JPH1168460A - デジタル温度補償型水晶発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高い周波数安定度を有し、高品質の基準クロ
ックを定常的に生成することが可能なデジタル温度補償
型水晶発振器を提供すること。 【解決手段】 デジタル温度補償型水晶発振器は、発振
回路部１０と制御回路部２０を備えている。制御回路部
２０は、複数の温度領域の夫々に対応した複数の制御電
圧算出式を予め備えている。複数の制御電圧算出式は、
１次以上の関数により定められるものである。更に、隣
り合う温度領域に夫々対応する制御電圧算出式は、隣り
合う温度領域間の境界となる温度を検出した際に等しい
値を導出するように定められている。制御回路部２０
は、このような制御電圧算出式を用いて、水晶振動子１
２近傍の温度を検出して、複数の制御電圧算出式から当
該温度に対応する一の制御電圧算出式を選択してデジタ
ル演算処理を行って制御電圧を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水晶振動子近傍の
温度に応じて発振周波数偏差を補償するための機能を有
する温度補償型水晶発振器に関し、特に、デジタル制御
にて当該補償を行うデジタル温度補償型水晶発振器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】水晶発振器は、デジタル携帯電話やＧＰ
Ｓ（Global Positioning System ）受信機等のデジタル
通信機器において、基準クロックを発生するために用い
られている。このような用途に用いられる水晶発振器
は、高い周波数安定度を満たすことが要求されている。
具体的には、周波数安定度として、発振周波数偏差を中
心周波数ｆ０を基準として±２〜３ｐｐｍ以内に押さえ
ることが、要求されている。尚、発振周波数偏差とは、
所望とする中心周波数（若しくは所定周波数）に対する
発振周波数の変化率Δｆ／ｆ０をいう。

【０００３】この種の水晶発振器において一般に用いら
れている水晶振動子としては、ＡＴカット水晶振動子が
挙げられる。ＡＴカット水晶振動子は、図５に示される
ような温度周波数変化特性を有している。即ち、ＡＴカ
ット水晶振動子は、その切り出し角度に依存して、温度
の上昇に応じて周波数偏差が略３次曲線状に変化するよ
うな周波数変化特性を有している。尚、図５における周
波数偏差は、２５度における水晶振動子による共振周波
数を基準として示してある。図５から明らかなように、
ＡＴカット水晶振動子による共振周波数の周波数偏差
は、温度によっては、±２〜３ｐｐｍの範囲内におさま
らない場合がある。このＡＴカット水晶振動子による共
振周波数の周波数偏差は、該ＡＴカット水晶振動子を用
いた水晶発振器の発振周波数偏差とダイレクトに関係し
ている。従って、何等温度補償を行わなければ、ＡＴカ
ット水晶振動子を用いた水晶発振器は、上述した高い周
波数安定度を満たすことができない。

【０００４】この種の温度補償を行う技術としては、本
発明の発明者らが特願平８−２８９５５９号において提
案したものが挙げられる。この提案した温度補償型水晶
発振器は、半導体集積回路技術を用いて構成されるもの
であり、高精度の温度補償を行えるものである一方で、
その主要部がアナログ処理回路技術に基づいたものであ
るため、低消費電流化の要求に十分に応えることができ
ない場合が生じることがあった。

【０００５】一方、低消費電流化の要求を満たすものと
して、デジタル演算処理によって温度補償の制御を行う
デジタル温度補償型水晶発振器がある。デジタル温度補
償型水晶発振器は、ＣＭＯＳデジタルＩＣ技術を適用し
て構成される。ＣＭＯＳデジタルＩＣ技術とは、ＣＭＯ
Ｓ（Complementary Metal Oxide Semiconductor ）半導
体を用いたデジタル処理技術である。ＣＭＯＳ半導体が
状態をスイッチする際にのみ電流を流す性質を有してい
るため、ＣＭＯＳデジタルＩＣ技術を適用すると、低消
費電流化を図ることができる。

【０００６】従来、様々なデジタル演算処理により制御
を行うデジタル温度補償型水晶発振器が提案されてい
る。その中から、代表的な動作を行うデジタル温度補償
型水晶発振器（従来例）について、一例を挙げて説明す
る。

