JP2023018236A - 回路装置及び発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な要因及びタイミングで生じた温度変動に対して温度補償を追従させることが可能な回路装置等を提供すること。【解決手段】回路装置１００は、振動子１０を用いて発振信号を生成する発振回路１６０と、温度検出データＥＴＤを出力する温度検出回路１０５と、温度補償回路１３５と、温度検出レート制御回路１９０と、を含む。温度補償回路１３５は、温度検出データＥＴＤに基づいて、発振信号の発振周波数を温度補償する。温度検出レート制御回路１９０は、温度検出回路１０５が温度検出を行う温度検出レートを制御する。このとき、温度検出レート制御回路１９０は、温度検出データＥＴＤの変動に基づいて、温度検出レートを制御する。【選択図】 図１

Description

本発明は、回路装置及び発振器等に関する。

特許文献１には、水晶振動子を発振させるインバーターと、発振周波数を調整する可変容量ダイオードと、温度センサーと、温度センサーの出力に基づいて可変容量ダイオードの容量値を制御することで発振周波数を温度補正制御する制御部と、を含む水晶発振器が開示されている。制御部は、水晶発振器又は周囲の電源立ち上げ当初の温度補正制御の頻度を、通常時の温度補正制御の頻度より多くする。これにより、特許文献１の水晶発振器は、周囲温度の急変に対して安定した、又は、より短い時間で安定化する温度補正を実現している。

特開２０１０－０５６９８６号公報

上記特許文献１では、水晶発振器が、水晶発振器又は周囲の電源立ち上げ当初という特定のタイミングにおいて温度補正制御の頻度を多くしている。しかしながら、事前に想定した特定のタイミングでないときに温度が変動した場合には、温度補正制御の頻度が通常時のままであるため、温度変動に温度補正が追従できず、高精度な発振周波数を維持できないという課題がある。

本開示の一態様は、振動子を用いて発振信号を生成する発振回路と、温度検出データを出力する温度検出回路と、前記温度検出データに基づいて、前記発振信号の発振周波数を温度補償する温度補償回路と、前記温度検出回路が温度検出を行う温度検出レートを制御する温度検出レート制御回路と、を含み、前記温度検出レート制御回路は、前記温度検出データの変動に基づいて、前記温度検出レートを制御する回路装置に関係する。

また本開示の他の態様は、振動子と、回路装置と、を備え、前記回路装置は、前記振動子を用いて発振信号を生成する発振回路と、温度検出データを出力する温度検出回路と、前記温度検出データに基づいて、前記発振信号の発振周波数を温度補償する温度補償回路と、前記温度検出回路が温度検出を行う温度検出レートを制御する温度検出レート制御回路と、を含み、前記温度検出レート制御回路は、前記温度検出データの変動に基づいて、前記温度検出レートを制御する発振器に関係する。

発振器及び回路装置の構成例。 温度検出レート制御回路の詳細構成例。 温度検出レート制御回路の動作を示すタイミングチャート。 温度検出レート制御回路が行う処理のフローチャート。 回路装置の環境温度を変化させたときの温度検出レートの変化を示す波形例。 温度検出回路の詳細構成例。 温度検出回路と温度補償回路の動作を示すタイミングチャート。 演算回路による変換の一例。 周波数感度の例。 演算回路の詳細構成例。 開始点設定回路と乗算回路の詳細構成例。 温度補償回路及び調整回路の詳細構成例と、振動子、発振回路及び調整回路の接続構成例。

以下、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが必須構成要件であるとは限らない。

１．回路装置及び発振器
図１は、本実施形態における発振器２００及び回路装置１００の構成例である。発振器２００は、振動子１０と回路装置１００とを含む。

振動子１０は、電気的な信号により機械的な振動を発生する素子である。振動子１０は、水晶振動片等の振動片により実現できる。例えば振動子１０は、音叉型水晶振動片である。或いは振動子１０は、カット角がＡＴカット又はＳＣカット等の厚みすべり振動する水晶振動片などにより実現できる。なお本実施形態の振動子１０は、音叉型又は厚みすべり振動型以外の振動片、又は水晶以外の材料で形成された圧電振動片等の種々の振動片により実現できる。例えば振動子１０は、ＳＡＷ共振子、又はシリコン基板を用いて形成されたシリコン製振動子としてのＭＥＭＳ振動子であってもよい。ＳＡＷはSurface Acoustic Waveの略であり、ＭＥＭＳはMicro Electro Mechanical Systemsの略である。

回路装置１００は、振動子１０と電気的に接続され、振動子１０を駆動することで振動子１０を発振させる。なお、本実施形態における接続は電気的な接続である。電気的な接続とは、電気信号が伝達可能に接続されていることであり、電気信号による情報の伝達が可能となる接続である。電気的な接続は受動素子又は能動素子等を介した接続であってもよい。また回路装置１００は、発振器２００の発振周波数を温度に関わらず一定にする温度補償処理を行う。回路装置１００は、ＩＣと呼ばれる集積回路装置である。回路装置１００は、半導体プロセスにより製造されるＩＣであり、半導体基板上に回路素子が形成された半導体チップである。

回路装置１００は、温度検出回路１０５と温度補償回路１３５と調整回路１５４と発振回路１６０と温度検出レート制御回路１９０とを含む。なお、発振器及び回路装置は図１の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加したりする等の種々の変形実施が可能である。

温度検出回路１０５は、振動子１０の環境温度を測定し、その結果を温度検出データＥＴＤとして出力する。温度検出データＥＴＤは、回路装置１００の動作温度範囲において、温度に対して単調増加又は単調減少するデータである。温度検出回路１０５は、発振周波数が温度依存性をもつリングオシレーターと、カウンターと、を含む。カウンターは、発振回路１６０が出力するクロック信号ＣＬＫにより規定されるイネーブル期間において、リングオシレーターの発振信号をカウントし、そのカウント値を温度検出データＥＴＤとして出力する。或いは、温度検出回路１０５は、ＰＮ接合の順方向電圧が温度依存性をもつことを利用して温度検出電圧を出力するアナログ温度センサーと、温度検出電圧をＡ／Ｄ変換して温度検出データＥＴＤを出力するＡ／Ｄ変換器と、を含んでもよい。なお、図６で後述するように、温度検出回路１０５は、カウンターの出力データ又はＡ／Ｄ変換器の出力データに対して温度感度の調整を行うことで温度検出データＥＴＤを出力する演算回路を、更に含んでもよい。

温度補償回路１３５は、温度検出データＥＴＤに基づいて、発振回路１６０の発振周波数を温度補償する調整データＱＣＬを出力する。調整データＱＣＬは、発振周波数の温度特性をキャンセル又は低減するデータである。温度補償回路１３５は、ルックアップテーブルを用いて温度検出データＥＴＤから調整データＱＣＬを求める。或いは、温度補償回路１３５は、発振周波数の温度特性を近似した多項式を用いた演算により、温度検出データＥＴＤから調整データＱＣＬを求めてもよい。

調整回路１５４は発振回路１６０に接続されており、発振回路１６０の発振周波数を、調整データＱＣＬに対応した発振周波数に調整する。発振周波数の温度特性をキャンセル又は低減する調整データＱＣＬを用いて発振周波数が調整されることで、発振周波数が温度に関わらず一定に制御される。調整回路１５４は、振動子１０の一端又は他端に接続されたキャパシターアレイ回路である。或いは、調整回路１５４は、調整データＱＣＬをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器と、振動子１０の一端又は他端に接続された可変容量キャパシターとを含んでもよい。可変容量キャパシターの容量値は、Ｄ／Ａ変換器の出力電圧に応じて制御される。

