JP4656103B2 - 発振器と、これを用いた受信装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、発振信号を発振する発振器と、これを用いた受信装置及び電子機器に関する。

以下、従来の基準発振器１００に関して、図７を用いて説明する。図７で振動子１０１は、例えば、ＡＴカット水晶振動子である（以下、振動子１０１と呼ぶ）。そして、振動子１０１に並列接続されたドライバ回路１０２は、例えば、ＣＭＯＳインバータで構成されている。また、水晶振動子１０１とグランドに対して、負荷容量１０３、１０４が接続されている。一般に、携帯電話などの通信機器や、テレビ受像機などの高周波受信装置の基準周波数として用いられる基準発振器は、環境に対する周波数安定性が求められる。その中でも、特に、温度変化に対しての周波数安定性は重要な性能の一つであり、例えば、テレビ受像機では、使用温度範囲内において、少なくとも±６０ｐｐｍ以下の安定性が求められている。このような性能を出すには、前記の基準発振器１００の構成が有用であり、高精度の周波数安定性が求められる装置において、水晶からなる振動子１０１は必須のデバイスであった。しかしながら、水晶からなる振動子１０１は、所定のカットに切断された水晶片の一部を保持し、振動部を中空に浮かす構造を取るため、小型化が困難という課題があり、加えて上記構造のためデバイスを個々に製造する必要があり、低コスト化が困難といった課題があった。

近年、前記の水晶からなる基準発振器１００の欠点を補うため、半導体製造プロセスを利用したシリコン振動子を用いた発振器が発表されている。シリコン振動子を用いた基準発振器は図７と同様に構成されるが、シリコン材料は温度係数が大きいため、温度変化と共に発振周波数が変化する。そこで温度センサー部を用いて周囲温度変化を検出し、周波数を一定値とする制御（以下、温度補償制御）が従来は行われていた。シリコン振動子を用いた従来の発振器２０１について、図８を用いて説明する。図８において、従来の発振器２０１は、基準発振信号を生成する基準発振器２０２と、この基準発振器２０２から出力された基準発振信号を基に局部発振信号を出力するシンセサイザ部２０４と、温度を検出する温度センサー部２０５と、この温度センサー部２０５の検出結果に基づいてシンセサイザ部２０４から出力される局部発振信号の周波数調整を行う制御部２０６とを備える。

この制御部２０６により、温度センサー部２０５による基準発振器２０２の温度検出結果に基づいてシンセサイザ部２０４の出力周波数を調整する制御（以下、温度補償制御）を行っていた。

この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
米国特許第７１４５４０２号明細書

シリコン振動子を用いた従来の発振器２０１において、基準発振器２０２に含まれるシリコン振動子（図示せず）の温度係数が３０ｐｐｍ／℃と大きい場合のため、制御部２０６が温度センサー部２０５の検出結果に応じて出力する周波数調整量はこれに関連して大きな値となり、その結果前記シンセサイザ部２０４が出力する局部発振信号の周波数変動量が大きくなる。一方、高周波受信装置においては、発振器が出力する信号から変換して得られる局部発振信号を用いて、受信した高周波信号を周波数変換して中間周波数信号とし、後段にて復調処理を行うが、この中間周波数信号の周波数は変動がなく安定していることが求められる。従って高周波受信装置の発振器として用いた場合には、温度補償制御の結果として中間周波数信号の周波数が変動するため、復調部が復調処理をすることができなくなる問題がある。従って、温度係数の大きな振動子を用いた発振器は、温度補償制御回路を付加した場合であっても、温度補償制御に伴う周波数変動が問題とならないマイコン用クロックなどの特定分野にしか用いることができず、携帯電話や放送受信チューナーなどの高周波受信装置の分野には用いることができなかった。

そこで、本発明は、温度係数が大きくとも高周波受信装置に適応することができる発振器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の発振器は、前記周波数変換器の出力側に接続された復調部の周波数変動追従性をｆｖとすると、制御部による前記シンセサイザ部の周波数調整単位ｆｓｔｅｐを、復調部の引き込み範囲よりも小さく、かつ、周波数変動追従性ｆｖより小さくした構成とする。

上記構成により、発振器の温度補償制御と高周波受信装置の受信処理を両立させることができ、温度係数の大きい発振器を高周波受信装置に適応することが可能になった。

（実施の形態１）
以下、本発明における実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１における発振器を搭載した受信装置のブロック図である。

