JPH0697765A - 位相温度補償回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子回路の出力位相の温度による変動を補償
して一定に保つ出力位相温度補償回路に関し、温度と出
力位相の関係が折れ線で近似できる非線形出力位相温度
特性を補償でのるようにすることを目的とする。 【構成】 入力信号と出力信号の位相差が制御電圧に比
例して変化する位相制御回路６と、温度に対して一次の
関係にある温度センス電圧ＶＴが入力し、特定の限界温
度Ｔ０以上または以下の温度では温度に対して単調に増
加または減少しそれ以外の温度では一定の制御電圧ＶＣ
ＮＴを発生する制御電圧発生回路５とを組み合わせた部
分温度補償回路４の、一つまたは複数の直列接続によっ
て構成する。制御電圧発生回路には、一方のベースに基
準電圧が、他方のベースに温度センス電圧が入力し、何
れか一方のコレクタから制御電圧を出力するようにした
トランジスタ差動対を用い、基準電圧ＶＲＥＦとトラン
ジタ差動対の利得とを調整することにより、限界温度Ｔ
０と温度に対する制御電圧の変化率とを任意に設定する
ようにした構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子回路の出力位相の
温度による変動を補償して一定に保つ出力位相温度補償
回路に関する。

【０００２】デジタル信号を処理する電子回路等では、
入力信号に対する出力信号の位相が動作温度が変化して
も一定であることが要求され、このために出力位相温度
補償回路が用いられる。

【０００３】

【従来の技術】トランジスタ等の半導体素子からなる電
子回路で入力信号を処理して出力信号を得る場合、通
常、入力信号に対する出力信号の位相差（以後出力位相
と略称）は、温度の変化に対応して単調に変化する。そ
こで、この出力位相の温度補償のためには、制御電圧に
よって出力位相が直線的に変化する（即ち、制御電圧と
移相特性が一次の関係にある）位相制御回路を出力位相
温度補償回路として電子回路の後に付加し、ダイオード
の順方向電圧降下が温度に対して直線的に変化すること
を利用した温度センス回路からの温度センス電圧で該位
相制御回路を直接制御することにより、電子回路の出力
信号に対して逆の位相変化を与え出力信号の位相を温度
に無関係に一定に保つようにしている。

【０００４】ところが、ＳＡＷフイルタ（表面波フィル
タ）等の素子は温度による位相特性の変化が線形でな
く、このような素子を含む回路では出力位相の温度特性
が線形にならないため、上記従来の位相温度補償方式で
は出力位相に対して充分な温度補償ができない。

【０００５】例えば、図８に示すクロック抽出回路は、
デジタル光通信における光受信モジュール内に使用され
るもので、受信データ信号からクロック信号を抽出する
回路である。この回路は、クロック成分抽出部１と、位
相温度補償回路２と、リミッタ増幅器３とからなる。ク
ロック成分抽出部１は、NRZ の入力データ信号を微分し
てレベル変化点毎にパルス列を発生する微分回路11と、
該パルス列を濾波してクロック周波数の正弦波を取り出
すＳＡＷフイルタ12とからなる。位相温度補償回路２
は、制御電圧ＶＣＮＴにより入力する正弦波信号に対し
て出力位相を直線的に変化させる位相制御回路21、温度
が上昇すると温度上昇に比例して上昇する温度センス電
圧ＶＴを制御電圧として出力する温度センス回路22から
なる。リミッタ増幅器３は、位相制御回路21からの位相
温度補償済の正弦波信号をリミッタ増幅してパルス整形
して出力クロック信号を出力する。

【０００６】図９は上記クロック成分抽出部の出力位相
温度特性を示す図である。図９に示すように、半導体素
子のみからなる微分回路11の位相温度特性は、温度上昇
に対して−Ｋ２' の勾配で位相が遅れ( 一点鎖線) 、電
気機械変換素子であるＳＡＷフィルタ12の位相温度特性
は、常温Ｔ０から温度が上昇しても下降しても位相が遅
れる（点線）。