【０００７】従来例のデジタル温度補償型水晶発振器
は、水晶振動子を備えた発振回路部と、デジタル演算処
理に基づく制御にて発振回路部の温度補償を行うための
制御回路部とを有している。発振回路部は、水晶振動子
の圧電効果による呈するインダクタンス性を利用して所
望とする周波数の信号を生成するためのものである。特
に、温度補償型水晶発振器の発振回路部は、水晶振動子
に接続されたバリキャップを備えている。このバリキャ
ップに印加する電圧が変化すると、発振周波数が変化す
る。一方、制御回路部は、このバリキャップに印加する
電圧を制御することにより、発振回路部における周波数
偏差の温度補償を行うためのものである。詳しくは、制
御回路部は、温度センサー、Ａ／Ｄコンバータ、メモ
リ、デジタル演算処理部、Ｄ／Ａコンバータを備えてお
り、温度センサーにて発振回路部の備える水晶振動子近
傍の温度を検出すると共に対応する電圧信号（アナログ
信号）に変換すると、更にＡ／Ｄコンバータにより電圧
信号をデジタル化して、その信号に基づいて、メモリに
格納されたプログラムに従ってデジタル演算処理部にて
演算処理を行って制御量を割り出し、Ｄ／Ａコンバータ
によりアナログ信号に変換してバリキャップに制御電圧
として印加する。

【０００８】また、従来例のデジタル温度補償型水晶発
振器は、図６に示されるように、温度変化に応じて階段
状の制御を行っていた。即ち、従来例のデジタル温度補
償型水晶発振器は、制御範囲となる全温度範囲を複数の
温度領域に分け、バリキャップに印加する制御電圧とし
て、各温度領域ごとに対応する一定値の電圧を選択して
周波数制御を行っている。

【０００９】このような構成を備える従来例のデジタル
温度補償型水晶発振器は、制御後の周波数偏差の絶対値
という観点から見ると、比較的精度の高い制御を行うこ
とができるものとされている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例のデジタル温度補償型水晶発振器は、以下に示
すような種々の問題点を有していた。

【００１１】第１に、従来例のデジタル温度補償型水晶
発振器は、高品質の基準クロックを定常的に生成するこ
とが困難であるという問題点を有していた。従来例のデ
ジタル温度補償型水晶発振器においては、上述したよう
に、各温度領域毎に対応する一定値の電圧を選択するよ
うにして温度補償を行っている。そのため、ある温度領
域と隣り合う温度領域との境界となる温度に着目する
と、選択される制御電圧は、急激に変化することとな
る。結果として、制御後の周波数偏差は、図７に示され
るように、温度の上昇に応じて鋸歯状に変化することと
なる。周波数偏差がこのような温度特性を有するという
ことは、制御電圧が切り替わる温度を挟んだ温度範囲に
て該水晶発振器が動作している場合において、該水晶発
振器における発振出力の位相が急激に変化する可能性が
あることを意味する。このような発振出力の位相の急激
な変化は、結果として、基準クロックとしての品質の低
下をもたらす。

【００１２】第２に、従来例のデジタル温度補償型水晶
発振器は、要求される周波数安定度を達成するために、
非常に大きなコストを要するという問題点を有してい
た。従来例のデジタル温度補償型水晶発振器において、
要求されている周波数安定度を満たすためには、即ち、
周波数偏差を所望とする範囲内に押さえるためには、温
度領域の数を多くして、細かな制御を行う必要がある。
この点について前述の図７を用いて詳細に説明する。図
７は、各温度領域の温度幅を５℃として、−３０℃〜＋
８０℃の温度範囲を２０以上の温度領域に分割し、温度
補償を行った場合における制御後の周波数偏差ついて示
したものである。図７を参照すると、周波数偏差とし
て、例えば、−３０℃〜−２０℃付近等において、±２
ｐｐｍに近い値が示されている。従来例のデジタル温度
補償型水晶発振器において、この±２ｐｐｍの周波数偏
差を更に小さな値に補償するためには、温度領域の温度
幅を５℃よりも狭くしなければならない。ここで、従来
例のデジタル温度補償型水晶発振器は、実際の生産工程
において、現状の温度幅であっても２０点以上の温度特
性を測定する必要があり、そのために非常に大きなコス
トを要している。従って、温度補償による精度を向上さ
せるために、これ以上各温度領域の温度幅を狭くするこ
とは、更なるコスト高を招くことになるため、現実的で
はない。

【００１３】そこで、本発明は、高品質の基準クロック
を定常的に生成することが可能であり、コストを低減し
つつ要求される周波数安定度を達成することのできるデ
ジタル温度補償型水晶発振器を提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するための手段として、以下に示すデジタル温度
補償型水晶発振器を提供する。

