JPH04302510A - Digital temperature-compensated oscillator - Google Patents

Digital temperature-compensated oscillator

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Publication number
JPH04302510A
JPH04302510A JP9318691A JP9318691A JPH04302510A JP H04302510 A JPH04302510 A JP H04302510A JP 9318691 A JP9318691 A JP 9318691A JP 9318691 A JP9318691 A JP 9318691A JP H04302510 A JPH04302510 A JP H04302510A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oscillator
temperature
voltage
counter
crystal oscillator
Prior art date
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Pending
Application number
JP9318691A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kuichi Kubo
久 保  九 一
Tsutomu Yamakawa
山 川  務
Hiroshi Yoshida
吉 田  浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH04302510A publication Critical patent/JPH04302510A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To make the oscillator inexpensive and small in size by decreasing the number of components. CONSTITUTION:The oscillation output of a clock oscillator 11 which varies in oscillation frequency monotonously with temperature is supplied as a gate signal to a counter 14, which counts the oscillation output of a voltage-controlled oscillator 15 and compensation data for compensating variation in the oscillation frequency due to the temperature variation of the voltage-controlled oscillator 15 according to the counter value are read out of a digital memory 16 and converted into analog data, which are supplied to the voltage-controlled oscillator 15, thereby controlling the oscillation frequency to a constant value.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、デジタルメモリに記憶
した温度補償データに従って温度補償を行うデジタル温
度補償発振器に係わり、特に構成の簡略化に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a digital temperature compensation oscillator that performs temperature compensation according to temperature compensation data stored in a digital memory, and more particularly to a simplified configuration.

【0002】0002

【従来の技術】一般に温度に対して周波数の安定な発振
器としては水晶振動子を用いた水晶発振器が知られてい
る。水晶振動子は圧電体としては化学的、物理的に略理
想的な特性であり、振動子として極めて高いQを有し、
周波数の安定度も良好である。しかしながら近時、種々
の電子機器等ではより厳密な周波数の安定性を求められ
、たとえば現在計画されている自動車電話の移動局の周
波数基準に用いる水晶振動子は−30℃〜80℃の温度
変化に対して±2ppm以内の偏差に納まることが要求
されている。これに対して、水晶振動子では発振回路の
発振条件を一定とした場合に周波数を変化させる最も大
きな要因は温度変化であり、たとえば一般的な厚み滑り
水晶振動子の場合、−30℃〜80℃の温度変化に対し
て略3次曲線状の周波数変化を示し40ppm前後の周
波数誤差を生じる。従来、温度変化に対する周波数の変
動の割合、すなわち周波数温度特性の良好な発振器とし
ては、水晶振動子を恒温槽に収納したオーブン式水晶発
振器、サーミスタとバリキャップの回路網を水晶振動子
に直列に接続した間接温度補償方式による発振器、コン
デンサとサーミスタの並列回路を水晶振動子に直列に接
続した直接温度補償方式による発振器等があった。しか
しながら、オーブン式水晶発振器は消費電力が大きく、
しかも電源投入後、恒温槽内の温度が安定になるまでの
費消時が長い問題がある。またサーミスタを用いた間接
補償方式および直接補償方式のものは、いずれも近似的
な補償であり、充分に調整してもかなりの周波数誤差が
補償しきれないままに残ってしまう問題があった。
2. Description of the Related Art Generally, a crystal oscillator using a crystal resonator is known as an oscillator whose frequency is stable with respect to temperature. A crystal resonator has nearly ideal chemical and physical characteristics as a piezoelectric material, and has an extremely high Q as a resonator.
Frequency stability is also good. However, in recent years, more precise frequency stability has been required for various electronic devices, and for example, the crystal oscillator used as the frequency standard for the mobile station of the currently planned car phone is subject to temperature fluctuations of -30°C to 80°C. It is required that the deviation be within ±2 ppm. On the other hand, in a crystal resonator, when the oscillation conditions of the oscillation circuit are kept constant, the biggest factor that changes the frequency is temperature change. The frequency changes in the form of a substantially cubic curve with respect to temperature changes in degrees Celsius, resulting in a frequency error of around 40 ppm. Conventionally, oscillators with good frequency-temperature characteristics, i.e., the rate of frequency variation with respect to temperature changes, have been made using oven-type crystal oscillators in which the crystal oscillator is housed in a thermostatic oven, or in which a circuit network of thermistors and varicaps is connected in series with the crystal oscillator. There were oscillators using an indirect temperature compensation method, and oscillators using a direct temperature compensation method using a parallel circuit of a capacitor and thermistor connected in series with a crystal resonator. However, oven-type crystal oscillators consume large amounts of power.
Moreover, after the power is turned on, there is a problem in that it takes a long time to consume until the temperature in the thermostatic chamber stabilizes. In addition, the indirect compensation method using a thermistor and the direct compensation method both provide approximate compensation, and there is a problem in that even if sufficient adjustment is made, a considerable frequency error remains uncompensated.

