JPH05218854A - Digital temperature compensating oscillator - Google Patents

Digital temperature compensating oscillator

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JPH05218854A
JPH05218854A JP4602392A JP4602392A JPH05218854A JP H05218854 A JPH05218854 A JP H05218854A JP 4602392 A JP4602392 A JP 4602392A JP 4602392 A JP4602392 A JP 4602392A JP H05218854 A JPH05218854 A JP H05218854A
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JP
Japan
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temperature
oscillator
crystal oscillator
voltage
circuit
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Application number
JP4602392A
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Japanese (ja)
Inventor
Fumio Asamura
村 文 雄 浅
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Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide the subject oscillator which can work with a power supply of low voltage like 3V or so and can secure the oscillation output of high purity. CONSTITUTION:A time constant circuit 14 contains a capacitor 14b which is connected in series to a variable impedance 13 that varies in response to the temperature detected by a temperature sensor 12 connected thermally to a crystal resonator 11a of a crystal oscillator 11. The charging voltage of the capacitor 14b is applied to the input of a 1st or 2nd comparator 15 or 16, and at the same time the different levels of voltage divided by a resistance voltage dividing circuit 17 ere applied to each other input of both comparison. Then a flip-flop 18 is set and reset with the output of comparison. The output of the flip-flop 18 is applied to a counter 20 which counts the oscillation frequency of the oscillator 11 as a gate signal. The count value of the counter 20 is given to a temperature compensating circuit 21 which stores the compensation data to compensate the change of the oscillation frequency against the temperature change of the oscillator 11. Then the temperature compensation is applied to the oscillation frequency based on the compensation data corresponding to the count value of the counter 20.

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、低電圧動作に適しノイ
ズ成分の少ない発振出力を得ることができるデジタル温
度補償水晶発振器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a digital temperature-compensated crystal oscillator suitable for low voltage operation and capable of obtaining an oscillation output with a small noise component.

【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化学的、物理的に極めて
優れた特性を有し、振動子としてのQも著しく高く、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精度と安定度を求め
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大
の要因は温度変化であり、たとえば最も一般的に使用さ
れる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、この
結果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時間が長い問題がある。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 oscillator is known as an oscillator whose frequency is stable with respect to temperature. The crystal oscillator has extremely excellent chemical and physical characteristics as a piezoelectric body, has a remarkably high Q as the oscillator, and has good frequency stability. However, in recent years, stricter frequency accuracy and stability are required in various electronic devices, and for example, a crystal oscillator used as a frequency standard for a mobile station of a car telephone, which is currently planned, has a temperature range of -30 ° C to 80 ° C. It is required that the deviation is within ± 2ppm with respect to the temperature change. On the other hand, in crystal oscillators, the largest factor that changes the frequency when the oscillation conditions of the oscillation circuit are constant is temperature change. For example, in the case of the most commonly used thickness slip crystal oscillator, − It shows a substantially cubic curve-shaped frequency change with respect to a temperature change of 30 ° C. to 80 ° C. As a result, a frequency error of about 40 ppm occurs. Conventionally, as an