JPH10270941A - 温度補償圧電発振器 - Google Patents
温度補償圧電発振器Info
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- JPH10270941A JPH10270941A JP9170797A JP9170797A JPH10270941A JP H10270941 A JPH10270941 A JP H10270941A JP 9170797 A JP9170797 A JP 9170797A JP 9170797 A JP9170797 A JP 9170797A JP H10270941 A JPH10270941 A JP H10270941A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の間接型ＴＣＸＯにおいては補償電圧を
生成するために温度特性を数回測定する必要があり、そ
の調整に多大の工数を要するという欠点があった。更
に、ＩＣ化技術を用いて小型化を図る場合、サーミスタ
機能をＩＣに組み入れることは至難であり、ＴＣＸＯの
小型化に限界があるという欠点があった。 【解決手段】 温度補償圧電発振器において、補償電圧
発生回路を温度に比例した電圧を生成する回路とトラン
ジスタのベース・エミッタ間電圧の非線形性を利用して
構成した３倍の対数電圧変換部、指数電圧変換部及び線
形変換部から構成する。
生成するために温度特性を数回測定する必要があり、そ
の調整に多大の工数を要するという欠点があった。更
に、ＩＣ化技術を用いて小型化を図る場合、サーミスタ
機能をＩＣに組み入れることは至難であり、ＴＣＸＯの
小型化に限界があるという欠点があった。 【解決手段】 温度補償圧電発振器において、補償電圧
発生回路を温度に比例した電圧を生成する回路とトラン
ジスタのベース・エミッタ間電圧の非線形性を利用して
構成した３倍の対数電圧変換部、指数電圧変換部及び線
形変換部から構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電発振器に関し、
特に圧電振動子の周波数温度特性を補償するための回路
としてトランジスタやＦＥＴ等の半導体素子のｐｎ接合
部のダイオード特性を用いた温度補償圧電発振器に関す
る。
特に圧電振動子の周波数温度特性を補償するための回路
としてトランジスタやＦＥＴ等の半導体素子のｐｎ接合
部のダイオード特性を用いた温度補償圧電発振器に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、圧電発振器例えば水晶発振器の周
波数安定度の向上、小型化、価格低減等はめざましいも
のがあり、携帯電話端末等の普及に大いに貢献してい
る。水晶振動子、例えばＡＴカット水晶振動子を用いた
水晶発振器の周波数温度特性は、ＡＴカット水晶振動子
の周波数温度特性にほぼ左右される。前記水晶振動子の
周波数温度特性を補償するため、種々の補償方法が提案
され実用化されているがその中の１つとして、水晶振動
子に直列に可変容量ダイオード等の電圧制御型可変リア
クタンスを挿入し、温度補償電圧発生回路を用いて前記
可変容量ダイオードの印加電圧をコントロールするよう
に構成した温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）があり、こ
のような温度補償方式を間接型と称している。該発振器
においては前記可変容量ダイオードの両端に印加する電
圧の変化によって発振周波数の変化をキャンセルするも
のである。図８（ａ）は従来の間接型ＴＣＸＯの一例を
示すブッロック図であり、同（ｂ）は補償電圧発生回路
の一例である。
波数安定度の向上、小型化、価格低減等はめざましいも
のがあり、携帯電話端末等の普及に大いに貢献してい
る。水晶振動子、例えばＡＴカット水晶振動子を用いた
水晶発振器の周波数温度特性は、ＡＴカット水晶振動子
の周波数温度特性にほぼ左右される。前記水晶振動子の
周波数温度特性を補償するため、種々の補償方法が提案
され実用化されているがその中の１つとして、水晶振動
子に直列に可変容量ダイオード等の電圧制御型可変リア
クタンスを挿入し、温度補償電圧発生回路を用いて前記
可変容量ダイオードの印加電圧をコントロールするよう
に構成した温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）があり、こ
のような温度補償方式を間接型と称している。該発振器
においては前記可変容量ダイオードの両端に印加する電
圧の変化によって発振周波数の変化をキャンセルするも
