JPH05347512A - 温度補償型水晶発振器 - Google Patents
温度補償型水晶発振器Info
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- JPH05347512A JPH05347512A JP15343392A JP15343392A JPH05347512A JP H05347512 A JPH05347512 A JP H05347512A JP 15343392 A JP15343392 A JP 15343392A JP 15343392 A JP15343392 A JP 15343392A JP H05347512 A JPH05347512 A JP H05347512A
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- Japan
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- temperature
- crystal oscillator
- circuit
- characteristic
- crystal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 周波数偏差が許容値を超えない小型の水晶発
振器を提供する。 【構成】 ＡＴカット水晶振動子１１を含む水晶発振回
路５５の近傍に温度センサ５０を配し、その検出温度を
温度符号化回路５１にてデジタルの温度データに変換す
るとともに、この温度データに基づく補正値信号をＶ−
Ｃ変換回路５６に導いて水晶振動子１１の発振周波数の
補正を行う水晶発振器において、温度符号化回路５１の
入出力特性を、水晶振動子１１の単位温度当りの周波数
変化率が最大となる温度近傍にてその勾配が最大となる
疑似三次曲線特性又はその曲線特性と近似する複数勾配
の一次直線特性となした。 【効果】 温度データを得る際に、周波数変化率が急峻
な領域では温度が細分化され、量子化ビット数を低減さ
せることができる。
振器を提供する。 【構成】 ＡＴカット水晶振動子１１を含む水晶発振回
路５５の近傍に温度センサ５０を配し、その検出温度を
温度符号化回路５１にてデジタルの温度データに変換す
るとともに、この温度データに基づく補正値信号をＶ−
Ｃ変換回路５６に導いて水晶振動子１１の発振周波数の
補正を行う水晶発振器において、温度符号化回路５１の
入出力特性を、水晶振動子１１の単位温度当りの周波数
変化率が最大となる温度近傍にてその勾配が最大となる
疑似三次曲線特性又はその曲線特性と近似する複数勾配
の一次直線特性となした。 【効果】 温度データを得る際に、周波数変化率が急峻
な領域では温度が細分化され、量子化ビット数を低減さ
せることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セルラーや車載無線機
に用いられる温度補償水晶発振器に関し、より詳細に
は、温度情報のアナログ／デジタル変換手段に特徴を有
する水晶発振器に関する。
に用いられる温度補償水晶発振器に関し、より詳細に
は、温度情報のアナログ／デジタル変換手段に特徴を有
する水晶発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＡＴカット水晶振動子は、その周波数温
度特性が三次曲線であり、広範囲にわたって高性能が得
られることは周知である。図３は、この種のＡＴカット
水晶振動子の周波数偏差−温度特性図であり、１１〜１
８は、夫々カット角度の異なるＡＴカット水晶振動子の
場合を示す。
度特性が三次曲線であり、広範囲にわたって高性能が得
られることは周知である。図３は、この種のＡＴカット
水晶振動子の周波数偏差−温度特性図であり、１１〜１
８は、夫々カット角度の異なるＡＴカット水晶振動子の
場合を示す。
【０００３】一般に、ＡＴカット水晶振動子の周波数偏
差（ΔＦ／Ｆ0）は(1)式で表される。
差（ΔＦ／Ｆ0）は(1)式で表される。
【０００４】
【数１】 ΔＦ／Ｆ0＝Ａ0（Ｔ−２５）3＋Ｂ0（Ｔ−２５）［ｐｐｍ］・・・・・(1) ここに、Ａ0はカットのばらつきに依存する三次係数
で、値としては概ね９〜１０×１０-5となる。また、Ｂ
0は主としてカット角度に依存する一次係数で、値とし
ては概ね−２〜−４.５×１０-1となる。尚、Ｔは温度
［℃］を表す。
で、値としては概ね９〜１０×１０-5となる。また、Ｂ
0は主としてカット角度に依存する一次係数で、値とし
