JPH08116214A - 関数発生装置及び温度補償付き発振回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 関数発生装置及び温度補償付き発振回路に関
し、三次もしくはこれ以上の高次関数に比例する信号の
発生回路を工夫して、温度に対し、これら高次関数によ
り変化する電圧を発生して所望の温度補正をする。 【構成】 多項式，ｆ（ｘ）＝Ａ（ｘ−α）ⁿ …＋β
（ｘ−α）＋γ＝Ａｘⁿ ＋Ｂｘ^n-1 …＋Ｃｘ＋Ｄにより
表される高次関数ｆ（ｘ）に比例する信号Ｓα，Ｓｘを
発生する関数発生装置において、絶対温度に比例する電
圧ＶＡと主変数αの中心点を決定する電圧ＶＸとに基づ
いて主変数αに比例する主変数信号Ｓα及び未知数ｘに
比例する未知数信号Ｓｘを生成する変数生成部１１を備
える。発振回路は、三次関数ｆ（ｘ）に比例する電圧を
発生する温度補償関数発生回路３５と、三次関数ｆ
（ｘ）に比例する電圧に基づいて所望周波数の信号を発
振する水晶発振回路３６とを備え、回路３５が本発明の
三次関数発生装置から成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、関数発生装置及び温度
補償付き発振回路に関するものであり、更に詳しく言え
ば、水晶振動子を用いた発振回路の温度補償関数を発生
する装置の改善に関するものである。近年、情報伝達の
高速化の要求に伴い携帯用無線機器が普及され、常温時
はもとより、熱帯地及び寒冷地等の様々な環境条件下に
おいて安定した交信動作が要求される。無線機器の復調
や変調処理等には、安定化した周波数信号が必要であ
る。

【０００２】このような周波数信号は、水晶振動子を用
いた温度補償発振回路により発生されるが、水晶発振器
の温度変化に対する周波数変動を抑制するための様々な
方式が考案されている。この温度変化に対する周波数変
動の補償回路は、水晶振動子の周波数−温度変動特性が
ほぼ三次関数となることから、これに比例した補正回路
が要求される。なお、サーミスタ、抵抗及び容量等を利
用して、近似的に三次関数に近似した温度補正をする方
法があるが回路調整が難しい。

【０００３】そこで、三次もしくはこれ以上の高次関数
に比例する信号の発生回路を工夫して、温度に対し、こ
れら高次関数により変化する電圧を発生して所望の温度
補正をすることができる回路及び応用回路が望まれてい
る。

【０００４】

【従来の技術】図９，10は、従来例に係る説明図であ
る。図９は、従来例に係る温度補償付き水晶発振回路の
構成図であり、図10（Ａ）は、その温度対周波数特性図
であり、図10（Ｂ）は、その補正特性図をぞれ示してい
る。例えば、Ｕnited Ｓtates Ｐatent. 4,254,382に見
られるような温度補償付き水晶発振回路は図９に示すよ
うに、温度補償回路６及び水晶発振回路９を備える。

【０００５】温度補償回路６は温度センサ１，低温域補
正回路２，中温域補正回路３，高温域補正回路４及びＩ
−Ｖ変換回路５から成り、水晶発振回路９は回路定数と
なる抵抗Ｒ，容量Ｃ，可変容量ダイオード７及び水晶振
動子８を有する。温度補償回路６の機能は、図10（Ａ）
に示すような三次関数により表現される水晶発振回路９
の温度対周波数特性を図10（Ｂ）に示すような３本の直
線により表現される温度対周波数補正特性により補正す
るものである。なお、図10（Ａ），（Ｂ）において、縦
軸は周波数ｆHzであり、横軸は温度Ｔ°Ｃをそれぞれ示
している。

【０００６】すなわち、環境温度が温度センサ１により
検出されると、温度検出信号Ｓ１が低温域補正回路２，
中温域補正回路３及び高温域補正回路４にそれぞれ出力
される。この信号Ｓ１は低温域補正回路２により、基準
電圧ＶREF と比較され、所望の温度依存性の低温域補正
信号Ｓ２がＩ−Ｖ変換回路５に出力される。同様に、中
温域補正回路３では信号Ｓ１と基準電圧ＶREF とが比較
され、中温域補正信号Ｓ３がＩ−Ｖ変換回路５に出力さ
れ、高温域補正回路４では信号Ｓ１と基準電圧ＶREF と
が比較され、高温域補正信号Ｓ４がＩ−Ｖ変換回路５に
出力される。

【０００７】Ｉ−Ｖ変換回路５では、各信号Ｓ２〜Ｓ４
が加算され、この加算信号が電流電圧変換される。変換
された電圧は回路定数Ｒ，Ｃで平滑され、この温度依存
性を有する電圧ＶＴが可変容量ダイオード７及び水晶振
動子８に印加される。これにより、ダイオード７では環
境温度変動を打ち消すような電圧ＶＴによって自己容量
が変化し、これに基づいて水晶振動子８から周波数ｆの
信号Ｓｆが出力される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来例によ
れば、低・中・高温域毎に温度補正回路２〜４を割当
て、図10（Ｂ）に示すような温度対周波数補正特性によ
り、図10（Ａ）に示すような水晶発振回路９の温度対周
波数特性を近似しているため、各温度域の周波数変動を
個別に補正するようになり、図10（Ｂ）に示すような３
つの補正特性直線の変化点，の温度補正が直線部分
の補正特性に比べて劣ることとなる。

【０００９】すなわち、図10（Ｂ）において、補正特性
直線は低温域補正回路２の温度−周波数補正特性であ
り、補正特性直線は中温域補正回路３の温度−周波数
補正特性であり、補正特性直線は高温域補正回路４の
温度−周波数補正特性をそれぞれ示している。変化点
は図10（Ａ）に示すような三次関数で表される温度対周
波数特性の低・中温域での周波数最大点であり、変化点
は同様に、中・高温域での周波数最小点をそれぞれ示
している。

