JPH03201807A - 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、特にア
ナログ−デジタル変換器の改良に間する。

（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。たとえは、数ＭＨｚないし十数ＭＨｚ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じて微細に変化し、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す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、消費電力も大きく、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
を接続してそのリ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は上記
恒温槽を用いたものに比べて周波数安定度は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、たとえばバリキャ
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。

ところで、従来このような発振器に用いられるアナログ
−デジタル変換器は、たとえは第５図に示すような、い
わゆるデュアルスロープ型の変換器が多用されている。

この変換器は変換速度は劣るが、クロック周波数、積分
コンデンサ、積分抵抗の変動については一変換すイクル
中安定であればよく比較器のオフセットによる誤差も生
じない利点がある。

すなわち、入力電圧■１または基準電圧−Ｖｒｅｆをア
ナログスイッチ１１を介して、その一方を選択的に積分
回路１２で積分して積分値の反転出力■０を得る。そし
て反転出力ＶＯを比較器１３に入力して比較出力により
カウンタ４を制御する。

このようなアナログ−デジタル変換器の動作は第６図に
示すように、まず入力電圧＼／ｉをカウンタ１４によっ
て規定される一定時間Ｔｉ負方向へ積分し、この期間を
経過するとアナログスイッチ１１を基準電圧−Ｖ　ｒｅ
ｆ側へ切り替えて、積分値ＶＯは基準電圧＝■１・ｅｆ
によって正方向へ積分する。

すなわち基準電圧−Ｖ　ｒｅｆは入力電圧Ｖｉとは逆極
性なので、入力電圧Ｖ＋を積分して得られた積分値Ｖｏ
は基準電圧−Ｖｒｅｆの積分期間中、時間とともに減じ
られていく。そして上記積分値■０の電位がゼロクロス
した瞬間に比較器１３の出力が反転し、カウンタ１４を
停止しこの間の時間Ｔ　ｒｅｆに対応したカウント値を
得る。そして上記入力電圧■ｌの積分時間Ｔｉに対応す
るカウント値と上記基準電圧−Ｖ　ｒｅｆの積分時間Ｔ
　ｒｅｆに対応するカウント値の比率から入力電圧に対
応するデジタル値を得ることができる。

しかしながらこのようなものでは、入力電圧の積分値を
、逆極性の基準電圧で積分して、その値を減じるように
しているので安定な正負２電源を必要とする。一方デジ
タル温度補償型の発振器にあっては形状を極力小型化し
、かつ単一電源で動作することが望まれ、はとんどの回
路は単一電源て動作する構成とすることができる。この
ためにアナログ−デジタル変換器のために別電源を設け
ることは不合理であり、構成も複雑になり形状も大きく
なる問題があった。

（発明の目的） 本発明は、」二記の事情に鑑みてなされたもので、全体
を単一電源で動作させることができ形状も小型でコスト
も安価で高精度を得られる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ｔこおいて、上記アナログ変換は第１の
基準電圧を積分する積分器の積分出力を比較器の一方の
入力へ与えこの比較器の他方の入力へ第１のスイッチを
介して入力電圧または第２の基準電圧を選択的に与え、
また積分器の積分電圧を放電させる第２のスイッチを設
け、上記比較器の比較出力によって制御され上記入力電
圧と上記積分出力が一致するまでの第１のカウント値を
得て第２のスイッチを制御して積分電圧を放電する第１
の積分期間と、次に第２の基準電圧と上記積分出力が一
致するまでの第２のカウント値を得て第２のスイッチを
制御して積分電圧を放電する第２の積分期間とを交互に
繰り返し上記第２のカウント値で校正した上記第１のカ
ウント値をデジタル変換出力を得るカウンタを設けたこ
とを特徴とするものである。

（実施例） 以下、本発明の一実施例のアナログ−デジタル変換器を
、第１図に示すブロック図を参照して詳細に説明する。

図中２１は積分器で、入力に第１の基準電圧■ｒｅｆ　
１を与えられて第１のアナログスイッチ２２が一方の固
定接点２２ａであれば積分動作、他方の固定接点２２ｂ
であれば積分電圧を放電する放電動作を行う。そして積
分器２１の積分出力Ｖｏは比較器２３の一方の入力に与
える。比較器２３の他方の入力には第２のアナログスイ
ッチ２４を介して入力電圧Ｖ１または第２の基準電圧Ｖ
ｒｅｆ２の一方を選択的に与える。そして比較器２３の
比較出力なカウンタ２５に与えてカウント動作を制御す
る。このカウンタ２５は周波数の安定なりロック信号に
よって制御されカウント動作を行うものである。

