JPH1188052A - 温度補償型水晶発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度補償のための制御信号の発生回路を簡略
化でき、制御信号の狭い電圧範囲でも温度補償範囲が広
い温度補償型水晶発振器を安価に提供する。 【解決手段】 ＡＴカット水晶振動子とＭＯＳ型コンデ
ンサと第１の固定容量との直列接続と、増幅器と、第２
の固定容量とを並列に接続して水晶発振回路を構成し、
その水晶発振回路のＭＯＳ型コンデンサの一方の端子に
直接あるいは第１の入力抵抗を介して温度補償用の第１
の制御信号発生回路を接続し、他方の端子に直接あるい
は第２の入力抵抗を介して温度補償用の第２の制御信号
発生回路を接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、携帯電話機など
の通信機器に搭載する温度補償型水晶発振器に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】通信機器に搭載する温度補償型水晶発振
器は、１０ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶振動子を振動源と
する水晶発振回路と、その発振周波数を調整するための
周波数調整回路を用いた温度補償回路とからなり、ＡＴ
カット水晶振動子の３次曲線の温度特性を打ち消すこと
により発振周波数を安定化させるようにしている。

【０００３】この種の温度補償型水晶発振器は、これま
ではディスクリート部品で構成する直接補償方式のアナ
ログ温度補償型水晶発振器が主であった。しかしなが
ら、最近は国際間の通話方式の共通化に向けてＣＤＭＡ
（codedivision multiple access）方式を採用する気運
が高まりつつあり、温度補償範囲の拡大が可能な間接補
償方式の温度補償型水晶発振器が注目を集めている。

【０００４】間接補償方式の温度補償型水晶発振器は、
なんらかの回路を用いて温度補償信号を発生し、その信
号で可変容量回路などを制御して、ＡＴカット水晶振動
子の温度補償を行うものである。その温度補償信号を発
生する回路として、以前はディスクリート部品で構成す
る抵抗回路網などが採用されていたが、最近では半導体
集積回路が使用されることが多くなってきている。

【０００５】そして、その温度補償信号は電圧信号とし
て発生することがほとんどである。そのため、周波数調
整回路には電圧制御型の可変容量回路が採用されること
が多い。また、携帯電話機に搭載する温度補償型水晶発
振器の駆動電圧は、５Ｖから３Ｖに移行し、さらなる低
電圧化が要求されている。これに伴って、可変容量回路
に印加される信号の電圧幅は次第に狭まってきている。

【０００６】そこで、間接補償方式の温度補償型水晶発
振器において温度補償範囲を拡大するためには、狭い電
圧範囲で容量変化率が大きい可変容量回路が必要であ
る。また、温度補償と、外部信号によって発振周波数を
制御する外部周波数制御との相互干渉を排除するため
に、温度補償信号と外部周波数制御信号とを合成し、こ
の合成信号によって可変容量回路を制御するという方式
も提案されている。

【０００７】このような提案も、可変容量回路の容量変
化率が大きく、少しの電圧変化によって水晶発振回路の
発振周波数を大幅に変化させることができることが前提
となっている。このようなことから、間接補償方式の温
度補償型水晶発振器においては、可変容量回路がとくに
重要な構成要素となっている。

【０００８】可変容量回路は、少なくとも１つの可変容
量素子を使用して構成される。そこで、従来の可変容量
回路の一例を図１６に示す。この可変容量回路は、ＤＣ
カットコンデンサの役目を果たす固定容量４５と、可変
容量素子４９とを直列に接続し、可変容量素子４９の他
端子をグランドに接続し、固定容量４５の他端子４６を
出力端子として水晶発振回路に接続する。そして、固定
容量４５と可変容量素子４９との接続点に入力抵抗４７
を接続する。制御信号Ａは、この入力抵抗４７を介して
印加される。

【０００９】入力抵抗４７は交流信号を遮断する役目を
果たすものであり、もし制御信号を発生する回路の出力
インピーダンスが充分高ければ、入力抵抗４７を省略す
る場合もある。可変容量素子４９の他端子の接続先は、
高電位側の電源（Ｖｃｃ）の場合もある。

【００１０】可変容量素子４９は、可変容量ダイオード
やＭＯＳ型コンデンサなどが代表的なものである。可変
容量ダイオードやＭＯＳ型コンデンサは、いずれも半導
体の空乏層幅が電圧によって変化することを利用してお
り、容量変化率を大きくするために、その製造段階でい
くつかの工夫をしている。

【００１１】可変容量ダイオードはｐｎ接合ダイオード
の一種であり、空乏層が伸びる側すなわち低濃度側の不
純物濃度分布に傾斜を設けたり、その不純物濃度を薄く
するなどの工夫がみられる。また、ＭＯＳ型コンデンサ
の場合は、半導体基板の不純物濃度を薄くしたり、ゲー
ト酸化膜の膜厚を薄くするなどの工夫がなされている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
の不純物濃度を薄くすることには限度があるため、これ
らの可変容量素子の容量の最小値はあまり小さくはでき
ないうえに、不純物濃度によって最小容量値を小さくし
ようとすると、使用電圧範囲での最大容量値も小さくな
ってしまうという問題点がある。

【００１３】さらに、ＭＯＳ型コンデンサの場合は、ゲ
ート酸化膜の膜厚を薄くして物理的な最大容量値を大き
くしても、使用電圧範囲での最大容量値はあまり大きく
はならないという問題点がある。つまり、従来のように
可変容量素子の製造段階で工夫しても、使用電圧範囲で
の容量変化率をあまり大きくできないという課題があ
る。

【００１４】そこでこの発明は、使用電圧範囲での周波
数調整範囲が大きく、温度補償のための制御信号の発生
回路を簡略化でき、制御信号の狭い電圧範囲でも温度補
償範囲が広い温度補償型水晶発振器を、低コストで提供
することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明による温度補償
型水晶発振器は、上記の目的を達成するため、ＡＴカッ
ト水晶振動子と発振周波数調整用の可変容量としてのＭ
ＯＳ型コンデンサとを有する水晶発振回路と、そのＭＯ
Ｓ型コンデンサの一方の端子に直接あるいは第１の入力
抵抗を介して接続する温度補償用の第１の制御信号発生
回路と、上記ＭＯＳ型コンデンサの他方の端子に直接あ
るいは第２の入力抵抗を介して接続する温度補償用の第
２の制御信号発生回路とを備えたものである。

【００１６】上記水晶発振回路は、ＡＴカット水晶振動
子とＭＯＳ型コンデンサと第１の固定容量との直列接続
と、その直列接続に並列に接続する増幅器と、その増幅
器に並列に接続する第２の固定容量とによって構成する
ことができる。

【００１７】上記水晶発振回路はまた、ＡＴカット水晶
振動子とＭＯＳ型コンデンサと第１の固定容量との直列
接続と、その直列接続に並列に接続する増幅器と、その
増幅器の入力端子および出力端子と任意の定電位源との
間にそれぞれ接続される第２の固定容量および第３の固
定容量とによって構成することもできる。

【００１８】上記水晶発振回路はまた、ＡＴカット水晶
振動子とＭＯＳ型コンデンサと第１の固定容量との直列
接続と、その直列接続に並列に接続する増幅器と、上記
ＡＴカット水晶振動子とＭＯＳ型コンデンサとの直列接
続に並列に接続される第２の固定容量とによって構成す
ることもできる。

【００１９】上記水晶発振回路はまた、ＡＴカット水晶
振動子とＭＯＳ型コンデンサと第１の固定容量との直列
接続と、その直列接続に並列に接続する増幅器と、その
増幅器とＡＴカット水晶振動子との接続点と任意の定電
位源との間に接続される第２の固定容量と、上記ＭＯＳ
型コンデンサと第１の固定容量との接続点と任意の定電
位源との間に接続される第３の固定容量とによって構成
することもできる。

【００２０】上記水晶発振回路はまた、第１の固定容量
とＭＯＳ型コンデンサと第２の固定容量との直列接続
と、その直列接続に並列に接続する増幅器と、その増幅
器に並列に接続するＡＴカット水晶振動子とによって構
成することもできる。

