KR100460419B1

KR100460419B1 - 직간접 복합 온도보상 수정발진기

Info

Publication number: KR100460419B1
Application number: KR10-2004-0017146A
Authority: KR
Inventors: 박원병; 한승호; 임성환; 강대현
Original assignee: 신성전자공업 주식회사
Priority date: 2004-03-13
Filing date: 2004-03-13
Publication date: 2004-12-10
Also published as: KR20040027848A

Abstract

본 발명은 직접 및 간접 온도보상의 복합형식을 가진 수정발진기에 관한 것으로, 상세하게는 커패시터와 써미스터를 통한 임피던스의 변화로 저온에서의 크리스탈 유니트(Crystal Unit, 수정진동자)의 온도특성을 보상하는 저온보상부와, 온도에 따라 써미스터의 전압을 변화시켜 가변용량 다이오드(varicap diode, VD)에 인가하여 VD의 용량변화를 통해 씨엘(CL, load capacitance)값을 조정하여 고온에서의 Crystal Unit의 온도특성을 보상하는 고온보상부로 구성되어, 온도보상형 수정발진기(TCXO)를 대량으로 생산할 때에 넓은 온도범위에 대한 높은 안정성을 가지고 불량률이 낮음과 동시에 소요 부품이 적어 생산 단가를 낮출 수 있는 직ㆍ간접 복합 보상형 수정발진기에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, Crystal Unit의 양단에 발진회로와, 외부온도 변화에 따른 발진주파수의 변동을 보상하기 위한 온도보상회로가 부가되고, 상기 발진회로와 온도보상회로의 사이에 발진 주파수를 조정하는 주파수 조정회로가 부가되어 구성된 수정발진기에 있어서; 상기 온도보상회로는 써미스터(TH1)와 저항(R1)과 커패시터(C1)가 병렬로 연결되어, 커패시터(C1)와 써미스터(TH1)를 통한 임피던스의 변화로 저온에서의 Crystal Unit의 온도 특성을 보상하는 저온 보상부와; 써미스터(TH2)로 온도에 따라 전압을 변화시켜 가변용량 다이오드(VD)에 인가하여 가변용량 다이오드(VD)의 용량변화를 통해 발진회로의 CL값을 조정하여 고온을 보상하는 고온 보상부가 직렬로 연결되어 구성된 직간접 복합 온도보상 수정발진기가제공된다.

Description

직간접 복합 온도보상 수정발진기{TCXO}

TCXO는 Crystal Unit에 발진회로가 부가되고, 외부온도 변화에 따른 발진주파수의 변동을 보상하기 위한 온도보상회로가 부가된 수정발진기로서, 고정도 온도안정성이 요구되는 이동통신단말기 등에서 기준 주파수를 발생시키는 발진기로 사용된다.

이와 같은 TCXO의 보상회로는 온도보상방식에 따라 직접형 Analog 방식, 간접형 Analog 방식으로 분류되고, 상술하면 아래와 같다.

직접형 Analog 방식은 온도에 따라 리액턴스(reactance)가 변화하는 회로를 발진회로로 부가하여 Crystal Unit의 온도에 따른 주파수 편차를 제거하는 방식이다. 즉, 직접형 Analog 방식의 TCXO는 온도 변화에 대해 직접적으로 Crystal Unit에 영향을 주어 온도보상을 하는 것으로, B상수와 저항 값이 높은 써미스터(TH1)를 가진 고온부와 B상수와 저항 값이 낮은 써미스터(TH2)를 가진 저온부에 의한 임피던스의 변화로 온도 보상을 한다.

이와 같은 직접형 Analog 방식은 회로가 간단하고 부품 구성요소가 작아 제품의 소형화가 가능하고 소비전류가 작으며 제품의 단가도 낮출 수 있는 장점이 있다. 그러나 온도 변화에 따른 급격한 저항 변화를 가지기 때문에 발진단의 Drive 능력(부성저항)은 합성저항 보다 크게는 10배까지 가져야 하므로 전류 소비가 높고, 높은 저항으로 인해 전체 회로의 Q값은 낮아져 발진이 불안정해 지고, phasenoise특성이 나빠지는 문제점이 있다.

