JPH06318821A - デジタル制御温度補償型水晶発振器の温度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 動作温度領域の全体にわたって温度検出分解
能を高めることができ、デジタル制御温度補償後の温度
対周波数安定度を向上させることができるデジタル制御
温度補償型水晶発振器の温度検出装置を提供することを
目的とするものである。 【構成】 特性が互いに異なる温度検出部を複数設け、
検出温度に応じて、複数の温度検出部から１つの温度検
出部を選択し、この選択された温度検出部が検出した温
度データを、デジタル制御温度補償型水晶発振器の温度
検出装置における検出温度データとして使用するもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水晶発振器の周囲温度
に対する発振周波数の特性をデジタル制御で補正するデ
ジタル制御温度補償型水晶発振器における温度検出部に
関する。

【０００２】

【従来の技術】水晶発振器は周波数安定度度が高いこと
で知られているが、より高い周波数安定度を実現するた
めにアナログ方式の温度補償型水晶発振器が提案され、
さらに高い周波数安定度を達成するためにデジタル制御
温度補償型水晶発振器（デジタルＴＣＸＯ）が提案され
ている。

【０００３】図７は、従来のデジタル制御温度補償型水
晶発振器（デジタルＴＣＸＯ）を示す回路図である。

【０００４】この従来例は、水晶発振子５１と発振器５
０と周波数特性の制御回路５とで構成され、周波数特性
の制御回路３は、水晶振動子５１の周囲温度に応じたア
ナログ電圧（補正電圧）をバリキャップ・ダイオードＶ
Ｃに印加することによってバリキャップ・ダイオードＶ
Ｃの容量を変化させ、この容量変化に伴って発振周波数
を制御するものである。

【０００５】つまり、周波数特性の制御回路３は、水晶
振動子の温度対発振周波数の特性を補正する補正データ
をメモリ３０に予め格納し、水晶振動子５１の周囲温度
を温度検出部１０で検出し、この検出された温度データ
をＡ／Ｄ変換部２０でデジタル信号に変換し、このデジ
タルデータをアドレス情報としてメモリ３０から補正デ
ータを読み出し、この読み出された補正データがＤ／Ａ
変換部４０によってアナログ電圧に変換され、このアナ
ログ電圧をバリキャップ・ダイオードＶＣに印加するこ
とによってバリキャップ・ダイオードＶＣの容量を変化
させ、この容量変化に伴って発振周波数を制御するもの
である。このデジタル制御温度補償型水晶発振器の周波
数安定度は、他の発振器と比較すると非常に高い。

【０００６】図８は、マイクロコンピュータ（マイコ
ン）ＭＣを使用して、図７に示す従来例を回路構成した
場合の周波数特性の制御回路４を示す図である。

【０００７】この周波数特性の制御回路４において、Ａ
／Ｄ変換部とメモリアクセス機能とはマイコンＭＣに内
蔵され、Ａ／Ｄ変換部が出力するデジタル値がメモリア
クセスのアドレス情報となり、このアドレス情報に基づ
いてマイコンＭＣがメモリ３０から補正データを読み出
す。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図９は、温度対周波数
特性を示す図であり、図９（１）は、デジタル制御温度
補償を行う前における発振器の温度対周波数特性を示す
図である。図９（２）は、デジタル制御温度補償を行っ
た後における発振器の温度対周波数特性を示す図であ
り、図９（１）に示す特性の発振子を使用してデジタル
制御温度補償を行なった状態における特性を示す図であ
る。

【０００９】なお、温度分解能は実際には０．５℃程度
であるが、図９（２）では、図を見やすくするために、
温度分解能が１０℃であるとして示してある。図９
（２）を見ればわかるように、デジタル制御温度補償後
の周波数変化幅を小さくするには、発振周波数の変化率
が大きい温度領域において高い温度検出分解能をもつこ
とが必要である。つまり、図９（２）に示す特性のうち
で、低温領域（−２０℃〜０℃の領域）と高温領域（＋
５０℃〜＋８０℃の領域）とにおいて発振周波数の変化
率が特に大きくなっており、デジタル制御温度補償後の
温度対周波数安定度を向上させるには、低温領域と高温
領域とにおいて高い温度検出分解能を有することが必要
である。

