JPH08148936A - デジタル制御型発振回路の周波数補正方法 - Google Patents

デジタル制御型発振回路の周波数補正方法

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JPH08148936A
JPH08148936A JP30813194A JP30813194A JPH08148936A JP H08148936 A JPH08148936 A JP H08148936A JP 30813194 A JP30813194 A JP 30813194A JP 30813194 A JP30813194 A JP 30813194A JP H08148936 A JPH08148936 A JP H08148936A
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Yuji Ishida
裕司 石田
Yoji Suwa
洋二 諏訪
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度補償に使用する可変容量ダイオ−ド毎に
周波数偏差と制御電圧の一次式を求め電圧を制御するこ
とにより、周波数精度の向上を図ったデジタル制御型発
振回路の周波数補正方法を提供すること。 【構成】 可変容量ダイオ−ドの制御電圧を調整するこ
とにより温度変化による水晶振動子の共振周波数の変化
を補正し、一定周波数を出力するデジタル制御型発振回
路の周波数補正方法において、予め、使用する可変容量
ダイオ−ド毎に制御電圧に対する周波数偏差特性を周波
数偏差=0の点を含む直線部分の一次式で表し、その一
次係数及び前記水晶振動子の温度特性をメモリに格納し
ておき、温度センサの検出した温度に応じて前記水晶振
動子の温度特性から周波数偏差を計算し、前記一次係数
で表される一次式より可変容量ダイオ−ドの制御電圧を
求め出力することにより出力周波数を所定の一定周波数
に制御することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、携帯電話機のデジタル
制御型発振回路の周波数補正方法に関するもので、特に
温度補償に使用する可変容量ダイオ−ドの制御電圧を周
波数偏差の一次式で表し、制御することにより周波数精
度の向上を図ったデジタル制御型発振回路の周波数補正
方法に関するものである。
【0002】
【従来技術】図4は一般に使用されるデジタル温度補償
水晶発振器のブロック構成例を示す図である。図示する
ように、デジタル温度補償水晶発振器60は水晶振動子
を使用した発振回路61、温度センサ62、A/D変換
器63、CPU(中央処理装置)64、D/A変換器6
5、積分回路66、メモリ67で構成される。
【0003】前記発信回路61に使用される水晶振動子
は温度変化により発振周波数が変化する温度特性をもっ
ているが、発振回路61(詳細は図5参照)は温度変化
に対応した制御電圧で補正することにより一定の出力周
波数を保持している。予め、メモリ67に水晶振動子の
温度変化による共振周波数のずれを補正する制御情報を
格納しておく。温度センサ62は発振回路61の温度を
検出し、A/D変換器63でデジタル値に変換してCP
U64へ出力する。CPU64は前記メモリ67に格納
している前記制御情報を参照し、温度に相当する制御信
号(デジタル信号)をD/A変換器65へ出力し、D/
A変換器65はそれをアナログ値に変換して積分回路6
6を介して発振回路61へ出力し、出力周波数を所定の
一定周波数に保持する。
【0004】図5は図4の発振回路61の構成例を示す
図である。発振回路61の発振周波数は水晶振動子4
5、コンデンサ43、44、46、47と可変容量ダイ
オ−ド42の静電容量で決定される。水晶振動子45で
発振した周波数信号はトランジスタ50で増幅され、コ
ンデンサ56を通して出力端子から出力される。水晶振
動子45は温度変化により共振周波数が変化(±10p
pm程度)する温度特性を有し、前記可変容量ダイオ−
ド42は印加電圧により静電容量が変化する素子であ
る。従って、水晶振動子45の温度が変化した場合、C
PU64(図4)は発振回路61の入力端子の電圧を前
記の方法で制御して出力端子から出力される出力周波数
を一定に制御することができる。
【0005】図6は図5の発振回路61で使用する水晶
振動子45の温度特性を示す図である。図示するように
水晶振動子45は各素子によりバラツキはあるが、温度
25℃を中心として−30℃から75℃まで変化させた
場合、その共振周波数は基準周波数を中心として最大−
12〜+7ppm程度変化するものを使用してた。この
周波数偏差を補正するために可変容量ダイオ−ド42の
制御電圧を調整する。
【0006】図7は種々の可変容量ダイオ−ドの制御電
圧(Vcont)−周波数偏差特性を示す図である。図
示するように周波数偏差は略制御電圧の一次式で表され
る。この可変容量ダイオ−ド42の傾きをKとする。