【０００７】従って、この二つの回路が直列接続された
クロック成分抽出部１の位相温度特性は、それぞれの温
度位相特性が合成されたものとなり、低温→Ｔ０は勾配
Ｋ１、Ｔ０→高温では勾配Ｋ２の折れ線で近似される出
力位相温度特性を示す。

【０００８】これに対して、従来の位相温度補償回路２
は、温度対位相が一定勾配の線形補償を行うので、温度
−出力位相特性が線形な微分回路の温度温度特性しか打
ち消せないため、このような回路構成のクロック抽出回
路の出力位相は、常温に対して低温でも高温でも遅れて
しまい、抽出されたクロックの位相は、ＳＡＷフィルタ
の位相温度特性に従って変動するものとなる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上の如く、位相温度
特性が線形でない回路は、従来の温度補償回路で充分に
補償しきれないので、ＳＡＷフィルタを用いたクロック
抽出回路等では、温度による出力位相の変化が大きく、
抽出されたクロックで受信データの識別を行おうとする
と温度による位相変動でマージンが減少するため、デー
タ識別再生の誤り率が劣化するという問題があった。

【００１０】本発明は上記問題に鑑み創出されたもの
で、非線形な出力位相温度特性を有する電子回路の温度
補償ができる位相温度補償回路を提供することを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の位相温
度補償回路の原理構成図、図４は制御電圧発生回路の詳
細図である。

【００１２】上記問題点を解決するため本発明の位相温
度補償回路は、図１に示す如く、温度と出力位相の関係
が折れ線で近似できる任意の出力位相温度特性をもつ被
補償電子回路１の出力位相を補償する出力位相温度補償
回であって、入力信号と出力信号の位相差が制御電圧に
比例して変化する位相制御回路６と、温度に対して一次
の関係にある温度センス電圧ＶＴが入力し、特定の限界
温度Ｔ０以上または以下の温度では温度に対して単調に
増加または減少しそれ以外の温度では一定の制御電圧Ｖ
ＣＮＴを発生する制御電圧発生回路５とを組み合わせた
部分温度補償回路４の、一つまたは複数の直列接続から
構成され、また、前記部分温度補償回路の制御電圧発生
回路は、図４に示す如く、エミッタが共通接続され、一
方のベースに基準電圧が、他方のベースに温度センス電
圧が入力し、何れか一方のコレクタから制御電圧を出力
するように構成したトランジスタ差動対51と、該差動対
51の共通エミッタに定電流を供給する電流源52とからな
り、基準電圧ＶＲＥＦとトランジタ差動対51の利得とを
調整することにより、限界温度Ｔ０と温度に対する制御
電圧の変化率とを任意に設定するようにした構成であ
る。

【００１３】

【作用】正弦波に対する位相の補償は、複数の部分温度
補償回路の位相温度特性の算術和が全体の位相特性にな
るので、異なった特性に設定した複数の部分温度補償回
路を直列接続することにより、折れ線で近似される位相
温度特性を有する出力信号の温度補償を高精度で実現で
きる。

【００１４】このために、複数の部分温度補償回路のそ
れぞれが、被補償電子回路の位相温度特性の一つの折れ
線部分を補償するように限界温度と温度−制御電圧の勾
配とを設定する。

【００１５】そして、各部分温度補償回路ヘの、限界温
度と温度−移相特性勾配の設定は以下の如く行うことが
できる。入力する温度センス電圧は温度上昇に伴って直
線的に増加する比例関係にあるものとすると、制御電圧
発生回路のトランジスタ差動対のベースに加わる基準電
圧と限界温度での温度センス電圧との差動入力が差動対
の一方のトランジスタをカットオフするように基準電圧
を設定する。これにより、限界温度より高温側または低
温側で温度に対して一定で、低温側または高温側では所
定の勾配を持つ制御電圧が得られる。

