JPH077366A - 水晶フィルタによる狭帯域バンドパスフィルタの温度補正回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、複数の水晶フィルタを用いた狭帯
域バンドパスフィルタにおいて、周囲温度の変化によっ
て、フィルタ特性が変化するのを改善するもので、周囲
温度に対する同調周波数を、各水晶フィルタ毎にあらか
じめ温度補正テーブルに求めておいて、使用時に、周囲
温度に対応して、あらかじめ求めておいた上記温度補正
テーブルから補正データを読み出して、水晶フィルタの
同調周波数を制御することで、温度変化にともなう出力
レベルや、バンド幅特性や、通過帯域幅を、一定に維持
することを目的とする。 【構成】 少なくとも２組のフィルタブロックを設け
る。フィルタブロックの構成は、水晶フィルタ、負荷要
素、減衰したレベルを増幅する増幅器、当該水晶フィル
タの同調周波数を補正する可変容量ダイオード、当該可
変容量ダイオードに制御電圧を印加するＤＡコンバータ
で構成する。そして、当該ＤＡコンバータに所定の値を
設定制御する制御部と、当該制御部から読み出す補正値
を保存する補正テーブルと、周囲温度を検出する温度セ
ンサとで回路を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、中間周波数で使用す
る、狭帯域バンドパスフィルタに用いる複数段構成の水
晶フィルタ回路において、通過損失レベルの変化や、通
過帯域幅の変化や、リプルの変化が、温度変化に伴って
生じないように温度補正する回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の回路構成を、図５に従来の狭帯域
バンドパスフィルタ回路のブロック図をもとに説明する
と。一般に、バンドパスフィルタに用いる水晶フィルタ
回路のバンド幅選択度特性は、ガウシヤン曲線特性を得
るために、２個以上の水晶フィルタを組み合わせて所定
の通過帯域幅特性とリプルを得るようにする。

【０００３】つまり、単極のフィルタを複数段組み合わ
せて各水晶フィルタの同調周波数を適切にずらして設定
する（図４（ａ）参照）ことで、総合的なバンドパスフ
ィルタの選択度特性曲線（図４（ａ）の６０参照）を得
るように合わせ込む。

【０００４】図５では、３段構成のフィルタブロック８
１、８２、８３の例を示している。ここには、各段の水
晶フィルタによる減衰ロスを増幅し、かつ、当該フィル
タブロックに影響を与えないようにハイインピーダンス
で信号を受けるための増幅器２１、３１、４１があり、
そして水晶フィルタ１４、２４、３４の同調周波数を微
調整するトリマコンデンサ５５、５６、５７があり、そ
して当該水晶フィルタ後には、負荷として例えば同調Ｌ
Ｃ回路１５、１６、２５、２６、３５、３６を設けて、
バンドパスフィルタの周波数に同調させておく。これら
でバンドパスフィルタを構成している。

【０００５】各水晶フィルタは、固有の振動数があり、
中心周波数のばらつきがあるので、当該トリマコンデン
サにて各段を調整して、それぞれの同調周波数を図４の
６１、６２、６３のようにずらして設定して所要のバン
ドパス特性曲線６０を得る。

【０００６】しかし、ここで問題なのは、水晶フィルタ
自身には、図３の水晶フィルタの中心周波数の特性例の
図に示すように、３次カーブの温度特性をもち、かつ、
それぞれの周波数偏差量が異なるため、バンドパスの諸
特性が、温度とともにずれてしまう点である。

【０００７】図３の中心周波数の温度特性図で、２５℃
点で合わせ込んだ正常状態の通過特性を図４（ａ）の６
０のバンドパス特性の図に示す。これに対して、温度が
変化して例えば図３の５１、５２、５３位置のように同
調周波数のずれを生ずると、図４（ｂ）の７０のバンド
パス特性に変わってしまい、本来のバンドパス特性が変
化してしまう。