このようなアナログ−デジタル変換器の動作は次のよう
になる。まず、第２図に示すタイムチャートにおいて時
刻１０で変換動作を開始すると、第１の積分期間、すな
わち図示の期間Ｔ１において、第１のアナログスイッチ
２２は固定接点２２ａを選択して第１の基１８Ｍ電圧Ｖ
　ｒｅｆ　１を積分する。

一方策２のアナログスイッチ２４は入力電圧Ｖ１を選択
して比較器２３は積分電圧Ｖｏと入力電圧Ｖ１とを比較
する。そして、時刻１，１て積分電圧Ｖｏと入力電圧Ｖ
ｉか等しくなると比較出力をカウンタ２５へ与えて、第
１のカウント値Ｔｉを取り込む。

そして、期間ＴＩを経過して期間′ｒ２になると第１の
アナログスイッチ２２は接点２２ｂを選択して積分電圧
を放電させる。

次に期間Ｔ２を経過して第２の積分期間、すなわち期間
Ｔ３になると第１のアナログスイッチ２２は接点２２ａ
を選択して第１の基準電圧Ｖｒｅｆｌの積分を開始する
。また第２のアナログスイッチ２４は第２の基準電圧Ｖ
ｒｅｆ２を選択して比較器２３へ与える。そして積分電
圧Ｖｏが第２の基準電圧Ｖ＋・ｅｆ２に等しくなるとこ
の比較出力をカウンタへ与えて第２のカランＩ・値Ｔ　
ｒｅｆを取り込む。そして第２のカウント（直Ｔ　ｒｅ
ｆによっ゛Ｃ第１のカウント値Ｔｉを校正することによ
り入力電圧Ｖｉのデジタル変換出力を得る。

そして期間Ｔ３を経過して期間Ｔ４では第１のアナログ
スイッチ２２は接点２２ｂを選択して積分電圧を放電す
る。そして再び期間Ｔ１になり上述の動作を繰り返す。

なな、上述のアナログ−デジタル変換器はたとえば第４
図に示すようなデジタル温度補償型の発振器の温度セン
サの検出信号をデジタル信号に変換するために用いるこ
とは勿論である。

このような構成であれは、積分電圧Ｖｏは放電させるこ
とによって初期状態に復帰するようにしているので単電
源で動作させることができ、しかも変換速度は若干犠牲
になるもののクロック周波数、積分コンデンサ、積分抵
抗の変動については一変換すイクル中安定であれはよく
、さらに比較器のオフセットによる誤差も生じない利点
がある。

そして水晶光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アナログ−デジタ
ル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、
たとえは全体を中央演算処理装置（ＣＰＵ）のプログラ
ムによって制御するように構成しソフトウェアによるカ
ウンタのカウント（直でアナログスイッチ２２．２４を
制御するようにしてもよい。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば単一電源で動作し
高精度のデジタル変換を行えるアナログ−デジタル変換
器を用いた、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図は本発明で用いるアナログ−デジタル変換器の一
実施例を示すブロック図、 第２図は第１図に示すアナログ−デジタル変換器の動作
を説明するタイミングチャート、第３図はＡＴカットの
厚み滑り水晶振動子の濃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、 第５図は従来のアナログ−デジタル変換器の一例を示す
ブロック図、 第６図は第５図に示すアナログ−デジタル変換器の動作
を説明するタイミングチャートである。 ２１　・　・　・ ２２、２４ ２３　◆　・　・ ２５　・　・　・ 積分器 アナログスイッチ 比較器 カウンタ 第２ＥＺＩ −１晃厚（Ｃ”）

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、 上記アナログ−デジタル変換器は第１の基準電圧を積分
   する積分器と、この積分器の積分出力を一方の入力へ与
   えられる比較器と、この比較器の他方の入力へ入力電圧
   または第２の基準電圧を選択的に与える第１のスイッチ
   と、上記積分器の積分電圧を放電させる第２のスイッチ
   と、上記比較器の比較出力によって制御され上記入力電
   圧と上記積分出力が一致するまでの第１のカウント値を
   得て第２のスイッチを制御して積分電圧を放電する第１
   の積分期間と、次に第２の基準電圧と上記積分出力が一
   致するまでの第２のカウント値を得て第２のスイッチを
   制御して積分電圧を放電する第２の積分期間とを交互に
   繰り返し上記第２のカウント値で校正した上記第１のカ
   ウント値をデジタル変換出力として得るカウンタを設け
   たことを特徴とするデジタル温度補償発振器。