JPH03126304A - 温度補償水晶発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 例えば、移動無線機器の高安定周波数源に使用する温度
補償水晶発振器に関し、 温度補償水晶発振器に対して、より小型化、低消費電力
化を図ることを目的とし、 測定した温度に対応する温度情報を送出する温度センサ
と、入力する制御電圧に対応する発振周波数の波を送出
する電圧制御水晶発振器と、入力する温度情報を利用し
て該電圧制御水晶発振器が所定周波数で発振する様な制
御信号を生成して送出する制御信号発生手段とを有する
温度補償水晶発振器において、該温度センサから出力さ
れる温度情報を、該電圧制御水晶発振器の周波数温度特
性を近似した折れ線特性を有する温度情報に変換して該
制御電圧発生手段に送出する直流変換手段を設ける様に
構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は１例えば、移動無線機器の高安定周波電源に使
用する温度補償水晶発振器に関するものである。

水晶発振器の発振周波数は使用する水晶振動子に依存す
るが、振動モード・形状寸法を選択することにより数Ｋ
Ｈｚ〜約２００　ＭＨｚの広い周波数範囲にわたって実
現可能である。最近では水晶発振器の周波数安定度に対
する要求の厳しさ、ディジタル分周技術の進展などを反
映して、３次の周波数温度特性を持つＡＴカット水晶厚
み滑り振動子の使用が多いと云われている。

ここで、水晶発振器の周波数変化の主要因は温度の影響
であるが、　ＡＴカット水晶振動子を利用した場合では
（−１０〜＋５０）℃の温度範囲で約５ｐｐｍの特性が
得られるが、更に安定度を高くしたものとしてサーミス
タやダイオードを組み合わせて回路的に温度補償した温
度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）や水晶振動子や発振回路
を恒温槽に収容した恒温櫂形発振器などがある。

移動無線機器用の高安定周波数源として使用すものは９
例えば発振周波数が１５ＭＩＩｚ程度で安定度としでは
温度変化、電源変動、エージングを含めて１．５　Ｘ　
１０−＆程度であるが、移動機器の小型化に対応して、
この温度補償水晶発振器もより小型化。

低消費電力化を図ることが必要である。

〔従来の技術〕

第７図は従来例のブロック図、第８図は第７図の動作説
明図を示す。以下、第８図を参照して第７図の動作を説
明する。

例えば、測定範囲が一２０〜＋８０℃の温度センサ１１
は温度補償水晶発振器の周囲の温度を計測して得た温度
情報をアナログ／ディジタル変換器（以下、　Ａ／Ｄ変
換器と省略する）１２に出力するが、この温度情報は第
８図（ａ）に示す様に周囲温度に対応した値になってい
る。そこで、　Ａ／Ｄ変換器１２は入力した温度情報を
ディジタル形式の温度情報に変換してメモリエ３に加え
る。

メモリ１３には１例えば２５℃における電圧制御水晶発
振器１５の発振周波数がｆｏである時１周囲温度がＴ”
Ｃになっても発振周波数がｆｏとなる様な制御電圧がＡ
／Ｄ変換器の出力をアドレスとするデータの形式で予め
格納されている。

そこで、入力したＡ／Ｄ変換器の出力に対応する制御電
圧が読み出されてディジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ
変換器）１４に加えられる。

Ｄ／Ａ変換器は入力したディジタル形式の制御電圧をア
ナログ形式の制御電圧に変換して電圧制御水晶発振器（
以下、　ＶＣＸＯと省略する）１５に加えるので、　Ｖ
ＣＸＯは発振周波数が制御され１周波数ｆｏで発振する
。

尚、ＶＣＸＯの発振周波数を制御するには５例えば可変
容量ダイオード（図示せず）を水晶発振子と直列接続し
、制御電圧で該可変ダイオードの容量を変化させること
により行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の様に、温度センサの入出力特性は第８図（ａｌに
示す様に直線的になっているが、この様な温度センサか
ら出力された温度情報を直接、　Ａ／Ｄ変換してディジ
タル形式の温度情報を得ている為。

使用する温度範囲において温度感度（第８図（ａ）の傾
斜）は一定となる。

しかし、水晶発振器の温度特性は上記の様にＡＴカット
水晶振動子を用いた場合、第８図（ｂ）に示す様な３次
の周波数温度特性を持ち、ある微小温度範囲ΔＴに対す
る周波数変化量ΔＦは大きい部分や小さい部分があり一
定ではない。

