JP7326806B2 - 発振器、電子機器及び移動体 - Google Patents

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Description

本発明は、発振器、電子機器及び移動体に関する。
特許文献１には、振動子を加熱する発熱素子と、サーミスターの検出信号に基づいて発熱素子を制御する温度制御回路と、温度センサーの検出値に基づいて発振信号の周波数温度特性の１次成分及び２次成分を補正する温度補償回路と、を備えた恒温槽型水晶発振器（ＯＣＸＯ：Oven Controlled Crystal Oscillator）が記載されている。この恒温槽型水晶発振器によれば、温度センサーによって発振器の外気温度の変化を捉えて振動子の温度変化を推定し、発振信号の周波数を補正することができる。
特開２０１４－１９７７５１号公報
しかしながら、特許文献１に記載の恒温槽型水晶発振器では、サーミスターの検出信号のみに基づいて温度制御が行われるので、外気温度の変動を感度良く検出することと、振動子の温度を正確に検出することを両立するのが困難だった。このため、温度制御の精度が低下するおそれがあった。
本発明に係る発振器の一態様は、
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。
前記発振器の一態様において、
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。
前記発振器の一態様において、
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。
前記発振器の一態様において、
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。
前記発振器の一態様において、
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。
前記発振器の一態様において、
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。
前記発振器の一態様において、
前記制御演算は、比例演算及び積分演算を含んでもよい。
前記発振器の一態様において、
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。
前記発振器の一態様において、
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。
前記発振器の一態様は、
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。
前記発振器の一態様は、
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。
本発明に係る電子機器の一態様は、
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。
本発明に係る移動体の一態様は、
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。
本実施形態に係る発振器の断面図。 本実施形態に係る発振器の平面図。 振動子およびリード端子を示す断面図。 振動子およびリード端子を示す底面図。 第１実施形態の発振器の機能ブロック図。 比較例の恒温槽型発振器における外気温度と振動子の温度及び集積回路素子の温度との関係の一例を示す図。 第１実施形態におけるデジタル信号処理回路による温度制御コードの生成処理の一例を示す図。 温度制御コード及び温度制御信号の波形の一例を示す図。 電源電圧と集積回路素子の温度との関係の一例を示す図。 電源電圧と振動子の温度との関係の一例を示す図。 第２実施形態の発振器の機能ブロック図。 第２実施形態におけるデジタル信号処理回路による温度制御コードの生成処理の一例を示す図。 変形例に係る発振器の断面図。 本実施形態の電子機器の機能ブロック図。 本実施形態の電子機器の外観の一例を示す図。 本実施形態の移動体の一例を示す図。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
１．発振器
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。
なお、図１～図４では、説明の便宜上、互いに直交する３軸を、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸として設定し、Ｚ軸は、発振器の厚さ方向、換言すれば、ベースとベースに接合されたキャップとの配列方向と一致している。また、Ｘ軸は、二列に配列されたリード端子の向かい合う方向に沿っており、Ｙ軸は、リード端子の配列方向に沿っている。また、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」と言い、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」と言い、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」と言うことがある。また、図１～図４では、ベースを含むケースの内部に形成された配線パターンや電極パッドは図示を省略してある。
本実施形態に係る発振器１は、恒温槽型水晶発振器（ＯＣＸＯ）である。図１及び図２に示すように、発振器１は、ベース１０１、およびベース１０１に接合されたキャップ１０２を含むケース１０と、ベース１０１の下面１０１ｒ側に設けられたベース基板３０と、を備えている。ケース１０は、ベース１０１と、ベース１０１の外周に沿って設けられ、ベース１０１の上面１０１ｆから凹むフランジ１０１ｂの上面に接合されたキャップ１０２とによって構成される収容空間Ｓ１を有している。
ケース１０内の収容空間Ｓ１には、封止部材１０３によって気密的に封止されてベース１０１を貫通する複数のピン端子１４と、ピン端子１４のベース１０１と反対側の端部に固定されている回路基板８と、回路基板８に接続された複数のリード端子１２によって回路基板８とベース１０１との間に、回路基板８と隙間を有して支持されている振動子２と、が収容されている。また、収容空間Ｓ１に配置されている振動子２のベース１０１側には、温度制御素子７および温度センサー１５が接続されている。
ベース１０１は、例えばコバール、軟鉄、もしくは鉄ニッケルなどの材料で構成され、外周部にフランジ１０１ｂが設けられている。また、ベース１０１には、上面１０１ｆから下面１０１ｒを貫通する複数の貫通孔が設けられており、各貫通孔には導電性のピン端子１４が挿入されている。貫通孔とピン端子１４との隙間は、ガラスなどの封止部材１０３によって気密的に封止されている。また、ベース１０１の下面１０１ｒには、例えばガラスなどの絶縁体で構成されるスタンドオフ１３を設けることができる。
ピン端子１４は、コバール、軟鉄、もしくは鉄ニッケルなどのピン材で構成され、ベース１０１の下面１０１ｒ側に一方端を有し、収容空間Ｓ１側に他方端を有し、Ｚ軸方向に沿って立設されている。また、ピン端子１４は、Ｙ軸方向に沿って配列された二つの列によって構成されている。