発振回路１６０は、振動子１０を用いて発振信号を生成する。具体的には、発振回路１６０は、振動子１０を駆動することで振動子１０を発振させ、その発振により発振信号を生成する。発振回路１６０の一例は、後述するコルピッツ型発振回路であるが、これに限らず、調整回路１５４によって発振周波数を調整可能なものであれば様々な形式の発振回路が用いられてよい。なお、クロック信号ＣＬＫは、発振信号に基づいて出力される。例えば、発振回路１６０が発振信号をクロック信号ＣＬＫとして出力してもよいし、或いは、回路装置１００が出力回路を含み、出力回路が、発振信号をバッファリング又は分周することでクロック信号ＣＬＫを出力してもよい。

温度検出レート制御回路１９０は、温度検出データＥＴＤの変動を算出し、その変動に応じて適応的に温度検出レートを制御する。温度検出レートは、温度検出回路１０５が温度を検出するレート、即ち温度検出回路１０５が温度検出データＥＴＤを更新するレートである。温度検出レート制御回路１９０は、制御した温度検出レートでイネーブル信号ＥＮＲをイネーブルにし、温度検出回路１０５は、イネーブル信号ＥＮＲがイネーブルのときに温度を検出する。ｎが２以上の整数であるとき、温度検出レートは、第１レート～第ｎレートのｎ段階に設定可能である。ｋが２以上ｎ以下の整数であるとき、第ｋレートは第ｋ－１レートより高いレートである。温度検出レート制御回路１９０は、温度検出データＥＴＤの変動が第１閾値以上であるとき、温度検出レートを第ｎレートに設定し、温度検出データＥＴＤの変動が第２閾値以下であるとき、温度検出レートを段階的に下げていく。第２閾値は、第１閾値より小さい。なお、温度検出レートと、イネーブル信号ＥＮＲのイネーブル期間は、クロック信号ＣＬＫの周波数又は周期を基準として規定される。

以上の本実施形態では、回路装置１００は、振動子１０を用いて発振信号を生成する発振回路１６０と、温度検出データＥＴＤを出力する温度検出回路１０５と、温度補償回路１３５と、温度検出レート制御回路１９０と、を含む。温度補償回路１３５は、温度検出データＥＴＤに基づいて、発振信号の発振周波数を温度補償する。温度検出レート制御回路１９０は、温度検出回路１０５が温度検出を行う温度検出レートを制御する。このとき、温度検出レート制御回路１９０は、温度検出データＥＴＤの変動に基づいて、温度検出レートを制御する。

本実施形態によれば、環境温度が変化したとき、温度検出データＥＴＤの変動に基づいて、温度検出レートが制御される。これにより、様々な要因及びタイミングで生じた温度変動に対して温度補償を追従させることが可能となり、高精度な発振周波数が維持される。また、温度変動が無い又は小さいときには温度検出レートを低下させることが可能なので、発振周波数の高精度化と回路の低消費電力化を両立できる。

２．温度検出レート制御回路
図２は、温度検出レート制御回路１９０の詳細構成例である。図３は、温度検出レート制御回路１９０の動作を示すタイミングチャートである。図２に示すように、温度検出レート制御回路１９０は、温調レート生成カウンター１９１とセレクター１９２とレート制御回路１９３とレート設定回路１９４と温度変動算出回路１９５とを含む。

温調レート生成カウンター１９１は、クロック信号ＣＬＫを分周することで、温調レートの最高レートと同じ周波数を有するレート制御クロック信号ＣＮＴＱを出力する。図３に示すように、レート制御クロック信号ＣＮＴＱは、イネーブル信号ＥＮＲのパルス幅と同じパルス幅を有する。ここではイネーブル信号ＥＮＲのハイレベルがイネーブルを示すものとし、そのパルス幅はハイ幅であるとする。図３には、パルス幅が、クロック信号ＣＬＫの７周期に設定される例を示す。

温度変動算出回路１９５は、温度検出データＥＴＤに基づいて、その変動ＨＮＱを算出する。図３に示すように、温度検出回路１０５は、イネーブル信号ＥＮＲのパルスが入力されたとき温度を検出し、その結果である温度検出データＥＴＤを出力する。温度変動算出回路１９５は、温度検出データＥＴＤと、その１つ前に出力された温度検出データＥＴＤとの差分を、温度検出データＥＴＤの変動ＨＮＱとして算出する。例えば、ＲＴＱ＝１の場合の波形図において、温度検出回路１０５が温度検出データＥＴＤ１ａに続いて温度検出データＥＴＤ１ｂを出力したとき、温度変動算出回路１９５は、温度検出データＥＴＤの変動ＨＮＱ＝ＥＴＤ１ｂ－ＥＴＤ１ａを出力する。

レート設定回路１９４は、温度検出データＥＴＤの変動ＨＮＱに応じて適応的にレート設定値ＲＴＱを設定する。以下では、レート設定回路１９４がＲＴＱ＝１、２、５、１０の中からレート設定値を選択するものとする。但し、レート設定値の選択肢は上記に限定されず、選択肢の数も４に限定されず２以上であればよい。

レート制御回路１９３は、レート制御クロック信号ＣＮＴＱとレート設定値ＲＴＱに基づいてレート制御信号ＳＥＬを出力する。セレクター１９２は、レート制御信号ＳＥＬがハイレベルのとき、レート制御クロック信号ＣＮＴＱをイネーブル信号ＥＮＲとして出力し、レート制御信号ＳＥＬがローレベルのとき、ローレベルのイネーブル信号ＥＮＲを出力する。レート制御クロック信号ＣＮＴＱのパルスレートをＲｍａｘとしたとき、レート制御回路１９３は、イネーブル信号ＥＮＲのパルスレートがＲｍａｘ／ＲＴＱとなるように、レート制御信号ＳＥＬを出力する。

図３は、ＲＴＱ＝１のときの波形例と、ＲＴＱ＝２のときの波形例である。ＲＴＱ＝１のとき、レート制御回路１９３は、レート制御信号ＳＥＬをハイレベルに固定し、セレクター１９２は、レート制御クロック信号ＣＮＴＱをイネーブル信号ＥＮＲとして出力する。温度検出回路１０５は、温度検出レートＲｍａｘで温度検出データＥＴＤ＝ＥＴＤ１ａ、ＥＴＤ１ｂ、ＥＴＤ１ｃ、ＥＴＤ１ｄ、・・・を出力する。ＲＴＱ＝２のとき、レート制御回路１９３は、周波数Ｒｍａｘ／ＲＴＱ＝Ｒｍａｘ／２のレート制御信号ＳＥＬを出力し、セレクター１９２は、レート制御クロック信号ＣＮＴＱのパルスをＲＴＱ＝２回に１回、イネーブル信号ＥＮＲのパルスとして出力する。温度検出回路１０５は、温度検出レートＲｍａｘ／２で温度検出データＥＴＤ＝ＥＴＤ２ａ、ＥＴＤ２ｂ、・・・を出力する。ＲＴＱ＝５、１０の場合も同様であり、温度検出レートはＲｍａｘ／５、Ｒｍａｘ／１０となる。

図４は、温度検出レート制御回路１９０が行う処理のフローチャートである。ステップＳ１において、レート制御回路１９３は、レート設定値をＲＴＱ＝１に設定する。即ち、温度検出レートの初期値は最高レートＲｍａｘである。

