JP6750320B2 - 温度補償型発振回路、発振器、電子機器、移動体及び発振器の製造方法 - Google Patents
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Description
本適用例に係る温度補償型発振回路は、振動子を発振させる発振回路と、入力される分周比に基づいて、前記発振回路が出力する発振信号の周波数を逓倍するフラクショナルN−PLL回路と、温度を計測する温度計測部と、前記発振信号の周波数温度特性を補正するための温度補正テーブルが記憶される記憶部と、を含み、前記フラクショナルN−PLL回路の前記分周比は、前記温度計測部による計測値と前記温度補正テーブルとに基づいて設定される。
れるため、温度計測部の計測絶対精度が低くても実際の温度と温度計測値との対応関係が変動しなければ、周波数温度特性が補正された周波数偏差が小さい発振信号を出力することができる。従って、本適用例に係る温度補償型発振回路を用いることにより、温度による周波数偏差が小さい発振器を実現することができる。また、本適用例に係る温度補償型発振回路を用いることにより、発振器の温度を複数の所望の温度で正確に安定させて温度補正テーブルを作成する必要もないので、製造工数が小さくなり、発振器の製造コストを低減させることができる。
上記適用例に係る温度補償型発振回路は、端子と、前記温度補正テーブルを更新するための更新モードに設定可能な制御部と、前記更新モードにおいて、前記フラクショナルN−PLL回路の出力信号と前記端子から入力される基準クロック信号とに基づいて、前記温度補正テーブルを更新する温度補正テーブル更新部と、を含んでもよい。
上記適用例に係る温度補償型発振回路において、前記温度補正テーブル更新部は、前記更新モードにおいて、前記フラクショナルN−PLL回路の出力信号の周波数を前記基準クロック信号の周波数に近づけるための前記分周比を計算し、当該分周比により前記温度補正テーブルを更新してもよい。
上記適用例に係る温度補償型発振回路は、前記温度補正テーブルにおいて前記温度計測部による計測値に対応する前記分周比が記述されていない場合、前記温度補正テーブルにおいて記述されている複数の前記分周比を用いて、前記計測値に対応する前記分周比を計算する分周比計算部を含んでもよい。
本適用例に係る発振器は、上記のいずれかの温度補償型発振回路と、前記振動子と、を備えている。
振回路を用いるので、製造コストを低減させながら温度による周波数偏差が小さい発振器を実現することができる。
本適用例に係る電子機器は、上記の発振器を備えている。
本適用例に係る移動体は、上記の発振器を備えている。
本適用例に係る発振器の製造方法は、端子と、振動子と、温度補償型発振回路と、を備え、前記温度補償型発振回路は、前記振動子を発振させるための発振回路と、入力される分周比に基づいて、前記発振回路が出力する発振信号の周波数を逓倍するフラクショナルN−PLL回路と、温度を計測する温度計測部と、前記発振信号の周波数温度特性を補正するための温度補正テーブルが記憶される記憶部と、前記温度補正テーブルを更新するための更新モードに設定可能な制御部と、前記フラクショナルN−PLL回路の出力信号と前記端子から入力される基準クロック信号とに基づいて、前記温度補正テーブルを更新する温度補正テーブル更新部と、を含み、前記フラクショナルN−PLL回路の前記分周比は、前記温度計測部による計測値と前記温度補正テーブルとに基づいて設定される発振器を組み立てる工程と、前記温度補償型発振回路を前記更新モードに設定する工程と、前記端子に前記基準クロック信号を入力し、前記発振器の温度を所定の範囲で変化させる工程と、を含む。
1−1.第1実施形態
[発振器の構成]
図1〜図3は、本実施形態の発振器1の構造の一例を示す図である。図1は、発振器1の斜視図であり、図2は、図1のA−A’断面図である。また、図3は、発振器1の底面図である。
Electro Mechanical Systems)振動子などであってもよい。また、振動子3の基板材料としては、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電単結晶や、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックス等の圧電材料、又はシリコン半導体材料等を用いることができ、振動子3の励振手段としては、圧電効果によるものを用いてもよいし、クーロン力による静電駆動を用いてもよい。
の一端(一方の端子)と接続され、XD端子は振動子3の他端(他方の端子)と接続される。
分数分周比F/M)は、温度計測部25による計測値(温度計測値DT)と温度補正テーブル261とに基づいて設定される。