キャップ１０２は、洋白、コバール、軟鉄、もしくは鉄ニッケルなどの金属薄板を、例えば押圧加工や絞り加工などによって凹陥形状とし、開口部分を外側にフランジ状に折り曲げた外周部１０２ｆを備えている。
そして、ケース１０は、ベース１０１のフランジ１０１ｂに重ねてキャップ１０２の外周部１０２ｆを載置し、フランジ１０１ｂと外周部１０２ｆの重なっている部分Ｑを気密封止することによって収容空間Ｓ１が構成される。なお、収容空間Ｓ１は、大気圧よりも低い圧力等の減圧雰囲気、または窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性気体雰囲気に気密封止される。
回路基板８は、例えばプリント基板で構成することができる。回路基板８は、Ｚ軸方向からの平面視で矩形形状をなし、ベース１０１に固定されたピン端子１４の立設位置に対向する位置に貫通孔が設けられている。そして、回路基板８は、その貫通孔にピン端子１４の収容空間Ｓ１側の端が挿通された状態でピン端子１４に固定されている。回路基板８は、ベース１０１側の面である下面８ｒと、下面８ｒと反対側の面である上面８ｆとを備えている。
回路基板８の上面８ｆおよび下面８ｒには、図示しない回路配線や端子などの回路パターンが設けられている。そして、回路基板８の上面８ｆの回路パターンには、例えば振動子２を発振させる集積回路素子４、および他の電子素子１６などが接続されている。
また、回路基板８の下面８ｒの回路パターンには、振動子２を支持する複数のリード端子１２が接続されている。リード端子１２は、回路基板８の外周側に位置し、ピン端子１４の接続されている二つの列のそれぞれに沿って配列された接続領域Ｒ２において接続されている。また、リード端子１２は、接続領域Ｒ１において振動子２に接続され、振動子２を支持している。
図３に示すように、振動子２は、パッケージ２０と、パッケージ２０に収容されている振動素子３とを含む。パッケージ２０は、振動素子３が搭載されているパッケージベース２１と、パッケージベース２１との間に振動素子３を収容するように収容空間Ｓ２を設けてパッケージベース２１に接合されているリッド２２と、パッケージベース２１とリッド２２との間に位置し、パッケージベース２１とリッド２２とを接合する枠状のシールリング２３と、を有している。
パッケージベース２１は、凹部２５を有するキャビティ状をなし、Ｚ軸方向からの平面視で外形形状が略正方形の矩形形状をなしている。但し、パッケージベース２１の外形形状は、略正方形に限らず他の矩形形状であってもよい。
振動素子３は、その外縁部において、例えば導電性接着剤などの導電性の固定部材２９を介してパッケージベース２１の段部に設けられた不図示の内部端子に固定されている。振動素子３を構成する水晶基板３１は、ＳＣカット水晶基板を機械加工等によって、例えば略円形の平面視形状にしたものである。ＳＣカット水晶基板を用いることで、スプリアス振動による周波数ジャンプや抵抗上昇が少なく、温度特性も安定している振動素子３が得られる。なお、水晶基板３１の平面視形状としては、円形に限定されず、楕円形、長円形等の非線形形状であってもよいし、三角形、矩形等の線形形状であってもよい。
なお、振動素子３は、ＳＣカットに限らず、例えば、ＡＴカットあるいはＢＴカットの水晶振動子、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）共振子などを用いることができる。また、振動素子３として、例えば、水晶振動子以外の圧電振動子やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子などを用いることもできる。振動素子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、またはシリコン半導体材料等を用いることができる。また、振動素子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。
リッド２２は、板状をなしており、凹部２５の開口を塞ぐようにしてパッケージベース２１の端面にシールリング２３を介して接合されている。シールリング２３は、枠状に配置され、パッケージベース２１の端面とリッド２２との間に位置している。シールリング２３は、金属材料で構成され、シールリング２３が溶融することでパッケージベース２１とリッド２２とが気密的に接合される。このように、凹部２５の開口がリッド２２で塞がれることにより、収容空間Ｓ２が形成され、この収容空間Ｓ２に振動素子３を収容することができる。
気密封止されたパッケージ２０の収容空間Ｓ２は、例えば１０Ｐａ以下程度の減圧状態となっている。これにより、振動素子３の安定した駆動を継続することができる。ただし、収容空間Ｓ２の雰囲気としては特に限定されず、例えば窒素、アルゴン等の不活性ガスが充填されて大気圧となっていてもよい。
パッケージベース２１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム等の各種セラミックスを用いることができる。この場合、セラミックシートの積層体を焼成することでパッケージベース２１を製造することができる。また、リッド２２の構成材料としては、特に限定されないが、パッケージベース２１の構成材料と線膨張係数が近似する部材であると良い。例えば、パッケージベース２１の構成材料を前述のようなセラミックスとした場合には、リッド２２の構成材料を金属材料とするのが好ましい。
パッケージベース２１の下面２１ｒには、例えば振動素子３と不図示の内部配線によって電気的導通がとられた複数の第１接続端子２４、および複数の第２接続端子２６が設けられている。具体的には、図４に示すように、外縁に沿って四つの第１接続端子２４が配列され、反対側の外縁に沿って四つの第２接続端子２６が配列されている。なお、第１接続端子２４および第２接続端子２６のそれぞれの数量は限定されるものではなく、幾つであってもよい。第１接続端子２４および第２接続端子２６は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等の金属配線材料を、パッケージベース２１の下面２１ｒにスクリーン印刷して焼成し、その上にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）等のめっきを施す方法などによって形成することができる。なお、以下では、パッケージベース２１の下面２１ｒのことを、振動子２の下面２１ｒということが有る。
振動子２の下面２１ｒに設けられている第１接続端子２４および第２接続端子２６のそれぞれには、リード端子１２の第２接続部１２ａが、例えば導電性接着剤もしくは半田付けなどを用いて電気的な接続をとって固定されている。振動子２は、リード端子１２の第１接続部１２ｄが、回路基板８の下面８ｒと電気的な接続をとって固定されることによって、リード端子１２を介して回路基板８に所謂宙吊り状態に支持される。
