JP2975411B2 - 温度補償圧電発振器 - Google Patents

温度補償圧電発振器

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は温度補償圧電償発振器を利用分野とし、特に
温度補償回路の設計及び調整を容易にした温度補償水晶
発振器(以下、温度補償発振器とする)に関する。
(発明の背景) 温度補償発振器は、水晶振動子に起因した周波数温度
特性(以下温度特性とする)を補償して安定な出力を維
持することから、特に、動的環境下での使用が頻繁な種
々の通信機器やデジタル制御機器等に有用される。そし
て、このようなものの一つに、温度に応答した補償電圧
を発振回路の可変容量素子に印加する電圧制御型のもの
がある。
(従来技術) 第4図はこの種の温度補償発振器を説明する図で、同
図(a)は同ブロック図、同図(b)は発振回路の温度
特性図、同図(c)は温度補償回路図である。
温度補償発振器は水晶振動子1に可変容量素子2を接
続した電圧制御型の発振回路3と、温度補償回路4とか
ら構成される。水晶振動子1は例えばATカットとし、発
振回路3はこれに起因した三次曲線状の温度特性をも
つ。温度補償回路4は低温補償網5、中温補償網6及び
高温補償網7の各分割補償網からなる。
各分割補償網5、6、7はそれぞれサーミスタThL、T
hM、ThHとその特性を補正する抵抗R(14)からなる。そ
して、温度変化に応答した補償電圧VCを出力して発振回
路の温度特性を補正する。但し、低温補償網5は温度特
性の低温側極大値t1以下の、中温補償網6は低温側極大
値t1と高温側極大値t2との間の、高温補償網7は高温側
極大値t2以上の温度領域TL、TM、THに特に応答して抵抗
値を変化させる。そして、通常では、温度補償回路4の
各サーミスタTh(LH)及び各抵抗R(14)の値を以
下にして決定していた。
すなわち、温度を掃引して発振回路3の温度特性を実
測した後、この温度特性を補償するための補償電圧VC
決定し、さらにこの補償電圧Vcを得るべくサーミスタTh
および抵抗R値を計算により決定していた。
(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、各分
割補償網5、6、7は各サーミスタTh(LH)の温度
抵抗特性に依存して他の温度領域においてもその温度に
応答した電圧を発生する。したがって、各分割補償網
5、6、7は他の温度領域への影響も含めて全体的な設
計しなければならないので、きわめて複雑な計算を要し
ていた。
そして、実際には、計算による各素子を配置して補償
温度特性を実測し、誤差等も含めて規格を満足するまで
特に抵抗を数度交換して調整していた。さらに、各サー
ミスタTh(LH)はその領域における補償電圧の関係
から特性上の制約が厳しいことに加えて、バラツキが大
きいのでその選定は大変なものであった。
したがって、このようなものでは、生産性を低下させ
る問題があった。
(発明の目的) 本発明は温度補償回路の設計及び調整作業を簡便にし
て生産性を向上する温度補償発振器を提供することを目
的とする。
(発明の解決手段) 本発明は、第1に、前記温度補償回路を、周囲温度に
応答して抵抗値を変化させる温度感応素子と、該温度感
応素子における出力を1次出力としてn次出力まで求め
るn−1個の乗算器と、前記1次出力からn次出力まで
を増幅するn個の増幅器と、該増幅器の出力を制御する
制御抵抗体と、前記増幅器のそれぞれの出力を合成して
出力和とする合成器とから構成したことを、第2に、前
記制御抵抗体の抵抗値を予め設定された記憶回路からの
選択信号により決定したことを解決手段とする。以下、
本発明の一実施例を説明する。
(実施例) 第1図は本発明の一実施例を説明する温度補償発振器
の図である。なお、前従来例図と同一部分には同番号を
付与してその説明は簡略する。
温度補償発振器は、前述同様の電圧制御型の発振回路
3に本発明による温度補償回路8を接続して構成され
る。
温度補償回路8は、温度感応素子9、第1と第2の乗
算器10(ab)、第1から第3の増幅器11(abc)、電圧
源12、第1から第4の制御抵抗体13(abcd)、合成器1
4、記憶回路15、及び制御回路16からなる。
温度感応素子9は例えば半導体温度センサからなる。
そして、補償温度領域内にて直線性をもった検出電圧
(以下1次の検出電圧とする)VS1(t)を出力する。
乗算器10aは1次の検出電圧VS1(t)をそれぞれ入力し
て自乗し、2次の検出電圧VS2(t)を得る。乗算器10bは
一方の1次の検出電圧VS1(t)を、他方に2次の検出電圧
VS2を入力して3次の検出電圧VS3(t)を得る。
第1から第3の増幅器11(abc)は1次から3次の検
出電圧VS(13)(t)に応答してそれぞれ増幅する。な
お、各増幅器11(abc)の出力電圧をそれぞれ1次から
3次の分割補償電圧V′S(13)(t)とする。
第1制御抵抗体13aは電圧源12の基準電圧(0次の分
割補償電圧V′S0に相当する)を設定する。また、第2
から第4の制御抵抗体13(bcd)は各増幅器11(abc)の
1次から3次の分割補償電圧V′S(13)(t)をそれぞれ
制御する。
合成器14は0次から3次の分割補償電圧V′S(0
3)(t)を加算してその和(出力和)を補償電圧VS(t)とす
る。
各制御抵抗体13(abcd)は外部からの選択信号(デジ
タル値)によりその抵抗値を決定される。例えば第2図
に示したように、複数の分割抵抗r(1n)を接続し、選
択器17により接続点を切り換えられて抵抗値を選択され
る。選択器17は選択信号Pにより動作する。
記憶回路15は各制御抵抗体13(abcd)の抵抗値を最適
値とする選択信号(選択特定信号)P0を制御回路16によ
