JP2010130141A - 電圧制御型温度補償圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】外部制御電圧を変化させた場合に周波数温度特性のずれが初期の特性から極めて
小さい電圧制御型温度補償圧電発振器を得る。
【解決手段】電圧制御型発振回路６と、外部制御電圧に基づいて電圧制御型発振回路６の
発振周波数を制御する制御電圧を出力するＡＦＣ回路９と、温度補償電圧を発生する温度
補償電圧発生回路５と、温度補償電圧のゲインを可変するゲイン可変回路８と、を備え、
ＡＦＣ回路９から出力される制御電圧Ｖ_AFCによりゲイン可変回路８を制御し、ゲイン可
変回路８の出力電圧により電圧制御型発振回路６の発振周波数を制御するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信装置等に用いられる電圧制御型温度補償圧電発振器に関し、特に制御電
圧の変化による温度補償電圧のずれを改善するのに好適なものである。

圧電発振器は周波数安定度、小型軽量、低価格等の優れた点を有するため、通信機器や
電子機器等の多くの分野で用いられ、中でも圧電振動子の周波数温度特性を補償し、且つ
印加する電圧により発振周波数が可変する電圧制御型温度補償圧電発振器（以下、ＶＣ−
ＴＣＸＯと称す）は、携帯電話等に広く用いられている。
特許文献１には、水晶発振器の温度補償電圧発生回路が開示されている。図１２は、電
圧制御型発振回路の構成を示すブロック図であり、バラクタダイオード５５と水晶振動子
５６と発振回路５７とから成る水晶発振器と、温度補償電圧発生回路６１と、記憶デバイ
ス６２と、ＡＦＣ回路６３と、から構成されている。

温度補償電圧発生回路６１の符号６８ａは、１次電圧発生回路５９の出力電圧を制御す
るゲインコントロールアンプ（以下、「ＡＧＣ」と称する）であり、符号６８ｂは３次電
圧発生回路６０の出力電圧を制御するＡＧＣである。ＡＧＣ６８ａ、６８ｂのゲインは共
に、ＡＦＣ回路６３の出力電圧値によって制御される。
一般的にバラクタダイオード５５のｆ−Ｖ特性は直線ではなく、ＡＦＣ回路６３の出力
電圧Ｖｃがセンター値Ｖｃｍのときを基準にとると、出力電圧Ｖｃが基準値Ｖｃｍより大
きい場合と小さい場合とで、出力電圧Ｖｃの変化量ΔＶに対し周波数の変化量Δｆが異な
る。
ＡＦＣ回路６３の出力電圧がセンター値Ｖｃｍと比較して高くなった場合には、ＡＧＣ
６８ａ、６８ｂのゲインが小さくなるように、また低くなった場合にはＡＧＣ６８ａ、６
８ｂのゲインが大きくなるように回路を構成する。
バラクタダイオード５５のｆ−Ｖ特性に基づいて発振周波数の変化量がＡＦＣ回路６３
における可変可能範囲において、できる限り一定となるように、ＡＧＣアンプ６８ａ、６
８ｂのゲインを最適化する。このようにすれば、電圧制御型温度補償水晶発振器は、制御
電圧に対する出力発振周波数の直線性を保ち、かつ高精度の温度補償を実現することがで
きることが開示されている。
特開２００２−２１７６４３公報

特許文献１に記載の温度補償電圧発生回路は、バラクタダイオードのｆ−Ｖ特性が曲線
であってもその曲線を補正し、ＶＣＯとして制御電圧に対する出力発振周波数の直線性を
保ち、温度補償を実現することが可能であると開示されている。
ＶＣ−ＴＣＸＯの圧電振動子周囲の周波数可変部は、図１３に示すように、圧電振動子
Ｘの周波数−温度特性を補償するための可変容量素子Ｃ１と圧電振動子Ｘの発振周波数を
可変するための可変容量素子Ｃ２との並列回路と、負荷容量Ｃ０とが、圧電振動子Ｘに直
列接続された回路である。
ＶＣ−ＴＣＸＯの制御電圧Ｖｃをセンター値Ｖｃｍに設定すると、可変容量素子Ｃ２の
値が一義的に決まる。この状態で、負荷容量Ｃ０等を調整し、ＶＣ−ＴＣＸＯの発振周波
数が所定の中心周波数になるように調整する。負荷容量Ｃ０はこの後、固定する。それか
ら、１次及び３次以降の電圧発生回路の出力電圧を調整し、該電圧を温度補償するための
可変容量素子Ｃ１に印加して所望の周波数−温度特性になるよう温度補償を行っていた。
しかしながら、ＶＣ−ＴＣＸＯの本来の機能であるＡＦＣ回路の外部制御電圧Ｖｃを変
化させ、ＶＣ−ＴＣＸＯの発振周波数を変化させると、可変容量素子Ｃ２の値が初期値か
ら変化するので、周波数−温度特性が初期の特性からずれるという問題があった。

