JPH11284435A - 発振器及びその設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の発振器では、精度の高い発振を行うた
めには、部品が高価であるか又は設定が容易でないとい
う問題点があったが、本発明では安価であり、かつ温度
特性の設定が容易でありながら精度の高い発振を行うこ
とができる発振器及びその設定方法を提供する。 【解決手段】 発振器は、サーミスタ１が測定した温度
をＡ／Ｄ変換器２がディジタル信号に変換してＣＰＵ３
に出力し、ＣＰＵ３がメモリ４に格納されている測定し
た温度に相当する温度しきい値に対応づけて格納されて
いる周波数レンジをＤ／Ａ変換器５に出力し、Ｄ／Ａ変
換器５がＶＣＸＯ６の発振する周波数を変化させる発振
器及びその設定方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話機等に用
いられる発振器に係り、特に精度の高い発振を行うこと
ができる発振器及びその設定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話機等で用いられる発振器は、精
度の高い発振を行うことが要求されるため、水晶発振子
を用いることになっている。しかし、水晶発振子は、温
度に対して敏感に反応し、発振周波数が温度によって微
妙に変化するので、この温度特性を補償する工夫がなさ
れているのが普通である。

【０００３】具体的には、水晶発振子は、図３に表すよ
うな温度特性を有することが知られているものである。
図３は、水晶発振子の温度特性を表す説明図である。ま
た、図３において、T は、温度であり、f は、実際に出
力される発振周波数であり、f0は、利用者が発振させよ
うとしている周波数である。

【０００４】そのため、従来の携帯電話機では、発振器
としてＴＣＸＯ（温度補償水晶発振子）のようなパッケ
ージされた部品を用いたり、サーミスタによって計測し
た温度によって温度補償を行うＶＣ−ＴＣＸＯ（電圧制
御温度補償水晶発振子）を用いたりしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の発振器では、ＴＣＸＯは高価であり、水晶発振子の
温度特性データによって設定定数を変化させる必要があ
り、また、ＶＣ−ＴＣＸＯでは、安価ではあるが、温度
特性データとして多数の温度で測定したものを用いなく
ては、精度の高い発振を行うことができず、高価である
か又は設定が容易でないという問題点があった。

【０００６】そこで、安価に、容易な設定で精度の高い
発振を行うことができるように、ＶＣＸＯ（電圧制御水
晶発振子）を用いて、実験的に得られた少数のパラメー
タを利用して周波数補正カーブを数学的に予測して算出
し、ＶＣＸＯの出力周波数を微調整するものが考えられ
ているが、精度の高い発振が要求される場合には、規格
を満足させることが困難である場合があるという問題点
があった。

【０００７】本発明は上記実情に鑑みて為されたもの
で、安価であり、かつ温度特性の設定が容易でありなが
ら信頼度が高く、かつ精度の高い発振を行うことができ
る発振器を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記従来例の問題点を解
決するための請求項１記載の発明は、発振器において、
複数の温度しきい値にそれぞれ対応する周波数レンジが
予め設定され、周囲の温度に相当する温度しきい値に対
応づけて設定された周波数レンジで信号を発振出力する
ことを特徴としており、温度しきい値に対応する周波数
レンジを適切に設定すれば、精度の高い発振を行うこと
ができる。

【０００９】上記従来例の問題点を解決するための請求
項２記載の発明は、発振器において、複数の温度しきい
値にそれぞれ対応する周波数レンジが予め設定されたメ
モリを具備し、周囲の温度を測定して電圧信号として出
力するサーミスタと、前記サーミスタから入力される前
記電圧信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器
と、前記ディジタル信号に相当する温度しきい値を前記
メモリから検索し、当該温度しきい値に対応づけて格納
されている周波数レンジの値を出力するＣＰＵと、前記
周波数レンジの値をアナログの電圧信号に変換するＤ／
Ａ変換器と、前記Ｄ／Ａ変換器が出力する電圧信号に応
じた周波数の信号を発振出力するＶＣＸＯとを有するこ
とを特徴としており、温度しきい値に対応する周波数レ
ンジを適切に設定すれば、精度の高い発振を行うことが
できる。

