JPH08161414A - 全伝達関数を持つ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水晶等の温度依存性を非常に簡素且つ小型な
手段で補償することができるような全伝達関数を持つ回
路を提供する。 【構成】 この発明による回路は、入力信号を受ける入
力端子（２０、２１）と、出力信号を取り出す出力端子
（２２）と、出力信号と入力信号との間の比として定義
される全伝達関数とを有し、この全伝達関数は、線形領
域内に異なる傾斜を有するか、飽和領域内に異なる限界
値を有するか、又は異なる零点を有するかの少なくとも
いずれか一つを満たす少なくとも２つの差動増幅器
（１、２）の各自己伝達関数を、前記全伝達関数が少な
くとも部分的に少なくとも三次の関数に略一致するよう
に、正及び負の符号で交互に加算することにより得られ
るように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、出力端子から取り出さ
れる出力信号と、入力端子に印加される入力信号との間
の比として定義される所定の全伝達関数を有するような
回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】「発振器設計ハンドブック」のポール・
ファーベル（Paul Faerber）及びアラン・ビクター（Al
an Victor）による「ＣＡＤはＴＣＸＯ設計を簡単にす
る」なる記事は、温度に関して非線形な関数となる水晶
（quartz crystal）の共振周波数を補償することができ
るような回路網について説明している。この目的を達成
するため、入力電圧Ｖiは上記回路網を介して温度に依
存する電圧Ｖoに変換され、該電圧がバラクタダイオー
ド（可変容量ダイオード）に制御電圧として供給され
る。このバラクタダイオードは水晶と直列に配置されて
おり、上記バラクタダイオードと水晶とを含む全体回路
の共振周波数を入力電圧Ｖiを介して調整可能にする。
上記水晶の温度補償を行うため、当該回路網は水晶の非
線形な温度対共振周波数特性関数を補償することができ
るように複数のサーミスタを有している。このような回
路網は、通常、正及び負の温度係数を持つ部品の一定の
組み合わせを必要とする。前記記事の例では、負の温度
係数を持つ３個のサーミスタが他の抵抗との特別な組み
合わせで必要となっている。また前記記事からは、上記
のような回路網は水晶の温度対共振周波数関数を部分的
に補償することができることが明らかでもある。

【０００３】しかしながら、上記従来の回路は高度に複
雑な回路を用いても非常に不十分な補償しか行わないと
いう欠点がある。このような高度な複雑さは、使用され
るべき各種のサーミスタは集積化することができず、又
結果としての回路網の調整は困難であると共に複雑であ
るという事実に起因している。この結果、コンパクトで
温度補償された発振器の低価格生産はできない。

【０００４】水晶を温度補償する他の方法は、デジタル
アナログ変換器により発生される電圧をバラクタダイオ
ードに供給ことであり、この場合上記変換器の入力信号
はメモリにより供給される。このメモリは、デジタルア
ナログ変換器により水晶の温度依存性を補償するために
各温度に対して所定のデータ列を記憶することができ
る。この目的のためは、上記メモリは水晶の温度に応じ
て読み出されねばならない。上記のような解決手段は、
原理的には、半導体基体上に集積化することができ、従
って比較的コンパクトな構成とすることができるが、後
の温度依存性の調整が必要な場合は特に複雑な回路が必
要となる。

【０００５】

【発明の目的及び概要】従って、本発明の目的は、例え
ば水晶等の温度依存性を非常に簡素且つ小型な手段で補
償することができるばかりか汎用にも供することもでき
るような全伝達関数を得ることができる回路を提供する
ことにある。

【０００６】上記目的を達成するため、本発明による回
路は、入力信号を受ける入力端子と、出力信号を取り出
す出力端子と、上記出力信号と入力信号との間の比とし
て定義される全伝達関数とを有し、該全伝達関数が線形
領域内に異なる傾斜を有するか、飽和領域内に異なる限
界値を有するか、又は異なる零点を有するかの少なくと
もいずれか一つを満たす少なくとも２つの差動増幅器の
各自己伝達関数を、前記全伝達関数が少なくとも部分的
に少なくとも三次の関数に少なくとも略一致するよう
に、正及び負の符号で交互に加算することにより得られ
るように構成される。

【０００７】本発明は、前記従来技術において非線形特
性の補償を、測定量（本例では温度）を本質的に線形な
態様で取り出し、且つ、該測定量に対して所望の補償に
対応するような非線形関係を持つ出力信号を上記測定量
から電気的又は電子的に取り出すことにより実行するよ
うにすれば、大幅な簡素化が達成されるという認識に基
づくものである。このように、本発明によればメモリ及
びデジタルアナログ変換器を使用する前記例よりも大幅
にコンパクト及び簡単な解決策を得ることができる。

【０００８】更に、本発明は水晶の特定温度範囲での温
度対共振周波数特性関数が三次関数（即ち三乗の関数）
に少なくとも略相当し、このことは共振周波数が温度の
三乗で変化するということを意味するという認識にも基
づいている。したがって本発明によれば、上記のような
水晶の温度依存性は全伝達関数が三次関数に相当するよ
うな回路を用いて補償され、この回路は、基本的に線形
な温度依存性を持つ当該回路への入力信号が、水晶の共
振周波数の温度の関数としての変化を例えばバラクタダ
イオード等を介して補償することができるような出力信
号に変換されるように構成される。

【０００９】更に、本発明によれば一層高次の、即ち出
力信号が入力信号の三乗よりも大きな累乗で依存するよ
うな、全伝達関数を持つ回路が得られる。この結果、例
えば一層複雑な温度依存性の補償用としてのみならず他
の広い用途用として、簡単な構成で一層複雑な全伝達関
数を発生させることができる。