のである。図８（ａ）は従来の間接型ＴＣＸＯの一例を
示すブッロック図であり、同（ｂ）は補償電圧発生回路
の一例である。
【０００３】図８（ａ）に示す間接型ＴＣＸＯはトラン
ジスタ、抵抗及び容量等から成る増幅部ＡＭＰと、水晶
振動子Ｙと、可変容量ダイオードＤ及び抵抗Ｒと、数個
のサーミスタ及び数個の抵抗から成る補償電圧発生回路
Ｖｃｏｍｐとから構成される。補償電圧発生回路を更に
詳しく説明すると、同（ｂ）に示すようにサーミスタＲ
２（Ｔ）、Ｒ５（Ｔ）、Ｒ６（Ｔ）と抵抗Ｒ１、Ｒ３、
Ｒ４とから構成される回路である。図８（ａ）に示す可
変容量ダイオ−ドＤはそのアノ−ドとカソ−ド端子間に
逆電圧を印加し、その印加電圧が変化するとアノ−ド、
カソ−ド端子間の等価容量が変化するように機能する。
このＴＣＸＯは、前記補償電圧発生回路から発生する電
圧を前記可変容量ダイオードＤに印加して該ダイオード
の容量を変化させ、該容量の変化による発振ループの周
波数変化を、前記水晶振動子の周波数温度特性と逆特性
とすることにより前記水晶振動子の周波数温度特性を相
殺して、温度変化に対し発振周波数を一定値に保つもの
である。
ジスタ、抵抗及び容量等から成る増幅部ＡＭＰと、水晶
振動子Ｙと、可変容量ダイオードＤ及び抵抗Ｒと、数個
のサーミスタ及び数個の抵抗から成る補償電圧発生回路
Ｖｃｏｍｐとから構成される。補償電圧発生回路を更に
詳しく説明すると、同（ｂ）に示すようにサーミスタＲ
２（Ｔ）、Ｒ５（Ｔ）、Ｒ６（Ｔ）と抵抗Ｒ１、Ｒ３、
Ｒ４とから構成される回路である。図８（ａ）に示す可
変容量ダイオ−ドＤはそのアノ−ドとカソ−ド端子間に
逆電圧を印加し、その印加電圧が変化するとアノ−ド、
カソ−ド端子間の等価容量が変化するように機能する。
このＴＣＸＯは、前記補償電圧発生回路から発生する電
圧を前記可変容量ダイオードＤに印加して該ダイオード
の容量を変化させ、該容量の変化による発振ループの周
波数変化を、前記水晶振動子の周波数温度特性と逆特性
とすることにより前記水晶振動子の周波数温度特性を相
殺して、温度変化に対し発振周波数を一定値に保つもの
である。
【０００４】また、特開平３ー２９５０５に開示されて
いる周波数温度補償方法は、図９に示すように横軸に温
度Ｔ、縦軸にＶｃｏｍｐ（可変容量ダイオードに印加す
る電圧と変化する周波数が比例するため、縦軸は周波数
変化△ｆ／ｆとしてもよい）を選び、変曲点温度をＴR
とすれば、変曲点温度ＴRより高温では温度差（Ｔ−ＴR
）に比例する直線項（−ｃ＊（Ｔ−ＴR））と、指数関
数（ｅｘｐ｛ａ１＊（Ｔ−ＴR）｝）との合成による電
圧が生成し、一方、変曲点温度をＴRより低温では温度
差（Ｔ−ＴR ）に比例する直線項（−ｃ＊（Ｔ−
ＴR））と、逆指数項（ｅｘｐ｛−ａ２＊（Ｔ−
ＴR）｝）との合成による電圧が生成するように補償回
路を工夫している。これらの出力電圧を演算増幅器の反
転入力端に加えて合成し、該電圧を可変容量ダイオード
に印加することにより水晶振動子の周波数温度特性を相
殺するようにした回路構成である。
いる周波数温度補償方法は、図９に示すように横軸に温
度Ｔ、縦軸にＶｃｏｍｐ（可変容量ダイオードに印加す
る電圧と変化する周波数が比例するため、縦軸は周波数
変化△ｆ／ｆとしてもよい）を選び、変曲点温度をＴR
とすれば、変曲点温度ＴRより高温では温度差（Ｔ−ＴR
）に比例する直線項（−ｃ＊（Ｔ−ＴR））と、指数関
数（ｅｘｐ｛ａ１＊（Ｔ−ＴR）｝）との合成による電
圧が生成し、一方、変曲点温度をＴRより低温では温度
差（Ｔ−ＴR ）に比例する直線項（−ｃ＊（Ｔ−
ＴR））と、逆指数項（ｅｘｐ｛−ａ２＊（Ｔ−
ＴR）｝）との合成による電圧が生成するように補償回
路を工夫している。これらの出力電圧を演算増幅器の反
転入力端に加えて合成し、該電圧を可変容量ダイオード
に印加することにより水晶振動子の周波数温度特性を相
殺するようにした回路構成である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の間
接型ＴＣＸＯにおいては補償電圧を生成するために数回
の温度特性に関する測定が必要であり、その調整に多大
の工数を要するという欠点があった。更に、ＩＣ化技術
を用いて小型化を図る場合、サーミスタ機能をＩＣに組
み入れることは至難であり、ＴＣＸＯの小型化に限界が
あるという欠点があった。また、水晶振動子の周波数温
度特性は一般に温度の３次関数で表されるため、温度補
償電圧を温度に関し３次関数的に生成するのが望まし
い。しかしながら、指数関数等を用いた従来の方法で