【００１０】図９（２）における温度分解能は１０℃で
あるが、この温度分解能を５℃にした場合を図９（３）
に示してある。図９（２）と図９（３）とを比較すれば
わかるように、温度分解能を１０℃にした場合よりも、
温度分解能を５℃にした場合の方が、デジタル制御温度
補償後の周波数変化幅を小さくすることができ、つま
り、温度分解能を高くする程、デジタル制御温度補償後
の周波数変化幅を小さくすることができる。

【００１１】ところで、上記従来例において、温度検出
部１０は、サーミスタＴＨと抵抗Ｒとの直列回路で構成
され、サーミスタＴＨと抵抗Ｒとの接続点から温度情報
としての検出電圧を得ている。したがって、サーミスタ
ＴＨの定数と抵抗Ｒの値とを選定することによって、動
作温度領域のうちでどの領域に温度検出分解能のピーク
を設定するかを決めることができる。

【００１２】図１０は、温度分解能が低温領域で高い低
温重視の特性と、温度分解能が高温領域で高い高温重視
の特性とを示す図である。

【００１３】低温重視の特性は、図１０に破線で示して
あり、高温重視の特性は、図１０に一点鎖線で示してあ
る。低温重視の特性を有する温度検出部を使用した場合
には、高温領域における温度分解能が低下するので、高
温領域における周波数安定度が低下するという問題があ
り、一方、高温重視の特性を有する温度検出部を使用し
た場合には、低温領域における温度分解能が低下するの
で、低温領域における周波数安定度が低下するという問
題がある。

【００１４】なお、低温領域と高温領域とでともに高い
温度分解能を得ることができれるサーミスタは存在しな
いので、低温領域、高温領域の一方の領域における温度
分解能が犠牲にならざるを得ず、デジタル制御温度補償
後の温度対周波数安定度を向上させることができないと
いう問題がある。

【００１５】本発明は、温度動作領域の全体にわたって
温度検出分解能を高めることができ、デジタル制御温度
補償後の温度対周波数安定度を向上させることができる
デジタル制御温度補償型水晶発振器の温度検出装置を提
供することを目的とするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、特性が互いに
異なる温度検出部を複数設け、検出温度に応じて、複数
の温度検出部から１つの温度検出部を選択し、この選択
された温度検出部が検出した温度データを、デジタル制
御温度補償型水晶発振器の温度検出装置における検出温
度データとして使用するものである。

【００１７】

【作用】本発明は、特性が互いに異なる温度検出部を複
数設け、検出温度に応じて、複数の温度検出部から１つ
の温度検出部を選択し、この選択された温度検出部が検
出した温度データを、デジタル制御温度補償型水晶発振
器の温度検出装置における検出温度データとして使用す
るので、温度動作領域の全体にわたって温度検出分解能
を高めることができ、したがって、デジタル制御温度補
償後の温度対周波数安定度を向上させることができる。

【００１８】

【実施例】図１は、本発明の一実施例を示す回路図であ
る。

【００１９】この実施例は、基本的には図８に示す従来
の制御回路４と同じであり、水晶振動子５１の温度対発
振周波数の特性を補正する補正データをメモリ３０に格
納し、水晶振動子５１の周囲の温度データを温度検出部
が検出し、この検出された温度データをデジタルデータ
に変換し、この変換されたデジタルデータに基づいてメ
モリ３０から読み出された補正データをアナログ電圧に
変換し、この変換されたアナログ電圧がバリキャップ・
ダイオードＶＣに印加され、このバリキャップ・ダイオ
ードＶＣの容量変化に応じて発振周波数を制御するもの
である。

【００２０】ただし、上記実施例は、従来の制御回路４
における温度検出部１０の代わりに、第１の温度検出部
１１と第２の温度検出部１２とが設けられ、マイコンＭ
Ｃの代わりにマイコンＭＣ１が設けられ、選択分岐点情
報発生回路６０が付加されている。