【００１０】本発明に従い組み合わされる個々の差動増
幅器の自己伝達関数は非常に簡単な手段で発生させるこ
とができる。何故なら、これら伝達関数は例えば簡単な
トランジスタ差動増幅器の通常の特性に相当するからで
ある。このような自己伝達関数、即ち差動増幅器特性、
は入力端子における小さな差動電圧に関しては当該差動
増幅器の入力差動電圧と出力電圧との間で少なくとも略
線形な関係を呈する。上記特性の当該部分は以下線形領
域と呼ぶ。

【００１１】上記のような差動増幅器に印加される一層
大きな差動電圧に関しては、当該差動増幅器により出力
される電圧は入力差動電圧がそれ以上増加しても最早増
加しないような値に到達する。ここでは、これら値は限
界値と呼び、入力差動電圧のこれらに対応する領域は飽
和領域と呼ぶ。又、零なる入力差動電圧に対応する当該
差動増幅器の自己伝達関数の点を零点と呼ぶ。前記差動
増幅器に関しては、これらの零点は入力端子の少なくと
も一方に印加される基準電圧又は基準電流により規定す
ることができる。

【００１２】好ましくは各自己伝達関数は、入力信号は
全ての差動増幅器に対して同一の極性で印加されるが、
各差動増幅器の出力信号は互いに同一の及び反対の極性
で交互に加算されるようにすることにより、交互に正及
び負の符号で組み合わされて前記全伝達関数を形成す
る。このような組み合わせは、第１の自己伝達関数から
開始して、第２の自己伝達関数は反対の符号で第１のも
のと組み合わされ、第２の自己伝達関数は傾斜、限界値
及び／又は零点を変えることにより第１のものとは変形
されるようにし、これにより追加の自己伝達関数が加算
される毎に結果としての全伝達関数に２つの付加的な屈
曲点が生成されるようにして、連続的に実施することが
できる。

【００１３】従って、本発明による回路の好ましい実施
例においては、前記全伝達特性が線形領域内に互いに異
なる傾斜を有し且つ飽和領域内に限界値を各々有するよ
うな少なくとも２つの差動増幅器の各自己伝達関数を前
記傾斜の減少順に正及び負の符号で交互に加算すること
により形成され、前記限界値が前記傾斜の減少順に単調
に増加するようになっていることを特徴とする。

【００１４】上記の簡素化された全伝達関数は順次の段
階で形成することもできる。この場合、大きな傾斜と最
小限界値とを有する正の符号の第１の自己伝達関数は、
所定量低減された傾斜と大きな限界値とを有する負の符
号の第２の自己伝達関数に加算される。この場合、各自
己伝達関数の零点は好ましくは同一とする。この結果、
簡単な差動増幅器の自己伝達関数に対して、２つの付加
的な屈曲点を持つ全伝達関数が得られる。上記零点及び
屈曲点の周辺の領域では、上記全伝達関数は三次関数に
少なくとも略相当する。

【００１５】次いで、前記第２の自己伝達関数と比較し
て同様の零点と、更に低減された傾斜と、一層大きな限
界値とを有する第３の自己伝達関数を正の符号で加算す
ることにより、上記全伝達関数に２つの他の屈曲点が得
られ、これにより少なくとも零点及び得られた全ての屈
曲点の領域内では当該全伝達関数は少なくともこれに対
応するように一層高次な関数に相当することになる。

【００１６】上記全伝達関数は、更に低減された傾斜と
更に増加された限界値、即ち減少する傾斜の順に単調に
増加する限界値、とを有する更に他の自己伝達関数に、
上記と同じ順において正及び負の符号で組み合わされ、
これら他の自己伝達関数の各々により２つの新たな屈曲
点が得られる。

【００１７】本発明による回路の他の実施例において
は、前記全伝達関数は異なる零点を持つ少なくとも３つ
の差動増幅器の各自己伝達関数を、これら零点の順に正
及び負の符号で交互に加算することにより形成されるこ
とを特徴としている。この実施例は、本発明の他の有利
な簡素化を示し、該実施例は好ましくは互いに同じよう
な傾斜及び限界値を備える自己伝達関数を使用する。こ
の例においても、第１の零点を持つ第１の自己伝達関数
から始めて、該第１自己伝達関数は第１零点に対して大
きな値に向かってシフトされた第２の零点を持つ第２の
自己伝達関数に反対の符号で組み合わされる。この結
果、本発明の説明上第１の屈曲点と呼ぶ最大点を持つよ
うな関数が得られる。次いで、第３差動増幅器の第３自
己伝達関数が、更に他の屈曲点（例えば最小点）が得ら
れるように、第２自己伝達関数とは反対の符号で、且
つ、第２自己伝達関数の第２零点に対して同一の方向に
シフトされた零点を有して加算される。この結果、少な
くとも略三乗の全伝達関数が得られ、該関数は更に他の
自己伝達関数を正しい符号で加算することにより一層高
次の関数に非常に簡単に拡張することができる。

【００１８】最も一般的な形態及び特別な実施例の両方
において、本発明は、本発明による回路が三次又はそれ
以上の高次の全伝達関数を発生させるような装置を簡単
に形成することができ、このような装置は容易に調整が
可能であるばかりか、とりわけ、半導体基板上に容易に
集積化することができるという利点を有している。この
全伝達関数は、前記傾斜、限界値及び／又は零点を変更
することにより、広い範囲の各種の特性及び仕様に容易
に適応化させることができる。例えば、水晶の温度対共
振周波数特性関数を補償するために使用する場合は、本
発明による回路は上述したように水晶の所定の仕様に簡
単に且つ正確に適応させることができるので、大きく相
違する特性関数を有するような水晶の温度依存性を補償
することもできる。使用される差動増幅器の例えば個々
の又は全ての傾斜、限界値及び／又は零点を、好ましく
は調整可能な基準電圧又は基準電流により、調整可能に
すれば、本発明による既に寸法決めされた回路を後に異
なる所望の全伝達関数に容易に調整することができる。