は、温度変動に対し可変容量ダイオードの両端に印加さ
れる温度補償電圧は、指数関数電圧と１次関数電圧との
和により生成されるため、高精度の温度補償を行うこと
が困難であった。本発明は上記の欠点を解決するために
なされたものであって、高精度の温度補償が可能である
のみならず温度補償回路のＩＣ化を可能とし小型化に適
したＴＣＸＯを提供することを目的とする。
接型ＴＣＸＯにおいては補償電圧を生成するために数回
の温度特性に関する測定が必要であり、その調整に多大
の工数を要するという欠点があった。更に、ＩＣ化技術
を用いて小型化を図る場合、サーミスタ機能をＩＣに組
み入れることは至難であり、ＴＣＸＯの小型化に限界が
あるという欠点があった。また、水晶振動子の周波数温
度特性は一般に温度の３次関数で表されるため、温度補
償電圧を温度に関し３次関数的に生成するのが望まし
い。しかしながら、指数関数等を用いた従来の方法で
は、温度変動に対し可変容量ダイオードの両端に印加さ
れる温度補償電圧は、指数関数電圧と１次関数電圧との
和により生成されるため、高精度の温度補償を行うこと
が困難であった。本発明は上記の欠点を解決するために
なされたものであって、高精度の温度補償が可能である
のみならず温度補償回路のＩＣ化を可能とし小型化に適
したＴＣＸＯを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る温度補償圧電発振器の請求項１記載の発
明は、増幅器、圧電振動子及び可変容量ダイオードとを
含む電圧制御圧電発振器と補償電圧発生回路とから構成
する温度補償圧電発振器において、前記補償電圧発生回
路を温度に比例した電圧を生成する温度センサと電圧電
流変換回路とトランジスタのＶｂｅ（ベース・エミッタ
間電圧）の非線形性を利用して構成した３倍の対数電圧
変換部及び指数電圧変換部と線形変換部から構成される
ことを特徴とする温度補償圧電発振器である。
に本発明に係る温度補償圧電発振器の請求項１記載の発
明は、増幅器、圧電振動子及び可変容量ダイオードとを
含む電圧制御圧電発振器と補償電圧発生回路とから構成
する温度補償圧電発振器において、前記補償電圧発生回
路を温度に比例した電圧を生成する温度センサと電圧電
流変換回路とトランジスタのＶｂｅ（ベース・エミッタ
間電圧）の非線形性を利用して構成した３倍の対数電圧
変換部及び指数電圧変換部と線形変換部から構成される
ことを特徴とする温度補償圧電発振器である。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示した実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るＴ
ＣＸＯの一実施の形態を示すブロック図である。この例
に示す本発明に係るＴＣＸＯは増幅器２、水晶振動子
Ｙ、可変容量ダイオードＤ及び抵抗Ｒから構成される電
圧制御水晶発振器１と、温度センサ４、電圧電流変換回
路５、３次項電流変換回路６、３次項電流変換回路７、
１次項電流変換回路８、電源Ｂ0及び抵抗Ｒ0とから成る
バイアス回路より構成される温度補償電圧発生回路３と
より成る。該温度補償電圧発生回路３より発生する電圧
を抵抗Ｒを介して前記可変容量ダイオードＤに印加し、
該ダイオードの容量を変化させ、それによる周波数温度
変化が水晶振動子の周波数温度特性と逆特性になるよう
に作用させることにより、補償を行うものである。ここ
で３次項電流変換回路６と７との違いは変曲点温度より
高温では回路６が動作し、変曲点温度より低温では回路
７が動作するようにした点である。
形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るＴ
ＣＸＯの一実施の形態を示すブロック図である。この例
に示す本発明に係るＴＣＸＯは増幅器２、水晶振動子
Ｙ、可変容量ダイオードＤ及び抵抗Ｒから構成される電
圧制御水晶発振器１と、温度センサ４、電圧電流変換回
路５、３次項電流変換回路６、３次項電流変換回路７、
１次項電流変換回路８、電源Ｂ0及び抵抗Ｒ0とから成る
バイアス回路より構成される温度補償電圧発生回路３と
より成る。該温度補償電圧発生回路３より発生する電圧
を抵抗Ｒを介して前記可変容量ダイオードＤに印加し、
該ダイオードの容量を変化させ、それによる周波数温度
変化が水晶振動子の周波数温度特性と逆特性になるよう
に作用させることにより、補償を行うものである。ここ
で３次項電流変換回路６と７との違いは変曲点温度より
高温では回路６が動作し、変曲点温度より低温では回路
７が動作するようにした点である。
【０００８】図１に示す電圧制御水晶発振器１はその発