oscillator with a good rate of frequency fluctuation with respect to temperature change, that is, a frequency-temperature characteristic, an oven-type crystal oscillator in which a crystal unit is housed in a constant temperature oven, a thermistor and varicap circuit network are connected in series There were oscillators by a connected indirect temperature compensation system, oscillators by a direct temperature compensation system in which a parallel circuit of a capacitor and a thermistor was connected in series to a crystal unit. However, the oven-type crystal oscillator consumes a large amount of power and has a problem that it takes a long time to stabilize the temperature in the constant temperature bath after the power is turned on. Further, both the indirect compensation method and the direct compensation method using the thermistor are approximate compensation, and there is a problem that even if the adjustment is sufficiently performed, 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。一方こ
のようなデジタル温度補償発振器では、たとえば携帯用
の電子機器に使用するために3V程度の低電圧で動作で
き、かつ発振出力の純度の高いことが望まれている。と
ころでこのようなデジタル温度補償発振器に用いる温度
センサとしては、半導体のPN接合の降下電圧の温度依
存性等を利用して温度を電圧に変換するもの、もしくは
温度に応じて大幅に発振周波数の変化する特殊な水晶振
動子等を用いて温度を周波数に変換するもの等がある。
しかしながら前者のように温度を電圧に変換するもので
は、使用温度範囲、たとえば−30゜〜80゜の温度変
化は、電源電圧を3Vとすれば約2Vの電圧変化に対応
することになり、温度分解能は10ビットのデジタル信
号の場合には約2mVとなる。したがって、このような
システムではノイズの影響を受け易く非現実的である。
このために、特に低電圧電源で動作させる場合、温度分
解能を高くするためには温度を周波数に変換する方式が
望ましく、このような方式によれば周波数を測定するカ
ウンタのゲート時間を長くすることによって容易に測定
精度を向上することができる。しかしながらこのような
ものでは温度検出用の発振回路の発振素子と温度制御さ
れるべき水晶発振器の水晶振動子とを熱的に結合させる
必要があり、発振素子の発振出力が水晶発振器の出力に
ノイズ成分として混入して発振出力の純度を低下させる
問題がある。また温度による抵抗値の変化の大きい感温
抵抗とインバータからなるリング発振器を用いて温度の
変化を発振周波数の変化として検出するようにしたもの
も考えられている。図5はこのようなリング発振器の一
例を示すブロック図である。すなわち3個のインバータ
1、2、3を直列に接続して最終段の出力を感温抵抗4
を介して初段のインバータ1の入力へ帰還する。初段の
インバータ1の入力には抵抗5を介挿し、また中間のイ
ンバータ2の出力をコンデンサ6を介して初段のインバ
ータ1の入力へ帰還するようにしている。しかしながら
このような発振器は動作電圧に対する依存性が高く、電
源電圧が変動すると発振周波数も大きく変動し、また仮
に感温抵抗の抵抗値を一定とした状態であっても温度変
化によって発振周波数が変化するために温度検出に用い
ることは問題がある。さらに温度センサは、水晶発振器
の水晶振動子の温度を正確に測定できるように該水晶振
動子に対して熱結合させておく必要があり、このために
水晶振動子の気密容器内に配設し、あるいは気密容器に
密接させるような構造としている。しかしてこのように
水晶振動子に近接して配置した温度センサに交流電流、
あるいは充放電電流等の交番電流が流れると、水晶振動
子の発振出力に温度センサを流れる交番電流が影響して
ノイズ成分が増大し、発振出力の純度が低下する問題が
ある。このようなノイズ成分を低減するためには、温度
センサには直流電流を流して温度変化を検出することが
望ましい。
Further, there has been proposed a digital temperature compensation oscillator in which the relationship between the ambient temperature of the crystal unit and the frequency deviation is measured in advance, the compensation data is stored in a digital memory, and the temperature is compensated according to the compensation data. .. According to such a digital temperature-compensated oscillator, the power-on starts up quickly, and if a memory with a large capacity is used for storing compensation data, short-term frequency stability can be significantly improved and accurate temperature compensation can be performed. It becomes possible. On the other hand, in such a digital temperature-compensated oscillator, it is desired that it can be operated at a low voltage of about 3 V and that the oscillation output has a high purity, for use in, for example, a portable electronic device. By the way, as a temperature sensor used in such a digital temperature compensation oscillator, a temperature sensor is used to convert the temperature into a voltage by utilizing the temperature dependence of the voltage drop of the PN junction of the semiconductor, or the oscillation frequency changes greatly according to the temperature. There is a device that converts the temperature into a frequency using a special crystal oscillator.
However, in the case of converting the temperature into a voltage like the former, a temperature change in the operating temperature range, for example, -30 ° to 80 °, corresponds to a voltage change of about 2V when the power supply voltage is 3V. The resolution is about 2 mV for a 10-bit digital signal. Therefore, such a system is easily affected by noise and is unrealistic.