【００２１】上記水晶発振回路はまた、第１の固定容量
とＭＯＳ型コンデンサと第２の固定容量との直列接続
と、その直列接続に並列に接続する増幅器と、上記ＭＯ
Ｓ型コンデンサに並列に接続されるＡＴカット水晶振動
子とによって構成することもできる。

【００２２】上記水晶発振回路はまた、ＡＴカット水晶
振動子と増幅器との並列接続と、そのＡＴカット水晶振
動子の一方の端子と任意の定電位源との間に接続され
る、第１の固定容量とＭＯＳ型コンデンサと第２の固定
容量との直列接続とによって構成することもできる。

【００２３】この発明による温度補償型水晶発振器はま
た、ＡＴカット水晶振動子と増幅器との並列接続と、そ
のＡＴカット水晶振動子に並列に接続される、第１の固
定容量と第１のＭＯＳ型コンデンサと第２のＭＯＳ型コ
ンデンサと第２の固定容量との直列接続と、その第１の
ＭＯＳ型コンデンサと第２のＭＯＳ型コンデンサとの接
続点と任意の定電位源との間に接続される第３の固定容
量とによって水晶発振回路を構成することができる。

【００２４】あるいはまた、第１の固定容量とＡＴカッ
ト水晶振動子と第２の固定容量との直列接続と、その直
列接続に並列に接続する増幅器と、上記ＡＴカット水晶
振動子に並列に接続される、第１のＭＯＳ型コンデンサ
と第２のＭＯＳ型コンデンサとの直列接続と、その第１
のＭＯＳ型コンデンサと第２のＭＯＳ型コンデンサとの
接続点と任意の定電位源との間に接続される第３の固定
容量ととによって水晶発振回路を構成してもよい。

【００２５】これらの場合、上記第１の固定容量と第１
のＭＯＳ型コンデンサとの接続点に直接あるいは第１の
入力抵抗を介して温度補償用の第１の制御信号発生回路
を接続し、上記第２の固定容量と第２のＭＯＳ型コンデ
ンサとの接続点と第１の制御信号発生回路との間に第２
の入力抵抗を接続し、上記第１のＭＯＳ型コンデンサと
第２のＭＯＳ型コンデンサとの接続点に直接あるいは第
３の入力抵抗を介して温度補償用の第２の制御信号発生
回路を接続する。

【００２６】あるいは、上記第１の固定容量と第１のＭ
ＯＳ型コンデンサとの接続点に直接あるいは第１の入力
抵抗を介して温度補償用の第１の制御信号発生回路を接
続し、上記第２の固定容量と第２のＭＯＳ型コンデンサ
との接続点に直接あるいは第２の入力抵抗を介して温度
補償用の第２の制御信号発生回路を接続し、さらに、上
記第１のＭＯＳ型コンデンサと第２のＭＯＳ型コンデン
サとの接続点に直接あるいは第３の入力抵抗を介して温
度補償用の第３の制御信号発生回路を接続するようにし
てもよい。

【００２７】これらの各温度補償型水晶発振器におい
て、上記第１の制御信号発生回路は、ＡＴカット水晶振
動子の温度特性曲線を低温側にて直線化補正するための
信号を発生する低温側直線化補正信号発生回路とし、上
記第２の制御信号発生回路は、ＡＴカット水晶振動子の
温度特性曲線を高温側にて直線化補正するための信号を
発生する高温側直線化補正信号発生回路とするとよい。

【００２８】さらに、その低温側直線化補正信号発生回
路を、出力の温度特性がほぼ直線である温度センサと、
その温度センサの出力を低温側にて２乗曲線信号に変換
する低温側２乗変換回路とによって構成し、高温側直線
化補正信号発生回路は、出力の温度特性がほぼ直線であ
る温度センサと、その温度センサの出力を高温側にて２
乗曲線信号に変換する高温側２乗変換回路とによって構
成することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、この発明による温度補償型
水晶発振器の種々な実施の形態を図面を参照して説明す
る。

【００３０】〔第１の実施形態：図１〜図４〕まず、こ
の発明の第１の実施形態を図１乃至図４を参照して説明
する。この第１の実施形態の温度補償型水晶発振器は、
図１にその構成を示すように、ＡＴカット水晶振動子１
とＭＯＳ型コンデンサ３と第１の固定容量５とが直列に
接続されており、この直列接続に、発振インバータ７と
帰還抵抗９との並列接続から成る増幅器１１が並列に接
続して、水晶発振回路１０を構成している。８はその出
力端子である。

【００３１】そして、この水晶発振回路１０のＡＴカッ
ト水晶振動子１とＭＯＳ型コンデンサ３との接続点に、
温度補償用の第１の制御信号発生回路１３が第１の入力
抵抗１７を介して接続し、ＭＯＳ型コンデンサ３と第１
の固定容量５との接続点に、温度補償用の第２の制御信
号発生回路１４が第２の入力抵抗１８を介して接続して
いる。また、増幅器１１と並列に第２の固定容量２１が
接続されている。

【００３２】第１の入力抵抗１７および第２の入力抵抗
１８は、直流信号を通し交流信号を遮断する役目を果た
すものであり、もし第１の制御信号発生回路１３および
第２の制御信号発生回路１４の出力インピーダンスが充
分に高ければ、これらの入力抵抗１７，１８を省略し
て、第１，第２の制御信号発生回路１３，１４が出力す
る温度補償用の制御信号を、それぞれＭＯＳ型コンデン
サ３の両側の端子に直接印加してもよい。

【００３３】第１の制御信号発生回路１３および第２の
制御信号発生回路１４は、ＭＯＳ型コンデンサ３の容量
値が電源電圧変動の影響を受けないようにするため、同
一の電位を基準として制御信号を発生する。たとえばど
ちらもグランドを基準とするなどである。

【００３４】ＡＴカット水晶振動子には、室温付近（一
般には１５℃〜４５℃）での周波数に温度による変化が
ない、いわゆるフラット水晶と呼ばれる水晶振動子があ
り、これを使用する水晶発振回路は、温度が１５℃〜４
５℃の間での周波数偏差が温度補償型水晶発振器として
の許容偏差以内である。温度が１５℃以下の領域および
４５℃以上の領域では、３次曲線の温度特性を示す。

【００３５】この図１に示す第１の実施形態の有効性を
理解するためには、ＭＯＳ型コンデンサの電気特性を理
解する必要がある。そこでまず、ＭＯＳ型コンデンサの
電気特性について説明する。図２は、ＭＯＳ型コンデン
サの電気特性の１つの例を示す。

【００３６】この図２に示す電気特性は、ｎ形半導体基
板とｎ形ゲート電極とを有するＭＯＳ型コンデンサの例
であり、半導体基板（対向電極）を基準とするゲート電
極の電圧と、容量値との関係を表すものである。この電
気特性は、一般にＣ−Ｖカーブと呼ばれている。

【００３７】図２には、ゲート電圧（Ｖ）と容量（Ｃ）
の関係を示す２本のＣ−Ｖカーブを示しており、それぞ
れ高濃度のｎ形半導体基板でゲート絶縁膜が厚い場合の
Ｃ−Ｖカーブ２３と、低濃度のｎ形半導体基板でゲート
絶縁膜が薄い場合のＣ−Ｖカーブ２５とを表している。

【００３８】この図から明らかなように、物理的な容量
変化率を大きくするためには、Ｃ−Ｖカーブ２３のよう
な厚膜高濃度の条件ではなく、Ｃ−Ｖカーブ２５のよう
な薄膜低濃度の条件でＭＯＳ型コンデンサを形成する必
要がある。しかし、図２に示すように、薄膜低濃度のＣ
−Ｖカーブ２５は厚膜高濃度のＣ−Ｖカーブ２３に比べ
て右方向（ゲート電圧のプラス側）に移動している。

【００３９】このＣ−Ｖカーブの移動は、ＭＯＳトラン
ジスタのスレショールド電圧の移動と同じ現象であり、
ゲート絶縁膜を薄くしたり、半導体基板の不純物濃度を
薄くしたりすれば、このような特性の移動は避けられな
い。そして、従来のように半導体基板を電源やグランド
に接続すると、昇圧回路などを使用しない限り、Ｃ−Ｖ
カーブのうちゲート電圧がプラス側かマイナス側かのど
ちらかしか使用できない。