振周波数の変化量が可変容量ダイオードＤの両端に印加
する電圧変化に比例するように構成された水晶発振器で
あって、電圧制御型発振器として既に良く知られたもの
であるので動作についての詳細な説明は省略する。ま
た、図１に示す破線で囲った温度補償電圧発生回路３の
作用を詳しく説明すると、温度センサ４と電圧電流変換
回路５とにより温度Ｔに比例する電流Ｉinを生成し、そ
れを３次項電流変換回路６と回路７に加えて夫々温度Ｔ
の３乗に比例する電流Ｉ3aとＩ3bとを生成する。更に、
前記電流Ｉinを１次項電流変換回路に加えて温度Ｔに比
例する電流Ｉ1を生成し、前記電流Ｉ3a 、Ｉ3b とＩ1を
合成することにより電流Ｉinに関する３次式、即ち次式
を得る。
振周波数の変化量が可変容量ダイオードＤの両端に印加
する電圧変化に比例するように構成された水晶発振器で
あって、電圧制御型発振器として既に良く知られたもの
であるので動作についての詳細な説明は省略する。ま
た、図１に示す破線で囲った温度補償電圧発生回路３の
作用を詳しく説明すると、温度センサ４と電圧電流変換
回路５とにより温度Ｔに比例する電流Ｉinを生成し、そ
れを３次項電流変換回路６と回路７に加えて夫々温度Ｔ
の３乗に比例する電流Ｉ3aとＩ3bとを生成する。更に、
前記電流Ｉinを１次項電流変換回路に加えて温度Ｔに比
例する電流Ｉ1を生成し、前記電流Ｉ3a 、Ｉ3b とＩ1を
合成することにより電流Ｉinに関する３次式、即ち次式
を得る。
【０００９】
【数１】
【００１０】ここで、Ａ3、Ａ1は比例定数であり、電流
Ｉinは温度Ｔに比例する電流とすれば
Ｉinは温度Ｔに比例する電流とすれば
【００１１】
【数２】
【００１２】従ってＶCは温度Ｔに関する３次式とな
り、次式のように書くことができる。
り、次式のように書くことができる。
【００１３】
【数３】
【００１４】ここで、ａ3、ａ1は夫々３次と１次の比例
定数あり、発生電圧Ｖｃは変曲点温度ＴRにおいて３次
と１次の項を有する点対称な曲線となる。破線で囲んだ
電圧制御水晶発振器１の可変容量ダイオードＤに式３で
表す電圧ＶC を印加すると、前記電圧制御水晶発振器１
は印加電圧Ｖｃに比例して周波数が変化すうように設計
されているので、その発振周波数は３次関数的に変化す
ることになり、水晶振動子の周波数温度特性と相殺し、
ほぼ一定の周波数を維持することが可能となる。図２は
横軸に電流Ｉinを、縦軸に温度補償電圧ＶC として、上
述した温度補償電圧ＶC の特性の例と水晶振動子Ｙの周
波数温度特性ｆＹとの関係を示す図であり、図示したよ
うに水晶振動子の周波数温度特性ｆＹと逆特性となるよ
うに、温度補償電圧Ｖｃを発生させる。なお、同図にお
いては電流Ｉinは温度Ｔに比例するので横軸を温度Ｔ考
えてもよい。
定数あり、発生電圧Ｖｃは変曲点温度ＴRにおいて３次
と１次の項を有する点対称な曲線となる。破線で囲んだ
電圧制御水晶発振器１の可変容量ダイオードＤに式３で
表す電圧ＶC を印加すると、前記電圧制御水晶発振器１
は印加電圧Ｖｃに比例して周波数が変化すうように設計
されているので、その発振周波数は３次関数的に変化す
ることになり、水晶振動子の周波数温度特性と相殺し、
ほぼ一定の周波数を維持することが可能となる。図２は
横軸に電流Ｉinを、縦軸に温度補償電圧ＶC として、上
述した温度補償電圧ＶC の特性の例と水晶振動子Ｙの周
波数温度特性ｆＹとの関係を示す図であり、図示したよ
うに水晶振動子の周波数温度特性ｆＹと逆特性となるよ
うに、温度補償電圧Ｖｃを発生させる。なお、同図にお
いては電流Ｉinは温度Ｔに比例するので横軸を温度Ｔ考
えてもよい。
【００１５】図１の回路を更に具体的に説明する。図３
は変曲点温度より高温において入力電流の３次の項を発
生させる３次項電流変換回路６の具体例を示すものであ
る。電流源Ｉ0は、周囲温度Ｔの変化に比例した電流Ｉ
inを出力する通常の回路を用いる。例えば定電圧源に抵
抗とダイオードとの直列回路を接続し、そのカソードを
接地する。アノードの電圧をＶｉｎとし、該電圧を演算
増幅器の非反転端子に接続し、その出力をトランジスタ
のベースに入力する。更に、前記演算増幅器の反転端子
と前記トランジスタのエミッタを接続し、抵抗Ｒｏｕｔ
を介して接地すれば、コレクタからエミッタに流れる電
流Ｉｍは前記演算増幅器の入力電圧Ｖｉｎ／Ｒｏｕｔと
なる。また、前記電圧Ｖｉｎは周知のよに周囲温度Ｔに
比例するから、前記エミッタ電流Ｉｍは温度Ｔに比例す
る。一方、ショットキ理論として知られているように、
電流ＩinがトランジスタＱａ１〜Ｑａ３を流れることに
