JPH0535921B2 - - Google Patents

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JPH0535921B2
JPH0535921B2 JP60214790A JP21479085A JPH0535921B2 JP H0535921 B2 JPH0535921 B2 JP H0535921B2 JP 60214790 A JP60214790 A JP 60214790A JP 21479085 A JP21479085 A JP 21479085A JP H0535921 B2 JPH0535921 B2 JP H0535921B2
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JP
Japan
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output
oscillation frequency
circuit
voltage
switch element
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JP60214790A
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Toshuki Nishihara
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はデジタル温度補償回路を有する温度補
償水晶発振器に関し、特に、通信装置用に使用さ
れるデジタル形温度補償水晶発振器に関する。
〔従来の技術〕
デジタル形温度補償水晶発振器としては、従来
第2図に示されるものが用いられていた。第2図
において、温度検出回路10は温度に応じた電圧
を出力する温度センサとして機能しており、検出
出力をA−Dコンバータ11へ出力するように構
成されている。A−Dコンバータ11は温度検出
回路10の出力電圧をデジタルデータに変換する
ようになつている。そしてこのデータは記憶回路
12に記憶される。記憶回路12には発振周波数
調整用の記憶データが予め書き込まれており、A
−Dコンバータ11の出力が記憶回路12に供給
されると、この出力に従つたアドレスが指定さ
れ、記憶回路12の記憶データのうち特定のデー
タが読み出されてD−Aコンバータ13へ出力さ
れる。そしてD−Aコンバータ13において読み
出されてデータに従つたアナログ量の電圧に変換
される。D−Aコンバータ13の出力はLPF(コ
ーパスフイルタ)14を介して、あるいはLPF
14を経由せず直接可変容量ダイオード17に供
給されるようになつている。可変容量ダイオード
17にはコンデンサ18が直列接続されていると
共に水晶振動子16を介して負性抵抗発生回路1
5が接続され、これらの素子によつて水晶発振回
路が形成されている。
LPF14の出力が可変容量ダイオード17に
供給されると、LPF14の出力電圧に応じて可
変容量ダイオード17の容量が変化し発振回路の
周波数が調整される。即ち、温度に応じた信号を
可変容量ダイオード17へ出力することによつて
水晶発振回路の周波数を温度に応じて調整するこ
とができ、発振周波数の安定化を図ることができ
る。
ここで、D−Aコンバータ13の出力にLPF
14が挿入されている理由について説明する。
即ち、D−Aコンバータ13の出力電圧は階段
波形として出力されるから、この信号をそのまま
可変容量ダイオード17に印加すると、第5図に
示されるように、発振周波数が急峻な変化を繰
り返す。そのため、発振器がパルス性雑音によつ
て変調を受けているのと同等の状態を呈し、結果
として発振器出力の純度(C/N比)が悪化す
る。そこで、D−Aコンバータ13の出力に
LPF14を挿入し、急峻な周波数変動を抑制す
ることがなされている。LPF14は第4図に示
されるように抵抗47,48、コンデンサ49を
有し、LPF14をD−Aコンバータ13の出力
に挿入すると、発振周波数の制御特性が第6図の
実線で示されるようになる。なお、第6図におけ
る点線はLPF14がない場合の制御特性(第5
図と同一)を示している。このようにLPF14
を挿入することにより、急峻な周波数変動が押さ
えられる。これは周波数変調における変調波の高
周波成分が減少した状態を現出しているわけであ
り、C/N比の向上をもたらす結果となる。通信
機用デジタル温度補償水晶発振器には、安定度の
みならずC/N比が良いことがしばしば求められ
るので、上述したようにLPFが使用される。
第2図に示した構成は一種の開ループ制御系を
形成していることは明らかであり、あらかじめあ
る制御誤差内に管理できるように設定された記憶
データをもとに逐一可変容量ダイオード17の容
量を変化させて周波数の安定化を達成している。
温度に対して管理すべきデータを発生する手段
は、第2図に示す温度検出回路10、A−Dコン
バータ11および記憶回路12を使用する方法以
外にも多くの方法がある。例えばアナログ方式が
従来より多く使用されている。それにも拘わらず
最近とみにデジタル形温度補償水晶発振器が必要
とされる理由は、その量産性と経済性の向上にあ
ると考えられる。即ち、高精度にかつ個々のばら
つきが少なく生産できる手段がデジタル形回路構
成で容易にかつ経済的に実現できるからに他なら
ない。
第2図に示したデジタル形温度補償水晶発振器
は、従来のアナログ式のものよりもコストパフオ
ーマンスを改善できるが、更に効果を大きくしよ
うとするデジタル形温度補償水晶発振器が提案さ
れている。〔「デジタルTCXOの位置構成法」(昭
和59年度電子通信学会総合全国大会、文献No.