以上の周波数温度特性のずれの現象を数値を用いて詳しく説明する。
図１３の回路において、負荷容量Ｃ０が３０ｐＦ、制御電圧Ｖｃの値をＶｃ_Lとし、こ
のとき可変容量素子Ｃ２の容量値が５ｐＦを呈するものとする。温度補償用の可変容量素
子Ｃ１が、温度変化による１次及び３次以降電圧発生回路の出力電圧により、５ｐＦ〜１
５ｐＦ（Ｃ１_MIN＝５ｐＦ、Ｃ１_MAX＝１５ｐＦ）の範囲で変化するものとする。（Ｃ１_MA
X＋Ｃ２）＝Ｃ_DS、（Ｃ１_MIN＋Ｃ２）＝Ｃ_SSとおき、可変容量素子Ｃ１が５ｐＦ〜１５ｐ
Ｆの範囲で可変する場合、圧電振動子Ｘからみた負荷容量Ｃ_Lの変化量ΔＣ_Lは、ΔＣ_L＝
（Ｃ_DS×Ｃ０）／（Ｃ_DS＋Ｃ０）−（Ｃ_SS×Ｃ０）／（Ｃ_SS＋Ｃ０）となる。上記の数値
を代入すると、ΔＣ_L＝４．５ｐＦとなる。
次に、制御電圧Ｖｃの値をＶｃ_Sとし、このとき可変容量素子Ｃ２の容量値が１５ｐＦ
を呈するものとする。この場合は、圧電振動子Ｘからみた負荷容量Ｃ_Lの変化量ΔＣ_Lは、
ΔＣ_L＝３．０ｐＦとなる。
つまり、可変容量素子Ｃ２に印加される制御電圧Ｖｃの値により、圧電振動子Ｘからみ
た、温度補償を行うための容量変化が異なることになる。この結果、制御電圧Ｖｃのセン
ター値Ｖｃｍで、ＶＣ−ＴＣＸＯの温度補償を行っても、実際に制御電圧Ｖｃを変化させ
ると、周波数温度特性が初期の特性からずれる（劣化する）という問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、ＡＦＣ回路の電圧を変化させても
周波数温度特性が所望の範囲内に収まるＶＣ−ＴＣＸＯを提供することにある。

本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］電圧制御型発振回路と、外部制御電圧に基づいて前記電圧制御型発振回路
の発振周波数を制御する制御電圧を出力するＡＦＣ回路と、温度補償電圧を発生する温度
補償電圧発生回路と、前記温度補償電圧のゲインを可変するゲイン可変回路と、を備え、
前記ＡＦＣ回路から出力される制御電圧により前記ゲイン可変回路を制御し、前記ゲイン
可変回路の出力電圧により前記電圧制御型発振回路の発振周波数を制御することを特徴と
する電圧制御型温度補償圧電発振器である。

上記のように構成すれば、外部制御電圧がセンター値より高い場合には、ゲイン可変回
路のゲインを小さくし、外部制御電圧がセンター値より低い場合には、ゲイン可変回路の
ゲインを大きくするように、ゲイン可変回路のゲインを制御するので、外部制御電圧がセ
ンター値より変化しても、周波数温度特性は初期の調整した範囲内にほぼとどまるという
効果がある。

［適用例２］前記温度補償電圧発生回路は、温度センサと、１次電圧発生回路と、３次
以降の高次電圧発生回路と、前記１次電圧発生回路により生成される１次電圧と前記高次
電圧発生回路により生成される高次電圧を加算する加算回路と、を備えたことを特徴とす
る適用例１に記載の電圧制御型温度補償圧電発振器である。

上記のように温度補償電圧発生回路を構成すると、高精度の温度補償が可能である上、
外部制御電圧の変動に対し、電圧制御型発振回路の周波数温度特性は、所望範囲内にほぼ
とどまるという効果がある。

［適用例３］前記電圧制御型発振回路は、圧電振動子と、該圧電振動子に接続される温
度補償用の第１の可変容量素子及び中心周波数可変用の第２の可変容量素子と、を備える
ことを特徴とする適用例１に記載の電圧制御型温度補償圧電発振器である。

