JPH03201806A - デジタル温度補償発振器 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は、温度変化による発振周波数の変化をデジタル
的に補償するデジタル温度補償発振器に係わり、特にデ
ジタル−アナログ変換器の改良に関する。

（発明の技術的背景とその問題点） 近時、周波数、時間等の基準として水晶発振器が広く用
いられている。ところで水晶発振器に用いる水晶振動子
は一般に温度係数を持ち、温度の変化によって周波数も
変化する。たとえば、′ＩＩ′ｉＭＨｚないし十数ＭＨ
ｚ程度の周波数で使用する一般的なＡＴカットの水晶振
動子は、第３図に示すような略３次曲線状の温度係数を
示し、その特性は切断角度に応して微細に変化し、変極
点は２５℃前後になる。

一方、電子機器の高精度化がすすむにつれて水晶発振器
にあっても発振周波数は、より安定であることを要求さ
れる傾向にある。

このような要求を満たず水晶発振器としては発振回路を
恒温槽に収納したものがある。しかしながら恒温槽を用
いたものでは形状が大型化し、消ｃｌ電力も大きく、電
源の投入時に周波数が安定化するまでに時間がかかり、
しかも部品は７０℃程度の比較的高温度にさらされるた
めに信頼性にも問題がある。

このために、水晶振動子にサーミスタ等の温度検出素子
を接続し−Ｃそのりアクタンスの変化によって温度補償
を行うものがある。しかしながらこのようなものでζよ
上記恒温槽を用′いたものに比へて周波数安定度は１０
倍以上悪くなる。

このために、たとえは第４図に示すような構成のデジタ
ル温度補償発振器が知られている。

この発振器では温度センサ１の検出出力をアナログ−デ
ジタル変換器２でデジタル変換し、このデジタル出力に
よって記憶素子、すなわちメモリ３のアドレスを選択し
てアクセスする。

このメモリ３には予め温度変化による発振器の発振周波
数の変化を補償するためのデータを書き込んでおく。

そしてメモリ３の出力データをデジタル−アナログ変換
器４、たとえばＲ−２Ｒのラダー型のデジタル−アナロ
グ変換器を用いてアナログ信号に変換する。そしてこの
アナログ信号を電圧容量変換素子５、たとえはバリキャ
ップに印加してその静電容量を制御する。そしてこの電
圧容量変換素子５を発振回路７の水晶振動子６に接続し
、その発振周波数を微小に可変して温度補償を行う。

しかしながらこのようなものでは、Ｒ−２Ｒ型の変換器
を用いているので、高精度のアナログ変換を行うために
はデジタル−アナログ変換器として極めて高精度の多数
の抵抗を必要とし、それによってコストが高価で形状も
大型化し、実際には各抵抗の値のバラツキによって所望
の性能を得られない問題がある。

（発明の目的） 本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、形状が
小型で安価に高精度を得られるデジタル−アナログ変換
器を用いたデジタル温度補償発振器を提供することを目
的とするものである。

（発明の概要） 本発明は、温度を検出する温度センサの検出値をデジタ
ル変換して記憶素子のアドレスを選択して予め格納した
温度補償データを読みだし、このデータをアナログ変換
して水晶発振回路の電圧容量変換素子に印加して周波数
を制御するものにおいて、上記デジタル変換はデジタル
信号の値に対応した時間幅のパルス信号を出力するパル
ス幅変調器の変調出力をローパス・フィルタで平滑する
ことを特徴とするものである。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を、第１図に示すブロック図を
参煕して詳細に説明する。

図中１１は、温度センサて、たとえば温度変化に応じて
抵抗値が変化するサーミスタである。そして１２は温度
センサ１１から検出温度に応じたアナログ信号の温度デ
ータを与えられるアナログ−デジタル変換器で、上記ア
ナログ信号を予め定めたビット数のデジタル信号の温度
データに変換する。

そして、このデジタル化した温度データによって記憶素
子１３たとえばＥＰ−ＲＯＭのアドレスを選択する。こ
のＥＰ−ＲＯＭ１３の各アドレスには予め、上記温度デ
ータに対応した温度補償データを格納している。しかし
て選択したアドレスから読みだした温度補償データをデ
ジタル−アナログ変換器１４に与えてアナログ変換し、
この変換出力を電圧容量変換素子１５に印加してその静
電容量を制御する。

そして上記、電圧容量変換素子１５は水晶発振器１７の
水晶振動子１６に接続してその発振周波数を微小に可変
し、温度変化による発振周波数の変化を補償する。

しかして上記デジタル−アナログ変換器１４は、デジタ
ル信号として与えられる上記温度補償デー夕を、その値
に対応した時間幅のパルス信号に変換するパルス幅変調
器１４Ａと、このパルス幅変調器１４Ａの出力を平滑し
て直流化するローパス・フィルタ１４Ｂとを設け、上記
デジタル信号をその値に応した直流信号に変換するよう
にしている。