【0003】さらに水晶振動子の雰囲気温度と周波数偏
差との関係を予め測定して補償データをデジタルメモリ
に記憶し、該補償データにしたがって温度補償を行うデ
ジタル温度補償型の発振器も提案されている。このよう
なデジタル温度補償型の発振器によれば電源投入時の立
ち上がりも早く、補償データを記憶するメモリに容量の
大きなものを用いれば短期的な周波数安定度を著しく向
上でき正確な温度補償を行うことが可能となる。しかし
ながらこのようなデジタル温度補償発振器は、一般に構
成も複雑で部品点数も多くなる。たとえばこの種の発振
器でマイクロプロセッサを用いてプログラムに従って温
度補償を行うものでは、本来の温度補償発振器のほかに
マイクロプロセッサを動作させるためのクロック発振器
、温度センサの検出値をデジタル信号に変換するアナロ
グーデジタル変換器等を必要とする。このために部品点
数も多く、コストも高価になり、形状も大型化する問題
があった。
Furthermore, a digital temperature-compensated oscillator has also been proposed in which the relationship between the ambient temperature of the crystal resonator and the frequency deviation is measured in advance, compensation data is stored in a digital memory, and temperature compensation is performed in accordance with the compensation data. . Such a digital temperature-compensated oscillator has a quick start-up when the power is turned on, and if a large-capacity memory is used to store compensation data, short-term frequency stability can be significantly improved and accurate temperature compensation can be achieved. becomes possible. However, such a digital temperature compensated oscillator generally has a complicated configuration and a large number of parts. For example, in this type of oscillator that uses a microprocessor to perform temperature compensation according to a program, in addition to the original temperature compensation oscillator, there is also a clock oscillator to operate the microprocessor, and an analog oscillator to convert the detected value of the temperature sensor into a digital signal. Requires a goo digital converter etc. For this reason, there are problems in that the number of parts is large, the cost is high, and the shape is also large.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の事情
に鑑みてなされたもので、部品点数が少なく小型化が可
能でコストも安価な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。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a digital temperature-compensated oscillator that has a small number of parts, can be miniaturized, and is inexpensive. It is.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は温度に応じて単
調に発振周波数の変化するクロック発振器の発振出力を
ゲート信号としてカウンタへ与えて該カウンタによって
電圧制御水晶発振器の発振出力をカウントし、このカウ
ント値に応じて電圧制御水晶発振器の温度変化に対する
発振周波数の変化を補償する補償データを記憶したデジ
タルメモリから補償データを読みだしてアナログ変換し
て上記電圧制御水晶発振器へ与えて発振周波数を一定値
に制御することを特徴とするものである。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides the oscillation output of a clock oscillator whose oscillation frequency monotonically changes depending on the temperature to a counter as a gate signal, and counts the oscillation output of a voltage-controlled crystal oscillator by the counter. According to this count value, the compensation data is read from the digital memory that stores the compensation data that compensates for the change in oscillation frequency due to the temperature change of the voltage-controlled crystal oscillator, is converted into analog, and is applied to the voltage-controlled crystal oscillator to adjust the oscillation frequency. It is characterized by being controlled to a constant value.