より点ｐ３−接地ＧＮＤ間、点ｐ２−ｐ３間、点ｐ１−
ｐ２間にはそれぞれ電流Ｉinの対数に比例した電圧が発
生する。これらの電圧、即ち各トランジスタのコレクタ
−エミッタ間電圧は、何れも等しいため、点ｐ１の電圧
は、点ｐ３の電圧の３倍、即ち３・ｌｎ（Ｉin）に比例
した電圧となる。トランジスタＱａ４、Ｑａ５により電
位をベース・エミッタ間の電位の２倍（２・Ｖｂｅ）だ
け下げるレベルシフトを行うと共に、周知のように前段
のＱａ１〜Ｑａ３のそれぞれのＶｂｅの温度特性をＱａ
４〜Ｑａ６のそれぞれのＶｂｅの温度特性で相殺して補
償するためのものでもある。従って、点Ｐ５の電圧変化
と点ｐ１の電圧変化は等しい。また、Ｑａ６のコレクタ
には点ｐ５の電圧に対して半導体のショトキー障壁と知
られている指数関数的なコレクタ電流が流れる。その結
果、コレクタ電流ＩacはＩin変化の３乗に比例した電流
となる。即ち
は変曲点温度より高温において入力電流の３次の項を発
生させる３次項電流変換回路６の具体例を示すものであ
る。電流源Ｉ0は、周囲温度Ｔの変化に比例した電流Ｉ
inを出力する通常の回路を用いる。例えば定電圧源に抵
抗とダイオードとの直列回路を接続し、そのカソードを
接地する。アノードの電圧をＶｉｎとし、該電圧を演算
増幅器の非反転端子に接続し、その出力をトランジスタ
のベースに入力する。更に、前記演算増幅器の反転端子
と前記トランジスタのエミッタを接続し、抵抗Ｒｏｕｔ
を介して接地すれば、コレクタからエミッタに流れる電
流Ｉｍは前記演算増幅器の入力電圧Ｖｉｎ／Ｒｏｕｔと
なる。また、前記電圧Ｖｉｎは周知のよに周囲温度Ｔに
比例するから、前記エミッタ電流Ｉｍは温度Ｔに比例す
る。一方、ショットキ理論として知られているように、
電流ＩinがトランジスタＱａ１〜Ｑａ３を流れることに
より点ｐ３−接地ＧＮＤ間、点ｐ２−ｐ３間、点ｐ１−
ｐ２間にはそれぞれ電流Ｉinの対数に比例した電圧が発
生する。これらの電圧、即ち各トランジスタのコレクタ
−エミッタ間電圧は、何れも等しいため、点ｐ１の電圧
は、点ｐ３の電圧の３倍、即ち３・ｌｎ（Ｉin）に比例
した電圧となる。トランジスタＱａ４、Ｑａ５により電
位をベース・エミッタ間の電位の２倍（２・Ｖｂｅ）だ
け下げるレベルシフトを行うと共に、周知のように前段
のＱａ１〜Ｑａ３のそれぞれのＶｂｅの温度特性をＱａ
４〜Ｑａ６のそれぞれのＶｂｅの温度特性で相殺して補
償するためのものでもある。従って、点Ｐ５の電圧変化
と点ｐ１の電圧変化は等しい。また、Ｑａ６のコレクタ
には点ｐ５の電圧に対して半導体のショトキー障壁と知
られている指数関数的なコレクタ電流が流れる。その結
果、コレクタ電流ＩacはＩin変化の３乗に比例した電流
となる。即ち
【００１６】
【数４】
【００１７】図１に示した回路に上述した３次項電流変
換回路６を適用すればこのコレクタ電流Ｉacが抵抗Ｒa1
に流れ、これにバイアス電圧Ｖrefが加算されると、点
Ｐ６の電圧ＶaoutはＲa1・ Ｉac＋Ｖrefとなる。周囲温
度Ｔに比例する電流Ｉinと点Ｐ６の電圧Ｖaoutの関係を
図４に示す。また、図３に示した補償電圧発生回路は、
上述したようにＱａ１〜Ｑａ３のそれぞれのＶｂｅの温
度特性をＱａ４〜Ｑａ６のそれぞれのＶｂｅの温度特性
で相殺して補償するため、周囲温度が変化しても図４の
特性は変わらない。このことは、図３の温度補償回路に
つながる電圧制御水晶発振回路の周波数温度特性および
温度センサの特性が既知であれば、常温でも温度補償回
路の調整が可能であることを示している。
換回路６を適用すればこのコレクタ電流Ｉacが抵抗Ｒa1
に流れ、これにバイアス電圧Ｖrefが加算されると、点
Ｐ６の電圧ＶaoutはＲa1・ Ｉac＋Ｖrefとなる。周囲温
度Ｔに比例する電流Ｉinと点Ｐ６の電圧Ｖaoutの関係を
図４に示す。また、図３に示した補償電圧発生回路は、
上述したようにＱａ１〜Ｑａ３のそれぞれのＶｂｅの温
度特性をＱａ４〜Ｑａ６のそれぞれのＶｂｅの温度特性
で相殺して補償するため、周囲温度が変化しても図４の
特性は変わらない。このことは、図３の温度補償回路に
つながる電圧制御水晶発振回路の周波数温度特性および
温度センサの特性が既知であれば、常温でも温度補償回
路の調整が可能であることを示している。
【００１８】図４は変曲点温度より高温の３次関数であ
るが、水晶振動子の周波数温度特性を補償するには、所
定の温度範囲で変曲点ＴRを有する完全な３次関数が必
要である。変曲点ＴRより低温で図４の特性の逆特性を
得る回路を図５に示すが、用いるトランジスタの種類、
電流源の符号等が異なる点を除けば動作原理は図３の回
