JP7437905B2 - 温度制御回路、発振制御回路及び温度制御方法 - Google Patents
温度制御回路、発振制御回路及び温度制御方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、温度制御回路、発振制御回路及び温度制御方法に関する。
一般に、基地局向けの基準クロックには、数十～数百ｐｐｂのオーダーにまで周波数温度変動を抑えることが求められている。基準クロックのクロック源として、水晶振動子（Ｘｔａｌ）を用いた水晶発振器（ＸＯ）が一般的に用いられているが、水晶振動子の周波数温度変動は、例えば－４０℃～８５℃の範囲で、数十ｐｐｍといった大きなものとなる。
そこで、水晶振動子の温度を一定に保つＯＣＸＯ(オーブン制御型水晶発振器、Oven Controlled Xtal Oscillator)が一般的に用いられ、水晶振動子の周波数温度変動の抑制が図られている。
そこで、水晶振動子の温度を一定に保つＯＣＸＯ(オーブン制御型水晶発振器、Oven Controlled Xtal Oscillator)が一般的に用いられ、水晶振動子の周波数温度変動の抑制が図られている。
ＯＣＸＯは、例えば図１７に示すように、温度センサ１０１で検出される温度Ｖｓｅｎｓが、一定電圧であるターゲット温度Ｖｇｔと一致するように、差動アンプ１０２を設けて熱フィードバックループを形成し、差動アンプ１０２の出力に応じて、電流ドライバ１０３としてのＰＭＯＳ素子を制御することで、所定のヒータ電流Ｉｈを流す。これにより、ヒータが発熱し、この発熱により水晶振動子１０４を含むパッケージ１０５内の温度を一定とするようにしている。また、温度センサ１０１と、差動アンプ１０２と、電流ドライバ１０３と、水晶発振器のうちの水晶振動子１０４を制御する制御回路とは、集積回路ＩＣとして構成されている。
ここで、図１７に示す熱制御では、環境温度の変化に対して一定となるのは温度センサ１０１の出力温度であって、水晶振動子１０４の温度ではない。そのため、水晶振動子１０４の温度が、現実的には数〔℃〕のオーダーで変化する。この原理について図１８に示す熱抵抗モデルについて説明する。
図１８に示すパッケージ１０５内の熱抵抗モデルにおいて、環境温度Ｔａ〔℃〕に対し、ヒータの電流ドライバ１０３や水晶振動子１０４の制御回路等が搭載された集積回路ＩＣの温度（以下、ＩＣ温度ともいう。）をＴｉ〔℃〕、水晶振動子１０４の温度（以下、水晶子温度ともいう。）をＴｘ〔℃〕、集積回路ＩＣの消費電力をＰi〔Ｗ〕とする。また、熱抵抗として、外気～ＩＣ間をθａｉ[℃/Ｗ]、外気～水晶振動子１０４間をθａｘ[℃/Ｗ]、集積回路ＩＣ～水晶振動子１０４間をθｉｘ[℃/Ｗ]とおく。
図１８に示すパッケージ１０５内の熱抵抗モデルにおいて、環境温度Ｔａ〔℃〕に対し、ヒータの電流ドライバ１０３や水晶振動子１０４の制御回路等が搭載された集積回路ＩＣの温度（以下、ＩＣ温度ともいう。）をＴｉ〔℃〕、水晶振動子１０４の温度（以下、水晶子温度ともいう。）をＴｘ〔℃〕、集積回路ＩＣの消費電力をＰi〔Ｗ〕とする。また、熱抵抗として、外気～ＩＣ間をθａｉ[℃/Ｗ]、外気～水晶振動子１０４間をθａｘ[℃/Ｗ]、集積回路ＩＣ～水晶振動子１０４間をθｉｘ[℃/Ｗ]とおく。
まず、ＩＣ温度Ｔｉは熱フィードバックにより目標値Ｔｇｔに制御されているため、Ｔｉ＝Ｔｇｔ(一定)となる。
一方、水晶子温度Ｔｘについては、ＩＣ温度Ｔｉ（＝Ｔｇｔ）と環境温度Ｔａとを、熱抵抗θｉｘとθａｘとで分割する事により、次式（１）で表すことができる。
Ｔｘ
＝{(θａｘ／（θｉｘ＋θａｘ)}×Ｔｇｔ＋｛θｉｘ／（θｉｘ＋θａｘ)}×Ｔａ
……（１）
つまり、環境温度Ｔａの変動に対し、水晶子温度Ｔｘは１次の変化を示す。例えばＴｇｔ＝９８〔℃〕、θａｉ＝３００〔℃／Ｗ〕、θａｘ＝２９５〔℃／Ｗ〕、θｉｘ＝５〔℃／Ｗ〕の場合、水晶振動子１０４の温度変動は約２〔℃〕にも達する。
一方、水晶子温度Ｔｘについては、ＩＣ温度Ｔｉ（＝Ｔｇｔ）と環境温度Ｔａとを、熱抵抗θｉｘとθａｘとで分割する事により、次式（１）で表すことができる。
Ｔｘ
＝{(θａｘ／（θｉｘ＋θａｘ)}×Ｔｇｔ＋｛θｉｘ／（θｉｘ＋θａｘ)}×Ｔａ
……（１）
つまり、環境温度Ｔａの変動に対し、水晶子温度Ｔｘは１次の変化を示す。例えばＴｇｔ＝９８〔℃〕、θａｉ＝３００〔℃／Ｗ〕、θａｘ＝２９５〔℃／Ｗ〕、θｉｘ＝５〔℃／Ｗ〕の場合、水晶振動子１０４の温度変動は約２〔℃〕にも達する。
仮に、水晶振動子１０４として、その周波数温度特性が極値となるターンオーバー温度付近での周波数温度変動が小さい、ＳＣ－ｃｕｔ型Ｘｔａｌを用いたとしても、そのＳＣ－ｃｕｔ型Ｘｔａｌの周波数温度特性は極値から数〔℃〕離れた温度にて例えば１００〔ｐｐｂ／℃〕程度である。そのため約２〔℃〕の水晶子温度変動により生ずる周波数変動は約２００〔ｐｐｂ〕となる。例えばＳｔｒａｔｕｍ３Ｅ準拠の基準クロックでは自走時周波数変動（ホールドオーバー特性）の要求は１日あたり１０〔ｐｐｂ〕と言われ、図１８に示す熱抵抗モデルでは満足する事ができない。このように一般的なＯＣＸＯでは水晶子温度が１次変動を示し、周波数温度変動が大きくなるという問題がある。
そのため、例えば、ターゲット温度Ｖｇｔと環境温度Ｔａとの差分に比例して、ターゲット温度Ｖｇｔを１次の補正成分でシフトすることにより、周波数温度変動を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、現実の回路にて従来技術を実現しようとした場合、ＩＣのターゲット温度を１次では補正しきれず、非線形なエラー成分（Ｎ次の高次成分）が残ってしまう。その結果、周波数温度変動特性を劣化させてしまう。
そこで、この発明は、上記従来の未解決の課題に着目してなされたものであり、より高精度に温度制御を行うことができる温度制御回路、発振制御回路及び温度制御方法を提供することを目的としている。
そこで、この発明は、上記従来の未解決の課題に着目してなされたものであり、より高精度に温度制御を行うことができる温度制御回路、発振制御回路及び温度制御方法を提供することを目的としている。
本発明の一実施形態に係る温度制御回路は、対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御回路であって、前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路の前記駆動量を制御する駆動回路と、前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の前記駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルするキャンセル回路と、を備え、前記キャンセル回路は、前記駆動量検出値から一次成分を含まない二次以上のＮ次成分を生成するＮ次成分第１生成回路と、当該Ｎ次成分第１生成回路で生成した前記Ｎ次成分を前記温度センサの検出信号に加算する加算回路とを含むことを特徴としている。
また、本発明の他の実施形態に係る温度制御回路は、対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御回路であって、前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路の前記駆動量を制御する駆動回路と、前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の前記駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルするキャンセル回路と、を備え、前記キャンセル回路は、前記ターゲット温度生成回路と前記駆動回路との間に設けられ、前記ターゲット温度から一次成分を含む二次以上のＮ次成分を生成するＮ次成分第２生成回路を含み、当該Ｎ次成分第２生成回路で生成した前記Ｎ次成分を前記ターゲット温度として前記駆動回路に出力することを特徴としている。