そこで、ΔＦが小さい部分の制御電圧の変化は大きい部
分のそれよりも少なくてよい筈であるが。

温度センサは同し温度感度で温度情報をＡ／Ｄ変換器に
送出するので、　Ａ／Ｄ変換器は余分の温度情報もディ
ジタル化しなければならず、ビット数が多くなる。

これにより、温度補償水晶発振器の形状が大きくなり、
消費電力が増えると云う問題がある。

本発明は温度補償水晶発振器に対してより小型化、低消
費電力化を図ることを目的とする。

〔課題を解決する為の手段〕

第１図は本発明の原理ブロック図を示す。

図中、１１は測定した温度に対応する温度情報を送出す
る温度センサで、１５は入力する制御電圧に対応する発
振周波数の波を送出する電圧制御水晶発振器である。

また、４は入力する温度情報を利用して該電圧制御水晶
発振器が所定周波数で発振する様な制御信号を生成して
送出する制御電圧発生手段で、３は該温度センサから出
力される温度情報を、該電圧制御水晶発振器の周波数温
度特性を近似した折れ線特性を有する温度情報に変換し
て該制御電圧発生手段に送出する直流変換手段である。

〔作用〕

本発明は温度センサと制御電圧発生手段との間に直流変
換手段を設け＋　’１４度センサから出力した温度変化
に比例する温度情報を、電圧制御水晶発振器の周波数温
度特性に近似した折れ線特性を有する温度情報に変換し
、これを制御電圧として電圧制御水晶発振器に加える様
にする。

これにより、微小温度範囲ΔＴに対する周波数変化量が
大きい時は温度情報の変化量は大きく。

周波数変化量が小さい時は小さくなるので、はぼ必要な
だけの温度情報しか制御電圧発生手段に加えられない。

この為、温度補償水晶発振器に対して、より小型化、低
消費電力化を図ることができる。

〔実施例〕

第２図は本発明の実施例のブロック図、第３図は第２図
中の特性変換部分の回路図、第４図は第２図中のコンパ
レータ部分の回路図、第５図は第２図中のオフセット設
定部分の回路図、第６図は第２図の動作説明図を示す。

ここで、特性変換部分３１．コンパレータ部分３２゜オ
フセット設定部分３３は直流変換手段３の構成部分、へ
／Ｄ変換器４１．メモリ４２．　Ｄ／Ａ変換器４３は制
御電圧発生手段４の構成部分を示す。尚、全図を通じて
同一符号は同一対象物を示す。以下、第２図〜第６図の
動作を説明する。

先ず、第３図に示す特性変換部分は演算増幅器３１１、
抵抗Ｒ，，Ｒ１とスイッチＳＷＩ、　ＳＷ２から構成さ
れているが、スイッチＳＷ＋、ＳＷｚがオフ／オフの状
態にある時の演算増幅器の利得Ｇを求めると次の様にな
る。

Ｓ賀１＋　Ｓ誓２が共にオフの時はＧ・（Ｒｌ／Ｒｔ　
）ＳＷｌ、ＳＷｚが共にオンの時はＧ　＝　Ｒ１／（Ｒ
１＋Ｒｚ）となる。即ち。

舖が共にオフの時の入出力特性は入力レベルと同じ出力
レベルが送出され、傾斜は１となる。しかし、　ＳＷが
共にオンでＲ１・３Ｒ２の時の入出力特性の傾斜はオフ
の時の傾斜のＡとなる。

次に、第４図に示すコンパレータ部分は特性変換部分の
スイッチｓｗ、、　ｓＷｚおよびオフセット設定部分の
スイッチＳＷ３．　ＳＷ４を制御する部分で、ウィンド
コンパレータとして動作する２つの演算増幅器３２１．
３２２とへＮＤゲート３２３．３２４．　　インバータ
３２５とから構成されている。

ここで、電圧ＶＣＣを抵抗Ｒ：ｌ＋　Ｒａ、　Ｒｓを用
いて変換した電圧Ｖｚ、　Ｌが基準電圧として比較器３
２１の＋端子、比較器３２２の一端子に加えられている
。

今、入力端子をＶ、とし＋　ｖ、＜　ｖ＊　＜ｖ２の時
は比較器３２１．３２２が共にＨの出力を送出するので
ＡＮＤゲート３２３がオンになり、ＳＷｌ、　ＳＷｔ、
ＳＷ３のみが駆動されてオンになる。

しかし＋Ｖｔ　＜ｖｓＯ時はＡＮＤゲート３２４がオン
になり、　ＳＷ４のみが駆動されてオンになるが＋　Ｖ
ｌ＞　Ｖ、の時はへＮＤゲート３２３．３２４はオフの
ままでで、全てのスイッチは駆動されない。

更に、第５図に示すオフセット設定部分は上記の特性変
換部分の出力に対してオフセントを与える部分で、ツェ
ナーダイオードＤＩ＋　０２＋　スイッチＳＷ３．　Ｓ
Ｗ４．演算増幅器３３１．３３２と抵抗Ｒ１抵抗Ｒｈ＋
抵抗Ｒ４とで構成されている。