【００２１】第１の温度検出部１１と第２の温度検出部
１２とは、互いに特性が異なる複数の温度検出部の例で
あり、選択分岐点情報発生回路６０は、選択分岐点情報
を発生する選択分岐点情報発生手段の例であり、マイコ
ンＭＣ１は、選択分岐点情報に基づいて温度検出部１
１、１２から１つを選択する選択手段の例であり、選択
分岐点情報に基づいて選択された温度検出部が検出した
温度データを、デジタル制御温度補償型水晶発振器にお
ける温度検出部の検出温度データとして使用するように
している。

【００２２】温度検出部１１は低温重視型であり、温度
検出部１２は高温重視型である。つまり、温度検出部１
１は、図４に破線で示すように、低温領域（−２０〜＋
４０℃）における温度分解能が高い特性を有する温度検
出部であり、温度検出部１２は、図４に一点鎖線で示す
ように、高温領域（＋４０〜＋８０℃）における温度分
解能が高い特性を有する温度検出部である。ここで、低
温重視型の第１の温度検出部１１が出力する電圧をＶ_L
とし、高温重視型の第２の温度検出部１２が出力する電
圧をＶ_H とする。

【００２３】温度検出部１１は、電源Ｖ_ccに抵抗Ｒ１の
一端が接続され、抵抗Ｒ１の他端にサーミスタＴＨ１の
一端が接続され、サーミスタＴＨ１の他端がアースさ
れ、抵抗Ｒ１とサーミスタＴＨ１との接続点が出力端子
になっているものである。温度検出部１２は、電源Ｖ_cc
に抵抗Ｒ２の一端が接続され、抵抗Ｒ２の他端にサーミ
スタＴＨ２の一端が接続され、サーミスタＴＨ２の他端
がアースされ、抵抗Ｒ２とサーミスタＴＨ２との接続点
が出力端子になっているものである。

【００２４】選択分岐点情報発生回路６０は、直列接続
された抵抗Ｒ３、Ｒ４で構成され、この直列回路が電源
Ｖ_ccとアースとの間に接続され、抵抗Ｒ３とＲ４との接
続点が選択分岐点情報発生回路６０の出力端子であり、
選択分岐点情報を出力する。ここで、選択分岐点情報発
生回路６０が出力する選択分岐点情報電圧をＶ_s とす
る。

【００２５】マイコンＭＣ１は、入力されたアナログ信
号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部用の入力ポー
トＰ１、Ｐ２と、選択分岐点情報発生回路６０から選択
情報を入力するＡ／Ｄ変換部用入力ポートＰ３とを有
し、入力ポートＰ１、Ｐ２はそれぞれ第１の温度検出部
１１、第２の温度検出部１２の出力端子に接続されてい
る。

【００２６】次に、上記実施例の動作について説明す
る。

【００２７】図２は、上記実施例の動作を示すフローチ
ャートである。

【００２８】まず、初期設定を行い（Ｓ１）、選択分岐
点情報発生回路６０が出力する選択分岐点情報電圧Ｖ_S
をデジタル値に変換し（Ｓ２）、第１の温度検出部１１
の出力電圧Ｖ_L をデジタル値に変換し（Ｓ３）、選択分
岐点情報電圧Ｖ_S と出力電圧Ｖ_L とを比較し、電圧Ｖ_L
が選択分岐点情報電圧Ｖ_S よりも高ければ（Ｓ４）、第
２の温度検出部１２の出力電圧Ｖ_H をデジタル値に変換
し（Ｓ５）、第２の温度検出部１２の出力電圧Ｖ_H のデ
ジタル値をアドレスとしてセットし（Ｓ６）、そのアド
レスに基づいてメモリ３０から補正データを読み取り
（Ｓ７）、その読み取ったデータをＤ／Ａ変換部４０に
転送し（Ｓ８）、アナログ電圧に変換し、バリキャップ
・ダイオードＶＣの容量を変化させ、発振器５０の発信
周波数を調整し、ステップＳ３に戻る。