また、本発明の他の実施形態に係る温度制御回路は、対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御回路であって、前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路の前記駆動量を制御する駆動回路と、前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の前記駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルするキャンセル回路と、を備え、前記キャンセル回路は、前記駆動量検出回路と前記ターゲット温度生成回路との間に設けられ、前記駆動量検出値から一次成分を含む二次以上のＮ次成分を生成するＮ次成分第２生成回路を含み、当該Ｎ次成分第２生成回路で生成した前記Ｎ次成分を、前記駆動量検出値として前記ターゲット温度生成回路に出力することを特徴としている。
さらに、本発明の他の実施形態に係る温度制御回路は、対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御回路であって、前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路の前記駆動量を制御する駆動回路と、前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の前記駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルするキャンセル回路と、を備え、前記キャンセル回路により生成される信号に含まれる、電源電圧変動によって生じる変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルする電源変動キャンセル回路をさらに備えることを特徴としている。
また、本発明の他の実施形態に係る温度制御回路は、対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御回路であって、前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路の前記駆動量を制御する駆動回路と、前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の前記駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルするキャンセル回路と、を備え、前記キャンセル回路は、前記ターゲット温度生成回路と前記駆動回路との間に設けられ、前記ターゲット温度から一次成分を含む二次以上のＮ次成分を生成するＮ次成分第２生成回路を含み、当該Ｎ次成分第２生成回路で生成した前記Ｎ次成分を前記ターゲット温度として前記駆動回路に出力することを特徴としている。
また、本発明の他の実施形態に係る温度制御回路は、対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御回路であって、前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路の前記駆動量を制御する駆動回路と、前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の前記駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルするキャンセル回路と、を備え、前記キャンセル回路は、前記駆動量検出回路と前記ターゲット温度生成回路との間に設けられ、前記駆動量検出値から一次成分を含む二次以上のＮ次成分を生成するＮ次成分第２生成回路を含み、当該Ｎ次成分第２生成回路で生成した前記Ｎ次成分を、前記駆動量検出値として前記ターゲット温度生成回路に出力することを特徴としている。
さらに、本発明の他の実施形態に係る温度制御回路は、対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御回路であって、前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路の前記駆動量を制御する駆動回路と、前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の前記駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルするキャンセル回路と、を備え、前記キャンセル回路により生成される信号に含まれる、電源電圧変動によって生じる変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルする電源変動キャンセル回路をさらに備えることを特徴としている。
本発明の一実施形態に係る発振制御回路は、上記実施形態に係る温度制御回路と、前記パッケージ内に配置された前記対象物としての共振子及び当該共振子を制御する発振回路と、を含むことを特徴としている。
また、本発明の他の実施形態に係る発振制御回路は、対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御回路であって、前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路の前記駆動量を制御する駆動回路と、前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の前記駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルするキャンセル回路と、を備える温度制御回路と、前記パッケージ内に配置された前記対象物としての共振子及び当該共振子を制御する発振回路と、を含み、前記キャンセル回路は、前記ターゲット温度から一次成分を含まない二次以上のＮ次成分を生成するＮ次成分第１生成回路を含み、当該Ｎ次成分第１生成回路で生成した前記Ｎ次成分を前記発振回路に出力し、当該発振回路は前記Ｎ次成分に応じて前記共振子の周波数の温度による変動をキャンセルすることを特徴としている。
さらに、本発明の他の実施形態に係る発振制御回路は、対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御回路であって、前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路の前記駆動量を制御する駆動回路と、前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の前記駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルするキャンセル回路と、を備える温度制御回路と、前記パッケージ内に配置された前記対象物としての共振子及び当該共振子を制御する発振回路と、を含み、前記キャンセル回路により生成される信号に含まれる、電源電圧変動によって生じる変動成分による前記共振子への影響をキャンセルする電源変動キャンセル回路をさらに備えることを特徴としている。