図１において、発振器１は、基準発振信号を生成する基準発振器２と、基準発振器２から出力された基準発振信号を基に局部発振信号を生成し周波数変換器３に入力するシンセサイザ部４と、温度を検出する温度センサー部５と、温度センサー部の検出結果に基づいてシンセサイザ部４から出力される局部発振信号の周波数調整を行う制御部６とを有する。また、この発振器１を搭載した受信装置９は、発振器１と、高周波信号を受信する受信部７と、発振器１及び受信部７に接続され中間周波数信号を生成する周波数変換器３と、中間周波数信号を復調する復調部８とを有する。

この構成において、制御部６は温度センサー部５の温度検出結果を用いて周波数調整量を算出し、シンセサイザ部４を制御する。この結果、基準発振器２に含まれる振動子の温度係数が大きい場合でも所定の温度範囲においてシンセサイザ部４の周波数変動量を所望の範囲内に抑えることができる。例えば、振動子の温度係数が３０ｐｐｍ／℃の場合、上述の温度センサー部を用いた制御がない場合には、−４０℃から８０℃の温度範囲では３６００ｐｐｍの周波数変動となる。これはシンセサイザ部４の出力を例えば１ＧＨｚとすると（以下、シンセサイザ部４の出力を１ＧＨｚとして説明する）、３６００ｋＨｚもの周波数変動量となる。これに対し、温度センサー部５を用いて適切に制御を行うと、現状では、例えば、０．６ｐｐｍ／℃以下（シンセサイザ部４の出力に換算して６０ｋＨｚ）に抑えることができ、これにより−４０℃から８０℃の温度範囲で周波数変動を７２ｐｐｍ（±３６ｐｐｍ、０．６ｐｐｍ／℃×１２０℃）に抑えることが可能となる。しかし、前記発振器１を用いて高周波受信機を構成した場合、受信期間中に数ミリ秒、或いは、数秒オーダの期間で受信不可となる状態が頻発する現象を確認した。

これは、以下のことが原因である。従来の発振器１において、制御部６は温度センサー部５の検出結果に基づいて周波数調整量を出力するため、基準発振器に含まれる振動子（図示せず）の温度に対する共振周波数の変化の割合（以下、周波数温度係数）が大きい場合は、制御部６が出力する周波数調整量はこれに依存して大きくなる。例えば、共振子をシリコン振動子とした場合を考える。シリコン振動子は周波数温度係数が３０ｐｐｍ／℃であるため、ある瞬間に温度が０．１℃変化すると、３ｐｐｍだけ共振周波数が変化することになる。温度センサー部５はこの温度をセンシングし、制御部６へ情報を伝達する。制御部６からの情報を基に、シンセサイザ部４は３ｐｐｍだけ周波数をシフトさせる。ここで、本実施の形態ではシンセサイザ部４の出力信号を周波数変換器３に入力する構成としているが、シンセサイザ部４の出力信号を更に第２シンセサイザ部（図示せず）に入力し、この第２シンセサイザ部の出力信号を周波数変換器３に入力してもよい。どちらの場合も、結果として、周波数変換器３に入力される局部発振信号の周波数が、ある瞬間に３ｐｐｍ分だけ急激に変化したことになる。受信部７が出力する受信信号の周波数を５００ＭＨｚとした場合、３ｐｐｍの周波数変化は１．５ｋＨｚに相当し、これはそのまま周波数変換器３が出力する中間周波数信号の変化量となる。つまり、制御部６の周波数調整に起因して復調部８に入力される中間周波数信号が１．５ｋＨｚ変動することになる。この変動に対して復調部８は、瞬間的には追従することができず受信エラーとなる。この後、しばらくすると復調部８の内部におけるＡＦＣ（Ａｕｔｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｏｒｌ）が作動し、受信状態は回復する。なお、この回復までの時間は復調部８の構成により異なる。

しかしながら、中間周波数信号の周波数変動により必ず受信エラーが発生するというわけではなく、この周波数変動量が所定値以下であれば受信エラーは発生しない。つまり、復調部８は瞬間的な周波数変動に対する耐性量を有する（以下、周波数変動追従耐性ｆｖ）。

復調部８の周波数変動追従耐性ｆｖを決定する要因としては、まず第１に、復調部８のドップラー耐性ｆｄ１が挙げられる。また、ドップラー耐性ｆｄ１はレイリーフェージング耐性とも呼ばれ、主としてシステムの変復調方式や復調部８の内部処理における波形等化方式に依存する。一般に、システムの変復調方式をドップラー耐性の大きい方式とするとデータ伝送速度を犠牲にし、復調部８においてもドップラー耐性を上げるためには回路規模増大、或いはＡＷＧＮ（白色雑音）特性劣化とのトレードオフとなることが多い。例えば、本実施の形態で用いた受信装置９のドップラー耐性が約１００Ｈｚとすると、受信装置９が１ＧＨｚ程度の周波数を受信する場合には、受信装置９が約時速１００ｋｍで動いても復調部８が入力信号を復調することができる。ドップラー現象に起因する受信信号の周波数変動量は、周波数変換器３が出力する中間周波数信号の周波数変動量となるため、この量がｆｄ１より小さければ、復調部８は入力信号を復調することができる。ここで、復調部８から前段を見ると、周波数変換器３に入力される局部発振信号の周波数変動量と周波数変換器３が出力する中間周波数信号の変動量とは等価であるため、局部発振信号の周波数変動が瞬時に発生しても、この変動量がｆｄ１より小さければ、復調部８は入力信号を復調することができる。