Therefore, especially when operating with a low-voltage power supply, it is desirable to use a method that converts the temperature into a frequency in order to increase the temperature resolution. According to such a method, it is necessary to lengthen the gate time of the counter that measures the frequency. The measurement accuracy can be easily improved by. However, in such a device, it is necessary to thermally couple the oscillation element of the oscillation circuit for temperature detection and the crystal oscillator of the crystal oscillator whose temperature is to be controlled, and the oscillation output of the oscillation element causes noise in the output of the crystal oscillator. There is a problem that it is mixed as a component to reduce the purity of the oscillation output. Further, it is also considered that a change in temperature is detected as a change in oscillation frequency by using a ring oscillator composed of a temperature sensitive resistor whose resistance value greatly changes with temperature and an inverter. FIG. 5 is a block diagram showing an example of such a ring oscillator. That is, three inverters 1, 2 and 3 are connected in series and the output of the final stage is connected to the temperature sensing resistor 4
It returns to the input of the first-stage inverter 1 via. A resistor 5 is inserted in the input of the first-stage inverter 1, and the output of the intermediate inverter 2 is fed back to the input of the first-stage inverter 1 via a capacitor 6. However, such an oscillator has a high dependence on the operating voltage, and the oscillation frequency fluctuates greatly when the power supply voltage fluctuates.Also, even if the resistance value of the temperature sensitive resistor is constant, the oscillation frequency changes due to temperature changes. Therefore, there is a problem in using it for temperature detection. Furthermore, the temperature sensor must be thermally coupled to the crystal unit of the crystal oscillator so that the temperature of the crystal unit of the crystal oscillator can be accurately measured.To this end, the temperature sensor is installed in the airtight container of the crystal unit. Alternatively, the structure is such that it is brought into close contact with the airtight container. However, an alternating current is applied to the temperature sensor placed close to the crystal unit in this way,
Alternatively, when an alternating current such as a charging / discharging current flows, an alternating current flowing through the temperature sensor affects the oscillation output of the crystal unit, which increases a noise component, resulting in a decrease in the purity of the oscillation output. In order to reduce such noise components, it is desirable that a direct current be passed through the temperature sensor to detect a temperature change.

【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、3V程度の低電圧の電源で動
作させることができ発振出力の純度を高めることができ
るデジタル温度補償発振器を提供することを目的とする
ものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances and is a digital temperature compensation oscillator which can be operated by a power source of a low voltage of about 3 V and which can improve the purity of oscillation output. It is intended to provide.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、水晶発振器の
水晶振動子に熱的に結合させた温度センサの検出温度に
応じて可変インピーダンスを変化させ、この可変インピ
ーダンスに直列にコンデンサを接続した時定数回路のコ
ンデンサの充電電圧を第1、第2の比較器の一方の入力
へ与え、これらの比較器の他方の入力へ抵抗分圧回路で
分圧したそれぞれ異なる電圧を与えて、この第1および
第2の比較器の比較出力によってフリップフロップをセ
ットおよびリセットし、このフリップフロップの出力に
よって時定数回路の充電電圧が所定の最大電圧に達した
ときに放電を開始し所定の最低電圧に達したときに充電
を開始するように充放電スイッチを制御し、フリップフ
ロップの出力を水晶発振器の発振周波数をカウントする
カウンタへゲート信号として与えて、このカウンタのカ
ウント値を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ト値に対
応した補償データによって上記水晶発振器の発振周波数
を補償する温度補償回路へあたえて温度補償することを
特徴とするものである。
According to the present invention, a variable impedance is changed according to a temperature detected by a temperature sensor thermally coupled to a crystal oscillator of a crystal oscillator, and a capacitor is connected in series to the variable impedance. The charging voltage of the capacitor of the time constant circuit is applied to one input of the first and second comparators, and different voltages divided by the resistance voltage dividing circuit are applied to the other inputs of these comparators, and The flip-flop is set and reset by the comparison outputs of the first and second comparators, and when the charge voltage of the time constant circuit reaches a predetermined maximum voltage by the output of this flip-flop, discharging is started and the predetermined minimum voltage is reached. Controls the charge / discharge switch to start charging when it reaches and gates the output of the flip-flop to the counter that counts the oscillation frequency of the crystal oscillator. Temperature compensation circuit for compensating the oscillation frequency of the crystal oscillator by the compensation data corresponding to the count value. It is characterized in that the temperature is compensated for.

