JP7124417B2 - 回路装置、発振器、電子機器及び移動体 - Google Patents
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Description
図1に本実施形態の回路装置20の第1の構成例を示す。集積回路装置である回路装置20は、制御電圧入力端子TVCと、A/D変換回路40と、処理回路50と、発振信号生成回路70を含む。また回路装置20は温度センサー30を含むことができる。なお図1では温度センサー30を回路装置20に内蔵しているが、温度センサー30を回路装置20の外部に設けてもよい。この場合には、外部の温度センサー30からの温度検出電圧VTDが入力される不図示の温度検出電圧入力端子を回路装置20に設ければよい。或いは、このような温度検出電圧入力端子を設けると共に温度センサー30を回路装置20に内蔵する構成としてもよい。
また負荷容量CLは下式(2)のように表すことができる。
上式(1)、(2)により下式(3)、(4)が成立する。
ERR=(CV×CT)/(C0×CV+C0×CT+CV×CT) (4)
ERRは誤差成分に相当する。また制御電圧VCと可変容量キャパシター75の容量CVとの間、及び温度補正電圧TCと可変容量キャパシター76の容量CTとの間には、例えば下式(5)、(6)の関係が成り立つ。
TC∝1/CT (6)
図4に比較例の構成での温度補正電圧TCと周波数偏差Δfの関係を示す。例えば、誤差成分ERRが定数であると仮定すると、上式(3)、(5)、(6)から下式(7)が成立する。
従って、制御電圧VCを定数とした場合には、周波数偏差Δfは温度補正電圧TCの一次関数になり、周波数偏差Δfと温度補正電圧TCの間には線形の関係が成り立つ。即ち、この場合には、温度補正電圧TCと周波数偏差Δfの関係は、図4のidealと記載された実線の特性に示すように線形の関係になる。しかしながら、実際には誤差成分ERRは定数ではなく、容量CV、CTに応じた値になり、例えば容量CTは温度補正電圧TCに応じて変化するため、誤差成分ERRも温度補正電圧TCに応じて変化してしまう。このため、図4の点線の特性に示すように理想的な線形の関係からのズレが生じる。このような誤差成分ERRを原因とする線形な関係からのズレが原因で、周波数温度特性の悪化の問題が発生する。なお本実施形態の第2の比較例として、周波数調整用の可変容量キャパシター75と温度補正用の可変容量キャパシター76を、振動子10とGNDノードとの間に並列に設ける構成も考えられる。しかしながら、この第2の比較例では、周波数偏差がΔf∝1/(C0+CV+CT)となるため、理想的な線形の関係からのズレが、図3の比較例の構成よりも更に大きくなってしまい、周波数温度特性が更に悪化する。
このような構成のフラクショナル-N型PLL回路82を用いることで、N+L/Mで表される分周比で発振信号OSCKを逓倍した発振信号OUTを生成できるようになる。
図11に本実施形態の回路装置20のレイアウト配置例を示す。回路装置20は辺SD1、SD2、SD3、SD4を有する。即ち回路装置10は、辺SD1、辺SD1の対辺である辺SD2、辺SD1に交差する辺SD3、及び辺SD3の対辺である辺SD4を有する。これらの辺SD1、SD2、SD3、SD4により矩形形状が形成される。辺SD1、SD2、SD3、SD4は、各々、第1の辺、第2の辺、第3の辺、第4の辺である。例えば辺SD1と辺SD2は互いに対向する辺であり、辺SD3、SD4は、辺SD1、SD2に直交し、且つ、互いに対向する辺である。ここで辺SD1から辺SD2に向かう方向をDR1とし、辺SD3から辺SD4に向かう方向をDR2とする。またDR2の反対方向をDR3とし、DR1の反対方向をDR4とする。方向DR1、DR2、DR3、DR4は、各々、第1の方向、第2の方向、第3の方向、第4の方向である。
図13に発振回路80の構成例を示す。図13はコルピッツ型の発振回路80の例である。可変容量キャパシター74は、振動子10の一端のノードNA1とGNDノードとの間に設けられる。振動子10の他端のノードNA2はバイポーラートランジスターBTRのベースに接続される。高電位側電源ノードであるVDDノードとバイポーラートランジスターBTRのコレクターとの間には抵抗RA1が設けられ、バイポーラートランジスターBTRのエミッターとGNDノードとの間には抵抗RA2が設けられる。VDDノードとノードNA2と間には抵抗RA3が設けられ、ノードNA2とGNDノードとの間には抵抗RA4が設けられる。またノードNA2とGNDノードの間にはキャパシターCA1、CA2が直列に設けられ、キャパシターCA1、CA2の接続ノードNA3とバイポーラートランジスターBTRのエミッターのノードNA4との間にはフィルターFLTが設けられる。なお発振回路80は、図13の構成には限定されず、その接続構成を異ならせるなどの種々の変形実施が可能である。また発振回路80としてピアーツ型などの発振回路を用いてもよい。
図14に、本実施形態の回路装置20を含む発振器400の構成例を示す。図14に示すように発振器400は、振動子10と回路装置20を含む。振動子10と回路装置20は、発振器400のパッケージ410内に実装される。そして振動子10の端子と、回路装置20の端子であるICのパッドは、パッケージ410の内部配線により電気的に接続される。図14では、発振器400はオーブン構造の発振器となっている。具体的にはダブルオーブン構造の発振器となっている。
図15に、本実施形態の回路装置20を含む電子機器500の構成例を示す。電子機器500は、本実施形態の回路装置20、振動子10、処理部520を含む。また電子機器500は、アンテナANT、通信部510、操作部530、表示部540、記憶部550を含むことができる。振動子10と回路装置20により発振器400が構成される。なお電子機器500は図15の構成に限定されず、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
OUT…発振信号、VC…制御電圧、VTD…温度検出電圧、DFC…発振制御信号、
ADQ…A/D変換データ、OSCK…発振信号、DIV…分周比データ、
TIF…インターフェース端子、C0…等価容量、CL…負荷容量、CT、CV…容量、
