JP7326806B2 - 発振器、電子機器及び移動体 - Google Patents
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Description
振動子と、
前記振動子の温度を制御する温度制御素子と、
第1の温度検出信号を出力する第1の感温素子と、
前記第1の感温素子よりも前記振動子から離れた位置に設けられ、第2の温度検出信号を出力する第2の感温素子と、
前記第1の温度検出信号をデジタル信号である第1の温度コードに変換し、前記第2の温度検出信号をデジタル信号である第2の温度コードに変換するアナログ/デジタル変換回路と、
前記第1の温度コード及び前記第2の温度コードに基づいて、前記温度制御素子を制御する温度制御コードを生成するデジタル信号処理回路と、を備える。
前記デジタル信号処理回路は、
前記第2の温度コードに基づいて第1の補正コードを生成し、
前記第1の温度コードに前記第1の補正コードを加算したコードに基づいて前記温度制御コードを生成してもよい。
前記アナログ/デジタル変換回路は、電源電圧をデジタル信号である電源電圧コードに変換し、
前記デジタル信号処理回路は、前記第1の温度コード、前記第2の温度コード及び前記電源電圧コードに基づいて前記温度制御コードを生成してもよい。
前記デジタル信号処理回路は、
前記電源電圧コードに基づいて第2の補正コードを生成し、
前記第1の温度コードに前記第2の補正コードを加算したコードに基づいて前記温度制御コードを生成してもよい。
前記デジタル信号処理回路は、
前記電源電圧コードを変数とする3次以上の高次式に基づいて前記第2の補正コードを生成してもよい。
前記デジタル信号処理回路は、
前記第1の温度コード及び前記第2の温度コードに基づく制御演算を行い、前記制御演算により得られるコードに基づいて前記温度制御コードを生成してもよい。
前記制御演算は、比例演算及び積分演算を含んでもよい。
前記デジタル信号処理回路は、
前記制御演算に基づいて得られるコードをデルタシグマ変調して前記温度制御コードを生成してもよい。
前記デジタル信号処理回路は、
前記制御演算に基づいて得られるコードを、前記第1の温度コードの更新レートよりも速いレートで積算し、積算されたコードの桁上げビットを前記温度制御コードとして出力してもよい。
前記温度制御コードが入力されるアナログフィルターを備え、
前記温度制御素子は、前記アナログフィルターから出力される信号に基づいて制御されてもよい。
前記デジタル信号処理回路及び前記第2の感温素子を含む集積回路素子を備えてもよい。
前記発振器の一態様と、
前記発振器からの出力信号に基づいて動作する処理回路と、を備えている。
前記発振器の一態様と、
前記発振器からの出力信号に基づいて動作する処理回路と、を備えている。
1-1.第1実施形態
1-1-1.発振器の構造
図1及び図2は、本実施形態に係る発振器1の構造の一例を示す図である。図1は発振器1の断面図であり、図2は発振器1の平面図である。なお、図2では、説明の便宜上キャップを透視した図としている。また、図3は、発振器に収容される振動子及びリード端子を示す断面図であり、図4は、振動子及びリード端子を示す底面図である。
図5は、第1実施形態の発振器1の機能ブロック図である。図5に示すように、本実施形態の発振器1は、振動子2と、発振回路5とを含む。発振回路5は、集積回路素子4と、温度制御素子7と、温度センサー15とを含む。
デジタル信号処理回路210が、第2の温度コードDT2を用いずに、第1の温度コードDT1に基づいて温度制御コードDHCを生成する比較例の発振器を想定する。比較例の発振器では、温度制御信号VHCによって振動子2の温度が目標温度でほぼ一定となるように制御されるが、発振器1の外気の温度に応じて収容空間S1の温度勾配等が変化し、温度制御信号VHCによる制御に誤差が生じるため、振動子2の温度がわずかに変化する。これに対して、集積回路素子4は、外気に触れるキャップ102に近い温度制御素子から離れた位置に設けられているので、外気温度に応じて温度が変化しやすい。
以上に説明したように、第1実施形態の発振器1では、発振回路5に含まれる集積回路素子4において、アナログ/デジタル変換回路243が、温度センサー15から出力される第1の温度検出信号VT1及び温度センサー241から出力される第2の温度検出信号VT2を、それぞれ第1の温度コードDT1及び第2の温度コードDT2に変換する。また、デジタル信号処理回路210が、第1の温度コードDT1及び第2の温度コードDT2に基づいて、温度制御素子7の温度を制御するための温度制御コードDHCを生成する。具体的には、デジタル信号処理回路210は、第2の温度コードDT2を変数とする、式(1)で示される第1の多項式によって第1の補正コードDTC1を生成し、第1の温度コードDT1に第1の補正コードDTC1を加算した温度コードDT1Xに基づいて温度制御コードDHCを生成する。そして、温度制御信号生成回路220が、デジタル信号処理回路210が生成した温度制御コードDHCに基づいて、温度制御信号VHCを生成して出力する。したがって、第1実施形態の発振器1によれば、外気温度の変動によって振動子2の温度が変動しても、外気温度の変動によって変化する第2の温度コードDT2に基づいて第1の温度コードDT1を補正し、振動子2の温度を目標温度で一定に保つことができるので、外気温度の変動によって周波数精度が低下するおそれを低減することができる。