【0006】[0006]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1に示すブロッ
ク図を参照して詳細に説明する。図中11は水晶発振器
で、水晶振動子11aとこの水晶振動子11aの共振周
波数を周波数決定要素として発振する発振回路11bを
設けている。なお上記水晶振動子11aは、その負荷容
量を可変することによって共振周波数を変化させること
ができるものである。そして12は温度センサでたとえ
ば温度に応じて抵抗値が変化するポリシリコン抵抗であ
る。このようなポリシリコン抵抗では、たとえば150
0ppm/℃程度の温度特性の抵抗を得ることができ
る。そして温度センサ12を、検出温度に応じてインピ
ーダンスが変化する可変インピーダンス13に接続す
る。この可変インピーダンス13は、たとえば図2に示
すようなカレントミラー回路である。このカレントミラ
ー回路は一対のP型のFET13a、13bのドレイン
およびゲートをそれぞれ共通に接続し、定電流側の回路
支ではFETのゲート、ソースを共通に接続するととも
に、ソースと基準電位との間に温度センサ12、たとえ
ば感温抵抗を直列に介挿している。したがって、このカ
レントミラー回路の可変インピーダンス側の回路支のイ
ンピーダンス、すなわちFET13bのドレイン、ソー
ス間のインピーダンスは温度センサ12である感温抵抗
の抵抗値に応じて変化する。そしてこの可変インピーダ
ンス13に直列に、抵抗14aおよびコンデンサ14b
を接続して時定数回路14とする。すなわち時定数回路
14を可変インピーダンス13を直列に介して電源Vd
dと基準電位との間に介挿する。そして時定数回路14
のコンデンサ14bの充電電圧を第1の比較器15の非
反転入力および第2の比較器16の反転入力へ与える。
そして電源Vddと基準電位との間に複数、たとえば3
個の抵抗17a、17b、17cを直列に接続した抵抗
分圧回路17を介挿し、この抵抗分圧回路17で得た電
圧値の高い第1の分圧電圧V1を第1の比較器15の反
転入力へ与え、電圧値の低い第2の分圧電圧V2を第2
の比較器16の非反転入力へ与える。そして上記第1、
第2の比較器15、16の各比較出力をフリップフロッ
プ18へリセット、セット信号として与える。そしてフ
リップフロップ18の出力によって上記コンデンサ14
bの充電側の端子と基準電位との間に介挿した放電スイ
ッチ19をオン・オフ制御する。そしてコンデンサ14
bの充電電圧が上記分圧電圧V1まで上昇した時に放電
スイッチ19をオンしてコンデンサ14bの充電電圧を
放電し、上記分圧電圧V2まで降下したときに放電スイ
ッチ19をオフして充電を行うようにしている。そして
20は上記水晶発振器11の発振周波数をカウントする
カウンタで、このカウンタ20へ上記フリップフロップ
18の出力をゲート信号として与えてカウント動作を行
うようにしている。しかして温度が変化すると温度セン
サ12の抵抗値が変化し、それによってフリップフロッ
プ18の出力信号、すなわちカウンタ20のゲート信号
の周波数も変化する。そしてゲート信号の周波数の変化
に対して、水晶発振器11の出力周波数の変化は無視し
得る程度の変化である。したがってカウンタ20のカウ
ント値は温度センサ12の検出温度に対応する。そして
21は温度補償回路で、上記水晶発振器11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デジ
タルメモリに記憶し、上記カウンタ20のカウント値に
対応した補償データによって上記水晶発振器11の発振
周波数の変化を補償するようにしている。図3は温度補
償回路21の一例を示すブロック図で、たとえば上記カ
ウンタ20のカウント値に対応した複数ビットのアドレ
ス信号を発生するアドレス信号発生回路23aと、この
アドレス信号発生回路23aによって選択的にアクセス
されるデジタルメモリ23bを設けている。このデジタ
ルメモリ23bには上記カウンタ20のカウント値に対
応して水晶発振器11の発振周波数を一定の周波数に維
持するために水晶発振器11へ与えるべき補償データを
記憶している。そしてデジタルメモリ23bの出力デー
タをデコーダ23cへ与えて、このデコーダ23cのデ
コード出力によって選択的にオン・オフ制御する複数の
アナログスイッチ23dを設けている。このアナログス
イッチ23dによって上記水晶発振器11の、たとえば
水晶振動子11aに複数のコンデンサ23eを選択的に
接続して発振周波数を微調整し、一定の発振周波数を維
持するようにしている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the block diagram shown in FIG. Reference numeral 11 in the figure is a crystal oscillator, which is provided with a crystal oscillator 11a and an oscillation circuit 11b that oscillates using the resonance frequency of the crystal oscillator 11a as a frequency determining element. The crystal oscillator 11a can change the resonance frequency by changing the load capacitance thereof. A temperature sensor 12 is, for example, a polysilicon resistor whose resistance value changes according to temperature. With such a polysilicon resistor, for example, 150
A resistance having a temperature characteristic of about 0 ppm / ° C. can be obtained. Then, the temperature sensor 12 is connected to the variable impedance 13 whose impedance changes according to the detected temperature. The variable impedance 13 is, for example, a current mirror circuit as shown in FIG. In this current mirror circuit, the drains and gates of a pair of P-type FETs 13a and 13b are connected in common, and the gates and sources of the FETs are connected in common in the circuit support on the constant current side. A temperature sensor 12, for example, a temperature-sensitive resistor is inserted in series. Therefore, the impedance of the circuit support on the variable impedance side of the current mirror circuit, that is, the impedance between the drain and the source of the FET 13b changes according to the resistance value of the temperature-sensitive resistor which is the temperature sensor 12. A resistor 14a and a capacitor 14b are connected in series with the variable impedance 13.