それぞれのリード端子１２は、一方の端を含む位置に設けられる第２接続部１２ａと、他方の端を含む位置に設けられる第１接続部１２ｄと、第２接続部１２ａおよび第１接続部１２ｄの間に位置し、第２屈曲部Ｂ２で接続された第１延伸部１２ｂおよび第２延伸部１２ｃと、を含む。そして、第２接続部１２ａと第１延伸部１２ｂとは、第１屈曲部Ｂ１で接続され、第１接続部１２ｄと第２延伸部１２ｃとは、第３屈曲部Ｂ３で接続されている。換言すれば、リード端子１２は、振動子２と接続される第２接続部１２ａと、第１接続部１２ｄとの間において、第１屈曲部Ｂ１、第２屈曲部Ｂ２、第３屈曲部Ｂ３の三つの曲げ部を有している。
このように、振動子２と接続される第２接続部１２ａと、回路基板８と接続される第１接続部１２ｄとの間のリード端子１２に、第１屈曲部Ｂ１、第２屈曲部Ｂ２、第３屈曲部Ｂ３の三つの曲げ部が設けられ、振動子２が、回路基板８に対して、所謂宙吊り状態で支持されていることにより、リード端子１２に撓みを起こり易くすることができる。また、リード端子１２が、振動子２の外側方向に第２屈曲部Ｂ２の部分で膨らむ構成となっていることから、リード端子１２の剛性をより弱くすることができ、回路基板８から振動子２に伝わる衝撃等の吸収をより効果的に行うことができる。
なお、リード端子１２は、振動子２の第１接続端子２４側に４本、第２接続端子２６側に４本を配置する構成で説明したが、リード端子１２の数量は限定されるものではなく、振動子２を支持することができれば、幾つであってもよい。
温度制御素子７は、振動子２の下面２１ｒに接続され、振動子２の温度を制御する電子部品である。本実施形態では、温度制御素子７はパワートランジスター等の発熱素子であり、振動子２を加熱し、振動子２の振動素子３の温度をほぼ一定に保つ。振動素子３の温度をほぼ一定に保つことで、優れた周波数安定度を保つことができる。
温度センサー１５は、振動子２の近くに配置され、振動子２の温度を検出する。特に本実施形態では、温度センサー１５は、振動子２の外表面に接するように配置されている。温度センサー１５としては、例えば、サーミスターや白金抵抗などを用いることができる。
ベース基板３０は、例えばプリント基板で構成することができる。ベース基板３０は、ベース１０１側に位置する上面３０ｆと、上面と反対側の面である下面３０ｒとを備えている。ベース基板３０は、ベース１０１に固定されたピン端子１４の立設位置に対向する上面３０ｆに有底穴３４が設けられている。ベース基板３０は、その有底穴３４にピン端子１４の一方端が挿入され、半田付けなどの接合材３３によってピン端子１４と接続されている。また、ベース基板３０の下面３０ｒには複数の外部接続端子３２が設けられている。
１－１－２．発振器の機能的構成
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。
温度制御素子７は、温度制御信号ＶＨＣに基づいて振動子２の温度を制御する素子であり、本実施形態ではパワートランジスター等の発熱素子である。温度制御素子７が発生させる熱は、集積回路素子４から供給される温度制御信号ＶＨＣに応じて制御される。温度制御素子７が発生させる熱が振動子２に伝わり、振動子２の温度が目標温度に近づくように制御される。
温度センサー１５は、温度を検出し、検出した温度に応じた電圧レベルを有する第１の温度検出信号ＶＴ１を出力する第１の感温素子である。前述の通り、温度センサー１５は、振動子２の近くに配置されており、振動子２の周囲の温度を検出することになる。温度センサー１５から出力される第１の温度検出信号ＶＴ１は、集積回路素子４に供給される。温度センサー１５は、例えば、サーミスターや白金抵抗などであってもよい。
集積回路素子４は、デジタル信号処理回路２１０、温度制御信号生成回路２２０、発振用回路２３０、フラクショナルＮ－ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路２３１、分周回路２３２、出力バッファー２３３、温度センサー２４１、セレクター２４２、アナログ／デジタル変換回路２４３、インターフェース回路２５０、記憶部２６０及びレギュレーター２７０を含む。
発振用回路２３０は、振動子２の両端と電気的に接続されており、振動子２の出力信号を増幅して振動子２にフィードバックすることにより、振動子２を発振させ、発振信号を出力する回路である。例えば、発振用回路２３０は、増幅素子としてインバーターを用いた発振用回路であってもよいし、増幅素子としてバイポーラトランジスターを用いた発振用回路であってもよい。
フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路２３１は、発振用回路２３０から出力される発振信号の周波数を、デルタシグマ変調された分周比制御信号ＤＩＶＣによって指示される分周比に応じた周波数に変換する。
分周回路２３２は、フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路２３１から出力される発振信号を分周する。
出力バッファー２３３は、分周回路２３２から出力される発振信号をバッファリングし、発振信号ＣＫＯとして集積回路素子４の外部に出力する。この発振信号ＣＫＯは、発振器１の出力信号となる。
温度センサー２４１は、温度を検出し、検出した温度に応じた電圧レベルを有する第２の温度検出信号ＶＴ２を出力する第２の感温素子である。例えば、温度センサー２４１はダイオード等で実現可能である。前述の通り、集積回路素子４は回路基板８の上面８ｆに接合されており、温度センサー２４１は、温度センサー１５よりも振動子２や温度制御素子７から離れた位置に設けられている。そのため、温度センサー２４１は、振動子２や温度制御素子７から離れた位置の温度を検出することになる。したがって、発振器１の外気温度が所定の範囲で変化した場合、温度制御素子７の近傍に設けられている温度センサー１５が検出する温度はほとんど変化しないのに対して、温度センサー２４１が検出する温度は所定の範囲で変化する。このように、温度センサー２４１は外気温度の変化を捉えるための温度センサーであり、外気温度が所定の範囲で変化した場合に、温度センサー２４１が検出する温度範囲が広い方が好ましい。そのため、本実施形態では、図１に示したように、温度センサー２４１を含む集積回路素子４は、外気に触れるキャップ１０２に近い位置に設けられている。
セレクター２４２は、温度センサー２４１から出力される第２の温度検出信号ＶＴ２及び温度センサー１５から出力される第１の温度検出信号ＶＴ１のいずれか１つを選択して出力する。本実施形態では、セレクター２４２は、第２の温度検出信号ＶＴ２及び第１の温度検出信号ＶＴ１を時分割に選択して出力する。
アナログ／デジタル変換回路２４３は、セレクター２４２から時分割に出力されるアナログ信号である第２の温度検出信号ＶＴ２及び第１の温度検出信号ＶＴ１を、それぞれデジタル信号である第２の温度コードＤＴ２及び第１の温度コードＤＴ１に変換する。アナログ／デジタル変換回路２４３は、第２の温度検出信号ＶＴ２及び第１の温度検出信号ＶＴ１を抵抗分圧等によって電圧レベルを変換した後に、第２の温度コードＤＴ２及び第１の温度コードＤＴ１に変換してもよい。