上記のように構成すると、所望の温度補償と発振周波数の可変が可能であると共に、外
部制御電圧の変動に対し周波数温度特性が規定値に収まるという効果がある。

［適用例４］前記圧電振動子の両端に夫々前記第１及び第２可変容量素子を接続したこ
とを特徴とする適用例３に記載の電圧制御型温度補償圧電発振器である。

上記のように構成すると、圧電振動子からみて温度補償用の可変容量素子と、周波数可
変用の可変容量素子とが対称に配置されているので発振周波数が安定であると共に、外部
制御電圧の変動に対し周波数温度特性が規定値に収まるという効果がある。

［適用例５］前記ゲイン可変回路は、オペアンプと、第１及び第２の抵抗と、トランジ
スタと、基準電圧と、を備え、前記第２の抵抗と前記トランジスタとを並列接続し、前記
オペアンプの入出力端子に接続したことを特徴とする適用例１に記載の電圧制御型温度補
償圧電発振器である。

上記のようにゲイン可変回路を構成すると、外部制御電圧の変化に対してゲイン可変回
路を適宜制御し、温度補償用の可変容量素子に適切な補償電圧を印加するという効果があ
る。

［適用例６］前記ゲイン可変回路は、オペアンプと、第１及び第２の抵抗と、トランジ
スタと、基準電圧と、を備え、第前記１の抵抗と、前記トランジスタとを並列接続し、前
記オペアンプの入力端子に接続したことを特徴とする適用例１に記載の電圧制御型温度補
償圧電発振器である。

上記のようにゲイン可変回路を構成すると、より適切な方のゲイン可変回路を選択する
ことが可能となり、ゲイン可変回路の選択範囲が広がるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る電圧制御型温度補償圧電発振器の構成を示すブロ
ック回路図である。
この図１に示す電圧制御型温度補償圧電発振器（以下、「ＶＣ−ＴＣＸＯ」と称す）１
は、温度補償電圧を発生する温度補償電圧発生回路５、電圧制御型発振回路６、オフセッ
ト補正回路７、温度補償電圧発生回路５から出力される温度補償電圧のゲインを可変する
ゲイン可変回路８、及び外部制御電圧に基づいて電圧制御型発振回路６の発振周波数を制
御するＡＦＣ回路９を備えている。
ＡＦＣ回路９から出力される制御電圧によりゲイン可変回路８を制御し、このゲイン可
変回路８によりゲイン調整を行った出力電圧により電圧制御型発振回路６の発振周波数を
制御するようにしている。

温度補償電圧発生回路５は、ＶＣ−ＴＣＸＯ内の温度を感知する温度センサ５ａ、この
温度センサ５ａの出力電圧に基づいて生成する１次電圧発生回路５ｂ、３次、４次、５次
等の３次以降の高次電圧発生回路５ｃ、及び１次電圧発生回路５ｂと高次電圧発生回路５
ｃの出力電圧を加算する加算回路５ｄを備えている。
通常のＶＣ−ＴＣＸＯでは、温度補償電圧発生回路５の電圧発生回路として１次電圧発
生回路と３次電圧発生回路とを用いる場合が一般的である。
これに対して、本実施の形態のような、より高安定度のＴＣＸＯ、ＶＣ−ＴＣＸＯを製
造する場合には、圧電振動子、例えばＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性を高次の多
項式で近似し、この周波数温度特性を補償するために１次電圧発生回路、３次、４次、５
次等の高次電圧発生回路を用いている。２次の補正は、温度センサ５ａの温度Ｔ−出力電
圧Ｖ_T特性のデータの中、温度Ｔ情報を処理して行っている。

電圧制御型発振回路６は、圧電振動子Ｘ、増幅器Ａｍｐ、第１及び第２の可変容量素子
Ｃｖ１、Ｃｖ２、及び固定容量Ｃ０を備えている。増幅器Ａｍｐと圧電振動子Ｘとは並列
接続し、その一方の端子と接地間に温度補償用の第１の可変容量素子Ｃｖ１と、中心周波
数可変用の第２の可変容量素子Ｃｖ２とを接続する。さらに、その他方の端子と接地間に
負荷容量Ｃ０を接続して構成するようにしている。
周知のように、電圧制御型発振回路は、可変容量素子に印加する電圧を変化させること
により、可変容量素子の容量を変化させて、圧電発振器の発振周波数を制御する発振器で
ある。