ては概ね−２〜−４.５×１０-1となる。尚、Ｔは温度
［℃］を表す。
【０００５】ところで、セルラーや車載無線機では、周
波数偏差（ΔＦ／Ｆ0）の許容値が非常に小さく、例え
ば、図４に示す例では−３５℃〜＋８５℃の温度範囲で
は±０.５［ｐｐｍ］以内である。したがって、図３に
示した特性の水晶振動子は、いずれも許容範囲外とな
る。そこで、上記用途においては、ＡＴカット水晶振動
子を含む発振回路に温度補償回路を設けて温度補償型水
晶発振器となし、周波数偏差の変動が許容値内に収まる
ように制御しているのが通常である。
波数偏差（ΔＦ／Ｆ0）の許容値が非常に小さく、例え
ば、図４に示す例では−３５℃〜＋８５℃の温度範囲で
は±０.５［ｐｐｍ］以内である。したがって、図３に
示した特性の水晶振動子は、いずれも許容範囲外とな
る。そこで、上記用途においては、ＡＴカット水晶振動
子を含む発振回路に温度補償回路を設けて温度補償型水
晶発振器となし、周波数偏差の変動が許容値内に収まる
ように制御しているのが通常である。
【０００６】図５は、従来の温度補償型水晶発振器のブ
ロック構成図であり、図中、５０は温度センサ、５１は
温度符号化回路、５２は補正値信号発生回路、５３はデ
ータ設定回路、５４はＬＰＦ(Low pass Filter)を内蔵
したデジタル／アナログ変換回路（以下、Ｄ／Ａ変換回
路と称する。）、５５は水晶発振回路を表す。
ロック構成図であり、図中、５０は温度センサ、５１は
温度符号化回路、５２は補正値信号発生回路、５３はデ
ータ設定回路、５４はＬＰＦ(Low pass Filter)を内蔵
したデジタル／アナログ変換回路（以下、Ｄ／Ａ変換回
路と称する。）、５５は水晶発振回路を表す。
【０００７】水晶発振回路５５は、図３の特性を有する
特定のＡＴカット水晶振動子１１と、バラクタダイオー
ド等の電圧−静電容量変換回路（以下、Ｖ−Ｃ変換回路
と称する。）と、発振部回路及び外部回路とのインター
フェースをなす出力回路５７とを有している。また、５
８はシーケンサ部、５９はＣＲ発振器である。なお、Ｃ
Ｒ発振器５９は図５の出力の分周で代えるときもある。
特定のＡＴカット水晶振動子１１と、バラクタダイオー
ド等の電圧−静電容量変換回路（以下、Ｖ−Ｃ変換回路
と称する。）と、発振部回路及び外部回路とのインター
フェースをなす出力回路５７とを有している。また、５
８はシーケンサ部、５９はＣＲ発振器である。なお、Ｃ
Ｒ発振器５９は図５の出力の分周で代えるときもある。
【０００８】次に、上記構成の水晶発振器の動作を簡単
に説明する。
に説明する。
【０００９】いま、Ｖ−Ｃ変換回路５６において、バラ
クタダイオード（ＣV）の入力逆方向電圧ｖがＤ／Ａ変
換回路５４の可変可能範囲のほぼ中央ｖ0にあるものと
し、この電圧ｖ0に対応する等価容量をＣV0とすると、
このときの発振器出力周波数Ｆ0は(2)式のようになる。
クタダイオード（ＣV）の入力逆方向電圧ｖがＤ／Ａ変
換回路５４の可変可能範囲のほぼ中央ｖ0にあるものと
し、この電圧ｖ0に対応する等価容量をＣV0とすると、
このときの発振器出力周波数Ｆ0は(2)式のようになる。
【００１０】
【数２】
【００１１】(2)式において、ＣAはバラクタダイオード
（ＣV）の感度を調整する並列容量であり、その温度係
数を便宜上、”０”（温度変化の影響を受けない）とす
る。また、ＣKは出力回路５７の入力端容量であり、こ
れも温度係数を”０”とする。更に、ＦS，Ｃ0，ｒは水
晶振動子１１の等価定数であり、夫々、直列共振子周波
数、並列容量、容量比（Ｃ0／ＣL）を表す。
（ＣV）の感度を調整する並列容量であり、その温度係
数を便宜上、”０”（温度変化の影響を受けない）とす
る。また、ＣKは出力回路５７の入力端容量であり、こ
れも温度係数を”０”とする。更に、ＦS，Ｃ0，ｒは水
晶振動子１１の等価定数であり、夫々、直列共振子周波
数、並列容量、容量比（Ｃ0／ＣL）を表す。
【００１２】ここで、温度補償型水晶発振器の環境温度
が例えば−２５℃から＋６２℃まで上昇した場合を考え
る。この場合、水晶振動子１１の周波数偏差は、図３に
よれば−１０.５［ｐｐｍ］となる。温度センサ５０は
このときの温度を検出して温度符号化回路５１に送る。
が例えば−２５℃から＋６２℃まで上昇した場合を考え
る。この場合、水晶振動子１１の周波数偏差は、図３に
よれば−１０.５［ｐｐｍ］となる。温度センサ５０は
このときの温度を検出して温度符号化回路５１に送る。
【００１３】温度符合化回路５１は、検出温度を表すア
ナログ信号を入力して該入力値に対応するデジタル温度