路と同様である。図５の回路の点ｐ６’の電圧Ｖboutも
図３の場合と同様にＩinの変化の３乗に比例する電圧が
得られる。図６は周囲温度Ｔに比例する入力電流Ｉinと
出力電圧Ｖboutの関係を示す図でり、図３と逆特性とな
っている。また、上記した図３と図５の２つの３次項電
圧発生回路は、変曲点温度を境として独立に動作するの
で、高温側、低温側の３次項電圧の調整を独立に行うこ
とができる。１次項電圧、３次項電圧を加算した３次式
の温度補償電圧は、図４および図６に１次の項の和とし
て得られ、これは図２に示す特性となる。
るが、水晶振動子の周波数温度特性を補償するには、所
定の温度範囲で変曲点ＴRを有する完全な３次関数が必
要である。変曲点ＴRより低温で図４の特性の逆特性を
得る回路を図５に示すが、用いるトランジスタの種類、
電流源の符号等が異なる点を除けば動作原理は図３の回
路と同様である。図５の回路の点ｐ６’の電圧Ｖboutも
図３の場合と同様にＩinの変化の３乗に比例する電圧が
得られる。図６は周囲温度Ｔに比例する入力電流Ｉinと
出力電圧Ｖboutの関係を示す図でり、図３と逆特性とな
っている。また、上記した図３と図５の２つの３次項電
圧発生回路は、変曲点温度を境として独立に動作するの
で、高温側、低温側の３次項電圧の調整を独立に行うこ
とができる。１次項電圧、３次項電圧を加算した３次式
の温度補償電圧は、図４および図６に１次の項の和とし
て得られ、これは図２に示す特性となる。
【００１９】上述したように入力電流Ｉinは周囲温度Ｔ
に比例するため、図２は温度Ｔに関する３次関数のグラ
フでもある。図３及び図５の抵抗Ｒａ１、Ｒｂ１を調整
することにより温度Ｔに関する３次項の係数を調整する
ことが可能である。また、上記の図３及び図５の回路構
成により、周囲温度Ｔの変化によらず入力電流Ｉinに対
し所望の３次関数電圧の調整が常温で可能となる。図７
は本発明になる温度補償電圧発生回路を用いたＴＣＸＯ
の試作例であり、水晶振動子の周波数温度特性曲線αが
本発明の温度補償電圧発生回路により曲線βで示すで示
すように補償された。
に比例するため、図２は温度Ｔに関する３次関数のグラ
フでもある。図３及び図５の抵抗Ｒａ１、Ｒｂ１を調整
することにより温度Ｔに関する３次項の係数を調整する
ことが可能である。また、上記の図３及び図５の回路構
成により、周囲温度Ｔの変化によらず入力電流Ｉinに対
し所望の３次関数電圧の調整が常温で可能となる。図７
は本発明になる温度補償電圧発生回路を用いたＴＣＸＯ
の試作例であり、水晶振動子の周波数温度特性曲線αが
本発明の温度補償電圧発生回路により曲線βで示すで示
すように補償された。
【００２０】上記の説明においては水晶振動子を用いた
水晶発振器を例にしたが、本発明は水晶振動子に限るも
のではなくタンタル酸リチイル、ニオブ酸リチウム、四
ホウ酸リチウム、圧電セラミックスなどの圧電材料用い
た振動子を用いて構成した温度補償発振器に適用しても
よい。また、図２、図４、図５に示したＱａ１、Ｑａ
２、Ｑａ３およびＱｂ１、Ｑｂ２、Ｑｂ３は、ダイオー
ド、またはダイオード相当の動作をするようにトランジ
スタを接続して用いれば、本発明が適用できることは言
うまでもない。
水晶発振器を例にしたが、本発明は水晶振動子に限るも
のではなくタンタル酸リチイル、ニオブ酸リチウム、四
ホウ酸リチウム、圧電セラミックスなどの圧電材料用い
た振動子を用いて構成した温度補償発振器に適用しても
よい。また、図２、図４、図５に示したＱａ１、Ｑａ
２、Ｑａ３およびＱｂ１、Ｑｂ２、Ｑｂ３は、ダイオー
ド、またはダイオード相当の動作をするようにトランジ
スタを接続して用いれば、本発明が適用できることは言
うまでもない。
【００２１】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成するも
のであるから、３次曲線を有するＡＴカット水晶振動子
の特性と逆特性を有する回路を容易に構成できるため高
精度のＴＣＸＯが可能となり、且つ温度補償を常温で行
うことがでるため補償効率が大幅に向上した。また、温
度補償回路を構成する素子数を少なくしたことで、ＩＣ
化が容易となる温度補償水晶発振器を実現するうえで著
しい効果を奏する。
のであるから、３次曲線を有するＡＴカット水晶振動子
の特性と逆特性を有する回路を容易に構成できるため高
精度のＴＣＸＯが可能となり、且つ温度補償を常温で行
うことがでるため補償効率が大幅に向上した。また、温
度補償回路を構成する素子数を少なくしたことで、ＩＣ
化が容易となる温度補償水晶発振器を実現するうえで著
しい効果を奏する。