【００１０】これにより、補正特性直線と補正特性直
線との間及び補正特性直線と補正特性直線との間
の温度領域に対する電圧ＶＴを出力することができず、
低・中・高温域全体を通した円滑な温度補償が困難とな
るという問題がある。また、サーミスタ、抵抗及び容量
等のネットワークを構成し、温度に対して容量が変化し
て見える現象を利用して、三次関数に近似的した形で、
容量を変化させ、所望の温度対周波数特性を得る方法も
ある。しかし、サーミスタや容量等の非線形素子を扱う
ため、一意的な素子調整が困難となる。これにより、精
度良くかつ信頼性の良い温度補償をする妨げとなる。

【００１１】本発明は、かかる従来例の問題点に鑑み創
作されたものであり、三次もしくはこれ以上の高次関数
に比例する信号の発生回路を工夫して、温度に対し、三
次関数又はより高次の多項式関数により変化する電圧を
発生して所望の温度補正をすることが可能となる関数発
生装置及び温度補償付き発振回路の提供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】図１（Ａ），（Ｂ）は、
本発明に係る関数発生装置及び温度補償付き発振回路の
原理図であり、図２〜６はその実施例をそれぞれ示して
いる。本発明の関数発生装置は、定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，
β，γ，…，温度信号ｘ，主変数（以下基準値という）
αとしたときに、多項式 ｆ（ｘ）＝Ａ（ｘ−α）ⁿ …＋β（ｘ−α）＋γ ＝Ａｘⁿ ＋Ｂｘ^n-1 ＋Ｃｘ^n-2 ＋Ｄ… により表される高次関数ｆ（ｘ）に比例する信号を発生
する関数発生装置において、図１（Ａ）に示すように、
絶対温度に比例する電圧ＶＡと前記基準値αを決定する
電圧ＶＸとに基づいて両電圧ＶＡ，ＶＸの差信号を生成
する変数生成部１１を備え、前記基準値αを決定する電
圧ＶＸを可変することを特徴とする。

【００１３】本発明の第１の三次関数発生装置は、その
実施例を図２に示すように、少なくとも、前記変数生成
部１１からの差分信号Ｓα及びＳｘに基づいて一次関数
Ｃｘに比例する一次信号Ｓ１を生成する利得調整回路２
１と、前記変数生成部１１からの差分信号Ｓα及びＳｘ
に基づいて二次関数Ｂｘ² に比例する二次信号Ｓ２を生
成する第１の乗算器２２と、前記変数生成部１１からの
差分信号Ｓα及びＳｘと前記第１の乗算器２２からの二
次信号Ｓ２とに基づいて三次関数Ａｘ³ に比例する三次
信号Ｓ３を生成する第２の乗算器２３と、前記多項式の
定数Ｄに比例する０次信号を発生する定数生成部２４
と、前記利得調整回路２１からの一次信号Ｓ１と、前記
第１の乗算器２２からの二次信号Ｓ２及び前記第２の乗
算器２３からの三次信号Ｓ３を利得調整した信号と、前
記定数生成部２４からの０次信号Ｓ０とを混合する混合
器２５とが設けられることを特徴とする。

【００１４】本発明の第２の三次関数発生装置は、図１
（Ａ）に示すように、少なくとも、前記変数生成部１１
からの差分信号Ｓα及びＳｘに基づいて一次関数（ｘ−
α）に比例する一次信号Ｓ１を生成する一次関数生成部
１２と、前記変数生成部１１からの差分信号Ｓα及びＳ
ｘに基づいて三次関数Ａ（ｘ−α）³ に比例する三次信
号Ｓ３を生成する三次関数生成部１３と、前記多項式の
定数Ｄに比例する０次信号Ｓ０を発生する定数生成部１
４と、前記一次関数生成部１２からの一次信号Ｓ１、前
記三次関数生成部１３からの三次信号Ｓ３及び前記定数
生成部１４からの０次信号Ｓ０とを混合する信号混合部
１５とが設けられることを特徴とする。

【００１５】本発明の四次関数発生装置は、その実施例
を図７に示すように、少なくとも、前記変数生成部１１
からの差分信号Ｓα及びＳｘに基づいて一次関数γ（ｘ
−α）に比例する一次信号Ｓ１を生成する利得調整回路
３０と、前記変数生成部１１からの差分信号Ｓα及びＳ
ｘに基づいて二次関数β（ｘ−α）² に比例する二次信
号Ｓ２を生成する第１の乗算器３１と、前記第１の乗算
器３１からの二次信号Ｓ２に基づいて四次関数Ａ（ｘ−
α）⁴ に比例する四次信号Ｓ４を生成する第２の乗算器
３２と、前記多項式の定数δに比例する０次信号Ｓ０を
発生する定数生成部３３と、前記利得調整回路３０から
の一次信号Ｓ１と前記第１の乗算器３１からの二次信号
Ｓ２及び前記第２の乗算器３２からの三次信号Ｓ３を利
得調整した信号と前記定数生成部３３からの０次信号Ｓ
０とを混合する混合器３４とが設けられることを特徴と
する。

【００１６】ここで、目標四次関数ｆ（ｘ）は、 ｆ（ｘ）＝Ａｘ⁴ ＋Ｂｘ³ ＋Ｃｘ² ＋Ｄｘ＋Ｅ ＝Ａ（ｘ−α）⁴ ＋β（ｘ−α）² ＋γ（ｘ−α）＋δ とする。本発明の温度補償付き発振回路は、図１（Ｂ）
に示すように、三次関数ｆ（ｘ）に比例する電圧を発生
する温度補償関数発生回路３５と、前記三次関数ｆ
（ｘ）に比例する電圧に基づいて所望周波数の信号を発
振する水晶発振回路３６とを備え、前記温度補償関数発
生回路３５が本発明の三次関数発生装置のいずれかから
成ることを特徴とし、上記目的を達成する。

【００１７】

【作 用】本発明の関数発生装置によれば、図１（Ａ）
において、絶対温度に比例する電圧ＶＡと基準値αを決
定する電圧ＶＸが変数生成部１１に供給されると、これ
に基づいて差分信号Ｓα及びＳｘが生成されるため、変
数生成部１１からの信号シフト量（ｘ−α）に応じて、
関数発生部では、（ｎ−１）次関数や、それ以下の次数
関数に比例した信号を発生することが可能となり、多項
式ｆ（ｘ）＝Ａ（ｘ−α）ⁿ …＋β（ｘ−α）＋γ＝Ａ
ｘⁿ ＋Ｂｘ^n-1 …＋Ｃｘ＋Ｄにより表される高次関数ｆ
（ｘ）に比例する信号を発生することができる。