データを出力する回路であり、具体的には、検出温度を
（アナログ）電圧に変換する温度／電圧変換部と、変換
後の電圧を所定レベルに増幅する増幅部と、該電圧値に
対応するデジタル信号を出力するアナログ／デジタル変
換部（Ａ／Ｄ変換部）とを備えている。Ａ／Ｄ変換部
は、図６に示すように、アナログ入力（検出温度Ｔ）６
１に対応するデジタル出力（温度データＤａ）６２が比
例関係となる比例直線特性を有しており、上記６２℃の
検出温度に対応する温度データＤａを補正値信号発生回
路５２に送る。
ナログ信号を入力して該入力値に対応するデジタル温度
データを出力する回路であり、具体的には、検出温度を
（アナログ）電圧に変換する温度／電圧変換部と、変換
後の電圧を所定レベルに増幅する増幅部と、該電圧値に
対応するデジタル信号を出力するアナログ／デジタル変
換部（Ａ／Ｄ変換部）とを備えている。Ａ／Ｄ変換部
は、図６に示すように、アナログ入力（検出温度Ｔ）６
１に対応するデジタル出力（温度データＤａ）６２が比
例関係となる比例直線特性を有しており、上記６２℃の
検出温度に対応する温度データＤａを補正値信号発生回
路５２に送る。
【００１４】補正値信号発生回路５２には、Ｅ2−ＰＲ
ＯＭ（電気的消去可能ＲＯＭ）やフラッシュＲＯＭ、あ
るいはワンタイムＲＯＭ等の記憶デバイスが備えられて
おり、水晶振動子１１〜１８の種類毎に、アドレスデー
タとなるデジタル温度データＤａと該温度データに対応
するデジタル補正値信号ＤV1（後述）とがデータ設定回
路５５により書き込まれている。この補正値信号発生回
路５２では、前記６２℃の温度データＤａに対応すアド
レスから補正値信号ＤV1を読み出してＤ／Ａ変換回路５
４に送る。
ＯＭ（電気的消去可能ＲＯＭ）やフラッシュＲＯＭ、あ
るいはワンタイムＲＯＭ等の記憶デバイスが備えられて
おり、水晶振動子１１〜１８の種類毎に、アドレスデー
タとなるデジタル温度データＤａと該温度データに対応
するデジタル補正値信号ＤV1（後述）とがデータ設定回
路５５により書き込まれている。この補正値信号発生回
路５２では、前記６２℃の温度データＤａに対応すアド
レスから補正値信号ＤV1を読み出してＤ／Ａ変換回路５
４に送る。
【００１５】Ｄ／Ａ変換回路５４では、この補正値信号
ＤV1をアナログ化し、ＬＰＦを通してＶ−Ｃ変換回路５
６に送る。そしてここで補正値信号ＤV1に対応する逆方
向電圧ｖ1 がバラクタダイオードに印加される。
ＤV1をアナログ化し、ＬＰＦを通してＶ−Ｃ変換回路５
６に送る。そしてここで補正値信号ＤV1に対応する逆方
向電圧ｖ1 がバラクタダイオードに印加される。
【００１６】バラクタダイオードの逆方向電圧がｖ0 か
らｖ1 に増えると、その等価容量は逆方向電圧に対応し
て小さくなる。このときの等価容量をＣV1とする。上記
(2)式を参照すると、バラクタダイオードの等価容量
（ＣV0）が小さくなるにつれて発振器出力周波数（Ｆ
0 ）が高くなることがわかる。例えば上記の例では、発
振器出力周波数をＦ1 とすると、
らｖ1 に増えると、その等価容量は逆方向電圧に対応し
て小さくなる。このときの等価容量をＣV1とする。上記
(2)式を参照すると、バラクタダイオードの等価容量
（ＣV0）が小さくなるにつれて発振器出力周波数（Ｆ
0 ）が高くなることがわかる。例えば上記の例では、発
振器出力周波数をＦ1 とすると、
【００１７】
【数３】 ΔＦ／Ｆ0 ＝（Ｆ1 −Ｆ0 ）／Ｆ0 ＝−１０．５［ｐｐｍ］ であったことになる。したがって、この発振器出力周波
数Ｆ1 が限りなくＦ0 に近付くようにバラクタダイオー
ドの等価容量ＣV1を調整すれば、温度補償がなされるこ
とになる。
数Ｆ1 が限りなくＦ0 に近付くようにバラクタダイオー
ドの等価容量ＣV1を調整すれば、温度補償がなされるこ
とになる。
【００１８】このときの等価容量ＣV1は(4)式より求ま
る。
る。
【００１９】
【数４】
【００２０】この等価容量をＣV1とする逆方向電圧ｖ1
の源データとなるのが前述の補正値信号ＤV1である。
の源データとなるのが前述の補正値信号ＤV1である。
【００２１】なお、上記一連の動作は、シーケンサ部５
８により制御される。即ち、ＣＲ発振器５９から出力さ
れるクロックを基準としてシーケンサ部５８では、温度
符号化回路５１から補正値信号発生回路５２への温度デ
ータ出力タイミング、補正値信号発生回路５２からＤ／
Ａ変換回路５４へのデータ出力タイミングを決定する新
たなクロック信号を生成する。
８により制御される。即ち、ＣＲ発振器５９から出力さ