【図１】本発明に係る温度補償発振器の一形態例を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図２】図１の回路を用いて生成した温度補償電圧であ
る。
る。
【図３】ｎｐｎトランジスタで構成した３次項電圧発生
回路の一構成図である。
回路の一構成図である。
【図４】図３の回路の入出力特性図を示す図である。
【図５】ｐｎｐトランジスタで構成した３次項電圧発生
回路の一構成図である。
回路の一構成図である。
【図６】図５の回路の入出力特性図を示す図である。
【図７】水晶振動子の周波数温度特性αと本発明を用い
て試作した温度補償水晶発振器の温度特性βを示す図で
ある。
て試作した温度補償水晶発振器の温度特性βを示す図で
ある。
【図８】（ａ）従来の間接型ＴＣＸＯの回路、（ｂ）補
償電圧発生回路である。
償電圧発生回路である。
１・・電圧制御圧電発振器 ２・・増幅器 ３・・補償電圧発生回路 ４・・温度センサ ５・・電圧電流変換回路 ６・・３次項電流変換回路Ａ ７・・３次項電流変換回路Ｂ ８・・１次項電流変換回路 Ｒ、Ｒ0、Ｒ１、Ｒa1、Ｒb1・・抵抗 Ｄ・・可変容量ダイオード Ｙ・・圧電振動子 ｆＹ・・振動子の温度特性 Ｂ0、Ｖｃｃ・・電源 Ｉ0・・電流源 Ｉin、Ｉa1、Ｉb1・・電流 Ｑａ１、Ｑａ２、Ｑａ３、Ｑａ４、Ｑａ５、Ｑａ６・・
トランジスタ Ｑｂ１、Ｑｂ２、Ｑｂ３、Ｑｂ４、Ｑｂ５、Ｑｂ６・・
トランジスタ Ｖｃ、Ｖaout，Ｖbout，Ｖref・・電圧 整理番号 Ｆ９６−１２５
ページ （１） 化学式等を記載した書面 明細書
トランジスタ Ｑｂ１、Ｑｂ２、Ｑｂ３、Ｑｂ４、Ｑｂ５、Ｑｂ６・・
トランジスタ Ｖｃ、Ｖaout，Ｖbout，Ｖref・・電圧 整理番号 Ｆ９６−１２５
ページ （１） 化学式等を記載した書面 明細書
【数１】ＶC ＝Ａ3Ｉin 3＋Ａ1Ｉin ＶC ：可変容量ダイオードの印加電圧 Ｉin ：温度に比例した電流 Ａ3、Ａ1：定数
【数２】Ｉin∝Ｔ
【数３】ＶC＝ａ3（Ｔ−ＴR）3＋ａ1（Ｔ−ＴR）＋Ｖ
ref ａ3、ａ1 ：定数 ＴR ：変曲点温度
ref ａ3、ａ1 ：定数 ＴR ：変曲点温度
【数４】Ｉac ＝ｋ・ｅｘｐ（３・ｌｎ（ Ｉin ））＝
ｋ・Ｉin 3
ｋ・Ｉin 3
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年１２月２３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】追加
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る温度補償発振器の一形態例を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図２】図１の回路を用いて生成した温度補償電圧であ
る。
る。
【図３】ｎｐｎトランジスタで構成した３次項電圧発生
回路の一構成図である。
回路の一構成図である。
【図４】図３の回路の入出力特性図を示す図である。
【図５】ｐｎｐトランジスタで構成した３次項電圧発生
回路の一構成図である。
回路の一構成図である。
【図６】図５の回路の入出力特性図を示す図である。
【図７】水晶振動子の周波数温度特性αと本発明を用い
て試作した温度補償水晶発振器の温度特性βを示す図で
ある。
て試作した温度補償水晶発振器の温度特性βを示す図で
ある。
【図８】（ａ）従来の間接型ＴＣＸＯの回路、（ｂ）補
償電圧発生回路である。
償電圧発生回路である。
【図９】従来の指数関数と直線項を用いて三次曲線を温
度補償した方法である。
度補償した方法である。
【符号の説明】 １．．電圧制御圧電発振器 ２．．増幅器 ３．．補償電圧発生回路 ４．．温度センサ ５．．電圧電流変換回路 ６．．３次項電流変換回路Ａ ７．．３次項電流変換回路Ｂ ８．．１次項電流変換回路 Ｒ、Ｒ０、Ｒ１、Ｒａ１、Ｒｂ１．．抵抗 Ｄ．．可変容量ダイオード Ｙ．．圧電振動子 ｆＹ．．振動子の温度特性 Ｖ０、Ｖｃｃ．．電源 Ｉ０．．電流源 Ｉ１ｎ、Ｉａ１、Ｉｂ１、．．電流 Ｑａ１、Ｑａ２、Ｑａ３、Ｑａ４、Ｑａ５、Ｑａ６．．
トランジスタ Ｑｂ１、Ｑｂ２、Ｑｂ３、Ｑｂ４、Ｑｂ５、Ｑｂ６．．
トランジスタ Ｖｃ、Ｖａｏｕｔ、Ｖｂｏｕｔ、Ｖｒｅｆ、．．電圧
トランジスタ Ｑｂ１、Ｑｂ２、Ｑｂ３、Ｑｂ４、Ｑｂ５、Ｑｂ６．．
トランジスタ Ｖｃ、Ｖａｏｕｔ、Ｖｂｏｕｔ、Ｖｒｅｆ、．．電圧
Claims (1)
- 【請求項１】 増幅器、圧電振動子及び可変容量ダイオ
ードとを含む電圧制御圧電発振器と補償電圧発生回路と