【００４０】したがって、たとえ物理的な容量変化率を
大きくしても、薄膜低濃度のＣ−Ｖカーブ２５のような
特性のＭＯＳ型コンデンサでは、実際の使用電圧範囲で
の容量変化率が小さくなってしまう。物理的な容量変化
率が大きいままで、Ｃ−Ｖカーブを左方向（ゲート電圧
の負方向）に移動させるためには、ゲート電極材料を、
ｎ形よりももっとｎ形の傾向が強い物質、すなわち仕事
関数が小さい物質に変更する必要がある。

【００４１】しかし、半導体集積回路の電気特性に悪影
響を与えることなく、そのような条件を満たす適当な物
質は、今のところ見つかっていない。そこで、ＭＯＳ型
コンデンサの電気特性を改良するのではなく、その使用
方法を工夫することによって、使用電圧範囲での容量変
化率を大きくしなければならない。

【００４２】この発明の各実施形態においては、このよ
うなＭＯＳ型コンデンサの使用方法の工夫をしており、
図１に示した第１の実施形態でもそのような工夫を行っ
ている。図１に示すようＭＯＳ型コンデンサ３は、ＡＴ
カット水晶振動子１および第１の固定容量５によって、
増幅器１１などの直流レベルを有する回路から直流的に
遮断されている。したがって、第１の制御信号発生回路
１３および第２の制御信号発生回路１４は、電源電圧範
囲内で任意の電圧をそれぞれ出力することができる。

【００４３】そこでたとえば、第２の制御信号発生回路
１４が電源電圧の半分程度の電圧を出力し、第１の制御
信号発生回路１３の出力がグランドレベルから電源電圧
まで変化するならば、図２に示すＣ−Ｖカーブをゲート
電圧がマイナスの領域からプラスの領域まで使用するこ
とに相当する。したがって、薄膜低濃度のＣ−Ｖカーブ
２５のような特性のＭＯＳ型コンデンサならば、容量変
化が最も大きい範囲を使用できることになり、従来の構
成に比べて、容量変化率は大幅に向上する。

【００４４】ＭＯＳ型コンデンサ３の容量変化率が向上
することによって、ＡＴカット水晶振動子１の周波数可
変幅も拡大するから、図１に示す第１の実施形態によ
り、温度補償範囲が広い温度補償型水晶発振器を実現す
ることができる。なお、第２の固定容量２１は、負荷容
量の調整や周波数可変幅の確保のために設けている。

【００４５】ところで、この発明による温度補償型水晶
発振器では、可変容量としてのＭＯＳ型コンデンサの容
量変化率の拡大だけではなく、温度補償用の第１の制御
信号と第２の制御信号との信号合成をも実質的に実現し
ている。

【００４６】すなわち、図１におけるＭＯＳ型コンデン
サ３の容量値は、第１の制御信号発生回路１３から出力
される第１の制御信号Ｓ１と、第２の制御信号発生回路
１４から出力される第２の制御信号Ｓ２との電位差によ
り制御され、その容量値の変化により周波数が変化する
から、この第１の実施形態の構成は一種の電位差検出回
路となっている。

【００４７】そして電位差は、一方の制御信号を反転し
て他方の制御信号と加算すること、例えば、Ｓ１＋（−
Ｓ２）と等価であり、加算は信号合成の一種である。し
たがって、図１に示す回路構成は、実質的に第１の制御
信号Ｓ１と第２の制御信号Ｓ２との信号合成回路になっ
ている。このような、ＭＯＳ型コンデンサ３による信号
合成効果があるために、この発明による温度補償型水晶
発振器は、温度補償信号の発生回路を簡略化できる。

【００４８】ここで、水晶発振回路１０に使用するＡＴ
カット水晶振動子１が、前述のように温度１５℃から４
５℃の室温付近では温度による周波数の変化が殆どな
い、いわゆるフラット水晶と呼ばれる水晶振動子である
場合の温度補償について説明する。

【００４９】このようなＡＴカット水晶振動子１を用い
た水晶発振回路１０では、１５℃より低温側および４５
℃より高温側の温度特性を、室温付近の温度特性の延長
線上に直線化補正するのみで温度補償を実現できる。こ
のとき、可変容量素子が１つだけの場合、全温度範囲に
わたって温度補償を行うためには、低温側直線化補正信
号と高温側直線化補正信号とを合成する必要がある。

【００５０】しかし、図３の水晶発振回路１０における
ＭＯＳ型コンデンサ３は信号合成回路を兼ねるから、第
１の制御信号発生回路１３を低温側直線化補正信号発生
回路とし、第２の制御信号発生回路１４を高温側直線化
補正信号発生回路とすることにより、低温から高温まで
の範囲をすべて直線化補正することができる。したがっ
て、制御信号の発生段階で信号合成回路を１つ省略する
ことができ、温度補償信号発生回路を簡略化できる。

【００５１】さて、低温側直線化補正信号発生回路ある
いは高温側直線化補正信号発生回路としては、ＭＯＳト
ランジスタを使用して構成する例を、本出願人によって
既に出願している（特願平９−１５６７９１号）。それ
は、２つのＭＯＳトランジスタがそれぞれ発生する２乗
曲線信号を利用して、ＡＴカット水晶振動子の温度特性
の３次曲線の低温側と高温側とをそれぞれを近似し、直
線化補正を行うものである。

【００５２】このような直線化補正回路を、図１に示し
た第１の実施形態に適用する場合の具体的な回路例を図
３に示す。図３は、ＭＯＳトランジスタの２乗則領域の
電流電圧特性を利用して２乗曲線信号を発生させ、その
２乗曲線信号を直線化補正信号としてＭＯＳ型コンデン
サを制御する例を示す回路図である。

【００５３】図３において、ｎチャネルのＭＯＳトラン
ジスタＭＰ１と抵抗Ｒ１との直列接続と、そのＭＯＳト
ランジスタＭＰ１に一定のゲート電圧を印加する直流電
源ＥＢとによって温度センサ２７を構成している。その
温度センサ２７の出力である温度検知信号が、低温側２
乗変換回路２９と高温側２乗変換回路３１に入力する。

【００５４】低温側２乗変換回路２９は、オペアンプに
よる正転増幅器３３と、ｎチャネルのＭＯＳトランジス
タＭＰ２と抵抗Ｒ２との直列接続とからなる。また、高
温側２乗変換回路３１は、オペアンプによる反転増幅器
３５と、ｎチャネルのＭＯＳトランジスタＭＰ３と抵抗
Ｒ３との直列接続とからなる。

【００５５】水晶発振回路１０の構成は図１に示したも
のと同じであり、ＡＴカット水晶振動子１とＭＯＳ型コ
ンデンサ３と第１の固定容量５とが直列に接続され、こ
の直列接続に増幅器１１および第２の固定容量２１が並
列に接続されている。ＭＯＳ型コンデンサ３は、ｎ形半
導体基板とｎ形ゲート電極とを有し、低濃度薄膜構造の
ものとする。

【００５６】ここで、温度センサ２７と低温側２乗変換
回路２９とによって、図１における第１の制御信号発生
回路１３に相当する低温側直線化補正信号発生回路を構
成し、ＭＯＳトランジスタＭＰ２と抵抗Ｒ２との接続点
から低温側直線化補正信号を第１の制御信号Ｓ１として
出力し、入力抵抗１７を介してＭＯＳ型コンデンサ３の
ゲート電極に印加する。

【００５７】また、温度センサ２７と高温側２乗変換回
路３１とによって、図１における第２の制御信号発生回
路１４に相当する高温側直線化補正信号発生回路を構成
し、ＭＯＳトランジスタＭＰ３と抵抗Ｒ３との接続点か
ら高温側直線化補正信号を第２の制御信号Ｓ２として出
力し、入力抵抗１８を介してＭＯＳ型コンデンサ３の対
向電極に印加する。

【００５８】温度センサ２７は、ＭＯＳトランジスタＭ
Ｐ１のゲート電圧が、スレショールド電圧プラス０．２
Ｖ程度で一定のとき、そのドレインからの出力（電圧）
は温度変化に対してほぼ直線的に変化する。そして低温
側２乗変換回路２９のＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲー
トには、温度センサ２７の出力を正転増幅器３３によっ
て増幅した電圧が印加される。具体的には、温度が下が
るにつれて直線的に増加する電圧である。