このような構成であれは、デジタル−アナログ変換器１
４はデジタル信号の値に応じた時間幅のパルス信号を得
るパルス幅変調器１４Ａと、この変調出力を平滑して直
流化するローパス・フィルタ１４Ｂとからなる。したが
って回路全体を比較的、簡単な構成の周知のデジタル回
路素子をもって実現することが可能であり、しかもこの
ような簡単な構成で極めて高精度を得ることができる。

しかしてこのようなパルス幅変調を行うデジタル−アナ
ログ変換器は、変換速度の点に関しては、本質的にＲ−
２Ｒ型等の変換器よりも低速度である。しかしながら水
晶発振器の温度補償を行う場合には、たとえ温度変化の
激しい過酷な条件であっても、発振回路の特にその水晶
振動子の熱容量に比して上記デジタル−アナログ変換器
の変換速度は充分に短時間である。したがって、温度変
化による周波数の変化を充分な時間的余裕をもって正確
に補償することが可能で実用上充分な性能を得ることが
できる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
たとえば記憶素子１３に対する温度補償データの書き込
み、読みだし及び読みだしたデータに対する所定の演算
等を制御するために小型の中央演算処理装置（以下ＣＰ
Ｕという）を設けて処理するようにしてもよい。

第２図はこのような構成のデジタル温度補償発振器の一
例を示すブロック図で、ＣＰＵ２１によってアナログ−
デジタル変換器１２から取り込んだ温度データに応じて
対応する温度補償データを記憶素子１３から読み出す。

そして上記温度補償データの値に応じたパルス幅のパル
ス信号をパルス幅変調器１４Ａで得てスイッチ２２を制
御する。

このスイッチ２２の一方の接点には電源２３から一定電
圧を与え、他方の接点には基準電位な与える。そしてス
イッチ２２の選択出力はローパス・フィルタ１４Ｂで平
滑して直流化し、電圧容量変換素子１５に印加してその
静電容量を制御し、水晶発振器１７の発振周波数を微小
に可変し、温度変化による発振周波数の変化を補償する
。

なお、このようにＣＰＵ２１を設けた場合は、デジタル
−アナログ変換器１４のパルス幅変調器１４Ａは、たと
えばＣＰＵ２１のデジタル出力ボートをソフトウェア・
タイマで制御して実現でき、ハードウェアの構成も極め
て簡単になる。

また、ＣＰＵ２１に仮想的に水晶振動子１６の温度特性
のモデルを予め設定しておき、実際に使用する水晶振動
子１６と上記モデルの水晶振動子の温度特性の差分のみ
を記憶素子１３に記憶する構成としてもよい。このよう
にすれは記憶すべきデータ量を圧縮でき、記憶素子１３
に容量の小さいものを使用可能にできる。またこの場合
は、記憶素子１３から読み出したデータに対してＣＰＵ
２１で所定の演算を行って温度補償データの復元してパ
ルス幅変調器へ与えるようにすればよい。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によればデジタル的に温度
補償を行う際に、デジタル信号の値に応じたパルス幅の
パルス信号を出力するパルス幅変調器及びこの変調出力
を直流化するローパス・フィルタを設けるようにしたの
で簡単な構成で容易に高精度を得られ、コストも安価で
形状も小型にでき、正確な温度補償が可能な高性能のデ
ジタル温度補償発振器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
本発明の他の実施例を示すブロック図第３図はＡＴカッ
トの厚み滑り水晶振動子の温度特性の一例を示す図、 第４図は従来のデジタル温度補償発振器の一例を示すブ
ロック図である。 １１・・・・温度センサ １２・・・・アナログ−デジタル変換器１３・・・・記
憶素子 ｌ　４　・　・ １４Ａ　・ １４Ｂ　　・ ｌ　５　・　・ １６　・　・ １７　・　・ ・デジタル−アナログ変換器 ・パルス幅変調器 ・ローパス・フィルタ ・電圧容量変換素子 ・水晶振動子 ・発振回路 結１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 温度を検出する温度センサと、 この温度センサの検出出力を検出値に応じた値のデジタ
   ル信号に変換するアナログ−デジタル変換器と、 このアナログ−デジタル変換器のデジタル変換出力に対
   応したアドレスを選択されて予め記憶した温度補償デー
   タを出力する記憶素子と、 この記憶素子の出力データをアナログ信号に変換するデ
   ジタル−アナログ変換器と、 このデジタル−アナログ変換器のアナログ変換出力に応
   じて静電容量を制御される電圧容量変換素子と、 この電圧容量変換素子によって周波数を制御される水晶
   振動子と、 この水晶振動子と共に発振器を構成する発振回路とを具
   備するものにおいて、 上記デジタル−アナログ変換器はデジタル信号の値に対
   応した時間幅のパルス信号を出力するパルス幅変調器と
   、この変調器の出力を平滑して直流化するローパス・フ
   ィルタとからなることを特徴とするデジタル温度補償発
   振器。