れるクロックを基準としてシーケンサ部５８では、温度
符号化回路５１から補正値信号発生回路５２への温度デ
ータ出力タイミング、補正値信号発生回路５２からＤ／
Ａ変換回路５４へのデータ出力タイミングを決定する新
たなクロック信号を生成する。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成の
水晶発振器において、適正な温度補償を行うためには以
下の条件を満足することが前提となる。
水晶発振器において、適正な温度補償を行うためには以
下の条件を満足することが前提となる。
【００２３】（１）温度センサ５０が水晶発振回路５５
の温度を遅れなく正確に検出すること。
の温度を遅れなく正確に検出すること。
【００２４】（２）温度符号化回路５１が充分小さな量
子化誤差にてＡ／Ｄ変換を行うこと。例えば０．１２５
［℃／dig（ｄｉｇは単位デジタル量、以下同じ）］以
上の精度で量子化するには少なくとも１０ビット
（２10）のデータ長が必要となる。
子化誤差にてＡ／Ｄ変換を行うこと。例えば０．１２５
［℃／dig（ｄｉｇは単位デジタル量、以下同じ）］以
上の精度で量子化するには少なくとも１０ビット
（２10）のデータ長が必要となる。
【００２５】（３）補正値信号発生回路５２から出力さ
れる補正値信号は充分なデータ長を持つこと。例えば
０．０５［ｐｐｍ／dig］以上の精度で補正する場合に
は、少なくとも９ビット（２9）のデータ長が必要とな
る。
れる補正値信号は充分なデータ長を持つこと。例えば
０．０５［ｐｐｍ／dig］以上の精度で補正する場合に
は、少なくとも９ビット（２9）のデータ長が必要とな
る。
【００２６】（４）Ｄ／Ａ変換回路５４では誤差の小さ
な変換を行うこと。
な変換を行うこと。
【００２７】（５）シーケンサ部５８は周囲温度の変化
率とジッタとを考慮した処理タイミングを持つこと。
率とジッタとを考慮した処理タイミングを持つこと。
【００２８】このような条件を全て満たすには、各部品
を上記データ長（ビット数）に対応した構成にしなけれ
ばならず、また、別途補正回路等が必要となる。そのた
め、発振器寸法が大型化し、また、高価なものとなる。
車載用無線機では、少なくとも水晶発振器を小型にする
ことが使命であり、そのためには、温度符号化回路５１
のデータ長を８ビット程度に抑え、これに伴う補正値信
号発生回路５２の記憶デバイスの容量削減等の措置を講
ずる必要がある。しかし、そうすると、下記のような二
つの問題があった。
を上記データ長（ビット数）に対応した構成にしなけれ
ばならず、また、別途補正回路等が必要となる。そのた
め、発振器寸法が大型化し、また、高価なものとなる。
車載用無線機では、少なくとも水晶発振器を小型にする
ことが使命であり、そのためには、温度符号化回路５１
のデータ長を８ビット程度に抑え、これに伴う補正値信
号発生回路５２の記憶デバイスの容量削減等の措置を講
ずる必要がある。しかし、そうすると、下記のような二
つの問題があった。
【００２９】まず、量子化精度が低下し、周波数急変を
伴う問題が挙げられる。いま、温度符号化回路５１のデ
ータ長を８ビットとして−３５℃〜＋８５℃の範囲をカ
バーしようとすると、各温度データＤａは０．５［℃／
dig］となる。この場合、前記(1)式から求まる周波数偏
差の変化率、即ち周波数変化率は、下記に示す(5)式の
ようになり、例えば図３に示したある水晶振動子１４の
場合には、図７のように下方に凸部を有する二次曲線と
なる。
伴う問題が挙げられる。いま、温度符号化回路５１のデ
ータ長を８ビットとして−３５℃〜＋８５℃の範囲をカ
バーしようとすると、各温度データＤａは０．５［℃／
dig］となる。この場合、前記(1)式から求まる周波数偏
差の変化率、即ち周波数変化率は、下記に示す(5)式の
ようになり、例えば図３に示したある水晶振動子１４の
場合には、図７のように下方に凸部を有する二次曲線と
なる。
【００３０】
【数５】
【００３１】一方、全水晶振動子１１〜１８の場合につ
いてみると、周波数変化率が最大になるのは水晶振動子
１８であり、この場合の−３５℃，８５℃における値は
次のようになる。
いてみると、周波数変化率が最大になるのは水晶振動子
１８であり、この場合の−３５℃，８５℃における値は
次のようになる。
【００３２】
【数６】
【００３３】この場合、１ｄｉｇ当りの変化は(6)式の
ようになり、目標偏差の最大値０．５［ｐｐｍ］を明ら
かに超える。
ようになり、目標偏差の最大値０．５［ｐｐｍ］を明ら