【００５９】正転増幅器３３の増幅率の調整などによ
り、このゲート電圧が、おおよそ温度１５℃のときにＭ
ＯＳトランジスタＭＰ２のスレショールド電圧になるよ
うに設定すれば、１５℃以下の温度では、温度が下がる
につれてスレショールド電圧よりも高いゲート電圧がＭ
ＯＳトランジスタＭＰ２に印加される。

【００６０】ＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲートにスレ
ショールド電圧以上の電圧が印加されるとき、ソース・
ドレイン間に流れる電流は、ゲート電圧とスレショール
ド電圧との差の２乗に比例する。したがって、１５℃以
下では温度が降下するにつれて、低温側２乗変換回路２
９は、ＭＯＳトランジスタＭＰ２のドレインから２乗曲
線信号を出力する。

【００６１】一方、高温側２乗変換回路３１のＭＯＳト
ランジスタのゲートには、温度センサ２７の出力を反転
増幅器３５によって反転増幅した信号（電圧）が印加さ
れる。具体的には、温度が上がるにつれて直線的に増加
する電圧である。反転増幅器３５の増幅率の調整などに
より、このゲート電圧が、おおよそ温度４５℃のときに
ＭＯＳトランジスタＭＰ３のスレショールド電圧になる
ように設定すれば、４５℃以上の温度では、温度が上が
るにつれてスレショールド電圧よりも高いゲート電圧
が、ＭＯＳトランジスタＭＰ２に印加される。

【００６２】したがって、４５℃以上では温度が上昇す
るにつれて、高温側２乗変換回路３１は、ＭＯＳトラン
ジスタＭＰ３のドレインから２乗曲線信号を出力する。
このようなＭＯＳトランジスタの２乗則領域での特性を
利用した２乗曲線信号の一例を図４に示す。

【００６３】図４に示すように、低温側２乗変換回路２
９が発生する低温側２乗曲線信号３７は、１５℃から低
温側に温度が下がるにつれて、１５℃との温度差の２乗
に比例して電圧が下がり、１５℃以上の温度では一定で
ある。一方、高温側２乗変換回路３１が発生する高温側
２乗曲線信号３９は、４５℃から高温側に温度が上がる
につれて、４５℃との温度差の２乗に比例して電圧が下
がり、４５℃以下の温度では一定である。

【００６４】そして、図３に示すように、低温側２乗変
換回路２９の出力は入力抵抗１７を介してＭＯＳ型コン
デンサ３のゲート電極に入力し、高温側２乗変換回路３
１の出力は入力抵抗１８を介してＭＯＳ型コンデンサ３
の対向電極に入力している。したがって、１５℃以下の
低温側では、ＭＯＳ型コンデンサ３のゲート電極の電位
が対向電極の電位よりも低くなり、４５℃以上の高温側
では、ＭＯＳ型コンデンサ３のゲート電極の電位が対向
電極の電位よりも高くなる。

【００６５】このＭＯＳ型コンデンサ３は、ｎ形半導体
基板とｎ形ゲート電極とを有する低濃度薄膜構造である
から、その特性は図２に示したＣ−Ｖカーブ２５のよう
になっている。したがって、１５℃以下の低温側では、
ＭＯＳ型コンデンサ３の容量値は減少し、４５℃以上の
高温側では、ＭＯＳ型コンデンサ３の容量値は増加す
る。

【００６６】ＭＯＳ型コンデンサ３の容量値が減少すれ
ば、水晶発振回路１０の発振周波数は上昇し、ＭＯＳ型
コンデンサ３の容量値が増加すれば、水晶発振回路１０
の発振周波数は低下する。そして、低温側２乗変換回路
２９および高温側２乗変換回路３１が発生する２乗曲線
信号は、ＡＴカット水晶振動子の温度特性の曲線部分を
精度良く近似するから、図３に示す構成により、ＡＴカ
ット水晶振動子１としてフラット水晶を使用した水晶発
振回路１０の温度補償を実現できる。

【００６７】なお、図３に示す温度補償型水晶発振器に
おいては、低温側２乗変換回路２９と高温側２乗変換回
路３１とで１つの温度センサ２７を共用している。しか
し、これは必須の構成ではなく、低温側温度センサと高
温側温度センサとを別に設けてもよい。

【００６８】ところで、ＡＴカット水晶振動子はフラッ
ト水晶ばかりではなく、一般的にはフラット水晶の温度
特性に、全温度範囲にわたって一定の勾配が付加された
温度特性を有している。そのようなＡＴカット水晶振動
子の場合でも、図１によって説明した第１の実施形態に
おいて、第１の制御信号発生回路１３あるいは第２の制
御信号発生回路１４のいずれかに、勾配補正信号を付加
することにより、温度補償を実現することができる。

【００６９】その場合の温度補償型水晶発振器は、低温
側直線化補正信号発生回路と、高温側直線化補正信号発
生回路と、勾配補正信号発生回路との３つの信号発生回
路を備える構成とし、このうち任意の２つの信号を合成
する回路を第１の制御信号発生回路１３とし、残りの１
つの信号発生回路を第２の制御信号発生回路１４とすれ
ばよい。ここで、第２の制御信号発生回路１４が任意の
２つの信号を合成する回路であってもよい。

【００７０】そして、任意の２つの信号が低温側直線化
補正信号および高温側直線化補正信号の場合は、２つの
抵抗を使用する内分回路で信号合成を行えばよい。ま
た、任意の２つの信号のうちのいずれか一方が勾配補正
信号の場合は、勾配補正信号を反転ポイントとし、他の
信号を入力とする反転増幅器で信号合成を行えばよい。
なお、勾配補正信号発生回路は、温度センサの出力を比
例変換する回路とする。あるいは、ＡＴカット水晶振動
子によっては低温側と高温側とで勾配が異なる場合があ
り、その場合の勾配補正信号発生回路は、折れ線信号発
生回路とする。

【００７１】さらに、ＡＴカット水晶振動子は、温度補
償だけではなく、全体的な周波数のシフト調整（ｆゼロ
調整という）も行わなければならないことが一般的であ
る。そのような場合でも、図１によって説明した第１の
実施形態において、第１の制御信号発生回路１３あるい
は第２の制御信号発生回路１４のいずれかに、ｆゼロ調
整信号を付加することにより、周波数精度の良い温度補
償型水晶発振器を実現することができる。

【００７２】その場合の温度補償型水晶発振器は、低温
側直線化補正信号発生回路と、高温側直線化補正信号発
生回路と、勾配補正信号発生回路と、ｆゼロ調整信号発
生回路の４つの信号発生回路を備える構成とする。そし
て、第１の制御信号発生回路１３はこのうちの任意の２
つの信号を合成する回路とし、第２の制御信号発生回路
１４は残りの２つの信号を合成する回路とすればよい。

【００７３】あるいは、第１の制御信号発生回路１３は
任意の３つの信号を合成する回路とし、第２の制御信号
発生回路１４は残りの信号発生回路としてもよい。ここ
で、第２の制御信号発生回路１４が任意の３つの信号を
合成する回路であってもよい。

【００７４】任意の３つの信号が、低温側直線化補正信
号と高温側直線化補正信号と勾配補正信号とである場合
は、合成信号は温度補償信号ということである。たとえ
温度補償信号として合成するのであっても、温度補償信
号をいきなり発生させるのではなしに、直線化補正信号
と勾配補正信号とに分けて発生させることが、温度補償
型水晶発振器の低コスト化のために重要である。

【００７５】なお、ｆゼロ調整信号発生回路は、不揮発
性メモリとＤ／Ａ変換回路とで容易に構成でき、特別な
回路ではないので詳細な説明は省略する。さらに、携帯
電話の仕様によっては、外部周波数制御信号によって、
基地局からの基準周波数に発振周波数を合わせる機能が
必要である。

【００７６】そのような場合は、図１に示す第１の実施
形態において、第１の制御信号発生回路１３あるいは第
２の制御信号発生回路１４のいずれかに、外部周波数制
御信号を付加すればよい。ただし、外部周波数制御信号
の電圧幅は、電源電圧の半分以上を占めるから、これを
そのまま使用する場合は、温度補償などに必要な制御信
号の電圧幅が不足してしまう。