【００１８】次に、図２を参照しながら、本発明の第１
の三次関数発生装置の動作を説明する。図２において、
変数生成部１１からの差分信号Ｓα及びＳｘが利得調整
回路２１に供給されると、当該回路２１では、これ基づ
いて一次関数Ｃｘに比例する一次信号Ｓ１が生成され、
この信号Ｓ１は利得調整回路２１から混合器２５に出力
される。

【００１９】また、変数生成部１１からの差分信号Ｓα
及びＳｘが第１の乗算器２２に供給されると、当該乗算
器２２では、これに基づいて二次関数Ｂｘ² に比例する
二次信号Ｓ２が生成され、その後、利得調整された信号
Ｓ２が混合器２５に出力される。さらに、変数生成部１
１からの差分信号Ｓα及びＳｘと第１の乗算器２２から
の二次信号Ｓ２とが第２の乗算器２３に供給されると、
これらに基づいて三次関数Ａｘ³ に比例する三次信号Ｓ
３が生成され、その後、利得調整された信号Ｓ３が混合
器２５に出力される。多項式の定数Ｄに比例する０次信
号は定数生成部２４から混合器２５に出力される。これ
ら一次信号Ｓ１と、二次信号Ｓ２及び三次信号Ｓ３を利
得調整した信号と、０次信号Ｓ０とが混合器２５により
混合される。

【００２０】この結果、変数生成部１１からの温度依存
性のある差分信号Ｓα及びＳｘに基づいて、多項式ｆ
（ｘ）＝Ａｘ³ ＋Ｂｘ² ＋Ｃｘ＋Ｄにより表される三次
関数ｆ（ｘ）に比例する信号を発生することができる。
これにより、当該三次関数発生装置を水晶発振回路の温
度補償回路に応用することが可能となる。

【００２１】本発明の第２の三次関数発生装置の動作を
説明する。図１（Ａ）において、変数生成部１１からの
差分信号Ｓα及びＳｘが、一次関数生成部１２に供給さ
れると、当該生成部１２では、これに基づいて一次関数
（ｘ−α）に比例する一次信号Ｓ１が生成され、この信
号Ｓ１が一次関数生成部１２から信号混合部１５に出力
される。

【００２２】また、変数生成部１１からの差分信号Ｓα
及びＳｘが三次関数生成部１３に供給されると、当該生
成部１３では、これに基づいて三次関数Ａ（ｘ−α）³
に比例する三次信号Ｓ３が生成され、この信号Ｓ３が三
次関数生成部１３から信号混合部１５に出力される。多
項式の定数Ｄに比例する０次信号Ｓ０は定数生成部１４
から信号混合部１５に出力される。これら一次信号Ｓ
１、三次信号Ｓ３及び０次信号Ｓ０が信号混合部１５に
より混合される。

【００２３】この結果、変数生成部１１からの温度に比
例した差分信号Ｓα及びＳｘに基づいて、多項式ｆ
（ｘ）＝Ａ（ｘ−α）³ ＋β（ｘ−α）＋γ＝Ａｘ³ ＋
Ｂｘ² ＋Ｃｘ＋Ｄにより表される三次関数ｆ（ｘ）に比
例する信号を発生することができる。また、第２の三次
関数発生装置では、第１の三次関数発生装置では必要で
あった二次信号Ｓ２を生成する第１の乗算器２２が不要
となり、回路規模の縮小化を図ることが可能となる。

【００２４】これにより、第１の三次関数発生装置と同
様に第２の三次関数発生装置を水晶発振回路の温度補償
回路に応用することが可能となる。次に、図７を参照し
ながら、本発明の四次関数発生装置の動作を説明する。
図７において、変数生成部１１からの差分信号Ｓα及び
Ｓｘが利得調整回路３０に供給されると、当該調整回路
３０では、これに基づいて一次関数Ｄｘに比例する一次
信号Ｓ１が生成され、この信号Ｓ１が利得調整回路３０
から混合器３４に出力される。

【００２５】また、変数生成部１１からの差分信号Ｓα
及びＳｘが第１の乗算器３１に供給されると、当該乗算
器３２では、これに基づいて二次関数Ｃｘ² に比例する
二次信号Ｓ２が生成され、この信号Ｓ２が一方では第２
の乗算器３２に出力される。他方では利得調整されて信
号Ｓ２が混合器３４に出力される。第１の乗算器３１か
らの二次信号Ｓ２が第２の乗算器３２に供給されると、
当該乗算器３２では、これに基づいて四次関数Ａｘ⁴ に
比例する四次信号Ｓ４が生成され、この信号Ｓ４が利得
調整されて混合器３４に出力される。多項式の定数Ｅに
比例する０次信号Ｓ０は定数生成部３３から混合器３４
に出力される。

【００２６】これら一次信号Ｓ１、二次信号Ｓ２，四次
信号Ｓ４及び０次信号Ｓ０が信号混合部３４により混合
される。この結果、変数生成部１１からの差分信号Ｓα
及びＳｘに基づいて、多項式ｆ（ｘ）＝Ａｘ⁴ ＋Ｂｘ³
＋Ｃｘ² ＋Ｄｘ＋Ｅにより表される四次関数ｆ（ｘ）に
比例する信号を発生することができる。

【００２７】これにより、三次信号Ｓ３を生成する三次
関数発生部を設けることなく、二次信号Ｓ２を生成する
２つの二次関数発生部を縦続接続するのみで、簡単に四
次関数発生装置を構成することが可能となる。次に、図
１（Ａ）及び（Ｂ）を参照しながら、本発明の温度補償
付き発振回路の動作を説明する。図１（Ｂ）において、
例えば、本発明の第２の三次関数発生装置から成る温度
補償関数発生回路３５により、温度依存性のある三次関
数ｆ（ｘ）に比例する電圧が発生されると、その電圧に
基づいて所望周波数の信号が電圧制御水晶発振回路３６
により発振される。

