JPH0456504A - 発振周波数のデジタル補償方法及びデジタル補償発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は物理量に起因した周波数特性をデジタル的にＳ
ａｔ、たデジタル補償発振器を利用分野とし、特に物理
量を温度として補償メモリの記憶容量を大幅に減じたデ
ジタル温度補償発振器に関する。

（発明の背景） 水晶発振器は水晶振動子に起因した周波数温度特性（以
下、温度特性とする）を有する。このため、水晶振動子
の負荷容量を温度に応じて変化させ、温度特性を補償し
たものが普及している０例えば、このようなものの一つ
に温度特性に応答した補償電圧を所謂電圧副＊型（ＶＣ
ＸＯ）の電圧可変容量素子に印加する温度補償発振器が
ある。

近年では、温度特性に対応する温度補償特性をデジタル
情報として補償メモリに記憶し、これにより補償電圧を
供給するデジタル式のものが注目を浴びている。

（従来技術） ｊ１４５ｉ１はこのような一従来例を説明する図で、同
図（ａ）は温度補償発振器の−同図（ｂ）は温度補償回
路の概略ブロック図である。

温度補償発振器は発振回路１を例えばコルピッツ型とし
、水晶振動子２に電圧可変容量素子３を接続してｖｃｘ
ｏとする。そして、電圧可変容量素子３に補償電圧を印
加する温度補償回路４を接続して構成される。温度補償
回路４は補償メモリ５、温度検出部６、Ａ／Ｄ変換部７
及びＤ／Ａ変換部８からなる。補償メモリ５は、水晶発
振器の温度特性に対応した温度補償特性の補償データを
記憶する。温度補償特性は第５図に示したように各温度
時の周波数補償量に応じた補償電圧量で示される。補償
データは温度補償特性を複数の微小領域Ｔ＋＋〜。）に
分割する。そして、各補償電圧量に相当した補償値をデ
ジタル値とし、補償メモリ５の各番地に記憶される。温
度検出部６は例えばサーミスタ回路網からなり、周囲温
度に応答して検出電圧を発生する。Ａ／Ｄ変換部７は検
出電圧をデジタル値にし、補償メモリ５中のこれに応答
した番地を選択する。Ｄ／Ａ変換＃８は補償メモリ５か
らの補償値を補償電圧に変換し、電圧可変容量素子３に
印加して温度特性を補償する（基準周波数を維持する）
。

（従来技術の間原点） しかしながら、このようなものでは、微小領域Ｔ（＋〜
。）における補償値を各周波数補償Ｊ１（補償電圧量）
に応じた絶対量として基本的に記憶するので、そのビッ
ト数を多くして大容量の補償メモリ５を必要とする問題
があった。なお、温度変化が急激な場合は、補償メモリ
５の選択される番地が不連続的になるので、補償メモリ
５としてビット単価の高いランダムアクセス型の記憶素
子を使う必要があった。

（発明の目的） 本発明は補償メモリの記憶容量を大幅に減する発振周波
数のデジタル補償方法及びデジタル補償発振器を提供す
ることを目的とする。

（解決手段） 本発明は、周波数補償特性を複数の微小物理領域に分割
して、基準物理量における周波数補償量を基準補償値と
し、各微小物理領域間の周波数増減量を、基準補償値を
起点として、順次に一つ前の微小物理領域に比較した相
対補償値として予め記憶し、前記発振器の動作中におけ
る各物理量時の補償値を、物理量の増減に応じた相対補
償値と基準補償値との積算値から求めたことを基本的な
解決手段とする。以下、本発明を温度補償発振器に適用
した場合を例として詳細に説明する。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を説明する温度補償発振器中
の特に温度補償回路のブロック図である。

温度補償発振器は前述したように水晶発振器をｖｃｘｏ
とし、これに温度補償回路を接続して構成される（前第
４図参照）、温度補償回路は、ＩＩ略すると、補償メモ
リ９と番地選択部１０と補償値決定部１１からなり、こ
れらの各部はクロックパルスに同期して動作する。