【００７７】そこで、外部周波数制御信号を比例変換し
て電圧幅を圧縮するための、外部周波数制御比例信号発
生回路が必要になる。つまり、このような仕様の温度補
償型水晶発振器は、低温側直線化補正信号発生回路と、
高温側直線化補正信号発生回路と、勾配補正信号発生回
路と、ｆゼロ調整信号発生回路と、外部周波数制御比例
信号発生回路の５つの信号発生回路を備える構成とす
る。

【００７８】そして、第１の制御信号発生回路１３はこ
のうちの任意の４つの信号を合成する回路とし、第２の
制御信号発生回路１４は残りの信号発生回路とすればよ
い。あるいは、第１の制御信号発生回路１３は任意の３
つの信号を合成する回路とし、第２の制御信号発生回路
１４は残りの２つの信号を合成する回路としてもよい。

【００７９】もちろん、第２の制御信号発生回路１４が
任意の４つの信号を合成する回路あるいは任意の３つの
信号を合成する回路であってもよい。合成する信号の組
み合わせがどのようなものであっても、ＭＯＳ型コンデ
ンサ３の両端子を２つの信号で制御することが、一種の
信号合成回路であるから、結局はすべての信号が合成さ
れることになる。

【００８０】したがって、図１に示した第１の実施形態
により、温度補償と外部周波数制御との相互干渉の排除
が可能な温度補償型水晶発振器も実現できる。以上の説
明で明らかなように、本発明の第１の実施形態では、２
つの制御信号で容量値を制御する１つのＭＯＳ型コンデ
ンサを用いて、温度補償範囲が広い温度補償型水晶発振
器を実現することができる。

【００８１】〔第２乃至第７の実施形態：図５乃至図１
１〕ところで、ＭＯＳ型コンデンサの使い方は第１の実
施形態に限定されるものではない。１つのＭＯＳ型コン
デンサを用いて、温度補償範囲が広い温度補償型水晶発
振器を実現するための、いくつかの他の実施形態を以下
に示す。その各実施形態の構成を示す図５乃至図１１に
おいて、図１と同じ部分には同一符号を付してあり、そ
れらの説明は省略する。

【００８２】図５は、この発明による温度補償型水晶発
振器の第２の実施形態の構成を示すブロック回路図であ
る。図１に示した第１の実施形態においては第２の固定
容量２１が増幅器１１に並列に接続されていたのに対
し、この第２の実施形態においては、増幅器１１の出力
端子及び入力端子と任意の定電圧源（この例ではグラン
ド）との間に、それぞれ第２の固定容量２１と第３の固
定容量２２とが接続されている点が異なっている。

【００８３】交流回路としては、第１の実施形態とは全
く同等である。しかし、この第２の実施形態の場合に
は、電源投入時に増幅器１１の両端子が一瞬グランドレ
ベルになるため、第１の実施形態の温度補償型水晶発振
器よりも発振起動性が良好である。

【００８４】図６は、この発明による温度補償型水晶発
振器の第３の実施形態の構成を示すブロック回路図であ
る。この第３の実施形態の温度補償型水晶発振器は、図
１に示した第１の実施形態に対して第２の固定容量２１
の接続が一部異なるのみであり、その他の構成及び機能
は第１の実施形態の温度補償型水晶発振器と同等であ
る。

【００８５】すなわち、この図６に示す第３の実施形態
の温度補償型水晶発振器では、第２の固定容量２１が、
ＡＴカット水晶振動子１とＭＯＳ型コンデンサ３との直
列接続に並列に接続されている。

【００８６】図７は、この発明の第４の実施の形態であ
る温度補償型水晶発振器の構成を示すブロック回路図で
ある。この第４の実施形態は、図５に示した第２の実施
形態の温度補償型水晶発振器に対して、第３の固定容量
２２の接続が一部異なるのみである。すなわち、この図
７に示す第４の実施形態では、ＭＯＳ型コンデンサ３と
第１の固定容量５との接続点と任意の定電圧源（この例
ではグランド）との間に、第２の固定容量２１が接続さ
れている。

【００８７】図８は、この発明による温度補償型水晶発
振器の第５の実施形態の構成を示すブロック回路図であ
る。この第５の実施形態の温度補償型水晶発振器は、第
１の固定容量５とＭＯＳ型コンデンサ３と第２の固定容
量２１との直列接続からなる可変容量回路全体が、ＡＴ
カット水晶振動子１に並列に接続されている。このよう
な構成は、ＡＴカット水晶振動子１の容量比を直接変化
させる働きがあり、可変容量回路の容量変化がわずかで
あっても、発振周波数を大きく変化させることができ
る。

【００８８】図９は、この発明による温度補償型水晶発
振器の第６の実施形態の構成を示すブロック回路図であ
る。第６の実施形態の温度補償型水晶発振器は、第５の
実施形態と同様な第１の固定容量５とＭＯＳ型コンデン
サ３と第２の固定容量２１との直列接続からなる可変容
量回路を構成しているが、そのＭＯＳ型コンデンサ３と
ＡＴカット水晶振動子１とを並列に接続している。この
ような構成では、ＭＯＳ型コンデンサ３の最大容量値を
１０ｐＦ以下に小さく設定することができる。

【００８９】図１０および図１１は、この発明による温
度補償型水晶発振器の第７の実施形態の構成を示すブロ
ック回路図である。この第７の実施形態の温度補償型水
晶発振器では、図１０および図１１に示すように、第１
の固定容量５とＭＯＳ型コンデンサ３と第２の固定容量
２１との直列接続からなる可変容量回路が、ＡＴカット
水晶振動子１と増幅器１１との並列接続の一端と任意の
定電圧源（この例ではグランド）との間に接続されてい
る。

【００９０】上記直列接続は、図１１に示すように増幅
器１１の発振インバータ７の出力側に接続するようにし
てもよいが、図１０に示すように発振インバータ７の入
力側に接続する方が、周波数可変幅が大きくなる。

【００９１】これらの各実施形態の温度補償型水晶発振
器においても、第１の制御信号発生回路１３と第２の制
御信号発生回路１４は、第１の実施形態において図３に
示した温度センサ２７と低温側２乗変換回路２９および
高温側２乗変換回路３１からなる、低温側直線化補正信
号発生回路および高温側直線化補正信号発生回路とする
ことができる。

【００９２】あるいはさらに、前述した勾配補正信号発
生回路、ｆゼロ調整信号発生回路、外部周波数制御比例
信号発生回路等も設けて、第１の制御信号発生回路１３
はこのうちの任意の４つあるいは３つの信号を合成する
回路とし、第２の制御信号発生回路１４は残りの１つの
信号発生回路あるいは残りの２つの信号を合成する回路
などとしてもよい。もちろん、第２の制御信号発生回路
１４が任意の４つの信号あるいは３つの信号を合成する
回路であってもよい。

【００９３】〔第８乃至第１１の実施形態：図１２乃至
図１５〕つぎに、２つのＭＯＳ型コンデンサを用いるこ
の発明の実施形態について説明する。図１２は、この発
明による温度補償型水晶発振器の第８の実施形態の構成
を示すブロック回路図である。

【００９４】この第８の実施形態の温度補償型水晶発振
器は、図１２に示すように、ＡＴカット水晶振動子１と
増幅器１１とを並列に接続し、そのＡＴカット水晶振動
子１に並列に、第１の固定容量５と第１のＭＯＳ型コン
デンサ３と第２のＭＯＳ型コンデンサ４と第２の固定容
量２１との直列接続を並列に接続して、水晶発振回路１
０を構成している。さらに、第１のＭＯＳ型コンデンサ
３と第２のＭＯＳ型コンデンサ４との接続点と任意の定
電位源（この例ではグランド）との間に第３の固定容量
２２を接続している。

【００９５】増幅器１１は、前述の各実施形態と同様に
発振インバータ７と帰還抵抗９との並列接続から成る。
そして、この水晶発振回路１０の第１の固定容量５と第
１のＭＯＳ型コンデンサ３との接続点に、第１の入力抵
抗１７を介して温度補償用の第１の制御信号発生回路１
３の出力端子を接続し、第２の固定容量２１と第２のＭ
ＯＳ型コンデンサ４との接続点と第１の制御信号発生回
路１３の出力端子との間に、第２の入力抵抗１８を接続
する。