また、本発明の他の実施形態に係る発振制御回路は、対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御回路であって、前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路の前記駆動量を制御する駆動回路と、前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の前記駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルするキャンセル回路と、を備える温度制御回路と、前記パッケージ内に配置された前記対象物としての共振子及び当該共振子を制御する発振回路と、を含み、前記キャンセル回路は、前記ターゲット温度から一次成分を含まない二次以上のＮ次成分を生成するＮ次成分第１生成回路を含み、当該Ｎ次成分第１生成回路で生成した前記Ｎ次成分を前記発振回路に出力し、当該発振回路は前記Ｎ次成分に応じて前記共振子の周波数の温度による変動をキャンセルすることを特徴としている。
さらに、本発明の他の実施形態に係る発振制御回路は、対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御回路であって、前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路の前記駆動量を制御する駆動回路と、前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の前記駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルするキャンセル回路と、を備える温度制御回路と、前記パッケージ内に配置された前記対象物としての共振子及び当該共振子を制御する発振回路と、を含み、前記キャンセル回路により生成される信号に含まれる、電源電圧変動によって生じる変動成分による前記共振子への影響をキャンセルする電源変動キャンセル回路をさらに備えることを特徴としている。
さらに、本発明の一実施形態に係る温度制御方法は、対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御方法であって、前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路を制御する駆動回路と、を備え、前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響を、前記温度センサの検出信号を調整することでキャンセルする温度制御方法であって、前記駆動量検出値から一次成分を含まない二次以上のＮ次成分を生成し、当該Ｎ次成分を前記温度センサの検出信号に加算することを特徴としている。
また、本発明の他の実施形態に係る温度制御方法は、対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御方法であって、前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路を制御する駆動回路と、を備え、前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響を、前記ターゲット温度を調整することでキャンセルする温度制御方法であって、当該ターゲット温度から一次成分を含む二次以上のＮ次成分を生成し、当該Ｎ次成分を前記ターゲット温度として前記駆動回路に出力することを特徴としている。
さらに、本発明の他の実施形態に係る温度制御方法は、対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御方法であって、前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路を制御する駆動回路と、を備え、前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響を、前記ターゲット温度を調整することでキャンセルする温度制御方法であって、前記駆動量検出値から一次成分を含む二次以上のＮ次成分を生成し、当該Ｎ次成分を、前記駆動量検出値として前記ターゲット温度生成回路に出力することを特徴としている。
またさらに、本発明の他の実施形態に係る温度制御方法は、対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御方法であって、前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路を制御する駆動回路と、を備え、前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響を、前記温度センサの検出信号又は前記ターゲット温度を調整することでキャンセルし、さらに、調整された前記温度センサの検出信号又は調整された前記ターゲット温度に含まれる、電源電圧変動によって生じる変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルすることを特徴としている。
また、本発明の他の実施形態に係る温度制御方法は、対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御方法であって、前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路を制御する駆動回路と、を備え、前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響を、前記ターゲット温度を調整することでキャンセルする温度制御方法であって、当該ターゲット温度から一次成分を含む二次以上のＮ次成分を生成し、当該Ｎ次成分を前記ターゲット温度として前記駆動回路に出力することを特徴としている。
さらに、本発明の他の実施形態に係る温度制御方法は、対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御方法であって、前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路を制御する駆動回路と、を備え、前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響を、前記ターゲット温度を調整することでキャンセルする温度制御方法であって、前記駆動量検出値から一次成分を含む二次以上のＮ次成分を生成し、当該Ｎ次成分を、前記駆動量検出値として前記ターゲット温度生成回路に出力することを特徴としている。
またさらに、本発明の他の実施形態に係る温度制御方法は、対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御方法であって、前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路を制御する駆動回路と、を備え、前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響を、前記温度センサの検出信号又は前記ターゲット温度を調整することでキャンセルし、さらに、調整された前記温度センサの検出信号又は調整された前記ターゲット温度に含まれる、電源電圧変動によって生じる変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルすることを特徴としている。
本発明の一態様によれば、より高精度に温度制御を行うことができ、例えば発振制御回路においては、温度変動に伴う周波数温度変動をより抑制することができ、発振制御の精度をより向上させることができる。
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものである。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
＜Ｎ次のエラー成分が残る要因＞
まず、上記従来の１次の補正を行う方法において、Ｎ次のエラー成分が残る要因について説明する。