今、　ＳＷ３．　ＳＷ、が共にオフの時は特性変換部分
の出力に対してオフセットは与えられないが、　Ｓｋｈ
がオンの時はＶ、、　ＳＷ４がオンの時はｖ４のオフセ
ットがそれぞれ与えられる様になっている。

尚、加算器３３１で演算増幅器３３２はバッファの部分
である。

ここで、電圧制御水晶発振器νＣＸＯ１５の周波数温度
特性は第６図ｆｂｌに示す様な３次曲線を示しているが
、特性変換部分３１．コンパレータ部分３２およびオフ
セット設定部分３３で構成される直流変換手段３の入出
力特性は上記３次曲線を近似した第６図（ａ）に示す様
な折れ線特性になる。

即ち、第６図（ｂ）の■の部分は、演算増幅器３１１の
利得が１で、　ＳＷ３．　ＳＷ４はオフの為にオフセッ
トは与えられず、第６図（ａｌの一点鎖線に示す様な入
力電圧がそのまま出力する。

しかし、第６図（ｂ）の■の部分は演算増幅器３１１の
利得が９例えばＡになるので、入力電圧の傾斜を×に圧
縮して第６図（ａｌに示す形状にするが、オフセント設
定部分のスイッチＳＷ、がオンになってオフセラ）Ｖ３
を変換した温度情報に与える。

また、入力端子がｖ２よりも高くなった時はスイッチＳ
Ｗ４がオンになりオフセラ１−Ｖ４を変換した温度情報
に与える。尚、入力電圧かり２以上の時は上記の様に演
算増幅器の利得は１になる。

さて、第２図に示す温度センサ１１は周囲温度に対応す
る温度情報を上記の特性変換部分３１とコンパレータ部
分３２に加える。

コンパレータ部分は上記で説明した様に入力した温度情
報が（ｖ＋　”’Ｖ２）の間、または（ｖ＋　〜Ｖ２）
の間より上か下かを検出して特性変換部分３１．オフセ
ット設定部分３３の中の対応するスイッチを駆動する。

そこで、第６図（ａ）に示す様に温度センサ１１から出
力された温度情報しよ実線の様に変換されて（変換され
た温度情報を変換温度情報と云う）　Ａ／Ｄ変換器４１
に加えられる。

尚、第６図（ａｌの一点鎖線は変換が行われない従来例
の場合のＡ）Ｄ変換器入力を示すが１本発明の様に変換
することにより、　Ａ／Ｄ変換器に人力する温度情報の
振幅が１例えばＯ〜２５５からＯ〜１２７と減少し、Ａ
／Ｄ変換器のビット数が減少する。

Ａ／Ｄ変換器４１は入力した変換温度情報をディジタル
形式の温度情報に変換してメモリ４２に加える。

メモリには上記と同様にＡ／Ｄ変換器の出力をアドレス
とする制御電圧が予め格納されているので対応するディ
ジタル形式の制御電圧が読み出されるが、この制御電圧
はＤ／Ａ変換器４３でアナログ形式の制御電圧に変換さ
れてｖｃｘｏに加えられる。これにより、　ｖｃｘｏの
発振周波数は周囲温度が変化しても所定の周波数で発振
することになる。

ここで、メモリに格納されるデータ量はＡ／Ｄ変換器の
ビット数の削減に対応して減少し、これに伴って消費電
力が低減される。

第７図は従来例のブロック図、 第８図は第７図の動作説明図を示す。

図において、 ３は直流変換手段、 ４は制御電圧発生手段、 １１は温度センサ、 １５は電圧制御水晶発振器を示す。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明した様に本発明によれば温度補償水晶発
振器に対して、より小型化、低消費電力化を図ることが
できると云う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロック図、 第２図は本発明の実施例のブロック図、第３図は第２図
中の特性変換部分の回路図、第４図は第２図中のコンパ
レータ部分の回路図、第５図は第２図中のオフセット設
定部分の回路図、第６図は第２図の動作説明図、 第２図中のコンノでに一夕耶分の回路図第 図 第２図中のオフセット先−曙畔介の回路図従来イ列のフ
゛口・ツク　図 男 ワ 図 （α） （ｂ） 第 ７図の動作説Ｂ月図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 測定した温度に対応する温度情報を送出する温度センサ
   （１１）と 入力する制御電圧に対応する発振周波数の波を送出する
   電圧制御水晶発振器（１５）と 入力する温度情報を利用して該電圧制御水晶発振器が所
   定周波数で発振する様な制御電圧を生成して送出する制
   御電圧発生手段（４）とを有する温度補償水晶発振器に
   おいて、 該温度センサから出力される温度情報を、該電圧制御水
   晶発振器の周波数温度特性を近似した折れ線特性を有す
   る温度情報に変換して該制御電圧発生手段に送出する直
   流変換手段（３）を設けたことを特徴とす温度補償水晶
   発振器。