JP2005277776A - 周波数補償型の電圧制御発振器 - Google Patents

Abstract

【目的】本発明は温度のみならず電源電圧等の他の要因による周波数変化を補償した周波数補償発振器を提供する。
【構成】
発振閉ループ内に設けた電圧可変容量素子に制御電圧Ｖcを印加して発振周波数ｆを制御した電圧制御発振器において、前記制御電圧Ｖcは前記発振周波数ｆの公称周波数ｆoからの変化分を相殺する差電圧ΔＶを含む電圧である構成とし、また、前記制御電圧Ｖcは、初期状態において発振周波数ｆを公称周波数ｆoに設定する基準制御電圧Ｖcoと、前記発振周波数ｆと前記公称周波数ｆoとの差を相殺する差電圧ΔＶとの和である構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は周波数補償型の電圧制御発振器（以下、周波数補償発振器とする）を技術分野とし、特に周囲温度や電源電圧に起因した水晶発振器の周波数変化を補償した周波数補償発振器に関する。

（発明の背景）水晶発振器は周波数や時間の基準源として各種の電子機器に必須の部品として内蔵される。特に、通信機器用では周波数安定度の高いものが要求され、このようなものの一つに温度変化による周波数変化を補償した電圧制御発振器がある（以下、温度補償発振器とする）。

（従来技術の一例）第３図は一従来例を説明する温度補償発振器のブロック回路図である。

温度補償発振器は電圧制御発振器１と温度補償回路２とからなる。電圧制御発振器１は発振閉ループ内に電圧可変容量素子３を挿入してなる。発振閉ループはインダクタ成分としての水晶振動子４を含み、これと図示しない共振回路を形成する分割コンデンサ及び発振用増幅器等を備えた発振回路５からなる。発振回路５は水晶振動子４（ＡＴカット）に起因して、常温近傍（約27℃）に変曲点を有する三次曲線の周波数温度特性となる「第４図の曲線（イ）」。

電圧可変容量素子３は発振閉ループ中の例えば水晶振動子４とアースとの間に接続し、温度補償回路２からの制御電圧（補償電圧）Ｖcを印加される。温度補償回路２は周囲温度に依存して抵抗値の変化する図示しない温度感応素子例えばサーミスタを有する。そして、温度に応答して、発振回路とは逆となる三次曲線の補償電圧Ｖcを発生する「第４図の曲線（ロ）」。

このようなものでは、電圧可変容量素子３の端子間容量が補償電圧Ｖcによって変化し、水晶振動子４から見た負荷容量も変化する。したがって、温度による周波数変化量に応じた補償電圧Ｖcを設定することによって、発振回路の周波数温度特性を補償できる。

なお、通常では、常温２５℃での発振周波数ｆ25を調整して、公称周波数ｆoに一致させる。また、第３図中の符号６は高周波素子抵抗であり、Ｖccは電源、Ｖoutは出力である。
特開平１１−２８４４３６号公報

（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の温度補償発振器では、温度変化による周波数変化は補償できても、例えば電源電圧の変動による周波数変化は基本的に補償できない問題があった。

さらには、補償電圧Ｖcを生成するためのサーミスタは集積化（ＩＣ化）を困難として小型化を阻害する。また、サーミスタに変えて例えば抵抗の温度特性を利用してＩＣ化したものはあるが、この場合には温度に対する感度が低くて増幅することから位相雑音特性を悪化したり、回路を複雑にしたりする問題もあった。

（発明の目的）本発明は温度のみならず電源電圧等の他の要因による周波数変化を補償した周波数補償発振器を提供することを目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、発振閉ループ内に設けた電圧可変容量素子に制御電圧Ｖcを印加して発振周波数ｆを制御した電圧制御発振器において、前記制御電圧Ｖcは前記発振周波数ｆの公称周波数ｆoからの変化分を相殺する差電圧ΔＶを含む電圧である構成とする。