復調部８の周波数変動追従耐性ｆｖを決定する要因として、第２に、前述のＡＦＣの追従性が挙げられる。ＡＦＣは受信部７が出力する受信信号の周期に基づき、復調部８に入力される中間周波数信号の周波数偏差を検出して補正する。例えば、日本のデジタル放送（ＩＳＤＢ−Ｔ）においては、放送信号は約１ミリ秒周期のシンボル単位で構成されている。復調部８は中間周波数信号を内部のＮＣＯ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）部（図示せず）を用いてベースバンド信号に変換し、ＩＳＤＢ−Ｔで定められるガードインターバル信号を用いて前述のシンボル周期を抽出する。ここでＮＣＯは初期値として予め定めた中間周波数信号の周波数に設定するが、中間周波数信号が周波数偏差を有する場合には、ＮＣＯの出力であるベースバンド信号に周波数偏差が生じ、前述のシンボル周期に偏差が生じる。そこで抽出したシンボル周期が所定の値となるようにＮＣＯの設定値を補正することにより、中間周波数信号の偏差を補正することができる。検出及び補正ができる周波数範囲（引き込み範囲）は広範囲（例えば数十ｋＨｚ）とすることが可能だが、ＡＦＣによる周波数補正量を安定させるためには受信信号周期ごとの補正量を積分処理する必要があるため、受信信号周期に対して追従時間は長くなる。従って、ＡＦＣが追従するまでの間は受信エラーとなる。以上より発振器１の温度補償制御に起因する局部発振信号の周波数変動量がｆｄ１を超える場合は受信エラーが発生し、ＡＦＣの積分処理の重みパラメータで決まる追従時間が経過すれば再び受信できるようになる。

復調部８の周波数変動追従耐性ｆｖは、主として以上説明した要因で決定されるが、それぞれシステムの変復調方式や復調部８をはじめとした高周波受信装置の構成に依存する。

本発明は、この周波数変動追従耐性ｆｖに着目し、制御部６によるシンセサイザ部４の周波数調整単位ｆｓｔｅｐをｆｖより小さい値とする。これにより、復調部８に入力される中間周波数の周波数変動量は周波数変動追従耐性ｆｖより小さい値となり、復調部８はこの周波数変動に耐性を有し、温度補償制御に伴う受信エラーをなくすことが可能となる。また上記説明より、少なくとも、周波数変動追従耐性ｆｖ≦ドップラー耐性ｆｄ１となることから、設計初期の段階で周波数変動追従耐性ｆｖが決定できない場合も、少なくとも周波数調整単位ｆｓｔｅｐをドップラー耐性ｆｄ１より小さい値とすることで、受信エラーの発生を抑制することが可能である。

さらに、シンセサイザ部４の単位時間当たりの周波数調整回数をＮ、局部発振信号の単位温度当たりの周波数変動量ΔＦ、基準発振器の単位時間当たりの温度変化量ΔＴとすると、（式１）の関係式を満たすことにより基準発振器の温度変化に対して遅れることなく周波数調整を行うことができる。

Ｎ＊ｆｓｔｅｐ ＞ ΔＦ＊ΔＴ ・・・（１）
上述の例を用いて具体的に説明すると、基準発振器の１℃当たりの周波数変動量は３０ｐｐｍなのでシンセサイザ部４の出力では１℃あたり３０ｋＨｚとなり（ΔＦ＝３０ｋＨｚ）、１秒間に０．１℃変化した場合（ΔＴ＝０．１℃）には３ｋＨｚの周波数変動が発生することになる。これに対し、周波数調整単位ｆｓｔｅｐを１００Ｈｚとすると、Ｎ＞３０とすることで（式１）を満たす。つまり、１秒間に３０回以上の周期で周波数調整を行うように制御部６を構成することで復調部８にて復調エラーを起さず、かつ温度変化に対して遅れることなく周波数調整を行うことが可能となる。またこの構成とすることにより、複雑な制御をすることなく、装置、特に、制御部の単純化を図ることができる。