【0006】[0006]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1に示す全体の
構成を示すブロック図、図2に示すクロック発振器のブ
ロック図を参照して詳細に説明する。図中11は、温度
に応じて単調に発振周波数が変化するクロック発振器で
ある。このクロック発振器11は、たとえば図2に示す
ように2個のインバータ11a、11bをリング状に接
続したリングオシレータの帰還回路にC、Rからなる時
定数回路を介挿し抵抗Rの一方に温度に応じて抵抗値の
変化するサーミスタ12を用いて数KHzないし数10
0KHz程度の発振周波数を得るものである。そしてサ
ーミスタ12の抵抗値は温度の上昇とともに連続的に減
少する負性抵抗を示し、これに応じてクロック発振器の
帰還回路の時定数も変化するために発振周波数は温度に
応じて単調かつ大幅に変化する。そしてクロック発振器
11の発振出力は、たとえばワンチップマイクロプロセ
ッサからなるCPU(中央演算処理装置)13へクロッ
ク信号として与えて、予め設定したプログラムを実行さ
せる。またクロック発振器11の発振出力をカウンタ1
4へも与えてカウンタ14の入力ゲートの開閉を制御す
る。このカウンタ14には電圧制御水晶発振器15の発
振出力を入力して、上記クロック発振器11の発振出力
によって制御されるゲート時間の間、上記電圧制御水晶
発振器15の発振出力をカウントする。したがってカウ
ンタ14は、たとえばシリアル入力、パラレル出力のバ
イナリカウンタである。この電圧制御水晶発振器15は
、たとえばトランジスタを用いたコルピッツ型の数MH
zないし数10MHzの発振出力を得る水晶発振器にお
いて、水晶振動子に直列に電圧−容量変換素子、いわゆ
るバリキャップを接続したものである。そしてバリキャ
ップの印加電圧を制御することによって、上記発振回路
の負荷容量を制御して発振周波数を変化させるものであ
る。しかしてクロック発振器11の発振周波数は温度に
応じて単調に変化し、それによってゲート時間も変化す
ることになる。一方、電圧制御水晶発振器15の発振周
波数の変化量はクロック発振器11の発振周波数の変化
に対して無視できる範囲である。したがってカウンタ1
4のゲート時間の幅は温度に応じて増減し、そのカウン
ト値は温度に対応した温度データとなる。しかしてカウ
ンタ14のカウント値を温度データとしてCPU13へ
与える。CPU13は予め設定されたプログラムに従っ
てカウンタ14から与えられた温度データに対応した温
度補償データをデジタルメモリ16から読みだしてCP
U13を介してデジタルーアナログ変換器17へ与える
。デジタルメモリ16には予め電圧制御水晶発振器15
の発振周波数を一定周波数に維持するために必要な温度
補償データを各温度毎に記憶しておく。そしてデジタル
−アナログ変換器17でアナログ変換した補償データを
電圧制御水晶発振器15へ与えて温度補償を行う。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to a block diagram showing the overall configuration shown in FIG. 1 and a block diagram of a clock oscillator shown in FIG. 2. In the figure, reference numeral 11 denotes a clock oscillator whose oscillation frequency monotonically changes depending on the temperature. This clock oscillator 11 is constructed by inserting a time constant circuit consisting of C and R into the feedback circuit of a ring oscillator in which two inverters 11a and 11b are connected in a ring as shown in FIG. Using a thermistor 12 whose resistance value changes depending on the
An oscillation frequency of about 0 KHz is obtained. The resistance value of the thermistor 12 shows a negative resistance that continuously decreases as the temperature rises, and the time constant of the feedback circuit of the clock oscillator also changes accordingly, so the oscillation frequency monotonically and significantly changes depending on the temperature. Change. The oscillation output of the clock oscillator 11 is then given as a clock signal to a CPU (central processing unit) 13, which is, for example, a one-chip microprocessor, to execute a preset program. In addition, the oscillation output of the clock oscillator 11 is sent to the counter 1.
4 to control the opening and closing of the input gate of the counter 14. The oscillation output of the voltage controlled crystal oscillator 15 is input to this counter 14, and the oscillation output of the voltage controlled crystal oscillator 15 is counted during the gate time controlled by the oscillation output of the clock oscillator 11. Therefore, the counter 14 is, for example, a binary counter with serial input and parallel output. This voltage controlled crystal oscillator 15 is a Colpitts-type several MH oscillator using transistors, for example.
In a crystal oscillator that obtains an oscillation output of 10 MHz to several tens of MHz, a voltage-capacitance conversion element, a so-called varicap, is connected in series with a crystal resonator. By controlling the voltage applied to the varicap, the load capacitance of the oscillation circuit is controlled and the oscillation frequency is changed. Therefore, the oscillation frequency of the clock oscillator 11 changes monotonically depending on the temperature, and the gate time also changes accordingly. On the other hand, the amount of change in the oscillation frequency of the voltage controlled crystal oscillator 15 is within a range that can be ignored relative to the change in the oscillation frequency of the clock oscillator 11. Therefore counter 1
The width of the gate time 4 increases or decreases depending on the temperature, and the count value becomes temperature data corresponding to the temperature. The count value of the counter 14 is then provided to the CPU 13 as temperature data. The CPU 13 reads temperature compensation data corresponding to the temperature data given from the counter 14 from the digital memory 16 according to a preset program, and reads out the temperature compensation data corresponding to the temperature data given from the counter 14,
It is applied to the digital-to-analog converter 17 via U13. The digital memory 16 has a voltage controlled crystal oscillator 15 in advance.
Temperature compensation data necessary to maintain the oscillation frequency at a constant frequency is stored for each temperature. The compensation data converted into analog by the digital-to-analog converter 17 is then applied to the voltage controlled crystal oscillator 15 to perform temperature compensation.