かに超える。
【００３４】
【数７】
【００３５】更に、最悪の場合には２ｄｉｇ近い温度変
化を伴う場合もあり、この場合には１．２［ｐｐｍ］と
なって大きく目標偏差幅を超える。
化を伴う場合もあり、この場合には１．２［ｐｐｍ］と
なって大きく目標偏差幅を超える。
【００３６】もう一つはジッタの問題である。データ長
が８ビットの場合は、前述のように、温度ステップが
０．５［℃／dig］であるから、(6)式から明らかなよう
に、最大０．６［ｐｐｍ］のジッタが発生する。この場
合、Ｄ／Ａ変換回路５４のＬＰＦの効果が１０ビットの
場合と同様にあるとしても、そのジッタ量は２ビット削
減の影響で４倍（２2 ）となる。したがって、この場合
も目標偏差幅を超える。
が８ビットの場合は、前述のように、温度ステップが
０．５［℃／dig］であるから、(6)式から明らかなよう
に、最大０．６［ｐｐｍ］のジッタが発生する。この場
合、Ｄ／Ａ変換回路５４のＬＰＦの効果が１０ビットの
場合と同様にあるとしても、そのジッタ量は２ビット削
減の影響で４倍（２2 ）となる。したがって、この場合
も目標偏差幅を超える。
【００３７】本発明は、かかる背景の下になされたもの
で、その目的とするところは、温度変化による周波数変
動補償を適切に行い得る温度補償型水晶発振器を提供す
ることにある。
で、その目的とするところは、温度変化による周波数変
動補償を適切に行い得る温度補償型水晶発振器を提供す
ることにある。
【００３８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、温度変化に対応してその周波数偏差が
変化するＡＴカット水晶振動子を含む水晶発振回路と、
前記水晶振動子近傍の温度を検出する温度センサと、検
出温度を表すアナログ信号を入力して該入力値に対応す
るデジタル温度データを出力する温度符号化回路と、該
温度データに基づく補正値信号を前記水晶発振回路に導
いて発振周波数の補正を行う発振周波数補正手段とを少
なくとも備えてなる温度補償型水晶発振器において、前
記温度符号化回路の入出力特性を、前記ＡＴカット水晶
振動子の単位温度当りの周波数変化率が最小となる温度
近傍にてその勾配が最小となり、単位温度当りの周波数
変化率が最大となる温度近傍にてその勾配が最大となる
疑似三次曲線特性となしたものである。
め、本発明では、温度変化に対応してその周波数偏差が
変化するＡＴカット水晶振動子を含む水晶発振回路と、
前記水晶振動子近傍の温度を検出する温度センサと、検
出温度を表すアナログ信号を入力して該入力値に対応す
るデジタル温度データを出力する温度符号化回路と、該
温度データに基づく補正値信号を前記水晶発振回路に導
いて発振周波数の補正を行う発振周波数補正手段とを少
なくとも備えてなる温度補償型水晶発振器において、前
記温度符号化回路の入出力特性を、前記ＡＴカット水晶
振動子の単位温度当りの周波数変化率が最小となる温度
近傍にてその勾配が最小となり、単位温度当りの周波数
変化率が最大となる温度近傍にてその勾配が最大となる
疑似三次曲線特性となしたものである。
【００３９】なお、該温度符号化回路の入出力特性を、
前記疑似三次曲線特性と近似する複数勾配の一次直線特
性としても良い。
前記疑似三次曲線特性と近似する複数勾配の一次直線特
性としても良い。
【００４０】
【作用】温度符号化回路の入出力特性を疑似三次曲線と
なすことで、ＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性に
対応した温度データが出力される。即ち、該疑似三次曲
線の勾配が大きい領域では、１ｄｉｇ当たりの温度が小
さくなり、僅かな温度変化でも異なる温度データが出力
される。したがって、この領域ではＡ／Ｄ変換部のビッ
ト数を多くした場合と同様に作用し、発振周波数の補正
が頻繁になされる。
なすことで、ＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性に
対応した温度データが出力される。即ち、該疑似三次曲
線の勾配が大きい領域では、１ｄｉｇ当たりの温度が小
さくなり、僅かな温度変化でも異なる温度データが出力
される。したがって、この領域ではＡ／Ｄ変換部のビッ
ト数を多くした場合と同様に作用し、発振周波数の補正
が頻繁になされる。
【００４１】他方、単位温度当りの周波数変化率が最小
となる領域では１ｄｉｇ当たりの温度を大きくしても実
際上は支障がない。
となる領域では１ｄｉｇ当たりの温度を大きくしても実
際上は支障がない。