【００１９】本発明による回路の他の実施例であって、
全伝達関数が少なくとも部分的に少なくとも略三次の関
数であり且つ上述したような形で水晶の温度依存性を補
償するために使用される回路は、該回路が、更に、所定
温度範囲内に温度対共振周波数特性関数を有する水晶で
あって、該特性関数が少なくとも部分的に少なくとも略
三次の関数に対応するような水晶と、補正信号により、
該補正信号と上記共振周波数との間の少なくとも略線形
な伝達関数で該共振周波数を補正する補正手段と、上記
水晶の温度に少なくとも略線形に依存するような値を持
つ測定信号を形成する測定手段と、に組み合わされ、前
記測定信号は当該回路に前記入力信号として供給され、
該回路は前記入力信号から前記全伝達関数に基づいて形
成された出力信号を前記補正信号として補正手段に供給
し、これにより該補正手段に結合された前記水晶の共振
周波数が前記温度範囲において少なくとも略温度に依存
しないようにしたことを特徴としている。

【００２０】本発明による回路の上記実施例と上記装置
との組み合わせは、本発明による回路の好ましい仕様態
様であるが、本発明はこのような仕様態様に限定される
ものではない。反対に、他の温度依存性を補償するため
の、もっと一般的には一定の関数的関係を発生させるた
めの一層高次の他の全伝達関数を形成することも可能で
ある。特に、非電気変数を電気信号に変換すると共にこ
れら信号を処理する場合には、上記の非電気変数の変換
を簡素で、特に線形な構成により実施することができる
という利点が得られる。

【００２１】本発明による回路の他の有利な実施例は、
前記差動増幅器の各々がエミッタ端子が少なくとも１つ
のエミッタ抵抗を介して結合されるトランジスタ対を有
し、前記各差動増幅器の線形領域における自己伝達関数
の傾斜が前記エミッタ抵抗の値を選択することにより調
整可能であることを特徴としている。

【００２２】差動増幅器の自己伝達関数を線形化するた
めの上記構成は簡素且つ信頼性の高い解決策を提供す
る。しかしながら、高抵抗値の場合は上記構成に要する
エミッタ抵抗は集積化すべき半導体基体上に好ましくな
い大面積を必要とするであろう。他の例として、線形
化、即ち差動増幅器の自己伝達関数の傾斜の低減は、以
下のような構成にすることにより本発明による回路では
エミッタ抵抗を用いずに実現することができる。即ち、
前記差動増幅器はエミッタ結合された第１及び第２バイ
ポーラ・プラナ・トランジスタの第１及び第２の対を有
し、第１の対における第１トランジスタのベース及びコ
レクタ端子は第２の対における第１トランジスタの対応
する端子に各々結合され、第１の対における第２トラン
ジスタのベース及びコレクタ端子は第２の対における第
２トランジスタの対応する端子に各々結合され、第１の
対における第２トランジスタのエミッタ面積と第２の対
における第１トランジスタのエミッタ面積とは互いに等
しく、且つ、他方の２つのトランジスタの相互に等しい
エミッタ面積よりも所定ファクタだけ大きい又は小さい
ことを特徴とする。

【００２３】ここで、第１及び第２トランジスタを有す
る第１トランジスタ対と、第３及び第４トランジスタを
有する第２トランジスタ対とを備え、各対のトランジス
タのエミッタ端子が相互に接続されてなるトランジスタ
増幅器を設けることはドイツ特許出願公開第DE-OS30270
71号から既知であることに注意されたい。この場合、第
１トランジスタのベース及びコレクタは第３トランジス
タの対応する電極に結合され、第２トランジスタのベー
ス及びコレクタは第４トランジスタの対応する電極に結
合される。また、第１及び第３トランジスタのベースは
信号源の一端に接続され、第２及び第４トランジスタの
ベースは同信号源のもう一端に接続される。そして、出
力信号は、これらトランジスタのコレクタ電流から取り
出すことができる。また、両トランジスタ対の各共通エ
ミッタラインは対応する電流源を含み、各トランジスタ
は、第２及び第３トランジスタのエミッタ面積が互いに
等しく且つ第１及び第４トランジスタの互いに等しいエ
ミッタ面積よりも所定ファクタだけ小さく又は大きくな
るように、寸法決めされる。結果として、第１及び第４
トランジスタを経るコレクタ直流電流は互いに等しく且
つ第２及び第３トランジスタを経る相互に等しいコレク
タ直流電流よりも上記ファクタだけ大きく又は小さくな
る。この既知の構成では、単純なトランジスタ対により
形成される差動増幅器の非線形歪みを低減することが、
即ち当該増幅器の特性を線形化する（零点近傍での該特
性の傾斜を減少させる）ことができる。このような回路
はエミッタ抵抗を用いる必要がなく、所定の条件下では
前述したエミッタ抵抗を備える差動増幅器よりも一層コ
ンパクトにすることができる。

【００２４】以下、本発明の実施例を図面を参照して更
に詳細に説明する。

【００２５】

【実施例】図１に示す回路は、線形化されていない第１
差動増幅器１と、線形化された第２差動増幅器２とを有
している。この場合、第１差動増幅器１は自己伝達関数
の線形領域内に第２差動増幅器２よりも大きな傾きを有
し、この目的のため第２差動増幅器２の自己伝達関数は
飽和領域内に第１差動増幅器１の自己伝達関数よりも高
い２つの限界値を有している。本例の場合では、両差動
増幅器１及び２は、対応する零点を有している。

【００２６】第１差動増幅器１はエミッタが結合された
一対のトランジスタ３及び４を有し、これらトランジス
タのエミッタ端子は共に第１電流源トランジスタ５のコ
レクタ端子に接続されている。この第１電流源トランジ
スタ５のエミッタ端子は第１抵抗６を介して接地されて
いる。