図２に示すように、レート制御回路１９３は、レート制御クロック信号ＣＮＴＱのパルス数をカウントするレート制御カウンター１９６を含む。ステップＳ２において、レート制御カウンター１９６はカウント値をリセットする。ここでは、レート制御カウンター１９６が、１を初期値として１、２、３、・・・とカウントアップするとする。

ステップＳ３において、レート制御回路１９３は、カウント値がレート設定値ＲＴＱに達したか否かを判定する。カウント値がレート設定値ＲＴＱより小さい場合、ステップＳ４において、レート制御カウンター１９６は、レート制御クロック信号ＣＮＴＱのパルスが入力されたときにカウント値をインクリメントする。その後、ステップＳ３が実行される。カウント値がレート設定値ＲＴＱ以上である場合、ステップＳ５において、レート制御カウンター１９６はカウント値をリセットする。

ステップＳ６において、温度補償が実行される。即ち、温度検出レート制御回路１９０がイネーブル信号ＥＮＲのパルスを出力し、温度検出回路１０５が温度を検出し、温度補償回路１３５が温度検出データＥＴＤに基づいて調整データＱＣＬを出力する。以上のステップＳ３～Ｓ６により、温度検出レートＲｍａｘ／ＲＴＱで温度が検出されると共に温度補償が行われる。

ステップＳ７において、温度変動算出回路１９５は、温度検出データＥＴＤの変動を算出する。即ち、温度変動算出回路１９５は、ステップＳ６において検出された温度検出データＥＴＤと、その１回前にステップＳ６が実行されたときに検出された温度検出データＥＴＤとの差分を、温度検出データＥＴＤの変動として算出する。

ステップＳ８において、レート設定回路１９４は、温度検出データＥＴＤの変動が第１閾値以上であるか否かを判定する。例えば、第１閾値は６ＬＳＢである。変動が６ＬＳＢ以上である場合、ステップＳ９において、レート設定回路１９４はレート設定値をＲＴＱ＝１に設定する。即ち、温度検出レートが最高レートＲｍａｘに設定される。その後、ステップＳ３が実行される。

ステップＳ８において変動が６ＬＳＢ未満である場合、ステップＳ１０において、レート設定回路１９４は、温度検出データＥＴＤの変動が第２閾値以下であるか否かを判定する。例えば、第２閾値は２ＬＳＢである。変動が２ＬＳＢ以下である場合、ステップＳ１１において、レート設定回路１９４はレート設定を１段階下げる。即ち、レート設定回路１９４は、レート設定値がＲＴＱ＝１、２、５のとき、それぞれＲＴＱ＝２、５、１０に変更する。これにより、温度検出レートがＲｍａｘ、Ｒｍａｘ／２、Ｒｍａｘ／５のとき、それぞれ温度検出レートがＲｍａｘ／２、Ｒｍａｘ／５、Ｒｍａｘ／１０に下がる。なお、レート設定値がＲＴＱ＝１０のときには、ＲＴＱ＝１０が維持される。

ステップＳ１０において変動が２ＬＳＢより大きい場合、ステップＳ１２において、レート設定回路１９４はレート設定値ＲＴＱを維持する。その後、ステップＳ３が実行される。以上のステップＳ７～Ｓ１２により、温度検出データＥＴＤの変動に応じて適応的に温調レートが制御される。

図５は、回路装置１００の環境温度を変化させたときの温度検出レートの変化を示す波形例である。図５の上段は、温度の時間変動を示す波形であり、下段は、温度検出レートＲＴの波形、及び温度検出レートＲＴの移動平均ＲＴａｖｅの波形である。ここでは、温度が２５度から１２５度に上昇し、しばらく１２５度に留まった後に、－５０度まで下がるときの波形を示している。

温度が２５度から上昇し始め、温度検出データＥＴＤの変動が第１閾値を超えたとき、温度検出レート制御回路１９０が温度検出レートＲＴを最高レートＲｍａｘにする。温度検出レートが高いほど温度検出データＥＴＤの更新間隔が短くなるので、前回データとの差分である温度検出データＥＴＤの変動が小さくなる。温度検出データＥＴＤの変動が第２閾値以下になったとき、温度検出レート制御回路１９０が温度検出レートＲＴを１段階下げてＲｍａｘ／２にする。温度検出レートが下がると温度検出データＥＴＤの変動が大きくなるので再び温度検出レートＲＴが最高レートＲｍａｘとなり、以降、ＲｍａｘとＲｍａｘ／２を繰り返す。温度検出レートＲＴの移動平均ＲＴａｖｅは、ＲｍａｘとＲｍａｘ／２になる。

温度が１２５度に達して温度変化が止まると、温度検出データＥＴＤの変動が第２閾値以下になるので、温度検出レート制御回路１９０が温度検出レートＲＴを１段階ずつ最低レートＲｍａｘ／１０まで下げる。以降、同様にして、温度検出レート制御回路１９０が温度変動に応じて適応的に温度検出レートを制御する。

以上の本実施形態では、温度検出回路１０５は、間欠的な温度検出期間において温度検出を行う間欠動作を行う。温度検出レート制御回路１９０は、間欠動作のレートを制御することで、温度検出レートを制御する。

図３の例では、イネーブル信号ＥＮＲのイネーブル期間が、間欠的な温度検出期間に対応しており、各イネーブル期間における温度検出が間欠動作に対応している。そして、温度検出レート制御回路１９０はイネーブル期間のレートを制御しており、これが間欠動作のレートを制御することに対応している。

本実施形態によれば、間欠動作により温度が検出されることで、間欠的に温度補償が実行される。これにより、温度補償の消費電力が低減される。そして、その間欠動作のレートが、温度検出データＥＴＤの変動に応じて適応的に制御されることで、発振周波数の高精度化と回路の低消費電力化を両立することが、可能となっている。

また本実施形態では、温度検出レート制御回路１９０は、温度検出データＥＴＤの変動が第１閾値以上であるとき、温度検出レートを、第１レート～第ｎレートのうち最も高い第ｎレートに設定する。ｎは２以上の整数である。

図４と図５の例では、ｎ＝４であり、レート設定値ＲＴＱ＝１０、５、２、１のときの温度検出レートＲｍａｘ／１０、Ｒｍａｘ／５、Ｒｍａｘ／２、Ｒｍａｘが、第１レート、第２レート、第３レート、第４レートに対応する。このとき、第４レートであるＲｍａｘが最も高い温度検出レートである。

本実施形態によれば、温度検出データＥＴＤの変動が第１閾値以上となる温度変動があったとき、即ち急激な温度変動が生じたと判断されるとき、温度検出レートが最大の第ｎレートに設定される。これにより、急激な温度変動による発振周波数の変動に対して温度補償が追従し、周波数偏差が低減された高精度な発振信号が得られる。

また本実施形態では、温度検出レート制御回路１９０は、温度検出データＥＴＤの変動が、第１閾値より小さい第２閾値以下であるとき、温度検出レートを、第１レート～第ｎレートのうち第ｋレートから第ｋ－１レートに下げる。ｋは２以上ｎ以下の整数である。

本実施形態によれば、現在の温調レートにおける前回の温度補償と今回の温度補償の間に生じる温度変動が小さい、即ち、温度変動に対して温調レートが高すぎると判断されるとき、温度検出レートが１段階下がる。これにより、温度変動による発振周波数の変動に対して温度補償が追従できる範囲で、出来るだけ低い温調レートに設定できる。

また本実施形態では、温度検出レートの初期値は、第ｎレートである。

初期状態においては温度検出データＥＴＤの変動が不明であることから、第ｎレートを初期値にすることで温調開始時から温度補償の追従性を確保できる。また、温度検出データＥＴＤの変動が小さい場合には、上述のように温調レートが適応的に低下する。