【0007】従って周波数偏差は次式で表す制御電圧
(補正電圧)Viを与えることにより補正することが出
来る。 Vi=V0−Δfi・K ・・・・・・・・・(1) ここでV0は周波数偏差=0の時の制御電圧、Δfiは各
温度での周波数偏差、Viはその時の制御電圧(補正電
圧)、Kは可変容量ダイオ−ド42の傾きである。
【0008】従って、従来の周波数補正方法は水晶振動
子45の温度特性(温度変化と周波数偏差Δfiの関係
式又は、対照表)及び、可変容量ダイオ−ド42の傾き
Kの値を予めメモリ67に格納しておき、温度センサ6
2が検出した温度に応じてCPU64は一次式(1)に
より制御電圧(補正電圧)Viを計算し、可変容量ダイ
オ−ド42に印加し出力周波数のずれを補正していた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図7に
示すように可変容量ダイオ−ド42の傾きKには種々の
傾きがある。従来は或る一定の傾きKに近似した可変容
量ダイオ−ド42を選別し、その値を可変容量ダイオ−
ド42の傾きKとして予め設定してメモリ67に格納し
ていたため、選別に非常に時間を要し、しかも正確な傾
きではないために制御電圧(補正電圧)Viに誤差が生
じると云う問題がある。例えば図8に示すように傾きK
のバラツキの為に制御電圧の誤差が最大約0.15V、
周波数偏差に換算すると最大約5ppmの誤差が生じ
る。
【0010】また、図7に示すような直線の傾きKは、
制御電圧全域で一様ではなく略一次式であり傾きKが異
なる部分がある。従って、適切な電圧の範囲内で求めた
傾きKにより一次式で与えられる制御電圧(補正電圧)
iで補正しないと誤差が生じる。これらの誤差は水晶
振動子45のその他の誤差要因等を合わせるとRCR−
STD(RCRスタンダ−ド)に決められた−20℃〜
60℃の温度範囲で周波数誤差が1ppm以内を超える
と云う問題がある。
【0011】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、上記問題点を除去するために温度補償に使用する可
変容量ダイオ−ド毎に周波数偏差と制御電圧の一次式を
求め電圧を制御することにより周波数精度の向上を図っ
たデジタル制御型発振回路の周波数補正方法を提供する
ことを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、CPU、メモリ、温度センサ、水晶振動子、
可変容量ダイオ−ドを具備し、該可変容量ダイオ−ドの
制御電圧を調整することにより温度変化による水晶振動
子の共振周波数の変化を補正し、一定周波数を出力する
デジタル制御型発振回路の周波数補正方法において、図
1に示すように、予め、使用する可変容量ダイオ−ド毎
に制御電圧に対する周波数偏差特性を周波数偏差=0の
点を含む直線部分の一次式で表し、その一次係数及び前
記水晶振動子の温度特性を前記メモリに格納しておき、
前記CPUは前記温度センサの検出した温度に応じて前
記水晶振動子の温度特性から周波数偏差を計算し、前記
一次係数で表される一次式より可変容量ダイオ−ドの制
御電圧を求め印加することにより出力周波数を所定の一
定周波数に制御することを特徴とする。
【0013】
【作用】本発明は、図1に示すように使用する可変容量
ダイオ−ド毎に制御電圧に対する周波数偏差特性を周波
数偏差=0の点を含む直線部分の一次式で表し、傾きK
を実測値に基づいて設定するので従来のようにバラツキ
による誤差はなくなり正確な周波数制御が可能となる。
また、全区間を一本の直線で表すので測定も簡単で従来
の選別作業も無用になる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。本発明の周波数補正方法を実施するデジ
タル温度補償水晶発振器のブロック構成及び発振回路は
図4及び図5に示す通りで、従来技術で説明したので説
明は省略する。
【0015】本発明の周波数補正方法を説明する。図1
は本発明の周波数補正方法に使用する可変容量ダイオ−
ドの特性を示す図である。図示するように可変容量ダイ
オ−ド42の特性は実測値aに示すように中心から離れ
るに従って直線から外れるが、本発明は可変容量ダイオ
−ド42の傾きKを周波数偏差=0の点を含む直線bで
近似する。傾きKは式(2)で表される。 K=(V−V0)/Δf・・・・・・・・・(2) ここでV0は周波数偏差=0の時の制御電圧、Vは制御
電圧、Δfは制御電圧Vの時の周波数偏差を表す。可変
容量ダイオ−ド42の制御電圧(補正電圧)は前記式
(1)(Vi=V0−Δfi・K)で計算され印加され
る。
【0016】また、水晶振動子45は図6に示すような
温度特性を示し一般に温度に対して三次式で表される。
これらの可変容量ダイオ−ド42の傾き及び、水晶振動
子45の温度特性(三次式)を予めメモリ67に格納し
ておく。CPU64は温度センサ62の検出した温度
と、水晶振動子45の温度特性から周波数偏差を計算し
可変容量ダイオ−ド42の傾きKを用いて制御電圧を式