り記憶する。そして、発振器の動作中、選択特定信号P0
を制御回路16に経て送出し、制御抵抗体の抵抗値を最適
値に設定して維持する。
このようなものでは、例えば第3図に示したように、
発振回路3の温度特性を補償する、概略、係数を逆とし
た補償電圧温度特性(以下補償電圧特性とする)を実測
により予め求める。補償電圧特性は次の多項式で示さ
れ、0から3次の分割補償電圧特性の和として近似され
る。
vs(t)≒A0v0+A1vs1(t)+A2vs1 2 (t)+A3vs 3 (t) したがって、上式の係数A0、A1、A2、A3を可変利得
率、v0を前述した電圧源12、vs1(t)をサーミスタ9の1
次検出電圧VS1(t)とすれば、上記構成のものでは各次数
時の求めるべき電圧を得ることができる。すなわち、各
制御抵抗体13(abcd)の抵抗値を制御することにより、
各分割補償電圧V′S(03)(t)を上式のA0v0、A
1vs1(t)、A2vs1 2 (t)、A3vs13(t)に一致させ得る。
ちなみに、制御抵抗体13(abcd)の抵抗値及びその抵
抗値に応答する選択特定信号P0は次の調整機構により決
定される。
すなわち、調整機構は、温度補償発振器に、周波数カ
ウンタ18と、補償情報等を蓄積してプログラミングされ
たコンピュータ19とを接続してなる。
動作を概説すると、コンピュータ19は周波数カウンタ
18の各温度時の周波数値から補償電圧特性を求め、前記
多項式中における各次数時の分割補償電圧特性を決定す
る。そして、各制御抵抗体13(abcd)の抵抗値を決める
抵抗設定信号を制御回路16へそれぞれ送出する。制御回
路16は各抵抗設定信号に基づいて、これに応答する選択
信号Pをそれぞれ選択し、各制御抵抗体13(abcd)の抵
抗値を決定する。但し、抵抗値は、周波数を検出して比
較し、所定(規格内)の温度特性となるまで、繰り返し
て微調整される。そして、選択信号Pの最適値を選択特
定信号P0とする。
次に、制御抵抗体13(abcd)の抵抗値が最適値となる
と、コンピュータ19が書き込み信号を制御回路16に送出
し、記憶回路15に選択特定信号P0を書き込む。この書き
込み後、コンピュータ19及び周波数カウンタ18は温度補
償発振器から除去される。そして、記憶回路15はこれを
記憶保持し、これ以降において前述したように制御回路
16を経て制御抵抗体13(abcd)の最適の抵抗値を選定す
る。
このような構成の温度補償発振器では、温度感応素子
9は補償温度領域内で直線性をもったものであれば一つ
で済む。そして、その出力は増幅器11(abc)により制
御されるので、特にバラツキも含めて特性上の制約を受
けない。また、この実施例では、各制御抵抗体13(abc
d)は外部からの選択信号Pによりその抵抗値を決定さ
れるので、従来例のように固定抵抗を交換する必要もな
く、生産性を向上できる。また、調整用の固定抵抗を不
要とするので、増幅器等11(abc)を含む制御抵抗体13
(abcd)をIC化して小型化を促進できる。
(他の事項) なお、上記実施例では、制御回路16は、温度補償発振
器内の記憶回路15に接続して説明したが、調整機構とし
て調整時にのみ使用し、通常は記憶回路15からの選択特
定信号P0により直接制御抵抗体13(abcd)の抵抗値を選
定するようにしてもよい。また、制御抵抗体13(abcd)
の微調整は発振回路の周波数を検出して直接的に行った
が、各次数時の分割補償電圧V′S(03)(t)を検出して
比較してもよい。また、制御抵抗体13(abcd)は抵抗r
(1n)と選択器17とから形成したが、基本的にはデジタ
ル信号により機械的あるいは電子的なスイッチによりそ
の抵抗値の選択されるものであればよい。また、各次数
時の分割補償電圧は各々の増幅器により得たが、1次乃
至3次の検出電圧を単に制御抵抗体により比例制御して
例えば合成器により一括して増幅してもよいものであ
る。
(発明の効果) 本発明は、温度補償回路を、周囲温度に応答して抵抗
値を変化させる温度感応素子と、該温度感応素子におけ
る出力を1次出力としてn次出力まで求めるn−1個の
乗算器と、前記1次出力からn次出力までを増幅するn
個の増幅器と、該増幅器のそれぞれの出力を制御する制
御抵抗体と、前記増幅器のそれぞれの出力を合成して出
力和とする合成器とから構成したので、生産性を向上す
る温度補償発振器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を説明する調整機構を含む温
度補償発振器のブロック図、第2図は同実施例に使用さ
れる制御抵抗体の模式図、第3図は補償電圧特性であ
る。 第4図は従来例を説明する温度補償発振器の図で、同図
(a)はブロック図、同図(b)は温度特性図、同図
(c)は温度補償回路図である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】温度補償回路からの補償電圧を可変容量素
    子に印加して発振回路におけるn次状曲線の周波数温度
    特性を補償した温度補償圧電発振器において、 前記温度補償回路は、 周囲温度とは無関係に出力を一定としてこれを0次出力
    とする電圧源と、 周囲温度に応答して出力を変化させる温度感応素子と、 該温度感応素子における出力を1次出力としてn次出力
    まで求めるn−1個の乗算器と、 前記0次出力からn次出力までの出力レベルを制御する
    とともに、その抵抗値を選択特定信号により決定される
    制御抵抗体と、 前記選択特定信号を記憶する記憶回路とを具備し、 前記0次出力からn次出力を合成して前記補償電圧とし
    たことを特徴とする温度補圧電償発振器。
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