간접형 Analog 방식은 전압 제어 회로가 내장된 발진회로로 구성되고 온도보상회로에서 주파수변동에 해당하는 제어전압을 VD(Varicap Diode)로 공급하여 보상하는 방식이다. 즉, 간접형 Analog 방식의 TCXO는 B상수와 저항 값이 낮은 써미스터(TH2)를 가진 저온부와 중간 값의 써미스터(TH1)를 가진 중온부, 높은 값의 써미스터(TH3)를 가진 고온부의 저항 network로 이루어져 있다. 각 저항 network에 의해 분배된 전압이 VD(Varicap Diode)에 인가되어 VD의 용량을 가변 시키며 온도 보상을 한다.

이와 같은 간접형 Analog 방식은 저항 network 조정을 통해 전압 변화 시점 및 유형을 정확히 제어할 수 있고, Crystal Unit와 발진 회로에 직렬저항이 상대적으로 작게 존재 하므로 온도에 따른 임피던스 변화가 적어 직접형 Analog 방식에 비해 발진이 안정적이고 고품질의 장점을 가지고 있다. 그러나 저항 network의 VD 및 전압 레귤레이터 등이 필요하므로 부품수가 많고 크기가 크며, 제품이 고가이고, 소비전류가 많은 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 간접형 Analog 방식과 동등한 넓은 보상온도에서 안정되고 정밀한 보상능력을 가지고, 부품수를 줄여 최소의 부품으로 넓은 온도범위에서 높은 안정도를 가지는 직간접 복합 온도보상 수정발진기를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 블록도

도 2는 본 발명의 회로도

도 3은 본 발명에 의한 온도보상 그래프

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 저온 보상부 2 : 고온 보상부

이하 본 발명의 구성 및 작용을 첨부 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

Crystal Unit의 양단에 발진회로(Oscillation part)와, 외부온도 변화에 따른 발진주파수의 변동을 보상하기 위한 온도보상회로(Compensation part)가 부가되고, 상기 발진회로(Oscillation part)와 온도보상회로(Compensation part)의 사이에 발진 주파수를 조정하는 주파수 조정회로(Adjustment part)가 부가되어 구성된 수정발진기에 있어서; 상기 온도보상회로(Compensation part)는 써미스터(TH1)와 저항(R1)과 커패시터(C1)가 병렬로 연결되어, 커패시터(C1)와 써미스터(TH1)를 통한 임피던스의 변화로 저온에서의 Crystal Unit의 온도 특성을 보상하는 저온 보상부(1)와; 써미스터(TH2)로 온도에 따라 전압을 변화시켜 가변용량 다이오드(VD)에 인가하여 가변용량 다이오드(VD)의 용량변화를 통해 발진회로(Oscillation part)의 CL값을 조정하여 고온을 보상하는 고온 보상부(2);가 직렬로 연결되어 구성됨을 특징으로 한다.

여기서 저온 보상부(1)의 써미스터(TH1)는 고온 보상부(2)의 써미스터(TH2)보다 B상수와 저항 값이 상대적으로 적다. 그리고 상기의 고온 보상부(2)는 써미스터(TH2)와 노이즈를 줄이는 커패시터(C2)와 가변용량 다이오드(VD)가 병렬로 연결되어 병렬회로가 구성되고, 상기 병렬회로의 써미스터(TH2)의 일측 외측에 저항(R3)과 저항(R4)이 직렬로 연결되고, 상기 저항(R3)과 저항(R4)의 사이와 상기 병렬회로의 써미스터(TH2)의 타측 외측을 연결하도록 저항(R5)이 접속되며, 고저항인 저항(R2)은 보상 출력으로의 교류(AC)를 차단하게 구성되고 최종 출력은 가변저항 다이오드(VD)의 역전압으로 공급되어 보상되도록 커패시터(C2)와 가변용량 다이오드(VD)의 사이에 직렬로 접속되어 구성된다.

