KR20010064304A - 온도 보상형 수정 발진회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공진 주파수를 출력하는 수정 진동자와, 상기 수정 진동자의 중심 주파수를 조정하는 주파수 미세 조정부와, 상기 수정 진동자에서 출력되는 공진 주파수를 발진 및 증폭시키도록 콜피츠 발진회로와 증폭회로를 구비하는 PLL IC를 포함하는 수정 발진회로에 있어서, 낮은 온도에서 상기 수정 진동자의 온도를 보상하도록 상기 수정 진동자와 상기 주파수 미세 조정부의 사이에 전기적 연결되는 저온 온도 보상부와, 높은 온도에서 상기 수정 진동자의 온도를 보상하도록 상기 수정 진동자와 상기 저온 온도 보상부의 노드에 병렬로 연결되는 고온 온도 보상부와, 상기 수정 진동자의 감지 온도에 따라 저항값이 가변되어 상기 콜피츠 발진회로의 정전용량을 가변시켜 상기 콜피츠 발진회로의 발진을 안정화시키도록 상기 PLL IC의 콜피츠 발진회로의 입력단과 접지 사이에 전기적으로 연결되는 콜피츠 발진회로 온도 보상부로 이루어진다.

따라서 본 발명은 수정 진동자와 PLL IC의 콜피츠 발진회로측에 온도를 보상하는 NTC 써미스터를 연결시켜 수정 진동자 및 콜피츠 발진회로의 발진을 안정화하여 온도 변화에 따른 발진 주파수 특성을 개선시킬 수 있다.

Description

온도 보상형 수정 발진회로{TEMPERTURE COMPENSATION TYPE CRYSTAL OSCILLATION CIRCUIT}

본 발명은 수정 발진회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수정 진동자와 PLL IC의 콜피츠 발진회로(Colpitts Oscillator)측에 온도를 보상하는 NTC 써미스터를 연결시켜 수정 진동자 및 콜피츠 발진회로의 발진을 안정화시키는 온도 보상형 수정 발진회로에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 온도 보상형 수정 발진회로는 도 1에 도시된 바와 같이 수정 진동자(10)와, 온도 보상부(20)와, 주파수 조정부(30)와, 발진 안정화회로(40)와, PLL IC(50)로 구성된다.

먼저 수정 진동자(10)는 공진 주파수를 출력하도록 구성된다.

그리고 온도 보상부(20)는 수정 진동자(10)의 온도를 보상하여 수정 진동자(10)의 주파수가 가변되는 것을 방지하도록 수정 진동자(10)와 주파수 미세 조정부(30)의 사이에 전기적으로 연결된다.

또한 주파수 미세 조정부(30)는 외부의 제어에 의해 주파수를 조정하여 수정 진동자(10)가 유도성 영역에서 발진할 수 있도록 온도 보상부(20)와 직렬로 연결된다.

한편 발진 안정화회로(40)는 PLL IC(50)의 입력단에 연결되어 PLL IC(50)의 발진을 안정화시키도록 구성된다.

그리고 PLL IC(50)는 수정 진동자(10)에서 출력되는 공진 주파수를 발진 및 증폭시키도록 콜피츠 발진회로(51)와 증폭회로(52)로 구성된다. 콜피츠 발진회로(51)는 수정 진동자(10)로부터 출력된 주파수를 발진하도록 수정 진동자(10)의 출력단에 연결되고, 증폭회로(52)는 콜피츠 발진회로(51)에서 출력되는 발진 주파수를 증폭하도록 콜피츠 발진회로(51)의 출력단에 연결된다.

이하 종래의 온도 보상형 수정 발진회로의 작용을 도 1을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 콘덴서의 성질은 온도가 올라감에 따라 캐패시턴스는 줄어드는 반면, 컨덕턴스(유효직렬저항: ESR: Effective Series Resistor)는 상승하게 된다.