【００９６】さらに、第１のＭＯＳ型コンデンサ３と第
２のＭＯＳ型コンデンサ４との接続点に、第３の入力抵
抗１９を介して温度補償用の第２の制御信号発生回路１
４の出力端子を接続する。

【００９７】第１の入力抵抗１７，第２の入力抵抗１
８，および第３の入力抵抗１９は、直流信号を通し交流
信号を遮断する役目を果たすものであり、もし第１の制
御信号発生回路１３および第２の制御信号発生回路１４
の出力インピーダンスが充分に高ければ、その各出力で
ある制御信号を、これらの入力抵抗を介さずに直接ＭＯ
Ｓ型コンデンサ３，４に印加するようにしてもよい。

【００９８】ただし、第１の入力抵抗１７と第２の入力
抵抗１８とを、両方とも省略することはできない。第１
の制御信号発生回路１３および第２の制御信号発生回路
１４は、第１のＭＯＳ型コンデンサ３および第２のＭＯ
Ｓ型コンデンサ４の容量値が電源電圧変動の影響を受け
ないようにするため、同一の電位を基準として制御信号
を発生する。たとえば、いずれもグランドを基準とする
などである。

【００９９】第１の実施形態の説明においても述べたよ
うに、一般的なＡＴカット水晶振動子を使用する温度補
償型水晶発振器は、低温側直線化補正信号発生回路と、
高温側直線化補正信号発生回路と、勾配補正信号発生回
路と、ｆゼロ調整信号発生回路との４つの信号発生回路
を備える構成とすることが、低コスト化のために重要で
ある。

【０１００】あるいは、外部周波数制御信号によって基
地局からの基準周波数に発振周波数を合わせる機能が必
要な仕様の場合は、低温側直線化補正信号発生回路と、
高温側直線化補正信号発生回路と、勾配補正信号発生回
路と、ｆゼロ調整信号発生回路と、外部周波数制御比例
信号発生回路との５つの信号発生回路を備える構成とす
る。

【０１０１】これら４つあるいは５つの信号発生回路
を、第１の制御信号発生回路１３あるいは第２の制御信
号発生回路１４にどのように振り分けるかについては、
重複しないこと以外はとくに制限はない。重複しない限
りは、どのように振り分けたとしても、最終的にはすべ
ての信号が合成されるからである。

【０１０２】この図１２に示した第８の実施形態では、
ＡＴカット水晶振動子１の両端子の容量値を同時に変化
させる構成であるため、容量のバランスを最適に保ちな
がら温度補償ができるという効果がある。

【０１０３】図１３は、この発明による温度補償型水晶
発振器の第９の実施形態の構成を示すブロック回路図で
ある。この温度補償型水晶発振器では、図１３に示すよ
うに、第１の固定容量５とＡＴカット水晶振動子１と第
２の固定容量２１とを直列に接続し、その直列接続と増
幅器１１とを並列に接続している。

【０１０４】さらに、そのＡＴカット水晶振動子１と並
列に、第１のＭＯＳ型コンデンサ３と第２のＭＯＳ型コ
ンデンサ４との直列接続を接続し、その第１のＭＯＳ型
コンデンサ３と第２のＭＯＳ型コンデンサ４との接続点
と任意の定電位源（この例ではグランド）との間に、第
３の固定容量２２を接続して、水晶発振回路１０を構成
している。

【０１０５】そして、第１の固定容量５と第１のＭＯＳ
型コンデンサ３との接続点に、直接あるいは第１の入力
抵抗１７を介して温度補償用の第１の制御信号発生回路
１３の出力端子を接続する。また、第２の固定容量２１
と第２のＭＯＳ型コンデンサ４との接続点と第１の制御
信号発生回路１３の出力端子との間に、第２の入力抵抗
１８を接続する。

【０１０６】また、第１のＭＯＳ型コンデンサ３と第２
のＭＯＳ型コンデンサ４との接続点に、直接あるいは第
３の入力抵抗１９を介して温度補償用の第２の制御信号
発生回路１４の出力端子を接続する。この第９の実施形
態によっても、図１２に示した第８の実施形態と同様な
作用効果が得られる。

【０１０７】図１４は、この発明による温度補償型水晶
発振器の第１０の実施形態の構成を示すブロック回路図
である。この、温度補償型水晶発振器は、ＡＴカット水
晶振動子１に発振インバータ７と帰還抵抗９との並列接
続から成る増幅器１１が並列に接続している。

【０１０８】そして、第１の固定容量５と第１のＭＯＳ
型コンデンサ３と第２のＭＯＳ型コンデンサ４と第２の
固定容量２１との直列接続が、ＡＴカット水晶振動子１
に並列に接続し、その第１のＭＯＳ型コンデンサ３と第
２のＭＯＳ型コンデンサ４との接続点と任意の定電圧源
（この例ではグランド）との間に第３の固定容量２２を
接続して、水晶発振回路１０を構成している。

【０１０９】この水晶発振回路１０の第１の固定容量５
と第１のＭＯＳ型コンデンサ３との接続点に、直接ある
いは第１の入力抵抗１７を介して第１の制御信号発生回
路１３の出力端子を接続する。また、第２の固定容量２
１と第２のＭＯＳ型コンデンサ４との接続点に、直接あ
るいは第２の入力抵抗１８を介して第２の制御信号発生
回路１４の出力端子を接続する。

【０１１０】さらに、第１のＭＯＳ型コンデンサ３と第
２のＭＯＳ型コンデンサ４との接続点に、直接あるいは
第３の入力抵抗１９を介して第３の制御信号発生回路１
５の出力端子を接続する。

【０１１１】第１，第２，第３の制御信号発生回路１
３，１４，１５は、第１のＭＯＳ型コンデンサ３および
第２のＭＯＳ型コンデンサ４の容量値が電源電圧変動の
影響を受けないようにするため、同一の電位を基準とし
て制御信号を発生する。たとえば、いずれもグランドを
基準とするなどである。そして、これらの各制御信号発
生回路１３，１４，１５は、電源電圧範囲内の任意の電
圧を出力できる。

【０１１２】このため、第１のＭＯＳ型コンデンサ３お
よび第２のＭＯＳ型コンデンサ４の物理的な容量変化幅
のすべてを有効に利用することができる。前述のよう
に、第１のＭＯＳ型コンデンサ３は、第１の制御信号Ｓ
１と第３の制御信号Ｓ３との実質的な信号合成回路にな
っている。そして、第１の制御信号Ｓ１と第２の制御信
号Ｓ２とは同格であるから、第２のＭＯＳ型コンデンサ
４は、第２の制御信号Ｓ２と第３の制御信号Ｓ３との実
質的な信号合成回路になっている。

【０１１３】したがって、この図１４に示す第１０の実
施形態における第１のＭＯＳ型コンデンサ３と第２のＭ
ＯＳ型コンデンサ４との組は、第１の制御信号Ｓ１と第
２の制御信号Ｓ２と第３の制御信号Ｓ３との、３つの信
号の合成回路になっている。

【０１１４】第１の実施形態の説明でも述べたように、
一般的なＡＴカット水晶振動子を使用する温度補償型水
晶発振器は、低温側直線化補正信号発生回路と、高温側
直線化補正信号発生回路と、勾配補正信号発生回路と、
ｆゼロ調整信号発生回路との４つの信号発生回路を備え
る構成とすることが、低コスト化のために重要である。

【０１１５】あるいは、外部周波数制御信号によって基
地局からの基準周波数に発振周波数を合わせる機能が必
要な仕様の場合は、低温側直線化補正信号発生回路と、
高温側直線化補正信号発生回路と、勾配補正信号発生回
路と、ｆゼロ調整信号発生回路と、外部周波数制御比例
信号発生回路との５つの信号発生回路を備える構成とす
る。