デジタル信号処理回路２１０は、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を制御する温度制御コードＤＨＣを生成する。デジタル信号処理回路２１０は、さらに振動子２の目標温度情報に基づいて、温度制御コードＤＨＣを生成してもよい。振動子２の目標温度情報は、記憶部２６０のＲＯＭ（Read Only Memory）２６１に記憶されている。そして、発振器１の電源が投入されると、目標温度情報は、ＲＯＭ２６１からレジスター群２６２に含まれる所定のレジスターに転送されて保持され、当該レジスターに保持された目標温度情報がデジタル信号処理回路２１０に供給される。
また、デジタル信号処理回路２１０は、記憶部２６０に記憶されている目標周波数の設定値及び第２の温度コードＤＴ２に基づいて発振信号の周波数を温度補償するための分周比制御信号ＤＩＶＣを生成する。前述の通り、分周比制御信号ＤＩＶＣはフラクショナルＮ－ＰＬＬ回路２３１に供給され、フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路２３１により、発振用回路２３０から出力される発振信号の周波数が、分周比制御信号ＤＩＶＣによって指示される分周比に応じた周波数に変換される。これにより、外気温度によってわずかに変化する発振信号の周波数が温度補償され、フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路２３１から出力される発振信号は、外気温度によらずほぼ一定の目標周波数となる。
なお、デジタル信号処理回路２１０は、アナログ／デジタル変換回路２４３から時分割に出力される第２の温度コードＤＴ２及び第１の温度コードＤＴ１の少なくとも一部に対してローパス処理を行い、高周波ノイズ信号の強度を低減させるデジタルフィルターを含んでもよい。
温度制御信号生成回路２２０は、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。温度制御信号ＶＨＣは、温度制御素子７に供給され、温度制御信号ＶＨＣに応じて温度制御素子７の発熱量が制御される。これにより、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。
インターフェース回路２５０は、発振器１と接続される不図示の外部装置との間でデータ通信を行うための回路である。インターフェース回路２５０は、例えば、Ｉ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）バスに対応したインターフェース回路であってもよいし、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）バスに対応したインターフェース回路であってもよい。
記憶部２６０は、不揮発性メモリーであるＲＯＭ２６１と、揮発性メモリーであるレジスター群２６２とを有する。発振器１の製造時の検査工程において、外部装置は、インターフェース回路２５０を介して、発振器１が有する各回路の動作を制御するための各種のデータをレジスター群２６２に含まれる各種のレジスターに書き込んで各回路を調整する。そして、外部装置は、インターフェース回路２５０を介して、決定した各種の最適なデータをＲＯＭ２６１に記憶させる。発振器１に電源が投入されると、ＲＯＭ２６１に記憶されている各種のデータは、レジスター群２６２に含まれる各種のレジスターに転送されて保持され、当該各種のレジスターに保持された各種のデータが各回路に供給される。
レギュレーター２７０は、発振器１の外部から供給される電源電圧ＶＤＤに基づいて、集積回路素子４が有する各回路の電源電圧や基準電圧を生成する。
１－１－３．デジタル信号処理回路による温度制御
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。
図６は、比較例の恒温槽型発振器における外気温度と振動子２の温度及び集積回路素子４の温度との関係の一例を示す図である。図６において、横軸は外気温度であり、縦軸は振動子２あるいは集積回路素子４の温度である。実線は振動子２の温度を示し、一点鎖線は集積回路素子４の温度を示す。図６の例では、外気温度が、発振器１の動作が保証される範囲ＴＲの下限温度Ｔｍｉｎから上限温度Ｔｍａｘまで上昇すると、振動子２の温度はΔＴ１だけ低下している。そのため、外気温度が変化すると振動子２の温度もわずかに変化し、振動子２の温度特性に起因して発振信号の周波数もわずかに変化することになる。
また、図６の例では、外気温度が下限温度Ｔｍｉｎから上限温度Ｔｍａｘまで上昇すると、集積回路素子４の温度はΔＴ２だけ上昇している。この集積回路素子４の温度上昇分のΔＴ２は、振動子２の温度低下分のΔＴ１よりもかなり大きい。すなわち、外気温度の変化に対して、集積回路素子４に含まれている温度センサー２４１が検出する温度は比較的広い範囲で変化する。したがって、温度センサー２４１から出力される第２の温度検出信号ＶＴ２から外気温度を推定し、推定した外気温度から振動子２の温度を推定し、振動子２の温度を目標温度で一定に保つように制御することが可能である。そこで、本実施形態の発振器１では、デジタル信号処理回路２１０が、記憶部２６０に記憶されている目標温度情報と、第２の温度検出信号ＶＴ２が変換された第２の温度コードＤＴ２とに基づいて温度制御コードＤＨＣを生成することで、振動子２の温度を目標温度で一定に保つように制御する。
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に基づいて第１の補正コードを生成し、第１の温度コードＤＴ１に第１の補正コードを加算したコードに基づいて温度制御コードＤＨＣを生成する。また、デジタル信号処理回路２１０は、第１の温度コードＤＴ１及び第２の温度コードＤＴ２に基づく制御演算を行い、当該制御演算により得られるコードに基づいて温度制御コードＤＨＣを生成する。
図７は、第１実施形態におけるデジタル信号処理回路２１０による温度制御コードＤＨＣの生成処理の一例を示す図である。図７の例では、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、次式（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を生成する温度補正演算を行う。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を次式（１）に代入して第１の補正コードＤＴＣ１を生成する。式（１）において、温度補正係数ａｎ～ａ０は、記憶部２６０に記憶されている。また、ｎは１以上の整数であり、第１の温度コードＤＴ１を高い精度で補正するために、ｎが３以上であること、すなわち、第１の多項式が高次式であることが好ましい。
Figure 0007326806000001