【００２９】一方、電圧Ｖ_L が選択分岐点情報電圧Ｖ_S
以下であれば（Ｓ４）、第１の温度検出部１１の出力電
圧Ｖ_L のデジタル値をアドレスとしてセットし（Ｓ
９）、そのアドレスに基づいてメモリ３０から補正デー
タを読み取り（Ｓ７）、その読み取ったデータをＤ／Ａ
変換部４０に転送し（Ｓ８）、アナログ電圧に変換し、
バリキャップ・ダイオードＶＣの容量を変化させ、発振
器５０の発信周波数を調整し、ステップＳ３に戻る。

【００３０】図３は、上記実施例において、第１の温度
検出部１１の出力電圧Ｖ_L と第２の温度検出部１２の出
力電圧Ｖ_H とが温度変化に対してどのように変化するか
の一例を示した図である。

【００３１】この図３において、第１の温度検出部１１
の出力電圧Ｖ_L が選択分岐点情報電圧Ｖ_S 以下である領
域（低温領域）では、第１の温度検出部１１の出力電圧
Ｖ_Lの傾斜が急峻であり、低温領域における温度分解能
が高く、したがって、低温領域で第１の温度検出部１１
の出力電圧Ｖ_L を使用すれば、低温領域における周波数
安定度が向上する。逆に、第１の温度検出部１１の出力
電圧Ｖ_L が選択分岐点情報電圧Ｖ_S よりも高い領域（高
温領域）では、第２の温度検出部１２の出力電圧Ｖ_H の
傾斜が急峻であり、高温領域における温度分解能が高
く、したがって、上記実施例において高温領域で第２の
温度検出部１２の出力電圧Ｖ_H を使用するので、高温領
域における周波数安定度も向上する。

【００３２】図４は、上記実施例において、低温領域、
高温領域ともに温度分解能が高いことを示す図である。
実施例における特性を実線で示してある。

【００３３】図５は、本発明の他の実施例である周波数
特性の制御回路２を示す回路図である。

【００３４】この実施例は、図１に示す制御回路１と基
本的には同じであり、制御回路１におけるマイコンＭＣ
１の代わりに、マイコンＭＣ２を設けたものである。

【００３５】マイコンＭＣ２は、入力ポートＰ１、Ｐ
２、Ｐ３を有する点ではマイコンＭＣ１と同じである。
しかし、マイコンＭＣ２は、入力ポートＰ４を有すると
ともに、マイコンＭＣ２の内部メモリ（図示せず）に格
納された選択分岐点情報（電圧Ｖ_SM）を有している。入
力ポートＰ４は、マイコンＭＣ２自体が有する選択分岐
点情報電圧Ｖ_S と、選択分岐点情報発生回路６０が発生
する選択分岐点情報電圧Ｖ_SMとのうちいずれか１つを指
定する指定信号を入力する入力ポートである。なお、入
力ポートＰ４に入力される指定信号が「Ｌ」であれば、
マイコンＭＣ２の内部メモリに格納された選択分岐点情
報電圧Ｖ_SMを使用し、入力ポートＰ４に入力される指定
信号が「Ｈ」であれば、選択分岐点情報発生回路６０が
発生する選択分岐点情報電圧Ｖ_S を使用するようになっ
ている。