特許文献１には、集積回路ＩＣのターゲット温度を１次の補正成分でシフトすることにより、温度制御を行う温度制御回路が示されている。この温度制御回路は、図１に示すように、温度センサ（温度検出回路）ＴＳと、アンプＯＰＣと、ヒータ電流源ＨＰと、ヒータ抵抗ＨＲと、による熱フィードバックにより、環境温度Ｔａの温度に応じて、ヒータ電流量Ｉｈを制御している。例えば、環境温度Ｔａが高温であれば、環境温度Ｔａの影響を受けて集積回路ＩＣの温度も比較的高いため、ヒータ発熱量は少なくてすみ、その結果ヒータ電流は低くなる。つまり、ヒータ電流源ＨＰを流れる電流値を検出するためのレプリカ電流源ＰＤＣＰの電流値は、集積回路ＩＣと外気の温度差Ｔｇｔ－Ｔａに比例する。このレプリカ電流値Ｔｇｔ－Ｔａを抵抗ＲＡＣに流して得られる「ターゲット温度シフト量ΔＴｇｔ」は、集積回路ＩＣと外気の温度差Ｔｇｔ－Ｔａに比例する。これにより、環境温度Ｔａの変化に対し、ターゲット温度を１次でシフトさせる機能を実現している。
まず、上記従来の１次の補正を行う方法において、Ｎ次のエラー成分が残る要因について説明する。
特許文献１には、集積回路ＩＣのターゲット温度を１次の補正成分でシフトすることにより、温度制御を行う温度制御回路が示されている。この温度制御回路は、図１に示すように、温度センサ（温度検出回路）ＴＳと、アンプＯＰＣと、ヒータ電流源ＨＰと、ヒータ抵抗ＨＲと、による熱フィードバックにより、環境温度Ｔａの温度に応じて、ヒータ電流量Ｉｈを制御している。例えば、環境温度Ｔａが高温であれば、環境温度Ｔａの影響を受けて集積回路ＩＣの温度も比較的高いため、ヒータ発熱量は少なくてすみ、その結果ヒータ電流は低くなる。つまり、ヒータ電流源ＨＰを流れる電流値を検出するためのレプリカ電流源ＰＤＣＰの電流値は、集積回路ＩＣと外気の温度差Ｔｇｔ－Ｔａに比例する。このレプリカ電流値Ｔｇｔ－Ｔａを抵抗ＲＡＣに流して得られる「ターゲット温度シフト量ΔＴｇｔ」は、集積回路ＩＣと外気の温度差Ｔｇｔ－Ｔａに比例する。これにより、環境温度Ｔａの変化に対し、ターゲット温度を１次でシフトさせる機能を実現している。
ここで、ヒータ電流源ＨＰとレプリカ電流源ＰＤＣＰとは、ＰＭＯＳ素子同士がミラー接続されたミラー回路を構成しており、ミラー比が非常に大きいことが、ターゲット温度制御に非線形成分（Ｎ次成分）が加わる要因となっている。
つまり、電流値の典型例としては、ＩＣ温度を上昇させるため、ヒータ電流源ＨＰの電流値は数百〔ｍＡ〕のオーダーとなる。また、レプリカ電流源ＰＤＣＰの電流値は、不要な発熱オフセットを防ぐため、例えば数十〔μＡ〕オーダーとなる。そのため、ヒータ電流源ＨＰとレプリカ電流源ＰＤＣＰとの電流ミラー比の典型例は、「数百〔ｍＡ〕／数十〔μＡ〕＝数万」となり、非常に大きなものとなる。このミラー比の値が非常に大きいことが、電流ミラーの非線形性を生んでいる。
つまり、電流値の典型例としては、ＩＣ温度を上昇させるため、ヒータ電流源ＨＰの電流値は数百〔ｍＡ〕のオーダーとなる。また、レプリカ電流源ＰＤＣＰの電流値は、不要な発熱オフセットを防ぐため、例えば数十〔μＡ〕オーダーとなる。そのため、ヒータ電流源ＨＰとレプリカ電流源ＰＤＣＰとの電流ミラー比の典型例は、「数百〔ｍＡ〕／数十〔μＡ〕＝数万」となり、非常に大きなものとなる。このミラー比の値が非常に大きいことが、電流ミラーの非線形性を生んでいる。
ここで、ミラー比は、ミラー元とミラー先との、ＭＯＳトランジスタのサイズパラメータＷ／Ｌの比で決まる。ここでＷはチャネル幅、Ｌはチャネル長を示す。
ミラー比を例えば「１０，０００」としようとした場合には、Ｗ値のみで「１０，０００」もの比を実現することは非現実的である。そのため図２の例のように、ミラー先側でチャネル長Ｌを長くするという手段がとられる。
しかし、Ｌ値が異なる事によりミラー元とミラー先のＰＭＯＳ素子のゲート電圧閾値Ｖｔｈが異なるものになる。
ミラー比を例えば「１０，０００」としようとした場合には、Ｗ値のみで「１０，０００」もの比を実現することは非現実的である。そのため図２の例のように、ミラー先側でチャネル長Ｌを長くするという手段がとられる。
しかし、Ｌ値が異なる事によりミラー元とミラー先のＰＭＯＳ素子のゲート電圧閾値Ｖｔｈが異なるものになる。
ここで、ミラー元ＭＯＳ素子のサイズ及び電圧閾値をＷ１／Ｌ１及びＶｔｈ１、ミラー先ＭＯＳ素子のサイズ及び電圧閾値をＷ２／Ｌ２及びＶｔｈ２、両方のＭＯＳ素子のゲート及びソース間電圧をＶｇｓ、電流ミラー比をＭとすると、次式（２）が成り立つ。
Ｍ
＝{(Ｗ２／Ｌ２)／(Ｗ１／Ｌ１)}×{(Ｖｇｓ－Ｖｔｈ２)／(Ｖｇｓ－Ｖｔｈ１)}２ ……（２）
Ｖｔｈ１＝Ｖｔｈ２であればミラー比はＷ／Ｌの比となるが、図２に示すように、ミラー先とミラー元とで、チャネル長が異なることから、電圧閾値はＶｔｈ１≠Ｖｔｈ２であるため、ミラー比ＭがＶｇｓに依存してしまう。すなわちミラー比Ｍがヒータ電流Ｉｈに依存してしまう。
Ｍ
＝{(Ｗ２／Ｌ２)／(Ｗ１／Ｌ１)}×{(Ｖｇｓ－Ｖｔｈ２)／(Ｖｇｓ－Ｖｔｈ１)}２ ……（２）
Ｖｔｈ１＝Ｖｔｈ２であればミラー比はＷ／Ｌの比となるが、図２に示すように、ミラー先とミラー元とで、チャネル長が異なることから、電圧閾値はＶｔｈ１≠Ｖｔｈ２であるため、ミラー比ＭがＶｇｓに依存してしまう。すなわちミラー比Ｍがヒータ電流Ｉｈに依存してしまう。
図２に示すミラー回路において、電源電圧が３.３〔Ｖ〕、ＰＭＯＳのドレイン電圧を０〔Ｖ〕とした場合の電流値および電流ミラー比のシミュレーション結果は図３に示す通りとなる。図３（ａ）は、ヒータ電流値（Ｉｈ）とレプリカ電流値（Ｉｒｅｐ）との関係を示す。図３（ｂ）はヒータ電流値（Ｉｈ）と電流ミラー比（Ｉｈ／Ｉｒｅｐ）との関係を示す。
電流ミラー比は図３（ｂ）に示すように、固定値１０，０００とはならず、ヒータ電流値に対して非線形に変動している。
電流ミラー比は図３（ｂ）に示すように、固定値１０，０００とはならず、ヒータ電流値に対して非線形に変動している。
このレプリカ電流を用いてＩＣのターゲット温度を１次で補正しようとした場合、ミラー比が変動するために、図４に示すように、余計な非線形成分（Ｎ次の成分（ＮはＮ＞１の整数）がターゲット温度に加わってしまう。そのため、共振子にもＮ次の成分が残ってしまう。つまり、このＮ次のエラー成分を低減する必要がある。なお、図４において横軸は環境温度Ｔａ、縦軸は共振子温度又は集積回路ＩＣのターゲット温度を示す。
そこで、ターゲット温度補正を、１次ではなく、Ｎ次（ＮはＮ＞１の整数）とすることで、Ｎ次成分を除去することができる。
そこで、ターゲット温度補正を、１次ではなく、Ｎ次（ＮはＮ＞１の整数）とすることで、Ｎ次成分を除去することができる。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態を説明する。
第１実施形態は、温度変動による発振周波数の変動を抑制するようにした発振制御回路において、ターゲット温度補正を、１次ではなく、Ｎ次（ＮはＮ＞１の整数）とすることで、Ｎ次成分を除去するようにしたものである。
まず、本発明の第１実施形態を説明する。
第１実施形態は、温度変動による発振周波数の変動を抑制するようにした発振制御回路において、ターゲット温度補正を、１次ではなく、Ｎ次（ＮはＮ＞１の整数）とすることで、Ｎ次成分を除去するようにしたものである。
図５は、本発明の第１実施形態に係る発振制御回路１－１の一例を示すブロック図である。図５に示すように、発振制御回路１－１は、ターゲット温度生成回路１１と、温度センサ１２と、差動アンプ１３と、駆動量検出回路としてのヒータ電流検出回路１４と、ヒータ電流ドライバ１５と、ヒータ抵抗（発熱回路としてのヒータ）１６と、Ｎ次補正回路１７と、発振回路１８と、温度制御の対象物としての共振子１９と、を備え、発振回路１８と共振子１９とで電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）を形成している。ターゲット温度生成回路１１と、温度センサ１２と、差動アンプ１３と、ヒータ電流検出回路１４と、ヒータ電流ドライバ１５と、Ｎ次補正回路１７と、発振回路１８とが、集積回路ＩＣとして形成され、集積回路ＩＣと、ヒータ抵抗（ヒータ）１６と、共振子１９とが、パッケージ（図示せず）に収納され、モジュールを形成している。差動アンプ１３及びヒータ電流ドライバ１５が駆動回路に対応し、Ｎ次補正回路１７がキャンセル回路に対応している。