【０１１６】これら４つあるいは５つの信号発生回路
を、第１の制御信号発生回路１３、第２の制御信号発生
回路１４、あるいは第３の制御信号発生回路１５にどの
ように振り分けるかについては、重複しないこと以外は
とくに制限はない。重複しない限りは、どのように振り
分けたとしても、最終的にはすべての信号が合成される
からである。

【０１１７】したがって、この図１４に示す第１０の実
施形態は、図１２および図１３に示した第８，第９の実
施形態よりも制御信号発生回路が１つ多いため、最終的
に１つの信号に合成されるという結果は同じであって
も、制御信号発生段階における信号合成回路を１つ少な
くすることができるという効果がある。

【０１１８】図１５は、この発明による温度補償型水晶
発振器の第１１の実施形態の構成を示すブロック回路図
である。この第１１の実施形態は、その水晶発振回路１
０の構成を図１３に示した第９の実施形態における水晶
発振器１０と同じ構成にして、それに図１４に示した第
１０の実施形態と同様に、第１，第２，第３の制御信号
発生回路１３，１４，１５の各出力端子を直接あるいは
各入力抵抗１７，１８，１９を介して接続して、その各
制御信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３をＭＯＳ型コンデンサ３，４
に印加するようにしたものである。

【０１１９】この第１１の実施形態によっても、前述の
第１０の実施形態の温度補償型水晶発振器と同様な作用
効果が得られる。さて、上述のようにこの発明において
は、いずれの実施形態においてもＭＯＳ型コンデンサの
両端子に制御信号を印加する構成としている。したがっ
て、この発明に使用するＭＯＳ型コンデンサは、ゲート
電極のみでなく、対向電極も周囲から電気的に分離する
構造でなければならない。

【０１２０】ＭＯＳ型コンデンサの対向電極を電気的に
分離する公知の技術は、ｐｎ接合を用いる手段である。
しかしこの手段は、ｐｎ接合による浮遊容量の問題の他
に、電圧印加後の周波数のドリフトという致命的な欠点
があるため、この発明には採用できない。

【０１２１】そこで、この発明において使用するＭＯＳ
型コンデンサの対向電極は、周囲から絶縁分離する構造
とする。この絶縁分離の手段として最も容易なものは、
制御信号発生回路などを形成する半導体基板と、ＭＯＳ
型コンデンサを形成する半導体基板とを分離することで
ある。

【０１２２】このように半導体基板を分離することは、
ＭＯＳ型コンデンサのゲート絶縁膜の種類や厚さを、制
御信号発生回路などとは無関係に自由に設定できるた
め、物理的な容量変化率が大きいＭＯＳ型コンデンサを
作りやすいという効果がある。

【０１２３】また、シリコンオンインシュレータによる
絶縁分離という手段を採用してもよい。ただし、この場
合、活性層の厚さが薄すぎて空乏層が活性層の下面に達
してしまうと、容量値が激変するため、活性層はある程
度以上の厚さが必要である。温度補償型水晶発振器の電
源電圧は通常３Ｖ以下であるから、活性層の厚さは１０
０ｎｍ以上あればよい。

【０１２４】以上、この発明の各種の実施形態にについ
て説明したが、この発明は上述の実施形態に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更
が可能である。

【０１２５】たとえば、上述の各実施形態においては、
ｎ形半導体基板とｎ形ゲート電極とを有するＭＯＳ型コ
ンデンサを例にして説明しているが、ｐ形半導体基板と
ｐ形ゲート電極とを有するＭＯＳ型コンデンサでもよい
し、半導体基板とゲート電極とが反対導電形でもよい。

【０１２６】さらに、図５，図７，図１０，図１１，図
１２，図１３，図１４，および図１５に示した各実施形
態においては、第２の固定容量２１又は第３の固定容量
２２の接続先をグランドとしているが、接続先の直流レ
ベルは任意である。したがって、たとえば高電位側の電
源（Ｖｃｃ）でもよい。

【０１２７】また、図１２から図１５に示した実施形態
において、第１のＭＯＳ型コンデンサ３と第２のＭＯＳ
型コンデンサ４との対向電極同士を接続しているが、別
チップで構成するなどの手段により半導体基板を分離す
るならば、第２のＭＯＳ型コンデンサ４のゲート電極を
第１のＭＯＳ型コンデンサ３の対向電極に接続してもよ
い。

【０１２８】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
る温度補償型水晶発振器においては、ＭＯＳ型コンデン
サの両端子に制御信号を印加する構成とすることによ
り、温度補償範囲の拡大が可能で、温度補償と外部周波
数制御との相互干渉の排除が可能な温度補償型水晶発振
器を提供することができる。したがって、特にＣＤＭＡ
仕様が要求される携帯電話機搭載用の温度補償型水晶発
振器に適用すれば、その効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による温度補償型水晶発振器の第１の
実施形態の構成を示すブロック回路図である。

【図２】この発明による温度補償型水晶発振器で使用す
るＭＯＳ型コンデンサのＣ−Ｖカーブの特性例を示す線
図である。

【図３】図１の実施形態において第１，第２の制御信号
発生回路の具体例を示した回路図である。

【図４】この発明による温度補償型水晶発振器で使用す
る２乗曲線信号の一例を示す線図である。

【図５】この発明による温度補償型水晶発振器の第２の
実施形態の構成を示すブロック回路図である。

【図６】この発明による温度補償型水晶発振器の第３の
実施の形態の構成を示すブロック回路図である。

【図７】この発明による温度補償型水晶発振器の第４の
実施形態の構成を示すブロック回路図である。

【図８】この発明による温度補償型水晶発振器の第５の
実施形態の構成を示すブロック回路図である。

【図９】この発明による温度補償型水晶発振器の第６の
実施形態の構成を示すブロック回路図である。

【図１０】この発明による温度補償型水晶発振器の第７
の実施形態の構成を示すブロック回路図である。

【図１１】同じくその変形例を示すブロック回路図であ
る。

【図１２】この発明による温度補償型水晶発振器の第８
の実施形態の構成を示すブロック回路図である。

【図１３】この発明による温度補償型水晶発振器の第９
の実施形態の構成を示すブロック回路図である。

【図１４】この発明による温度補償型水晶発振器の第１
０の実施形態の構成を示すブロック回路図である。

【図１５】この発明による温度補償型水晶発振器の第１
１の実施形態の構成を示すブロック回路図である。

【図１６】従来の温度補償型水晶発振器に使用されてい
る可変容量回路の一例を示す回路図である。

【符号の説明】

１：ＡＴカット水晶振動子 ３，４：ＭＯＳ型コンデンサ ５，２１，２２：固定容量 ７：発振インバータ ８：出力端子 ９：帰還抵抗 １１：増幅器 １３：第１の制御信号発生回路 １４：第２の制御信号発生回路 １５：第３の制御信号発生回路 １７：第１の入力抵抗 １８：第２の入力抵抗 １９：第３の入力抵抗 ２７：温度センサ ２９：低温側２乗変換回路 ３１：高温側２乗変換回路 ３３：正転増幅器 ３５：反転増幅器