トデータが非アクティブ(例えば、0)であれば発振回路21を動作させ、かつ、出力回路23の動作を停止させるように制御し、スタンバイビットデータがアクティブ(例えば、1)であれば発振回路21及び出力回路23の動作を停止させるように制御する。これらのいずれの場合にも、発振器1の外部端子OUT(温度補償型発振回路2のOUT端子)からの発振信号の出力が停止される。
部25が出力する温度計測値DTを読み出しアドレスとして、当該アドレスに記憶されている整数分周比Nと分数分周比F/Mが読み出される。これにより、温度に応じた適切な整数分周比Nと分数分周比F/MがフラクショナルN−PLL回路22に出力され、フラクショナルN−PLL回路22において、発振回路21の周波数温度特性が補正される。
図8は、本実施形態におけるフラクショナルN−PLL回路22の構成例を示す図である。図8に示すように、フラクショナルN−PLL回路22は、位相比較器221、チャージポンプ222、ローパスフィルター223、電圧制御発振回路224、分周回路225、クロック生成回路226、デルタシグマ変調回路227及び加減算回路228を含んで構成されている。
前述の通り、温度補正テーブル261は、記憶部26の不揮発性メモリーに記憶されるが、当該不揮発性メモリーの各ビットの初期値は不定である。従って、発振器1の製造工程において、温度補正テーブル261が記憶される記憶部26のアドレスに、クロック信号OSCCLKの周波数温度特性の補正を可能とする整数分周比N及び分数分周比F/Mを書き込む必要がある。本実施形態では、制御部24が発振器1(温度補償型発振回路2)の動作モードを温度補正テーブル更新モードに設定すると、温度補正テーブル更新部27が、温度補正テーブルに記憶されている整数分周比N及び分数分周比F/Mを更新する温度補正テーブル更新処理を行う。
120)。
図11は、本実施形態の発振器の製造方法の一例を示すフローチャート図である。本実施形態の発振器の製造方法は、図11に示す工程S10〜S30を含む。ただし、本実施形態の発振器の製造方法は、工程S10〜S30の一部を省略又は変更し、あるいは、他の工程を追加してもよい。また、図12は、図11のフローチャートの工程S10及びS20における発振器1の外部端子VCC,GND,OE,OUTの信号波形の一例を示す図である。
を入力した状態で、発振器1の周囲温度を発振器1の動作保証温度範囲(例えば、−40℃〜+85℃)を含む温度範囲(例えば、−45℃〜+90℃)の下限から上限まで(あるいは上限から加減まで)徐々に変化させる。これにより、発振器1の動作保証温度範囲(例えば、−40℃〜+85℃)においてクロック信号OSCCLKの周波数温度特性の補正を可能とする温度補正テーブル261が作成される。このとき、発振器1の周囲温度を所定の温度毎に安定させる必要はないが、発振器1の周囲温度を変化させる速度が速すぎると温度補正テーブル261の一部の分周比が適切な値にならず、十分な周波数精度が得られない可能性があるため、発振器1の周囲温度を十分緩やかに変化させることが望ましい。例えば、8ビットの温度計測値DT(0〜255)の各々に対して適切な分周比の値を算出するのに要する時間はそれぞれ1秒にも満たないので、−40℃から+85℃まで一定の速度を維持しながら数分程度で温度を変化させればよい。
以上に説明したように、第1実施形態の発振器1では、温度補償型発振回路2において、クロック信号OSCCLKの周波数温度特性を補正するためのフラクショナルN−PLL回路22の分周比が、温度計測部25が出力する温度計測値DTに対応づけて設定されるため、温度計測部25の計測精度が低くても実際の温度と温度計測値DTとの対応関係が変動しなければ、温度による周波数偏差が小さい発振器を実現することができる。また、第1実施形態によれば、温度補正テーブル261を作成するために、発振器1の周囲温度を複数の所望の温度で正確に安定させるための待ち時間が不要であるので、製造工数が小さくなり、発振器1の製造コストを低減させることができる。
以下、第2実施形態の発振器1について、第1実施形態と同様の説明は省略又は簡略し、主として第1実施形態と異なる内容について説明する。第2実施形態の発振器1の構造は、第1実施形態の発振器1(図1〜図3)と同様であるため、その図示及び説明を省略する。図13は、第2実施形態の発振器1の機能ブロック図である。図13において、図4と同様の構成要素には同じ符号が付されている。