Are connected to form a time constant circuit 14. That is, the time constant circuit 14 is connected to the power source Vd via the variable impedance 13 in series.
It is inserted between d and the reference potential. And the time constant circuit 14
The charging voltage of the capacitor 14b is applied to the non-inverting input of the first comparator 15 and the inverting input of the second comparator 16.
A plurality of, for example 3
A resistance voltage dividing circuit 17 in which individual resistors 17a, 17b, 17c are connected in series is inserted, and the first voltage dividing voltage V1 having a high voltage value obtained by the resistance voltage dividing circuit 17 is supplied to the first comparator 15. The second divided voltage V2 having a low voltage value is supplied to the inverting input to the second
To the non-inverting input of the comparator 16. And the first,
The respective comparison outputs of the second comparators 15 and 16 are applied to the flip-flop 18 as reset and set signals. The output of the flip-flop 18 causes the capacitor 14
The on / off control of the discharge switch 19 inserted between the charging side terminal of b and the reference potential is performed. And capacitor 14
When the charging voltage of b rises to the divided voltage V1, the discharge switch 19 is turned on to discharge the charging voltage of the capacitor 14b, and when it drops to the divided voltage V2, the discharge switch 19 is turned off to perform charging. I am trying. Reference numeral 20 is a counter for counting the oscillation frequency of the crystal oscillator 11, and the counter 20 is provided with the output of the flip-flop 18 as a gate signal to perform the counting operation. Then, when the temperature changes, the resistance value of the temperature sensor 12 changes, which changes the output signal of the flip-flop 18, that is, the frequency of the gate signal of the counter 20. The change in the output frequency of the crystal oscillator 11 is negligible with respect to the change in the frequency of the gate signal. Therefore, the count value of the counter 20 corresponds to the temperature detected by the temperature sensor 12. Reference numeral 21 denotes a temperature compensating circuit, which stores compensation data for compensating a change in the oscillation frequency of the crystal oscillator 11 with respect to a temperature change in a digital memory, and oscillates the crystal oscillator 11 according to the compensation data corresponding to the count value of the counter 20. It is designed to compensate for changes in frequency. FIG. 3 is a block diagram showing an example of the temperature compensating circuit 21. For example, an address signal generating circuit 23a that generates an address signal of a plurality of bits corresponding to the count value of the counter 20 and a selective address signal generating circuit 23a. A digital memory 23b to be accessed is provided. The digital memory 23b stores compensation data to be given to the crystal oscillator 11 in order to maintain the oscillation frequency of the crystal oscillator 11 at a constant frequency corresponding to the count value of the counter 20. The output data of the digital memory 23b is given to the decoder 23c, and a plurality of analog switches 23d are provided for selectively controlling ON / OFF by the decode output of the decoder 23c. By the analog switch 23d, a plurality of capacitors 23e are selectively connected to, for example, the crystal oscillator 11a of the crystal oscillator 11 to finely adjust the oscillation frequency and maintain a constant oscillation frequency.