上記構成であれば、公称周波数ｆoからの変化分を相殺する差電圧ΔＶを含む制御電圧Ｖcを電圧可変容量素子に印加するので、温度のみならず電源電圧等の他の要因による周波数変化を補償できる。

本発明の請求項２では、請求項１の前記制御電圧Ｖcは、初期状態において発振周波数ｆを公称周波数ｆoに設定する基準制御電圧Ｖcoと、前記発振周波数ｆと前記公称周波数ｆoとの差を相殺する差電圧ΔＶとの和とする。これにより、基準制御電圧Ｖcoによって初期状態の発振周波数ｆを公称周波数ｆoに設定できて、差電圧ΔＶによって公称周波数ｆoからの周波数変化分を補償できる。

同請求項３では、請求項１又は２の前記差電圧ΔＶは、前記発振周波数ｆを周波数電圧変換器によって電圧変換した周波数電圧Ｖfと、前記公称周波数ｆoを前記周波数電圧変換器によって電圧変換器によって電圧変換したときの基準周波数電圧Ｖfoとの差に依存した電圧とする。

同請求項４では、請求項１の前記差電圧ΔＶは前記公称周波数ｆoに基づいて予め設定された基準周波数電圧Ｖfoと前記発振周波数ｆを電圧変換した周波数電圧Ｖfとの差とする。

同請求項５では、請求項１、２又は３の前記基準制御電圧Ｖcoと基準周波数電圧Ｖfoとは外部信号によって設定される。これらの請求項３、４及び５により、請求項１及び２の発明をさらに具体的に実施できる。

第１図は本発明の一実施例を説明する周波数補償発振器のブロック回路図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。

周波数補償発振器は電圧制御発振器１と、周波数電圧変換器７と、差電圧発生器８と、第１及び第２基準電圧源９（ａｂ）と、加算器１０とからなる。電圧制御発振器１は前述したように水晶発振器の発振閉ループに電圧可変容量素子３を有する。そして、電圧可変容量素子に制御電圧Ｖcを印加されて発振周波数ｆが変化する。

周波数電圧変換器（ｆ／ｖ変換器）７は電圧制御発振器１の発振周波数ｆに応じた周波数電圧Ｖfに変換する。差電圧発生器８は周波数電圧Ｖfと基準周波数電圧Ｖfoとを比較し、差電圧ΔＶを発生する。

第１及び第２基準電圧源９（ａｂ）は電源Ｖccに接続した図示しない分割抵抗網からなる。第１基準電圧源９ａは基準制御電圧Ｖcoを発生し、発振周波数ｆを公称周波数ｆoとする電圧値に設定される。第２基準電圧源９ｂは基準周波数電圧Ｖfoを発生する。基準周波数電圧Ｖfoは公称周波数ｆoに応じたｆ／ｖ変換器７からの出力値に設定される。加算器１０は基準制御電圧Ｖcoと差電圧ΔＶを加算して制御電圧Vc（＝Ｖco＋ΔＶ）を得る。

第２図は差電圧発生器８の具体的な一例で、差動増幅器１１からなる。すなわち、差動増幅器１１の一方の入力端には、第２基準電圧源９ｂからの基準周波数電圧Ｖfoを入力する。また、他方の入力端にはｆ／Ｖ変換器７からの周波数電圧Ｖfを入力する。なお、基準周波数電圧Ｖfo及び周波数電圧Ｖfoはそれぞれ抵抗Ｒ1、Ｒ2で分圧されて入力される。

これによる差動増幅器１１の出力Ｖ1は下式（１）になる。すなわち、出力Ｖ1は、基準周波数電圧Ｖfoと周波数電圧Ｖfと差に応じた差電圧ΔＶとなる。
Ｖ1（ΔＶ）＝（Ｒ2／Ｒ1）（Ｖf−Ｖfo）・・・・（１）