補償メモリ９は例えば三次曲線とした温度補償特性に応
答してこれを補償するデータを予め記憶する。温度補償
特性は、Ｉ［２図の模式図に示したように、三次曲線（
イ）における各微小領域Ｔ（＋−ｎｌ内の周波数補償量
（以下補償量とする）をそれぞれ一定値とする。そして
、各微小領域Ｔ　＋　＋〜。）間の増減を一定の補償量
（ΔＶ）をもって表した階段上曲線（ロ）に置換される
。但し、補償量（Ｖ）は補正する周波数量に相当した電
圧値である。補償データＤｚ−ｎ＋は５　Ｗｉ段上曲線
（ロ）に基づき。

各微小領域Ｔ。の補償量を一つ前の微小領域Ｔ０−４に
比較し、補償量の増減を＋１または−１の相対補償値と
して形成される。この実施例では、基準温度ｔｉＩ（基
準領域Ｔｌ１）を補償量の最も少ない温度補償領域の低
域端とする。そして、基準温度を日時の補償量を基準補
償量Ｖｌｌとし、これを基準補償値（この場合は０）と
する。また、この基準補償値を起点として相対補償値は
順次に決定される。

この例で、補償データＤｔ＋〜。）の各相対補償値は、
各温度ｊ＋ｓ、＋〜ｎ）時、補償メモリ９の番地Ａ−５
〜・）に応答して示すと下表１（及び第２図）のように
なる、なお、各番地Ａ、の番地コードは基準番地コード
をＯとしてｎ（整数）で示される。また、補償メモリ９
中には番地Ａ＠が便宜上あるものとしたが、実際上はな
いものである。

表１ 温度ｔ＠ｔ＋　ｔ２°・ｔｓ　ｔｖ　ｔ８°°ｔ＋＠ｔ
ｚ　ｔ＋２°’にｎ−Ｉ　Ｌｎ番地Ａ＠ＡＩ　Ａ２・・
Ａ６　Ａ７　Ａ３−Ａｌ＠＾＋＋　Ａ電２・・＾。−＋
　Ａｎ値　　０　１　２−−　６　７　８−１０　１１
　１２＝ｎ−１ｎテーータＤｓ　　Ｄ＋　　Ｄ２・−Ｄ
ｓ　　０７　　Ｄｓ−・Ｄ＋＠　Ｄ＋＋　　Ｄ＋２・−
Ｄｏ−＋　　Ｄ−値　　０　　＋１　　＋１・・＋１　
−１　　＋ｌ・・−１−１−１・−＋１＋１番地選択部
１０は、比較部１２．温度検出部１３−　１！ＬＤ／Ａ
変換部１４及び第１計数部１５からなる。比較部１２は
温度検出部１３からの周囲温度に相当した周囲温度電圧
Ｖｔと第１Ａ／Ｄ変換部１４からの動作温度電圧ｖ０と
を比較する。そして、周囲温度（電圧Ｖｔ）が動作温度
（電圧Ｖ。）より大きい場合は＋１を、小さい場合は−
１のいずれか一方の判定値を出力する。第１計数部１５
は所謂積算カウンタとして機能するとともに、初期値を
基準番地コードに応答し１例えば８ビツトのＯ値（２進
数）に設定される。そして、比較部１２からの判定値を
積算し１番地コードｎとともに動作温度値ｎを決定する
。但し、動作温度ｔ０は、発振器の動作中における補償
メモリ９の選択された番地Ａ７に応答した各温度ｔ。時
を示す、第１Ｄ／Ａ変換部１４は動作温度値ｎをアナロ
グ量の動作温度電圧Ｖ　ｅ　＋　ｔ　ｎ　＋に変換する
。