【００１５】本発明によれば、第１のデジタル温度補償
型水晶発振器として、水晶振動子及びバリキャップを有
する発振回路部と、前記水晶振動子近傍の温度に応じて
デジタル演算処理に基づき前記バリキャップに印加する
制御電圧を制御することにより前記発振回路部に対する
温度補償を行うための制御回路部とを備えたデジタル温
度補償型水晶発振器において、前記制御回路部は、当該
制御回路部の制御対象範囲となる全温度範囲を夫々所定
の温度幅を有するようにして複数の温度領域に分割し、
該複数の温度領域の夫々に対応して温度の１次以上の関
数により定められる複数の制御電圧算出式を予め備えて
おり、前記水晶振動子近傍の温度を検出して、当該検出
した温度に応じて前記複数の制御電圧算出式から一の前
記制御電圧算出式を選択し、該選択された制御電圧算出
式を用いて前記検出した温度に応じて前記バリキャップ
に印加すべき前記制御電圧を算出することを特徴とする
デジタル温度補償型水晶発振器が得られる。

【００１６】また、本発明によれば、第２のデジタル温
度補償型水晶発振器として、前記第１のデジタル温度補
償型水晶発振器において、前記複数の制御電圧算出式の
夫々は、一の前記温度領域に対応する一の前記制御電圧
算出式と他の前記温度領域に対応する他の前記制御電圧
算出式とが、前記一の温度領域と前記他の温度領域との
境界の温度に応じて、同じ値の前記制御電圧を導出する
ようにして定められた関数であることを特徴とするデジ
タル温度補償型水晶発振器が得られる。

【００１７】更に、本発明によれば、第３のデジタル温
度補償型水晶発振器として、前記第１又は第２のいずれ
かのデジタル温度補償型水晶発振器において、前記制御
回路部は、前記水晶振動子近傍の温度を検出して、当該
温度に対応する検出電圧を、アナログ信号である検出電
圧信号として出力するための温度センサーと、該温度セ
ンサーに接続され、該温度センサーの出力する前記検出
電圧信号を受けて、アナログ／デジタル変換し、前記検
出電圧に対応するデジタル量を有する前記デジタル検出
信号として出力するためのＡ／Ｄコンバータと、前記複
数の制御電圧算出式と前記制御を行うためのプログラム
とを格納したメモリと、前記Ａ／Ｄコンバータ及び前記
メモリに接続され、前記Ａ／Ｄコンバータから前記デジ
タル検出信号を受けて、前記プログラムに従い前記複数
の制御電圧算出式を用いて演算処理を行い、前記制御電
圧に対応する制御データであって、デジタルデータとし
ての前記制御データを出力するためのデジタル演算処理
部と、該デジタル演算処理部に接続され、前記制御デー
タを受けて、デジタル／アナログ変換し、前記制御電圧
として出力するためのＤ／Ａコンバータとを備えること
を特徴とするデジタル温度補償型水晶発振器が得られ
る。

【００１８】また、本発明によれば、第４のデジタル温
度補償型水晶発振器として、前記第３のデジタル温度補
償型水晶発振器において、二つの端子を備え、一端を前
記Ｄ／Ａコンバータに接続され、他端を前記バリキャッ
プ及び前記水晶振動子の接続点に接続され、前記発振回
路部と前記制御回路部とを交流的に分離すると共に前記
制御電圧を前記バリキャップに印加するための交流分離
素子を更に備えることを特徴とするデジタル温度補償型
水晶発振器が得られる。

【００１９】また、本発明によれば、第５のデジタル温
度補償型水晶発振器として、前記第４のデジタル温度補
償型水晶発振器において、前記交流分離素子は、交流的
に分離するために十分な抵抗値を有する抵抗であること
を特徴とするデジタル温度補償型水晶発振器が得られ
る。

【００２０】また、本発明によれば、第６のデジタル温
度補償型水晶発振器として、前記第４のデジタル温度補
償型水晶発振器において、前記交流分離素子は、交流的
に分離するために十分に高いインダクタンスを有するコ
イル素子であることを特徴とするデジタル温度補償型水
晶発振器が得られる。

【００２１】更に、本発明によれば、第７のデジタル温
度補償型水晶発振器として、前記第３乃至第６のいずれ
かのデジタル温度補償型水晶発振器において、前記温度
領域は、９つ以下であることを特徴とするデジタル温度
補償型水晶発振器が得られる。

