JPH0329505A - 温度制御水晶発振回路 - 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】 本発明は、これに限られるものではないが、特に携帯用
無線通信機器、たとえば移動及び携帯送受信器及び呼出
受信機での主発振器及び／又は局部発振器にみられるよ
うな温度制御水晶発振回路に係る。

近時における無線チャンネルの狭小さにともなって、特
に温度領域−３０°Ｃから＋７０°Ｃで作動しなければ
ならない携帯機器において安定した発振回路が必要とさ
れている。水晶、特にＡＴカット石英水晶は周波数安定
素子として用いられている。しかし、ＡＴカット石英水
晶は温度変化に応じてドリフトすることが知られている
。ドリフトの問題に対処する方法の一つは、水晶を温度
制御された天火中に置くことである。しかし、そのよう
な天火は電力を消費し、電池作動の携帯機器には望まし
くない。

別の方法は、発振回路における周波数プリング素子、た
とえばバリキャップダイオードに印加される補正電圧を
発生させることである。

補正または補償電圧を発生する方法の一例はＳＵ１１３
６２９９Ａに開示されており、そこでは補償信号領域は
たとえばＡＴカット水晶を有する発振器の発振器温度周
波数特性で形成される。これらの領域は横座標にある変
曲点のいずれかの側に存在し、その点はＳＵＩ　１３６
２９９Ａの単一図面中ｔ！で参照される。該領域の第１
は温度ｔ＋　　（ｔｓより低い）で発生する特性での最
大間に位置し、第２領域はｔ，と温度ｔ＋　　（ｔ！よ
り低い）で発生する特性での最小との間に位置し、各領
域につき信号があり、つまり領域（１＊　　１＋）とＣ
ｔｓ　　ｔｔ）は、指数関数にしたがって変化する信号
より成る。第１領域についての補償信号波形の始めと終
わりは最大点と変曲点により決定され、第２領域につい
ては変曲点と最小点により決定される。特性が生成され
ると、それは特定の温度で最大点が定格周波数に対応す
るようにシフトされる。ＳＵ１１３６２９９Ａはこの方
法が実施される回路を示していない。

補正電圧を発生させる電圧発生回路は欧州特許明細書０
１２９６１８に開示されている。この既知の回路はその
出力が零級数関数ジエネレー夕と加算増幅器を介して駆
動周波数プリング制御素子に接続される温度センサーよ
り成る。この温度センサーは温度の線形変化関数である
電気出力ｆ　（ｔ）を与えるようにされている。加算増
幅器は零級数関数ジェネレータ出力の計量された合計を
与えるようにされ、その合計は制御素子に印加される。

零級数関数ジエネレー夕は一連のチェビシエフ状出力を
生成するようにされ、そのｎ番目の出力は（ｎ−１）の
オーダのｆ　（ｔ）での多項式関数である。加算増幅器
は零級数関数ジエネレー夕の４つまたはそれ以上の異な
る出力を総計する。零級数はワイエルシュトラース定理
を用いて得られる。

すなわち、 Ｖ　（Ｔ）＝Ａｏ　＋Ａ＋　　（Ｔ−Ｔｏ　）＋Ａ４　
　（Ｔ　　ＴＯ　）　” ＋Ａ３　　（Ｔ　　Ｔｏ　）　’ 十．．．　　Ａ．　　（Ｔ　　Ｔｏ　）　”ここで、Ｖ
　（Ｔ）は必要な補償電圧、Ｔは作動温度、 Ｔｏは変曲温度、 Ａｏ　，Ａ＋　，Ａｔ等は加算係数である。

さらに知られているのは、米国特許明細書３８２１６６
５で、これは３つまたはそれ以上の項より成る零級数に
従って補正電圧を発生する回路を開示している。

温度補償の基礎を幕級数関数生戒に置くことは良い結果
をもたらすが、改善の余地は常に存する。

本発明の一側面によると、水晶と周波数プリング素子を
有する水晶発振回路を温度制御する方法であって、該方
法は線形項、指数項及び逆指数項により形成された関数
に従って補償電圧を発生させることと、補償電圧を周波
数プリング素子に印加することとより成る方法が提供さ
れる。

本発明の別の側面によると、水晶と周波数プリング素子
を含むフィードバックバスを有する増幅素子と、周波数
プリング素子に連結された温度補償電圧発生手段とより
成り、該補償電圧発生手段は線形項、指数項、逆指数項
により形成された関数に従って電圧を印加する温度制御
水晶発振回路が提供される。