630〕。このデジタル形温度補償水晶発振器を第3
図に示す。この発振器は、第2図に示すD−Aコ
ンバータ13、LPF14、可変容量ダイオード
17を削除し、可変容量ダイオード17の代わり
に容量アレイ(コンデンサ)20〜23を設け、
各容量アレイ20〜23にそれぞれMOSトラン
ジスタ(FET)スイツチ素子24〜27を配設
したものである。
第3図において、容量アレイ20〜23の容量
値の比率は例えば1:2:4:8に定められてい
る。又、記憶回路12の出力は直並列変換器19
へ供給されており、直並列変換器19の出力によ
つてMOSトランジスタスイツチ素子24〜27
をオン・オフ制御するように構成されている。な
お、記憶回路12の出力が並列出力である場合に
は直並列変換器19は不要となる。
第3図に示す発振器の場合には、スイツチ素子
24〜27のオンオフによつて容量アレイ20〜
23をコンデンサ18と並列接続することによつ
て発振周波数を調整することができると共に、可
変容量ダイオード17が不要なため、LSI化に適
し、かつ容量アレイ20〜23、スイツチ素子2
4〜27が第21図のD−Aコンバータ13と同
程度のチツプ面積でも実現できることから小型化
及び低コスト化を図ることができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、第3図に示す発振器の場合に
は、スイツチ素子24〜27のオンオフによつて
発振周波数を調整するように構成されていたた
め、第5図に示されるような発振周波数となり、
C/N比が悪化するという不具合があつた。即
ち、スイツチ素子24〜27のオンオフ時の過渡
的変化の影響により水晶振動子16側より見た場
合の瞬時の容量の変動量は通常の段階的変化の値
よりも拡大される。特に容量アレイ20〜23の
うち容量の大きいものを断続する場合には影響が
大きい。この結果、第5図の周波数制御特性に示
すような鋭いパルス状の変化も表れる。このよう
なインパルス状の周波数変化が生ずることは、イ
ンパルス性の雑音電圧により周波数変調されてい
ることと等価であり、低い周波数から高い周波数
にまで広く周波数のゆらぎ成分が存在しているこ
とを示している。このような現象は第2図のもの
にも多かれ少なかれ生じるが、第2図のものにお
いてLPF14によつて段階的周波数変化による
ものと、インパルス的周波数変化によるものとの
両方の合成されたゆらぎ成分をLPF14によつ
て制御してC/N比の変化を防止している。とこ
ろが第3図の発振器の場合には容量アレイ20〜
23を直接切り換え発振周波数を調整するように
されているため、発振周波数の純度が悪化すると
いう不具合があつた。
又、第3図の発振器において、スイツチ素子2
4〜27として、第7図に示されるMOSトラン
ジスタ32を用いたり、あるいは第8図に示され
るようなMOSトランジスタ37、反転増幅器5
0を有するものを用いて、これらのスイツチング
素子をオンオフしても、第5図に示される発振周
波数制御特性しか得ることができない。
即ち、第9図に示されるようにコンデンサ20
とスイツチ24の直列回路からなるもののスイツ
チ素子24のゲート33に制御電圧を与えてスイ
ツチ素子24をオンオフした場合の等価回路は第
10図に示されるようになる。そして、ゲート3
3の制御電圧をVgとしてVgとCx及びRxの値の
変化を表わすと第11図のようになる。
Rxは通常の場合発振周波数においてCxのイン
ピーダンスに比較して無視し得るほど大きく取る
ことは容易であるので、設計時においてRxが最
小値を取るVg2の条件下でもCxのインピーダン
スへの影響が無視し得るように設計すれば良い。
又、ゲート33の入力電圧がオンオフによりVg1
からVg3まで変化するとすれば、CxはCx1から
Cx2に変化する。従つて周波数もこれに従つて変
化する。ただし制御電圧がVg1からVg2に瞬間的
に変化するからCxもCx2に瞬間的に変わる。同
様の変化が他の回路においても発生するので結果
として発振回路の周波数特性が第5図のようにな
る。
本発明の目的は、LSI化に適しC/N比の向上
を図ることができるデジタル形温度補償水晶発振
器を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、水晶振動子と直列接続され、水晶発
振回路中のコンデンサに並列接続される発振周波
数調整用コンデンサ群と、各発振周波数調整用コ
ンデンサと直列接続され、各発振周波数調整用コ
ンデンサの水晶発振回路への投入を制御するトラ
ンジスタスイツチ素子群と、温度に応じた電圧を
出力する温度センサと、温度センサの出力をデジ
タルデータに変換する変換手段と、変換手段出力
のデジタルデータに従つた制御電圧を特定のトラ
ンジスタスイツチ素子へ出力する電圧発生手段
と、電圧発生手段出力の制御電圧を各トランジス
タスイツチ素子へ供給する充放電回路群とを備
え、各充放電回路は、各トランジスタスイツチ素
子のインピーダンスが時間的に連続して変化する
アナログ量の信号を出力することを特徴としてい
る。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。