【０００８】この結果、出力レベルが図４の７７のよう
に変わってしまう問題点と、通過帯域幅が図４の６６か
ら７６のように変わってしまう問題点である。この３ｄ
ｂ通過帯域幅は、例えば、３０Ｈｚとか２００Ｈｚのバ
ンド幅値が要求される。また、出力レベルは、例えば、
±１ｄｂ程度の許容範囲内が要求される。

【０００９】このため、従来では、温度特性を個々に測
定して、特性のそろった水晶フィルタ部品を選別した
り、温度特性の良い高価な水晶フィルタ部品を使用して
温度安定性を維持していた。しかし、この方法では、全
温度範囲に渡って精度良く所定のバンドパス特性を維持
するのは難しかった。

【発明が解決しようとする課題】

【００１０】従来では、温度変化により、狭帯域バンド
パスフィルタ通過後の出力レベルが変わったり、バンド
幅や、通過帯域幅が変わってしまう点がある。

【００１１】そこで、本発明が解決しようとする課題
は、複数の各水晶フィルタ個々に、独立した温度補正を
施す手段を設けて、どの使用温度においても、常に一定
したフィルタ特性曲線が得られるように制御する。これ
により、出力レベルや、バンド幅特性や、通過帯域幅を
安定化することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決する為の手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、少なくとも２組の下記ＡからＥの構成
よりなるフィルタブロックを設ける。 Ａ：水晶フィルタ１４ Ｂ：負荷要素 Ｃ：減衰したレベルを増幅する増幅器２１ Ｄ：当該水晶フィルタの同調周波数を補正する、可変容
量ダイオード１２ Ｅ：当該可変容量ダイオードに制御電圧を印加する、Ｄ
Ａコンバータ１３

【００１３】ここで負荷要素とは、負荷インピーダンス
を構成する要素のことで、例えば同調コイル１５と同調
コンデンサ１６からなる同調ＬＣ負荷回路や、セラミッ
クフィルタ素子による負荷回路である。また上記で、当
該水晶フィルタと可変容量ダイオードが交流的に直列接
続されて、フィルタの同調周波数を形成する。そして、
当該ＤＡコンバータに所定の値を設定制御する、制御部
１９と、当該制御部から読み出す補正値を保存する、補
正テーブル２０と、周囲温度を検出する、温度センサ１
８とを設けておく。

【００１４】これにより、周囲温度が温度補正単位以上
変化したら、その温度に対応した、各水晶フィルタ毎の
補正データを当該温度補正テーブルから読みだして、Ｄ
Ａコンバータに設定して当該可変容量ダイオードの制御
電圧を変えて、所定の同調周波数に修正する手段として
いる。

【００１５】上記手段を、複数のフィルタブロックに講
じることで、温度変化に対して、常に安定な、狭帯域バ
ンドパスフィルタ特性を維持できる。

【００１６】接続手段としては、当該可変容量コンデン
サから当該水晶フィルタの入力に接続し、当該水晶フィ
ルタの出力から当該同調コイルと当該同調コンデンサお
よび当該増幅器の入力に接続する。当該温度センサから
温度信号は、当該制御部に入力する。当該温度補正テー
ブルから当該制御部に接続する。当該制御部から当該Ｄ
Ａコンバータの入力に接続し、当該ＤＡコンバータの出
力から当該可変容量ダイオードに制御電圧を与える。

【００１７】そして、当該制御部は、これら全体の実行
を制御して、狭帯域バンドパスフィルタの温度補正回路
手段にしている。

【００１８】また、上記構造に図２のように、各フィル
タブロックにバイパススイッチ１７を追加した構成手段
があり、当該水晶フィルタと並列に接続する。

【００１９】この構成では、温度補正テーブルの補正デ
ータを求めるときに使い、求めようとする水晶フィルタ
以外をバイパスさせて、単一の水晶フィルタの特性を求
める時に使用する手段を実現する。