また、上記においては、受信装置９のみの説明を行ってきたが、受信装置９の出力側に接続された表示部（図示せず）、受信装置９の近傍に配置された送信装置（図示せず）、受信装置に電力を供給する電池（図示せず）などが付加された、電子機器、例えば、携帯電話などにこの受信装置９を適応した場合には、本発明の発振器１はその効果をよりいっそう発揮させることになる。前記した、表示部や送信装置、電池などは、その０ｎ／０ｆｆによって、周囲の温度変化に大きく影響を与えてしまう。例えば、本実施の形態の受信装置を完全に単体で使用した場合は、使用時に、０．０５〜０．１℃／ｓｅｃであった温度変化が、通信装置の構造にすることで、０．１〜０．３℃／ｓｅｃとなり、その影響は、倍以上となった。これにより、発振器１が表示部等を有さない受信装置に搭載される場合よりも、表示部等を有する電子機器に搭載される場合の方が、時間当たりにおけるシンセサイザ部４の出力の周波数変動量が大きくなることになる。シンセサイザ部４の出力の周波数変動量が大きくなると、必然的に、一回あたりの周波数調整量が大きくなり、受信エラーの発生確率が高くなり、また受信エラーの継続時間が長くなる。本実施の形態では、前記したｆｓｔｅｐ≦ｆｄの関係を維持したまま調整を行うため、時間当たりの温度変化に依存することなく受信エラーの発生がない状態で受信可能となる。また、同時に、（式１）を用いることで、温度変化に対して、遅延なく、周波数調整を行うことが可能となり、本実施の形態の効果がいっそう発揮されることとなる。更に、電子機器に受信装置外部の基準発振器が設けられている場合には、受信装置には基準発振信号の入力端子を設け、受信装置外部の基準発振器を使用する構成とすることにより、電子機器の小型化及び低価格化を図ることができる。

以上説明したように、本発明の受信装置９を電子機器に搭載することにより、よりいっそう効果が発揮される。さらに、本発明の発振器は受信装置用のみならず、送信装置の発振器としても有用である。つまり、発振器の温度補償制御に起因する周波数変動が送信装置側で発生した場合には、この送信装置からの送信信号を受信した受信装置においても上記と同様の問題が生じる。従って、送信装置側での発振器の温度変化にともなう周波数調整量を、受信装置のドップラー耐性よりも小さい単位で行うことにより、送受信エラーなく通信を行うことが可能となる。

なお、本実施の形態では、周波数温度係数が、０．６ｐｐｍ／℃以下となる発振器を用いているが、高周波受信機に必要な周波数変動量によって、必要な周波数温度係数は変わる。本実施の形態では、高周波受信装置における局部発振器の周波数安定性の目標値を、求められる安定性である±６０ｐｐｍに対してマージンを考慮した±４０ｐｐｍとしたため、前記の０．６ｐｐｍ／℃の発振器を用いた。また、当然であるが、それ以上、周波数安定性が良い発振器を用いても良い。なお、他の例として、周波数安定性の目標値を±６ｐｐｍとした場合では、少なくとも、０．１ｐｐｍ／℃の発振器となるように、制御する必要がある。

なお、本実施の形態では、使用温度変化が０．０５〜０．１℃／ｓｅｃとしたが、これは、その装置が使用される環境、装置の構造によって変わるので、各々の場合で最適な設計を行えば良い。また、制御部６は発振器に含まれる必要はなく、受信装置９の具体的構成に合わせて復調部８に含まれてもよいし、さらに後段に接続されるマイコンから制御を行ってもよい。さらに、周波数変換器に入力するための信号を生成するシンセサイザ部４を基準発振器２と直接接続した構成として説明したが、システム要求に対して、基準発振器２の温度に対する発振周波数の変動が大きい場合などでは、基準発振器の後に、第１のシンセサイザを設け、更に、その出力を基準信号として、第２のシンセサイザを設け、その出力を周波数変換器３へ入力しても良い。また、周波数変換器３の出力信号に対してフィルタを有する場合には、制御部６による周波数調整の実施時に、フィルタのカットオフ周波数を調整してもよい。これにより、周波数変換器３の出力信号の周波数が変化した場合でも受信信号帯域の全部または一部がフィルタにより減衰されるのを防ぐことができる。

（実施の形態２）
以下、本発明における実施の形態２について説明する。図２は、本発明の実施の形態２における発振器を搭載した受信装置のブロック図である。

図２において、発振器１は、基準発振信号を生成する基準発振器２と、基準発振器２から出力された基準発振信号を基に局部発振信号を生成し周波数変換器３に入力するシンセサイザ部４と、シンセサイザ部４の出力周波数を調整する制御部６とを有する。また、この発振器１を搭載した受信装置９は、発振器１と、高周波信号を受信する受信部７と、発振器１及び受信部７に接続され中間周波数信号を生成する周波数変換器３と、中間周波数信号を復調する復調部８と、周波数変換器３の出力と所望の中間周波数との差分を検出する差分検出部１０とを有し、この差分検出部１０の出力は制御部６に接続されている。尚、差分検出部１０は、基準発振器２の出力、又はシンセサイザ部４の出力と、各々に対応する所望の周波数との差分を検出しても良い。