第１及び第２の可変容量素子Ｃｖ１、Ｃｖ２には、図２に示すようにトランジスタ（ｎ
ＭＯＳ−ＦＥＴ、ｐＭＯＳ−ＦＥＴ）を用いる。
図２（ａ）は、可変容量素子の記号を表し、Ｇはゲートを、Ａ、Ｂは２つの端子を示し
、Ａ−Ｂ間が容量を呈することを表している。図２（ｂ）は、ｎＭＯＳ−ＦＥＴの一方の
端子に容量Ｃを接続し、容量の他方の端子をＡ端子、ｎＭＯＳ−ＦＥＴの他方の端子をＢ
端子、ｎＭＯＳ−ＦＥＴのゲートをＧ端子とした例である。図２（ｃ）は、ｐＭＯＳ−Ｆ
ＥＴのゲートをＡ端子、バックゲートをＢ端子とした例である。図２（ｄ）は、ゲートＧ
に印加する電圧Ｖと端子Ａ−Ｂ間の呈する容量Ｃとの関係を示す図である。図２（ｅ）は
、例えば図２（ｃ）に示す可変容量素子を圧電発振器に用いる場合に、ゲート−バックゲ
ート間の電圧Ｖ_GBと周波数の変化ΔＦ／Ｆとの関係を示している。

オフセット補正回路７は、オペアンプＯＰ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及び可変抵抗Ｒ
ｖ１、Ｒｖ２を備えている。電源Ｖｃｃと接地間には、抵抗Ｒ１と可変抵抗Ｒｖ１と抵抗
Ｒ２との直列回路を接続し、可変抵抗Ｒｖ１の可変端子はオペアンプＯＰ１の非反転入力
端子に接続し、ＡＦＣ回路９の出力を抵抗Ｒ３を介してオペアンプＯＰ１の反転入力端子
に接続する。更に、可変抵抗Ｒｖ２をオペアンプＯＰ１の出力と反転入力との間に接続す
る。可変抵抗Ｒｖ１、Ｒｖ２を調整し、オフセット補正回路７の出力電圧を調整する。
ゲイン可変回路８は、オペアンプＯＰ２、第１及び第２の抵抗Ｒ１０、Ｒ１１、トラン
ジスタ（ｎＭＯＳ−ＦＥＴ）１１、及び基準電圧１０を備えている。
基準電圧１０の出力を、オペアンプＯＰ２の非反転入力端子と接続し、温度補償電圧発
生回路５の加算回路５ｄの出力を、抵抗Ｒ１０を介して、オペアンプＯＰ１の非反転入力
端子に接続する。そして、オペアンプＯＰ２の出力を、抵抗Ｒ１１を介して非反転入力端
子に接続すると共に、オフセット補正回路７の出力をｎＭＯＳ−ＦＥＴ１１のゲートとを
接続し、該ｎＭＯＳ−ＦＥＴ１１のドレイン、ソース端子を抵抗Ｒ１１の端子に並列接続
する。
ＡＦＣ回路（Automatic Frequency Control）９は、反転増幅回路からなり、入力には
外部制御電圧Ｖｃが入力され、その出力は、抵抗Ｒ３を介してオフセット補正回路７の非
反転入力に入力されると共に、電圧制御型発振回路６の第２の可変容量素子Ｃｖ２のゲー
トＧに入力される。

図３は、圧電振動子の周波数温度特性を補償するための説明図であり、Ｔｘは圧電振動
子の周波数温度特性（Δｆ／ｆ−Ｔ）、Ｑｃは周波数温度特性（Δｆ／ｆ−Ｔ）を相殺す
るための発振回路側の補償特性である。
ここで、温度Ｔｅｍｐを短縮してＴと表記している。
図４は、補償特性を生成するために第１の可変容量素子Ｃｖ１に印加する補償電圧Ｖ_CO
MP−温度Ｔ特性である。
図１に示すＶＣ−ＴＣＸＯ１の外部制御電圧Ｖｃをセンター値Ｖｃｍに設定すると、Ａ
ＦＣ回路９では、図１（ｂ）のように反転増幅されて、出力電圧はＶ_AFCｍとなり、この
電圧Ｖ_AFCｍが第２の可変容量素子Ｃｖ２に印加され、容量値Ｃｍを呈する。この状態で
、１次電圧発生回路５ａ、高次電圧発生回路５ｃ、オフセット補正回路７、ゲイン可変回
路８を調整して、圧電振動子Ｘの温度補償を行う。中心周波数の調整は負荷用Ｃ０を微調
整して行う。

次に本実施の形態のＶＣ−ＴＣＸＯ１の動作について説明する。
ＡＦＣ回路９は、反転増回路であるので、ＡＦＣ回路９の入力の外部制御電圧Ｖｃと、
その出力電圧Ｖ_AFCとの関係は、図１（ｂ）に示すようになる。つまり、外部制御電圧Ｖ
ｃが高く（大きく）なるに応じ、出力電圧Ｖ_AFCは低く（小さく）なるように動作する。
オフセット補正回路７は、オペアンプで構成された反転増回路であるので、入力電圧Ｖ
_AFCは反転されて出力電圧Ｖ_AFC2となる。従って、外部制御電圧Ｖｃとオフセット補正回
路７の出力電圧Ｖ_AFC2との関係は、図１（ｃ）に示すように、外部制御電圧Ｖｃが高くな
るとそれに応じて、出力電圧Ｖ_AFC2も高くなるように動作する。