SD1、SD2、SD3、SD4…辺、DR1、DR2、DR3、DR4…方向、
10…振動子、20…回路装置、30…温度センサー、32…温度補正電圧生成回路、
40…A/D変換回路、50…処理回路、52…温度補正部、54…加算器、
56…補正処理部、57…変換処理部、70…発振信号生成回路、72…D/A変換回路、
74、75、76…可変容量キャパシター、80…発振回路、
82…フラクショナル-N型PLL回路、83…分周回路、84…位相比較器、
85…チャージポンプ回路、86…ローパスフィルター、87…電圧制御発振回路、
88…クロック生成回路、89…デルタシグマ変調回路、91…加減算回路、
100…電源回路、110…PLL回路、120…オーブン制御回路、130…メモリー
206…自動車、207…車体、208…制御装置、209…車輪、
400…発振器、410 パッケージ、411…基板、412…ケース、
413…第1の容器、414…第2の容器、416…基板、
450、452…ヒーター、460、462…温度センサー、
500…電子機器、510…通信部、520…処理部、
530…操作部、540…表示部、550…記憶部、
Claims (13)
- 制御電圧が入力される制御電圧入力端子と、
前記制御電圧をA/D変換して制御電圧データを生成し、温度センサーからの温度検出電圧をA/D変換して温度検出データを生成するA/D変換回路と、
前記温度検出データに基づいて発振周波数の温度補正データを生成し、前記温度補正データと前記制御電圧データの加算処理を行って、前記発振周波数の周波数制御データを生成する処理回路と、
前記周波数制御データと振動子を用いて、前記周波数制御データにより設定される前記発振周波数の発振信号を生成する発振信号生成回路と、
を含み、
回路装置は、第1の辺、前記第1の辺の対辺である第2の辺、前記第1の辺に交差する第3の辺、及び前記第3の辺の対辺である第4の辺を有し、
前記第1の辺から前記第2の辺に向かう方向を第1の方向とし、前記第3の辺から前記第4の辺に向かう方向を第2の方向としたときに、
前記発振信号生成回路は、前記A/D変換回路の前記第1の方向側に配置され、
前記処理回路は、前記A/D変換回路及び前記発振信号生成回路の前記第2の方向側に配置され、
前記A/D変換回路は、前記第2の辺からの距離に比べて前記第1の辺からの距離の方が近い位置に配置され、
前記発振信号生成回路は、前記第1の辺からの距離に比べて前記第2の辺からの距離の方が近い位置に配置されることを特徴とする回路装置。 - 請求項1に記載の回路装置において、
前記処理回路は、
前記加算処理の加算結果データに対して補正処理を行って、前記補正処理後の前記周波数制御データを出力し、
前記発振信号生成回路は、
前記補正処理後の前記周波数制御データをD/A変換して容量制御電圧を出力するD/A変換回路と、
前記容量制御電圧に基づいて容量が制御される可変容量キャパシターと、
前記可変容量キャパシターの前記容量を負荷容量として前記振動子を発振させて、前記発振信号を生成する発振回路と、
を含むことを特徴とする回路装置。 - 請求項1に記載の回路装置において、
前記処理回路は、
前記加算処理の加算結果データに対して変換処理を行って、前記変換処理後の前記周波数制御データとして分周比データを出力し、
前記発振信号生成回路は、
前記振動子を発振させて第2の発振信号を生成する発振回路と、
前記分周比データに基づき分周比が設定される分周回路を有し、前記分周回路からの分周クロック信号と前記第2の発振信号の位相比較を行って、前記発振信号を生成するフラクショナル-N型PLL回路と、
を含むことを特徴とする回路装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記A/D変換回路と前記発振信号生成回路との間に電源回路が配置されることを特徴
とする回路装置。 - 請求項4に記載の回路装置において、
前記電源回路は、第1の電源電圧を前記A/D変換回路に供給し、第2の電源電圧を前記処理回路に供給し、第3の電源電圧を前記発振信号生成回路に供給することを特徴とする回路装置。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記処理回路が用いるデータを記憶するメモリーを含み、
前記メモリーは、前記処理回路と前記第4の辺との間に配置されることを特徴とする回路装置。 - 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記処理回路に電気的に接続されるデジタルインターフェース端子を含み、
前記デジタルインターフェース端子は、前記処理回路と前記第4の辺との間に配置されることを特徴とする回路装置。 - 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記発振信号をバッファリングして外部に出力するバッファー回路を含み、
前記第2の方向の反対方向を第3の方向としたときに、前記バッファー回路は、前記発振信号生成回路の前記第3の方向側に配置されることを特徴とする回路装置。 - 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記振動子の温度を制御するオーブン制御回路を含み、
前記第2の方向の反対方向を第3の方向としたときに、前記オーブン制御回路は、前記A/D変換回路の前記第3の方向側に配置されることを特徴とする回路装置。 - 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記発振信号を逓倍したクロック信号を生成して出力するPLL回路を含み、
前記第2の方向の反対方向を第3の方向としたときに、前記PLL回路は、前記A/D変換回路の前記第3の方向側に配置されることを特徴とする回路装置。 - 請求項1乃至10のいずれか一項に記載の回路装置と、
前記振動子と、
を含むことを特徴とする発振器。 - 請求項1乃至10のいずれか一項に記載の回路装置を含むことを特徴とする電子機器。
- 請求項1乃至10のいずれか一項に記載の回路装置を含むことを特徴とする移動体。
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