【００１６】また、温度センス電圧ＶＴ０がベースに印
加される方のトランジスタから制御電圧を取り出すと、
温度上昇によって該トランジスタに分流する電流が増加
するので、温度に対してマイナス勾配を有する制御電圧
がえられ、基準電圧ＶＲＥＦＦがベースに印加される方
のトランジスタから制御電圧を取り出すと、温度上昇に
より該トランジスタの電流は減少するので、温度に対し
てプラス勾配を持つ制御電圧が得られる。即ち、制御電
圧を差動対のどちら側のトランジスタから取り出すかに
よって温度に対する制御電圧の勾配の正負を設定するこ
とができる。そして、差動対の電圧利得を適宜値に設定
することによって、ＶＣＮＴの勾配の絶対値を任意に調
整できる。

【００１７】以上により、それぞれの制御電圧発生回路
の限界温度と温度−制御電圧勾配とを、被補償回路の位
相温度特性の折れ線の各部分に合わせて設定できるの
で、これと位相制御回路とを組み合わせた部分温度補償
回路を直列に接続することにより、被補償回路を高精度
に補償することが可能となる。

【００１８】

【実施例】以下添付図により本発明の実施例を説明す
る。図２は本発明の実施例構成図、図３は位相制御回路
の一例を示す図、図４は制御電圧発生回路の詳細図、図
５は図４の動作説明図、図６は制御電圧発生回路の回路
形式の分類図、図７は複雑な位相温度特性の補償例の図
である。なお全図を通じて同一符号は同一対象物を表
す。

【００１９】図２は、図８、図９で前述した出力位相温
度特性を有するクロック抽出回路に、本発明の出力位相
温度補償回路を適用した場合の実施例を示す。図２にお
いて、本発明の位相温度補償回路は、クロック成分抽出
部１と、リミッタ増幅器３との間に直列に挿入された低
温用温度補償回路（4a) 、高温用温度補償回路(4b)の二
つの部分温度補償回路と、それらの部分温度補償回路に
温度に比例する温度センス電圧ＶＴを供給する温度セン
ス回路７とからなる。

【００２０】クロック成分抽出部１が出力する抽出クロ
ック周波数の正弦波の位相は、図９に示す如く、動作温
度範囲内（Ｔ１〜Ｔ２）の任意の温度Ｔ０（限界温度）
で位相−温度特性の勾配が変化するものとする。

【００２１】そこで、本実施例では、限界温度Ｔ０を境
にした高温側と低温側をそれぞれ補償する二つの部分温
度補償回路で出力位相の温度補償を行うようにした。即
ち、Ｔ１→Ｔ０では温度勾配Ｋ１、Ｔ０→Ｔ２で勾配０
の位相特性をもつ部分温度補償回路4aで低温側の勾配−
Ｋ１の位相温度特性を、またＴ１→Ｔ０では一定で、Ｔ
０→Ｔ２で勾配Ｋの位相特性をもつ部分温度補償回路4b
で高温側の勾配−Ｋ２の位相温度特性を、それぞれ分担
して補償するようにしたものである。

【００２２】温度センス回路７は、ダイオード71、ポテ
ンショメータ72、定電流源73とを直列接続したものをダ
イオード側をＧＲＮＤに、定電流源側を−電源に接続し
て構成され, ポテンショメータ72の可変端子からの電圧
をセンス電圧ＶＴとして用いる。この電圧は、ダイオー
ドの順方向特性の温度変化（−２ｍｖ／°Ｃ）によっ
て、温度上昇に対して正の勾配、即ち＋２ｍｖ／°Ｃで
変化する温度センス電圧ＶＴとなる。なおポテンショメ
ータはセンス電圧の絶対レベルを調整して、後述する差
動増幅器の動作点を設定するためにある。

