JPS6276801A - デジタル形温度補償水晶発振器 - Google Patents

デジタル形温度補償水晶発振器

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JPS6276801A
JPS6276801A JP21479085A JP21479085A JPS6276801A JP S6276801 A JPS6276801 A JP S6276801A JP 21479085 A JP21479085 A JP 21479085A JP 21479085 A JP21479085 A JP 21479085A JP S6276801 A JPS6276801 A JP S6276801A
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壽之 西原
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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〕 本発明はデジタル温度補償回路を有する温度補償水晶発
振器に関し、特に、通信装置用に使用されるデジタル形
温度補償水晶発振器に関する。
〔従来の技術〕
デジタル形温度補償水晶発振器としては、従来第2図に
示されるものが用いられていた。第2図において、温度
検出回路10は温度に応じた電圧を出力する温度センサ
として機能しており、検出出力をA−Dコンバータ11
へ出力するように構成されている。A−Dコンバータ1
1は温度検出回路10の出力電圧をデジタルデータに変
換するようになっている。そしてこのデータは記憶回路
12に記憶される。記憶回路12には発振周波数調整用
の記憶データが予め書き込まれており、A−Dコンバー
タ11の出力が記憶回路12に供給されると、この出力
に従ったアドレスが指定され、記憶回路12の記憶デー
タのうち特定のデータが読み出されてD−Aコンバーク
13へ出力される。そしてD−Aコンバーク13におい
て読み出されたデータに従ったアナログ量の電圧に変換
される。D−Aコンバータ13の出力はLPF(ローパ
スフィルタ)14を介して、あるいはLPF14を経由
せずに直接可変容量ダイオード17に供給されるように
なっている。可変容量ダイオード17にはコンデンサ1
8が直列接続されていると共に水晶振動子16を介して
負性抵抗発生回路15が接続され、これらの素子によっ
て水晶発振回路が形成されている。
LPF+4の出力が可変容量ダイオード17に供給され
ると、LPF14の出力電圧に応じて可変容量ダイオー
ド17の容量が変化し発振回路の周波数が調整される。
即ち、温度に応じた信号を可変容量ダイオード17へ出
力することによって水晶発振回路の周波数を温度に応じ
て調整することができ、発振周波数の安定化を図ること
ができる。
ここで、D−Aコンバータ13の出力にLPF14が挿
入されている理由について説明する。
即ち、D−Aコンバーク13の出力電圧は階段波形とし
て出力されるから、この信号をそのまま可変容量ダイオ
ード17に印加すると、第5図に示されるように、発振
周波数fが急峻な変化を繰り返す。そのため、発振器が
パルス性雑音によって変調を受けているのと同等の状態
を呈し、結果として発振器出力の純度(C/N比)が悪
化する。そこで、D−Δコンバータ13の出力にLPF
]4を挿入し、急峻な周波数変動を抑制することがなさ
れている。LPF14は第4図に示されるように抵抗4
7.48、コンデンサ49を有し、LPF14をD−A
コンバータ13の出力に挿入すると、発振周波数の制御
特性が第6図の実線で示されるようになる。
なお、第6図における点線はLPF14がない場合の制
御特性(第5図と同一)を示している。このようにLP
F14を挿入することにより、急峻な周波数変動が押さ
えられる。これは周波数変調における変調波の高周波成
分が減少した状態を現出しているわけであり、C/N比
の向」−をもたらす結果となる。通信機用デジタル温度
補償水晶発振器には、安定度のみならずC/N比が良い
ことがしばしば求められるので、上述したようにL P
 Fが使用される。
第2図に示した構成は一種の開ループ制御系を形成して
いることは明らかであり、あらかじめある制御誤差内に
管理できるように設定された記憶データをもとに逐一可
変容量ダイオード17の容量を変化させて周波数の安定
化を達成している。温度に対して管理すべきデータを発
生する手段は、第2図に示す温度検出回路10.八−D
コンバータ11および記憶回路12を使用する方法以外
にも多くの方法がある。例えばアナログ方式が従来より
多く使用されている。それにも拘わらず最近とみにデジ
タル形温度補償水晶発振器が必要とされる理由は、その
量産性と経済性の向上にあると考えられる。即ち、高精
度にかつ個々のばらつきが少なく生産できる手段がデジ
タル形回路構成で容易にかつ経済的に実現できるからに
他ならない。
第2図に示したデジタル形温度補償水晶発振器は、従来
のアナログ式のものよりもコストパフォーマンスを改善
できるが、更に効果を大きくしようとするデジタル形温
度補償水晶発振器が提案されている。〔[デジタルTC
X○の位置構成法」(昭和59年度電子通信学会総合全
国大会、文献No。
630〕。このデジタル形温度補償水晶発振器を第3図
に示す。この発振器は、第2図に示ず])−Aコンバー
タ13、LPF14、可変容量ダイオード17を削除し
、可変容量ダイオード17の代わりに容量アレイ(コン
デンサ)20〜23を設け、各容量アレイ20〜23に