그리하여 온도가 상승할 때 저항값이 줄어드는 써미스터의 성질을 사용하여 콘덴서의 컨덕턴스중 R값의 상승분을 보상하여 수정 진동자의 공진 주파수를 온도변화에 따라서 보상하게 된다.

여기에서 콘덴서의 컨덕턴스는 다음과 같이 정의된다.

이러한 콘덴서와 써미스터의 성질을 이용한 종래의 온도 보상형 수정 발진회로에서는 온도가 증가하면 온도 보상부(20)의 콘덴서(도시 생략)의 컨덕턴스가 증가되고 캐패시턴스는 감소되므로 아래의 수학식 2에 의해 "C"가 감소하면 f_o가 상승되어 수정 진동자(10)의 변화율과 합성되어서 f_o의 변화율이 증가되게 된다.

그리하여 온도 보상부(20)의 콘덴서의 컨덕턴스의 R값의 변화분에 상응되는 NTC 써미스터(도시 생략)를 사용하여 컨덕턴스의 변화를 역변환시켜 수정 진동자(10)의 공진 주파수를 보상하게 된다.

그러나 이러한 종래의 온도 보상형 수정 발진회로는 수정 진동자의 주파수 특성을 안정화시키기 위하여 온도 보상부를 사용하지만, 수정 진동자의 자체 오차와 온도 보상부의 각 소자의 오차 등으로 인하여 수정 진동자의 주파수를 안정화시키는데 한계가 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 그 목적은 수정 진동자와 PLL IC의 콜피츠 발진회로(Colpitts Oscillator)측에 온도를 보상하는 NTC 써미스터를 연결시켜 수정 진동자 및 콜피츠 발진회로의 발진을 안정화하여 온도 변화에 따른 발진 주파수 특성을 개선시키도록 하는데 있다.

도 1은 종래의 온도 보상형 수정 발진회로의 개략 블록 회로도

도 2는 본 발명에 의한 온도 보상형 수정 발진회로의 개략 블록 회로도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 수정 진동자 20 : 온도 보상부

30 : 주파수 조정부 40 : 발진 안정화회로

50 : PLL IC 51 : 콜피츠 발진회로

100 : 저온 온도 보상부 200 : 고온 온도 보상부

300 : 콜피츠 발진 회로 온도 보상부 C1~C3 : 제 1~3콘덴서

Th1~Th3 : 제 1~3의 NTC 써미스터 R1~R3 : 제 1~3저항

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 공진 주파수를 출력하는 수정 진동자와, 상기 수정 진동자의 중심 주파수를 조정하는 주파수 미세 조정부와, 상기 수정 진동자에서 출력되는 공진 주파수를 발진 및 증폭시키도록 콜피츠 발진회로와 증폭회로를 구비하는 PLL IC를 포함하는 수정 발진회로에 있어서,

낮은 온도에서 상기 수정 진동자의 온도를 보상하도록 상기 수정 진동자와 상기 주파수 미세 조정부의 사이에 전기적 연결되는 저온 온도 보상부와,

높은 온도에서 상기 수정 진동자의 온도를 보상하도록 상기 수정 진동자와 상기 저온 온도 보상부의 노드에 병렬로 연결되는 고온 온도 보상부와,

상기 수정 진동자의 감지 온도에 따라 저항값이 가변되어 상기 콜피츠 발진회로의 정전용량을 가변시켜 상기 콜피츠 발진회로의 발진을 안정화시키도록 상기 PLL IC의 콜피츠 발진회로의 입력단과 접지 사이에 전기적으로 연결되는 콜피츠 발진회로 온도 보상부를 구비한다.