本発明は、指数項は非対称であり線形項、指数項、逆指
数項を適切に組合せることにより水晶の安定性での温度
変化の効果を補償するための望ましい特性を生威するこ
とが可能であるという認識に基づいている。さらに、そ
の特性の正及び負の部分が乗算係数を変えることにより
互いに独立に変更可能なため、所望の特性それ自体が対
称でない場合には、指数及び逆指数関数の非対称を利点
とすることができる。かかる利点は零級数をもちいた際
には容易には得られない。なぜなら、それらは縦座標に
ついて対称であり、したがって変化は特性の正及び負双
方の部分に影響を与えるからである。

本発明の実施例では関数は、 Ｖｃ＊＋ｍｐ＝ｂ＊ｅＸｐ　　［ａ　１　＊（Ｔ　　Ｔ
Ｒ　）　］−ｂ＊ｅｘｐ　’Ｌ　　ａ２＊　（Ｔ　　Ｔ
Ｒ　）’１−（＊　　（Ｔ−−−ＴＲ　） であり、Ｖ　ｇａｗｒｐは補償電圧、 ＴＲは基準温度（華氏）、 Ｔは作動温度（華氏）、 ａｉ．ａ２，ｂ，ｃは定数である。

指数及び逆指数項を生成する方法は夫々の指数増幅器を
含み、必要な場合には補償電圧発生手段はさらに指数増
幅器での温度効果を補償する手段より成る。

本発明のその他の側面によると、上記本発明の別の側面
による温度制御水晶発振回路を有する無線通信装置が提
供される。

以下図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。

図面中同じ参照番号は対応するものを示すのに用いられ
る。

第１図はベース電極と供給線１８間に接続された第１及
び第２コンデンサ１４．１６を有するＮＰＮトランジス
タ１２より成るコルビツツ型発振器１０を示す。直列接
続コンデンサ１４．１６の分岐２０はトランジスタｌ２
のエミッタ電極に接続される。抵抗２２はエミッタ電極
と供給線１８の間に接続される。コレクタ電極は別の供
給線２４に接続される。ＡＴカット水晶２６及びバリキ
ャップダイオード２８はトランジスタのペース電極と供
給線ｌ８との間に直列接続される。温度補償電圧発生回
路３０は水晶２６とバリキャツプダイオードの間の分岐
３２に接続される。発振器出力３４はトランジスタのエ
ミッタ電極に接続される。

この形式の発振器の作用は一般的に周知であるのでここ
では詳述しない。発振器の周波数は水晶２６により安定
化される。しかし、水晶２６の周波数はバリキャップダ
イオード２８のキャパシタンスを変えることにより限定
された範囲で引込むことができる。第２図は１００万に
ついての数で表した摂氏温度Ｔでの水晶の周波数でのド
リフトΔｆ／ｆの数本の曲線を示す。かかるドリフトを
補償可能にするためには、水晶周波数が反対にドリフト
するように引込まれるようにバリキャップダイオード２
８のキャパシタンスを変える必要がある。バリキャップ
ダイオード２８のキャバシタンスを変えるのに必要な電
圧は回路３０により発生される。

回路３０の詳細は第３図に示され、これは以下の関数に
したがって補償電圧Ｖ　ｃ＠ｍ＃を発生させる。

Ｖａａｓｐ＝　ｂ　＊　ｅ　ｘ　ｐ　［ａ　ｌ　＊　（
Ｔ　　ＴＲ　）コーｂ＊ｅｘｐ　［−ａ２＊　（Ｔ−Ｔ
宣）コーｃ　＊　（Ｔ　　ＴＲ　） ここでＴＲは第２図に示す曲線の変曲点での温度Ｋを表
し、すなわち約３０度Ｃまたは３０３度Ｋである。

（Ｔ−ＴＲ）は作動温度ＴとＴＲとの差を華氏温度で表
したものである。

ａ１、ａ２，ｂ，ｃは定数であるが、ａｌとａ２は調節
可能である。

破線で示されるＶ　ｇｓｓｌを得るために用いられる線
形、指数、逆指数曲線の例が第４図に示されている。指
数及び逆指数曲線は縦座標について非対称であり、定数
ａ１、ａ２の個々の値を調節することにより一方の曲線
の他方に対する形を変えることが可能になり、これによ
りＶ　ｃａｍｐとドリフト特性間で適合するさらに良い
曲線が得られる。特に、指数項のうち一つが変更された
場合、非対称変更または補正を得ることが望まれるなら
ば、線形項にも同等の変更を加えることが必要となる。