この構成において、制御部６は差分検出部１０の出力が０となるようにシンセサイザ部４の出力周波数を調整するが、実施の形態１に記載したように、復調部８の短期周波数追従耐性を超える量を瞬時に調整すると復調エラーとなるので、シンセサイザ部４の周波数調整単位ｆｓｔｅｐをｆｄより小さい値とすることによりこの問題を回避することが可能となる。またシンセサイザ部４の単位時間当たりの周波数調整回数をＮ、局部発振信号の単位温度当たりの周波数変動量ΔＦ、差分検出部１０が出力する単位時間当たりの差分をｄとすると、（式２）の関係式を満たすことにより所望の中間周波数に対するシンセサイザ部４の出力周波数変動に追従して周波数調整を行うことができる。

Ｎ＊ｆｓｔｅｐ ＞ ｄ ・・・（２）
以上説明した構成により、以下のような効果がある。例えば、実施の形態１で説明した構成では、温度センサー部が必要となるが、この温度センサー部５の温度と基準発振器２の温度とを極力近付ける為、基準発振器２を温度センサー部５の近くに設ける必要がある。基準発振器２と温度センサー部５が同一のＩＣ内に作りこまれている場合には、より近傍に、配置する必要があり、回路設計上の制約となる。また、基準発振器２と温度センサー部５が別々のＩＣとして実装されている場合には、両者をより近傍に配置する必要がある。最も近接して配置する場合、基準発振器２が温度センサー部５の上部に位置されるように段積みする配置が考えられるが、ＩＣの高さが高くなってしまう等の不具合を生じる。また、横に配置する場合は基準発振器２の温度と温度センサー部５の検出する温度に差が生じる場合がある。加えて、基準発振器２を含むチップと温度センサー５を含むチップの大きさが異なることから、必要以上に全体のサイズが大きくなる場合がある。本実施の形態を用いることで、温度センサー部５を必要とせず、発振器１を小型化することができ、前記の課題を解決することができる。

（実施の形態３）
以下、本発明における実施の形態３について説明する。図３は、本発明の実施の形態３における発振器を搭載した受信装置のブロック図である。

図３において、発振器１は実施の形態１と同様の構成を有し、シンセサイザ部４は基準発振器２の出力が接続されたＭ分周器１１と、このＭ分周器１１及び後述のＮ分周器１３の出力が接続された位相検出器１２と、位相検出器１２の出力が接続されたフィルタ１５と、このフィルタ１５の出力が接続されたＶＣＯ１４と、このＶＣＯ１４の出力が接続されたＮ分周器１３とを有する。また制御部６の出力端子はＮ分周器１３に接続されている。なお、制御部６には温度センサー部５が接続される例としているが、実施の形態２の差分検出部１０が接続される構成としてもよい。

この構成において、Ｍ分周器１１は基準発振器２の出力を１／Ｍに分周し、Ｎ分周器１３はＶＣＯ１４の出力を１／Ｎに分周し、位相検出器１２はＭ分周器１１とＮ分周器１３の出力の位相を比較し、位相差が０となるようにＶＣＯ１４の周波数を制御する。ここで、Ｍ分周器の分周比Ｍ及びＮ分周器の分周比Ｎを設定することにより、（式３）に従ってシンセサイザ部４の出力する局部発振信号の周波数ｆｏｕｔを決定することができる。

ｆｏｕｔ＝（Ｎ／Ｍ）＊ｆｉｎ ・・・（３）
ここで、ｆｉｎは基準発振器２の出力信号の周波数である。また、分周比Ｎは小数設定することができるように構成することができる。

例えば、ｆｉｎが２０ＭＨｚ、分周比Ｍが２、所望の周波数調整単位ｆｓｔｅｐが１００Ｈｚとすると、分周比Ｎの最小設定単位を１０＾−５（＝１００＊２／（２０＊１０＾６））とするように構成すればよい。

以上より、分周比Ｎおよび／または分周比Ｍの設定単位を適切に設計することにより、復調部８の周波数変動追従性ｆｖより小さい単位でシンセサイザ部４の出力周波数を変えることができる。なお、受信装置９の構成によってはシンセサイザ部４と周波数変換器３の間に分周器が配置される場合があるが、この分周器をｆｓｔｅｐ単位で制御することによっても本発明の目的を達することができる。