여기에서 상기 저온 온도 보상부는 상기 수정 진동자에 직렬 연결되는 제 1저항과, 수 Ω의 값을 가지고, 상기 수정 진동자와 상기 제 1저항의 노드에 병렬 연결되어 상기 수정 진동자의 온도에 따라 저항값이 가변되는 제 1의 NTC 써미스터와, 상기 제 1의 NTC 써미스터에 병렬 연결되어 상기 제 1의 NTC 써미스터의 저항값에 따라 정전 용량이 가변되어 회로 내의 부하 용량을 가변시켜 온도에 따른 상기 수정 진동자의 주파수 변화를 차단시키는 제 1의 콘덴서로 이루어진다.

여기에서 상기 고온 온도 보상부는 수 ㏀의 값을 가지고, 상기 수정 진동자에 병렬 연결되어 상기 수정 진동자의 온도에 따라 저항값이 가변되는 제 2의 NTC 써미스터와, 상기 제 2의 NTC 써미스터의 일단에 직렬 연결되어 상기 제 2의 NTC 써미스터의 저항값에 따라 정전 용량이 가변되어 회로 내의 부하 용량을 가변시켜 온도에 따른 상기 수정 진동자의 주파수 변화를 차단시키는 제 2콘덴서와, 상기 제 2의 NTC 써미스터의 타단에 직렬 연결되는 제 2저항으로 이루어진다.

여기에서 상기 콜피츠 발진회로 온도 보상부는 상기 PLL IC의 콜피츠 발진회로의 입력단과 접지 사이에 그 일단이 직렬로 연결되며, 상기 수정 진동자의 온도에 따라 저항값이 가변되는 제 3의 NTC 써미스터와, 상기 제 3의 NTC 써미스터에 병렬 연결되며, 상기 제 3의 NTC 써미스터의 저항값에 따라 정전 용량이 가변되어 회로 내의 부하 용량을 가변시켜 온도에 따른 상기 수정 진동자의 주파수 변화를 차단시키는 제 3콘덴서와, 상기 제 3의 NTC 써미스터에 직렬 연결되는 제 3저항으로 이루어진다.

따라서 상기와 같은 구성에 의하여 본 발명은 수정 진동자와 PLL IC의 콜피츠 발진회로(Colpitts Oscillator)측에 온도를 보상하는 NTC 써미스터를 연결시켜 수정 진동자 및 콜피츠 발진회로의 발진을 안정화하여 온도 변화에 따른 발진 주파수 특성을 개선시킬 수 있다.

이하 본 발명에 의한 온도 보상형 수정 발진회로의 구성 및 작용을 도 2를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 도 2에 있어서 도 1에 나타낸 온도 보상형 수정 발진회로와 동일 부분에 대해서는 도 1과 동일한 부호를 부여하여 그에 대한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명에 의한 온도 보상형 수정 발진회로를 개략적으로 나타낸 블록 회로도이다.

도 2를 보면, 먼저 저온 온도 보상부(100)는 낮은 온도에서 수정 진동자(10)의 온도를 보상하도록 제 1저항(R1)과, 제 1의 NTC(Nagative Temperature Coefficient) 써미스터(Th1)와, 제 1콘덴서(C1)로 이루어진다.

제 1저항(R1)은 수정 진동자(10)에 직렬 연결되고, 제 1의 NTC 써미스터(Th1)는 수정 진동자(10)의 온도에 따라 저항값이 가변되도록 수 Ω의 값을 가지며 수정 진동자(10)와 제 1저항(R1)의 노드에 병렬 연결되며, 제 1콘덴서(C1)는 제 1의 NTC 써미스터(Th1)의 저항값에 따라 정전 용량이 가변되어 회로 내의 부하 용량을 가변시켜 온도에 따른 수정 진동자(10)의 주파수 변화를 차단시키도록 제 1의 NTC 써미스터(Th1)와 병렬 연결된다.

그리고 고온 온도 보상부(200)는 높은 온도에서 수정 진동자(10)의 온도를보상하도록 제 2의 NTC 써미스터(Th2)와, 제 2콘덴서(C2)와, 제 2저항(R2)으로 구성된다.