第1図には、本発明の好適な実施例の構成が示
されている。本実施例は、直並列変換器19とス
イツチ素子24〜27との間に充放電回路28〜
31を挿入したものであり、他の構成は第3図の
ものと同様であるので、同一のものには同一符号
を付してそれらの説明は省略する。
充放電回路28〜31は、それぞれ第12図に
示されるように、コンデンサ40と抵抗41から
構成されており、端子38が直並列変換器19に
接続され、端子39がスイツチ素子24〜27の
ゲートに接続されている。このため、直並列変換
器19のオンオフ出力に対してVgがVg1とVg2
との間を時間をかけて変化するので、発振回路の
周波数特性を、第6図に示される特性とすること
が可能となる。なお、充放電回路28〜31とし
て、第13図に示されるように定電流源42を用
いることも可能である。ただし定電流源42は、
充放電するために端子38の電圧に対応して電流
の方向が変化するようになる必要がある。端子3
9にはMOSトランジスタスイツチ素子のゲート
が接続されるのみであり、かつゲートのインピー
ダンスは非常に高いので、ほぼ無限大のインピー
ダンスが接続されているとして見ることができ
る。第14図には端子38の入力電圧波形43と
端子39の出力電圧波形44が示されている。
ここでコンデンサ40として1pFの容量のもの
を用い、定電流源42の電流が10-8Aとし、コン
デンサ40の両端の最高電圧が5Vとしたとき、
第14図中のτ=0.5×10-8秒となつて等価的に
遮断周波数が数kHzのLPFを実現することがで
きる。
即ち、本実施例においては、直並列変換器19
とスイツチ素子24〜27の間にLPFを構成す
る充放電回路28〜31を挿入し、発振周波数が
急激に変化するのを抑制するようにしたため、
C/N比が悪化するのを防止することができる。
なお、τ=0.5×10-3秒のLPFを構成したとき
には第11図における容量Cx1とCx2との変化が
約0.5mm秒間に連続的にかつ比較的なめらかに行
われていることを意味する。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば電圧発生
手段とトランジスタスイツチ素子群との間に充放
電回路群を挿入し、トランジスタスイツチ素子の
オン・オフによつて発振周波数が急激に変化する
のを制御するようにしたため、小型化、経済性を
損なうことなく、LSI化に適しかつ高純度の発振
出力を得ることができるという優れた効果が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2
図は可変容量ダイオードを用いた従来の発振器の
構成図、第3図は容量アレイを用いた従来の発振
器の構成図、第4図はLPF14の具体的構成図、
第5図は温度と発振周波数との関係を示す線図、
第6図は本発明に係る発振周波数特性を示す線
図、第7図はMOSトランジスタ32の構成説明
図、第8図はMOSトランジスタ37と反転増幅
器50を用いたスイツチ素子の構成説明回、第9
図はコンデンサ20とトランジスタスイツチ素子
24の構成図、第10図は第9図の等価回路図、
第11図は第10図に示す回路素子の変化特性を
示す線図、第12図は充放電回路28〜31の具
体的構成図、第13図は第2図の他の実施例を示
す構成図、第14図は第13図の入力電圧と出力
電圧の関係を示す線図である。 10……温度検出回路、11……A−Dコンバ
ータ、12……記憶回路、13……D−Aコンバ
ータ、14……LPF、15……負性抵抗発生回
路、16……水晶振動子、19……直並列変換
器、20,21,22,23……容量アレイ、2
4,25,26,27……FETスイツチ素子、
28,29,30,31……充放電回路、47,
48……抵抗、49……コンデンサ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 水晶振動子と直列接続され、水晶発振回路中
    のコンデンサに並列接続される発振周波数調整用
    コンデンサ群と、各発振周波数調整用コンデンサ
    と直列接続され、各発振周波数調整用コンデンサ
    の水晶発振回路への投入を制御するトランジスタ
    スイツチ素子群と、温度に応じた電圧を出力する
    温度センサと、温度センサの出力をデジタルデー
    タに変換する変換手段と、変換手段出力のデジタ
    ルデータに従つた制御電圧を特定のトランジスタ
    スイツチ素子へ出力する電圧発生手段と、電圧発
    生手段出力の制御電圧を各トランジスタスイツチ
    素子へ供給する充放電回路群とを備え、各充放電
    回路は、各トランジスタスイツチ素子のインピー
    ダンスが時間的に連続して変化するアナログ量の
    信号を出力することを特徴とするデジタル形温度
    補償水晶発振器。
JP21479085A 1985-09-30 1985-09-30 デジタル形温度補償水晶発振器 Granted JPS6276801A (ja)

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