이와 같은 본 발명의 저온 보상부(1)는 종래의 직접형 Analog 방식과 같이 온도에 따라 리액턴스가 변화되어 Crystal Unit의 온도에 따른 주파수 편차를 제거하게 되고, 고온 보상부(2)는 간접형 Analog 방식과 같이 각 저항들에 의해 분배된 전압이 가변용량 다이오드(VD)에 인가되어 가변용량 다이오드(VD)의 용량을 가변 시켜 온도에 따른 주파수 편차를 제거하는 구성을 가짐으로써, 직접형과 간접형이 결합된 복합 온도보상 수정발진기의 구성을 가지게 된다.

이와 같은 본 발명은 직간접 복합 보상의 원리는 B상수와 저항값이 작은 써미스터(TH1)를 가지는 직접보상 방식의 저온 보상부(1)와, B상수와 저항값이 매우 큰 써미스터(TH2)를 가지는 간접보상 방식의 고온 보상부(2)에 의해 주파수 편차가 제거된다.

즉, 써미스터(TH2)와 직렬 연결된 저항(R3)를 이용하여 고온부 보상조정이 가능하고, (R3+TH1)과 병렬 연결된 저항(R5)을 이용하여 중온과 고온 보상 기울기 조정이 가능하며, 써미스터(TH1)와 병렬 연결된 저항(R1)을 통해 저온 보상을 할 수 있고, (TH1//R1)과 병렬 연결된 커패시터(C1)를 통해 중온과 저온의 보상 기울기 조정이 가능하며, 전압 조절용 저항(R4)와 저항(R5)을 이용한 분배 전압 조절로 주파수 조절이 가능하게 된다.

본 발명의 고온 보상부(2)의 작용은 다음과 같다.

전압 조정기(Regulator)에 의한 조정전압을 Vreg라고 하고, 저항(R3, R5)과 써미스터(TH2)의 합성 저항을 RHTH2라고 하며, 고온 보상부(2)의 전압을 V1이라 하고, 가변용량 다이오드(VD)에 인가되는 전압을 V2라 하면 다음과 같은 식이 성립된다.

저온에서는 써미스터(TH2)의 값이 매우 크고, R5≪(R3+TH2)가 되어 합성 저항 RHTH2≒R5가 되도록 회로가 구성된다. 저항(R3)은 고온 조절용 저항이고, 저항(R4)은 전압 조절용 저항이며, 저항(R5)은 전압 분배를 위한 저항으로서 고정 저항이다. 전압 V2는 일정하게 가변용량 다이오드(VD)에 인가되며, 가변용량 다이오드(VD)의 용량 변화는 거의 없게 된다.

중온으로 가면서 써미스터(TH2)는 저항값이 크게 줄고, 합성저항 RHTH2의 변화가 나타나며, V2 전압은 서서히 감소하기 시작한다.

고온에서 R3+TH2가 R5값과 점점 가까워 지면서, 저항 변화 기울기는 커지게 되며, 분배 전압 V2는 온도의 증가에 따라 감소하는 반비례의 관계를 가지게 되는데, 온도 -40~85℃에서 전압 1.5~2.5V의 변화량을 가지게 된다.

따라서 전압 V2는 가변용량 다이오드(VD)에 인가되어 가변용량 다이오드(VD)의 용량을 변화시켜 Crystal Unit의 고온 보상을 하게 된다. 그리고 V2의 값은 조정이 가능한데, 고온에서는 R3＜TH2가 되어 인위적인 R3의 가변을 통해 가능하다.

저항(R5)은 R3+TH2의 저항 값의 변화를 제한하여 중온과 고온의 보상 기울기를 조정한다. 그리고 저항(R4)와 저항(R5)의 가변을 통해 가변용량 다이오드(VD)로의 분배 전압 조절로 가변용량 다이오드(VD) 값을 변화시켜 주파수를 조정할 수 있다.