オフセット補正回路７の出力電圧Ｖ_AFC2は、ゲイン可変回路８のｎＭＯＳ−ＦＥＴ（ト
ランジスタ）１１のゲートに印加される。外部制御電圧Ｖｃがセンター値Ｖｃｍより高い
場合には、電圧Ｖｃに比例して変化するＶ_AFC2がｎＭＯＳ−ＦＥＴ１１のゲートＧに印加
されるので、外部制御電圧ＶｃがＶｃｍのときのドレイン電流に比べて大きくなる。つま
り、ｎＭＯＳ−ＦＥＴ１１の抵抗値が小さくなることに相当する。ｎＭＯＳ−ＦＥＴ１１
と抵抗Ｒ１１とは並列接続されているので、その合成抵抗Ｒ_Aは小さくなる。ゲイン可変
回路８のゲインは、−Ｒ_A／Ｒ１０で表されるので、ゲイン可変回路８のゲインは小さく
なる。よって、ゲイン可変回路８の出力電圧である温度補償電圧Ｖ_COMPの振幅は小さくな
って、図５に示すように、温度補償電圧Ｖ_COMP曲線の振幅が破線から実線のように圧縮さ
れる。

図６（ａ）は、外部制御電圧Ｖｃがセンター値Ｖｃｍより高い場合の温度Ｔと補償電圧
Ｖ_COMPとの関係を示す図である。白丸〇の曲線は従来のＶＣ−ＴＣＸＯの補償電圧Ｖ_COMP
と温度Ｔとの関係を示す図である。外部制御電圧Ｖｃが高いときは、ＡＦＣ回路の出力電
圧が低くなり、可変容量素子が小さくなるため、温度補償の感度が効きすぎる。つまり、
温度補償電圧は、外部制御電圧Ｖｃがセンター値Ｖｃｍから離れるほど、温度補償量が最
適値より大きくずれることになる。
黒四角■の曲線は、本実施の形態のＶＣ−ＴＣＸＯ１の補償電圧Ｖ_COMPと温度Ｔとの関
係を示す図である。
外部制御電圧Ｖｃがセンター値Ｖｃｍより高い場合には、補償電圧Ｖ_COMP曲線が圧縮さ
れていることが、図６（ａ）の実測値より明らかである。

図６（ｂ）は、周波数（Δｆ／ｆ）−温度（Ｔ）特性を示す図であって、白丸〇の曲線
は従来のＶＣ−ＴＣＸＯの周波数（Δｆ／ｆ）−温度（Ｔ）特性を示す図であり、黒四角
■の曲線は、本発明のＶＣ−ＴＣＸＯ１の周波数（Δｆ／ｆ）−温度（Ｔ）特性を示す図
である。
従来のＶＣ−ＴＣＸＯは、図６（ｂ）の白丸〇の曲線から分かるように、所定の周波数
偏差（±０．５ｐｐｍ）内に調整した周波数温度特性曲線が、外部制御電圧Ｖｃを高くす
ると、周波数温度特性曲線の初期値よりずれて（劣化して）、所定の周波数偏差から外れ
るという問題があった。
これに対して、本実施の形態のＶＣ−ＴＣＸＯ１では、外部制御電圧Ｖｃの大きさに応
じて温度補償電圧をゲイン可変回路８で制御して出力するので、図６（ｂ）の黒四角■の
曲線に示すように、周波数温度特性はほぼ初期の調整範囲内にとどまる。

次に、外部制御電圧Ｖｃがセンター値Ｖｃｍより低い場合には、電圧Ｖｃに比例して変
化するＶ_AFC2がｎＭＯＳ−ＦＥＴ１１のゲートＧに印加されるので、外部制御電圧Ｖｃが
Ｖｃｍのときのドレイン電流に比べて小さくなる。つまり、ｎＭＯＳ−ＦＥＴ１１の抵抗
値が大きくなることに相当する。ｎＭＯＳ−ＦＥＴ１１と抵抗Ｒ１１とは並列接続されて
いるので、その合成抵抗Ｒ_Aは大きくなる。ゲイン可変回路８のゲインは−Ｒ_A／Ｒ１０で
あるので、ゲイン可変回路８のゲインは大きくなる。よって、ゲイン可変回路８の出力電
圧である温度補償電圧Ｖ_COMPは大きくなって、図７に示すように、温度補償電圧Ｖ_COMP曲
線の振幅が破線から実線のように拡大される。