【0007】このような構成であれば、クロック発振器
を温度センサとして用いているのでアナログ−デジタル
変換器は必要なく、しかもこのクロック発振器の発振出
力をCPUのクロック信号として用いる構成としている
ので、さらに構成を簡単にできる。そしてCPUの動作
クロック周波数を低くした場合、消費電力を低減できる
効果があり、電圧制御水晶発振器の発振出力に含まれる
ノイズ成分も低減することが可能である。またカウンタ
を用いているので、このカウンタから電圧制御水晶発振
器の発振出力を分周した信号を得ることも可能である。 なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
たとえば上記実施例ではCPUを用いて温度補償を行う
ようにしたが、CPUを用いることなく、たとえばカウ
ンタのカウント値をパラレル出力として取り出し、この
信号を直接デジタルメモリのアドレス端子へ与えて補償
データを選択的に読みだし温度補償を行うようにしても
よい。この場合は部品点数をさらに少なくできる効果が
ある。
With this configuration, since the clock oscillator is used as a temperature sensor, there is no need for an analog-to-digital converter, and the oscillation output of the clock oscillator is used as the clock signal for the CPU. Easy to configure. When the operating clock frequency of the CPU is lowered, power consumption can be reduced, and noise components included in the oscillation output of the voltage-controlled crystal oscillator can also be reduced. Furthermore, since a counter is used, it is also possible to obtain a signal obtained by frequency-dividing the oscillation output of the voltage-controlled crystal oscillator from this counter. Note that the present invention is not limited to the above embodiments,
For example, in the above embodiment, temperature compensation is performed using the CPU, but instead of using the CPU, for example, the count value of the counter is taken out as a parallel output, and this signal is directly applied to the address terminal of the digital memory to obtain compensation data. It is also possible to selectively perform reading temperature compensation. In this case, there is an effect that the number of parts can be further reduced.

【0008】[0008]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば部
品点数が少なくコストの低減が可能で形状を小型化する
ことができるデジタル温度補償発振器を提供することが
できる。
As described in detail above, according to the present invention, it is possible to provide a digital temperature compensated oscillator that has a small number of parts, can reduce costs, and can be made compact.

【0009】[0009]

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention.

【図2】本発明のクロック発振器を示すブロック図であ
る。
FIG. 2 is a block diagram showing a clock oscillator of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11    クロック発振器 13    CPU 14    カウンタ 15    電圧制御水晶発振器 16    デジタルメモリ 11 Clock oscillator 13 CPU 14 Counter 15 Voltage controlled crystal oscillator 16 Digital memory

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】温度に応じて単調に発振周波数の変化する
クロック発振器と、このクロック発振器の発振出力をゲ
ート信号として与えられるカウンタと、このカウンタに
よって発振出力をカウントされる電圧制御水晶発振器と
、この電圧制御水晶発振器の温度変化に対する発振周波
数の変化を補償する補償データを記憶し上記カウンタの
カウント値に対応した補償データを出力するデジタルメ
モリと、このデジタルメモリから読みだした記憶内容を
アナログ変換して上記電圧制御水晶発振器へ与えるデジ
タルーアナログ変換器と、を具備することを特徴とする
デジタル温度補償発振器。
1. A clock oscillator whose oscillation frequency monotonically changes according to temperature, a counter to which the oscillation output of the clock oscillator is given as a gate signal, and a voltage-controlled crystal oscillator whose oscillation output is counted by the counter. A digital memory that stores compensation data for compensating for changes in oscillation frequency due to temperature changes of this voltage-controlled crystal oscillator and outputs compensation data corresponding to the count value of the counter, and converts the stored contents read from this digital memory into analog. and a digital-to-analog converter for supplying the voltage-controlled crystal oscillator to the voltage-controlled crystal oscillator.
JP9318691A 1991-03-29 1991-03-29 Digital temperature-compensated oscillator Pending JPH04302510A (en)

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