【００１０】上記従来例の問題点を解決するための請求
項３記載の発明は、高精度の発振を行う標準信号発生器
を用いて請求項２記載の発振器を設定する方法であっ
て、前記発振器に当該発振器の発振する周波数で受信す
る送受信器と、前記発振器の発振する周波数を外部から
調整するパーソナルコンピュータとを前記発振器に装着
し、複数の温度の環境下で前記パーソナルコンピュータ
が、前記発振器のＣＰＵが出力する周波数レンジを調節
して、当該周波数で前記送受信部に前記標準信号発生器
が発振する周波数の信号を受信させて、その受信感度が
最大となる周波数を調べ、当該周波数を周波数レンジと
して前記発振器に出力し、前記発振器が、前記周波数レ
ンジと、そのときにサーミスタが測定し、Ａ／Ｄ変換器
が出力するディジタル信号とを対応づけてメモリに格納
することを特徴としており、前記発振器の各部品の温度
特性を補償した設定を行うことができ、発振器を適切に
設定できる。

【００１１】上記従来例の問題点を解決するための請求
項４記載の発明は、請求項３記載の発振器の設定方法に
おいて、エージング槽を用いて温度を調整し、前記エー
ジング槽に複数の発振器及び送受信器を配置して設定す
ることを特徴としており、発振器を適切に設定でき、大
量生産の際の利便性を高めることができる。

【００１２】上記従来例の問題点を解決するための請求
項５記載の発明は、請求項２記載の発振器において、メ
モリの内容は、請求項３又は請求項４記載の設定方法に
より、複数の測定された温度に対して、高精度の発振を
行う標準信号発生器が発振する周波数の信号を最も感度
よく受信できる周波数レンジを設定されたメモリの内容
であることを特徴としており、適切な設定が為された状
態とでき、精度の高い発振を行うことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
しながら説明する。本発明に係る発振器（本発振器）
は、サーミスタが測定した温度に相当する、予め設定さ
れた温度しきい値に対応づけて格納されている周波数レ
ンジを検索し、当該周波数でＶＣＸＯ（電圧制御水晶発
振子）が発振を行うものであり、適切な設定が為されて
いれば、高い精度の発振を行うことができる。

【００１４】尚、適切な設定方法として、本発振器を設
定しようとする温度しきい値の環境下で発振させ、その
周波数で、より精度の高い発振器の発振する周波数で送
信される信号を受信機が受信し、当該受信機の感度が最
大となったところでサーミスタが測定した温度に相当す
る温度しきい値と、感度が最大となる周波数とを対応づ
けてメモリに格納することが考えられる。

【００１５】ここで、温度しきい値とは、離散化した温
度の値をいい、具体的には例えば、小数点以下を切り捨
てた温度のことをいう。つまり、この場合には、２２．
７度に対応する温度しきい値は、２２度である。

【００１６】本発振器を図１を使って説明する。図１
は、本発振器の構成ブロック図である。本発振器は、図
１に示すように、サーミスタ１と、Ａ／Ｄ変換器２と、
ＣＰＵ３と、メモリ４と、Ｄ／Ａ変換器５と、ＶＣＸＯ
（電圧制御水晶発振子）６とから構成されている。尚、
メモリ４には、温度しきい値とそれに対応する周波数レ
ンジとが複数格納されている。

【００１７】以下、各部を具体的に説明する。サーミス
タ１は、周囲の温度を測定して、その温度を電圧信号と
してＡ／Ｄ変換器２に出力するものである。ここで、サ
ーミスタ１には、独特の特性からくる誤差があり、周囲
の温度が実際には２０．０度であったとしても、２２．
７度を表す電圧信号を出力することがある。