から構成する温度補償圧電発振器において、前記補償電
圧発生回路を温度に比例した電圧を生成する温度センサ
と電圧電流変換回路とトランジスタのＶｂｅ（ベース・
エミッタ間電圧）の非線形性を利用して構成した３倍の
対数電圧変換部及び指数電圧変換部と線形変換部から構
成されることを特徴とする温度補償圧電発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9170797A JPH10270941A (ja) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | 温度補償圧電発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9170797A JPH10270941A (ja) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | 温度補償圧電発振器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10270941A true JPH10270941A (ja) | 1998-10-09 |
Family
ID=14033995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9170797A Pending JPH10270941A (ja) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | 温度補償圧電発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10270941A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002026657A (ja) * | 2000-07-03 | 2002-01-25 | Toyo Commun Equip Co Ltd | 温度補償圧電発振器 |
| WO2006046572A1 (ja) * | 2004-10-26 | 2006-05-04 | Epson Toyocom Corporation | 温度補償型圧電発振器 |
| JP2007267246A (ja) * | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 基準電流制御回路、温度補償機能付き水晶発振器制御ｉｃ、水晶発振器、ｔｃｘｏモジュールおよび携帯電話機 |
| JP2008271355A (ja) * | 2007-04-24 | 2008-11-06 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 表面実装用の温度補償水晶発振器 |
-
1997
- 1997-03-26 JP JP9170797A patent/JPH10270941A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002026657A (ja) * | 2000-07-03 | 2002-01-25 | Toyo Commun Equip Co Ltd | 温度補償圧電発振器 |
| JP4538913B2 (ja) * | 2000-07-03 | 2010-09-08 | エプソントヨコム株式会社 | 温度補償圧電発振器 |
| WO2006046572A1 (ja) * | 2004-10-26 | 2006-05-04 | Epson Toyocom Corporation | 温度補償型圧電発振器 |
| JP2007267246A (ja) * | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 基準電流制御回路、温度補償機能付き水晶発振器制御ｉｃ、水晶発振器、ｔｃｘｏモジュールおよび携帯電話機 |
| JP4745102B2 (ja) * | 2006-03-29 | 2011-08-10 | パナソニック株式会社 | 基準電流制御回路、温度補償機能付き水晶発振器制御ｉｃ、水晶発振器および携帯電話機 |
| JP2008271355A (ja) * | 2007-04-24 | 2008-11-06 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 表面実装用の温度補償水晶発振器 |
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