【００２０】

【作用】同調周波数は、当該水晶フィルタと直列に可変
容量ダイオードを接続して、フィルタの同調周波数を形
成する。そして、この直列容量値を変化させることで、
微調整可変機能を持つ。当該ＤＡコンバータに任意の制
御電圧を可変容量ダイオードに与えることにより、直列
容量の変化与える働きを実現する。

【００２１】温度補正テーブルは、各フィルタブロック
毎に、また、各温度単位毎のＤＡコンバータの設定デー
タを保存する作用がある。温度補正データは、当該温度
センサからの信号を検出して、当該制御部が、当該温度
補正テーブルから、補正データを読み出す。

【００２２】当該同調コイルと当該同調コンデンサで
は、水晶フィルタのＱを低下させないで、負荷インピー
ダンスの働きをする。また当該増幅器もハイインピーダ
ンス入力回路で、水晶フィルタのＱを低下させない作用
をする。上記のように構成されたバンドパスフィルタ
は、周囲温度変化に対して、常に安定なフィルタ特性を
維持できる機能を持つ。この結果、従来のようにバンド
パスフィルタ特性の変化がなくなり、性能が向上する働
きを持つ。

【実施例】（実施例１）本発明の一実施例について、図
１の水晶フィルタ回路の構成ブロック図を参照して説明
する。

【００２３】本実施例の、実施概要を、まず、説明する
と。この図１では、フィルタブロックが２段での一構成
例を示している。周囲温度の変化に伴う各々の水晶フィ
ルタ１４、２４の同調周波数のずれの補正は、可変容量
ダイオード１２、２２に印加する制御電圧で行う。そし
て、この制御電圧は、ＤＡコンバータ１３、２３から供
給され、周囲温度に対応した補正値を、温度補正テーブ
ル２０から読みだして設定することで実現している。

【００２４】ここで、当該温度補正テーブルの内容は、
あらかじめ、各水晶フィルタ毎に、全使用温度に渡っ
て、対応するＤＡコンバータの設定値を求めて、当該温
度補正テーブルに書き込んでおく。また、補正温度は、
温度センサ１８から入力して、制御部１９で補正値テー
ブル参照時の温度パラメータとして使う。

【００２５】水晶フィルタ１４は、固有の振動数を持っ
ているが、直列に可変容量ダイオード１２を接続して、
この直列容量値を変化させることで、同調周波数の微調
整が可能になる。すなわち、当該水晶フィルタと当該可
変容量ダイオードが交流的に直列接続されて、フィルタ
の同調周波数を決定する。当該可変容量ダイオードは交
流結合し、直流的にはＤＡコンバータ１３から制御電圧
を印加する。

【００２６】ＤＡコンバータ１３への設定データは、温
度センサ１８を、水晶フィルタの近傍に設けて、周囲温
度を検出しデジタル変換して制御部１９に入力する。制
御部１９では、当該温度センサの温度を、例えば１℃単
位の分解能毎に格納されている温度補正データを、温度
補正テーブル２０から読みだして、当該ＤＡコンバータ
に書き込み設定する。当該温度補正テーブルの補正デー
タは、あらかじめ全温度範囲にわたって、個々の当該水
晶フィルタ毎に求めておく。

【００２７】この結果、当該ＤＡコンバータから出力す
る直流電圧が、当該可変容量ダイオードに印加されて、
容量が変わることで、所定の同調周波数に設定できる。
この可変範囲は、水晶振動子の固有振動数の部品ばらつ
きと、同調周波数の可変範囲をカバーする可変範囲をも
たせておく。例えば、３．５８ＭＨｚ水晶の例では、±
５００Ｈｚ程度の可変量を実現しておく。

【００２８】（実施例２）本発明の他の実施例につい
て、図２のブロック図を参照して説明する。実施例１と
異なる部分は、バイパススイッチ１７、２７を追加した
ことである。このバイパススイッチがある目的は、補正
データを求める時に使用するものである。