なお、制御部６が周波数調整をする際に、フィルタ１５の時定数を大きくしてもよい。これによりＶＣＯ１４への入力電圧の変化を所定の範囲内に抑えることができ、その結果シンセサイザ部４の出力周波数の変化を所定の範囲内に抑えることができる。

また、ＶＣＯの容量値を切替える、或いはＶＣＯに印加する制御電圧のオフセット値を制御することによってもシンセサイザ部４の出力周波数を変えることが可能である。これらの場合には、容量値の切り替え単位、或いは制御電圧のオフセット値の設定分解能を適当な値とすることにより、シンセサイザ部４の出力周波数をｆｓｔｅｐ単位で変えることが可能となる。

（実施の形態４）
以下、本発明における実施の形態４について説明する。図４は、本発明の実施の形態４における発振器を搭載した受信装置のブロック図である。

図４において、発振器１は実施の形態１と同様の構成を有し、制御部６は温度センサー部５の出力が接続された積分器１６と、積分器１６の出力が接続された演算器１７とを有する。この構成において、制御部６がシンセサイザ部４の周波数調整単位ｆｓｔｅｐ以下となるように周波数調整を行うことができることを説明する。

図５は温度センサー部５の出力、及び積分器１６の出力の時間変化を示している。温度センサー部５はセンサー部（図示せず）にて検出した温度に対して所定の電圧を出力する。一般に温度変化に対する温度センサー部の追従性は十分早いので、急激に温度が変化した場合の出力電圧は図５に示す点線のようになる。つまり、時間（横軸）に対して出力電圧（縦軸）が急激に立ち上がる。制御部６では、この出力電圧を演算器１７にて所定の周波数調整量に換算し、シンセサイザ部４を制御するが、前記したような急激に温度が変化した場合には、急激に周波数も変化させるように制御が行われることになり、復調部８が追従できないという課題が発生する。本実施の形態では、所定の時定数を有した積分器１６を通すことにより、この急激な温度変動が起こった場合に、急峻に立ち上がる出力電圧を、復調部８が追従できるレベルまで緩やかに変動するよう制御する（図５の実線）。つまり、単位時間当たりに、シンセサイザ部４により調整される周波数量をｆｓｔｅｐ以下とする。

なお、この積分器は抵抗、コンデンサ、インダクタやＯＰアンプ等の組み合わせからなるアナログ回路で実現してもよいし、温度センサー部５の出力電圧をＡ／Ｄ変換器を用いてデジタル変換後にデジタル演算により、積分動作をするような回路構成としてもよい。また積分器１６と演算器１７の配置を逆にし、演算器１７の出力である周波数調整量に対して積分処理を施すことによっても同一の目的を達成することができる。

また、積分器１６と演算器１７の間にメモリ（図示せず）および比較器（図示せず）を設け、積分器１６の出力電圧とメモリ保持した前回出力電圧との差分が、所定の閾値を超えた場合にのみ、演算器１７の出力を更新するようにしてもよい。これにより微小な温度変化に対しては周波数調整を行わないようにし、シンセサイザ部４の出力周波数を安定させることができる。

以上説明した構成により、積分回路の時定数を適切な値に設定することで、簡単な回路構成で、前記目的を達成することが可能である。

以上は温度センサー部５が接続される例で説明したが、この考え方は実施の形態２の差分検出部１０を用いる構成に対しても適用可能である。この場合も、差分検出部１０の出力側に接続された積分器の出力値とメモリ保持した前回の積分器の出力値との差分が、所定の閾値を超えた場合に、周波数調整を行うことにより、シンセサイザ部４の出力周波数を安定させることができる。

（実施の形態５）
以下、本発明における実施の形態５について説明する。図６は、本発明の実施の形態５における発振器を搭載した受信装置のブロック図である。

図６において、発振器１は実施の形態１と同様の構成を有し、復調部８は周波数変換器３の出力が接続された第２ＡＤ変換器１８と、中間周波数と同等の周波数を出力するＮＣＯ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）部２１と、第２ＡＤ変換器１８及びＮＣＯ部２１の出力が接続された第２周波数変換器１９と、第２周端数変換器１９の出力が接続された処理部２０とを有する。また制御部６の出力はシンセサイザ部４ではなくＮＣＯ部２１に接続されている。

この構成において、制御部６は実施の形態１にて説明した周波数調整条件に従ってＮＣＯ部２１を制御することによっても本発明の目的を達成することができる。復調部８の短期周波数変動追従耐性は処理部２０に依存するため、シンセサイザ部４の出力周波数を所定の条件に従って調整することと、ＮＣＯ部２１の出力周波数を所定の条件に従って調整することは、処理部２０からみれば等価だからである。