제 2의 NTC 써미스터(Th2)는 수정 진동자(10)에 병렬 연결되어 수정 진동자(10)의 온도에 따라 저항값이 가변되도록 수 ㏀의 값을 가지며 수정 진동자(10)에 병렬 연결되고, 제 2콘덴서(C2)는 제 2의 NTC 써미스터(Th2)의 저항값에 따라 정전 용량이 가변되어 회로 내의 부하 용량을 가변시켜 온도에 따른 수정 진동자(10)의 주파수 변화를 차단시키도록 제 2의 NTC 써미스터(Th2)의 일단에 직렬 연결되며, 제 2저항(R2)은 제 2의 NTC 써미스터(Th2)의 타단에 직렬 연결된다.

또한 콜피츠 발진회로 온도 보상부(300)는 수정 진동자(10)의 감지온도에 따라 저항값을 가변시켜 콜피츠 발진회로(51)의 정전 용량을 가변시키도록 제 3의 NTC 써미스터(Th3)와, 제 3콘덴서(C3)와, 제 3저항(R3)으로 구성된다.

제 3의 NTC 써미스터(Th3)는 온도에 따라 저항값이 가변되도록 콜피츠 발진회로(51) 내의 트랜지스터(미도시)의 에미터단에 직렬 연결되고, 제 3콘덴서(C3)는 제 3의 NTC 써미스터(Th3)의 저항값에 따라 정전 용량이 가변되어 회로 내의 부하 용량을 가변시켜 온도에 따른 수정 진동자(10)의 주파수 변화를 차단하도록 제 3의 NTC 써미스터(Th3)에 병렬 연결되며, 제 3저항(R3)은 제 3의 NTC 써미스터(Th3)의 후단에 직렬 연결되어 제 3의 NTC 써미스터(Th3)의 동작을 안정화시킨다.

이하 본 발명에 의한 온도 보상형 수정 발진회로의 작용을 도 2를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저 콘덴서의 특성은 아래의 수학식과 같다

여기에서 S는 극판의 면적, δ_S는 유전체의 비유전율, d는 양극판의 간격을 각각 나타낸다.

콘덴서의 특성은 온도가 상승함에 따라 캐패시턴스가 작아지는 관계로 캐패시턴스가 작아지면 거리 d 즉, 저항값이 커지므로 주파수가 상승된다. 반대로 캐패시턴스가 커지면 거리 d 즉, 저항값이 작아지므로 주파수가 하강된다.

이러한 특성으로 이용한 본 발명에 따른 온도 보상을 설명하면, 먼저 저온 온도 보상부(100)에서는 저온시 제 1의 NTC 써미스터(Th1)의 저항값이 감소되고 캐패시턴스가 상승되므로 수정 진동자(10)의 온도 변화에 따른 주파수의 변화를 방지한다.

또한 고온 온도 보상부(200)에서는 고온시 제 2의 NTC 써미스터(Th2)의 저항값이 상승되고 캐패시턴스가 감소되므로 수정 진동자(10)의 온도 변화에 따른 주파수의 변화를 방지한다.

한편 콜피츠 발진회로 온도 보상부(300)를 설명하면, 수정 진동자(10)에서 콜피츠 발진회로(51)측을 보면 콜피츠 발진회로(51)의 등가 부하 용량을 콜피츠 발진회로 온도 보상부(300)의 제 3콘덴서(C3)를 포함한 값이 된다.

그래서 제 3콘덴서(C3)도 공진 주파수를 결정하는 한 요소가 되는데, 제 3의 NTC 써미스터(Th3)의 저항값이 온도에 따라 변환되면 제 3콘덴서(C3)의 정전 용량이 변화된다.

그리하여 제 3의 NTC 써미스터(Th3)에서 온도 변화에 따라 제 3콘덴서(C3)의 컨덕턴스중 R값의 상승분을 보상하면 이로 인하여 전체적인 부하 용량이 보상된다.