また、図７の例では、デジタル信号処理回路２１０は、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に対して、比例演算及び積分演算を含む制御演算を行う。具体的には、デジタル信号処理回路２１０は、制御演算として、温度コードＤＴ１Ｘに比例項利得係数を乗算する比例演算と、積分項利得係数を乗算した温度コードＤＴ１Ｘを積分する積分演算とを行う。また、デジタル信号処理回路２１０は、制御演算として、比例演算によって得られるコードと積分演算によって得られるコードとを加算し、当該加算によって得られるコードに正規化利得係数を乗算して正規化する。比例項利得係数、積分項利得係数及び正規化利得係数は、例えば、目標温度情報として記憶部２６０に記憶されている。
デジタル信号処理回路２１０は、比例演算によって得られるコードに積分演算によって得られるコードを加算することにより、比例演算によって得られるコードの目標値に対する誤差を補正することができる。
また、図７の例では、デジタル信号処理回路２１０は、制御演算を浮動小数点形式で行い、制御演算によって得られるコードを固定小数点形式のコードに変換する。さらに、デジタル信号処理回路２１０は、この制御演算に基づいて得られる固定小数点形式のコードをデルタシグマ変調して温度制御コードＤＨＣを生成する。
具体的には、デジタル信号処理回路２１０は、制御演算に基づいて得られる固定小数点形式のコードを、第１の温度コードＤＴ１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温度制御コードＤＨＣとして出力する。すなわち、デジタル信号処理回路２１０は、ｎビットの固定小数点形式のコードの積算により得られるｎ＋１ビットのコードの桁上げビットである最上位ビットを温度制御コードＤＨＣとして出力する。
図７の例では、温度制御信号生成回路２２０は、温度制御コードＤＨＣが入力されるアナログフィルター２２１を備え、温度制御素子７は、アナログフィルター２２１から出力される温度制御信号ＶＨＣに基づいて制御される。アナログフィルター２２１は、例えば、ローパスフィルターであってもよいし、バンドパスフィルターであってもよい。図８は、温度制御コードＤＨＣ及び温度制御信号ＶＨＣの波形の一例を示す図である。図８において、横軸は時間であり、縦軸は電圧である。図８の例では、１ビットの温度制御コードＤＨＣはパルス密度変調されてコードであり、アナログフィルター２２１から出力される温度制御信号ＶＨＣは温度制御コードＤＨＣが復調された正弦波信号である。
このようにして生成される温度制御信号ＶＨＣによって温度制御素子７が制御されることにより、振動子２の温度が目標温度で一定に保たれ、高い周波数精度の発振信号ＣＫＯが得られる。
１－１－４．作用効果
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。
また、第１実施形態の発振器１では、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、比例演算及び積分演算を含む制御演算を行い、当該制御演算により得られるコードに基づいて温度制御コードＤＨＣを生成する。したがって、第１実施形態の発振器１によれば、比例演算によって得られるコードの目標値に対する誤差が、積分演算によって得られるコードによって補正されるので、温度制御コードＤＨＣにより温度制御素子７を高精度に制御することが可能であり、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より低減することができる。
また、第１実施形態の発振器１では、デジタル信号処理回路２１０が、制御演算に基づいて得られる固定小数点形式のコードをデルタシグマ変調して温度制御コードＤＨＣを生成する。具体的には、デジタル信号処理回路２１０は、制御演算に基づいて得られる固定小数点形式のコードを、第１の温度コードＤＴ１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温度制御コードＤＨＣとして出力する。第１の温度コードＤＴ１の更新レートよりも速いレートでのデルタシグマ変調のノイズシェーピング効果により、温度制御コードＤＨＣに含まれるノイズが広帯域に分散され、温度制御信号ＶＨＣの帯域のノイズが低減される。したがって、第１実施形態の発振器１によれば、温度制御素子７を高精度に制御することが可能であり、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より低減することができる。
また、第１実施形態の発振器１では、温度制御信号生成回路２２０が、温度制御コードＤＨＣが入力されるアナログフィルター２２１を備え、温度制御素子７は、アナログフィルター２２１から出力される温度制御信号ＶＨＣに基づいて制御される。したがって、第１実施形態の発振器１によれば、温度制御コードＤＨＣを温度制御信号ＶＨＣに変換するために、多ビットのデジタル／アナログ変換回路が不要であるので、集積回路素子４のサイズを低減させることが可能である。
また、第１実施形態の発振器１によれば、デジタル信号処理回路２１０は、温度制御コードＤＨＣを生成する処理を他の処理と時分割に行うことで、加算器や乗算器等の演算器を兼用することができるので、アナログ回路によって温度制御素子７の制御を行う場合と比較して集積回路素子４のサイズを低減させることが可能である。
また、第１実施形態によれば、デジタル信号処理回路２１０による演算に用いられる各種の係数値は、記憶部２６０に記憶されるため、個々の発振器１の特性に合わせて最適な値に設定可能であり、高い周波数精度の発振器１を実現可能である。
１－２．第２実施形態
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。
図９は、電源電圧ＶＤＤと集積回路素子４の温度との関係の一例を示す図である。また、図１０は、電源電圧ＶＤＤと振動子２の温度との関係の一例を示す図である。図９及び図１０は、外気温度が＋２５℃のときに電源電圧ＶＤＤを３．０Ｖから３．６Ｖまで約８分毎に０．１Ｖずつ上昇させた場合の集積回路素子４及び振動子２の温度をそれぞれ示している。図９及び図１０において、実線は集積回路素子４又は振動子２の温度を示し、破線は電源電圧ＶＤＤを示す。図９に示すように、電源電圧ＶＤＤが３．０Ｖから３．６Ｖまで上昇すると、集積回路素子４の温度が約１．５℃上昇し、集積回路素子４の発熱量が増大することにより、図１０に示すように、振動子２の温度も約０．１２℃上昇している。
このように、振動子２の温度は電源電圧ＶＤＤの大きさによって変化し、発振信号の周波数は振動子２の温度特性によって変動することになる。そこで、第２実施形態の発振器１では、デジタル信号処理回路２１０が、電源電圧ＶＤＤが変換された電源電圧コードＤＶＤに基づいて温度制御コードＤＨＣを生成することで、電源電圧ＶＤＤが変動しても、振動子２の温度を目標周波数で一定になるように制御することができる。
以下、第２実施形態の発振器１について、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、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。
図１１は、第２実施形態の発振器１の機能ブロック図である。図１１に示すように、第２実施形態の発振器１では、集積回路素子４において、セレクター２４２は、発振器１に供給される電源電圧ＶＤＤ、温度センサー２４１から出力される第２の温度検出信号ＶＴ２及び温度センサー１５から出力される第１の温度検出信号ＶＴ１のいずれか１つを選択して時分割に出力する。