ターゲット温度生成回路１１は、オペアンプＯＰ１を有し、オペアンプＯＰ１の「＋入力」に共振子１９の目標温度相当の一定電圧である基準電圧を入力し、「－入力」にヒータ電流検出回路１４の出力（駆動量検出値）と、オペアンプＯＰ１の出力を抵抗Ｒを介して入力することで、共振子１９の周囲温度を加熱するために必要な発熱量相当の信号が出力される。
温度センサ１２は、パッケージ内部の温度を測定し検出信号を差動アンプ１３に出力する。差動アンプ１３の一方の入力端子には温度センサ１２の検出信号が入力され、他方の入力端子には、ターゲット温度生成回路１１の出力信号が入力される。差動アンプ１３は、ターゲット温度生成回路１１の出力信号と温度センサ１２の検出信号との差分をとり、差分値をヒータ電流検出回路１４及びヒータ電流ドライバ１５に出力する。
温度センサ１２は、パッケージ内部の温度を測定し検出信号を差動アンプ１３に出力する。差動アンプ１３の一方の入力端子には温度センサ１２の検出信号が入力され、他方の入力端子には、ターゲット温度生成回路１１の出力信号が入力される。差動アンプ１３は、ターゲット温度生成回路１１の出力信号と温度センサ１２の検出信号との差分をとり、差分値をヒータ電流検出回路１４及びヒータ電流ドライバ１５に出力する。
ヒータ電流検出回路１４は、ＰＭＯＳ素子１４ａを備え、ＰＭＯＳ素子１４ａのソースは電源ＶＤＤに接続されドレインはオペアンプＯＰ１の「－入力」に接続される。ＰＭＯＳ素子１４ａのゲートには、差動アンプ１３の出力が入力される。
ヒータ電流ドライバ１５は、電源ＶＤＤ及び接地電位間に接続されたＰＭＯＳ素子１５ａを備え、ＰＭＯＳ素子１５ａのドレインと接地電位との間にヒータ抵抗つまりヒータ１６が接続される。ＰＭＯＳ素子１５ａのゲートには、差動アンプ１３の出力が入力される。ヒータ電流検出回路１４のＰＭＯＳ素子１４ａと、ヒータ電流ドライバ１５のＰＭＯＳ素子１５ａとはミラー回路を構成している。
ヒータ電流ドライバ１５は、電源ＶＤＤ及び接地電位間に接続されたＰＭＯＳ素子１５ａを備え、ＰＭＯＳ素子１５ａのドレインと接地電位との間にヒータ抵抗つまりヒータ１６が接続される。ＰＭＯＳ素子１５ａのゲートには、差動アンプ１３の出力が入力される。ヒータ電流検出回路１４のＰＭＯＳ素子１４ａと、ヒータ電流ドライバ１５のＰＭＯＳ素子１５ａとはミラー回路を構成している。
Ｎ次補正回路１７は、ターゲット温度生成回路１１のオペアンプＯＰ１の出力を入力し、入力信号に対し、２次以上のＮ次（ＮはＮ＞１の整数）の出力信号を生成し補正信号として発振回路１８に出力する。Ｎ次補正回路１７は、例えば、特許文献２に記載されている、図６に示すＮ次成分発生回路を適用することができる。Ｎ次補正回路１７は、図６に示すＮ次成分発生回路に限るものではなく、その他の公知のＮ次成分発生回路であっても適用することができる。
発振回路１８は、ソースとドレインを短絡したＮＭＯＳ素子からなる可変容量トランジスタ１８ａ及び１８ｂと、可変容量トランジスタ１８ａのソースおよびドレイン端と可変容量トランジスタ１８ｂのソースおよびドレイン端との間に接続される、反転信号を出力する増幅器１８ｃ及び抵抗１８ｄと、可変容量トランジスタ１８ｂのソースおよびドレイン端に接続される増幅器１８ｅとを備える。可変容量トランジスタ１８ａ及び１８ｂ間には、さらに抵抗１８ｄと並列に共振子１９が接続される。
可変容量トランジスタ１８ａ及び１８ｂのゲートには、Ｎ次補正回路１７から出力される補正信号が入力され、補正信号に応じて可変容量トランジスタ１８ａ及び１８ｂの容量値が調整される。これにより、共振子１９の出力周波数が調整されて発振信号として出力される。共振子１９は、水晶振動子、ＭＥＭＳ振動子、また、他の振動子を適用することができる。
可変容量トランジスタ１８ａ及び１８ｂのゲートには、Ｎ次補正回路１７から出力される補正信号が入力され、補正信号に応じて可変容量トランジスタ１８ａ及び１８ｂの容量値が調整される。これにより、共振子１９の出力周波数が調整されて発振信号として出力される。共振子１９は、水晶振動子、ＭＥＭＳ振動子、また、他の振動子を適用することができる。
このような構成を有する発振制御回路１－１においては、ターゲット温度生成回路１１で設定されるターゲット温度Ｔｇｔと、温度センサ１２で検出されるパッケージ内温度との差分が差動アンプ１３で検出され、ターゲット温度Ｔｇｔがパッケージ内温度と一致するようにヒータ電流ドライバ１５が駆動され、そのときのヒータ電流がヒータ電流検出回路１４で検出されてターゲット温度生成回路１１に入力される。一方、Ｎ次補正回路１７では、ターゲット信号Ｔｇｔを入力としてＮ次（ＮはＮ＞１の整数）の補正信号が生成され、このＮ次の補正信号に応じて発振回路１８により共振子１９が制御され、共振子１９の周波数がＮ次の補正信号が反映された周波数に制御される。
発振制御回路１－１の熱フィードバックループにより、温度センサ１２の検出温度がターゲット温度Ｔｇｔに一致するように、ヒータ電流量が制御される。すなわちヒータ電流量は、パッケージ内部の温度上昇量、言い換えるとターゲット温度Ｔｇｔと環境温度Ｔａとの差に比例する量に収束する。よって、ヒータ電流ドライバのミラー電流源であるヒータ電流検出回路１４の出力も、環境温度Ｔａに対して１次の依存性を持ち、環境温度Ｔａの状態を表す電気信号として用いる事ができる。
ここで、熱フィードバックループによる制御が行われていても、共振子１９の温度は前述（１）式の通りターゲット温度Ｔｇｔに完全には一致せず、環境温度Ｔａに対して１次の依存性をもって変動する。そこで、この共振子１９の１次の温度変化を相殺すべく、この回路構成ではターゲット温度Ｔｇｔを環境温度Ｔａに対して１次で変化させる事で、共振子１９の温度を一定に維持する。そのための手段として、ヒータ電流検出回路１４の出力に対し１次の依存性を持つように、ターゲット温度Ｔｇｔを変化させている。
ここで、熱フィードバックループによる制御が行われていても、共振子１９の温度は前述（１）式の通りターゲット温度Ｔｇｔに完全には一致せず、環境温度Ｔａに対して１次の依存性をもって変動する。そこで、この共振子１９の１次の温度変化を相殺すべく、この回路構成ではターゲット温度Ｔｇｔを環境温度Ｔａに対して１次で変化させる事で、共振子１９の温度を一定に維持する。そのための手段として、ヒータ電流検出回路１４の出力に対し１次の依存性を持つように、ターゲット温度Ｔｇｔを変化させている。
また、このとき、Ｎ次補正回路１７によりターゲット温度生成回路１１の出力信号を入力としてＮ次の補正信号を生成し、この補正信号に応じて発振回路１８の可変容量を調整している。そのため、ヒータ電流検出出力に含まれる非線形成分による周波数変動を打ち消すように発振回路１８の可変容量が調整され、共振子１９の発振周波数がＮ次（ＮはＮ＞１の整数）の補正信号で補正されることになる。その結果、ターゲット温度生成回路１１の出力信号によりヒータ電流を調整することで共振子１９の周囲温度の調整を行って温度変動による周波数変動を抑制することができる。さらに、ヒータ電流を検出するためのミラー回路であるヒータ電流検出回路１４に非線形成分が付加されたとしても、共振子１９の周波数をＮ次の補正信号で補正することによって、非線形成分により生じる発振周波数変動に与える影響を抑制することができる。その結果、温度変動により生じる発振周波数変動を、より抑制することができ、共振子１９の発振周波数が目標とする周波数となるように、より高精度に制御することができる。