また本実施形態では、温度検出レート制御回路１９０は、前回の温度検出データＥＴＤと今回の温度検出データＥＴＤとの差に基づいて、温度検出レートを制御する。

前回の温度検出データＥＴＤと今回の温度検出データＥＴＤとの差は、前回の温度補償と今回の温度補償の間に生じた温度変動を示しており、前回の温度補償と今回の温度補償の間に生じる発振周波数の周波数偏差に関係する。前回の温度検出データＥＴＤと今回の温度検出データＥＴＤとの差に応じて温調レートが制御されることで、前回の温度補償と今回の温度補償の間に生じる発振周波数の周波数偏差が適切な範囲内となるように温調レートが制御される。

また本実施形態では、温度補償回路１３５は、温度検出レートで温度補償を行う。

例えば図４では、ステップＳ６において温度検出と共に温度補償が行われている。また、後述する図７には、温度検出データＥＴＤが更新されたとき調整データＱＣＬが更新されることが、示されている。

本実施形態によれば、温度検出レート制御回路１９０が温度検出レートを制御することで、温度補償のレートである温調レートを制御できる。これにより、温度検出回路１０５が温度を検出してから調整回路１５４が発振周波数を調整するまでの温度補償の全体のレートが制御されるので、温度検出レートが下がったときに温度補償に関わる回路全体の消費電力が低下する。

３．温度検出回路
図６は、温度検出回路１０５の詳細構成例である。図７は、温度検出回路１０５と温度補償回路１３５の動作を示すタイミングチャートである。図６に示すように、温度検出回路１０５は、温度センサー回路１１０と演算回路１２０とレジスター１７０とを含む。

温度センサー回路１１０は、振動子１０の環境温度を測定し、その結果を出力データＴＤとして出力する。出力データＴＤは、回路装置１００の動作温度範囲において、温度に対して単調増加又は単調減少するデータである。温度センサー回路１１０は、リングオシレーター１１２とカウンター１１３とを含む。

図７に示すように、リングオシレーター１１２は、イネーブル信号ＥＮＲのイネーブル期間において発振し、発振信号ＲＮＧＱを出力する。リングオシレーター１１２は、例えば、ＮＡＮＤ回路と、ＮＡＮＤ回路の出力と第１入力の間に直列接続される偶数個のインバーターと、を含む。ＮＡＮＤ回路の第２入力にはイネーブル信号ＥＮＲが入力される。この場合、ハイレベルがアクティブに対応し、イネーブル信号ＥＮＲがハイレベルのときリングオシレーター１１２が発振し、イネーブル信号ＥＮＲがローレベルのときリングオシレーター１１２の発振が停止する。なお、上記構成は一例であって、リングオシレーター１１２の構成は上記に限定されない。

カウンター１１３は、リングオシレーター１１２の発振信号ＲＮＧＱに基づいてカウント動作を行い、カウント値に基づく出力データＴＤを出力する。具体的には、カウンター１１３は、上記イネーブル期間において出力される発振信号ＲＮＧＱのパルス数をカウントし、そのカウント値を出力データＴＤとして出力する。図７では、カウンター１１３は、イネーブル信号ＥＮＲのパルス毎に出力データＴＤ＝ＴＤａ、ＴＤｂ、・・・を時系列に出力する。なお、カウンター１１３は、発振信号ＲＮＧＱに基づいてカウント動作すればよく、例えば発振信号ＲＮＧＱを分周した信号のパルス数をカウントしてもよい。また、カウンター１１３は、カウント値に基づく出力データＴＤを出力すればよく、例えばカウント値を平滑化処理することで出力データＴＤを出力してもよい。

演算回路１２０は、温度センサー回路１１０が出力した出力データＴＤを温度検出データＥＴＤに変換するロジック回路である。温度検出データＥＴＤは、出力データＴＤと同様に温度に対して単調増加又は単調減少するデータであるが、温度検出データＥＴＤの傾きは、温度範囲に応じて出力データＴＤの傾きから変換されている。図７に示すように、演算回路１２０は、温度センサー回路１１０が出力データＴＤａを出力したとき、そのＴＤａを温度検出データＥＴＤａに変換し、温度センサー回路１１０が出力データＴＤｂを出力したとき、そのＴＤｂを温度検出データＥＴＤｂに変換する。なお、変換の詳細は後述する。

レジスター１７０は、演算回路１２０が行う変換のパラメーターを記憶する。演算回路１２０には、レジスター１７０に記憶されたパラメーターが入力され、演算回路１２０は、そのパラメーターに基づいて出力データＴＤを温度検出データＥＴＤに変換する。

温度補償回路１３５は、演算回路１２０が温度検出データＥＴＤａを出力したとき、そのＥＴＤａに基づいて調整データＱＣＬａを出力し、演算回路１２０が温度検出データＥＴＤｂを出力したとき、そのＥＴＤｂに基づいて調整データＱＣＬｂを出力する。このようにして、温度検出レートで温度補償が行われるので、温調レートは温度検出レートと同じである。

図８は、演算回路１２０による変換の一例である。演算回路１２０は、出力データＴＤに係数を乗算すると共にオフセットを加算することで、温度検出データＥＴＤを求める。図８では、演算回路１２０は、温度Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを境に、出力データＴＤに乗算する係数を変えている。その係数は、Ｔａ以下の温度範囲ＴＲＡにおいて１より小さく、Ｔａ以上Ｔｂ以下の温度範囲ＴＲＢにおいて１であり、Ｔｂ以上Ｔｃ以下の温度範囲ＴＲＣにおいて１より大きく、Ｔｃ以上の温度範囲ＴＲＤにおいて更に大きい。温度Ｔａは室温２５度付近に設定されており、室温２５度より高い温度範囲において温度検出データＥＴＤの傾きが大きくなる。

図９は、周波数感度の例を示す。周波数感度は、温度変化に対する発振周波数の感度であり、図９では、出力データＴＤ又は温度検出データＥＴＤが１ＬＳＢ変化したときの周波数偏差で示す。ＦＳは、演算回路１２０により温度データを補正しない場合における周波数感度の特性を示し、ＦＳｃｏｌは、演算回路１２０により温度データを補正した場合における周波数感度の特性を示す。

演算回路１２０により温度データを補正しない場合、室温付近、或いは室温より低い温度範囲において、周波数感度が相対的に低い。このような温度範囲では、温度が変化しても発振周波数が変化しにくいので、温調レートが低い方が、低消費電力化の点で望ましい。一方、室温より高温の温度範囲において、高温になるほど周波数感度が高くなっている。このような温度範囲では、温度が変化すると発振周波数が大きく変化しやすいので、温調レートが高い方が、温度補償の追従性の点で望ましい。

しかし、図８に示す温度センサー回路１１０の出力データＴＤは、室温より低温の温度範囲における傾きが、室温より高温の温度範囲における傾きよりも、相対的に大きい。そうすると、低温において温度変化に対して出力データＴＤが変動しやすくなり、低温において相対的に温調レートが高くなってしまう。

そこで、図８に示すように、演算回路１２０が温度検出データＥＴＤの温度感度を調整することで、室温より高温の温度範囲における温度検出データＥＴＤの傾きを、室温より低温の温度範囲における傾きよりも、相対的に大きくする。これにより、高温において温度変化に対して温度検出データＥＴＤが変動しやすくなり、高温において相対的に温調レートが上がりやすくなる。これにより、室温付近、或いは室温より低温の温度範囲において温調レートが低くなり、室温より高温の温度範囲において温調レートが高くなり、温度変化による周波数変動に対する温度補償の追従性が均一になる。