補償値決定部１１は、選択部１巳　符号設定部１７、第
２計数部１８、第２Ａ／Ｄ変換部１９からなる。選択部
１６は、例えばスイッチと遅延素子からなり、比較器１
２からの判定値により動作する。すなわち、動作温度ｔ
ｎが上昇中でしかも判定値が＋１の場合には補償メモリ
９から出力される相対補償値をそのまま選択し、逆の−
１の場合には遅延素子に保持された１クロツク前の相対
補償値を選択する。これは、動作温度ｔ。が下降中で判
定値が＋１の場合に、番地Ａｎが一つずれてしまうのを
防ぐためである。符号設定部１７は前述同様に判定値に
より動作し、選択部１６からの相対補償値の符号を決定
する。すなわち、判定値が＋１の場合はその相対補償値
の符号をそのままにする。また、逆に−１の場合は相対
補償値の符号を反転して決定相対値とする。第２計数部
１８は、第１計数部１５と同様に積算カウンタとして機
能し、初期値を基準補償値として例えば８ビツトの０値
（２進数）に設定される。そして、符号設定部１７から
の決定相対値を順次積算して補償値を決定する。第２Ｄ
／Ａ変換部１９は積算補償値をアナログ量の補償電圧Ｖ
、に変換し、ｖｃｘｏの電圧可変容量素子３に印加する
。

以下、このような構成の温度補償発振器の作用を前３１
２図及び第３図のタイミングチャートを参考としてより
具体的に説明する。なお、第３図（ａ）はクロックパル
スＰに対する第１計数部１５の、同図（ｂ）は補償メモ
リ９の、同図（ｃ）は符号設定部１７の、同図（ｄ）は
同ｊ［２計数部１８の出力波形である。

このようなものでは、先ず、電源投入とともにＩｉ！１
及びＩ！２計数部１５．１８は基準値としての０値（０
０００００００）に初期設定される。すなわち、動作温
度値が０の動作状態であり、これ以降のクロックパルス
ｐ＋＋〜。）に同期して動作する。そして。

周囲温度ｔ＋ｘ＋が動作温度ｔｌ！より高い例えば常温
２５℃とすると、電源投入時の周囲温度ｔ８は動作温度
電圧ｔＩ１１より大きい、したがって、最初のクロック
パルスｐ１により、比較部１２は判定値を＋１とし、第
１計数部１５の積算値（番地コード、動作温度値）を（
１）にする。そして、番地コード（１）の補償データＤ
Ｉ（＋１）は選択５１６に送出される。選択部１６は比
較部１２から＋１の判定値を受けていることから、補償
データＤＩ（＋１）をそのまま符号設定部１７に出力す
るとともに保持記憶する。符号設定部エフは同様に判定
値＋１により、補償データＤ＋（＋１）の符号を代えず
に決定相対値としてｔＪ２計数部１８に送出する。第２
計数部１８は、Ｉｒｌ計数部１５と同様、ｔｌの積算値
を（１）としてこれを補償値とする。一方、第１Ｄ／Ａ
変換器１４は動作温度値（１）を受けて動作温度電圧を
上昇させる。そして、これ以降も同様に、クロックパル
スＰｆ２−第１にそれぞれ同期し、動作温度ｔ。はｔ２
から周囲温度ｔ０直前のｔｌｌまで上昇するとともに、
積算補償値は各決定相対値を積算されて（３）となる。

次に、クロックパルスＰ＋２の立ち上がり時では動作温
度１＋＋は周囲温度ｔ８よりもまだ低いので、比較器１
２は判定値を＋１に維持した状態にある。

そして、クロックパルスｐ＋２の立ち上がりにより。

動作温度はｔｌ２に上昇する、また１判定値は＋１であ
るので選択部１６は補償データＤＩ２（−１）をそのま
ま符号設定部１７に送出する。そして、符号設定＃１７
は判定値＋１によりそのまま決定相対値（−１）として
積算値を（２）にする。その直後、動作温度ｔ＋２はｉ
ＩＲ囲温度ｔｘを越えることから判定値を−１にする。