【００２２】また、本発明によれば、第８のデジタル温
度補償型水晶発振器として、前記第３乃至第７のいずれ
かのデジタル温度補償型水晶発振器において、前記複数
の制御電圧算出式は、全て温度の１次関数であり、当該
１次関数で表される前記複数の制御電圧算出式の夫々に
おける１次係数は、対応する前記温度領域の最高温度及
び最低温度を検出した際に前記バリキャップに対して夫
々印加すべき制御電圧である最大制御電圧及び最小制御
電圧と、当該温度領域における前記所定の温度幅に相当
する温度幅電圧とを用いて、前記最大制御電圧から前記
最小制御電圧を引いた差電圧全体を前記温度幅電圧にて
割って得られる値で示されることを特徴とするデジタル
温度補償型水晶発振器が得られる。

【００２３】また、本発明によれば、第９のデジタル温
度補償型水晶発振器として、前記第８のデジタル温度補
償型水晶発振器において、前記複数の制御電圧算出式
は、夫々、対応する前記１次係数と、前記検出電圧と、
前記対応する温度領域における最低温度を検出した際に
得られる前記検出電圧である最低検出電圧と、前記最小
制御電圧とを用いて、前記検出電圧から前記最低検出電
圧を引いて得られる電圧差に前記１次係数を掛け合わ
せ、更に掛け合わせた結果に前記最小制御電圧を足して
得られる値で示されることを特徴とするデジタル温度補
償型水晶発振器が得られる。

【００２４】更に、本発明によれば、第１０のデジタル
温度補償型水晶発振器として、前記第８のデジタル温度
補償型水晶発振器において、前記複数の制御電圧算出式
は、夫々、対応する前記１次係数と、前記検出電圧と、
前記対応する温度領域における最高温度を検出した際に
得られる前記検出電圧である最高温度電圧と、前記最大
制御電圧とを用いて、前記検出電圧から前記最高検出電
圧を引いて得られる電圧差に前記１次係数を掛け合わ
せ、更に掛け合わせた結果に前記最大制御電圧を足して
得られる値で示されることを特徴とするデジタル温度補
償型水晶発振器。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態によ
るデジタル温度補償型水晶発振器について、図１乃至図
４を用いて説明する。

【００２６】本実施の形態によるデジタル温度補償型水
晶発振器は、図１に示されるような構成を備えている。
即ち、本実施の形態によるデジタル温度補償型水晶発振
器は、水晶振動子１１及びバリキャップ１２を備える発
振回路部１０、デジタル演算処理に基づく制御にて発振
回路部１０の温度補償を行うための制御回路部２０、交
流分離素子３０を備えている。

【００２７】発振回路部１０は、水晶振動子１１の圧電
効果に基づくインダクタンス性を利用して、所望の周波
数の信号を発振出力として出力する。バリキャップ１２
は、水晶振動子１１に接続されており、印加される電圧
の変化に従い、キャパシタンスを変化させる。バリキャ
ップ１２の容量が変化すると、発振回路部１０から出力
される発振出力の発振周波数が変化する。

【００２８】制御回路部２０は、水晶振動子１１の近傍
の温度に応じて、発振周波数偏差の補償を行うための制
御電圧を出力する。詳しくは、制御回路部２０は、水晶
振動子１１の近傍の温度を検出して、デジタル量に変換
し、当該温度に応じてバリキャップ１２に印加すべき制
御電圧をデジタル処理にて算出して交流分離素子３０を
介して発振回路部１０に対して出力する。