【0007】このような構成であれば、温度センサ12
は水晶振動子11aの温度を検出して検出信号を可変イ
ンピーダンス13へ与える。そして可変インピーダンス
13のインピーダンス値が変化すると、それによって時
定数回路14に対する充電電流も変化する。しかして時
定数回路14の充電電圧が所定の電圧V1に達すると第
1の比較器15の出力によってフリップフロップ18を
リッセトして充放電スイッチを19をオンしてコンデン
サ14bの充電電荷の放電を開始させる。そして時定数
回路14の充電電圧が所定の電圧V2まで低下すると第
2の比較器16の出力によってフリップフロップ18を
セットして充放電スイッチ19をオフし、コンデンサ1
4bに対して充電を開始する。したがってコンデンサ1
4bの充放電サイクル、すなわちフリップフロップ18
の出力の反転サイクルは充電電流に対応し、この充電電
流の値は可変インピーダンス13のインピーダンス値、
すなわち温度センサ12の検出温度に対応することにな
る。そして上記所定の電圧V1、V2を検出する第1、
第2の比較器15、16はそれぞれ一方の入力端子に電
源電圧Vddを分圧した電圧V1、V2を与えられてい
るので電源電圧の変動は上記充放電サイクルに影響を及
ぼさない。しかして、上記フリップフロップ18の出力
をゲート信号として電圧制御発振器11の発振出力をカ
ウンタでカウントしこのカウント値を温度補償回路23
へ与えるようにしている。この温度補償回路23には、
上記カウンタのカウント値、すなわち温度センサの検出
温度に対応して電圧制御発振器へ与えるべき補償データ
を記憶したデジタルメモリ23bを設け、このデジタル
メモリ23bから読みだした補償データによって上記水
晶発振器11の発振周波数を補償して一定の発振周波数
を維持するように制御するようにしている。しかして水
晶発振器11の水晶振動子11aに熱的に結合した温度
センサ12には直流電流のみが流れ、この温度センサ1
2の抵抗値の変化によってインピーダンスを可変する可
変インピーダンス13に充放電電流が流れる。したがっ
て可変インピーダンス13および、この可変インピーダ
ンス13のインピーダンス変化に応じた周波数で充放電
を繰り返す時定数回路14は上記水晶振動子11aに熱
結合させる必要はないので水晶発振器11から静電的、
電磁的に充分にシールドすることができ水晶発振器11
の発振出力の純度を高めることができる。そして上記時
定数回路14の充放電を制御する第1、第2の比較器1
5、16には抵抗分圧回路17で分圧した第1、第2の
各分圧電圧V1、V2を与えるようにしているので電源
Vddの電圧が変動しても充放電の周期には影響を与え
ない。したがって電源電圧の変動を生じてもカウンタ2
0へ与えるゲート信号の周波数を一定に維持することが
でき正確なカウント動作を行うことができる。
With such a configuration, the temperature sensor 12
Detects the temperature of the crystal unit 11a and applies a detection signal to the variable impedance 13. When the impedance value of the variable impedance 13 changes, the charging current for the time constant circuit 14 also changes accordingly. When the charge voltage of the time constant circuit 14 reaches the predetermined voltage V1, the flip-flop 18 is reset by the output of the first comparator 15 to turn on the charge / discharge switch 19 to discharge the charge of the capacitor 14b. Let it start. When the charging voltage of the time constant circuit 14 drops to a predetermined voltage V2, the flip-flop 18 is set by the output of the second comparator 16 to turn off the charging / discharging switch 19, and the capacitor 1
Charging is started for 4b. Therefore capacitor 1
4b charge / discharge cycle, ie flip-flop 18
The inversion cycle of the output of corresponds to the charging current, and the value of this charging current is the impedance value of the variable impedance 13,
That is, it corresponds to the temperature detected by the temperature sensor 12. Then, the first to detect the predetermined voltages V1 and V2,
Since the second comparators 15 and 16 are supplied with the voltages V1 and V2 obtained by dividing the power supply voltage Vdd at their one input terminals, the fluctuation of the power supply voltage does not affect the charge / discharge cycle. Then, the oscillation output of the voltage controlled oscillator 11 is counted by the counter using the output of the flip-flop 18 as a gate signal, and the count value is obtained by the temperature compensation circuit 23.
I am trying to give it to. In this temperature compensation circuit 23,