このようなものでは、先ず、第１基準電圧源９ａからの基準制御電圧Ｖcoを調整して、発振周波数ｆを公称周波数ｆoに一致させる。例えば差電圧発生器８からの出力を図示しないスイッチング回路によって加算器１０の入力と切断し、基準制御電圧Ｖcoを設定する。

次に、発振周波数ｆを公称周波数ｆoに一致させた状態で、差電圧発生器８からの出力電圧が０（即ち差電圧ΔＶが０）となるように第２基準電圧源９ｂを調整する。この場合の第２基準電圧源９ｂからの出力電圧が基準周波数電圧Ｖfoとなる。

これらの基準制御電圧Ｖcoと基準周波数電圧Ｖfoの設定は、例えば図示しない発振器容器の外表面に設けられた制御端子に外部信号を印加して、抵抗網のメモリ素子の切り替によって設定される。最後に、スイッチング回路によって、差電圧発生回路８と加算器１０とを接続する。

このような構成であれば、制御電圧Ｖcは基準制御電圧Ｖcoに公称周波数ｆoからの変化分を相殺する差電圧ΔＶを加えた電圧となる。したがって、公称周波数ｆoからの周波数変化があっても、発振周波数ｆは補正されて公称周波数ｆoに一致又は近接する。これにより、温度のみならず電源電圧等を含めた要因による周波数変化を自動的に補償した周波数補償発振器が得られる。

（他の事項）上記実施例では差電圧発生器８は差動増幅器としたが、これに限らず差電圧ΔＶを得る回路構成であればよい。また、差電圧ΔＶは発振周波数ｆを電圧変換した基準周波数電圧Ｖfoと周波数電圧Ｖfとを比較して出力したが、例えば発振周波数ｆと公称周波数ｆoとから差周波数Δｆを得て、これを電圧変換してもよい。但し、この場合の公称周波数ｆoは外部基地局からの受信周波数となる。

本発明の一実施例を説明する周波数補償発振器のブロック回路図である。 本発明の一実施例を説明する差電圧を得る具体的の構成例である。 従来例を説明する温度補償発振器のブロック回路図である。 従来例を説明する周波数温度特性図である。

符号の説明

１ 電圧制御発振器、２ 温度補償回路、３ 電圧可変容量素子、４ 水晶振動子、５ 発振回路、６ 高周波阻止抵抗、７ 周波数電圧変換器、８ 差電圧発生器、９ 基準電圧発生器、１０ 加算器、１１ 差動増幅器。

Claims (5)

1. 発振閉ループ内に設けた電圧可変容量素子に制御電圧Ｖcを印加して発振周波数ｆを制御した電圧制御発振器において、前記制御電圧Ｖcは前記発振周波数ｆの公称周波数ｆoからの変化分を相殺する差電圧ΔＶを含む電圧であることを特徴とする周波数補償型の電圧制御発振器。
2. 請求項１において、前記制御電圧Ｖcは、初期状態において発振周波数ｆを公称周波数ｆoに設定する基準制御電圧Ｖcoと、前記発振周波数ｆと前記公称周波数ｆoとの差を相殺する差電圧ΔＶとの和である周波数補償型の電圧制御発振器。
3. 請求項１又は２において、前記差電圧ΔＶは、前記発振周波数ｆを周波数電圧変換器によって電圧変換した周波数電圧Ｖfと、前記公称周波数ｆoを前記周波数電圧変換器によって電圧変換したときの基準周波数電圧Ｖfoとの差に依存した電圧である周波数補償型の電圧制御発振器。
4. 請求項１において、前記差電圧ΔＶは、前記公称周波数ｆoに基づいて予め設定された基準周波数電圧Ｖｆoと、前記発振周波数ｆを電圧変換した周波数電圧Ｖfとの差に依存した電圧である周波数補償型の電圧制御発振器。
5. 請求項１、２又は３において、前記基準制御電圧Ｖcoと基準周波数電圧Ｖfoとは外部信号によって設定された周波数補償型の電圧制御発振器。

Images