【００２９】特に、本実施の形態において、制御回路部
２０は、次のようにして、制御電圧を算出する。まず、
制御回路部２０は、複数の温度領域の夫々に対応する複
数の制御電圧算出式を予め備えている。ここで、複数の
温度領域は、夫々、所定の温度幅を有するようにして、
制御回路部２０の制御対象範囲となる全温度範囲を分割
したものである。これらの温度領域は、従来例において
は同一の温度幅を有することとしていたが、本実施の形
態においては、異なるものであっても良い。また、本実
施の形態において、各制御電圧算出式は、予め定められ
た１次以上の関数で表される。更に、各制御電圧算出式
は、対応する温度領域の隣り合う制御電圧算出式と、隣
り合う温度領域間の境界となる温度に応じて導出する制
御電圧が等しくなるようにして、定められた関数であ
る。このような複数の制御電圧算出式を予め備えた制御
回路部２０は、まず、水晶振動子１１近傍の温度を検出
する。その上で、制御回路部２０は、検出した温度の属
する温度領域に応じて複数の制御電圧算出式から一の制
御電圧算出式を選択し、検出した温度から、選択した制
御電圧算出式を用いて、バリキャップ１２に対して印加
すべき制御電圧を算出する。実際には、制御回路部２０
は、温度そのものでなく、温度に等価的な量（特に、本
実施の形態においては電圧）に基づき、制御電圧を算出
する。詳しくは、本実施の形態による制御回路部２０
は、図２に示されるような構成を備える。即ち、本実施
の形態による制御回路部２０は、温度センサー２１、Ａ
／Ｄコンバータ２２、メモリ２３、デジタル演算処理部
２４、Ｄ／Ａコンバータ２５を備えている。温度センサ
ー２１は、水晶振動子１１近傍の温度を検出して、当該
温度に対応する検出電圧を、アナログ信号である検出電
圧信号として出力する。Ａ／Ｄコンバータ２２は、温度
センサー２１に接続され、温度センサー２１の出力する
検出電圧信号を受けて、アナログ／デジタル変換し、デ
ジタル検出信号として出力する。従って、このデジタル
検出信号は、検出電圧信号の示す検出電圧と等価なデジ
タル量を有する。メモリ２３は、予め定められた複数の
制御電圧算出式と、制御を行うためのプログラムとを格
納している。デジタル演算処理部２４は、Ａ／Ｄコンバ
ータ２２及びメモリ２３に接続されている。デジタル演
算処理部２４は、Ａ／Ｄコンバータ２２からデジタル検
出信号を受けて、メモリ２３に格納されているプログラ
ムに従って、複数の制御電圧算出式を用いて、上述のよ
うな制御電圧算出のための演算処理を行う。また、デジ
タル演算処理部２４は、演算処理の結果として制御電圧
に対応する制御データを算出すると、このデジタルデー
タとしての制御データをＤ／Ａコンバータ２５に対して
出力する。Ｄ／Ａコンバータ２５は、デジタル演算処理
部２４に接続されており、デジタル演算処理部２４から
の制御データを受けて、デジタル／アナログ変換し、バ
リキャップ１２に印加すべき制御電圧として出力する。

【００３０】交流分離素子３０は、発振回路部１０と制
御回路部２０とを交流的に分離するためのものである。
交流分離素子３０は、二つの端子を備えており、一端を
Ｄ／Ａコンバータ２５に接続されており、他端をバリキ
ャップ１２と水晶振動子の接続点に接続されている。従
って、交流分離素子３０は、発振回路部１０と制御回路
部２０とを交流的に分離しながら、Ｄ／Ａコンバータ２
５の出力する制御電圧をバリキャップ１２に対して印加
することができる。本実施の形態においては、交流分離
素子３０として、抵抗を用いた例を示す（図２参照）。
この抵抗値は、発振回路部１０の特性に合わせて適宜選
択される。尚、交流分離素子３０として、抵抗の代わり
に、コイル素子を用いても良い。但し、この場合、コイ
ル素子は、発振回路部１０と制御回路部２０とを交流的
に分離するために十分なインダクタンスを有する必要が
ある。

【００３１】以下に、制御回路部の動作等につき、＋３
分のＡＴカット水晶振動子に対して、温度領域の温度幅
を１５℃として、制御電圧を決定し、温度補償を行った
場合を例に挙げて、図３及び図４を用いて説明する。図
３は、＋３分のＡＴカット水晶振動子の温度周波数変化
特性と、その周波数変化特性を補償するための本具体例
における制御電圧を示す。図４は、図３に示される制御
電圧をもって温度補償を行った後の発振回路部全体とし
ての温度周波数変化特性を示す。

【００３２】本具体例における制御電圧算出式は、図３
から理解されるように、水晶振動子１２近傍の温度に従
って変化する制御電圧を導出するための１次の関数で表
される。実際には、前述の通り、水晶振動子１２近傍の
温度は、温度センサー２１により検出電圧として検出さ
れ、更に、Ａ／Ｄコンバータ２２によりデジタル化さ
れ、デジタル検出信号としてデジタル演算処理部２４に
対して入力される。従って、前述の１次関数は、Ａ／Ｄ
コンバータ２２からデジタル演算処理部２４に対して入
力されるデジタル検出信号の示すデジタル量を変数とす
るものである。