また、Ｎ次補正回路１７により、ターゲット温度生成回路１１、差動アンプ１３、ヒータ電流ドライバ１５、ヒータ電流検出回路１４からなる熱制御系ループを調整するのではなく、発振回路１８の可変容量を調整するようにしているため、Ｎ次補正回路１７により熱制御系ループを調整することにより、却って熱制御系の安定性を損なうことなく、調整することができる。
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
第２実施形態は、集積回路ＩＣの温度を一定に制御するようにした温度制御回路であって、Ｎ次補正回路１７によって、温度センサ１２の検出信号を補正することで、集積回路ＩＣの温度すなわちパッケージ内の温度をより高精度に目標温度に一致させるようにしたものである。
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
第２実施形態は、集積回路ＩＣの温度を一定に制御するようにした温度制御回路であって、Ｎ次補正回路１７によって、温度センサ１２の検出信号を補正することで、集積回路ＩＣの温度すなわちパッケージ内の温度をより高精度に目標温度に一致させるようにしたものである。
図７は、第２実施形態に係る温度制御回路２－１の一例を示すブロック図である。なお、図５に示す第１実施形態に係る発振制御回路１－１は、温度制御を行うことで発振周波数を目標値に一致させるようにしたものであり、温度制御処理については、温度制御回路２－１における温度制御処理と同様の処理を含んでいるため、図７の温度制御回路２－１において、発振制御回路１―１と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
温度制御回路２－１は、図７に示すように、Ｎ次補正回路１７の出力は温度センサ１２の検出信号に加算される。
温度制御回路２－１は、図７に示すように、Ｎ次補正回路１７の出力は温度センサ１２の検出信号に加算される。
すなわち、温度制御回路２－１は、ターゲット温度生成回路１１と、温度センサ１２と、差動アンプ１３と、ヒータ電流検出回路１４と、ヒータ電流ドライバ１５と、ヒータ抵抗（ヒータ）１６と、Ｎ次補正回路（Ｎ＞１）１７とを備え、さらに加算器２１と、ヒータ電流検出回路２２とを備えている。ターゲット温度生成回路１１と、温度センサ１２と、差動アンプ１３と、ヒータ電流検出回路１４と、ヒータ電流ドライバ１５と、Ｎ次補正回路１７と、加算器２１と、ヒータ電流検出回路２２とが集積回路ＩＣとして形成され、集積回路ＩＣ及びヒータ抵抗（ヒータ）１６が、パッケージ（図示せず）に収納され、モジュールを形成している。
加算器２１は、Ｎ次補正回路１７の出力信号と温度センサ１２の検出信号とを加算する。
ヒータ電流検出回路２２は、ＰＭＯＳ素子２２ａを含み、ＰＭＯＳ素子２２ａのソースが電源ＶＤＤに接続され、ドレインがＮ次補正回路１７の入力端に接続され、ゲートに差動アンプ１３の出力が入力される。差動アンプ１３の出力は，ＰＭＯＳ素子２２ａと共に、ヒータ電流検出回路１４のＰＭＯＳ素子１４ａ及びヒータ電流ドライバ１５のＰＭＯＳ素子１５ａにも入力され、ヒータ電流検出回路２２と、ヒータ電流検出回路１４と、ヒータ電流ドライバ１５とは、ミラー回路を構成している。
ヒータ電流検出回路２２は、ＰＭＯＳ素子２２ａを含み、ＰＭＯＳ素子２２ａのソースが電源ＶＤＤに接続され、ドレインがＮ次補正回路１７の入力端に接続され、ゲートに差動アンプ１３の出力が入力される。差動アンプ１３の出力は，ＰＭＯＳ素子２２ａと共に、ヒータ電流検出回路１４のＰＭＯＳ素子１４ａ及びヒータ電流ドライバ１５のＰＭＯＳ素子１５ａにも入力され、ヒータ電流検出回路２２と、ヒータ電流検出回路１４と、ヒータ電流ドライバ１５とは、ミラー回路を構成している。
このような温度制御回路２－１において、ヒータ電流検出回路２２で検出されたヒータ電流を入力としてＮ次補正回路１７がＮ次（ＮはＮ＞１の整数）の補正信号を生成し、生成した補正信号は温度センサ１２の検出信号に加算される。そして、補正信号が加算された温度センサ１２の検出信号と、ターゲット温度生成回路１１の出力信号との差分信号が差動アンプ１３で算出され、この差分信号に基づき、ヒータ電流検出回路１４及び２２と、ヒータ電流ドライバ１５とが制御される。
このように、第二実施形態における温度制御回路２－１は、ヒータ電流検出回路２２で検出されたヒータ電流を入力としてＮ次の補正信号が形成され、この補正信号が加算器２１により温度センサ１２の検出信号に加算される。そして、この補正信号が加算された温度センサ１２の検出信号とターゲット温度生成回路１１の出力信号とが一致するように制御される。その結果、温度変動による周波数変動を抑制することができると共に、ヒータ電流を検出するためのミラー回路であるヒータ電流検出回路１４およびヒータ電流検出回路２２に非線形成分が付加されたとしても、この非線形成分による温度変動を含めて温度制御を行うことができ、より高精度に温度調整を行うことができる。
第２実施形態において、Ｎ次補正回路１７がＮ次成分第１生成回路に対応し、加算器２１が加算回路に対応し、Ｎ次補正回路１７及び加算器２１がキャンセル回路に対応している。
第２実施形態において、Ｎ次補正回路１７がＮ次成分第１生成回路に対応し、加算器２１が加算回路に対応し、Ｎ次補正回路１７及び加算器２１がキャンセル回路に対応している。
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
第３実施形態は、第２実施形態における温度制御回路２－１において、Ｎ次補正回路１７に変えてＮ次補正回路１７ａを設け、加算器２１及びヒータ電流検出回路２２を取り除いたものである。
すなわち、図８に示すように、温度制御回路２－２は、ターゲット温度生成回路１１と差動アンプ１３との間にＮ次補正回路１７ａを備える。Ｎ次補正回路１７ａは、ターゲット温度生成回路１１の出力信号を入力とし、１次以上のＮ次（Ｎ≧１）の出力信号を生成し補正信号として出力する。
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
第３実施形態は、第２実施形態における温度制御回路２－１において、Ｎ次補正回路１７に変えてＮ次補正回路１７ａを設け、加算器２１及びヒータ電流検出回路２２を取り除いたものである。
すなわち、図８に示すように、温度制御回路２－２は、ターゲット温度生成回路１１と差動アンプ１３との間にＮ次補正回路１７ａを備える。Ｎ次補正回路１７ａは、ターゲット温度生成回路１１の出力信号を入力とし、１次以上のＮ次（Ｎ≧１）の出力信号を生成し補正信号として出力する。
差動アンプ１３は、温度センサ１２の検出信号とＮ次補正回路１７ａから出力されるＮ次（ＮはＮ≧１の整数）の補正信号との差分が零となるように、ヒータ電流を制御する。
したがって、この場合も第２実施形態と同等の作用効果を得ることができる。
第３実施形態において、Ｎ次補正回路１７ａがＮ次成分第２生成回路及びキャンセル回路に対応している。
したがって、この場合も第２実施形態と同等の作用効果を得ることができる。
第３実施形態において、Ｎ次補正回路１７ａがＮ次成分第２生成回路及びキャンセル回路に対応している。
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態を説明する。
第４実施形態は、第３実施形態における温度制御回路２－２において、Ｎ次補正回路１７ａの配置位置を変え、ターゲット温度生成回路１１に替えてターゲット温度生成回路１１ａを備えている。
図９に示す温度制御回路２－３は、ヒータ電流検出回路１４の出力側、つまりＰＭＯＳ素子１４ａのドレイン側に電流電圧変換回路２３を設け、ヒータ電流検出回路１４から出力されるヒータ電流を電流電圧変換回路２３で電圧信号に変換し、この電圧変換信号をＮ次補正回路１７ａに入力し、Ｎ次補正回路１７ａの出力をターゲット温度生成回路１１ａに入力する。
次に、本発明の第４実施形態を説明する。