【００２７】第１電流源トランジスタ５のベース端子は
第１電源トランジスタ７のベース端子に接続され、該ト
ランジスタ７のエミッタ端子は第１電源抵抗８を介して
接地されている。他のトランジスタ９のエミッタ端子が
第１電流源トランジスタ５と第１電源トランジスタ７と
の相互接続ベース端子に接続され、該トランジスタ９の
ベース端子は第１電源トランジスタ７のコレクタ端子に
接続され、コレクタ端子は電源電圧端子１０に接続され
ている。上記トランジスタ９のベース端子と第１電源ト
ランジスタ７のコレクタ端子との接続点も第１定電流源
１１を介して上記電源電圧端子１０に接続されている。
第１電流源トランジスタ５と、第１電源トランジスタ７
と、トランジスタ９と、抵抗６及び８と、第１定電流源
１１とは共動してカレントミラーとして作用し、第１定
電流源１１により決まるトランジスタ７のエミッタ直流
電流をエミッタ結合トランジスタ３及び４に転写する。

【００２８】一方、線形化された第２差動増幅器２はエ
ミッタ結合された一対のトランジスタ１２及び１３を有
し、これらトランジスタは図１における他のトランジス
タと同様に適切なバイポーラ・プラナ・トランジスタと
して構成されている。この第２差動増幅器２の第１の対
のトランジスタ１２及び１３の相互接続されたエミッタ
端子は第２電流源トランジスタ１６のコレクタ端子に接
続され、該トランジスタ１６のエミッタ端子は第２抵抗
１７を介して接地される一方ベース端子は第１電流源ト
ランジスタ５のベース端子に接続されている。更に、第
２差動増幅器２はエミッタ結合された第２の対のトラン
ジスタ１４及び１５を有し、これらトランジスタの相互
接続されたエミッタ端子は第３電流源トランジスタ１８
のコレクタ端子に接続され、該トランジスタ１８のエミ
ッタ端子は第３抵抗１９を介して接地される一方ベース
端子は第１電流源トランジスタ５のベース端子に接続さ
れている。このようにして、差動増幅器１及び２のエミ
ッタ直流電流は共に前記第１定電流源１１を介して共通
に供給される。

【００２９】差動増幅器１及び２のエミッタ結合された
トランジスタ対における各第１トランジスタ３、１２及
び１４のベース端子は相互に接続され、これら差動増幅
器１及び２を含む当該回路の第１入力端子を形成してい
る。この場合、該回路は少なくとも部分的に少なくとも
略３次の全伝達関数を有している。同様に、差動増幅器
１及び２のエミッタ結合されたトランジスタ対における
各第２トランジスタ４、１３及び１５のベース端子は当
該回路の第２入力端子２１に接続されている。更に、第
１差動増幅器１の第１トランジスタ３のコレクタ端子
と、第２差動増幅器２に属するエミッタ結合されたトラ
ンジスタ対における第２トランジスタ１３及び１５のコ
レクタ端子とは、共に、当該回路（１及び２）の出力信
号が得られる出力端子２２に接続されている。尚、この
出力信号は入力端子２０及び２１の一方に印可される入
力信号に３次依存する。第１差動増幅器１の第２トラン
ジスタ４のコレクタ端子と、第２差動増幅器２のエミッ
タ結合された両トランジスタ対における第１トランジス
タ１２及び１４のコレクタ端子とは、第１ノード２３に
接続されている。この第１ノード２３は、第１及び第２
カレントミラートランジスタ２５及び２６を含むカレン
トミラー２４の入力端子を構成する。これらカレントミ
ラートランジスタ２５及び２６のエミッタ端子は第１及
び第２カレントミラー抵抗２７及び２８を各々介して電
源電圧端子１０に接続されている。前記第１ノード２
３、即ちカレントミラー２４の入力端子は、第２カレン
トミラートランジスタ２６のベース端子に直接接続され
ると共に、第１カレントミラートランジスタ２５のベー
ス端子に第３カレントミラー抵抗２９を介して接続され
ている。第２カレントミラートランジスタ２６のコレク
タ端子は前記出力端子２２に接続されている。

【００３０】第１差動増幅器１は線形化されていない自
己伝達関数を有するが、第２差動増幅器２の線形領域に
おける自己伝達関数の傾きは、第２差動増幅器２におけ
るエミッタ結合された第１トランジスタ対の第２トラン
ジスタ１３のエミッタ面積と第２トランジスタ対の第１
トランジスタ１４のエミッタ面積とを互いに等しくし且
つ他の２つのトランジスタ（即ち、第１トランジスタ対
の第１トランジスタ１２及び第２トランジスタ対の第２
トランジスタ１５）の相互に等しいエミッタ面積よりも
所定ファクタ分小さくすることにより、第１差動増幅器
１の傾きに比して減少されている。好ましい実施例で
は、上記ファクタは５なる値である。ドイツ特許出願公
開公報第DE-OS3027071号に詳細に述べられているよう
に、第２差動増幅器２の２つのトランジスタ対の上記の
ような寸法の結果、該第２差動増幅器２の自己伝達関数
の傾きは第１差動増幅器１の線形化されていない自己伝
達関数に比べて小さくなる。更に、第２又は第３電流源
トランジスタ１６又は１８の面積と第１電流源トランジ
スタ５の面積との比を適切な値にすると共に対応する抵
抗６、１７及び１９を適切な寸法にすることにより、異
なるエミッタ電流が第１及び第２差動増幅器１及び２の
エミッタ結合されたトランジスタ対に供給されるように
なり、この結果これら差動増幅器１及び２の自己伝達関
数の飽和領域における限界値が異なるようになる。図１
に示す例における特定の寸法のものでは、第２差動増幅
器２を介して流れる全電流が第１差動増幅器１を介して
流れる全電流よりも大きくなるように選定されており、
これにより第２差動増幅器２の方が第１差動増幅器１よ
りも大きな限界値が得られる。