このことは、演算回路１２０が温度検出データＥＴＤの温度感度を調整することで、周波数感度を均一にしている、と言い換えることもできる。図９に示すように、演算回路１２０により温度データを補正した場合における周波数感度ＦＳｃｏｌは、演算回路１２０により温度データを補正しない場合における周波数感度ＦＳよりも均一になっている。演算回路１２０により温度データを補正しない場合には、周波数感度ＦＳが高い高温領域において、温度補償の追従性を確保するために温調レートを高くする必要がある。本実施形態では、演算回路１２０により温度データを補正することで、高温領域の周波数感度ＦＳｃｏｌが抑えられているため、演算回路１２０により温度データを補正しない場合に比べて温調レートを抑えることができる。これにより、温度補償による消費電力を下げることができる。

以上の本実施形態では、温度検出回路１０５は、温度検出を行う温度センサー回路１１０と、温度センサー回路１１０の出力データＴＤに基づいて、温度感度を調整した温度検出データＥＴＤを出力する演算回路１２０と、を含む。温度検出レート制御回路１９０は、演算回路１２０により温度感度が調整された温度検出データＥＴＤに基づいて、温度検出レートを制御する。

温度検出レート制御回路１９０は、温度検出データＥＴＤの変動に基づいて、温度検出レートを制御する。本実施形態によれば、演算回路１２０が温度検出データＥＴＤの温度感度を調整することで、どの程度の温度変動が生じたときに温度検出データＥＴＤが変動したと判断されるのかが、調整される。上述したように、周波数感度に応じて温度検出データＥＴＤの温度感度を調整しておくことで、周波数感度が高い温度領域において温調レートを高くし、周波数感度が低い温度領域において温調レートを低くできる。これにより、発振周波数を高精度化すると共に温度補償を低消費電力化することが可能となる。

また本実施形態では、発振周波数の温度特性は、第１温度範囲において第１感度を有し、第１温度範囲より低温又は高温の第２温度範囲において、第１感度より高い第２感度を有する。演算回路１２０は、温度検出データＥＴＤの温度感度を、第１温度範囲において第１温度感度に設定し、第２温度範囲において第１温度感度より高い第２温度感度に設定する。

図８の例では、第１温度範囲を温度範囲ＴＲＡ、ＴＲＢ、ＴＲＣのいずれかとしたとき、第２温度範囲は温度範囲ＴＲＤである。また、図９の例では、周波数感度ＦＳが発振周波数の温度特性に対応しており、図８と図９に示すように、温度範囲ＴＲＡ、ＴＲＢ、ＴＲＣのいずれかにおける周波数感度ＦＳが第１感度に対応し、温度範囲ＴＤＲにおける周波数感度ＦＳが、第１感度より高い第２感度に対応する。このとき、図８に示すように、温度範囲ＴＲＡ、ＴＲＢ、ＴＲＣのいずれかにおける温度検出データＥＴＤの温度感度が第１温度感度に対応し、温度範囲ＴＲＤにおける温度検出データＥＴＤの温度感度が第２温度感度に対応し、第２温度感度は第１温度感度より高く設定されている。なお、図８と図９には、第２温度範囲が第１温度範囲より高温である例を示したが、振動子と発振回路が有する発振周波数の温度特性に応じて第２温度範囲が第１温度範囲より低温となってもよい。

本実施形態によれば、周波数感度が高い第２温度領域において温調レートを高くし、周波数感度が低い第１温度領域において温調レートを低くできる。これにより、周波数感度が高い第２温度領域において温度補償の追従性を高めて発振周波数を高精度化すると共に、周波数感度が低い第２温度領域において温調レートを下げて温度補償を低消費電力化できる。

４．演算回路
図１０は、演算回路１２０の詳細構成例である。演算回路１２０は、開始点設定回路ＫＳＡ、ＫＳＢ、ＫＳＣと乗算回路ＭＬＡ、ＭＬＢ、ＭＬＣと加算回路１２６とを含む。

開始点設定回路ＫＳＡは、図８の温度範囲ＴＲＡの開始温度Ｔａを設定する。開始温度Ｔａは、隣り合う温度範囲ＴＲＡとＴＲＢの境界であり、温度範囲ＴＲＡの上限である。具体的には、開始温度Ｔａは、開始温度Ｔａに対応した温度センサー回路１１０の出力データＴＤ＝ＴＤａにより設定される。開始点設定回路ＫＳＡは、ＴＤ≧ＴＤａであるとき差分温度データＫＳＡＱ＝ＴＤ－ＴＤａを出力し、ＴＤ＜ＴＤａであるとき差分温度データＫＳＡＱ＝０を出力する。乗算回路ＭＬＡは、出力データＭＬＡＱ＝－ＫＳＡＱ×ＧＡ＝－（ＴＤ－ＴＤａ）×ＧＡを出力する。ＴＤ＜ＴＤａにおいてＭＬＡＱ＝０である。

開始点設定回路ＫＳＢは、図８の温度範囲ＴＲＣの開始温度Ｔｂを設定する。開始温度Ｔｂは、隣り合う温度範囲ＴＲＢとＴＲＣの境界であり、温度範囲ＴＲＣの下限である。具体的には、開始温度Ｔｂは、開始温度Ｔｂに対応した温度センサー回路１１０の出力データＴＤ＝ＴＤｂにより設定される。開始点設定回路ＫＳＢは、ＴＤ≦ＴＤｂであるとき差分温度データＫＳＢＱ＝－（ＴＤ－ＴＤｂ）を出力し、ＴＤ＞ＴＤｂであるとき差分温度データＫＳＢＱ＝０を出力する。乗算回路ＭＬＢは、出力データＭＬＢＱ＝－ＫＳＢＱ×ＧＢ＝（ＴＤ－ＴＤｂ）×ＧＢを出力する。ＴＤ＞ＴＤｂにおいてＭＬＢＱ＝０である。

開始点設定回路ＫＳＣは、図８の温度範囲ＴＲＤの開始温度Ｔｃを設定する。開始温度Ｔｃは、隣り合う温度範囲ＴＲＣとＴＲＤの境界であり、温度範囲ＴＲＤの下限である。具体的には、開始温度Ｔｃは、開始温度Ｔｃに対応した温度センサー回路１１０の出力データＴＤ＝ＴＤｃにより設定される。開始点設定回路ＫＳＣは、ＴＤ≦ＴＤｃであるとき差分温度データＫＳＣＱ＝－（ＴＤ－ＴＤｃ）を出力し、ＴＤ＞ＴＤｃであるとき差分温度データＫＳＣＱ＝０を出力する。乗算回路ＭＬＣは、出力データＭＬＣＱ＝－ＫＳＣＱ×ＧＣ＝（ＴＤ－ＴＤｃ）×ＧＣを出力する。ゲインＧＣはＧＣ＞０を満たす。ＴＤ＞ＴＤｃにおいてＭＬＣＱ＝０である。

加算回路１２６は、出力データＴＤと出力データＭＬＡＱと出力データＭＬＢＱと出力データＭＬＣＱとオフセット値ＥＱＯＦとを加算し、その結果を温度検出データＥＴＤとして出力する。

温度範囲ＴＲＡでは、ＥＴＤ＝ＴＤ－（ＴＤ－ＴＤａ）×ＧＡ＋ＥＱＯＦ＝（１－ＧＡ）×ＴＤ＋（ＴＤａ×ＧＡ＋ＥＱＯＦ）となり、温度検出データＥＴＤの温度感度が、温度センサー回路１１０の出力データＴＤの温度感度より低くなる。