アナログ／デジタル変換回路２４３は、セレクター２４２から時分割に出力される電源電圧ＶＤＤ、第２の温度検出信号ＶＴ２及び第１の温度検出信号ＶＴ１を、それぞれデジタル信号である電源電圧コードＤＶＤ、第２の温度コードＤＴ２及び第１の温度コードＤＴ１に変換する。アナログ／デジタル変換回路２４３は、電源電圧ＶＤＤ、第２の温度検出信号ＶＴ２及び第１の温度検出信号ＶＴ１を抵抗分圧等によって電圧レベルを変換した後に、電源電圧コードＤＶＤ、第２の温度コードＤＴ２及び第１の温度コードＤＴ１に変換してもよい。
デジタル信号処理回路２１０は、第１の温度コードＤＴ１、第２の温度コードＤＴ２及び電源電圧コードＤＶＤ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に基づいて第１の補正コードを生成し、第１の温度コードＤＴ１に第１の補正コードを加算したコードに基づいて温度制御コードＤＨＣを生成する。また、デジタル信号処理回路２１０は、電源電圧コードＤＶＤに基づいて第２の補正コードを生成し、第１の温度コードＤＴ１に第２の補正コードを加算したコードに基づいて温度制御コードＤＨＣを生成する。
なお、デジタル信号処理回路２１０は、アナログ／デジタル変換回路２４３から時分割に出力される電源電圧コードＤＶＤ、第２の温度コードＤＴ２及び第１の温度コードＤＴ１の少なくとも一部に対してローパス処理を行い、高周波ノイズ信号の強度を低減させるデジタルフィルターを含んでもよい。
図１２は、第２実施形態におけるデジタル信号処理回路２１０による温度制御コードＤＨＣの生成処理の一例を示す図である。図１２の例では、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、前述の式（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を生成する温度補正演算を行う。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を前述の式（１）に代入して第１の補正コードＤＴＣ１を生成する。
また、図１２の例では、デジタル信号処理回路２１０は、電源電圧コードＤＶＤを変数とする、次式（２）で示される第２の多項式によって第２の補正コードＤＴＣ２を生成する電源電圧補正演算を行う。具体的には、デジタル信号処理回路２１０は、電源電圧コードＤＶＤを次式（２）で示される第２の多項式に代入して第２の補正コードＤＴＣ２を生成する。式（２）において、電源電圧補正係数ｂｍ～ｂ０は、記憶部２６０に記憶されている。また、ｍは１以上の整数であり、電源電圧ＶＤＤの大きさに応じて変動する第２の温度コードＤＴ２を高い精度で補正するために、ｍが３以上であること、すなわち、第２の多項式が高次式であることが好ましい。
Figure 0007326806000002
また、図１２の例では、デジタル信号処理回路２１０は、第１の温度コードＤＴ１に第１の補正コードＤＴＣ１及び第２の補正コードＤＴＣ２を加算した温度コードＤＴ１Ｘに対して、第１実施形態と同様の制御演算を行う。
また、第１実施形態と同様、デジタル信号処理回路２１０は、制御演算によって得られるコードを固定小数点形式のコードに変換し、当該コードをデルタシグマ変調して温度制御コードＤＨＣを生成する。そして、温度制御コードＤＨＣは、温度制御信号生成回路２２０に含まれるアナログフィルター２２１に入力され、アナログフィルター２２１から出力される信号は、温度制御信号ＶＨＣとして温度制御素子７に供給される。
このようにして生成される温度制御信号ＶＨＣによって温度制御素子７が制御されることにより、振動子２の温度が目標温度で一定に保たれ、高い周波数精度の発振信号ＣＫＯが得られる。
なお、第２実施形態の発振器１のその他の構成は、第１実施形態の発振器１と同様であるため、その説明を省略する。
以上に説明したように、第２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、温度センサー２４１から出力される第２の温度検出信号ＶＴ２及び電源電圧ＶＤＤを、それぞれ第１の温度コードＤＴ１、第２の温度コードＤＴ２及び電源電圧コードＤＶＤ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、第２の温度コードＤＴ２及び電源電圧コードＤＶＤ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２の温度コードＤＴ２を変数とする、式（２）で示される第２の多項式によって第２の補正コードＤＴＣ２を生成し、第１の温度コードＤＴ１に第１の補正コードＤＴＣ１及び第２の補正コードＤＴＣ２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２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、あるいは、電源電圧ＶＤＤが変動しても、第２の温度コードＤＴ２及び電源電圧コードＤＶＤ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、外気温度や電源電圧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。
また、第２実施形態の発振器１によれば、式（２）で示される第２の多項式を高次式とすることにより第１の温度コードＤＴ１をより精度良く補正することができる。すなわち、第２実施形態の発振器１によれば、デジタル信号処理回路２１０が電源電圧コードＤＶＤを変数とする３次以上の高次式に基づいて第２の補正コードＤＴＣ２を生成することにより、電源電圧ＶＤＤの変動によって周波数精度が低下するおそれをさらに低減することができる。
また、第２実施形態の発振器１では、デジタル信号処理回路２１０が、第１の温度コードＤＴ１、第２の温度コードＤＴ２及び電源電圧コードＤＶＤに基づいて、比例演算及び積分演算を含む制御演算を行い、当該制御演算により得られるコードに基づいて温度制御コードＤＨＣを生成する。したがって、第２実施形態の発振器１によれば、比例演算によって得られるコードの目標値に対する誤差が、積分演算によって得られるコードによって補正されるので、温度制御コードＤＨＣにより温度制御素子７を高精度に制御することが可能であり、外気温度や電源電圧の変動によって周波数精度が低下するおそれをより低減することができる。
その他、第２実施形態の発振器１によれば、第１実施形態の発振器１と同様の効果を奏することができる。
１－３．変形例
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。
また、上記の各実施形態では、集積回路素子４は１つの温度センサー２４１を含むが、複数の温度センサー２４１を含んでもよい。この場合、例えば、アナログ／デジタル変換回路２４３は、複数の温度センサー２４１から出力される複数の温度検出信号を複数の温度コードに変換し、デジタル信号処理回路２１０は、当該複数の温度コードに基づいて、第２の温度コードＤＴ２を生成してもよい。例えば、デジタル信号処理回路２１０は、複数の温度コードの平均値を第２の温度コードＤＴ２としてもよい。