【００４２】なお、上記作用は、疑似三次曲線特性に近
似する複数の勾配を有する直線特性とした場合も同様と
なる。
似する複数の勾配を有する直線特性とした場合も同様と
なる。
【００４３】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。なお、本発明の温度補償型水晶発振器は、従来の
ものと同一の構成部品を有するので、各構成部品につい
ては図５に示した名称及び符号をそのまま用いて説明す
る。
する。なお、本発明の温度補償型水晶発振器は、従来の
ものと同一の構成部品を有するので、各構成部品につい
ては図５に示した名称及び符号をそのまま用いて説明す
る。
【００４４】本実施例は、従来の温度補償型水晶発振器
において、温度符号化回路５１（Ａ／Ｄ変換部）の入出
力特性を改良したものである。
において、温度符号化回路５１（Ａ／Ｄ変換部）の入出
力特性を改良したものである。
【００４５】図１は本実施例による入出力特性図であ
り、横軸は検出温度［℃］、縦軸は温度データを表す。
この図では、図３に示した特性を有する平均的なＡＴカ
ット水晶振動子１４の例を示している。即ち、図３を参
照すると、水晶振動子１４の単位温度当りの周波数変化
率
り、横軸は検出温度［℃］、縦軸は温度データを表す。
この図では、図３に示した特性を有する平均的なＡＴカ
ット水晶振動子１４の例を示している。即ち、図３を参
照すると、水晶振動子１４の単位温度当りの周波数変化
率
【００４６】
【数８】
【００４７】が最小となるのは−１０℃と６０℃、他
方、単位温度当りの周波数変化率
方、単位温度当りの周波数変化率
【００４８】
【数９】
【００４９】が最大となるのは、−３５℃と８５℃の温
度近傍である。しかも、周波数偏差（ΔＦ／Ｆ0）の変
化は前記(1)式より明らかなように三次曲線となってい
る。
度近傍である。しかも、周波数偏差（ΔＦ／Ｆ0）の変
化は前記(1)式より明らかなように三次曲線となってい
る。
【００５０】そこで、温度符号化回路５１の入出力特性
を、−３５℃と８５℃の温度近傍にてその勾配が最大と
なり、且つ、−１０℃と６０℃の温度近傍にてその勾配
が最小となる疑似三次曲線特性となしたものである。具
体的には、三次曲線の変曲点温度Ｔ1が
を、−３５℃と８５℃の温度近傍にてその勾配が最大と
なり、且つ、−１０℃と６０℃の温度近傍にてその勾配
が最小となる疑似三次曲線特性となしたものである。具
体的には、三次曲線の変曲点温度Ｔ1が
【００５１】
【数１０】
【００５２】の場合に、−Ｔ1〜Ｔ1間、図１の例では−
１０℃〜６０℃間は負符号つきで写像し、それから先は
夫々通常の三次曲線をつないだ形の写像とする。
１０℃〜６０℃間は負符号つきで写像し、それから先は
夫々通常の三次曲線をつないだ形の写像とする。
【００５３】例えば、図１において、横軸の検出温度Ｔ
が−３５℃及び８５℃の場合の縦軸Ｙの温度データを夫
々Ｋ、−Ｋとすると、−１０℃≦Ｔ≦６０℃の領域で
は、(8)式の関数式で表される曲線とする。
が−３５℃及び８５℃の場合の縦軸Ｙの温度データを夫
々Ｋ、−Ｋとすると、−１０℃≦Ｔ≦６０℃の領域で
は、(8)式の関数式で表される曲線とする。
【００５４】
【数１１】
【００５５】また、６０℃≦Ｔ≦８５℃の領域では、
(9)式の関数式で表される曲線とする。
(9)式の関数式で表される曲線とする。
【００５６】
【数１２】
【００５７】更に、−３５℃≦Ｔ≦−１０℃の領域で
は、(10)式の関数式で表される曲線とする。
は、(10)式の関数式で表される曲線とする。
【００５８】
【数１３】
【００５９】入出力特性を上記のようにすると、図１の
曲線勾配が大きい−３５℃、８５℃の領域では、１ｄｉ
ｇ当たりの温度が小さくなり、僅かな温度変化でも異な
る温度データＤａが出力される。これにより、あたかも
量子化ビット数が増加したように作用する。例えば、こ
れら温度領域における勾配が従来の比例直線特性の１.
５倍であったとすると、１ｄｉｇ当たりの温度は０.３
３℃となり、(6)式に対応する周波数偏差は０．４［ｐ
ｐｍ］となる。したがって、Ａ／Ｄ変換部が８ビット量
子化の場合であっても、目標偏差の最大値を超えなくな
り、従来の量子化精度の低下及びジッダの問題が解消さ
れる。
曲線勾配が大きい−３５℃、８５℃の領域では、１ｄｉ
ｇ当たりの温度が小さくなり、僅かな温度変化でも異な
る温度データＤａが出力される。これにより、あたかも
量子化ビット数が増加したように作用する。例えば、こ
れら温度領域における勾配が従来の比例直線特性の１.