温度範囲ＴＲＢでは、ＥＴＤ＝ＴＤ＋ＥＱＯＦとなり、温度検出データＥＴＤの温度感度が、温度センサー回路１１０の出力データＴＤの温度感度と同じになる。

温度範囲ＴＲＣでは、ＥＴＤ＝ＴＤ＋（ＴＤ－ＴＤｂ）×ＧＢ＋ＥＱＯＦ＝（１＋ＧＢ）×ＴＤ＋（－ＴＤｂ×ＧＢ＋ＥＱＯＦ）となり、温度検出データＥＴＤの温度感度が、温度センサー回路１１０の出力データＴＤの温度感度より高くなる。

温度範囲ＴＲＤでは、ＥＴＤ＝ＴＤ＋（ＴＤ－ＴＤｂ）×ＧＢ＋（ＴＤ－ＴＤｃ）×ＧＣ＋ＥＱＯＦ＝（１＋ＧＢ＋ＧＣ）×ＴＤ＋（－ＴＤｂ×ＧＢ－ＴＤｃ×ＧＣ＋ＥＱＯＦ）となり、温度検出データＥＴＤの温度感度が、温度範囲ＴＲＣにおける温度感度より更に高くなる。

なお、オフセット値ＥＱＯＦは、動作温度範囲における温度検出データＥＴＤの下限がマイナスとならないように、設定される。即ち、温度検出データＥＴＤの下限がゼロ、又はゼロより大きくなるように、オフセット値ＥＱＯＦが設定される。

図１１は、開始点設定回路ＫＳＡと乗算回路ＭＬＡの詳細構成例である。なお、開始点設定回路ＫＳＢ、ＫＳＣと乗算回路ＭＬＢ、ＭＬＣの構成も同様である。

開始点設定回路ＫＳＡは、加算回路ＡＤａと符号反転回路ＳＲａ１とセレクターＳＬａ１とＲｅＬＵ回路ＲＬａとを含む。ＲｅＬＵはRectified Linear Unitの略である。

加算回路ＡＤａは、温度センサー回路１１０の出力データＴＤにオフセットＯＦＦａを加算する。符号反転回路ＳＲａ１は、加算回路ＡＤａの出力データの符号を反転する。セレクターＳＬａ１は、符号選択信号ＩＳＧａが０のとき、加算回路ＡＤａの出力データを選択し、符号選択信号ＩＳＧａが１のとき、符号反転回路ＳＲａ１の出力データを選択する。ＲｅＬＵ回路ＲＬａは、セレクターＳＬａ１の出力データが０より小さいとき、０を出力し、セレクターＳＬａ１の出力データが０以上のとき、そのデータをそのまま出力する。なお、オフセットＯＦＦａと符号選択信号ＩＳＧａは、レジスター１７０に記憶されている。

図８の例では、オフセットＯＦＦａ＝－ＴＤａ、符号選択信号ＩＳＧａ＝０に設定される。このとき、加算回路ＡＤａの出力データはＴＤ－ＴＤａであり、セレクターＳＬａ１はＴＤ－ＴＤａを選択し、ＲｅＬＵ回路ＲＬａは、ＴＤ－ＴＤａ≧０のときＫＳＡＱ＝ＴＤ－ＴＤａを出力し、ＴＤ－ＴＤａ＜０のときＫＳＡＱ＝０を出力する。温度範囲ＲＴＡの開始温度Ｔａは、オフセットＯＦＦａ＝－ＴＤａによって指定されており、オフセットＯＦＦａの絶対値ＴＤａが、開始温度Ｔａに対応する温度センサー回路１１０の出力データとなっている。以上のようにして、図１０で説明した開始点設定回路ＫＳＡの動作が実現される。

乗算回路ＭＬＡは、ビットシフト回路ＢＳａと符号反転回路ＳＲａ２とセレクターＳＬａ２とを含む。

ビットシフト回路ＢＳａは、開始点設定回路ＫＳＡからの差分温度データＫＳＡＱをビットシフトすることで、差分温度データＫＳＡＱにゲインＧＡを乗算する。ビットシフトのシフト方向とシフト量は、ビットシフト値ＧＡａにより指定される。シフト方向は、ＬＳＢ方向又はＭＳＢ方向であり、シフト量は、シフトさせるビット数である。ビットシフトのゲインＧＡは、ＭＳＢ方向において２、４、８、・・・であり、ＬＳＢ方向において０．５、０．２５、０．１２５、・・・である。またシフト量ゼロのとき、ビットシフトのゲインはＧＡ＝１である。符号反転回路ＳＲａ２は、ビットシフト回路ＢＳａの出力データの符号を反転する。セレクターＳＬａ２は、符号選択信号ＱＳＧａが０のとき、ビットシフト回路ＢＳａの出力データを選択し、符号選択信号ＱＳＧａが１のとき、符号反転回路ＳＲａ２の出力データを選択する。なお、ビットシフト値ＧＡａと符号選択信号ＱＳＧａは、レジスター１７０に記憶されている。

図８の例では、ビットシフト値ＧＡａのシフト方向はＬＳＢ方向に設定される。即ち、ビットシフトのゲインはＧＡ＜１である。また、符号選択信号ＱＳＧａ＝１に設定される。このとき、ビットシフト回路ＢＳａの出力データはＫＳＡＱ×ＧＡであり、セレクターＳＬａ２は－ＫＳＡＱ×ＧＡを選択する。これにより、ＴＤ≧ＴＤａのときＭＬＡＱ＝－（ＴＤ－ＴＤａ）×ＧＡが出力され、ＴＤ＜ＴＤａのときＭＬＡＱ＝０が出力される。以上のようにして、図１１で説明した乗算回路ＭＬＡの動作が実現される。

５．温度補償回路、調整回路及び発振回路
図１２に、温度補償回路１３５及び調整回路１５４の詳細構成例と、振動子１０、発振回路１６０及び調整回路１５４の接続構成例と、を示す。なお、以下ではｎが１以上の整数であり、温度検出データＥＴＤがｎ＋１ビットのデータＥＴＤ［ｎ：０］であるとする。

まず温度補償回路１３５の詳細構成例について説明する。温度補償回路１３５は、記憶回路１３０と補間回路１５２とを含む。

記憶回路１３０は、温度検出データＥＴＤ［ｎ：０］と周波数調整データの対応を表すルックアップテーブル１３１を記憶している。具体的には、記憶回路１３０には、温度検出データＥＴＤ［ｎ：０］の上位ビットＥＴＤ［ｎ：ｉ＋１］がルックアップテーブル１３１のアドレスとして入力される。ｉは１以上ｎ以下の整数である。ルックアップテーブル１３１は、各アドレスに周波数調整データを記憶しており、記憶回路１３０は、上位ビットＥＴＤ［ｎ：ｉ＋１］により指定されるアドレスの周波数調整データＣＬａと、その隣のアドレスの周波数調整データＣＬｂとを出力する。記憶回路１３０は、例えば不揮発性メモリー又はＲＡＭ等の半導体メモリーであり、或いはラッチ回路等で構成されるレジスターである。不揮発性メモリーは、例えばＦＡＭＯＳメモリー等のＯＴＰメモリーであるが、これに限らず、ＭＯＮＯＳメモリー等のＥＥＰＲＯＭ又はヒューズ型ＲＯＭ等であってもよい。ＦＡＭＯＳは、Floating gate Avalanche injection Metal Oxide Semiconductorの略である。ＭＯＮＯＳは、Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Siliconの略である。