【００１８】Ａ／Ｄ変換器２は、サーミスタ１から入力
される温度の電圧信号をディジタル信号に変換してＣＰ
Ｕ３に出力するものである。

【００１９】ＣＰＵ３は、Ａ／Ｄ変換器２から入力され
る温度に関するディジタル信号に対応する周波数レンジ
をメモリ４から検索するものであり、具体的には、例え
ば、Ａ／Ｄ変換器２から入力されるディジタル信号の値
（測定した温度の値）とメモリ４に格納されている複数
の温度しきい値を一つ一つ比較して、ディジタル信号の
値に最も近い温度しきい値に対応づけて格納されている
周波数レンジを読み出してＤ／Ａ変換器５に出力するも
のである。

【００２０】ＣＰＵ３は、また、特定の数式によって、
Ａ／Ｄ変換器２から入力されるディジタル信号の値を格
納されている温度しきい値のいずれかに変換して、その
温度しきい値をメモリ４から検索して、それに対応づけ
て格納されている周波数レンジを読み出してＤ／Ａ変換
器５に出力するようにしてあっても構わない。このよう
にすれば、一つ一つ比較を行うことがないので、周波数
レンジを読み出すまでの処理を高速にできる効果があ
る。

【００２１】さらにＣＰＵ３は、後に説明するように、
外部から、例えばパーソナルコンピュータ等からの指示
の入力を受けると、その指示に従って処理を行うもので
ある。

【００２２】メモリ４は、温度しきい値と、その温度し
きい値に対応した周波数レンジとを設定されて、対応づ
けて格納しているものである。この内容の設定の方法に
ついては、後に詳しく説明する。

【００２３】Ｄ／Ａ変換器５は、ＣＰＵ３から入力され
る周波数レンジをアナログの電圧信号に変換してＶＣＸ
Ｏ６に出力するものである。ＶＣＸＯ６は、電圧制御水
晶発振子であり、Ｄ／Ａ変換器５から入力される電圧信
号に応じた周波数を発振出力するものである。

【００２４】ここで、本発振器の回路特性に合わせて温
度しきい値と周波数レンジとを対応づけてメモリ４に記
録する方法（本発振器の設定方法）について、図２を参
照しつつ説明する。図２は、本発振器の設定時の配置状
態を表す概略図である。本発振器を設定する際には、基
本的に、エージング槽（恒温槽）２１と、標準信号発生
器２２と、パーソナルコンピュータ２３とを用いるもの
である。

【００２５】また、本発振器の発信する周波数によって
信号の送受信を行う送受信部７を本発振器に装着する。
尚、送受信部７は、受信した信号の感度（受信感度）が
どの程度であるかをパーソナルコンピュータ２３に出力
するようになっている。

【００２６】以下、各部を具体的に説明すると、エージ
ング槽２１は、槽の内部を指定された一定の温度に保持
するものであり、本発振器を設定する際には、本発振器
は、エージング槽２１の内部に配置される。標準信号発
生器２２は、アンテナを備え、精度の高い周波数の信号
を送信出力するものである。

【００２７】パーソナルコンピュータ２３は、エージン
グ槽２１の外部からエージング槽２１内部に配置された
本発振器を制御し、また、送受信部７から受信感度の入
力を受けて、本発振器を設定するものである。

【００２８】すなわち、パーソナルコンピュータ２３
は、外部から指示を受けて、本発振器の周波数レンジを
微調整しつつ、送受信部７から入力される受信感度が最
大となるときの周波数レンジを本発振器に設定させるも
のである。

【００２９】次に、本発振器の設定方法について具体的
に説明する。尚、以下の説明において、本発振器のサー
ミスタ１が測定して、Ａ／Ｄ変換器２がディジタル信号
に変換した温度を「測定温度」と称し、測定温度に対応
する温度しきい値を「測定温度しきい値」と称すること
としている。

【００３０】つまり、周囲の温度が２０度であっても、
サーミスタ１の誤差によって、２２．７度と測定されれ
ば、２２．７度が測定値であり、温度しきい値が小数点
以下を切り捨てた温度であるとすると、当該２２．７度
に対応する測定温度しきい値は、２２度となる。