５倍であったとすると、１ｄｉｇ当たりの温度は０.３
３℃となり、(6)式に対応する周波数偏差は０．４［ｐ
ｐｍ］となる。したがって、Ａ／Ｄ変換部が８ビット量
子化の場合であっても、目標偏差の最大値を超えなくな
り、従来の量子化精度の低下及びジッダの問題が解消さ
れる。
【００６０】他方、図１の曲線勾配が小さい領域では、
１ｄｉｇ当たりの温度が大きくなるが、この温度領域で
は周波数変化率が小さいので、実際上は全く支障がな
く、該変化率に対応した頻度で温度データＤａが出力さ
れる。
１ｄｉｇ当たりの温度が大きくなるが、この温度領域で
は周波数変化率が小さいので、実際上は全く支障がな
く、該変化率に対応した頻度で温度データＤａが出力さ
れる。
【００６１】このような疑似三次曲線特性は、検出温度
Ｔに対応するＡ／Ｄ変換部の出力アドレスＹを(8)〜(1
0)式を満足するような形で作成することで容易に実現で
きる。
Ｔに対応するＡ／Ｄ変換部の出力アドレスＹを(8)〜(1
0)式を満足するような形で作成することで容易に実現で
きる。
【００６２】なお、上記入出力特性を、前記疑似三次曲
線特性と近似する複数勾配の一次直線特性としても良
い。図２はこの場合の入出力特性を図示したものであ
り、例えば−３５℃〜８５℃間を五つの温度領域に分割
し、各温度領域で下記に示すように一次関数で形成する
疑似三次曲線の条件に近い実施例を示す。
線特性と近似する複数勾配の一次直線特性としても良
い。図２はこの場合の入出力特性を図示したものであ
り、例えば−３５℃〜８５℃間を五つの温度領域に分割
し、各温度領域で下記に示すように一次関数で形成する
疑似三次曲線の条件に近い実施例を示す。
【００６３】
【数１４】Ｙ＝Ｋ（Ｔ−５）／４０ ・・・・・ (11)
（−３５℃≦Ｔ≦−２５℃）
（−３５℃≦Ｔ≦−２５℃）
【００６４】
【数１５】Ｙ＝Ｋ（Ｔ−６５）／１２０ ・・・・ (12)
（−２５℃≦Ｔ≦５℃）
（−２５℃≦Ｔ≦５℃）
【００６５】
【数１６】Ｙ＝Ｋ（Ｔ−２５）／４０ ・・・・・・(13)
（５℃≦Ｔ≦４５℃）
（５℃≦Ｔ≦４５℃）
【００６６】
【数１７】Ｙ＝Ｋ（Ｔ＋１５）／１２０ ・・・・・(14)
（４５℃≦Ｔ≦７５℃）
（４５℃≦Ｔ≦７５℃）
【００６７】
【数１８】Ｙ＝Ｋ（Ｔ−４５）／４０ ・・・・・・(15)
（７５℃≦Ｔ≦８５℃） このような一次直線特性によれば、疑似三次曲線の場合
とほぼ同様の効果が得られる。しかも、検出温度Ｔに対
応するＡ／Ｄ変換部の出力アドレスＹを等分刻みにする
ことができるので、その作成が疑似三次曲線特性の場合
よりも容易であり、安定性のみに注目すれば良いので、
より一般的な手段となり得る。
（７５℃≦Ｔ≦８５℃） このような一次直線特性によれば、疑似三次曲線の場合
とほぼ同様の効果が得られる。しかも、検出温度Ｔに対
応するＡ／Ｄ変換部の出力アドレスＹを等分刻みにする
ことができるので、その作成が疑似三次曲線特性の場合
よりも容易であり、安定性のみに注目すれば良いので、
より一般的な手段となり得る。
【００６８】なお、上記(11)〜(15)式は一例であって、
温度領域をより細分割することで、疑似三次曲線特性に
更に近似させることができる。
温度領域をより細分割することで、疑似三次曲線特性に
更に近似させることができる。
【００６９】また、図１及び図２は平均的なＡＴカット
水晶振動子１４を含んでなる発振回路５５の例である
が、他の水晶振動子１１〜１３、１５〜１８の場合にも
同様に適用することができるのは勿論である。この場合
は、水晶振動子毎に変曲温度Ｔ1を図３に従って算定
し、(8)〜(15)式の定数（温度条件）を変えることで、
各水晶振動子固有の疑似三次曲線特性又は一次直線特性
を得る。
水晶振動子１４を含んでなる発振回路５５の例である
が、他の水晶振動子１１〜１３、１５〜１８の場合にも
同様に適用することができるのは勿論である。この場合
は、水晶振動子毎に変曲温度Ｔ1を図３に従って算定
し、(8)〜(15)式の定数（温度条件）を変えることで、
各水晶振動子固有の疑似三次曲線特性又は一次直線特性
を得る。
【００７０】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
温度補償型水晶発振器では、温度符号化回路の入出力特
性を、ＡＴカット水晶振動子の単位温度当りの周波数変
化率が最小となる温度領域にてその勾配が最小となり、
単位温度当りの周波数変化率が最大となる温度領域にて
その勾配が最大となる疑似三次曲線特性としたので、周
波数偏差の変化率の大きい領域では対応する温度を細分
化することができ、あたかも量子化ビット数を増加した
ような効果が得られる。これにより、温度符号化回路を
含めたデータ処理回路のビット数、データ長を小さくす
ることができ、記憶デバイスのメモリ容量も節約される
ので、その小型化、低価格化を図ることができる。
温度補償型水晶発振器では、温度符号化回路の入出力特
性を、ＡＴカット水晶振動子の単位温度当りの周波数変
化率が最小となる温度領域にてその勾配が最小となり、
単位温度当りの周波数変化率が最大となる温度領域にて
その勾配が最大となる疑似三次曲線特性としたので、周
波数偏差の変化率の大きい領域では対応する温度を細分
化することができ、あたかも量子化ビット数を増加した
ような効果が得られる。これにより、温度符号化回路を
含めたデータ処理回路のビット数、データ長を小さくす
ることができ、記憶デバイスのメモリ容量も節約される
ので、その小型化、低価格化を図ることができる。
【００７１】また、上記疑似三次曲線特性と近似する複
数勾配の一次直線特性にて代用することで、特性形成が
極めて容易となり、製造コストが格段に低下する。
数勾配の一次直線特性にて代用することで、特性形成が
極めて容易となり、製造コストが格段に低下する。
【００７２】このように、本発明によれば、カット角度
のずれやバラツキにより周波数温度特性が夫々異なるＡ
Ｔカット水晶振動子を用いても、各特性に応じた温度補
償が容易になされるので、水晶振動子の有効利用が図
れ、且つ、周波数偏差の許容範囲の厳格な用途において
も使用可能な小型の温度補償型水晶発振器を提供するこ
とができる。
のずれやバラツキにより周波数温度特性が夫々異なるＡ
Ｔカット水晶振動子を用いても、各特性に応じた温度補
償が容易になされるので、水晶振動子の有効利用が図