補間回路１５２は、温度検出データＥＴＤ［ｎ：０］の下位ビットＥＴＤ［ｉ：０］に基づいて周波数調整データＣＬａと周波数調整データＣＬｂの間を補間することで、調整データＱＣＬを出力する。

ルックアップテーブル１３１に記憶される周波数調整データは、発振回路１６０と振動子１０が有する発振周波数の温度依存性を低減するデータとなっており、周波数調整データを用いて発振周波数が調整されることで、温度に関わらず発振周波数が一定となる。

次に、振動子１０、発振回路１６０及び調整回路１５４の接続構成例について説明する。

振動子１０の一端は端子ＴＸ１に接続され、振動子１０の他端は端子ＴＸ２に接続される。端子ＴＸ１、ＴＸ２は、回路装置１００の端子であり、例えば半導体基板に設けられたパッドである。端子ＴＸ１にはキャパシターＣＸ１の一端が接続され、キャパシターＣＸ１の他端はグランドノードに接続される。端子ＴＸ２にはキャパシターＣＸ２の一端が接続され、キャパシターＣＸ２の他端はグランドノードに接続される。キャパシターＣＸ１、ＣＸ２は、例えば、回路装置１００の外付け部品として設けられる。

振動子１０、発振回路１６０、及びキャパシターＣＸ１、ＣＸ２は、いわゆるコルピッツ型発振回路を構成している。発振回路１６０は、振動子１０の他端から端子ＴＸ２を介して入力される信号ＳＩＮを反転増幅することで駆動信号ＳＤＲを生成し、その駆動信号ＳＤＲを、端子ＴＸ１を介して振動子１０の一端に出力する。発振回路１６０は、例えばインバーターであり、インバーターの入力ノードが端子ＴＸ２に接続され、出力ノードが端子ＴＸ１に接続される。但し、発振回路１６０はこれに限定されず、バイポーラートランジスターを用いた増幅回路等の様々な増幅回路であってよい。発振信号は、例えば駆動信号ＳＤＲである。駆動信号ＳＤＲが図１のクロック信号ＣＬＫとして出力されてもよいし、回路装置１００は、駆動信号ＳＤＲをバッファリング又は分周することでクロック信号ＣＬＫを出力する出力回路を含んでもよい。

次に、調整回路１５４の詳細構成例について説明する。調整回路１５４は、キャパシターアレイ回路ＣＡＣ１、ＣＡＣ２を含む。

キャパシターアレイ回路ＣＡＣ１は、端子ＴＸ１に接続され、キャパシターアレイ回路ＣＡＣ２は、端子ＴＸ２に接続される。以下、キャパシターアレイ回路ＣＡＣ１を例に構成を説明するが、キャパシターアレイ回路ＣＡＣ２も同様の構成である。

キャパシターアレイ回路ＣＡＣ１は、第１～第ｍキャパシターと、第１～第ｍスイッチとを含む。ｍは２以上の整数である。第ｊキャパシターと第ｊスイッチは、端子ＴＸ１とグランドノードの間に直列接続される。ｊ＝１、２、・・・、ｍである。第１～第ｍスイッチの各スイッチは、補間回路１５２からの調整データＱＣＬによりオン又はオフに制御される。これにより、調整データＱＣＬに応じてキャパシターアレイ回路ＣＡＣ１の容量値が制御され、発振周波数が調整される。

以上に説明した本実施形態の回路装置は、振動子を用いて発振信号を生成する発振回路と、温度検出データを出力する温度検出回路と、温度補償回路と、温度検出レート制御回路と、を含む。温度補償回路は、温度検出データに基づいて、発振信号の発振周波数を温度補償する。温度検出レート制御回路は、温度検出回路が温度検出を行う温度検出レートを制御する。温度検出レート制御回路は、温度検出データの変動に基づいて、温度検出レートを制御する。

本実施形態によれば、環境温度が変化したとき、温度検出データの変動に基づいて、温度検出レートが制御される。これにより、様々な要因及びタイミングで生じた温度変動に対して温度補償を追従させることが可能となり、高精度な発振周波数が維持される。また、温度変動が無い又は小さいときには温度検出レートを低下させることが可能なので、発振周波数の高精度化と回路の低消費電力化を両立できる。

また本実施形態では、温度検出回路は、温度検出を行う温度センサー回路と、温度センサー回路の出力データに基づいて、温度感度を調整した温度検出データを出力する演算回路と、を含んでもよい。温度検出レート制御回路は、演算回路により温度感度が調整された温度検出データに基づいて、温度検出レートを制御してもよい。

温度検出レート制御回路は、温度検出データの変動に基づいて、温度検出レートを制御する。本実施形態によれば、演算回路が温度検出データの温度感度を調整することで、どの程度の温度変動が生じたときに温度検出データが変動したと判断されるのかが、調整される。周波数感度に応じて温度検出データの温度感度を調整しておくことで、周波数感度が高い温度領域において温調レートを高くし、周波数感度が低い温度領域において温調レートを低くできる。これにより、発振周波数を高精度化すると共に温度補償を低消費電力化することが可能となる。

また本実施形態では、発振周波数の温度特性は、第１温度範囲において第１感度を有し、第１温度範囲より低温又は高温の第２温度範囲において、第１感度より高い第２感度を有してもよい。演算回路は、温度検出データの温度感度を、第１温度範囲において第１温度感度に設定し、第２温度範囲において第１温度感度より高い第２温度感度に設定してもよい。

本実施形態によれば、周波数感度が高い第２温度領域において温調レートを高くし、周波数感度が低い第１温度領域において温調レートを低くできる。これにより、周波数感度が高い第２温度領域において温度補償の追従性を高めて発振周波数を高精度化すると共に、周波数感度が低い第２温度領域において温調レートを下げて温度補償を低消費電力化できる。

また本実施形態では、温度検出回路は、間欠的な温度検出期間において温度検出を行う間欠動作を行ってもよい。温度検出レート制御回路は、間欠動作のレートを制御することで、温度検出レートを制御してもよい。

本実施形態によれば、間欠動作により温度が検出されることで、間欠的に温度補償が実行される。これにより、温度補償の消費電力が低減される。そして、その間欠動作のレートが、温度検出データの変動に応じて適応的に制御されることで、発振周波数の高精度化と回路の低消費電力化を両立することが、可能となっている。

また本実施形態では、温度検出レート制御回路は、温度検出データの変動が第１閾値以上であるとき、温度検出レートを、第１レート～第ｎレートのうち最も高い第ｎレートに設定してもよい。ｎは２以上の整数である。

本実施形態によれば、温度検出データの変動が第１閾値以上となる温度変動があったとき、即ち急激な温度変動が生じたと判断されるとき、温度検出レートが最大の第ｎレートに設定される。これにより、急激な温度変動による発振周波数の変動に対して温度補償が追従し、周波数偏差が低減された高精度な発振信号が得られる。

また本実施形態では、温度検出レート制御回路は、温度検出データの変動が、第１閾値より小さい第２閾値以下であるとき、温度検出レートを、第１レート～第ｎレートのうち第ｋレートから第ｋ－１レートに下げてもよい。ｋは２以上ｎ以下の整数である。

本実施形態によれば、現在の温調レートにおける前回の温度補償と今回の温度補償の間に生じる温度変動が小さい、即ち、温度変動に対して温調レートが高すぎると判断されるとき、温度検出レートが１段階下がる。これにより、温度変動による発振周波数の変動に対して温度補償が追従できる範囲で、出来るだけ低い温調レートに設定できる。