【００２８】従って、水晶発振回路３６が置かれている
温度環境下での周波数変動を温度補償関数発生回路３５
により円滑かつ精度良く補償することが可能となる。こ
れにより、無線機器等の復調回路や変調回路に安定化し
た周波数信号を供給することができる。

【００２９】

【実施例】次に図を参照しながら本発明の実施例につい
て説明をする。図２〜８は、本発明の各実施例に係る関
数発生装置及び温度補償付き発振回路の説明図である。 （１）第１の実施例の説明 図２は、本発明の第１の実施例に係る三次関数発生装置
の構成図であり、図３は、各実施例に係る変数生成部の
回路図をそれぞれ示している。

【００３０】例えば、三次関数ｆ（ｘ）に比例する信号
を発生する関数発生装置は、図１（Ａ）に示すように、
変数生成部１１，利得調整回路２１，22Ａ，23Ａ，乗算
器２２，２３，定数生成部２４及び混合器２５から成
る。三次関数ｆ（ｘ）は、定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，β，
γ，温度信号ｘ，基準値αとしたときに、多項式ｆ
（ｘ）＝Ａ（ｘ−α）³ ＋β（ｘ−α）＋γ＝Ａｘ³ ＋
Ｂｘ² ＋Ｃｘ＋Ｄにより表されるものである。

【００３１】すなわち、変数生成部１１は、絶対温度に
比例する電圧ＶＡと基準値αを決定する電圧ＶＸとに基
づいて差分信号Ｓα及びＳｘを生成する回路である。変
数生成部１１は図３に示すように、入力回路101, 分圧
回路102, 第１の差分出力回路103 ，第２の差分出力回
路104 及びカレントミラー回路105, 106から成る。入力
回路101 は６個の抵抗Ｒ１〜Ｒ６と、３個のｐｎｐ型の
バイポーラトランジスタＴ１〜Ｔ３と、２個のｎｐｎ型
のバイポーラトランジスタＴ４，Ｔ5 から成り、環境温
度に比例するバンドギャップ電圧ＶＢに基づいて絶対温
度に比例する電圧ＶＡを発生し、この電圧ＶＡを差分出
力回路103 及び104 に出力する。なお、各抵抗Ｒ１〜Ｒ
６及びトランジスタＴ１〜Ｔ５の接続方法は図３を参照
されたい。

【００３２】分圧回路102 は抵抗Ｒ７及びＲ８から成
り、バンドギャップ電圧ＶＢを抵抗分割した基準値αを
決める電圧ＶＸを差分出力回路103 に出力する。なお、
抵抗Ｒ８に可変抵抗器を用いて電圧ＶＸを可変しても良
い。第１の差分出力回路103 は抵抗Ｒ９，Ｒ10，Ｒ18，
オペアンプＯＰ１及びバイポーラトランジスタＱ０から
成り、絶対温度に比例する電圧ＶＡ及び主変数の中心点
を決める電圧ＶＸとを入力して未知数に比例する電流Ｉ
ｘをカレントミラー回路105 に出力する。

【００３３】第２の差分出力回路104 は、抵抗Ｒ11、ｎ
ｐｎ型のバイポーラトランジスタＴ６及びオペアンプＯ
Ｐ２から成り、絶対温度に比例する電圧ＶＡ及び抵抗Ｒ
11の一端から出力される基準電流ＶＲとを入力して基準
値αに比例する電圧Ｖαをカレントミラー回路106 に出
力する。カレントミラー回路105 は、２個の抵抗Ｒ12,
Ｒ13及び２個のｐｎｐ型のバイポーラトランジスタＴ
７，Ｔ8 から成る。当該回路105 は、電流Ｉｘにより差
分信号Ｓｘを発生する。同様に、カレントミラー回路10
6 は２個の抵抗Ｒ14, Ｒ15及び２個のｐｎｐ型のバイポ
ーラトランジスタＴ９，Ｔ10から成る。当該回路106
は、電流Ｉαより差分信号Ｓαを発生する。

【００３４】また、図２において、利得調整回路２１は
変数生成部１１からの差分信号Ｓα及びＳｘに基づいて
一次関数Ｃｘに比例する一次信号Ｓ１を生成し、この信
号Ｓ１を混合器２５に出力する。第１の乗算器２２は変
数生成部１１からの差分信号Ｓα及びＳｘに基づいて二
次関数Ｂｘ² に比例する二次信号Ｓ２を生成し、この信
号Ｓ１を利得調整回路22Ａに出力する。

【００３５】第２の乗算器２３は、変数生成部１１から
の差分信号Ｓα及びＳｘと第１の乗算器２２からの二次
信号Ｓ２とに基づいて三次関数Ａｘ³ に比例する三次信
号Ｓ３を生成し、この信号Ｓ３を利得調整回路22Ａに出
力する。定数生成部２４は基準電圧源から成り、多項式
の定数Ｄに比例する０次信号を発生し、この信号Ｓ０を
混合器２５に出力する。

【００３６】利得調整回路22Ａは二次信号Ｓ２を利得調
整した後、この二次信号Ｓ22を混合器２５に出力する。
同様に、利得調整回路23Ａは三次信号Ｓ３を利得調整し
た後、この三次信号Ｓ33を混合器２５に出力する。混合
器２５は、利得調整回路２１からの一次信号Ｓ１と利得
調整回路22Ａからの一次信号Ｓ22と利得調整回路23Ａか
らの三次信号Ｓ33と定数生成部２４からの０次信号Ｓ０
とを混合し三次関数に比例する信号ｆ（ｘ）を出力す
る。