【００３１】本発振器の設定方法は、エージング槽にそ
の内部の温度を本発振器が対応すべき温度の範囲（例え
ば−２０度から５０度までの範囲）で、温度しきい値の
単位で段階的に変化させ、その各々の温度しきい値に設
定した温度について、パーソナルコンピュータが受信感
度を監視しつつ、本発振器のＣＰＵを制御して周波数レ
ンジを変化させ、受信感度が最も高くなる周波数レンジ
をそのときの測定温度しきい値に対応づけて、メモリに
格納させるものである。

【００３２】まず、本発振器をパーソナルコンピュータ
２３と接続して、エージング槽２１の内部に配置する。
そして、パーソナルコンピュータ２３から本発振器のＣ
ＰＵ３を制御して、ＣＰＵ３にメモリ４内部に複数の温
度しきい値と周波数レンジとを格納するための領域を確
保させる。

【００３３】以下の説明では、周波数レンジは、００Ｈ
からＦＦＨまでであるとし、００Ｈ等の最後のＨは、１
６進数（Hex ）であることを表している。尚、００Ｈ〜
ＦＦＨの周波数レンジは、実際にはある具体的な電圧値
に対応している。

【００３４】具体的に、エージング槽２１の内部の温度
が２０度であるときについて、説明する。このとき、サ
ーミスタ１が測定する測定温度が２２．７度であると
し、サーミスタ１が当該温度に対応する電圧信号を出力
しているとする。そして、Ａ／Ｄ変換器２がこの電圧信
号をディジタル信号に変換してＣＰＵ３に出力する。従
って、このときの測定温度しきい値は、例えば、２２度
である。

【００３５】最初に、ＣＰＵ３がパーソナルコンピュー
タ２３からの指示に従って、００Ｈを出力し、Ｄ／Ａ変
換器５がＣＰＵ３から入力される周波数レンジ００Ｈを
対応する電圧値に変換して、ＶＣＸＯ６に出力する。そ
して、ＶＣＸＯ６がＤ／Ａ変換器５から入力される電圧
値に従って発振周波数を調整し、当該周波数で発振して
送受信部７に出力する。

【００３６】すると、送受信部７が当該周波数で標準信
号発生器２２が送信する信号を受信して、その受信感度
をパーソナルコンピュータ２３に出力し、パーソナルコ
ンピュータ２３が当該受信感度を記録する。以下、ここ
で記録された受信感度を「記録受信感度」と称する。

【００３７】そして、パーソナルコンピュータ２３がＣ
ＰＵ３に周波数レンジを１ビットだけインクリメントす
るように指示する。すると、ＣＰＵ３が周波数レンジを
１ビットだけインクリメントして微調整し、Ｄ／Ａ変換
器５がＣＰＵ３から入力される周波数レンジを電圧信号
に変換して、ＶＣＸＯ６に出力する。そして、ＶＣＸＯ
６がＤ／Ａ変換器５から入力される電圧信号に従って発
振周波数を調整し、当該周波数で発振して送受信部７に
出力する。

【００３８】すると、送受信部７が当該周波数で標準信
号発生器２２が送信する信号を受信して、その受信感度
をパーソナルコンピュータ２３に出力し、パーソナルコ
ンピュータ２３が当該受信感度が記録受信感度よりも大
きいか否かを判断して、大きいならば、受信感度が最大
になったことを表す信号をＣＰＵ３に出力して、記録周
波数レンジを周波数レンジで上書きする。

【００３９】すると、ＣＰＵ３が受信感度が最大になっ
たことを表す信号の入力を受けて、そのときにサーミス
タ１からＡ／Ｄ変換器２を介して入力されるディジタル
信号（測定温度しきい値）を温度しきい値として、Ｄ／
Ａ変換器５に出力している周波数レンジと対応づけてメ
モリ４の該当する領域に格納する。

【００４０】そして、パーソナルコンピュータ２３は、
周波数レンジがＦＦＨとなるまで、ＣＰＵ３に周波数レ
ンジを１ビットだけインクリメントするところから繰り
返す。

【００４１】やがて、周波数レンジがＦＦＨとなって、
パーソナルコンピュータ２３は、周波数レンジのインク
リメントをやめる。このとき、メモリ４には、周波数レ
ンジ００Ｈ〜ＦＦＨまでの間で最も受信感度が高くなっ
たときの周波数レンジが、測定温度しきい値２２度と対
応づけて格納されているようになっている。