そして、クロックパルスＰＩ３により動作温度は１＋＋
に下降する。そして、クロックパルスＰＩ３の立ち上が
り時では動作温度１＋＋は周囲温度乞うよりもまだ高い
ので、比較器１２は判定値を−１に維持した状態にある
。そして、クロック六ルスｐ＋３の立ち上がりにより、
動作温度は１＋＋に下降する。また、判定値は−１であ
るので、選択部１６は１クロツク前の補償データＤ１２
（−１）を符号設定部１７に送出する。そして、符号設
定部１７は判定値−１により符号を反転して決定相対値
を＋１として積算値を（３）にする。このようにして１
周囲温度が動作温度１＋＋とｔｌ２との間（温度領域Ｔ
１２）で安定しているときは一１１ｔ算補償値は（２）
または（３）となる。

そして、これに相当した補償電圧がｖｃｘｏに印加され
、交互に選択される動作温度１＋＋とｔｌ２時の発振周
波数となって定常状態となる。

以上のように、このようなものでは、基準温度ｔｌ１時
の基準補償値に、周囲温度及びその増減方向に応答した
決定相対値を順次積算し、その積算補償値により補償電
圧量を決定したので、デジタル的な温度補償を可能にす
る。そして、補償データＤ（じ。、は各微小温度領域間
における補償量の増減をそれぞれ＋１または−１として
表した相対補償値からなるので、それぞれ１ビツトの最
小ビット数で形成される。したがって、補償メモリ９の
記憶容量は基本的には微小領域の数のみですむので、従
来例のものに比して大幅に減少する。

また、この実施例では、基準補償値を周波数補償量の最
も小さい温度特性の低域端とするので、第１及び第２計
数部１５．１８の初期値をＯとすることができ、積算カ
ウンタを構成する上でハード的に有利である。

（他の事項） なお−上記実施例では、番地選択部１０を比較部１２、
温度検出部１３及び第１Ｄ／Ａ変換部１４及びｊ［１計
数部１５から構成したが、要は周囲温度に応じて補償メ
モリの番地を指定するとともに、周囲温度の増減方向を
認知する機能を有していればよく、上記構成のみに限定
されるものではない。また１選択部１６及び符号設定部
１７は補償メモリ９とＷｉ２計数部と１８の間に設けて
各補償データＤｌ−０）を決定したが、その場所及び方
法に拘らず実質的にこのような機能をもったものはここ
での選択部及び符号設定部に該当する。

また、階段状特性の各微小領域Ｔｚ〜。）における周波
数補償量は一つ前の微小領域に比較した＋１または−１
の相対補償値として設定したが、例えば温度特性が傾斜
を大きくしてその増減を＋１または−１でカバーしきれ
ない場合は、その部分を＋２または一２以上の相対補償
値をもって表すこともできる。この場合、補償メモリは
その微小領域に対して２ビット以上を必要とするが、こ
のようなものでも本願発明の効果を奏する。また、相対
補償値としてＯを含む例えば＋１．０、−１の３値とし
、平坦部をＯに対応させれば、補償量を一定にして周波
数のゆらぎを小さくすることができる。

また、基準補償値は周波数補償量の最も少ない低域端と
したが、例えば常温付近としても同様の効果をもって構
成できるものである。また、基準補償値は必ずしも０と
する必要もなく、例えばＯではない数値として、第１及
び第２計数部１５．１８の初期値をこの数値に相当する
ようにすればよい。

また、比較部１２からの判定値は＋１または１の２値と
したが、例えば＋１．０または−１の３値として温度が
許容範囲内の一定値の場合はその判定値を０としてその
間の補償値は変動しないように構成してもよい。例えば
、比較部１２からの判定値と、補償メモリ９からの相対
補償値とを乗算し、符号判定Ｉ＄１７の出力とすればよ
い。

なお、本発明によれば高価なランダムアクセス型の記憶
素子ではなく、安価なシーケンシャル型の記憶素子を用
いることができる。この場合、実施例の第１計数部１５
と補償メモリ９を一体化して構成でき回路を著しく簡略
化でき工業的な価値は極めて高い。

また、本発明は、物理量を温度とした温度補償発振器に
適用されるのみならず、例えば電源電圧変動による発振
周波数の補償等にも利用でき、その趣旨を逸脱しない範
囲内で適宜に変更できるものである。