【００３６】次に、制御回路２の動作について説明す
る。

【００３７】図６は、制御回路２の動作を示すフローチ
ャートである。

【００３８】まず、初期設定をし（Ｓ１１）、入力ポー
トＰ４に入力される指定信号が「Ｌ」であれば（Ｓ１
２）、マイコンＭＣ２の内部メモリに格納された選択分
岐点情報電圧Ｖ_SMを参照電圧Ｖ_R として保持し（Ｓ１
３）、第１の温度検出部１１の出力電圧Ｖ_L をデジタル
値に変換し（Ｓ１４）、第１の温度検出部１１の出力電
圧Ｖ_L と参照電圧Ｖ_R とを比較し（Ｓ１５）、出力電圧
Ｖ_L が参照電圧Ｖ_R よりも低ければ、第１の温度検出部
１１の出力電圧Ｖ_L をアドレスとしてセットし（Ｓ１
６）、そのアドレスに基づいてメモリ３０から補正デー
タを読み取り（Ｓ１７）、その読み取ったデータをＤ／
Ａ変換部４０に転送し（Ｓ１８）、アナログ電圧に変換
し、バリキャップ・ダイオードＶＣの容量を変化させ、
発振器５０の発信周波数を調整し、ステップＳ１４に戻
る。

【００３９】一方、入力ポートＰ４に入力される指定信
号が「Ｈ」であれば（Ｓ１２）、選択分岐点情報電圧Ｖ
_S をデジタル値に変換し（Ｓ２１）、このデジタル化さ
れた選択分岐点情報電圧Ｖ_S を参照電圧Ｖ_R として保持
し（Ｓ２２）、第１の温度検出部１１の出力電圧Ｖ_L を
デジタル値に変換し（Ｓ１４）た後に、第１の温度検出
部１１の出力電圧Ｖ_L と参照電圧Ｖ_R とを比較し（Ｓ１
５）、以下は、上記と同様に処理する。

【００４０】なお、第１の温度検出部１１の出力電圧Ｖ
_L と参照電圧Ｖ_R とを比較したときに（Ｓ１５）、出力
電圧Ｖ_L が参照電圧Ｖ_R 以上であれば、第２の温度検出
部１２の出力電圧Ｖ_H をデジタル値に変換し（Ｓ３
１）、このデジタル化した出力電圧Ｖ_H をアドレスとし
てセットし（Ｓ３２）、そのアドレスに基づいてメモリ
３０から補正データを読み取り（Ｓ１７）、その読み取
ったデータをＤ／Ａ変換部４０に転送し（Ｓ１８）、ア
ナログ電圧に変換し、バリキャップ・ダイオードＶＣの
容量を変化させ、発振器５０の発信周波数を調整し、ス
テップＳ１４に戻る。

【００４１】上記のように、マイコンＭＣ２の内部メモ
リに格納された選択分岐点情報電圧Ｖ_SMを使用すれば、
選択分岐点情報発生回路６０を構成する２本の抵抗と、
入力ポートＰ４に「Ｈ」信号を供給するプルアップ用の
抵抗７０とを必要とせず、回路構成が簡略化される。

【００４２】また、上記のように、選択分岐点情報発生
回路６０から出力される選択分岐点情報電圧Ｖ_S を使用
することができるようにすれば、マイコンＭＣ２のプロ
グラムメモリの内容が決定された後で（選択分岐点情報
電圧Ｖ_SMが決定された後で）、温度検出部１１、１２の
定数が変更になった場合でも、適切な選択分岐点情報を
得ることができる。つまり、選択分岐点情報発生回路６
０の抵抗Ｒ３、Ｒ４の定数を適宜設定することによっ
て、温度検出部１１、１２の変更された定数に対応する
適切な選択分岐点情報を発生することができる。

【００４３】上記実施例において、マイコンＭＣ２が選
択分岐点情報電圧Ｖ_SMを有しているという点で、マイコ
ンＭＣ２は、選択分岐点情報発生手段の１つであり、プ
ルアップ抵抗７０とマイコンＭＣ２とは、２つの選択分
岐点情報発生手段がそれぞれ発生する２つの選択分岐点
情報のうちの１つを指定する指定手段の例である。

【００４４】なお、上記実施例において、サーミスタＴ
Ｈ１、ＴＨ２を使用する代わりに、負の抵抗温度係数を
有する温度検出素子を使用して温度検出部１１、１２を
構成するようにしてもよい。