れ、且つ、周波数偏差の許容範囲の厳格な用途において
も使用可能な小型の温度補償型水晶発振器を提供するこ
とができる。
【図１】本発明の一実施例による温度符号化回路の入出
力特性図（疑似三次曲線特性図）である。
力特性図（疑似三次曲線特性図）である。
【図２】本発明の他の実施例による温度符号化回路の入
出力特性図（一次直線特性図）である。
出力特性図（一次直線特性図）である。
【図３】一般的なＡＴカット水晶振動子の周波数偏差−
温度特性図である。
温度特性図である。
【図４】セルラー等の許容周波数偏差の説明図である。
【図５】本発明が適用される従来の温度補償型水晶発振
器のブロック構成図である。
器のブロック構成図である。
【図６】従来の温度符号化回路の入出力特性図（比例直
線特性図）である。
線特性図）である。
【図７】平均的なＡＴカット水晶振動子における周波数
偏差の変化率特性図である。
偏差の変化率特性図である。
１１〜１８…ＡＴカット水晶振動子 ５０…温度センサ ５１…温度符号化回路 ５２…補正値信号発生回路 ５３…データ設定回路 ５４…Ｄ／Ａ変換回路 ５５…水晶発振回路 ５６…Ｖ−Ｃ変換回路 ５７…発振部回路及び出力回路 ５８…シーケンサ部 ５９…ＣＲ発振器
Claims (2)
- 【請求項１】 温度変化に伴いその周波数偏差が変化す
るＡＴカット水晶振動子を含む水晶発振回路と、前記水
晶振動子近傍の温度を検出する温度センサと、検出温度
を表すアナログ信号を入力して該入力値に対応するデジ
タル温度データを出力する温度符号化回路と、該温度デ
ータに基づく補正値信号を前記水晶発振回路に導いて発
振周波数の補正を行う発振周波数補正手段とを少なくと
も備えてなる温度補償型水晶発振器において、 前記温度符号化回路の入出力特性を、前記ＡＴカット水
晶振動子の単位温度当りの周波数変化率が最小となる温
度近傍にてその勾配が最小となり、単位温度当りの周波
数変化率が最大になる温度近傍にてその勾配が最大とな
る疑似三次曲線特性となしたことを特徴とする温度補償
型水晶発振器。 - 【請求項２】 前記温度符号化回路の入出力特性を、前
記疑似三次曲線特性と近似する複数勾配の一次直線特性
となしたことを特徴とする請求項１記載の温度補償型水
晶発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15343392A JPH05347512A (ja) | 1992-06-12 | 1992-06-12 | 温度補償型水晶発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15343392A JPH05347512A (ja) | 1992-06-12 | 1992-06-12 | 温度補償型水晶発振器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05347512A true JPH05347512A (ja) | 1993-12-27 |
Family
ID=15562417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15343392A Pending JPH05347512A (ja) | 1992-06-12 | 1992-06-12 | 温度補償型水晶発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05347512A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004025824A1 (ja) * | 2002-08-28 | 2004-03-25 | Asahi Kasei Microsystems Co., Ltd. | 近似ｎ次関数発生装置及び温度補償水晶発振回路 |
| CN101846556A (zh) * | 2010-04-14 | 2010-09-29 | 广州市广晟微电子有限公司 | 全集成数字温度传感器 |
-
1992
- 1992-06-12 JP JP15343392A patent/JPH05347512A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004025824A1 (ja) * | 2002-08-28 | 2004-03-25 | Asahi Kasei Microsystems Co., Ltd. | 近似ｎ次関数発生装置及び温度補償水晶発振回路 |
| GB2404063A (en) * | 2002-08-28 | 2005-01-19 | Asahi Chemical Micro Syst | Device for generating function of approximate n-th degree and temperature compensation quartz oscillation circuit |
| GB2404063B (en) * | 2002-08-28 | 2006-05-10 | Asahi Chemical Micro Syst | Approximate n-th order function generating device and temperature compensation crystal oscillator circuit |
| US7154351B2 (en) | 2002-08-28 | 2006-12-26 | Asahi Kasei Microsystems Co., Ltd. | Approximate n-th order function generating device and temperature compensation crystal oscillation circuit |
| CN100454756C (zh) * | 2002-08-28 | 2009-01-21 | 旭化成电子材料元件株式会社 | 近似n次函数发生装置和温度补偿晶体振荡电路 |
| CN101846556A (zh) * | 2010-04-14 | 2010-09-29 | 广州市广晟微电子有限公司 | 全集成数字温度传感器 |
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