【００３３】ここで、以下に制御電圧算出式の具体例を
説明するにあたって、まず、制御電圧算出式の各要素に
ついての定義を行う。

【００３４】複数の温度領域は、温度の低い方から順番
を付し、その順番をｎ（ｎは、１以上の整数）で表され
る。また、ｎ番目の温度領域における最高温度及び最低
温度が検出された場合における検出電圧は、夫々、Ｖ
_n-Temp.max及びＶ_n-Temp.minで表される。Ｖ_n-Temp.max
からＶ_n-Temp.minを引いて得られる差電圧、即ち、ｎ番
目の温度領域における温度幅に対応した電圧は、ΔＶ_n
で示される。検出電圧がＶ_n-Temp.max及びＶ_n-Temp.min
を示す場合に、バリキャップ１２に印加すべき制御電圧
は、夫々、Ｖ_n-Cont.max及びＶ_n-Cont.minで示される。
尚、一般に、検出電圧はＶ_Tempで示され、Ｖ_n-Tempが検
出された場合における制御電圧はＶ_Contで示される。実
際には、各電圧は、夫々、等価なデジタル量で表され、
デジタル演算処理部２４にて取り扱われる。

【００３５】このような各種記号で示される電圧によ
り、各制御電圧算出式における１次係数Ａ_n は、下記数
１式により定められる。

【００３６】

【数１】 即ち、各制御電圧算出式における１次係数Ａ_n は、対応
する温度領域の最高温度及び最低温度を検出した際にバ
リキャップ１２に対して夫々印加すべき制御電圧である
最大制御電圧及び最小制御電圧Ｖ_n-Cont.max及びＶ
_n-Cont.minと、対応する温度領域における温度幅に相当
する温度幅電圧ΔＶ_n とを用いて、最大制御電圧Ｖ
_n-Cont.maxから最小制御電圧Ｖ_n-Cont.minを引いた値全
体（Ｖ_n-Cont.max−Ｖ_n-Cont.min）を温度幅電圧ΔＶ_n
にて割って得られる値で示される。

【００３７】更に、このようにして定められる１次係数
Ａ_n と先に規定の各種電圧を用いて、各制御電圧算出式
は、以下のように表される。尚、本具体例においては、
制御電圧算出式として、同じ検出電圧に対して同じ制御
電圧を導出する２つの１次関数で示される式を例示す
る。

【００３８】一方の１次関数で示される制御電圧算出式
は、下記数２式により定められる。

【００３９】

【数２】 即ち、各制御電圧算出式は、対応する１次係数Ａ_n と、
検出電圧Ｖ_Tempと、対応する温度領域における最低温度
を検出した際に得られる検出電圧である最低検出電圧Ｖ
_n-Temp.minと、最低検出電圧Ｖ_n-Temp.minを検出した際
における制御電圧である最小制御電圧Ｖ_n-Cont.minとを
用いて、検出電圧Ｖ_Tempから最低検出電圧Ｖ_n-Temp.min
を引いて得られる差電圧全体（Ｖ_Temp−Ｖ_n-Temp.min）
に１次係数Ａ_n を掛け合わせ、更に掛け合わせた結果
（Ａ_n ・（Ｖ_Temp−Ｖ_n-Temp.min））に最小制御電圧Ｖ
_n-Cont.minを足して得られる値で示される。

【００４０】また、他方の１次関数で示される制御電圧
算出式は、下記数３式により定められる。

【００４１】

【数３】 即ち、各制御電圧算出式は、対応する１次係数Ａ_n と、
検出電圧Ｖ_Tempと、対応する温度領域における最高温度
を検出した際に得られる検出電圧である最高検出電圧Ｖ
_n-Temp.maxと、最高検出電圧Ｖ_n-Temp.maxを検出した際
における制御電圧である最大制御電圧Ｖ_n-Cont.maxとを
用いて、検出電圧Ｖ_Tempから最高検出電圧Ｖ_n-Temp.max
を引いて得られる差電圧全体（Ｖ_Temp−Ｖ_n-Temp.max）
に１次係数Ａ_n を掛け合わせ、更に掛け合わせた結果
（Ａ_n ・（Ｖ_Temp−Ｖ_n-Temp.max））に最大制御電圧Ｖ
_n-Cont.maxを足して得られる値で示される。

【００４２】（２）及び（３）式を参照すれば理解され
るように、２種類の制御電圧算出式とも、同じ検出電圧
に対して同じ制御電圧を導出するためのものである。

【００４３】（２）及び（３）式のいずれかの制御電圧
算出式を用いて算出した制御電圧をバリキャップ１２に
対して印加することにより、発振回路部１０から出力さ
れる発振出力の発振周波数は、図４に示されるように、
温度補償される。