(1)で計算し印加する。
【0017】図2は本発明の周波数補正方法による温度
に対する制御電圧(Vcont)の変化の状態を示す図
である。図7に示すような制御電圧−周波数偏差で略一
次式の特性を持つ可変容量ダイオードであり、図6のM
INで示す温度特性を持つ水晶振動子を使用した場合
で、温度に対する制御電圧を図2に示すように変化させ
ることにより、周波数偏差(誤差)は最大で0.6pp
m以内に抑えることが出来る。図3は本発明の周波数補
正方法による温度に対する制御電圧(Vcon)の変化
の状態を示す図である。図7に示すような制御電圧−周
波数偏差で略一次式の特性を持つ可変容量ダイオードで
あり、図6のMAXで示す温度特性を持つ水晶振動子を
使用した場合で、温度に対する制御電圧を図2、3に示
すように変化させることにより、周波数偏差(誤差)も
また最大で0.5ppm以内に抑えることが出来る。
【0018】上記説明したように使用する可変容量ダイ
オ−ド42毎に制御電圧に対する周波数偏差特性を周波
数偏差=0の点を含む直線部分の一次式で表し、傾きK
を実測値に基づいて設定するので従来のようにバラツキ
による誤差はなくなり正確な周波数制御が可能となる。
また、全区間を一本の直線で表すので測定も簡単で従来
の選別作業も無用になる。なお、傾きKを求める最適な
範囲として、1.8V〜3.5Vであればよい結果が得
られる。
【0019】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によ
れば、下記のような優れた効果が期待される。 (1)本発明の補正方法は使用する可変容量ダイオ−ド
毎に制御電圧に対する周波数偏差特性を周波数偏差=0
の点を含む直線部分の一次式で表し、傾きKを実測値に
基づいて設定するので従来のようにバラツキによる誤差
はなくなり正確な周波数制御が可能となる。また、全区
間を一本の直線で表すので測定も簡単で従来の選別作業
も無用になる。
【0020】(2)また、従来のハ−ドをそのまま使用
し係数をメモリに格納するだけで済むので費用がかから
ず、更に、フィ−ドバック制御ではないので動作も早く
安定し携帯電話に最も適している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の周波数補正方法に使用する可変容量ダ
イオ−ドの特性を示す図である。
【図2】本発明の周波数補正方法による温度に対する制
御電圧(Vcon)の変化を示す図である。
【図3】本発明の周波数補正方法による温度に対する制
御電圧(Vcon)の変化を示す図である。
【図4】デジタル温度補償水晶発振器のブロック構成例
を示す図である。
【図5】図4で使用する発振回路の例を示す図である。
【図6】水晶振動子の温度特性を示す図である。
【図7】種々の可変容量ダイオ−ドの制御電圧−周波数
偏差特性を示す図である。
【図8】従来の周波数補正方法による温度特性の例を示
す図である。
【符号の説明】
40 コンデンサ 41 抵抗器 42 可変容量ダイオ−ド 43 コンデンサ 44 コンデンサ 45 水晶振動子 46 コンデンサ 47 コンデンサ 48 抵抗器 49 抵抗器 50 トランジスタ 51 抵抗器 52 抵抗器 53 コンデンサ 54 コンデンサ 55 抵抗器 56 コンデンサ 57 コンデンサ 60 デジタル温度補償水晶発振器 61 発振回路 62 温度センサ 63 A/D変換器 64 CPU(中央処理装置) 65 D/A変換器 66 積分回路 67 メモリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 諏訪 洋二 東京都世田谷区玉川台2−14−9 京セラ 株式会社東京用賀事業所内 (72)発明者 平本 寿一 東京都世田谷区玉川台2−14−9 京セラ 株式会社東京用賀事業所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CPU、メモリ、温度センサ、水晶振動
    子、可変容量ダイオ−ドを具備し、該可変容量ダイオ−
    ドの制御電圧を調整することにより温度変化による水晶
    振動子の共振周波数の変化を補正し、一定周波数を出力
    するデジタル制御型発振回路の周波数補正方法におい
    て、 予め、可変容量ダイオ−ドの制御電圧に対する周波数偏
    差特性を周波数偏差=0の点を含む直線部分の一次式で
    表し、その一次係数及び前記水晶振動子の温度特性を前
    記メモリに格納しておき、 前記CPUは前記温度センサの検出した温度に応じて前
    記水晶振動子の温度特性から周波数偏差を計算し、前記
    一次係数で表される一次式から可変容量ダイオ−ドの制
    御電圧を求め印加することにより出力周波数を所定の一
    定周波数に制御することを特徴とするデジタル制御型発
    振回路の周波数補正方法。
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