【００３７】このような構成により、例えば、図３にお
いて、絶対温度に比例する電圧ＶＡと基準値αを決定す
る電圧ＶＸが変数生成部１１に供給されると、これに基
づいて差分信号Ｓα及びＳｘが生成される。このように
して、本発明の第１の実施例に係る三次関数発生装置に
よれば、その実施例を図２に示すように、変数生成部１
１，利得調整回路２１，第１，第２の乗算器２２，２
３，定数生成部２４及び混合器２５を備え、変数生成部
１１が、絶対温度に比例する電圧ＶＡと基準値αを決定
する電圧ＶＸとに基づいて差分信号Ｓα及びＳｘを生成
するため、変数生成部１１からの温度依存性のある差分
信号Ｓα及びＳｘに基づいて、多項式ｆ（ｘ）＝Ａｘ³
＋Ｂｘ² ＋Ｃｘ＋Ｄにより表される三次関数ｆ（ｘ）に
比例する信号を発生することができる。

【００３８】また、変数生成部１１で基準値αを決定す
る電圧ＶＸを抵抗Ｒ８で可変することにより、関数発生
回路２３に対して、差分信号Ｓαをシフト供給すること
ができる。これにより、当該三次関数発生装置を水晶発
振回路の温度補償回路に応用することが可能となる。

【００３９】（２）第２の実施例の説明 図４は、本発明の第２の実施例に係る三次関数発生装置
の構成図であり、図５は、その変数生成部及びその周辺
回路図である。図６は、その３次関数発生器及びその周
辺回路図をそれぞれ示している。第２の実施例では第１
の実施例に比べて、回路縮小化を図るものである。

【００４０】すなわち、本発明の第２の三次関数発生回
路は、図４に示すように、変数生成部100, 利得調整回
路２６，27Ａ，３次関数発生器２７，定数生成部２８及
び混合器２９を備える。変数生成部100 は図３に示した
変数生成部１１に、図５に示すような起動回路107 と、
アンプ108 と、一次関数発生回路１２とを付加したもの
である。図５において、起動回路107 は２個の抵抗Ｒ1
6, Ｒ17と、５個のｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ
Ｔ11〜Ｔ15と、容量Ｃから成り、電源ＯＮ動作と共に、
環境温度に比例するバンドギャップ電圧ＶＢを先に説明
した分圧回路102 に供給する。なお、各抵抗Ｒ16, Ｒ1
7、トランジスタＴ11〜Ｔ15及び容量Ｃの接続方法は図
５を参照されたい。

【００４１】アンプ108 はオペアンプＯＰ１の出力電圧
を増幅し、増幅された基準信号ｘに比例する電流Ｉｘを
カレントミラー回路105 に出力するものである。一次関
数発生回路１２はカレントミラー回路105 及び106 から
の差分信号Ｓｘ及び差分信号Ｓαをカレントミラー（電
流複写）した一次関数（ｘ−α）に比例する信号（以下
一次信号という）Ｓ１を発生し、この信号Ｓ１を利得調
整回路２６に出力する。

【００４２】利得調整回路２６は図６において、オペア
ンプＯＰ４及び２個の抵抗Ｒ716 ,Ｒ717 から成り、一
次関数信号Ｓ１を利得調整した後の信号を混合器２９に
出力する。３次関数発生器２７は図１の三次関数生成部
１３の一例であり、本発明の特許出願人が先に出願（特
願平６−１３９０２０）した関数発生器を使用する。当
該発生器２７は、１５個の抵抗Ｒ71〜Ｒ715 と、２２個
のｎｐｎ型のバイポーラトランジスタＴ71〜Ｔ720 ，Ｔ
725, Ｔ726 と、４個のｐｎｐ型のバイポーラトランジ
スタＴ721 〜Ｔ724 と、４個の電流電圧変換ダイオード
Ｄ１〜Ｄ４から成り、変数生成部100 からの差分信号Ｓ
α及びＳｘに基づいて三次関数Ａ（ｘ−α） ³ に比例す
る三次信号Ｓ３を生成し、この信号Ｓ３を利得調整回路
27Ａに出力する。なお、各抵抗Ｒ71〜Ｒ715 と、トラン
ジスタＴ71〜Ｔ726 ，ダイオードＤ１〜Ｄ４の接続方法
は図６を参照されたい。

【００４３】この発生器２７では、下段の４個のトラン
ジスタＴ79〜Ｔ712 によって構成される２つの差動増幅
回路により、Ａ（ｘ−α）³ の中の二次関数成分の信号
を発生し、その上段の８個のトランジスタＴ713 〜Ｔ72
0 によって構成される４つの差動増幅回路により、Ａ
（ｘ−α）³ の中の三次関数成分の信号を発生する。利
得調整回路27Ａは、オペアンプＯＰ５，基準電圧源Ｅ１
及び２個の抵抗Ｒ718 , Ｒ719 から成り、三次関数信号
Ｓ３を利得調整した後の信号を混合器２９に出力する。
定数生成部２８は図１の定数生成部１４の一例であり、
基準電圧可変源Ｅ２及び抵抗Ｒ719 から成り、多項式の
定数Ｄに比例する０次信号Ｓ０を発生する。

【００４４】混合器２９は図１の信号混合部１５の一例
であり、利得調整された２つの信号Ｓ１，Ｓ３及び定数
生成部２８からの０次信号Ｓ０を混合し、多項式ｆ
（ｘ）＝Ａｘ³ ＋Ｂｘ² ＋Ｃｘ＋Ｄにより表される三次
関数ｆ（ｘ）に比例する信号を出力する。次に、本発明
の第２の実施例に係る三次関数発生装置の動作を説明す
る。例えば、図５において、変数生成部100 で起動回路
107 の電源ＯＮ動作によって、バンドギャップ電圧ＶＢ
が発生し、２つのカレントミラー回路105, 106から差分
信号Ｓα及びＳｘが発生され、それが一次関数生成部１
２に供給されると、当該生成部１２では、これに基づい
て一次関数（ｘ−α）に比例する一次信号Ｓ１が生成さ
れ、この信号Ｓ１が一次関数生成部１２から利得調整回
路２６に出力される。