【００３１】カレントミラー２４は、出力端子２２に接
続される差動増幅器１及び２のトランジスタ３、１３及
び１５のコレクタ端子と、第１ノード２３に接続される
トランジスタ４、１２及び１４のコレクタ端子との各々
における電流の間の差を形成し、この差を出力端子２２
に供給する。しかしながら、差動増幅器１及び２を有す
る当該回路の出力端子が２極プッシュプル出力端子とし
て構成される場合は、カレントミラー２４を例えば電源
電圧端子１０に接続された２つのコレクタ抵抗に置き換
えることもできる。しかしながら、図１に示す実施例で
は出力端子２２における電圧又は電流は、他の信号処理
において例えば補正手段における補正信号として直接使
用することができるような出力信号を形成する。

【００３２】図１の回路は、好ましくは、水晶の三乗の
温度対共振周波数特性関数を補償するようにし、その目
的のため出力端子２２は該水晶の共振周波数用の補正手
段として作用するバラクタダイオードに結合される。出
力端子２２における出力信号、即ち直流電圧又は直流電
流は、このバラクタダイオードの容量値を制御するよう
に作用する。このダイオードは、例えば、共振周波数に
影響を与えるように、上記水晶に並列に配置される。

【００３３】上記水晶の温度の尺度となるような値を有
し且つ該温度に少なくとも略線形に依存する測定信号を
発生する測定手段は、図１に図示されると共に前記差動
増幅器１及び２により形成された当該回路の入力端子２
０及び２１に接続されている回路段で、該回路段はエミ
ッタ結合された２つの測定トランジスタ３０及び３１を
有している。これらトランジスタは、図１の実施例で
は、差動増幅器１及び２の各トランジスタとは反対の導
電型のものである。これら測定トランジスタ３０及び３
１のコレクタ端子はコレクタ抵抗３２及び３３を各々介
して接地されている。上記測定トランジスタ３０及び３
１のエミッタ端子は、これらトランジスタ３０及び３１
と同一の導電型の第４電流源トランジスタ３４のコレク
タ端子に共通接続されている。この第４電流源トランジ
スタのエミッタ端子は第４抵抗３５を介して電源電圧端
子１０に接続されている。上記第４電流源トランジスタ
３４及び第４抵抗３５は、カレントミラーとして、第２
電源トランジスタ３６（測定トランジスタ３０及び３１
と同一導電型の）及び電源抵抗３７に結合されている。
この目的のため、第４電流源トランジスタ３４のベース
端子と第２電源トランジスタ３６のベース端子とは互い
に接続されると共に第２電源トランジスタ３６のコレク
タ端子にも接続され、第２電源トランジスタ３６のエミ
ッタ端子は第２電源抵抗３７を介して電源電圧端子１０
に結合されている。第２定電流源３８が第２電源トラン
ジスタ３６に直流電流を供給し、この結果第４電流源ト
ランジスタ３４を介して、従って測定トランジスタ３０
及び３１を介して、トランジスタ３４及び３６並びに抵
抗３５及び３７の寸法に応じた直流が流れる。

【００３４】電源電圧端子１０と接地点との間には、第
５抵抗３９、第５電流源トランジスタ４０、第１分圧抵
抗４１及び第２分圧抵抗４２がこの順で直列に接続され
てなる分圧器が設けられている。前記第１測定トランジ
スタ３０のベース端子は上記第１分圧抵抗４１と第２分
圧抵抗４２との間のノードに接続され、第２測定トラン
ジスタ３１のベース端子は第１分圧抵抗４１と第５電流
源トランジスタ４０のコレクタ端子との間のノードに接
続されている。このように、測定トランジスタ３０及び
３１のベース端子は、第５電流源トランジスタ４０の電
流に影響され且つ第１分圧抵抗４１の両端間に現れる電
圧を受ける。第５抵抗３９及び第５電流源トランジスタ
４０は、カレントミラーとして、第３電源トランジスタ
４３及び第３電源抵抗４４に結合されている。この場
合、第５電流源トランジスタ４０のベース端子と第３電
源トランジスタ４３のベース端子とは互いに接続される
と共に該第３電源トランジスタ４３のコレクタ端子にも
接続され、第３電源トランジスタ４３のエミッタ端子は
第３電源抵抗４４を介して電源電圧端子１０に結合され
ている。第３定電流源４５は一端が第３電源トランジス
タ４３のコレクタ端子に接続され他端が接地されてい
る。この定電流源は第３電源トランジスタ４３の電流、
従って第５電流源トランジスタ４０の電流を規定するこ
とが可能であり、これら電流を介して測定トランジスタ
３０及び３１のベース端子間の電圧を規定することがで
きる。第５電流源トランジスタ４０及び第３電源トラン
ジスタ４３は測定トランジスタ３０及び３１と同一導電
型のものである。

【００３５】上記測定トランジスタ３０及び３１はプラ
ナ・バイポーラ・トランジスタとして構成され、互いに
所定の比で測られた異なるエミッタ面積を有している。
この結果、第４電流源トランジスタ３４を介して供給さ
れる直流電流の２つの測定トランジスタ３０及び３１の
間の分割は温度依存性のものとなる。結果として、これ
ら測定トランジスタ３０及び３１のコレクタ端子の電流
によりコレクタ抵抗３２及び３３の各両端間に発生され
る電圧も上記温度依存性を示すことになる。このよう
に、差動増幅器１及び２を有する当該回路の、これらコ
レクタ抵抗に結合された入力端子２０及び２１は入力信
号として温度依存性のある差動電圧を入力することにな
る。