【００４２】そして、エージング槽２１の内部の温度し
きい値を次の温度しきい値（例えば２１度）に上昇さ
せ、設定しようとする最大の温度しきい値（例えば５０
度）まで上記の設定操作を繰り返す。このようにして、
本発振器のメモリ４には、エージング槽２１の内部の温
度しきい値ではなく、ＣＰＵ３で求められた各測定温度
しきい値に関して、受信感度が最も高くなるような周波
数レンジが、それらの測定温度しきい値に対応して格納
されているようになる。

【００４３】このような設定方法によれば、本発振器に
係るすべての部品を実装した状態でエージング槽２１に
配置しているため、各部品の温度特性を補償して、つま
り、本発振器が実際に動作する状態を模して設定でき、
発振器が精度の高い発振を行うことができるように、適
切に設定を行うことができる効果がある。

【００４４】尚、本発振器の設定方法において、エージ
ング槽２１に本発振器と送受信部７とを組にして複数配
置し、１台のパーソナルコンピュータ２３と標準信号発
生器２２を用いて設定を行うこともできる。このように
すれば、大量生産の利便性を高めることができる効果が
ある。

【００４５】次に、本発振器の動作について説明する。
サーミスタ１が周囲の温度を測定して、その測定した温
度に対応する電圧信号をＡ／Ｄ変換器２に出力し、Ａ／
Ｄ変換器２がその電圧信号をディジタル信号に変換して
ＣＰＵ３に出力する。

【００４６】すると、ＣＰＵ３がその測定温度に相当す
る温度しきい値（測定温度しきい値）に対応して、メモ
リ４に格納されている周波数レンジを読み出して、Ｄ／
Ａ変換器５に出力する。このとき、出力される周波数レ
ンジは、設定時に測定温度しきい値に対して、精度の高
い標準信号発生器２２に合わせて設定された周波数レン
ジである。

【００４７】そして、Ｄ／Ａ変換器５が、その周波数レ
ンジをアナログの電圧信号に変換してＶＣＸＯ６に出力
し、ＶＣＸＯ６が、当該電圧信号に応じた周波数で発振
出力する。

【００４８】本発振器によれば、各温度しきい値に対応
して精度の高い標準信号発生器２２に合わせた周波数レ
ンジに応じた信号を発振出力するようになっており、か
つ、その周波数レンジは、本発振器に係る部品すべての
温度特性を補償した周波数レンジとなっているので、安
価な部品を用い、容易な設定方法によって設定して、精
度の高い発振を行うことができる効果がある。

【００４９】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、複数の温
度しきい値にそれぞれ対応する周波数レンジが予め設定
され、周囲の温度に相当する温度しきい値に対応づけて
設定された周波数レンジで信号を発振出力する発振器と
しているので、温度しきい値に対応する周波数レンジを
適切に設定すれば、精度の高い発振を行うことができる
効果がある。

【００５０】請求項２記載の発明によれば、複数の温度
しきい値にそれぞれ対応する周波数レンジが予め設定さ
れたメモリを具備し、サーミスタが周囲の温度を測定し
て電圧信号としてＡ／Ｄ変換器に出力し、Ａ／Ｄ変換器
がサーミスタから入力される電圧信号をディジタル信号
に変換してＣＰＵに出力し、ＣＰＵがそのディジタル信
号の値に相当する温度しきい値をメモリから検索して、
当該温度しきい値に対応づけて格納されている周波数レ
ンジをＤ／Ａ変換器に出力し、Ｄ／Ａ変換器がＤ／Ａ変
換して電圧信号とし、ＶＣＸＯが、Ｄ／Ａ変換器から入
力される電圧信号に応じた周波数の信号を発振出力する
発振器としているので、温度しきい値に対応する周波数
レンジを適切に設定すれば、精度の高い発振を行うこと
ができる効果がある。