【００４５】上記実施例では、互いに特性が異なる温度
検出部が２つ設けられているが、温度検出部を３つ以上
設けるようにしてもよい。また、上記実施例では、選択
分岐点情報発生手段が２つ設けられているが、選択分岐
点情報発生手段を３つ以上設けるようにしてもよく、こ
れら３つ以上の選択分岐点情報発生手段がそれぞれ発生
する選択分岐点情報のうちの１つを指定する指定手段を
設けるようにしてもよい。

【００４６】上記実施例では、選択分岐点情報発生手段
としてのデータをマイコンＭＣ２の内部メモリに１つ
（選択分岐点情報電圧Ｖ_SM）のみ格納しているが、選択
分岐点情報発生手段としてのデータをマイコンＭＣ２の
内部に複数格納するようにしてもよく、選択分岐点情報
発生手段をマイコンＭＣ２の外部に複数設けるようにし
てもよい。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、温度動作領域の全体に
わたって温度検出分解能を高めることができ、デジタル
制御温度補償後の温度対周波数安定度を向上させること
ができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路図である。

【図２】上記実施例の動作を示すフローチャートであ
る。

【図３】上記実施例において、第１の温度検出部１１の
出力電圧Ｖ_L と第２の温度検出部１２の出力電圧Ｖ_H と
が温度変化に対してどのように変化するかの一例を示し
た図である。

【図４】上記実施例において、低温領域、高温領域とも
に温度分解能が高いことを示す図である。

【図５】本発明の他の実施例である周波数特性の制御回
路２を示す回路図である。

【図６】制御回路２の動作を示すフローチャートであ
る。

【図７】従来のデジタル制御温度補償型水晶発振器を示
す回路図である。

【図８】マイコンＭＣを使用して、図７に示す従来例を
回路構成した場合の周波数特性の制御回路４を示す図で
ある。

【図９】図９（１）は、デジタル制御温度補償を行う前
における発振器の温度対周波数特性を示す図であり、図
９（２）は、デジタル制御温度補償を行った後における
発振器の温度対周波数特性を示す図であり、図９（３）
は、温度分解能を上げてデジタル制御温度補償を行った
後における発振器の温度対周波数特性を示す図である。

【図１０】温度分解能が低温領域で高い低温重視の特性
と、温度分解能が高温領域で高い高温重視の特性とを示
す図である。

【符号の説明】

１、２…周波数特性の制御回路、 １１…第１の温度検出部、 １２…第２の温度検出部、 ＭＣ１、ＭＣ２…マイコン、 ６０…選択分岐点情報発生回路、 ７０…プルアップ抵抗 Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４…入力ポート、 ＴＨ１、ＴＨ２…サーミスタ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水晶振動子の温度対発振周波数の特性を
   補正する補正データをメモリに格納し、上記水晶振動子
   の周囲の温度データを温度検出部が検出し、この検出さ
   れた温度データをデジタルデータに変換し、この変換さ
   れたデジタルデータに基づいて上記メモリから読み出さ
   れた補正データをアナログ電圧に変換し、この変換され
   たアナログ電圧がバリキャップ・ダイオードに印加さ
   れ、このバリキャップ・ダイオードの容量変化に応じて
   発振周波数を制御するデジタル制御温度補償型水晶発振
   器において、 上記温度検出部は、互いに特性が異なる複数の温度検出
   部から成り、選択分岐点情報を発生する選択分岐点情報
   発生手段と、上記選択分岐点情報に基づいて上記温度検
   出部から１つを選択する選択手段とを有し、上記選択分
   岐点情報に基づいて選択された温度検出部が検出した温
   度データを上記温度検出部の検出温度データとして使用
   することを特徴とするデジタル制御温度補償型水晶発振
   器の温度検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 上記選択分岐点情報発生手段が複数設けられ、これら複
   数の上記選択分岐点情報発生手段がそれぞれ発生する複
   数の選択分岐点情報のうちの１つを指定する指定手段を
   有し、この指定手段によって指定された選択分岐点情報
   に基づいて選択された温度検出部が検出した温度データ
   を上記温度検出部の検出温度データとして使用すること
   を特徴とするデジタル制御温度補償型水晶発振器の温度
   検出装置。