【００２３】部分温度補償回路4a,4b は、制御電圧発生
回路5a,5b と、該制御電圧発生回路5a,5b からそれぞれ
制御電圧ＶＣＮＴ１、ＶＣＮＴ２が供給され、制御電圧
に対してリニアに出力位相が変わる位相制御回路６とか
らなる。

【００２４】まず、図３により、位相制御回路の一例を
説明する。位相制御回路は、正弦波信号が入力し、制御
電圧ＶＣＮＴの増減量に比例して、入力に対する出力信
号の出力位相が進み遅れする回路である。位相制御回路
は、３組のトランジスタ差動対61,62,63と９０°移相回
路64と、定電流源65から構成され、第一の差動対61によ
り定電流源65からの定電流を制御電圧ＶＣＮＴに従って
分流する。そして、分流された二つの電流をそれぞれ共
通エミッタ電流とする二組の差動対62、63に、０位相の
入力信号と、９０°移相回路54からの９０°移相した入
力信号とを入力し、それぞれの信号を増幅して、その出
力の和を求めるものである。制御電圧ＶＣＮＴにより第
一の差動対61のコレクタ電流の分流比が変化すると、二
組の差動対62,63 の利得が逆方向に変化するので、０位
相信号と９０°位相信号との混合比率が変化し、出力位
相を０〜９０°の範囲で可変できる。

【００２５】本実施例では、制御電圧ＶＣＮＴが上昇す
ると、出力位相が所定の割合で進むものとする。次に図
４により、制御電圧発生回路の詳細を説明する。

【００２６】制御電圧発生回路5a,5b は、温度センス回
路からの温度に対してリニアな温度センス電圧ＶＴが入
力し、所定の限界温度で折れ線特性を示しかつ折れ線の
一方が水平で他方が所望の温度勾配をもつ制御電圧ＶＣ
ＮＴ１、ＶＣＮＴ２をそれぞれ発生させるものであり、
低温側、高温側とも図４の制御電圧発生回路５を共通に
用いて、限界温度の設定値と温度勾配の設定を異ならし
めたものである。

【００２７】図４に示す制御電圧発生回路５は、トラン
ジスタ差動対51と定電流源52とからなる差動増幅器で構
成される。トランジスタ差動対51は、コレクタにそれぞ
れ負荷抵抗ＲＬ１、ＲＬ２を有し、基準電圧ＶＲＥＦと
温度センス電圧ＶＴとがそれぞれのベースに入力し、エ
ミッタが共通接続された一対のトランジスタＴＲ１，Ｔ
Ｒ２とからなる。定電流源52は、トランジスタ差動対51
の共通エミッタに定電流I₀を供給する。

【００２８】一般に、基準電圧と入力電圧とを適切に設
定すると、差動対の各トランジスタの出力電圧は図５の
如く、入力電圧ＶＴが基準電圧ＶＲＥＦに等しい時は両
トランジスタに１／２I₀の等しい電流が流れるので、あ
る入力範囲ではその動作点を中心として入力電圧に対し
て線形で増減し、それ以外では定電流源からの全電流I₀
が何れか一方のトランジスタに流れるので、電源電圧Ｖ
ＣＣまたはＶＣＣ−ＲＬ×I₀の一定値となる。

【００２９】従って、線形動作範囲では、ベースにセン
ス電圧が入力するトランジスタＴＲ２のコレクタ電流は
入力の増加（即ち温度の上昇）に従って増加するので、
負荷抵抗ＲＬ２による電圧降下が増加し、出力電圧が減
少する。即ち温度変化に対して負の勾配を持つ制御電圧
ＶＣＮＴ１が得られる。また、ベースに基準電圧が入力
するトランジスタＴＲ１のコレクタ電流は入力電圧の増
加に伴っ減少するので負荷抵抗ＲＬ１によるコレクタ出
力電圧は増加する。即ち温度上昇に対して正の勾配をも
つ制御電圧ＶＣＮＴ２が得られることになる。