した所定数の整数分周比N’及び分数分周比F/M’の値を用いて、温度計測値DTに対応する整数分周比N及び分数分周比F/Mの値を近似計算してフラクショナルN−PLL回路22に出力する。例えば、クロック信号OSCCLKの周波数温度特性が3次曲線となる場合(図5参照)、温度計測値DTが3であれば、分周比計算部28は、記憶部26(温度補正テーブル261)のアドレス0,1,2から整数分周比N’の値X0,X4,X8及び分数分周比F/M’の値Y0,Y4,Y8を読み出し、温度計測値DT=0のときに分周比≒X0+Y0、温度計測値DT=4のときに分周比≒X4+Y4、温度計測値DT=8のときに分周比≒X8+Y8となる3次関数を特定し、当該3次関数に温度計測値DT=3を代入して対応する分周比(整数分周比N及び分数分周比F/M)を近似計算(補完計算)し、フラクショナルN−PLL回路22に出力する。
例えば、第1実施形態又は第2実施形態の発振器1は、温度補償機能を有する発振器(TCXO等)であるが、温度補償機能とともに周波数制御機能を有する発振器(VC−TCXO(Voltage Controlled Temperature Compensated Crystal Oscillator)等)などであってもよい。
図16は、本実施形態の電子機器の構成の一例を示す機能ブロック図である。また、図17は、本実施形態の電子機器の一例であるスマートフォンの外観の一例を示す図である。
用することにより、例えば通信基地局などに利用可能な、周波数精度の高い、高性能、高信頼性を所望される電子機器300を従来よりも低コストで実現することも可能である。
図18は、本実施形態の移動体の一例を示す図(上面図)である。図18に示す移動体400は、発振器410、エンジンシステム、ブレーキシステム、キーレスエントリーシステム等の各種の制御を行うコントローラー420,430,440、バッテリー450、バックアップ用バッテリー460を含んで構成されている。なお、本実施形態の移動体は、図18の構成要素(各部)の一部を省略し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
Claims (6)
- 端子と、
振動子を発振させる発振回路と、
入力される分周比に基づいて、前記発振回路が出力する発振信号の周波数を調整するフラクショナルN−PLL回路と、
温度を計測する温度計測部と、
前記発振信号の周波数温度特性を補正するための温度補正テーブルが記憶される記憶部と、
前記温度補正テーブルを更新するための更新モードに設定可能な制御部と、
前記更新モードにおいて、前記フラクショナルN−PLL回路の出力信号と前記端子から入力される基準クロック信号とに基づいて、前記温度補正テーブルを更新する温度補正テーブル更新部と、を含み、
前記フラクショナルN−PLL回路の前記分周比は、前記温度計測部による計測値と前記温度補正テーブルとに基づいて設定され、
前記温度補正テーブル更新部は、
前記更新モードにおいて、前記フラクショナルN−PLL回路の出力信号の周波数を前記基準クロック信号の周波数に近づけるための前記分周比を計算し、当該分周比により前記温度補正テーブルを更新する、温度補償型発振回路。 - 前記温度補正テーブルにおいて前記温度計測部による計測値に対応する前記分周比が記述されていない場合、前記温度補正テーブルにおいて記述されている複数の前記分周比を用いて、前記計測値に対応する前記分周比を計算する分周比計算部を含む、請求項1に記載の温度補償型発振回路。
- 請求項1または2に記載の温度補償型発振回路と、
前記振動子と、を備えた、発振器。 - 請求項3に記載の発振器を備えた、電子機器。
- 請求項3に記載の発振器を備えた、移動体。
- 端子と、振動子と、温度補償型発振回路と、を備え、前記温度補償型発振回路は、前記振動子を発振させるための発振回路と、入力される分周比に基づいて、前記発振回路が出力する発振信号の周波数を調整するフラクショナルN−PLL回路と、温度を計測する温度計測部と、前記発振信号の周波数温度特性を補正するための温度補正テーブルが記憶される記憶部と、前記温度補正テーブルを更新するための更新モードに設定可能な制御部と、前記フラクショナルN−PLL回路の出力信号と前記端子から入力される基準クロック信号とに基づいて、前記温度補正テーブルを更新する温度補正テーブル更新部と、を含み、前記フラクショナルN−PLL回路の前記分周比は、前記温度計測部による計測値と前記温度補正テーブルとに基づいて設定され、前記温度補正テーブル更新部は、前記更新モードにおいて、前記フラクショナルN−PLL回路の出力信号の周波数を前記基準クロック信号の周波数に近づけるための前記分周比を計算し、当該分周比により前記温度補正テーブルを更新する発振器を組み立てる工程と、
前記温度補償型発振回路を前記更新モードに設定する工程と、
前記端子に前記基準クロック信号を入力し、前記発振器の温度を所定の範囲で変化させる工程と、を含む、発振器の製造方法。
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