【００４４】図４を参照すると理解されるように、本実
施の形態においては各温度領域の温度幅を一律に１５℃
としたが、制御後の発振周波数における周波数偏差は、
要求される±２ｐｐｍ以内を十分に満たしている。この
ことから理解されるように、各温度領域の温度幅を従来
例に比べて大幅に広げた場合であっても、本具体例によ
る温度補償型水晶発振器においては、高い周波数安定度
を満たすことができる。また、本具体例においては、温
度領域の個数を９個とすることができたため、組立・調
整工程においてサンプルする温度の数を１０点で済むこ
ととなる。従って、本具体例においては、従来例に比較
して、組立・調整工程のコストの低減が図られている。
尚、本実施の形態においては、温度領域の温度幅を一律
に１５℃として説明してきたが、水晶振動子の周波数変
化特性がもともと小さい温度近辺においては、温度幅を
より大きくするなどしても良く、温度幅が必ずしも等間
隔である必要はない。また、容易に想像し得るように、
温度領域の個数を９個以下、即ちサンプルする温度の数
を１０点以下とすることも可能であり、より大幅な組立
・調整工程のコストの低減を図ることも可能である。ま
た、図４から明らかなように、本実施の形態において
は、隣り合う温度領域の夫々に対応する制御電圧算出式
が、隣り合う温度領域間における境界となる温度にて等
しい制御電圧を算出するように定められていることか
ら、従来例において問題とされた温度補償後の周波数偏
差における急激な変化は生じない。従って、本実施の形
態によれば、水晶発振器における発振出力の位相が急激
に変化することがないことから、基準クロックとしての
品質の低下を防ぐことができる。

【００４５】尚、本実施の形態において、制御電圧算出
式は、全て温度（検出電圧）の１次関数として、説明し
てきたが、２次以上の関数であっても良く、本実施の形
態に制限されるものではない。

【００４６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、各温度領域に対する制御電圧を一定に限らなくし、
温度領域の数を低減したことにより、組立・調整工程に
おけるコストの低減を図りつつ要求される周波数安定度
を達成することのできるデジタル温度補償型水晶発振器
が得られる。

【００４７】また、本発明によれば、各温度領域間の境
界となる温度において算出される制御電圧が等しくなる
ように、各温度領域に対応する制御電圧算出式を定めた
ことから、制御後の発振周波数においても従来問題とさ
れていた急激な位相変化が生じることがなく、高品質の
基準クロックを定常的に生成することが可能であるデジ
タル温度補償型水晶発振器が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のデジタル温度補償型水晶
発振器の概略的な構成を示す図である。