【００３０】そして、基準電圧ＶＲＥＦを限定温度Ｔ０
における温度センス電圧ＶＴ０より入力ダイナミックレ
ンジ（差動対が線形動作する範囲）の１／２だけ高く設
定すると、限定温度Ｔ０より高温側では入力電圧ＶＴは
線形範囲内にあるので出力電圧は温度に対して一定の勾
配で増減し、限定温度より低温側では入力電圧と基準電
圧との差が大きくなり差動対の線形動作範囲を越えるの
で出力電圧（制御電圧）は一定となる。

【００３１】また基準電圧ＶＲＥＦを限定温度センス電
圧ＶＴ０より入力ダイナミックレンジの１／２だけ小さ
く設定すると限定温度Ｔ０より低温側が差動対の線形動
作範囲となり制御電圧が温度に対して線形の勾配をも
ち、高温側では一定となる。

【００３２】以上の如く、温度に対する制御電圧の勾配
の正負は、差動対トランジスタの何方の出力を用いるか
で、また、制御電圧を一定とする温度範囲を限界温度Ｔ
０以上にするか、以下にするかは、基準電圧ＶＲＥＦを
限界温度時のセンス電圧ＶＴ０より高温側に設定するか
低温側に設定するかで選ぶことができる。従って、温度
と制御電圧との関係は、４つの場合に分けられる。この
組合せを図６に、回路形式（Ａ）〜（Ｄ）で示す。なお
図の回路においては、差動対トランジスタのエミッタ側
にエミッタ帰還抵抗を挿入して、これを可変することよ
り、温度−制御電圧の勾配を被補償回路の位相温度特性
をキャンセルできる値に設定するものである。

【００３３】いま、温度センス回路が出力する温度セン
ス電圧ＶＴが、対象とする温度範囲の下限温度のＴ１
（例えば−４０°Ｃ）でＶＴ１、上限温度Ｔ２（例えば
８５°Ｃ）でＶＴ２となるように温度センス回路を設定
したものとし、このとき、図９の位相温度特性を持つク
ロック成分抽出部の全温度範囲にわたって出力信号の温
度補償を行う位相温度補償回路について説明する。

【００３４】このためには、二つの部分補償回路を直列
接続して、位相進み量が、限界温度Ｔ０（例えば２０°
Ｃで、このときの温度センス電圧はＶＴ０とする）より
低温側では温度降下に従って一定の勾配で増加し、Ｔ０
より高温側では温度上昇に従って一定の勾配で増加する
ようれすればよい。

【００３５】そこで、限界温度Ｔ０より低温側で温度降
下に従って増大する位相遅れ補償するための低温側の部
分補償回路4aの制御電圧発生回路5aとして、限界温度Ｔ
０より高温側は出力電圧が一定で低温側で温度降下とと
もに出力が増加する回路形式（Ａ）のものを用いる。

【００３６】また限界温度より高温側で温度上昇ととも
に増大する位相遅れを補償するための高温側の部分補償
回路4bの制御電圧発生回路5bとして、限界温度Ｔ０より
低温側では出力が一定で、高温側では温度上昇とともに
出力が増加する回路形式（Ｃ）のものを用いる。

【００３７】そして、それぞれの制御電圧発生回路から
の制御電圧ＶＣＮＴ１とＶＣＮＴ２とを低温側を分担す
る位相制御回路6aと高温側を分担する位相制御回路6bと
に入力することにより、二つの位相制御回路は、クロッ
ク抽出部からの図９に示す出力位相温度特性を持った信
号を低温側と高温側とに分けて温度補償を行うので、対
象温度範囲にわたって位相特性が一定なクロック信号対
応正弦波が得られる。これをリミッタ増幅器３を通すこ
とにより、温度による位相変動が補償されたクロック信
号が得られる。