（発明の効果） 本発明は、周波数補償特性を複数の微小物理領域に分割
して、基準物理量における周波数補償量を基準補償値と
し、各微小物理領域間の周波数増減量を、基準補償値を
起点として、順次に一つ前の微小物理領域に比較した相
対補償値として予め記憶し、前記発振器の動作中、各物
理量時の補償値を、物理量の増減に応じた相対補償値と
基準補償値との積算値から求めたので、補償メモリの記
憶容量を大幅に減する発振周波数のデジタル補償方法及
びデジタル補償発振器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のデジタル補償発振器の一実施例を温度
補償発振器に適用した場合の特に温度補償回路のブロッ
ク図である。第２図は上記実施例の温度補償発振器のデ
ジタル的な温度補償を説明する模式図である。第３図は
タイミングチャートであり、同図（ａ）は上記実施例中
のクロックパルスに対する第１計数部の、同図（ｂ）は
補償メモリの、同図（ｃ）は符号設定部の、同図（ｄ）
は同第２計数部の出力波形図である。 第４図（ａ）は従来例を説明するデジタル温度補償発振
器の、同図（ｂ）は温度補償回路のブロック図、第５図
は同温度補償発振器の温度補償を説明する模式図である
。 第１図 ］３ 第３図 （α）％＋＜＋、ａｉｆ’　　（４ｒ　　コＪ’　叡ｒ
（￥　ＦＪＬ崖幻１）クー・２ パｉし入　Ｐ 讐声塑 第４図 第５図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）物理量に起因した発振器の周波数特性に対応する
   周波数補償特性を、基準物理量から複数の微小領域に分
   割して各微小領域内の周波数補償量をそれぞれ一定値と
   して表し、各微小領域間における周波数補償量の増減を
   、前記基準物理量時の周波数補償量を基準補償値として
   、順次に一つ前の微小領域時に比較した符号を有する相
   対補償値として予め記憶し、 前記発振器の動作中、前記物理量の増減に応じて前記相
   対補償値を選択するとともに、該物理量の増減方向に応
   じて該相対補償値の符号を再決定して決定相対値とし、
   該決定相対値を前記基準補償値に積算して各物理量時の
   積算補償値を求め、該積算補償値に基づいて前記周波数
   特性を補償する発振周波数のデジタル補償方法。
2. （２）上記物理量は温度である特許請求の範囲第１項項
   記載のデジタル補償発振器。
3. （３）物理量に起因した発振器の周波数特性に対する周
   波数補償特性を、基準物理量から複数の微小領域に分割
   して基準物理量時の周波数補償量を基準補償値とし、各
   微小領域間における周波数補償量の増減を、前記基準物
   理量時の周波数補償量を基準補償値として、順次に一つ
   前の微小領域時に比較した相対補償値とし、該相対補償
   値を各番地に予め記憶した補償メモリと、 前記発振器の動作中、前記物理量の増減に応じて前記補
   償メモリの番地を選定するとともに、該番地に記憶した
   前記相対補償値の符号を該物理量の増減方向に応じて再
   決定する番地選択部と、前記符号の再決定された相対補
   償値を決定相対値として前記基準補償値に順次に積算し
   、該積算補償値に相当した周波数補償量を決定する補償
   値決定部とを具備してなるデジタル補償発振器。
4. （４）上記相対値は＋１または−１である特許請求の範
   囲第１項または第３項記載のデジタル補償発振器。
5. （５）上記番地選択部は補償メモリの番地を選定する番
   地コードを動作温度値とし、該動作温度値による動作物
   理量と周囲物理量との大小を比較して判定値を出力し、
   該判定値を前記周囲物理量の増減に応じて順次に積算し
   て、前記番地コードを決定する特許請求の範囲第３項記
   載のデジタル補償発振器。
6. （６）上記判定値は＋１または−１である特許請求の範
   囲第５項記載のデジタル補償発振器。
7. （７）上記物理量は温度である特許請求の範囲第第２項
   、第３項、第４項、第５項または第６項記載のデジタル
   補償発振器。