図８（ａ）は、外部制御電圧Ｖｃがセンター値Ｖｃｍより低い場合の温度Ｔと補償電圧
Ｖ_COMPとの関係を示す図である。
白丸〇の曲線は従来のＶＣ−ＴＣＸＯの補償電圧Ｖ_COMPと温度Ｔとの関係を示す図であ
る。外部制御電圧Ｖｃが低いときは、ＡＦＣ回路の出力電圧が高くなり、可変容量素子が
大きくなるため、温度補償の感度が不足する。つまり、温度補償電圧は、外部制御電圧Ｖ
ｃがセンター値Ｖｃｍから離れるほど、温度補償量が最適値よりずれることになる。
黒四角■の曲線は、本発明のＶＣ−ＴＣＸＯ１の補償電圧Ｖ_COMPと温度Ｔとの関係を示
す図である。外部制御電圧Ｖｃがセンター値Ｖｃｍより低い場合には、補償電圧Ｖ_COMP曲
線が拡大され、補償感度の不足を補うことが、図８（ａ）の実測値より明らかである。

図８（ｂ）は、外部制御電圧Ｖｃがセンター値Ｖｃｍより低い場合の周波数（Δｆ／ｆ
）−温度（Ｔ）特性を示す図であって、白丸〇の曲線は、従来のＶＣ−ＴＣＸＯの周波数
（Δｆ／ｆ）−温度（Ｔ）特性を示す図であり、黒四角■の曲線は、本実施の形態のＶＣ
−ＴＣＸＯ１の周波数（Δｆ／ｆ）−温度（Ｔ）特性を示す図である。
図８（ｂ）の周波数温度特性から明らかなように、本実施の形態のＶＣ−ＴＣＸＯ１で
は、外部制御電圧Ｖｃがセンター値Ｖｃｍより低い場合は、ゲイン可変回路８のゲインを
制御し、周波数温度特性が所定の周波数偏差内に収まるように、ゲイン可変回路８が機能
している。

図９は、本発明の第２の実施の形態に係るＶＣ−ＴＣＸＯであり、図１に示したＶＣ−
ＴＣＸＯ１と異なる点は電圧制御型発振回路６ａである。
電圧制御型発振回路６ａは、圧電振動子Ｘの両端子と接地間に夫々温度補償用の第１及
び第３の可変容量素子Ｃｖ１、Ｃｖ３、及び圧電振動子Ｘの両端子と接地間に夫々に中心
周波数可変用の第２及び第４の可変容量素子Ｃｖ２、Ｃｖ４を設けた点に特徴がある。
ＶＣ−ＴＣＸＯ２の動作は、図１に示したＶＣ−ＴＣＸＯ１と同様に動作するので、説
明を省略する。
ＶＣ−ＴＣＸＯ２の電圧制御型発振回路６ａを以上のように構成すると、圧電振動子か
らみて温度補償用の可変容量素子Ｃｖ１、Ｃｖ２と、周波数可変用の可変容量素子Ｃｖ３
、Ｃｖ４とが、圧電振動子の両側に対称に配置されているので、ＶＣ−ＴＣＸＯの発振周
波数が安定であると共に、外部制御電圧の変動に対し周波数温度特性が規定値に収まると
いう効果がある。

図１０は、本発明の第３の実施の形態に係るＶＣ−ＴＣＸＯ３であり、図１に示したＶ
Ｃ−ＴＣＸＯ１と異なる点は、ゲイン可変回路８ａと、電圧制御型発振回路６ｂである。
ゲイン可変回路８ａは、オペアンプＯＰ２、第１及び第２の抵抗Ｒ１０、Ｒ１１、トラ
ンジスタ（ｎＭＯＳ−ＦＥＴ）１１、及び基準電圧１０を備えている。ゲイン可変回路８
ａは、基準電圧１０の出力とオペアンプＯＰ２の非反転入力端子とを接続し、温度補償電
圧発生回路５の加算回路５ｄの出力を、抵抗Ｒ１０を介してオペアンプＯＰ１の非反転入
力端子に接続する。そして、オペアンプＯＰ２の出力を、抵抗Ｒ１１を介して非反転入力
端子に接続すると共に、オフセット補正回路７の出力をｎＭＯＳ−ＦＥＴ（トランジスタ
）１１のゲートと接続し、このｎＭＯＳ−ＦＥＴ１１のドレイン、ソース端子を抵抗Ｒ１
０のそれぞれの端子に並列接続して構成される。
電圧制御型発振回路６ｂは、圧電振動子Ｘ、増幅器Ａｍｐ、第１及び第４の可変容量素
子Ｃｖ１、Ｃｖ４を備えている。増幅器Ａｍｐと圧電振動子Ｘとを並列接続し、その一方
の端子と接地間に温度補償用の第１の可変容量素子Ｃｖ１を接続し、他方の端子と接地間
に周波数可変用の第４の可変容量素子Ｃｖ４を接続して、電圧制御型発振回路６ｂを構成
する。