【００３８】次に、図７により、被補償電子回路が変曲
点を２か所以上もつ折線で近似される位相温度特性を有
する場合の温度補償回路について説明する。今、被補償
電子回路１' の出力信号の温度−位相特性が、図（ｂ）
に示す如く、温度が上昇するに従って限界温度Ｔ１、Ｔ
２、Ｔ３で、温度と位相との関係の示す勾配がｋ１→ｋ
２→ｋ３→ｋ４に変化する折れ線で近似できるものとす
る。この場合には、４個の部分温度補償回路4-1 〜4-4
を直列に接続し、第１部分温度補償回路4-1 は全ての温
度範囲にわたって移相量／温度の勾配Ｋ１＝−ｋ１で、
第二部分温度補償回路4-2 は、Ｔ１までは一定でＴ１よ
り高温側で勾配Ｋ2 ＝−( k1−K2) で、第三部分補償回
路4-3 は、Ｔ２までは一定で、Ｔ２より高温側で勾配Ｋ
３＝−（k3−k1−k2）、第４部分補償回路4-4 はＴ３ま
では一定でＴ３より高温側で勾配Ｋ４＝−（ｋ４−ｋ１
−ｋ２−ｋ３）をそれぞれ持つように、それぞれの制御
電圧発生回路5-1 〜5-4 の制御電圧ＶＣＮＴ１〜４の限
界温度と勾配を設定することにより、使用温度全域にわ
たって位相温度補償することが可能となる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明の位相温度補
償回路によれば、動作温度範囲内で出力位相の温度傾斜
が変化する要素を含む電子回路において、その出力位相
の温度傾斜を打ち消すことが可能となり、出力位相が温
度に対して安定な信号を得ることができるという効果が
ある。特に、高速光モジール等では、基準クロックの出
力位相を高精度に補償できるので、伝送特性の安定した
光デジタル通信を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の位相温度特性補償回路の原理構成図

【図２】 本発明の実施例構成図

【図３】 位相制御回路の一例を示す図

【図４】 制御電圧発生回路の詳細図

【図５】 図４の動作説明図

【図６】 制御電圧発生回路の回路形式の分類図

【図７】 複雑な位相温度特性の補償例の図

【図８】 従来の出力位相温度特性補償回路を用いたク
ロック抽出回路の図

【図９】 クロック成分抽出部の出力位相温度特性

【符号の説明】

１…クロック成分抽出部（被補償電子回路）、３…リミ
ッタ増幅器、4,4a,4b,4-1 〜4-4 …部分温度補償回路、
5,5a,5b …制御電圧発生回路、６…位相制御回路、７…
温度センス回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温度と出力位相の関係が折れ線で近似で
   きる任意の出力位相温度特性をもつ被補償電子回路(1)
   の出力位相を補償する出力位相温度補償回であって、 入力信号と出力信号の位相差が制御電圧に比例して変化
   する位相制御回路(6)と、温度に対して一次の関係にあ
   る温度センス電圧ＶＴが入力し、特定の限界温度Ｔ０以
   上または以下の温度では温度に対して単調に増加または
   減少しそれ以外の温度では一定の制御電圧ＶＣＮＴを発
   生する制御電圧発生回路(5a,5b) とを組み合わせた部分
   温度補償回路(4a,4b) の、一つまたは複数の直列接続か
   らなること特徴とする位相温度補償回路。
2. 【請求項２】 前記部分温度補償回路(4a,4b) の制御電
   圧発生回路(5) は、エミッタが共通接続され、一方のベ
   ースに基準電圧が、他方のベースに温度センス電圧が入
   力し、何れか一方のコレクタから制御電圧を出力するよ
   うに構成したトランジスタ差動対(51)と、該差動対(51)
   の共通エミッタに定電流を供給する電流源(52)とからな
   り、基準電圧ＶＲＥＦとトランジタ差動対(51)の利得と
   を調整することにより、限界温度Ｔ０と温度に対する制
   御電圧の変化率とを任意に設定するようにしたことを特
   徴とする請求項１記載の位相温度補償回路。