【００２９】当該バイパススイッチの１つ目の用途に
は、温度補正テーブルの補正データを求めるときに使う
ものである。つまり、補正データを求めようとする水晶
フィルタのスイッチをオープンし、その他のスイッチを
クローズさせておき、入力１０に既知の周波数とレベル
を印加して出力２９の出力信号レベルを測定する。この
状態で、ＤＡコンバータの出力電圧を連続的に変化させ
ていきながら、単一の水晶フィルタの中心周波数やバン
ド幅特性や出力レベルを求める。

【００３０】これをそれぞれの水晶フィルタに対して実
施し、これをもとに補正データを計算し、実際にＤＡコ
ンバータに設定し、所定のフィルタ特性を確認後、当該
温度補正テーブルに書き込む。これを全温度範囲にわた
って同様の方法で実施する。

【００３１】当該バイパススイッチの２つ目の用途に
は、随時キャリブレーションを実施するときも上記と同
様の方法によって実施する方法がある。これは、部品の
経時変化や機械的変化等に対しても影響をなくする事が
でき、高確度のバンドパスフィルタ特性を、常に維持す
る必要があるときに使用する。この場合は、外部から入
力１０に既知の周波数とレベルを印加する機能と、そし
て、出力２９の出力信号レベルを測定する機能を内蔵
し、制御部で随時実施する。

【００３２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、下記に記載されるような効果を奏する。従
来は、温度変化により、出力レベルの変化が±３ｄｂ程
度の許容誤差であったものが、±０．５ｄｂ程度に改善
される。また、−３ｄｂ通過帯域幅の変化も大幅に減ら
すことができる。この結果、全温度範囲に渡って、狭帯
域バンドパスフィルタとしての性能を著しく安定化する
ことができる。

【００３３】また、特性のそろった水晶フィルタ部品を
選別して使用したり、温度特性の良い高価な水晶フィル
タ部品を使用することがなくなり、安価な水晶フィルタ
で所定のバンドパス特性を得ることができる。

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水晶フィルタ回路の実施例１の構成ブ
ロック図である。

【図２】本発明に、バイパススイッチを追加した、水晶
フィルタ回路の実施例２の構成ブロック図である。

【図３】水晶フィルタの中心周波数の温度特性例の図で
ある。

【図４】フィルタの選択度特性例の図である。

【図５】従来の狭帯域バンドパスフィルタ回路のブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１１、２１、３１ 増幅器 １２、２２ 可変容量ダイオード １３、２３ ＤＡコンバータ １４、２４ 水晶フィルタ １５、２５ 同調コイル １６、２６ 同調コンデンサ １７、２７ バイパススイッチ １８ 温度センサ １９ 制御部 ２０ 温度補正テーブル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数段の水晶フィルタブロックで構成す
   る狭帯域バンドパスフィルタ装置において、 少なくとも２組の下記ＡからＥの構成よりなるフィルタ
   ブロックと、 Ａ：水晶フィルタ（１４） Ｂ：負荷要素 Ｃ：減衰したレベルを増幅する増幅器（２１） Ｄ：当該水晶フィルタの同調周波数を補正する、可変容
   量ダイオード（１２） Ｅ：当該可変容量ダイオードに制御電圧を印加する、Ｄ
   Ａコンバータ（１３） 当該ＤＡコンバータに所定の値を設定制御する、制御部
   （１９）と、 当該制御部から読み出す補正値を保存する、補正テーブ
   ル（２０）と、 周囲温度を検出する、温度センサ（１８）とを有し、 当該温度センサの温度信号を、当該制御部が受けて、こ
   れをもとに当該温度補正テーブルから温度補正データを
   取り出して、当該ＤＡコンバータに設定し、 当該ＤＡコンバータのアナログ電圧を、当該可変容量ダ
   イオードに印加し、 以上を具備していることを特徴とした、水晶フィルタに
   よる狭帯域バンドパスフィルタの温度補正回路。
2. 【請求項２】 上記請求項１で、当該水晶フィルタと並
   列にバイパススイッチ（１７）を追加したことを特徴と
   した、水晶フィルタによる狭帯域バンドパスフィルタの
   温度補正回路。