A digital memory 23b storing compensation data to be given to the voltage controlled oscillator corresponding to the count value of the counter, that is, the temperature detected by the temperature sensor is provided, and the oscillation of the crystal oscillator 11 is performed by the compensation data read from the digital memory 23b. The frequency is compensated to control so as to maintain a constant oscillation frequency. However, only a direct current flows through the temperature sensor 12 thermally coupled to the crystal oscillator 11a of the crystal oscillator 11, and the temperature sensor 1
A charging / discharging current flows through the variable impedance 13 whose impedance is changed by the change of the resistance value of 2. Therefore, the variable impedance 13 and the time constant circuit 14 that repeats charging / discharging at a frequency corresponding to the impedance change of the variable impedance 13 need not be thermally coupled to the crystal oscillator 11a, so that the crystal oscillator 11 can be electrostatically connected to the crystal oscillator 11a.
A crystal oscillator that can be electromagnetically shielded sufficiently 11
It is possible to increase the purity of the oscillation output of. Then, the first and second comparators 1 for controlling the charging and discharging of the time constant circuit 14
Since 5 and 16 are provided with the first and second divided voltages V1 and V2 divided by the resistance dividing circuit 17, even if the voltage of the power supply Vdd fluctuates, the charging / discharging cycle is affected. Don't give. Therefore, even if the power supply voltage fluctuates, the counter 2
The frequency of the gate signal applied to 0 can be maintained constant, and accurate counting operation can be performed.

【0008】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温度補償回路23と
して多数のアナログスイッチとコンデンサとを組み合わ
せたものについて説明したがこのようなものに限定され
ないことは勿論である。たとえば、図4に示すようにデ
ジタルメモリ23bから与えられる補償データをデジタ
ル−アナログ変換器(DA変換器)23fでアナログ変
換し、このアナログ信号を水晶振動子11aに直列に接
続した電圧容量可変素子23gに印加して容量を可変
し、その負荷容量を制御して発振周波数を微調整するよ
うにしてもよい。また、温度センサ12としてポリシリ
コン抵抗を用いるようにしたが温度に応じて抵抗値が変
化する適宜な電子部品を用い得ることができ、また半導
体のPN接合のように温度に応じて電圧が変化する素子
を用いて可変インピーダンスを制御するようにしてもよ
い。
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the above-mentioned embodiment, the combination of a large number of analog switches and capacitors as the temperature compensating circuit 23 has been described, but the present invention is not limited to this. Of course. For example, as shown in FIG. 4, the compensation data provided from the digital memory 23b is converted into an analog signal by a digital-analog converter (DA converter) 23f, and this analog signal is connected in series to the crystal unit 11a. 23 g may be applied to vary the capacitance, and the load capacitance may be controlled to finely adjust the oscillation frequency. Further, although the polysilicon resistor is used as the temperature sensor 12, it is possible to use an appropriate electronic component whose resistance value changes according to the temperature, and the voltage changes according to the temperature like a semiconductor PN junction. The variable impedance may be controlled using an element for controlling the variable impedance.