また、上記の各実施形態では、温度センサー２４１は集積回路素子４に含まれているが、集積回路素子４の外部であって、温度センサー１５よりも振動子２や温度制御素子７から離れた位置に設けられていてもよい。この場合、温度センサー２４１は、例えば、サーミスターや白金抵抗等で実現可能である。図１３は、温度センサー２４１が集積回路素子４の外部に設けられた一例を示す発振器１の断面図である。図１３の例では、温度センサー２４１は、回路基板８の上面８ｆに接合されており、外気に触れるキャップ１０２に近い位置に設けられている。したがって、外気温度の変化に対して温度センサー２４１が検出する温度が変化する範囲が広くなり、振動子２の温度を高い精度で目標温度に保つことが可能となる。
また、上記の各実施形態では、デジタル信号処理回路２１０が行う制御演算は、比例演算及び積分演算を含むが、微分演算等の他の演算をさらに含んでもよい。比例演算及び積分演算によって得られるコードに微分演算よって得られるコードを加算することにより、目標値に対するオーバーシュートやハンチングを低減させることができる。
また、上記の各実施形態では、デジタル信号処理回路２１０は、固定小数点形式に変換されたコードに対してデルタシグマ変調を行うことによって１ビットの温度制御コードＤＨＣを出力し、温度制御コードＤＨＣは、温度制御信号生成回路２２０のアナログフィルター２２１によって温度制御信号ＶＨＣに変換されるが、可能であれば、温度制御コードＤＨＣが温度制御素子７に供給されてもよい。この場合、温度制御信号生成回路２２０は不要である。あるい、デジタル信号処理回路２１０がデルタシグマ変調を行わずにｎビットの温度制御コードＤＨＣを出力し、温度制御信号生成回路２２０が、アナログフィルター２２１に代えて、デジタル／アナログ変換回路によってｎビットの温度制御コードＤＨＣを温度制御信号ＶＨＣに変換してもよい。
また、上記の各実施形態では、デジタル信号処理回路２１０が生成する分周比制御信号ＤＩＶＣに基づいてフラクショナルＮ型のＰＬＬ回路の分周比を制御することで、温度補償が行われているが、温度補償の方式はこれに限定されない。例えば、発振用回路２３０が容量アレイを有し、デジタル信号処理回路２１０が生成した温度補償コードＤＣＭＰに基づいて容量アレイの容量値を選択することで温度補償を行ってもよい。また、例えば、発振用回路２３０が周波数を調整するための可変容量素子を有し、Ｄ／Ａ変換回路によって、デジタル信号処理回路２１０が生成する温度補償コードＤＣＭＰをアナログ信号に変換し、当該アナログ信号に基づいて可変容量素子の容量値を制御することで、温度補償を行ってもよい。
また、上記の第１実施形態では、１つのアナログ／デジタル変換回路２４３が、第１の温度検出信号ＶＴ１及び第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に時分割に変換しているが、例えば、アナログ／デジタル変換回路が複数のアナログ／デジタル変換器を含み、複数のアナログ／デジタル変換器が、第１の温度検出信号ＶＴ１及び第２の温度検出信号ＶＴ２を第１の温度コードＤＴ１及び第２の温度コードＤＴ２にそれぞれ変換してもよい。同様に、上記の第２実施形態では、１つのアナログ／デジタル変換回路２４３が、電源電圧ＶＤＤ、第１の温度検出信号ＶＴ１及び第２の温度検出信号ＶＴ２を、それぞれ電源電圧コードＤＶＤ、第１の温度コードＤＴ１及び第２の温度コードＤＴ２に時分割に変換しているが、例えば、アナログ／デジタル変換回路が複数のアナログ／デジタル変換器を含み、複数のアナログ／デジタル変換器が、電源電圧ＶＤＤ、第１の温度検出信号ＶＴ１及び第２の温度検出信号ＶＴ２を電源電圧コードＤＶＤ、第１の温度コードＤＴ１及び第２の温度コードＤＴ２にそれぞれ変換してもよい。
また、上記の各実施形態では、温度制御素子７は、パワートランジスター等の発熱素子であるが、温度制御素子７は、振動子２の温度を制御することが可能な素子であればよく、振動子２の目標温度と外気温度との関係によっては、ペルチェ素子等の吸熱素子であってもよい。
また、上記の各実施形態では、発振器１は、第１の温度コードＤＴ１及び第２の温度コードＤＴ２に基づいて振動子２の温度を目標温度付近に調整する温度制御機能と、第２の温度コードＤＴ２に基づく温度補償機能とを有する発振器であるが、温度制御機能を有し、かつ、温度補償機能を有さない発振器であってもよい。また、発振器１は、ＶＣ－ＯＣＸＯ（Voltage Controlled Oven Controlled Crystal Oscillator）等の温度制御機能及び周波数制御機能を有する発振器であってもよい。
２．電子機器
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。
本実施形態の電子機器３００は、発振器３１０、処理回路３２０、操作部３３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３４０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３５０、通信部３６０、表示部３７０を含んで構成されている。なお、本実施形態の電子機器は、図１４の構成要素の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
発振器３１０は、発振回路３１２と振動子３１３とを備えている。発振回路３１２は、振動子３１３を発振させて発振信号を発生させる。この発振信号は発振器３１０の外部端子から処理回路３２０に出力される。
処理回路３２０は、発振器３１０からの出力信号に基づいて動作する。例えば、処理回路３２０は、ＲＯＭ３４０等に記憶されているプログラムに従い、発振器３１０から入力される発振信号をクロック信号として各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、処理回路３２０は、操作部３３０からの操作信号に応じた各種の処理、外部装置とデータ通信を行うために通信部３６０を制御する処理、表示部３７０に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理等を行う。
操作部３３０は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号を処理回路３２０に出力する。
ＲＯＭ３４０は、処理回路３２０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶する記憶部である。
ＲＡＭ３５０は、処理回路３２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ３４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部３３０から入力されたデータ、処理回路３２０が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する記憶部である。