それぞれMOS)ランジスタ(FET)スイッチ素子2
4〜27を配設したものである。
第3図において、容量アレイ2o〜23の容量値の比率
は例えば1:2:4:8に定められている。又、記憶回
路12の出力は直並列変換器19へ供給されており、直
並列変換器19の出力によってMOS)ランジスタスイ
ッチ素子24〜27をオン・オフ制御するように構成さ
れている。なお、記憶回路12の出力が並列出力である
場合には直並列変換器19は不要となる。
第3図に示す発振器の場合には、スイッチ素子24〜2
7のオンオフによって容量アレイ2o〜23をコンデン
サ18と並列接続することによって発振周波数を調整す
ることができると共に、可変容量ダイオード17が不要
なため、LSI化に適し、かつ容量アレイ20〜23、
スイッチ素子24〜27が第21図のD−Aコンバータ
13と同程度のチップ面積でも実現できることから小型
化及び低コスト化を図ることができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、第3図に示す発振器の場合には、スイッ
チ素子24〜27のオンオフによって発振周波数を調整
するように構成されていたため、第5図に示されるよう
な発振周波数となり、C/N比が悪化するという不具合
があった。即ち、スイッチ素子24〜27のオンオフ時
の過渡的変化の影響により水晶振動子16側より見た場
合の瞬時の容量の変動量は通常の階段的変化の値よりも
拡大される。
特に容量アレイ20〜23のうち容量の大きいものを断
続する場合には影響が大きい。この結果、第5図の周波
数制御特性に示すような鋭いパルス状の変化も表れる。
このようなインパルス状の周波数変化が生ずることは、
インパルス性の雑音電圧により周波数変調されているこ
とと等価であり、低い周波数から高い周波数にまで広く
周波数のゆらぎ成分が存在していることを示している。
このような現象は第2図のものにも多かれ少なかれ生じ
るが、第2図のものにおいてはLPF14によって段階
的周波数変化によるものと、インパルス的周波数変化に
よるものとの両方の合成されたゆらぎ成分をLPF14
によって制御してC/N比の変化を防止している。とこ
ろが第3図の発振器の場合には容量アレイ20〜23を
直接切り換えて発振周波数を調整するようにされている
ため、発振周波数の純度が悪化するという不具合があっ
た。
又、第3図の発振器において、スイッチ素子24〜27
として、第7図に示されるMOS)ランジスク32を用
いたり、あるいは第8図に示されるようなMOS )ラ
ンジスク37、反転増幅器50を有するものを用いて、
これらのスイッチング素子をオンオフしても、第5図に
示される発振周波数制御特性しか得ることができない。
即ぢ、第9図に示されるようにコンデンサ20とスイッ
チ24の直列回路からなるもののスイッチ素子24のゲ
ート33に制御電圧を与えてスイッチ素子24をオンオ
フした場合の等価回路は第10図に示されるようになる
。そして、ゲート33の制御電圧をVgとしてVgとC
x及びRxの値の変化を表わすと第11図のようになる
。
Rxは通常の場合発振周波数においてCxのインピーダ
ンスに比較して無視し得るほど大きく取ることは容易で
あるので、設計時においてRxが最小値を取るVg2の
条件下でもCxのインピーダンスへの影響が無視し得る
ように設計すれば良G1o又、ゲート33の入力電圧が
オンオフによりVg1からVg3まで変化するとすれば
、CxはCX1からCx2に変化する。従って周波数も
これに従って変化する。ただし制御電圧がVglからV
g2に瞬間的に変化するからCxもCX2に瞬間的に変
わる。同様の変化が他の回路においても発生するので結
果として発振回路の周波数特性が第5図のようになる。
本発明の目的は、LSI化に適しC/N比の向上を図る
ことができるデジタル形温度補償水晶発振器を提供する
ことにある。
〔問題点を解決するだめの手段〕
本発明は、水晶振動子と直列接続され、水晶発振回路中
のコンデンサに並列接続される発振周波数調整用コンデ
ンサ群と、各発振周波数調整用コンデンサと直列接続さ
れ、各発振周波数調整用コンデンサの水晶発振回路への
投入を制御するトランジスタスイッチ素子群と、温度に
応じた電圧を出力する温度センサと、温度センサの出力
をデジタルデータに変換する変換手段と、変換手段出力
のデジタルデータに従った制御電圧を特定のトランジス
タスイッチ素子へ出力する電圧発生手段と、電圧発生手
段出力の制御電圧を各トランジスタスイッチ素子へ供給
する充放電回路群とを備え、各充放電回路は、各トラン
ジスタスイッチ素子のインピーダンスが時間的に連続し
て変化するアナログ量の信号を出力することを特徴とし
ている。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す第1図に
は、本発明の好適な実施例の構成が示されている。本実
施例は、直並列変換器19とスイッチ素子24〜27と
の間に充放電回路28〜31を挿入したものであり、他
の構成は第3図のものと同様であるので、同一のものに
は同一符号を付してそれらの説明は省略する。
充放電回路28〜31は、それぞれ第12図に示される
ように、コンテンツ40と抵抗41から構成されており
、端子38が直並列変換器19に接続され、端子39が
スイッチ素子24〜27のゲートに接続されている。こ
のため、直並列変換器19のオンオフ出力に対してVg
がVglとVg2との間を時間をかけて変化するので、
発振回路の周波数特性を、第6図に示される特性とする
ことが可能となる。なお、充放電回路28〜31として