第４実施形態は、第３実施形態における温度制御回路２－２において、Ｎ次補正回路１７ａの配置位置を変え、ターゲット温度生成回路１１に替えてターゲット温度生成回路１１ａを備えている。
図９に示す温度制御回路２－３は、ヒータ電流検出回路１４の出力側、つまりＰＭＯＳ素子１４ａのドレイン側に電流電圧変換回路２３を設け、ヒータ電流検出回路１４から出力されるヒータ電流を電流電圧変換回路２３で電圧信号に変換し、この電圧変換信号をＮ次補正回路１７ａに入力し、Ｎ次補正回路１７ａの出力をターゲット温度生成回路１１ａに入力する。
Ｎ次補正回路１７ａは、ヒータ電流の電圧相当値に変換され、１次以上のＮ次（Ｎ≧１）の補正信号を出力する。ターゲット温度生成回路１１ａのオペアンプＯＰ１は、Ｎ次の補正信号を抵抗Ｒ２を介して入力する。つまり、オペアンプＯＰ１の「－入力」には、ターゲット温度生成回路１１ａの出力信号と、Ｎ次補正回路１７ａのＮ次の補正信号とが入力される。
差動アンプ１３は、ターゲット温度生成回路１１ａの出力信号と温度センサ１２の検出信号との差分が零となるように、ヒータ電流を制御する。したがって、この場合も第３実施形態と同等の作用効果を得ることができる。
差動アンプ１３は、ターゲット温度生成回路１１ａの出力信号と温度センサ１２の検出信号との差分が零となるように、ヒータ電流を制御する。したがって、この場合も第３実施形態と同等の作用効果を得ることができる。
上記第４実施形態において、Ｎ次補正回路１７ａがＮ次成分第２生成回路及びキャンセル回路に対応している。
なお、上記第２から第４実施形態における温度制御回路２－１～２－３では、集積回路ＩＣが温度センサ１２により検出する温度が目標温度に一致するように、より高精度に制御することができる。そのため、温度制御回路２－１～２－３を、例えば、第１実施形態における発振制御回路１－１のように、共振子の発振周波数を制御する発振制御回路等、温度制御が必要な任意の回路に適用すれば温度変動に伴う任意の回路における特性変動を抑制することができる。
なお、上記第２から第４実施形態における温度制御回路２－１～２－３では、集積回路ＩＣが温度センサ１２により検出する温度が目標温度に一致するように、より高精度に制御することができる。そのため、温度制御回路２－１～２－３を、例えば、第１実施形態における発振制御回路１－１のように、共振子の発振周波数を制御する発振制御回路等、温度制御が必要な任意の回路に適用すれば温度変動に伴う任意の回路における特性変動を抑制することができる。
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態を説明する。
第５実施形態は、図５に示す第１実施形態における発振制御回路１－１において、さらに電源ＶＤＤの電圧変動を考慮するようにしたものである。
第５実施形態における発振制御回路１―２は、図１０に示すように、第１実施形態における発振制御回路１－１において、さらにターゲット温度生成回路１１と差動アンプ１３との間に乗算器２４を備える。電源変動キャンセル回路としての乗算器２４は、ターゲット温度生成回路１１の出力信号と電源ＶＤＤの電圧とを乗算し、乗算結果が、差動アンプ１３に入力されると共に、Ｎ次補正回路１７に入力される。
次に、本発明の第５実施形態を説明する。
第５実施形態は、図５に示す第１実施形態における発振制御回路１－１において、さらに電源ＶＤＤの電圧変動を考慮するようにしたものである。
第５実施形態における発振制御回路１―２は、図１０に示すように、第１実施形態における発振制御回路１－１において、さらにターゲット温度生成回路１１と差動アンプ１３との間に乗算器２４を備える。電源変動キャンセル回路としての乗算器２４は、ターゲット温度生成回路１１の出力信号と電源ＶＤＤの電圧とを乗算し、乗算結果が、差動アンプ１３に入力されると共に、Ｎ次補正回路１７に入力される。
つまり、集積回路ＩＣから見た発振制御回路１－２のパッケージの熱抵抗をθａ［℃／Ｗ］、電源ＶＤＤの電圧をＶＤＤ［Ｖ］（以下、電源電圧ＶＤＤともいう。）、ヒータ電流をＩｈ［Ａ］とおくと、次式（３）が成り立つ。
Ｉｈ＝（Ｔｇｔ－Ｔａ）／（θａ×ＶＤＤ） ……（３）
（３）式から、ヒータ電流Ｉｈは電源ＶＤＤに反比例する。
ここで、上記第１から第４実施形態におけるＮ次補正回路１７及び１７ａでは、ターゲット温度ＴｇｔのＮ次の補正成分を、ヒータ電流量Ｉｈに比例するように生成している。
ある電源電圧ＶＤＤにて生成したＮ次の補正成分が、発振周波数の温度変動を過不足無く打ち消したとする。
Ｉｈ＝（Ｔｇｔ－Ｔａ）／（θａ×ＶＤＤ） ……（３）
（３）式から、ヒータ電流Ｉｈは電源ＶＤＤに反比例する。
ここで、上記第１から第４実施形態におけるＮ次補正回路１７及び１７ａでは、ターゲット温度ＴｇｔのＮ次の補正成分を、ヒータ電流量Ｉｈに比例するように生成している。
ある電源電圧ＶＤＤにて生成したＮ次の補正成分が、発振周波数の温度変動を過不足無く打ち消したとする。
この状態で、電源電圧ＶＤＤが変動した場合、（３）式から、ヒータ電流Ｉｈは電源電圧ＶＤＤに反比例して変動することがわかる。その結果、ターゲット温度のＮ次の補正成分も、電源電圧ＶＤＤに反比例して変動してしまい、結果的に、発振周波数の温度変動が生じる。
つまり、電源電圧ＶＤＤが低下するとＮ次の補正成分による補償が過剰となり、電源電圧ＶＤＤが上昇すると逆にＮ次の補正成分による補償が不足する。
これを回避するために、Ｎ次の補正量を電源電圧ＶＤＤに比例させる。これにより、電源電圧ＶＤＤの変化に伴い生じるＮ次の補正成分の変動を抑制することができ、Ｎ次の補正成分による補正をより高精度に行うことができる。そのため、温度制御をより高精度に行うことができ、その結果、周波数制御をより高精度に行うことができる。
つまり、電源電圧ＶＤＤが低下するとＮ次の補正成分による補償が過剰となり、電源電圧ＶＤＤが上昇すると逆にＮ次の補正成分による補償が不足する。
これを回避するために、Ｎ次の補正量を電源電圧ＶＤＤに比例させる。これにより、電源電圧ＶＤＤの変化に伴い生じるＮ次の補正成分の変動を抑制することができ、Ｎ次の補正成分による補正をより高精度に行うことができる。そのため、温度制御をより高精度に行うことができ、その結果、周波数制御をより高精度に行うことができる。
乗算器２４は、例えば、図１１に示す構成を有する。
乗算器２４は、差動対電流生成部３１と、電源部３２と、ＰＭＯＳ受け差動対部３３とを備える。
差動対電流生成部３１は、電源電圧ＶＤＤと接地電位との間に直列に接続される、ＰＭＯＳ素子Ｍ１及び抵抗値がＲ０の抵抗Ｒ３１と、ソースが電源電圧ＶＤＤに接続されＰＭＯＳ素子Ｍ１とミラー接続されたＰＭＯＳ素子Ｍ２と、増幅器ＡＭＰ１と、を備える。増幅器ＡＭＰ１の「－入力」には、ターゲット温度生成回路１１の出力Ｖｔｇｔ〔Ｖ〕が入力され、「＋入力」には、ＰＭＯＳ素子Ｍ１と抵抗Ｒ３１との接続点の電圧が入力される。増幅器ＡＭＰ１の出力はＰＭＯＳ素子Ｍ１及びＰＭＯＳ素子Ｍ２のゲートに入力される。
乗算器２４は、差動対電流生成部３１と、電源部３２と、ＰＭＯＳ受け差動対部３３とを備える。
差動対電流生成部３１は、電源電圧ＶＤＤと接地電位との間に直列に接続される、ＰＭＯＳ素子Ｍ１及び抵抗値がＲ０の抵抗Ｒ３１と、ソースが電源電圧ＶＤＤに接続されＰＭＯＳ素子Ｍ１とミラー接続されたＰＭＯＳ素子Ｍ２と、増幅器ＡＭＰ１と、を備える。増幅器ＡＭＰ１の「－入力」には、ターゲット温度生成回路１１の出力Ｖｔｇｔ〔Ｖ〕が入力され、「＋入力」には、ＰＭＯＳ素子Ｍ１と抵抗Ｒ３１との接続点の電圧が入力される。増幅器ＡＭＰ１の出力はＰＭＯＳ素子Ｍ１及びＰＭＯＳ素子Ｍ２のゲートに入力される。
電源部３２は、電源電圧ＶＤＤと接地電位との間に直列に接続された抵抗Ｒ３２１及びＲ３２２を有する分圧回路を備える。この分圧回路は電源電圧がＴｙｐｉｃａｌＶＤＤ（実使用条件における典型的な電源電圧値）であるときに、例えば１．２Ｖを出力するように構成される。