また本実施形態では、温度検出レートの初期値は、第ｎレートであってもよい。

初期状態においては温度検出データの変動が不明であることから、第ｎレートを初期値にすることで温調開始時から温度補償の追従性を確保できる。また、温度検出データの変動が小さい場合には、上述のように温調レートが適応的に低下する。

また本実施形態では、温度検出レート制御回路は、前回の温度検出データと今回の温度検出データとの差に基づいて、温度検出レートを制御してもよい。

前回の温度検出データと今回の温度検出データとの差は、前回の温度補償と今回の温度補償の間に生じた温度変動を示しており、前回の温度補償と今回の温度補償の間に生じる発振周波数の周波数偏差に関係する。前回の温度検出データと今回の温度検出データとの差に応じて温調レートが制御されることで、前回の温度補償と今回の温度補償の間に生じる発振周波数の周波数偏差が適切な範囲内となるように温調レートが制御される。

また本実施形態では、温度補償回路は、温度検出レートで温度補償を行ってもよい。

本実施形態によれば、温度検出レート制御回路が温度検出レートを制御することで、温度補償のレートである温調レートを制御できる。これにより、温度検出回路が温度を検出してから調整回路が発振周波数を調整するまでの温度補償の全体のレートが制御されるので、温度検出レートが下がったときに温度補償に関わる回路全体の消費電力が低下する。

また本実施形態の発振器は、振動子と、回路装置と、を備える。回路装置は、振動子を用いて発振信号を生成する発振回路と、温度検出データを出力する温度検出回路と、温度補償回路と、温度検出レート制御回路と、を含む。温度補償回路は、温度検出データに基づいて、発振信号の発振周波数を温度補償する。温度検出レート制御回路は、温度検出回路が温度検出を行う温度検出レートを制御する。温度検出レート制御回路は、温度検出データの変動に基づいて、温度検出レートを制御する。

また本実施形態では、温度検出回路は、温度検出を行う温度センサー回路と、温度センサー回路の出力データに基づいて、温度感度を調整した温度検出データを出力する演算回路と、を含んでもよい。温度検出レート制御回路は、演算回路により温度感度が調整された温度検出データに基づいて、温度検出レートを制御してもよい。

また本実施形態では、発振周波数の温度特性は、第１温度範囲において第１感度を有し、第１温度範囲より低温又は高温の第２温度範囲において、第１感度より高い第２感度を有してもよい。演算回路は、温度検出データの温度感度を、第１温度範囲において第１温度感度に設定し、第２温度範囲において第１温度感度より高い第２温度感度に設定してもよい。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本開示の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本開示の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本開示の範囲に含まれる。また回路装置、振動子及び発振器等の構成及び動作等も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１０…振動子、１００…回路装置、１０５…温度検出回路、１１０…温度センサー回路、１１２…リングオシレーター、１１３…カウンター、１２０…演算回路、１２６…加算回路、１３０…記憶回路、１３１…ルックアップテーブル、１３５…温度補償回路、１５２…補間回路、１５４…調整回路、１６０…発振回路、１７０…レジスター、１９０…温度検出レート制御回路、１９１…温調レート生成カウンター、１９２…セレクター、１９３…レート制御回路、１９４…レート設定回路、１９５…温度変動算出回路、１９６…レート制御カウンター、２００…発振器、ＣＬＫ…クロック信号、ＥＮＲ…イネーブル信号、ＥＴＤ…温度検出データ、ＱＣＬ…調整データ、ＲＴ…温度検出レート

Claims (12)

1. 振動子を用いて発振信号を生成する発振回路と、
   温度検出データを出力する温度検出回路と、
   前記温度検出データに基づいて、前記発振信号の発振周波数を温度補償する温度補償回路と、
   前記温度検出回路が温度検出を行う温度検出レートを制御する温度検出レート制御回路と、
   を含み、
   前記温度検出レート制御回路は、前記温度検出データの変動に基づいて、前記温度検出レートを制御することを特徴とする回路装置。
2. 請求項１に記載された回路装置において、
   前記温度検出回路は、
   前記温度検出を行う温度センサー回路と、
   前記温度センサー回路の出力データに基づいて、温度感度を調整した前記温度検出データを出力する演算回路と、
   を含み、
   前記温度検出レート制御回路は、前記演算回路により前記温度感度が調整された前記温度検出データに基づいて、前記温度検出レートを制御することを特徴とする回路装置。
3. 請求項２に記載された回路装置において、
   前記発振周波数の温度特性は、第１温度範囲において第１感度を有し、前記第１温度範囲より低温又は高温の第２温度範囲において、前記第１感度より高い第２感度を有し、
   前記演算回路は、前記温度検出データの前記温度感度を、前記第１温度範囲において第１温度感度に設定し、前記第２温度範囲において前記第１温度感度より高い第２温度感度に設定することを特徴とする回路装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載された回路装置において、
   前記温度検出回路は、間欠的な温度検出期間において前記温度検出を行う間欠動作を行い、
   前記温度検出レート制御回路は、前記間欠動作のレートを制御することで、前記温度検出レートを制御することを特徴とする回路装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載された回路装置において、
   前記温度検出レート制御回路は、前記温度検出データの変動が第１閾値以上であるとき、前記温度検出レートを、第１レート～第ｎレート（ｎは２以上の整数）のうち最も高い前記第ｎレートに設定することを特徴とする回路装置。
6. 請求項５に記載された回路装置において、
   前記温度検出レート制御回路は、前記温度検出データの変動が、前記第１閾値より小さい第２閾値以下であるとき、前記温度検出レートを、前記第１レート～前記第ｎレートのうち第ｋレートから第ｋ－１レート（ｋは２以上ｎ以下の整数）に下げることを特徴とする回路装置。
7. 請求項５又は６に記載された回路装置において、
   前記温度検出レートの初期値は、前記第ｎレートであることを特徴とする回路装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載された回路装置において、
   前記温度検出レート制御回路は、前回の前記温度検出データと今回の前記温度検出データとの差に基づいて、前記温度検出レートを制御することを特徴とする回路装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載された回路装置において、
   前記温度補償回路は、前記温度検出レートで前記温度補償を行うことを特徴とする回路装置。
10. 振動子と、
    回路装置と、
    を備え、
    前記回路装置は、
    前記振動子を用いて発振信号を生成する発振回路と、
    温度検出データを出力する温度検出回路と、
    前記温度検出データに基づいて、前記発振信号の発振周波数を温度補償する温度補償回路と、
    前記温度検出回路が温度検出を行う温度検出レートを制御する温度検出レート制御回路と、
    を含み、
    前記温度検出レート制御回路は、前記温度検出データの変動に基づいて、前記温度検出レートを制御することを特徴とする発振器。
11. 請求項１０に記載された発振器において、
    前記温度検出回路は、
    前記温度検出を行う温度センサー回路と、
    前記温度センサー回路の出力データに基づいて、温度感度を調整した前記温度検出データを出力する演算回路と、
    を含み、
    前記温度検出レート制御回路は、前記演算回路により前記温度感度が調整された前記温度検出データに基づいて、前記温度検出レートを制御することを特徴とする発振器。
12. 請求項１１に記載された発振器において、
    前記発振周波数の温度特性は、第１温度範囲において第１感度を有し、前記第１温度範囲より低温又は高温の第２温度範囲において、前記第１感度より高い第２感度を有し、
    前記演算回路は、前記温度検出データの前記温度感度を、前記第１温度範囲において第１温度感度に設定し、前記第２温度範囲において前記第１温度感度より高い第２温度感度に設定することを特徴とする発振器。

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