【００３６】上記測定トランジスタ３０及び３１並びに
これらに関連する回路により形成された測定手段は、入
力端子２０及び２１に、測定トランジスタ３０及び３１
の温度に少なくとも略線形に依存するような値を持つ電
圧の形の測定信号（即ち、入力信号）を発生させる。差
動増幅器１及び２を有する当該回路は、この電圧から少
なくとも部分的には少なくとも略三乗であるような出力
信号（例えば出力端子２２における出力電流Ｉ22）を作
成する。図２には、出力端子２２における上記のような
電流Ｉ22の例を、水晶の（従って、測定トランジスタ３
０及び３１の）温度Ｔの関数として線形スケール上にプ
ロットしている。このグラフは、中央部分に、少なくと
も近似的に三次関数（即ち、電流Ｉ22の温度Ｔの三乗で
の依存性）を示している。

【００３７】図１からは、測定トランジスタ３０及び３
１を有する前記測定手段が差動増幅器１及び２を有する
当該回路と共に半導体基体上に直接集積化することがで
き従って非常にコンパクトにすることができることが明
らかである。しかしながら、これに代えて他の（例えば
外部の）測定手段を入力端子２０及び２１に接続するこ
とも可能である。

【００３８】図１の回路の、特に電流源トランジスタ
５、１６及び１８並びに第１電源トランジスタ７及びそ
の関連回路の適切な寸法設定により、又差動増幅器１及
び２におけるエミッタ面積間の比の選択により、別の全
伝達関数を得ることができ、その結果当該回路を別の仕
様の水晶（又は他の補償すべき素子）に簡単に適応化す
ることもできる。前記定電流源（特に第１定電流源１
１）が外部から制御することができる場合は、全回路が
完成した後でさえも調整が可能となる。その場合は、温
度依存性を補償すべき特性関数の線形係数は、前記定電
流源１１、３８及び４５により供給される電流に線形な
温度依存性を付与することにより、即ちこれら電流が温
度と共に線形に変化するようにすることにより得られ
る。

【００３９】図３は少なくとも部分的に少なくとも略三
次の全伝達関数（図１の回路では入力端子２０及び２１
と出力端子２２との間に配置された差動増幅器１及び２
を有する回路により発生された）を発生する回路の他の
例を示している。この例では、前記測定信号即ち入力信
号は前記測定手段から単一の入力端子に供給され、この
ために図３に示す回路は第１入力端子２０のみを有して
いる。図３の残りの各素子で図１のものに対応する素子
には同一の符号が付してある。

【００４０】図３の回路は線形化されていない３個の同
一の差動増幅器４６、４７及び４８を有している。この
場合、第３差動増幅器４６はエミッタ結合された一対の
トランジスタ４９及び５０を有し、第４差動増幅器４７
はエミッタ結合された一対のトランジスタ５１及び５２
を有し、第５差動増幅器４８はエミッタ結合された一対
のトランジスタ５３及び５４を有している。上記各差動
増幅器は電流源５５、５６及び５７を各々有し、結合エ
ミッタ端子に電流を供給する。上記３つの差動増幅器４
６、４７及び４８は、各々線形領域において少なくとも
略一致する傾きを有し且つ飽和領域において略一致する
ような限界値を持つ自己伝達関数を有している。しかし
ながら、上記の各自己伝達関数の零点は３つの基準電圧
源により（即ち、第３差動増幅器４６には電圧源５８、
第４差動増幅器４７には電圧源５９、第５差動増幅器４
８には電圧源６０より）、異なる値に設定されている。
好ましくは、第１基準電圧源５８は１ボルトなる直流基
準電圧を出力するように寸法決めされ、第２基準電圧源
５９は１．１ボルトなる直流基準電圧を出力するように
寸法決めされ、第３基準電圧源６０は１．２ボルトなる
直流基準電圧を出力するように寸法決めされる。上記電
流源５５、５６及び５７は電流源トランジスタ５、１６
及び１８と、抵抗６、１７及び１９と、第１電源トラン
ジスタ７と、第１電源抵抗８と、他のトランジスタ９
と、第１定電流源１１とを有する前記回路部分に相当す
るような構成であってもよい。又、上記各直流基準電圧
は共通の基準分圧器から取り出すようにしてもよく、こ
のような分圧器は、例えば図１の分圧器構成と同様に、
分圧抵抗４１及び４２と、第５抵抗３９と、第５電流源
トランジスタ４０と、第３電源トランジスタ４３と、第
３電源抵抗４４と、第３定電流源４５とを有してもよ
い。しかしながら、この構成は簡略化のため図３には図
示されていない。

【００４１】図３において、第３、第４及び第５差動増
幅器４６、４７及び４８の第１トランジスタ４９、５１
及び５３の各ベース端子は共に入力端子２０に接続さ
れ、従って入力信号即ち測定信号により共通に駆動され
る。一方、これら差動増幅器の第２トランジスタ５０、
５２及び５４のベース端子は第１、第２及び第３基準電
圧源５８、５９及び６０に各々接続されている。第３差
動増幅器４６の第１トランジスタ４９のコレクタ端子、
第４差動増幅器４７の第２トランジスタ５２のコレクタ
端子及び第５差動増幅器４８の第１トランジスタ５３の
コレクタ端子は共に出力端子２２に接続されている。
又、第３差動増幅器４６の第２トランジスタ５０のコレ
クタ端子、第４差動増幅器４７の第１トランジスタ５１
のコレクタ端子及び第５差動増幅器４８の第２トランジ
スタ５４のコレクタ端子は共通ノード６１に接続されて
いる。これらコレクタ端子の上記接続により、３つの差
動増幅器４６、４７及び４８の自己伝達関数は零点の順
に正及び負の符号で交互に加算され、全伝達関数が得ら
れるようになる。従って、第３及び第５差動増幅器４６
及び４８の自己伝達関数は同一の符号で全伝達関数に寄
与し、差動増幅器４７の自己伝達関数は反対の符号で全
伝達関数に寄与する。