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＡＴカット水晶振動子と発振周波数調整
   用の可変容量としてのＭＯＳ型コンデンサとを有する水
   晶発振回路と、 前記ＭＯＳ型コンデンサの一方の端子に直接あるいは第
   １の入力抵抗を介して接続する温度補償用の第１の制御
   信号発生回路と、 前記ＭＯＳ型コンデンサの他方の端子に直接あるいは第
   ２の入力抵抗を介して接続する温度補償用の第２の制御
   信号発生回路と、 を備えたことを特徴とする温度補償型水晶発振器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の温度補償型水晶発振器に
   おいて、 前記水晶発振回路が、ＡＴカット水晶振動子とＭＯＳ型
   コンデンサと第１の固定容量との直列接続と、該直列接
   続に並列に接続する増幅器と、該増幅器に並列に接続す
   る第２の固定容量とからなることを特徴とする温度補償
   型水晶発振器。
3. 【請求項３】 請求項１記載の温度補償型水晶発振器に
   おいて、 前記水晶発振回路が、ＡＴカット水晶振動子とＭＯＳ型
   コンデンサと第１の固定容量との直列接続と、該直列接
   続に並列に接続する増幅器と、該増幅器の入力端子およ
   び出力端子と任意の定電位源との間にそれぞれ接続され
   る第２の固定容量および第３の固定容量とからなること
   を特徴とする温度補償型水晶発振器。
4. 【請求項４】 請求項１記載の温度補償型水晶発振器に
   おいて、 前記水晶発振回路が、ＡＴカット水晶振動子とＭＯＳ型
   コンデンサと第１の固定容量との直列接続と、該直列接
   続に並列に接続する増幅器と、前記ＡＴカット水晶振動
   子とＭＯＳ型コンデンサとの直列接続に並列に接続され
   る第２の固定容量とからなることを特徴とする温度補償
   型水晶発振器。
5. 【請求項５】 請求項１記載の温度補償型水晶発振器に
   おいて、 前記水晶発振回路が、ＡＴカット水晶振動子とＭＯＳ型
   コンデンサと第１の固定容量との直列接続と、該直列接
   続に並列に接続する増幅器と、該増幅器と前記ＡＴカッ
   ト水晶振動子との接続点と任意の定電位源との間に接続
   される第２の固定容量と、前記ＭＯＳ型コンデンサと第
   １の固定容量との接続点と任意の定電位源との間に接続
   される第３の固定容量とからなることを特徴とする温度
   補償型水晶発振器。
6. 【請求項６】 請求項１記載の温度補償型水晶発振器に
   おいて、 前記水晶発振回路が、第１の固定容量とＭＯＳ型コンデ
   ンサと第２の固定容量との直列接続と、該直列接続に並
   列に接続する幅器と、該増幅器に並列に接続するＡＴカ
   ット水晶振動子とからなることを特徴とする温度補償型
   水晶発振器。
7. 【請求項７】 請求項１記載の温度補償型水晶発振器に
   おいて、 前記水晶発振回路が、第１の固定容量とＭＯＳ型コンデ
   ンサと第２の固定容量との直列接続と、該直列接続に並
   列に接続する増幅器と、前記ＭＯＳ型コンデンサに並列
   に接続されるＡＴカット水晶振動子とからなることを特
   徴とする温度補償型水晶発振器。
8. 【請求項８】 請求項１記載の温度補償型水晶発振器に
   おいて、 前記水晶発振回路が、ＡＴカット水晶振動子と増幅器と
   の並列接続と、前記ＡＴカット水晶振動子の一方の端子
   と任意の定電位源との間に接続される、第１の固定容量
   とＭＯＳ型コンデンサと第２の固定容量との直列接続と
   からなることを特徴とする温度補償型水晶発振器。
9. 【請求項９】 ＡＴカット水晶振動子と増幅器との並列
   接続と、 前記ＡＴカット水晶振動子に並列に接続される、第１の
   固定容量と第１のＭＯＳ型コンデンサと第２のＭＯＳ型
   コンデンサと第２の固定容量との直列接続と、 前記第１のＭＯＳ型コンデンサと前記第２のＭＯＳ型コ
   ンデンサとの接続点と任意の定電位源との間に接続され
   る第３の固定容量と、 前記第１の固定容量と前記第１のＭＯＳ型コンデンサと
   の接続点に直接あるいは第１の入力抵抗を介して接続す
   る温度補償用の第１の制御信号発生回路と、 前記第２の固定容量と前記第２のＭＯＳ型コンデンサと
   の接続点と前記第１の制御信号発生回路との間に接続さ
   れる第２の入力抵抗と、 前記第１のＭＯＳ型コンデンサと前記第２のＭＯＳ型コ
   ンデンサとの接続点に直接あるいは第３の入力抵抗を介
   して接続する温度補償用の第２の制御信号発生回路と、 からなることを特徴とする温度補償型水晶発振器。
10. 【請求項１０】 第１の固定容量とＡＴカット水晶振動
    子と第２の固定容量との直列接続と、 該直列接続に並列に接続する増幅器と、 前記ＡＴカット水晶振動子に並列に接続される、第１の
    ＭＯＳ型コンデンサと第２のＭＯＳ型コンデンサとの直
    列接続と、 その第１のＭＯＳ型コンデンサと第２のＭＯＳ型コンデ
    ンサとの接続点と任意の定電位源との間に接続される第
    ３の固定容量と、 前記第１の固定容量と前記第１のＭＯＳ型コンデンサと
    の接続点に直接あるいは第１の入力抵抗を介して接続す
    る温度補償用の第１の制御信号発生回路と、 前記第２の固定容量と前記第２のＭＯＳ型コンデンサと
    の接続点と前記第１の制御信号発生回路との間に接続さ
    れる第２の入力抵抗と、 前記第１のＭＯＳ型コンデンサと前記第２のＭＯＳ型コ
    ンデンサとの接続点に直接あるいは第３の入力抵抗を介
    して接続する温度補償用の第２の制御信号発生回路と、 からなることを特徴とする温度補償型水晶発振器。
11. 【請求項１１】 ＡＴカット水晶振動子と増幅器との並
    列接続と、 前記ＡＴカット水晶振動子に並列に接続される、第１の
    固定容量と第１のＭＯＳ型コンデンサと第２のＭＯＳ型
    コンデンサと第２の固定容量との直列接続と、 前記第１のＭＯＳ型コンデンサと前記第２のＭＯＳ型コ
    ンデンサとの接続点と任意の定電位源との間に接続され
    る第３の固定容量と、 前記第１の固定容量と前記第１のＭＯＳ型コンデンサと
    の接続点に直接あるいは第１の入力抵抗を介して接続す
    る温度補償用の第１の制御信号発生回路と、 前記第２の固定容量と前記第２のＭＯＳ型コンデンサと
    の接続点に直接あるいは第２の入力抵抗を介して接続す
    る温度補償用の第２の制御信号発生回路と、 前記第１のＭＯＳ型コンデンサと前記第２のＭＯＳ型コ
    ンデンサとの接続点に直接あるいは第３の入力抵抗を介
    して接続する温度補償用の第３の制御信号発生回路と、 からなることを特徴とする温度補償型水晶発振器。
12. 【請求項１２】 第１の固定容量とＡＴカット水晶振動
    子と第２の固定容量との直列接続と、 この直列接続に並列に接続する増幅器と、 前記ＡＴカット水晶振動子に並列に接続される、第１の
    ＭＯＳ型コンデンサと第２のＭＯＳ型コンデンサとの直
    列接続と、 その第１のＭＯＳ型コンデンサと第２のＭＯＳ型コンデ
    ンサとの接続点と任意の定電位源との間に接続される第
    ３の固定容量と、 前記第１の固定容量と前記第１のＭＯＳ型コンデンサと
    の接続点に直接あるいは第１の入力抵抗を介して接続す
    る温度補償用の第１の制御信号発生回路と、 前記第２の固定容量と前記第２のＭＯＳ型コンデンサと
    の接続点に直接あるいは第２の入力抵抗を介して接続す
    る温度補償用の第２の制御信号発生回路と、 前記第１のＭＯＳ型コンデンサと前記第２のＭＯＳ型コ
    ンデンサとの接続点に直接あるいは第３の入力抵抗を介
    して接続する温度補償用の第３の制御信号発生回路と、 からなることを特徴とする温度補償型水晶発振器。
13. 【請求項１３】 請求項１乃至１０のいずれか一項に記
    載の温度補償型水晶発振器において、 前記第１の制御信号発生回路は、前記ＡＴカット水晶振
    動子の温度特性曲線を低温側にて直線化補正するための
    信号を発生する低温側直線化補正信号発生回路であり、 前記第２の制御信号発生回路は、前記ＡＴカット水晶振
    動子の温度特性曲線を高温側にて直線化補正するための
    信号を発生する高温側直線化補正信号発生回路であるこ
    とを特徴とする温度補償型水晶発振器。
14. 【請求項１４】 請求項１３記載の温度補償型水晶発振
    器において、 前記低温側直線化補正信号発生回路は、出力の温度特性
    がほぼ直線である温度センサと、該温度センサの出力を
    低温側にて２乗曲線信号に変換する低温側２乗変換回路
    とからなり、 前記高温側直線化補正信号発生回路は、出力の温度特性
    がほぼ直線である温度センサと、該温度センサの出力を
    高温側にて２乗曲線信号に変換する高温側２乗変換回路
    とからなることを特徴とする温度補償型水晶発振器。