以上における実施の形態の説明においては、説明の便宜上、具体値を例示して説明したが、本発明は、基準発振器が有する振動子の温度係数等に起因する周波数変動を復調部の短期周波数変動追従耐性で規定される条件に合致するように周波数調整するところに、従来技術に対する技術的特徴を有する。従って、本発明は、各種通信システムで用いられる周波数帯や受信装置内部の具体構成に対して、適用可能である。

本発明の発振器と、これを用いた受信装置及び電子機器は、温度係数の大きい振動子を用いた発振器であって温度変化による周波数変動を調整する制御回路を有する場合に、復調部が有する周波数変動追従耐性の許容範囲内の値を最小単位として周波数調整を行うことにより、受信エラーを抑制した温度補償制御を可能とすることができる。温度係数の大きいシリコン材料を用いたＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）振動子は従来の水晶振動子よりも小型かつ安価に実現できるが、本発明により、このような温度係数の大きい振動子を周波数変動追従耐性の小さい高周波受信機に対して利用することができるようになる。結果として本発明は、携帯端末や放送受信機等の電子機器の小型化及び低価格化に貢献するものである。

本発明の実施の形態１における発振器を搭載した受信装置のブロック図 本発明の実施の形態２における発振器を搭載した受信装置のブロック図 本発明の実施の形態３における発振器を搭載した受信装置のブロック図 本発明の実施の形態４における発振器を搭載した受信装置のブロック図 実施の形態４における温度センサー部及び積分器の出力の時間変化を示す図 本発明の実施の形態５における発振器を搭載した受信装置のブロック図 従来の基準発振器のブロック図 従来の発振器のブロック図

符号の説明

１ 発振器
２ 基準発振器
３ 周波数変換器
４ シンセサイザ部
５ 温度センサー部
６ 制御部
７ 受信部
８ 復調部
９ 受信装置
１０ 差分検出部
１１ Ｍ分周器
１２ 位相検出器
１３ Ｎ分周器
１４ ＶＣＯ
１５ フィルタ
１６ 積分器
１７ 演算器
１８ 第２ＡＤ変換器
１９ 第２周波数変換器
２０ 処理部
２１ ＮＣＯ部

Claims (17)