저온 보상부(1)의 작용은 다음과 같다.

저온 보상부(1)에 설치된 써미스터(TH1)의 온도(t)에 따른 임피던스 Zht1(t)과, 커패시터(C1)의 임파던스는 다음과 같다.

저온에서는 가변용량 다이오드(VD) 용량의 변화가 거의 없어, 저온부 회로의 임피던스 변화에 의한 보상만 이루어 진다. 저온부의 커패시터(C1)에 의한 임피던스(Zc1)는 고온에서 합성저항이 0에 가까워지므로, 저온부의 써미스터(TH1)의 인피던스(Zth1)는 0에 가까운 값이 된다. 저온으로 가면서 써미스터(TH2)의 임피던스(Zth2)는 커지게 된다. 그리고 저항(R1)의 조정을 통해 써미스터(TH1)의 저항값 변화 범위를 제한하여 저온에서의 임피던스 변화를 제어할 수 있고, 커패시터(C1)의 변화를 통해 중온과 저온에서의 커패시터(C1)의 임피던스(Zc1) 값을 조정하여 저온 보상 기울기를 조정할 수 있게 된다.

이와 같이 고온에서의 가변용량 다이오드(VD)에 의한 용량변화와, 저온에서의 임피던스에 의한 용량변화는 도 3에 도시된 바와 같은 곡선을 만들게 되어, Crystal Unit의 온도 보상을 하게 된다.

이와 같이 본 발명은 간접형 Analog 방식과 동등한 넓은 보상온도에서 안정되고 정밀한 보상능력을 가지고, 부품수가 적어 불량률이 낮음과 동시에 생산 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

Claims

Crystal Unit의 양단에 발진회로(Oscillation part)와, 외부온도 변화에 따른 발진주파수의 변동을 보상하기 위한 온도보상회로(Compensation part)가 부가되고, 상기 발진회로(Oscillation part)와 온도보상회로(Compensation part)의 사이에 발진 주파수를 조정하는 주파수 조정회로(Adjustment part)가 부가되어 구성된 수정발진기에 있어서;

상기 온도보상회로(Compensation part)는 써미스터(TH1)와 저항(R1)과 커패시터(C1)가 병렬로 연결되어, 커패시터(C1)와 써미스터(TH1)를 통한 임피던스의 변화로 저온에서의 Crystal Unit의 온도 특성을 보상하는 저온 보상부(1)와; 써미스터(TH2)로 온도에 따라 전압을 변화시켜 가변용량 다이오드(VD)에 인가하여 가변용량 다이오드(VD)의 용량변화를 통해 발진회로(Oscillation part)의 CL값을 조정하여 고온을 보상하는 고온 보상부(2);가 직렬로 연결되어 구성됨을 특징으로 하는 직간접 복합 온도보상 수정발진기.
제 1항에 있어서, 고온 보상부(2)는 써미스터(TH2)와 노이즈를 줄이는 커패시터(C2)와 가변용량 다이오드(VD)가 병렬로 연결되어 병렬회로가 구성되고, 상기 병렬회로의 써미스터(TH2)의 일측 외측에 저항(R3)과 저항(R4)이 직렬로 연결되고, 상기 저항(R3)과 저항(R4)의 사이와 상기 병렬회로의 써미스터(TH2)의 타측 외측을 연결하도록 저항(R5)이 접속되며, 고저항인 저항(R2)은 보상 출력으로의 교류(AC)를 차단하게 구성되고 최종 출력은 가변저항 다이오드(VD)의 역전압으로 공급되어 보상되도록 커패시터(C2)와 가변용량 다이오드(VD)의 사이에 직렬로 접속되어 구성된 직간접 복합 온도보상 수정발진기.
제 1항에 있어서, 저온 보상부(1)의 써미스터(TH1)는 고온 보상부(2)의 써미스터(TH2)보다 B상수와 저항 값이 상대적으로 작은 직간접 복합 온도보상 수정발진기.