第３図を参照するに、回路３０は温度差（Ｔ−ＴＲ）の
表示電圧を得るためのトランスデューサ３６より成る。

この電圧は２つの信号バスに供給される。これらの信号
パスの第１は乗算器３８を有し、該乗算器において（Ｔ
ＴＲ）は定数Ｃにより乗されその積は加算増幅器４０の
反転入力端に印加される。

信号パスの他方は指数増幅器４４．４６での温度効果を
補償するための回路４２を有する。増幅器４６は増幅器
４４と同様の構成であるため、その構成要素はプライム
符号付きの数字で参照される。さしあたり回路４２を無
視すると、温度差の表示電圧は乗算器４８．５０にそれ
ぞれ印加される。乗算器４８ではこの電圧は定数ａ１に
より乗算されその積は指数増幅器４４に印加される。増
幅器４４は演算増幅器５２より成り、該増幅器はそのフ
ィードバックパスで温度独立の固定電流で前方にバイア
スされたダイオード５４を有する。

演算増幅器５２の出力はダイオード５６を介して加算増
幅器４０の反転入力端に接続される。ダイオード５６は
指数関数を生成する。

乗算器５０では、電圧は定数ａ２により乗算され、その
積は指数増幅器４６に印加される。増幅器４６はそのダ
イ才−ド５４’．５６’がダイオード５４．５６に対し
て反対に設置されることを除き増幅器４４と同様な形式
のものである。

加算増幅器４０の出力は抵抗４１を介してバリキャップ
ダイオード２８（第ｌ図）に印加される補償電圧ｖ６。

，より成る。

回路４２に戻って、（ＴＴＲ）で表される電圧は抵抗５
８を介して演算増幅器６０に印加され、該増幅器は差動
トランジスタの対とカレントミラ？として構成された相
互導体６２により形成されるフィードバック回路を有す
る。作動中、テール電流■。．■１は一定で温度独立値
に設定され、相互導体はｇ．＝！４ｑ●Ｉ．。■／ｋＴ
となり、ここで： ｑは電子の電荷、 ｋはボルツマン定数、 Ｔは絶対温度（Ｋ度）であり、 フィードバック回路機構でのこの温度依存性では、増幅
器６０の利得は絶対温度に比例する。すなわ必要な場合
には、相互導体は２つ以上の差動トランジスタの対と２
つ以上のカレントミラーより構成することもできる。

第５図は第３図で示された回路の変形を示し、そこでは
ａｌ及びａ２に変更を加えることにより指数特性は調節
可能であるが、他方ＴＲでの曲線の勾配は定数Ｃで定め
られる如く一定を保つ。この特徴は較正手続を容易にす
る。第５図では、（Ｔ−ＴＲ）を表す電圧が定数ａｌに
より乗算されるような乗算器４９を設けることにより、
指数項に対応する線形浦正項が生成される。形成された
線形項、すなわちｂ＊　［ａ　ｌ＊　（Ｔ　　ＴＲ　）
　］は抵抗６４を介して加算増幅器４０に印加される。

逆指数項の場合には、線形補正項は（Ｔ−Ｔ．）を表す
電圧を乗算器５ｌでａ２により乗算し、その出力を定数
ｂを決定する抵抗６５を介して加算増幅器４０に印加す
ることにより生成される。