【００４５】また、変数生成部100 からの差分信号Ｓα
及びＳｘが三次関数発生器２７に供給されると、当該発
生器２７では、これに基づいて三次関数Ａ（ｘ−α）³
に比例する三次信号Ｓ３が生成され、この信号Ｓ３が三
次関数発生器２７から利得調整回路27Ａに出力される。
また、多項式の定数Ｄに関係したδに比例する０次信号
Ｓ０は定数生成部２８から混合器２９に出力される。こ
こで、定数Ｄとδの関係は、多項式， ｆ（ｘ）＝Ａｘ³ ＋Ｂｘ² ＋Ｃｘ＋Ｄ ＝Ａ（ｘ−α）³ ＋β（ｘ−α）＋γ として、−３Ａα³ −αβ＋γ＝Ｄとなるものである。

【００４６】これら利得調整された２つの信号Ｓ１，Ｓ
３及び定数生成部２８からの０次信号Ｓ０が混合器２９
により混合され、多項式ｆ（ｘ）＝Ａｘ³ ＋Ｂｘ² ＋Ｃ
ｘ＋Ｄ＝Ａ（ｘ−α）³ ＋β（ｘ−α）＋γにより表さ
れる三次関数ｆ（ｘ）に比例する信号が出力される。こ
こで、α＝Ｂ／Ａ，β＝Ｃ−３Ａα² ，γ＝Ｄ＋３Ａα
³ ＋αβである。

【００４７】このようにして本発明の第２の実施例に係
る三次関数発生装置によれば、図４に示すように変数生
成部100, 利得調整回路２６，27Ａ，３次関数発生器２
７，定数生成部２８及び混合器２９を備えるため、変数
生成部100 からの温度依存性のある差分信号Ｓα及びＳ
ｘに基づいて、多項式ｆ（ｘ）＝Ａ（ｘ−α）³ ＋β
（ｘ−α）＋γ＝Ａｘ³ ＋Ｂｘ² ＋Ｃｘ＋Ｄにより表さ
れる三次関数ｆ（ｘ）に比例する信号を発生することが
できる。

【００４８】また、第２の実施例では、第１の実施例で
は必要であった二次信号Ｓ２を生成する乗算器２２が不
要となり、回路規模の縮小化を図ることが可能となる。
すなわち、第１の実施例では変数生成部１１と、４つの
信号Ｓ１，Ｓ22，Ｓ33及びＳ０を混合する混合器２５
と、３つの利得調整回路２１，22Ａ，23Ａと、２つの乗
算器２２，２３が必要であったが、第２の実施例では、
乗算器２２と、その利得調整回路２２が不要となる。ま
た、第１の実施例の混合器２５では、その入力が４本必
要であるのに対して第２の実施例の混合器２９では、１
本削減されて３本になる。また、変数生成部100 内にア
ンプ107 や一次関数発生回路１２が付加される。これ
は、第１の実施例でも必要なものであり、全体として回
路規模を縮小すること、及び、調整箇所と誤差発生要因
とを低減することが可能となる。

【００４９】これにより、第１の実施例と同様に、第２
の実施例の三次関数発生装置を水晶発振回路の温度補償
回路に応用すること、及び、第１の実施例に比べて、低
コストで精度の高い補償信号発生回路が提供される。 （３）第３の実施例の説明 図７は、本発明の第３の実施例に係る四次関数発生装置
の構成図を示している。第３の実施例では第１，第２の
実施例と異なり、四次関数ｆ（ｘ）＝Ａｘ² ＋Ｂｘ³ ＋
Ｃｘ² ＋Ｄｘ＋Ｅ＝Ａ（ｘ−α）⁴ ＋β（ｘ−α）² ＋
γ（ｘ−α）＋δに比例する信号を発生回路を構成する
ものである。

【００５０】本発明の四次関数発生装置は、図７に示す
ように、変数生成部１１，利得調整回路３０，乗算器３
１，３２，利得調整回路31Ａ，32Ａ，定数生成部３３及
び混合器３４を備える。利得調整回路３０は、変数生成
部１１からの差分信号Ｓα及びＳｘに基づいて一次関数
γ（ｘ−α）に比例する一次信号Ｓ１を生成し、この信
号Ｓ１を混合器３４に出力する。乗算器３１は、変数生
成部１１からの差分信号Ｓα及びＳｘに基づいて二次関
数β（ｘ−α）² に比例する二次信号Ｓ２を生成し、こ
の信号Ｓ２を利得調整回路31Ａ及び乗算器３２にそれぞ
れ出力する。

【００５１】乗算器３２は、乗算器３１からの二次信号
Ｓ２に基づいて四次関数Ａ（ｘ−α）⁴ に比例する四次
信号Ｓ４を生成し、この信号Ｓ４を利得調整回路32Ａに
出力する。利得調整回路31Ａは二次信号Ｓ２を利得調整
した後の信号Ｓ22を混合器３４に出力する。利得調整回
路32Ａは四次信号Ｓ４を利得調整した後の信号Ｓ44を混
合器３４に出力する。

【００５２】定数生成部３３は、第２の多項式の定数δ
に比例する０次信号Ｓ０を発生し、この信号Ｓ０を混合
器３４に出力する。混合器３４は、利得調整回路３０か
らの一次信号Ｓ１、利得調整回路31Ａからの二次信号Ｓ
22、利得調整回路32Ａからの四次信号Ｓ44及び定数生成
部３３からの０次信号Ｓ０を混合し、四次関数ｆ（ｘ）
＝Ａｘ⁴ ＋Ｂｘ³ ＋Ｃｘ² ＋Ｄｘ＋Ｅに比例する信号を
出力する。

【００５３】次に、本発明の第３の実施例に係る四次関
数発生装置の動作を説明する。図７において、変数生成
部１１からの差分信号Ｓα及びＳｘが利得調整回路３０
に供給されると、当該調整回路３０では、これに基づい
て一次関数Ｃｘに比例する一次信号Ｓ１が生成され、こ
の信号Ｓ１が利得調整回路３０から混合器３４に出力さ
れる。

【００５４】また、変数生成部１１からの差分信号Ｓα
及びＳｘが乗算器３１に供給されると、当該乗算器３１
では、これに基づいて二次関数Ｃｘ² に比例する二次信
号Ｓ２が生成され、この信号Ｓ２が一方では乗算器３２
に出力される。他方では利得調整され、この信号Ｓ22が
混合器３４に出力される。乗算器３１からの二次信号Ｓ
２は乗算器３２に供給されると、当該乗算器３２では、
これに基づいて四次関数Ａｘ⁴ に比例する四次信号Ｓ４
が生成され、この信号Ｓ４が利得調整され、この信号Ｓ
44が混合器３４に出力される。多項式の定数Ｅに比例す
る０次信号Ｓ０は定数生成部３３から混合器３４に出力
される。