【００４２】図３に示す回路ではノード６１と出力端子
２２とは図１におけるのと同様な方法で第２カレントミ
ラー６２を介して結合され、該カレントミラーはノード
６１と出力端子２２とに接続されたコレクタ端子の各総
電流の差を形成し、非対称シングルエンド出力電圧（出
力信号）を形成する。この目的のため、第２カレントミ
ラー６２は第３カレントミラートランジスタ６３を有
し、該トランジスタのコレクタ端子は上記ノード６１に
接続され、エミッタ端子は第４カレントミラー抵抗６７
を介して電源電圧端子１０に結合されている。第４及び
第５カレントミラートランジスタ６４及び６５のベース
端子と、第５カレントミラートランジスタ６５のコレク
タ端子とは第３カレントミラートランジスタ６３のベー
ス端子に接続されている。第４カレントミラートランジ
スタ６４のコレクタ端子は出力端子２２に接続され、エ
ミッタ端子は第５カレントミラー抵抗６８を介して電源
電圧端子１０に結合されている。第６カレントミラート
ランジスタ６６のコレクタ端子は電源電圧端子１０に接
続され、ベース端子はノード６１に接続され、エミッタ
端子は第５カレントミラートランジスタ６５のエミッタ
端子とエミッタ電流源６９とに接続されている。このエ
ミッタ電流源６９の他端は接地されて、差動増幅器が構
成されるようになっている。

【００４３】出力抵抗７０が電源電圧端子１０と出力端
子２２との間に図３の回路の出力端子２２に得られる出
力電流（第２カレントミラー６２により差電流として供
給される）の変換のために設けられている。この出力電
流は上記出力抵抗７０の両端間に出力電圧を生じせし
め、該電圧は補正手段用の制御信号として直接処理する
ことができる。出力端子２２と接地点との間に介挿され
た第３定電流源７１は動作点を設定するように作用す
る。

【００４４】図４は、前記入力端子２０に入力信号とし
て印加される電圧Ｕ20と出力端子２２に出力信号として
得られる電圧Ｕ22との間の全伝達関数の一例を示し、該
関数は図３の回路により実現されるものである。このグ
ラフは前記基準電圧源５８、５９及び６０により供給さ
れる直流基準電圧ＵREF58、ＵREF59及びＵREF60も示し
ている。前記の寸法の例では、これら電圧は各々１．０
ボルト、１．１ボルト及び１．２ボルトである。この図
４のグラフは、上記直流基準電圧の近傍で略三乗の全伝
達関数を明瞭に示している。

【００４５】図３の実施例の変形例が図５に示されてお
り、この図において対応する各要素には同一の符号が付
してある。この変形例においては、図３の回路が第６及
び第７差動増幅器７２及び７３と、これらの関連回路と
により拡張されている。好ましくは、上記第６及び第７
差動増幅器７２及び７３は線形化されておらず、構成は
前記第３、第４及び第５差動増幅器４６、４７及び４８
と少なくとも略類似している。この場合、第６差動増幅
器７２はエミッタ結合された一対のトランジスタ７４及
び７５を有し、第７差動増幅器７３はエミッタ結合され
た一対のトランジスタ７６及び７７を有している。第６
差動増幅器７２におけるトランジスタ７４及び７５の相
互接続されたエミッタ端子は電流源７８を介して接地さ
れ、第７差動増幅器７３におけるトランジスタ７６及び
７７の相互接続されたエミッタ端子は電流源７９を介し
て接地されている。第６差動増幅器７２における第２ト
ランジスタ７５のベース端子は第４基準電圧源８０を介
して接地され、第７差動増幅器７３における第２トラン
ジスタ７７のベース端子は第５基準電圧源８１を介して
接地されている。第６及び第７差動増幅器７２及び７３
の上記電流源７８及び７９は、好ましくは、前記第３〜
第５差動増幅器４６〜４８の電流源５５〜５７と構成が
各々類似のものとする。しかしながら、第６差動増幅器
７２の第４基準電圧源８０は直流基準電圧ＵREF80を出
力するように構成し、該電圧は前記第１基準電圧源５８
の直流基準電圧ＵREF58よりも低いものとする。また、
第７差動増幅器７３の第５基準電圧源８１は直流基準電
圧ＵREF81を出力するように構成し、該電圧は前記第３
基準電圧源６０の直流基準電圧ＵREF60よりも高いもの
とする。好ましくは、電圧ＵREF80は０．９ボルトと
し、電圧ＵREF81は１．３ボルトとする。第６及び第７
差動増幅器７２及び７３の第１トランジスタ７４及び７
６のコレクタ端子はノード６１に接続され、第６及び第
７差動増幅器７２及び７３の第２トランジスタ７５及び
７７のコレクタ端子は出力端子２２に接続されている。

【００４６】図５の回路の上述した構成によれば、入力
端子２０における電圧Ｕ20（入力信号）と出力端子２２
における電圧Ｕ22（出力信号）との間に図６に示すよう
な全伝達関数が得られるであろう。直流基準電圧ＵREF5
8〜ＵREF60の近傍において、図６の上記全伝達関数は図
４のものに相当する。入力信号Ｕ20のより大きな電圧値
に向かって、当該曲線の上記部分には直流基準電圧ＵRE
F60とＵREF81との間の他の最大値が隣接し、また同様に
入力信号Ｕ20のより小さな値に向かっては基準直流電圧
ＵREF80とＵREF58との間に他の最小値が得られる。第６
及び第７差動増幅器７２及び７３の自己伝達関数が、図
４のものと比較すると、第４差動増幅器４７の自己伝達
関数と同一の符号で且つ対応する直流基準電圧ＵREF80
とＵREF81の順序で全伝達関数に加算されている。この
ように、図６の全伝達関数は最低の直流基準電圧ＵREF8
0から最高の直流基準電圧ＵREF81への順で交互に変化す
る符号で組み合わされた５つの自己伝達関数を有してい
る。この場合、全ての自己伝達関数は線形領域に同様な
傾斜を有すると共に飽和領域に同様な限界値を有し、単
に各直流基準電圧に応じて零点に関して相互にずれてい
るのみであり、従って図６の伝達関数は直流基準電圧Ｕ
REF80〜ＵREF81の領域においては少なくとも近似５次関
数である。