1. 基準発振信号を生成する基準発振器と、
   前記基準発振器から出力された基準発振信号を基に局部発振信号を生成し周波数変換器に入力するシンセサイザ部と、
   温度を検出する温度センサー部と、
   前記温度センサー部の検出結果に基づいて前記シンセサイザ部から出力される局部発振信号の周波数調整を行う制御部とを備え、
   前記制御部による前記シンセサイザ部の周波数調整単位ｆｓｔｅｐを、前記周波数変換器の出力側に接続された復調部の引き込み範囲よりも小さく、かつ、周波数変動追従性ｆｖより小さくした発振器。
2. 前記シンセサイザ部の単位時間当たりの周波数調整回数Ｎと前記シンセサイザ部の周波数調整単位ｆｓｔｅｐとの積を、前記局部発振信号の単位温度当たりの周波数変動量ΔＦと前記基準発振器の単位時間当たりの温度変化量ΔＴとの積より大きくした請求項１に記載の発振器。
3. 基準発振信号を生成する基準発振器と、
   前記基準発振器から出力された基準発振信号を基に局部発振信号を生成し周波数変換器に入力するシンセサイザ部と、
   前記基準発振器、又は前記シンセサイザ部、又は前記周波数変換器から出力された信号の周波数と所望周波数との差分ｄ１を検出する検出部と、
   前記検出部の検出結果に基づいて前記シンセサイザ部から出力される局部発振信号の周波数調整を行う制御部とを備え、
   前記制御部による前記シンセサイザ部の周波数調整単位ｆｓｔｅｐを、前記周波数変換器の出力側に接続された復調部の引き込み範囲よりも小さく、かつ、周波数変動追従性ｆｖより小さくした発振器。
4. 前記シンセサイザ部の単位時間当たりの周波数調整回数Ｎと前記シンセサイザ部の周波数調整単位ｆｓｔｅｐとの積を、単位時間当たりの差分ｄ２より大きくした請求項３に記載の発振器。
5. 前記周波数変動追従性ｆｖをドップラー耐性量ｆｄとした請求項１又は請求項３に記載の発振器。
6. 前記シンセサイザ部は、前記局部発振信号を分周する分周器を有し、
   前記制御部は、前記分周器を制御することにより、前記局部発振信号の周波数調整を行う請求項１又は請求項３に記載の発振器。
7. 前記シンセサイザ部は、ＶＣＯと、前記ＶＣＯの出力側に接続された分周器と、前記分周器の出力及び前記基準発振器の出力が接続された位相比較器を有し、
   前記制御部は、前記分周器、ＶＣＯの容量値、ＶＣＯの制御電圧の少なくとも１つを制御することにより、前記局部発振信号の周波数調整を行う請求項１又は請求項３に記載の発振器。
8. 前記温度センサー部と前記制御部との間に接続された積分器を備えた請求項１に記載の発振器。
9. 前記温度センサー部と前記制御部との間に接続され、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器を備えた請求項１に記載の発振器。
10. 前記制御部は、前記温度センサー部の出力値と所定時間前の出力値との差分又は前記差分ｄ１が閾値を超えた場合に前記シンセサイザ部の制御を行う請求項１に記載の発振器。
11. 基準発振信号を生成する基準発振器と、
    前記基準発振器から出力された基準発振信号を基に局部発振信号を生成するシンセサイザ部と、
    信号を受信する受信部と、
    前記受信部の出力信号を前記シンセサイザ部から出力された前記局部発振信号を用いて周波数変換する周波数変換器と、
    前記周波数変換器から出力された信号を復調する復調部と、
    温度を検出する温度センサー部と、
    前記温度センサー部の検出結果に基づいて前記シンセサイザ部から出力される局部発振信号の周波数調整を行う制御部とを備え、
    前記制御部による前記シンセサイザ部の周波数調整単位ｆｓｔｅｐを、前記復調部の引き込み範囲よりも小さく、かつ、周波数変動追従性ｆｖより小さくした受信装置。
12. 基準発振信号を生成する基準発振器と、
    前記基準発振器から出力された基準発振信号を基に局部発振信号を生成するシンセサイザ部と、
    信号を受信する受信部と、
    前記受信部の出力信号を前記シンセサイザ部から出力された前記局部発振信号を用いて周波数変換する周波数変換器と、
    前記周波数変換器から出力された信号を復調する復調部と、
    前記基準発振器、又は前記シンセサイザ部、又は前記周波数変換器から出力された信号の周波数と所望周波数との差分ｄを検出する検出部と、
    前記検出部の検出結果に基づいて前記シンセサイザ部から出力される局部発振信号の周波数調整を行う制御部とを備え、
    前記制御部による前記シンセサイザ部の周波数調整単位ｆｓｔｅｐを、前記復調部の引き込み範囲よりも小さく、かつ、周波数変動追従性ｆｖより小さくした受信装置。
13. 基準発振信号の入力端子と、
    前記入力端子からの基準発振信号を基に局部発振信号を生成するシンセサイザ部と、
    信号を受信する受信部と、
    前記受信部の出力信号を前記シンセサイザ部から出力された前記局部発振信号を用いて周波数変換する周波数変換器と、
    前記周波数変換器から出力された信号を復調する復調部と、
    温度を検出する温度センサー部と、
    前記温度センサー部の検出結果に基づいて前記シンセサイザ部から出力される局部発振信号の周波数調整を行う制御部とを備え、
    前記制御部による前記シンセサイザ部の周波数調整単位ｆｓｔｅｐを、前記復調部の引き込み範囲よりも小さく、かつ、周波数変動追従性ｆｖより小さくした受信装置。
14. 基準発振信号の入力端子と、
    前記入力端子からの基準発振信号を基に局部発振信号を生成するシンセサイザ部と、
    信号を受信する受信部と、
    前記受信部の出力信号を前記シンセサイザ部から出力された前記局部発振信号を用いて周波数変換する周波数変換器と、
    前記周波数変換器から出力された信号を復調する復調部と、
    前記基準発振器、又は前記シンセサイザ部、又は前記周波数変換器から出力された信号の周波数と所望周波数との差分ｄを検出する検出部と、
    前記検出部の検出結果に基づいて前記シンセサイザ部から出力される局部発振信号の周波数調整を行う制御部とを備え、
    前記制御部による前記シンセサイザ部の周波数調整単位ｆｓｔｅｐを、前記復調部の引き込み範囲よりも小さく、かつ、周波数変動追従性ｆｖより小さくした受信装置。
15. 前記受信装置は第２ＡＤ変換器を有し、
    前記周波数変換器は、第２ＡＤ変換器の入力側に接続されることを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれか１つに記載の受信装置。
16. 前記受信装置は第２ＡＤ変換器を有し、
    前記周波数変換器は、第２ＡＤ変換器の出力側に接続されることを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれか１つに記載の受信装置。
17. 請求項１１から請求項１４のいずれか１つに記載の受信装置と、
    前記復調部の出力側に接続された復号部と、
    前記復号部の出力側に接続された表示部とを備えた電子機器。

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