【００５５】これら一次信号Ｓ１、二次信号Ｓ22，四次
信号Ｓ44及び０次信号Ｓ０が信号混合部３４により混合
され、四次関数ｆ（ｘ）＝Ａｘ⁴ ＋Ｂｘ³ ＋Ｃｘ² ＋Ｄ
ｘ＋Ｅに比例する信号が出力される。ここで、Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅ，α，β，γ，δの関係は、β＝−４Ａα，
Ｃ＝６Ａα² ＋β，Ｄ＝−４Ａα−２αβ＋γ，Ｅ＝Ａ
α⁴ ＋α² β−αγ＋δである。

【００５６】このようにして本発明の第３の実施例に係
る四次関数発生装置によれば、図７に示すように、変数
生成部１１に、利得調整回路３０，第１，第２の乗算器
３１，３２，定数生成部３３及び混合器３４が設けられ
る。このため、変数生成部１１からの温度依存性のある
差分信号Ｓα及びＳｘに基づいて、多項式ｆ（ｘ）＝Ａ
ｘ⁴ ＋Ｂｘ³ ＋Ｃｘ² ＋Ｄｘ＋Ｅにより表される四次関
数ｆ（ｘ）に比例する信号を発生することができる。

【００５７】これにより、三次信号Ｓ３を生成する三次
関数発生部を設けることなく、二次信号Ｓ２を生成する
２つの二次関数を発生する乗算器３１，３２を縦続接続
するのみで、簡単に四次関数発生装置を構成することが
可能となる。なお、５次以上の高次関数発生装置につい
ては、より高精度の各種補正信号を発生することができ
るが、回路規模が大きくなり、アナログ乗算器を用いた
本発明の方式では、オフセット等の誤差が生じるため、
あまり実用的ではない。

【００５８】しかし、本発明の変数生成部１１を用いる
ことによって、最高次数より１次低い項の関数発生回路
が不要になることは明らかであり、回路規模の削減化に
効果がある。 （４）第４の実施例の説明 図８は、本発明の第４の実施例に係る温度補償付き水晶
発振回路の構成図を示している。第４の実施例では第
１，第２の実施例の三次関数発生装置を水晶発振回路に
接続して温度補償回路を構成するものである。

【００５９】本発明の温度補償付き発振回路は、図８に
示すように、温度補償関数発生回路３５及び電圧制御水
晶発振回路３６を備える。温度補償関数発生回路３５
は、三次関数ｆ（ｘ）に比例する電圧ＶＴを発生するも
のである。当該関数発生回路３５には、例えば、第２の
実施例に係る三次関数発生装置を用いる。第１の実施例
に係る三次関数発生装置を用いても良い。

【００６０】水晶発振回路３６は、三次関数ｆ（ｘ）に
相当する電圧ＶＴに基づいて所望周波数の信号を発振す
る。水晶発振回路３６は抵抗Ｒ，容量Ｃ，可変容量ダイ
オード７及び水晶振動子８を有する。容量Ｃはノイズ除
去用であり、抵抗Ｒは可変容量ダイオード側からの容量
成分が見えないように接続するものであり、抵抗Ｒを介
して、電圧ＶＴを可変容量ダイオード７及び水晶振動子
８に印加する。

【００６１】可変容量ダイオード７は電圧ＶＴに基づい
て水晶振動子８に自己容量を可変する。水晶振動子８は
環境温度変化によって可変される電圧ＶＴに基づいて所
望の周波数信号Ｓｆを出力する。次に、図７を参照しな
がら、本発明の温度補償付き発振回路の動作を説明す
る。図７において、例えば、本発明の第２の実施例に係
る三次関数発生装置から成る温度補償関数発生回路３５
により、温度依存性のある三次関数ｆ（ｘ）に比例する
電圧ＶＴが発生されると、その電圧ＶＴに基づき温度に
対して安定した所望周波数の信号Ｓｆが水晶発振回路３
６により発振される。

【００６２】このようにして本発明の第４の実施例に係
る温度補償付き発振回路によれば、図８に示すように、
温度補償関数発生回路３５及び水晶発振回路３６を備
え、当該関数発生回路３５が本発明の三次関数発生装置
のいずれかから成る。このため、温度補償関数発生回路
３５により、三次関数ｆ（ｘ）＝Ａｘ³ ＋Ｂｘ² ＋Ｃｘ
＋Ｄに比例する電圧ＶＴにより、水晶発振回路３６が置
かれている温度環境下での周波数変動を円滑に補正する
ことが可能となる。すなわち、従来例のような補正特性
直線と補正特性直線との間及び補正特性直線と補
正特性直線との間の温度領域に対する電圧ＶＴを連続
的に出力することができ、周波数変化点も連続した補正
特性曲線が得られる。

【００６３】これにより、低・中・高温域全体を通した
円滑な温度対周波数補正特性が得られ、精度良くかつ信
頼性の良い温度補償を行うことが可能となる。無線機器
等の復調回路や変調回路に安定化した周波数信号が供給
できる。また、小型で低コストな温度補償付き水晶発振
回路が提供される。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の関数発生
装置によれば、絶対温度に比例する電圧と主変数の中心
点を決定する電圧とに基づいて主変数に比例する差分信
号を生成する変数生成部が設けられるため、最も高いｎ
次数関数に比例した信号を発生する関数発生部に、温度
依存性のある差分信号を当該変数生成部から供給するこ
とができる。

【００６５】また、本発明の関数発生装置によれば、変
数生成部で主変数の中心点を決定する電圧を可変するた
め、該関数発生部への入力信号をシフト供給することが
できる。このため、変数生成部からの信号シフト量に応
じて関数発生部では、ｎ−１次関数や、それ以下の低次
数関数に比例した信号を発生することが可能となる。