【0009】[0009]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば低
電圧動作が可能で、しかも電源電圧の変動の影響を受け
ることもなく、しかも高純度の発振出力を得ることがで
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 above in detail, according to the present invention, a low temperature operation is possible, a digital temperature which is not affected by the fluctuation of the power supply voltage, and which can obtain a high-purity oscillation output. A compensation oscillator can be provided.

【0010】[0010]

【図面の簡単な説明】[Brief description 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 an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す可変インピーダンスの一例を示す回
路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the variable impedance shown in FIG.

【図3】図1に示す実施例の温度補償回路を示すブロッ
ク図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a temperature compensation circuit of the embodiment shown in FIG.

【図4】本発明の温度補償回路の他の実施例を示すブロ
ック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing another embodiment of the temperature compensation circuit of the present invention.

【図5】リング発振器の一例を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a ring oscillator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 水晶発振器 11a 水晶振動子 12 温度センサ 13 可変インピーダンス 14 時定数回路 15、16 比較器 17 分圧回路 18 フリップフロップ 19 充放電スイッチ 20 カウンタ 21 温度補償回路 11 crystal oscillator 11a crystal oscillator 12 temperature sensor 13 variable impedance 14 time constant circuit 15, 16 comparator 17 voltage divider circuit 18 flip-flop 19 charge / discharge switch 20 counter 21 temperature compensation circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】水晶発振器と、 この水晶発振器の水晶振動子に熱的に結合した温度セン
サと、 この温度センサの検出温度に応じてインピーダンスが変
化する可変インピーダンスと、 この可変インピーダンスに直列にコンデンサを接続した
時定数回路と、 この時定数回路のコンデンサの充電電圧を一方の入力へ
与えられ他方の入力へ抵抗分圧回路で分圧したそれぞれ
異なる電圧を与えられる第1および第2の比較器と、 この第1および第2の比較器の比較出力によってセット
およびリセットされるフリップフロップと、 このフリップフロップの出力によって制御され上記時定
数回路の充電電圧が所定の最大電圧に達したときに放電
を開始し所定の最低電圧に達したときに充電を開始させ
る充放電スイッチと、 上記フリップフロップの出力をゲート信号として与えら
れ上記水晶発振器の発振周波数をカウントするカウンタ
と、 上記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によって上記水晶発振器の発振周
波数を補償する温度補償回路と、 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 crystal oscillator, a temperature sensor thermally coupled to a crystal oscillator of the crystal oscillator, a variable impedance whose impedance changes according to a temperature detected by the temperature sensor, and a capacitor connected in series with the variable impedance. And a first constant circuit and a second constant circuit to which the charging voltage of the capacitor of this time constant circuit is applied to one input and different voltages divided by a resistance voltage dividing circuit are applied to the other input. And a flip-flop that is set and reset by the comparison output of the first and second comparators, and discharged when the charging voltage of the time constant circuit controlled by the output of the flip-flop reaches a predetermined maximum voltage. The output of the flip-flop and the charge / discharge switch that starts charging when the specified minimum voltage is reached A counter for counting the oscillation frequency of the crystal oscillator, which is provided as a clock signal, and compensation data for compensating the change of the oscillation frequency with respect to the temperature change of the crystal oscillator, and storing the compensation data corresponding to the count value of the counter. A digital temperature compensation oscillator, comprising: a temperature compensation circuit that compensates for the oscillation frequency of the oscillator.
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