따라서 수정 진동자와 콜피츠 발진회로의 발진 주파수의 온도 특성을 안정적으로 개선시킨다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 온도 보상형 수정 발진회로에 의하면 다음과 같은 이점이 발생한다.

즉, 수정 진동자와 PLL IC의 콜피츠 발진회로측에 온도를 보상하는 NTC 써미스터를 연결시켜 수정 진동자 및 콜피츠 발진회로의 발진을 안정화하여 온도 변화에 따른 발진 주파수 특성을 개선시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 공진 주파수를 출력하는 수정 진동자와, 상기 수정 진동자의 중심 주파수를 조정하는 주파수 미세 조정부와, 상기 수정 진동자에서 출력되는 공진 주파수를 발진 및 증폭시키도록 콜피츠 발진회로와 증폭회로를 구비하는 PLL IC를 포함하는 수정 발진회로에 있어서,

   낮은 온도에서 상기 수정 진동자의 온도를 보상하도록 상기 수정 진동자와 상기 주파수 미세 조정부의 사이에 전기적 연결되는 저온 온도 보상부와,

   높은 온도에서 상기 수정 진동자의 온도를 보상하도록 상기 수정 진동자와 상기 저온 온도 보상부의 노드에 병렬로 연결되는 고온 온도 보상부와,

   상기 수정 진동자의 감지 온도에 따라 저항값이 가변되어 상기 콜피츠 발진회로의 정전용량을 가변시켜 상기 콜피츠 발진회로의 발진을 안정화시키도록 상기 PLL IC의 콜피츠 발진회로의 입력단과 접지 사이에 전기적으로 연결되는 콜피츠 발진회로 온도 보상부를 구비하는 것을 특징으로 하는 온도 보상형 수정 발진회로.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 저온 온도 보상부는,

   상기 수정 진동자에 직렬 연결되는 제 1저항과,

   수 Ω의 값을 가지고, 상기 수정 진동자와 상기 제 1저항의 노드에 병렬 연결되어 상기 수정 진동자의 온도에 따라 저항값이 가변되는 제 1의 NTC 써미스터와,

   상기 제 1의 NTC 써미스터에 병렬 연결되어 상기 제 1의 NTC 써미스터의 저항값에 따라 정전 용량이 가변되어 회로 내의 부하 용량을 가변시켜 온도에 따른 상기 수정 진동자의 주파수 변화를 차단시키는 제 1의 콘덴서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 보상형 수정 발진회로.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 고온 온도 보상부는,

   수 ㏀의 값을 가지고, 상기 수정 진동자에 병렬 연결되어 상기 수정 진동자의 온도에 따라 저항값이 가변되는 제 2의 NTC 써미스터와,

   상기 제 2의 NTC 써미스터의 일단에 직렬 연결되어 상기 제 2의 NTC 써미스터의 저항값에 따라 정전 용량이 가변되어 회로 내의 부하 용량을 가변시켜 온도에 따른 상기 수정 진동자의 주파수 변화를 차단시키는 제 2콘덴서와,

   상기 제 2의 NTC 써미스터의 타단에 직렬 연결되는 제 2저항으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 보상형 수정 발진회로.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 콜피츠 발진회로 온도 보상부는,

   상기 PLL IC의 콜피츠 발진회로의 입력단과 접지 사이에 그 일단이 직렬로 연결되며, 상기 수정 진동자의 온도에 따라 저항값이 가변되는 제 3의 NTC 써미스터와,

   상기 제 3의 NTC 써미스터에 병렬 연결되며, 상기 제 3의 NTC 써미스터의 저항값에 따라 정전 용량이 가변되어 회로 내의 부하 용량을 가변시켜 온도에 따른 상기 수정 진동자의 주파수 변화를 차단시키는 제 3콘덴서와,

   상기 제 3의 NTC 써미스터에 직렬 연결되는 제 3저항으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 보상형 수정 발진회로.