回路４２（第３図））は一本のパスで乗算器４８から５
１に接続される。

ここでの開示を一読すれば、他の変形例も当業者には明
らかである。かかる変形は温度制御水晶発振器及びその
構成部品の設計、製造、使用において既知でありここで
開示された機構に代わってまたはそれに付加して用いら
れる他の機構にも関わる。本発明では請求項は特定の機
構の組合せに定型化されているが、本出願の開示の範囲
はここで明示または黙示に示された新規な機構または新
規な機構の組合せもしくはその一般化をも、それがここ
でいずれかの請求項に記載された発明と同一のものに係
るか否かに関わらず、またそれが本発明がそうするのと
同じ技術上のあらゆる問題を緩和するか否かに関わらず
、含むものとする。出願人はここに、本出願またはそこ
から派生した他の出願の手続遂行中に、かかる機構およ
び／またはかかる機構の組合せに対して新しい請求項が
構成されつることを付言する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により製造された温度制御水晶発振器の
系統図、 第２図はＡＴカット水晶の温度ドリフト特性を示すグラ
フ、 第３図は部分的にブロック概略図で表した温度補償電圧
発生回路の実施例の回路系統図、第４図は結合されて破
線で示された温度補償特性を形成する線形、指数、逆指
数項の例を示す図、第５図は温度補償特性に非対称の変
更をなしうる変形温度補償件圧発生回路のブロック概略
回路図である。 １０゛−・発振器、ｌ２゜゛トランジスタ、１４．１６
・・コンデンサ、１８．２４・・゛供給線、２　０−分
岐、２２，４１，６４，６５゜゜一・抵抗、２６“・一
水晶、２８−゜゜バリキャップダイオード、３〇一温度
補償電圧発生回路、３４−”出力、３６゜“トランスデ
ューサ、３８，４８，４９，５０，５１゜・゜゜乗算器
、４０−゛加算増幅器、４４．４６−指数増幅器、５２
，６０゜゜・演算増幅器、５４．５６−・・ダイオード
、６２−゛゜相互導体。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）水晶と周波数プリング素子を有する水晶発振回路
   を温度制御する方法であって、該方法は線形項、指数項
   及び逆指数項により形成された関数に従って補償電圧を
   発生させることと、補償電圧を周波数プリング素子に印
   加することとより成る方法。
2. （２）該関数は、 Ｖ＿ｃ＿ｏ＿ｍ＿ｐ＝ｂ＊ｅｘｐ［ａｌ＊（Ｔ−Ｔ＿Ｒ
   ）］＋ｂ＊ｅｘｐ［−ａ２＊（Ｔ−Ｔ＿Ｒ）］ ＋ｃ＊（Ｔ−Ｔ＿Ｒ） であり、Ｖ＿ｃ＿ｏ＿ｍ＿ｐは補償電圧、 Ｔ＿Ｒは基準温度（華氏）、 Ｔは作動温度（華氏）、 ａ１、ａ２、ｂ、ｃは定数、 であることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. （３）指数及び逆指数項を生成する手段への温度変化の
   効果を補償することを特徴とする請求項１又は２記載の
   方法。
4. （４）水晶と周波数プリング素子を含むフィードバック
   パスを有する増幅素子と、周波数プリング素子に結合さ
   れた温度補償電圧発生手段とより成り、該補償電圧発生
   手段は線形項、指数項、逆指数項により形成された関数
   に従って電圧を印加する温度制御水晶発振回路。
5. （５）該関数は、 Ｖ＿ｃ＿ｏ＿ｍ＿ｐ＝ｂ＊ｅｘｐ［ａｌ＊（Ｔ−Ｔ＿Ｒ
   ）］＋ｂ＊ｅｘｐ［−ａ２＊（Ｔ−Ｔ＿Ｒ）］ ＋ｃ＊（Ｔ−Ｔ＿Ｒ） であり、Ｖ＿ｃ＿ｏ＿ｍ＿ｐは補償電圧、 Ｔ＿Ｒは基準温度（華氏）、 Ｔは作動温度（華氏）、 ａ１、ａ２、ｂ、ｃは定数、 であることを特徴とする請求項４記載の回路。
6. （６）指数及び逆指数項を生成する手段はそれぞれの指
   数及び逆指数増幅器を有し、温度補償電圧発生手段はさ
   らに指数及び逆指数増幅器への温度効果を補償する手段
   より成ることを特徴とする請求項４又は５記載の回路。
7. （７）該指数及び逆指数増幅器への温度効果を補償する
   手段は（Ｔ−Ｔ＿Ｒ）の表示電圧を発生する装置から１
   本のパスで該指数及び逆指数増幅器に接続された演算増
   幅器と、該演算増幅器のフィードバックパスで接続され
   た相互導体とより成ることを特徴とする請求項５に従属
   する場合の請求項６記載の回路。
8. （８）相互導体は１つまたはそれ以上の差動対及びカレ
   ントミラーより成り、テール電流は一定で温度独立の値
   に設定されることを特徴とする請求項７記載の回路。
9. （９）（Ｔ−Ｔ＿Ｒ）を表す電圧を定数ａ１で乗算する
   第１及び第２乗算器があり、第１乗算器の出力は指数増
   幅器に接続され、第２乗算器の出力は関数Ｖ＿ｃ＿ｏ＿
   ｍ＿ｐを形成する加算手段に連結され、（Ｔ−Ｔ＿Ｒ）
   を表す電圧を定数ａ２で乗算する第３及び第４乗算器が
   あり、第３乗算器の出力は逆指数増幅器に接続され、第
   ４乗算器の出力は該加算手段に連結されることを特徴と
   する請求項６乃至８のうちいずれか一項記載の回路。
10. （１０）請求項４乃至９のうちいずれか一項記載の温度
    制御水晶発振回路を有する無線通信装置。