【００６６】本発明の第１の三次関数発生装置によれ
ば、変数生成部に、利得調整回路，２つの乗算器，定数
生成部及び混合器が設けられるため、変数生成部からの
温度依存性のある差分信号に基づいて、多項式ｆ（ｘ）
＝Ａｘ³ ＋Ｂｘ² ＋Ｃｘ＋Ｄにより表される三次関数ｆ
（ｘ）に比例する信号を発生することができる。本発明
の第２の三次関数発生装置によれば、変数生成部に、一
次関数生成部，三次関数生成部，定数生成部及び信号混
合部とが設けられるため、変数生成部からの温度依存性
のある差分信号に基づいて、多項式ｆ（ｘ）＝Ａ（ｘ−
α）³ ＋β（ｘ−α）＋γ＝Ａｘ³ ＋Ｂｘ² ＋Ｃｘ＋Ｄ
により表される三次関数ｆ（ｘ）に比例する信号を発生
することができる。また、第１の三次関数発生装置に比
べ、回路規模の縮小化を図ることが可能となる。

【００６７】本発明の四次関数発生装置によれば、変数
生成部に、利得調整回路，２つの乗算器，定数生成部及
び混合器が設けられるため、三次信号を生成する三次関
数発生部を設けることなく、二次信号を生成する２つの
二次関数発生部を縦続接続するのみで、変数生成部から
の差分信号に基づいて、四次関数に比例する信号を簡単
に発生すること、及び、その装置を簡単に構成すること
が可能となる。

【００６８】本発明の温度補償付き発振回路によれば、
温度補償関数発生回路及び水晶発振回路を備え、当該関
数発生回路が本発明の第１又は第２の三次関数発生装置
のいずれかから成るため、水晶発振回路が置かれている
温度環境下での周波数変動を温度補償関数発生回路によ
り円滑かつ精度良く補償することが可能となる。これに
より、無線機器等の復調回路や変調回路に安定化した周
波数信号を供給することができる。温度補償付き水晶発
振回路の小型化及び低コストに寄与するところが大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る関数発生装置及び温度補償付き発
振回路の原理図である。

【図２】本発明の第１の実施例に係る三次関数発生装置
の構成図である。

【図３】本発明の各実施例に係る変数生成部の回路図で
ある。

【図４】本発明の第２の実施例に係る三次関数発生装置
の構成図である。

【図５】本発明の第２の実施例に係る変数生成部及びそ
の周辺回路図である。

【図６】本発明の第２の実施例に係る３次関数発生器及
びその周辺回路図である。

【図７】本発明の第３の実施例に係る四次関数発生装置
の構成図である。

【図８】本発明の第４の実施例に係る温度補償付き水晶
発振回路の構成図である。

【図９】従来例に係る温度補償付き水晶発振回路の構成
図である。

【図１０】従来例に係る問題点を説明する温度補償特性
図である。

【符号の説明】

１１，100 …変数生成部、 １２…一次関数生成部、 １３…三次関数生成部、 １４，２４，２８，３３…定数生成部、 １５…信号混合部、 ２１，22Ａ，23Ａ，２６，27Ａ，３０，31Ａ，32Ａ…利
得調整回路、 ２２，２３，３１，３２…乗算器、 ２５，２９，３４…混合器、 ２７…３次関数発生器、 ３５…温度補償関数発生回路、 ３６…電圧制御水晶発振回路。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多項式により表される高次関数に比例す
   る信号を発生する関数発生装置において、 絶対温度に比例する電圧と前記多項式の主変数の中心点
   を決定する基準電圧とに基づいて両電圧の差分信号を生
   成する変数生成部を備え、前記主変数の中心点を可変す
   ることを特徴とする関数発生装置。
2. 【請求項２】 少なくとも、前記変数生成部からの差分
   信号に基づいて一次関数に比例する一次信号を生成する
   利得調整回路と、前記変数生成部からの差分信号に基づ
   いて二次関数に比例する二次信号を生成する第１の乗算
   器と、前記変数生成部からの差分信号と前記第１の乗算
   器からの二次信号とに基づいて三次関数に比例する三次
   信号を生成する第２の乗算器と、前記多項式の定数に比
   例する０次信号を発生する定数生成部と、前記利得調整
   回路からの一次信号と、前記第１の乗算器からの二次信
   号及び前記第２の乗算器からの三次信号を利得調整した
   信号と、前記定数生成部からの０次信号を混合する混合
   器とが設けられることを特徴とする請求項１記載の関数
   発生装置。
3. 【請求項３】 少なくとも、前記変数生成部からの差分
   信号に基づいて一次関数に比例する一次信号を生成する
   一次関数生成部と、前記変数生成部からの差分信号に基
   づいて三次関数に比例する三次信号を生成する三次関数
   生成部と、前記多項式の定数に比例する０次信号を発生
   する定数生成部と、前記一次関数生成部からの一次信
   号、前記三次関数生成部からの三次信号及び前記定数生
   成部からの０次信号を混合する混合器とが設けられるこ
   とを特徴とする請求項１記載の関数発生装置。
4. 【請求項４】 少なくとも、前記変数生成部からの差分
   信号に基づいて一次関数に比例する一次信号を生成する
   利得調整回路と、前記変数生成部からの差分信号に基づ
   いて二次関数に比例する二次信号を生成する第１の乗算
   器と、前記第１の乗算器からの二次信号に基づいて四次
   関数に比例する四次信号を生成する第２の乗算器と、前
   記多項式の定数に比例する０次信号を発生する定数生成
   部と、前記利得調整回路からの一次信号と前記第１の乗
   算器からの二次信号及び前記第２の乗算器からの四次信
   号を利得調整した信号と前記定数生成部からの０次信号
   とを混合する混合器とが設けられることを特徴とする請
   求項１記載の関数発生装置。
5. 【請求項５】 三次関数に比例する電圧を発生する温度
   補償関数発生回路と、前記三次関数に比例する電圧に基
   づいて所望周波数の信号を発振する水晶発振回路とを備
   え、前記温度補償関数発生回路が請求項１，２及び３記
   載のいずれかの関数発生装置から成ることを特徴とする
   温度補償付き発振回路。