通信部３６０は、処理回路３２０と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。
表示部３７０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成される表示装置であり、処理回路３２０から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。表示部３７０には操作部３３０として機能するタッチパネルが設けられていてもよい。
発振器３１０として例えば上述した各実施形態の発振器１を適用することにより、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ので、信頼性の高い電子機器を実現することができる。
このような電子機器３００としては種々の電子機器が考えられ、例えば、モバイル型、ラップトップ型、タブレット型などのパーソナルコンピューター、スマートフォンや携帯電話機などの移動体端末、ディジタルカメラ、インクジェットプリンターなどのインクジェット式吐出装置、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、移動体端末基地局用機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、カーナビゲーション装置、リアルタイムクロック装置、ページャー、電子手帳、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ゲーム用コントローラー、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡等の医療機器、魚群探知機、各種測定機器、車両、航空機、船舶等の計器類、フライトシミュレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、歩行者自立航法（ＰＤＲ：Pedestrian Dead Reckoning）装置等が挙げられる。
図１５は、電子機器３００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。電子機器３００であるスマートフォンは、操作部３３０としてボタンを、表示部３７０としてＬＣＤを備えている。そして、電子機器３００であるスマートフォンは、発振器３１０として、例えば上述した各実施形態の発振器１を適用することにより、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ので、より信頼性の高い電子機器３００を実現できる。
また、本実施形態の電子機器３００の他の一例として、上述した発振器３１０を基準信号源として用いて、例えば、端末と有線または無線で通信を行う端末基地局用装置等として機能する伝送装置が挙げられる。発振器３１０として、例えば上述した各実施形態の発振器１を適用することにより、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。
また、本実施形態の電子機器３００の他の一例として、通信部３６０が外部クロック信号を受信し、処理回路３２０が、当該外部クロック信号と発振器３１０の出力信号とに基づいて、発振器３１０の周波数を制御する周波数制御部と、を含む、通信装置であってもよい。この通信装置は、例えば、ストレータム３などの基幹系ネットワーク機器やフェムトセルに使用される通信機器であってもよい。
３．移動体
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。
発振器４１０は、不図示の発振回路と振動子とを備えており、発振回路は振動子を発振させて発振信号を発生させる。この発振信号は発振器４１０の外部端子から処理回路４２０，４３０，４４０に出力され、例えばクロック信号として用いられる。
処理回路４２０，４３０，４４０は、発振器からの出力信号に基づいて動作し、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処理を行う。
バッテリー４５０は、発振器４１０及び処理回路４２０，４３０，４４０に電力を供給する。バックアップ用バッテリー４６０は、バッテリー４５０の出力電圧が閾値よりも低下した時、発振器４１０及び処理回路４２０，４３０，４４０に電力を供給する。
発振器４１０として例えば上述した各実施形態の発振器１を適用することにより、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ので、信頼性の高い移動体を実現することができる。
このような移動体４００としては種々の移動体が考えられ、例えば、電気自動車等の自動車、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成、例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
１…発振器、２…振動子、３…振動素子、４…集積回路素子、５…発振回路、７…温度制御素子、８…回路基板、８ｆ…回路基板の上面、８ｒ…回路基板の下面、１０…ケース、１２…リード端子、１２ａ…第２接続部、１２ｂ…第１延伸部、１２ｃ…第２延伸部、１２ｄ…第１接続部、１３…スタンドオフ、１４…ピン端子、１５…温度センサー、１６…電子素子、２１…パッケージベース、２１ｒ…パッケージベースの下面、２２…リッド、２３…シールリング、２４…第１接続端子、２５…凹部、２６…第２接続端子、３０…ベース基板、３０ｆ…ベース基板の上面、３０ｒ…ベース基板の下面、３１…水晶基板、３２…外部接続端子、３３…接合材、３４…有底穴、１０１…ベース、１０１ｂ…フランジ、１０１ｆ…ベースの上面、１０１ｒ…ベースの下面、１０２…キャップ、１０２ｆ…外周部、１０３…封止部材、２１０…デジタル信号処理回路、２２０…温度制御信号生成回路、２３０…発振用回路、２３１…フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路、２３２…分周回路、２３３…出力バッファー、２４１…温度センサー、２４２…セレクター、２４３…アナログ／デジタル変換回路、２５０…インターフェース回路、２６０…記憶部、２６１…ＲＯＭ、２６２…レジスター群、２７０…レギュレーター、３００…電子機器、３１０…発振器、３１２…発振回路、３１３…振動子、３２０…処理回路、３３０…操作部、３４０…ＲＯＭ、３５０…ＲＡＭ、３６０…通信部、３７０…表示部、４００…移動体、４１０…発振器、４２０，４３０，４４０…処理回路、４５０…バッテリー、４６０…バックアップ用バッテリー

Claims (11)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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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