【００５１】請求項３記載の発明によれば、高精度の発
振を行う標準信号発生器を用いて請求項２記載の発振器
を設定する方法であって、パーソナルコンピュータが複
数の温度の環境下で前記発振器のＣＰＵが出力する周波
数レンジを調整して、その周波数で標準信号発生器の発
振する周波数の信号を送受信器に受信させ、その受信感
度が最大となる周波数レンジと、前記発振器のＡ／Ｄ変
換器が出力するディジタル信号とを対応づけて前記発振
器のメモリに格納する発振器の設定方法としているの
で、前記発振器の各部品の温度特性を補償した設定を行
うことができ、発振器を適切に設定できる効果がある。

【００５２】請求項４記載の発明によれば、温度を調整
したエージング槽に複数の発振器及び送受信器を配置し
て設定する請求項３記載の発振器の設定方法としている
ので、請求項３記載の効果に加えて、大量生産の際の利
便性を高めることができる効果がある。

【００５３】請求項５記載の発明によれば、請求項３又
は請求項４記載の設定方法によりメモリ内容を設定した
請求項２記載の発振器としているので、適切な設定が為
された状態となっており、精度の高い発振を行うことが
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発振器の構成ブロック図である。

【図２】本発振器の設定時の配置状態を表す概略図であ
る。

【図３】水晶発振子の温度特性を表す説明図である。

【符号の説明】

１…サーミスタ、 ２…Ａ／Ｄ変換器、 ３…ＣＰＵ、
４…メモリ、 ５…Ｄ／Ａ変換器、 ６…ＶＣＸＯ、
７…送受信部、 ２１…エージング槽、 ２２…標準
信号発生器、 ２３…パーソナルコンピュータ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の温度しきい値にそれぞれ対応する
   周波数レンジが予め設定され、周囲の温度に相当する温
   度しきい値に対応づけて設定された周波数レンジで信号
   を発振出力することを特徴とする発振器。
2. 【請求項２】 複数の温度しきい値にそれぞれ対応する
   周波数レンジが予め設定されたメモリを具備し、周囲の
   温度を測定して電圧信号として出力するサーミスタと、
   前記サーミスタから入力される前記電圧信号をディジタ
   ル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記ディジタル信号
   に相当する温度しきい値を前記メモリから検索し、当該
   温度しきい値に対応づけて格納されている周波数レンジ
   の値を出力するＣＰＵと、前記周波数レンジの値をアナ
   ログの電圧信号に変換するＤ／Ａ変換器と、前記Ｄ／Ａ
   変換器が出力する電圧信号に応じた周波数の信号を発振
   出力するＶＣＸＯとを有することを特徴とする発振器。
3. 【請求項３】 高精度の発振を行う標準信号発生器を用
   いて請求項２記載の発振器を設定する方法であって、前
   記発振器に当該発振器の発振する周波数で受信する送受
   信器と、前記発振器の発振する周波数を外部から調整す
   るパーソナルコンピュータとを前記発振器に装着し、複
   数の温度の環境下で前記パーソナルコンピュータが、前
   記発振器のＣＰＵが出力する周波数レンジを調節して、
   当該周波数で前記送受信部に前記標準信号発生器が発振
   する周波数の信号を受信させて、その受信感度が最大と
   なる周波数を調べ、当該周波数を周波数レンジとして前
   記発振器に出力し、前記発振器が、前記周波数レンジ
   と、そのときにサーミスタが測定し、Ａ／Ｄ変換器が出
   力するディジタル信号とを対応づけてメモリに格納する
   ことを特徴とする発振器の設定方法。
4. 【請求項４】 エージング槽を用いて温度を調整し、前
   記エージング槽に複数の発振器及び送受信器を配置して
   設定することを特徴とする請求項３記載の発振器の設定
   方法。
5. 【請求項５】 メモリの内容は、請求項３又は請求項４
   記載の設定方法により、複数の測定された温度に対し
   て、高精度の発振を行う標準信号発生器が発振する周波
   数の信号を最も感度よく受信できる周波数レンジを設定
   されたメモリの内容であることを特徴とする請求項２記
   載の発振器。