第1実施形態の発振器1では、電源電圧VDDが変動すると、集積回路素子4の発熱量が変化するため、集積回路素子4の温度が変化する。さらに、集積回路素子4の発熱量が変化すると、収容空間S1の温度勾配が変化し、振動子2の温度もわずかに変化する。
上記の各実施形態では、温度制御素子7と温度センサー15とは別体として設けられているが、温度制御素子7と温度センサー15とが1つの集積回路素子に含まれ、当該集積回路素子が振動子2の近くに配置されていてもよい。この場合、例えば、温度制御素子7は抵抗とMOSトランジスターで実現可能であり、温度センサー15はダイオード等で実現可能である。
図14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。
図16は、本実施形態の移動体の一例を示す図である。図16に示す移動体400は、発振器410、処理回路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16の構成要素の一部を省略し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
Claims (11)
- 振動子と、
前記振動子の温度を制御する温度制御素子と、
第1の温度検出信号を出力する第1の感温素子と、
前記第1の感温素子よりも前記振動子から離れた位置に設けられ、第2の温度検出信号を出力する第2の感温素子と、
前記第1の温度検出信号をデジタル信号である第1の温度コードに変換し、前記第2の温度検出信号をデジタル信号である第2の温度コードに変換し、電源電圧をデジタル信号である電源電圧コードに変換するアナログ/デジタル変換回路と、
前記第2の温度コードに温度補正演算を行って第1の補正コードを生成し、前記電源電圧コードに電源電圧補正演算を行って第2の補正コードを生成し、前記第1の温度コードに前記第1の補正コード及び前記第2の補正コードを加算したコードに基づいて、前記温度制御素子を制御する温度制御コードを生成するデジタル信号処理回路と、を備える、発振器。 - 前記デジタル信号処理回路は、
前記電源電圧コードを変数とする3次以上の高次式に基づいて前記電源電圧補正演算を行う、請求項1に記載の発振器。 - 前記第1の温度検出信号、前記第2の温度検出信号及び前記電源電圧のいずれかを選択し、前記アナログ/デジタル変換回路に時分割に出力するセレクターを備える、請求項1又は2に記載の発振器。
- 前記デジタル信号処理回路は、
前記第1の温度コード、前記第1の補正コード及び前記第2の補正コードに基づく制御演算を行い、前記制御演算により得られるコードに基づいて前記温度制御コードを生成する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の発振器。 - 前記制御演算は、比例演算及び積分演算を含む、請求項4に記載の発振器。
- 前記デジタル信号処理回路は、
前記制御演算に基づいて得られるコードをデルタシグマ変調して前記温度制御コードを生成する、請求項4又は5に記載の発振器。 - 前記デジタル信号処理回路は、
前記制御演算に基づいて得られるコードを、前記第1の温度コードの更新レートよりも速いレートで積算し、積算されたコードの桁上げビットを前記温度制御コードとして出力する、請求項4乃至6のいずれか一項に記載の発振器。 - 前記温度制御コードが入力されるアナログフィルターを備え、
前記温度制御素子は、前記アナログフィルターから出力される信号に基づいて制御される、請求項6又は7に記載の発振器。 - 前記デジタル信号処理回路及び前記第2の感温素子を含む集積回路素子を備える、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の発振器。
- 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の発振器と、
前記発振器からの出力信号に基づいて動作する処理回路と、を備えた、電子機器。 - 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の発振器と、
前記発振器からの出力信号に基づいて動作する処理回路と、を備えた、移動体。
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