次に、ゲイン可変回路８ａについて説明する。
ＶＣ−ＴＣＸＯ３の外部制御電圧Ｖｃがセンター値Ｖｃｍより高い場合には、電圧Ｖｃ
に比例して変化するＶ_AFC2がｎＭＯＳ−ＦＥＴ１１のゲートＧに印加されるので、外部制
御電圧ＶｃがＶｃｍのときのドレイン電流に比べて大きくなる。つまり、ｎＭＯＳ−ＦＥ
Ｔ１１の抵抗値が小さくなることに相当する。ｎＭＯＳ−ＦＥＴ１１と抵抗Ｒ１０とは並
列接続されているので、その合成抵抗Ｒ_Bは小さくなる。
ゲイン可変回路８ａのゲインは、−Ｒ１１／Ｒ_Bで表されるので、ゲイン可変回路８の
ゲインは大きくなる。よって、ゲイン可変回路８ａの出力電圧である温度補償電圧Ｖ_COMP
の振幅は大きくなる。従って、図１１（ａ）に示すように、温度補償電圧Ｖ_COMP曲線の振
幅が破線から実線のように拡大される。

次に、ＶＣ−ＴＣＸＯ３の外部制御電圧Ｖｃがセンター値Ｖｃｍより低い場合には、電
圧Ｖｃに比例して変化するＶ_AFC2がｎＭＯＳ−ＦＥＴ１１のゲートＧに印加されるので、
外部制御電圧ＶｃがＶｃｍのときのドレイン電流に比べて小さくなる。つまり、ｎＭＯＳ
−ＦＥＴ１１の抵抗値が大きくなることに相当する。ｎＭＯＳ−ＦＥＴ１１と抵抗Ｒ１０
とは並列接続されているので、その合成抵抗Ｒ_Bは大きくなる。ゲイン可変回路８ａのゲ
インは−Ｒ１１／Ｒ_Bで表されるので、ゲイン可変回路８ａのゲインは小さくなる。よっ
て、ゲイン可変回路８ａの出力電圧である温度補償電圧Ｖ_COMPの振幅は小さくなる。従っ
て、図１１（ｂ）に示すように、温度補償電圧Ｖ_COMP曲線の振幅が破線から実線のように
圧縮される。

図１０に示す第３の実施の形態のＶＣ−ＴＣＸＯ３の特徴は、ゲイン可変回路８ａの動
作が、外部制御電圧Ｖｃのセンター値Ｖｃｍより高いか低いかにより、図１に示すゲイン
可変回路８と逆の動作をする。
ＶＣ−ＴＣＸＯ３では、外部制御電圧Ｖｃの大きさに応じて温度補償電圧をゲイン可変
回路８ａで制御して出力するので、周波数温度特性はほぼ初期の調整範囲内にとどまる。
ゲイン可変回路８の変形を以上のように構成すると、より適切な方のゲイン可変回路を
選択することが可能となり、ゲイン可変回路の選択範囲が広がるという効果がある。