【００４７】図５の回路の他の変形例では、第６及び第
７差動増幅器７２及び７３並びにそれらの基準電圧源８
０及び８１の接続は、例えば図４のものと比較して図６
の全伝達関数の付加的な最大点及び最小点の両方が第３
基準電圧源６０の直流基準電圧ＵREF60より上で又は第
１基準電圧源５８の直流基準電圧ＵREF58より下で発生
するように、構成してもよい。同様に、更に他の差動増
幅器を用いて付加的な最小点及び最大点を更に導入し、
これにより、より高次の全伝達関数を発生させることも
容易に可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、測定手段と組み合わされた本発明に
よる回路の第１実施例の回路図、

【図２】 図２は、図１の回路の出力端子における電流
を温度に対してプロットしたグラフ、

【図３】 図３は、本発明による回路の第２実施例の回
路図、

【図４】 図４は、図３の回路の全伝達関数を示すグラ
フ、

【図５】 図５は、本発明による回路の第３実施例の回
路図、

【図６】 図６は、図５の回路の全伝達関数を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１、２…差動増幅器、 １０…電源電圧端子、 ２０、２１…入力端子、 ２２…出力端子、 ２４…カレントミラー、 ４６、４７、４８…差動増幅器、 ５８、５９、６０…基準電圧源、 ６２…カレントミラー、 ７２、７３…差動増幅器、 ８０、８１…基準電圧源。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号（Ｕ20）を受ける入力端子（２
   ０、２１）と、 出力信号（Ｕ22）を取り出す出力端子（２２）と、 前記出力信号（Ｕ22）と前記入力信号（Ｕ20）との間の
   比として定義される全伝達関数とを有し、 上記全伝達関数が線形領域内に異なる傾斜を有するか、
   飽和領域内に異なる限界値を有するか、又は異なる零点
   を有するかの少なくともいずれか一つを満たす少なくと
   も２つの差動増幅器（１、２；46、47、48；72、73）の
   各自己伝達関数を、前記全伝達関数が少なくとも部分的
   に少なくとも三次の関数に少なくとも略一致するよう
   に、正及び負の符号で交互に加算することにより得られ
   るように構成したことを特徴とする回路。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の回路において、前記全
   伝達特性は線形領域内に互いに異なる傾斜を有し且つ飽
   和領域内に限界値を各々有するような少なくとも２つの
   差動増幅器（１、２）の各自己伝達関数を前記傾斜の減
   少順に正及び負の符号で交互に加算することにより形成
   され、前記限界値が前記傾斜の減少順に単調に増加する
   ようになっていることを特徴とする回路。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の回路において、前記全
   伝達特性は異なる零点を持つ少なくとも３つの差動増幅
   器（46、47、48；72、73）の各自己伝達関数を前記零点
   の順に正及び負の符号で交互に加算することにより形成
   されることを特徴とする回路。
4. 【請求項４】 前記全伝達特性が少なくとも部分的に少
   なくとも略三次の関数であるような請求項１、請求項２
   又は請求項３に記載の回路において、該回路が、更に、 所定温度範囲内に温度対共振周波数特性関数を有する水
   晶であって、該特性関数が少なくとも部分的に少なくと
   も略三次の関数に対応するような水晶と、 補正信号により、該補正信号と前記共振周波数との間の
   少なくとも略線形な伝達関数で前記共振周波数を補正す
   る補正手段と、 前記水晶の温度に少なくとも略線形に依存するような値
   を持つ測定信号を形成する測定手段（30、31）と、に組
   み合わされ、前記測定信号は前記回路（１、２、24）に
   前記入力信号として供給され、該回路は前記入力信号か
   ら前記全伝達関数に基づいて形成された前記出力信号を
   前記補正信号として前記補正手段に供給し、これにより
   該補正手段に結合された前記水晶の前記共振周波数が前
   記温度範囲において少なくとも略温度に依存しないよう
   にしたことを特徴とする回路。
5. 【請求項５】 請求項１若しくは請求項２に記載の回
   路、又は請求項１若しくは請求項２に従属する請求項４
   に記載の回路において、前記差動増幅器の各々がエミッ
   タ端子が少なくとも１つのエミッタ抵抗を介して結合さ
   れるトランジスタ対を有し、前記各差動増幅器の線形領
   域における自己伝達関数の傾斜が前記エミッタ抵抗の値
   を選択することにより調整されることを特徴とする回
   路。
6. 【請求項６】 請求項１若しくは請求項２に記載の回
   路、又は請求項１若しくは請求項２に従属する請求項４
   に記載の回路において、前記差動増幅器（２）はエミッ
   タ結合された第１及び第２バイポーラ・プラナ・トラン
   ジスタの第１及び第２の対（12、13及び14、15）を有
   し、前記第１の対における第１トランジスタ（12）のベ
   ース及びコレクタ端子は前記第２の対における第１トラ
   ンジスタ（14）の対応する端子に各々結合され、前記第
   １の対における第２トランジスタ（13）のベース及びコ
   レクタ端子は前記第２の対における第２トランジスタ
   （15）の対応する端子に各々結合され、前記第１の対に
   おける第２トランジスタ（13）のエミッタ面積と前記第
   ２の対における第１トランジスタ（14）のエミッタ面積
   とは互いに等しく且つ他方の２つのトランジスタ（12、
   15）の相互に等しいエミッタ面積よりも所定ファクタだ
   け大きい又は小さいことを特徴とする回路。