、第13図に示されるように定電流源42を用いろこと
も可能である。ただし定電流源42は、充放電するため
に端子38の電圧に対応して電流の方向が変化するよう
になる必要がある。端子39にはMOS )ランジスク
スイッチ素子のゲートが接続されるのみであり、かつゲ
ートのインピーダンスは非常に高いので、はぼ無限大の
インピーダンスが接続されているとして見ることができ
る。第14図には端子38の入力電圧波形43と端子3
9の出力電圧波形44が示されている。
ここでコンテンツ40として1pFの容量のものを用い
、定電流源42の電流が1O−8Aとし、コンテンツ4
0の両端の最高電圧が5■としたとき、第14図中のτ
−0,5X1叶8秒となって等偏向に遮断周波数が数k
H2のL P Fを実現することができる。
即ち、本実施例においては、直並列変換器19とスイッ
チ素子24〜27の間にL P Fを構成する充放電回
路28〜31を挿入し、発振周波数が急激に変化するの
を抑制するようにしたため、C/N比が悪化するのを防
止することができる。
なお、τ−0.5X10−3秒のLPFを構成したとき
には第11図における容量CxlとCX2との変化が約
0.5mm秒間に連続的にかつ比較的なめらかに行われ
ていることを意味する。
〔発明の効果〕
以」二説明したように、本発明によれば電圧発生手段と
トランジスタスイッチ素子群との間に充放電回路群を挿
入し、トランジスタスイッチ素子のオン・オフによって
発振周波数が急激に変化するのを制御するよづにしたた
め、小型化、経済性を損なうことなく、LSI化に適し
かつ高純度の発振出力を得ることができるという優れた
効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図は可変
容量ダイオードを用いた従来の発振器の構成図、 第3図は容量アレイを用いた従来の発振器の構成図、 第4図はLPF14の具体的構成図、 第5図は温度と発振周波数との関係を示す線図、第6図
は本発明に係る発振周波数特性を示す線図、 第7図はMOS)ランジスタ32の構成説明図、第8図
はMOS)ランジスタ37と反転増幅器50を用いたス
イッチ素子の構成説明図、 第9図はコンテンツ20とトランジスタスイッチ線図、 第12図は充放電回路28〜31の具体的構成図、第1
3図は第2図の他の実施例を示す構成図、第14図は第
13図の入力電圧と出力電圧の関係を示す線図である。 10  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
 温度検出回路11  ・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・ Δ−Dコンバータ12  ・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・ 記憶回路−13・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ D−Aコ
ンバーク14  ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・ LPF15  ・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・ 負性抵抗発生回路16  ・・・・
・・・・・・・・・・・・・・川 水晶振動子19  
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 直並列
変換器20、21.22.23  ・・・ 容量アレイ
24、25.26.27  ・・・ FETスイッチ素
子28、29.30.31  ・・・ 充放電回路47
.48  ・・・・・・・・・・・・・・ 抵抗49 
 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ コンデン
ザ代理人 弁理士 岩 佐 義 幸 (t! alO 第5図 VDD 第7図   第8図 第9図   第10図 N力電圧 第11図 第14図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)水晶振動子と直列接続され、水晶発振回路中のコ
    ンデンサに並列接続される発振周波数調整用コンデンサ
    群と、各発振周波数調整用コンデンサと直列接続され、
    各発振周波数調整用コンデンサの水晶発振回路への投入
    を制御するトランジスタスイッチ素子群と、温度に応じ
    た電圧を出力する温度センサと、温度センサの出力をデ
    ジタルデータに変換する変換手段と、変換手段出力のデ
    ジタルデータに従った制御電圧を特定のトランジスタス
    イッチ素子へ出力する電圧発生手段と、電圧発生手段出
    力の制御電圧を各トランジスタスイッチ素子へ供給する
    充放電回路群とを備え、各充放電回路は、各トランジス
    タスイッチ素子のインピーダンスが時間的に連続して変
    化するアナログ量の信号を出力することを特徴とするデ
    ジタル形温度補償水晶発振器。
JP21479085A 1985-09-30 1985-09-30 デジタル形温度補償水晶発振器 Granted JPS6276801A (ja)

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JPH0535921B2 JPH0535921B2 (ja) 1993-05-27

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