【図２】図１に示される本実施の形態のデジタル温度補
償型水晶発振器における制御回路部２０の構成をより詳
細に示した図である。

【図３】本実施の形態のデジタル温度補償型水晶発振器
における具体的な制御方法を示す図である。

【図４】図３に示される制御を行った後における発振回
路部の発振出力の温度周波数変化特性を示す図である。

【図５】ＡＴカット水晶振動子の温度周波数変化特性を
示す図である。

【図６】従来例のデジタル温度補償型水晶発振器におけ
る制御方法を示す図である。

【図７】図６に示される制御を行った後における発振回
路部の発振出力の温度周波数変化特性を示す図である。

【符号の説明】

１０ 発振回路部 １１ 水晶振動子 １２ バリキャップ ２０ 制御回路部 ３０ 交流分離素子

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水晶振動子及びバリキャップを有する発
   振回路部と、前記水晶振動子近傍の温度に応じてデジタ
   ル演算処理に基づき前記バリキャップに印加する制御電
   圧を制御することにより前記発振回路部に対する温度補
   償を行うための制御回路部とを備えたデジタル温度補償
   型水晶発振器において、 前記制御回路部は、当該制御回路部の制御対象範囲とな
   る全温度範囲を夫々所定の温度幅を有するようにして複
   数の温度領域に分割し、該複数の温度領域の夫々に対応
   して温度の１次以上の関数により定められる複数の制御
   電圧算出式を予め備えており、前記水晶振動子近傍の温
   度を検出して、当該検出した温度に応じて前記複数の制
   御電圧算出式から一の前記制御電圧算出式を選択し、該
   選択された制御電圧算出式を用いて前記検出した温度に
   応じて前記バリキャップに印加すべき前記制御電圧を算
   出することを特徴とするデジタル温度補償型水晶発振
   器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のデジタル温度補償型水
   晶発振器において、 前記複数の制御電圧算出式の夫々は、一の前記温度領域
   に対応する一の前記制御電圧算出式と他の前記温度領域
   に対応する他の前記制御電圧算出式とが、前記一の温度
   領域と前記他の温度領域との境界の温度に応じて、同じ
   値の前記制御電圧を導出するようにして定められた関数
   であることを特徴とするデジタル温度補償型水晶発振
   器。
3. 【請求項３】 請求項１又は２のいずれかに記載のデジ
   タル温度補償型水晶発振器において、 前記制御回路部は、 前記水晶振動子近傍の温度を検出して、当該温度に対応
   する検出電圧を、アナログ信号である検出電圧信号とし
   て出力するための温度センサーと、 該温度センサーに接続され、該温度センサーの出力する
   前記検出電圧信号を受けて、アナログ／デジタル変換
   し、前記検出電圧に対応するデジタル量を有する前記デ
   ジタル検出信号として出力するためのＡ／Ｄコンバータ
   と、 前記複数の制御電圧算出式と前記制御を行うためのプロ
   グラムとを格納したメモリと、 前記Ａ／Ｄコンバータ及び前記メモリに接続され、前記
   Ａ／Ｄコンバータから前記デジタル検出信号を受けて、
   前記プログラムに従い前記複数の制御電圧算出式を用い
   て演算処理を行い、前記制御電圧に対応する制御データ
   であって、デジタルデータとしての前記制御データを出
   力するためのデジタル演算処理部と、 該デジタル演算処理部に接続され、前記制御データを受
   けて、デジタル／アナログ変換し、前記制御電圧として
   出力するためのＤ／Ａコンバータとを備えることを特徴
   とするデジタル温度補償型水晶発振器。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のデジタル温度補償型水
   晶発振器において、 二つの端子を備え、一端を前記Ｄ／Ａコンバータに接続
   され、他端を前記バリキャップ及び前記水晶振動子の接
   続点に接続され、前記発振回路部と前記制御回路部とを
   交流的に分離すると共に前記制御電圧を前記バリキャッ
   プに印加するための交流分離素子を更に備えることを特
   徴とするデジタル温度補償型水晶発振器。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のデジタル温度補償型水
   晶発振器において、 前記交流分離素子は、交流的に分離するために十分な抵
   抗値を有する抵抗であることを特徴とするデジタル温度
   補償型水晶発振器。
6. 【請求項６】 請求項４に記載のデジタル温度補償型水
   晶発振器において、 前記交流分離素子は、交流的に分離するために十分に高
   いインダクタンスを有するコイル素子であることを特徴
   とするデジタル温度補償型水晶発振器。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
   のデジタル温度補償型水晶発振器において、 前記温度領域は、９つ以下であることを特徴とするデジ
   タル温度補償型水晶発振器。
8. 【請求項８】 請求項３乃至請求項７のいずれかに記載
   のデジタル温度補償型水晶発振器において、 前記複数の制御電圧算出式は、全て温度の１次関数であ
   り、 当該１次関数で表される前記複数の制御電圧算出式の夫
   々における１次係数は、対応する前記温度領域の最高温
   度及び最低温度を検出した際に前記バリキャップに対し
   て夫々印加すべき制御電圧である最大制御電圧及び最小
   制御電圧と、当該温度領域における前記所定の温度幅に
   相当する温度幅電圧とを用いて、前記最大制御電圧から
   前記最小制御電圧を引いた差電圧全体を前記温度幅電圧
   にて割って得られる値で示されることを特徴とするデジ
   タル温度補償型水晶発振器。
9. 【請求項９】 請求項８に記載のデジタル温度補償型水
   晶発振器において、 前記複数の制御電圧算出式は、夫々、対応する前記１次
   係数と、前記検出電圧と、前記対応する温度領域におけ
   る最低温度を検出した際に得られる前記検出電圧である
   最低検出電圧と、前記最小制御電圧とを用いて、前記検
   出電圧から前記最低検出電圧を引いて得られる電圧差に
   前記１次係数を掛け合わせ、更に掛け合わせた結果に前
   記最小制御電圧を足して得られる値で示されることを特
   徴とするデジタル温度補償型水晶発振器。
10. 【請求項１０】 請求項８に記載のデジタル温度補償型
    水晶発振器において、 前記複数の制御電圧算出式は、夫々、対応する前記１次
    係数と、前記検出電圧と、前記対応する温度領域におけ
    る最高温度を検出した際に得られる前記検出電圧である
    最高温度電圧と、前記最大制御電圧とを用いて、前記検
    出電圧から前記最高検出電圧を引いて得られる電圧差に
    前記１次係数を掛け合わせ、更に掛け合わせた結果に前
    記最大制御電圧を足して得られる値で示されることを特
    徴とするデジタル温度補償型水晶発振器。