（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る電圧制御型温度補償圧電発振器の回路図、（ｂ）は外部制御電圧Ｖｃと出力電圧Ｖ_AFCとの関係を示した図、（ｃ）は外部制御電圧Ｖｃとオフセット補正回路７の出力電圧Ｖ_AFC2との関係を示した図である。 （ａ）は可変容量素子を表す記号、（ｂ）、（ｃ）はＭＯＳ−ＦＥＴを用いた可変容量素子、（ｄ）は可変容量素子のＣ−Ｖ特性、（ｅ）は電圧制御型発振回路の周波数制御特性図である。 圧電振動子の温度特性と回路側の補償特性を示した図である。 温度補償電圧の温度特性図である。 外部制御電圧Ｖｃがセンター値より高い場合の、従来の温度補償電圧の温度特性と、本実施の形態の温度補償電圧の温度特性図である。 （ａ）は実測による従来の温度補償電圧の温度特性図と、本実施の形態の温度補償電圧の温度特性図、（ｂ）は実測による従来の周波数温度特性と、本実施の形態の周波数温度特性図である。 外部制御電圧Ｖｃがセンター値より低い場合の従来の温度補償電圧の温度特性図と、本実施の形態の温度補償電圧の温度特性図である。 （ａ）は実測による従来の温度補償電圧の温度特性図と、本実施の形態の温度補償電圧の温度特性図、（ｂ）は実測による従来の周波数温度特性図と、本実施の形態の周波数温度特性図である。 （ａ）は第２の実施の形態に係る電圧制御型温度補償圧電発振器の回路図、（ｂ）は外部制御電圧Ｖｃと出力電圧Ｖ_AFCとの関係を示した図、（ｃ）は外部制御電圧Ｖｃとオフセット補正回路７の出力電圧Ｖ_AFC2との関係を示した図である。 （ａ）は第３の実施の形態に係る電圧制御型温度補償圧電発振器の回路図、（ｂ）は外部制御電圧Ｖｃと出力電圧Ｖ_AFCとの関係を示した図、（ｃ）は外部制御電圧Ｖｃとオフセット補正回路７の出力電圧Ｖ_AFC2との関係を示した図である。 （ａ）は、外部制御電圧Ｖｃがセンター値より高い場合の、従来の温度補償電圧の温度特性と、本実施の形態の温度補償電圧の温度特性図、（ｂ）は、外部制御電圧Ｖｃがセンター値より低い場合の従来の温度補償電圧の温度特性と、本実施の形態の発明の温度補償電圧の温度特性図である。 従来の電圧制御型温度補償圧電発振器の回路図である。 圧電振動子Ｘ、温度補償用可変容量素子Ｃ１、周波数可変用可変容量素子Ｃ２、負荷容量Ｃ０とからなる回路図である。

符号の説明

１、２、３…電圧制御型温度補償圧電発振器、５…温度補償電圧発生回路、５ａ…温度
センサ、５ｂ…１次電圧発生回路、５ｃ…高次電圧発生回路、５ｄ…加算回路、６、６ａ
、６ｂ…電圧制御型発振回路、７…オフセット補正回路、８、８ａ…ゲイン可変回路、９
…ＡＦＣ回路、１０…基準電圧、１１…トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）、Ｒ１、Ｒ２、
Ｒ３、Ｒ１０、Ｒ１１…抵抗、Ｒｖ１、Ｒｖ２…可変抵抗、ＯＰ１、ＯＰ２…オペアンプ
、Ｃｖ１、Ｃｖ２、Ｃｖ３、Ｃｖ４…可変容量素子、Ｃ０…負荷容量、Ｘ…圧電振動子、
Ａｍｐ…増幅器、Ｖｃ…外部制御電圧

Claims (6)

1. 電圧制御型発振回路と、
   外部制御電圧に基づいて前記電圧制御型発振回路の発振周波数を制御する制御電圧を出
   力するＡＦＣ回路と、
   温度補償電圧を発生する温度補償電圧発生回路と、
   前記温度補償電圧のゲインを可変するゲイン可変回路と、を備え、
   前記ＡＦＣ回路から出力される制御電圧により前記ゲイン可変回路を制御し、前記ゲイ
   ン可変回路の出力電圧により前記電圧制御型発振回路の発振周波数を制御することを特徴
   とする電圧制御型温度補償圧電発振器。
2. 前記温度補償電圧発生回路は、温度センサと、１次電圧発生回路と、３次以降の高次電
   圧発生回路と、前記１次電圧発生回路により生成される１次電圧と前記高次電圧発生回路
   により生成される高次電圧を加算する加算回路と、を備えたことを特徴とする請求項１に
   記載の電圧制御型温度補償圧電発振器。
3. 前記電圧制御型発振回路は、圧電振動子と、該圧電振動子に接続される温度補償用の第
   １の可変容量素子及び中心周波数可変用の第２の可変容量素子と、を備えることを特徴と
   する請求項１に記載の電圧制御型温度補償圧電発振器。
4. 前記圧電振動子の両端に夫々前記第１及び第２可変容量素子を接続したことを特徴とす
   る請求項３に記載の電圧制御型温度補償圧電発振器。
5. 前記ゲイン可変回路は、オペアンプと、第１及び第２の抵抗と、トランジスタと、基準
   電圧と、を備え、前記第２の抵抗と前記トランジスタとを並列接続し、前記オペアンプの
   入出力端子に接続したことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御型温度補償圧電発振器
   。
6. 前記ゲイン可変回路は、オペアンプと、第１及び第２の抵抗と、トランジスタと、基準
   電圧と、を備え、第前記１の抵抗と、前記トランジスタとを並列接続し、前記オペアンプ
   の入力端子に接続したことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御型温度補償圧電発振器
   。

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