ＰＭＯＳ受け差動対部３３は、ＰＭＯＳ素子Ｍ３及びＰＭＯＳ素子Ｍ３のドレインに一端が接続される抵抗ロードＲ３３１と、ＰＭＯＳ素子Ｍ４及びＰＭＯＳ素子Ｍ４のドレインに一端が接続される抵抗ロードＲ３３２と、バンドギャップリファレンス回路３３ａとを備え、ＰＭＯＳ素子Ｍ３及びＭ４のソースは差動対電流生成部３１のＰＭＯＳ素子Ｍ２のドレインに接続され、抵抗ロードＲ３３１及びＲ３３２の他端が接地電位に接続される。
ＰＭＯＳ受け差動対部３３は、ＰＭＯＳ素子Ｍ３及びＰＭＯＳ素子Ｍ３のドレインに一端が接続される抵抗ロードＲ３３１と、ＰＭＯＳ素子Ｍ４及びＰＭＯＳ素子Ｍ４のドレインに一端が接続される抵抗ロードＲ３３２と、バンドギャップリファレンス回路３３ａとを備え、ＰＭＯＳ素子Ｍ３及びＭ４のソースは差動対電流生成部３１のＰＭＯＳ素子Ｍ２のドレインに接続され、抵抗ロードＲ３３１及びＲ３３２の他端が接地電位に接続される。
ＰＭＯＳ素子Ｍ３のゲートには、電源部３２に含まれる分圧回路の出力が入力される。ＰＭＯＳ素子Ｍ４のゲートには、バンドギャップリファレンス回路３３ａの出力が入力され、電源電圧ＶＤＤの大きさに関係なくリファレンス電圧１．２Ｖが印加される。
そして、ＰＭＯＳ素子Ｍ４のドレイン電圧が、乗算器出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。
このような構成を有する乗算器２４は、差動対電流生成部３１により、ＰＭＯＳ受け差動対部３３に向けて、Ｉｔａｉｌ＝Ｖｔｇｔ／Ｒ０の電流が生成される。
乗算器２４の出力電圧Ｖｏｕｔは、抵抗ロード(片側２Ｒ０）Ｒ３３２に流れる電流で決定される。
そして、ＰＭＯＳ素子Ｍ４のドレイン電圧が、乗算器出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。
このような構成を有する乗算器２４は、差動対電流生成部３１により、ＰＭＯＳ受け差動対部３３に向けて、Ｉｔａｉｌ＝Ｖｔｇｔ／Ｒ０の電流が生成される。
乗算器２４の出力電圧Ｖｏｕｔは、抵抗ロード(片側２Ｒ０）Ｒ３３２に流れる電流で決定される。
電源電圧がＴｙｐｉｃａｌ ＶＤＤである時には、ＰＭＯＳ受け差動対部３３のＰＭＯＳ素子Ｍ３及びＰＭＯＳ素子Ｍ４のゲートへの入力が共に１．２Ｖで釣り合い、その結果、抵抗ロードＲ３３１及び抵抗ロードＲ３３２には、Ｉｔａｉｌ／２の電流（＝Ｖｔｇｔ／(２Ｒ０))が流れる。すなわちＶｏｕｔ＝２Ｒ０×{Ｖｔｇｔ／(２Ｒ０)}＝Ｖｔｇｔとなる。
一方、電源電圧ＶＤＤが増加しきると、出力電圧Ｖｏｕｔは２Ｖｔｇｔとなり、逆に電源電圧ＶＤＤが減少しきると、出力電圧Ｖｏｕｔは０Ｖとなる。
一方、電源電圧ＶＤＤが増加しきると、出力電圧Ｖｏｕｔは２Ｖｔｇｔとなり、逆に電源電圧ＶＤＤが減少しきると、出力電圧Ｖｏｕｔは０Ｖとなる。
以上の動作から、横軸を電源電圧ＶＤＤ、縦軸を出力電圧Ｖｏｕｔとして特性グラフを描くと図１２で表すことができる。
図１２に示すように、乗算器２４の出力電圧Ｖｏｕｔは、電源電圧ＶＤＤがＴｙｐｉｃａｌ ＶＤＤの近傍であるときには線形性を有し、Ｔｙｐｉｃａｌ ＶＤＤよりもある程度大きい領域及びある程度低い領域の電圧である場合には、非線形性を有する。そのため、出力特性が線形性を有する領域では、電源電圧ＶＤＤとの乗算器とみなすことができる。
図１２に示すように、乗算器２４の出力電圧Ｖｏｕｔは、電源電圧ＶＤＤがＴｙｐｉｃａｌ ＶＤＤの近傍であるときには線形性を有し、Ｔｙｐｉｃａｌ ＶＤＤよりもある程度大きい領域及びある程度低い領域の電圧である場合には、非線形性を有する。そのため、出力特性が線形性を有する領域では、電源電圧ＶＤＤとの乗算器とみなすことができる。
次に、乗算器２４を、デジタル回路で構成した場合には、例えば、図１３に示す回路となる。
乗算器２４は、電源部４１と、バンドギャップリファレンス回路４２と、デジタル除算器４３と、デジタル乗算器４４とを備える。
電源部４１は、電源電圧ＶＤＤ及び接地電位間に直列に接続される、抵抗Ｒ４１及びＲ４２を備え、分圧回路を構成している。分圧回路は、電源電圧がＴｙｐｉｃａｌ ＶＤＤであるときに、１．２Ｖを出力する。
バンドギャップリファレンス回路４２は電源電圧ＶＤＤの大きさに関わらず、リファレンス電圧１．２Ｖを出力する。
乗算器２４は、電源部４１と、バンドギャップリファレンス回路４２と、デジタル除算器４３と、デジタル乗算器４４とを備える。
電源部４１は、電源電圧ＶＤＤ及び接地電位間に直列に接続される、抵抗Ｒ４１及びＲ４２を備え、分圧回路を構成している。分圧回路は、電源電圧がＴｙｐｉｃａｌ ＶＤＤであるときに、１．２Ｖを出力する。
バンドギャップリファレンス回路４２は電源電圧ＶＤＤの大きさに関わらず、リファレンス電圧１．２Ｖを出力する。
電源部４１の出力電圧はＡ／Ｄ変換器４１ａを介してデジタル除算器４３の「Ｘ入力」として入力され、バンドギャップリファレンス回路４２の出力はＡ／Ｄ変換器４２ｂを介してデジタル除算器４３の「Ｙ入力」として入力される。バンドギャップリファレンス回路４２は、「Ｘ入力」を「Ｙ入力」で割り算した「Ｘ÷Ｙ」を除算器出力とする。デジタル除算器４３の除算器出力はＴｙｐｉｃａｌ ＶＤＤに対する電源電圧ＶＤＤの変動割合を示す。
デジタル乗算器４４は、デジタル除算器４３の除算器出力を「Ｘ入力」とし、ターゲット温度生成回路１１の出力を「Ａ／Ｄ変換器４３ａ」で変換したデジタル信号をＹ入力とし、除算器出力とターゲット温度生成回路１１の出力信号とを乗算し、乗算結果「Ｘ＊Ｙ」を出力する。乗算結果「Ｘ＊Ｙ」は、Ｄ／Ａ変換器４４ｂでアナログ信号に変換され、乗算器出力として出力される。
デジタル乗算器４４は、デジタル除算器４３の除算器出力を「Ｘ入力」とし、ターゲット温度生成回路１１の出力を「Ａ／Ｄ変換器４３ａ」で変換したデジタル信号をＹ入力とし、除算器出力とターゲット温度生成回路１１の出力信号とを乗算し、乗算結果「Ｘ＊Ｙ」を出力する。乗算結果「Ｘ＊Ｙ」は、Ｄ／Ａ変換器４４ｂでアナログ信号に変換され、乗算器出力として出力される。
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態を説明する。
第６実施形態は、図８に示す第３実施形態における温度制御回路２－２において、さらに、電源電圧ＶＤＤの変動を考慮するようにしたものである。
第６実施形態における温度制御回路２－４は、図１４に示すように、第３実施形態における温度制御回路２－２において、さらに、ターゲット温度生成回路１１とＮ次補正回路（Ｎ≧１）１７ａとの間に乗算器２４を備える。電源変動キャンセル回路としての乗算器２４は、ターゲット温度生成回路１１の出力信号と電源電圧ＶＤＤとを乗算し、乗算結果が、Ｎ次補正回路１７ａに入力される。
次に、本発明の第６実施形態を説明する。
第６実施形態は、図８に示す第３実施形態における温度制御回路２－２において、さらに、電源電圧ＶＤＤの変動を考慮するようにしたものである。
第６実施形態における温度制御回路２－４は、図１４に示すように、第３実施形態における温度制御回路２－２において、さらに、ターゲット温度生成回路１１とＮ次補正回路（Ｎ≧１）１７ａとの間に乗算器２４を備える。電源変動キャンセル回路としての乗算器２４は、ターゲット温度生成回路１１の出力信号と電源電圧ＶＤＤとを乗算し、乗算結果が、Ｎ次補正回路１７ａに入力される。
Ｎ次補正回路１７ａは、ターゲット温度生成回路１１の出力信号と電源電圧ＶＤＤとの乗算結果を入力とし、１次以上のＮ次（ＮはＮ≧１の整数）の補正信号を生成し、差動アンプ１３に出力する。
差動アンプ１３は、ターゲット温度生成回路１１の出力信号及び電源電圧ＶＤＤの乗算値と、温度センサ１２の検出信号と、が一致するようにヒータ電流を制御する。したがって、この場合も、上記第３実施形態における温度制御回路２－２と同等の作用効果を得ることができると共に、さらに電源電圧ＶＤＤの変動を考慮してヒータ電流を制御しているため、電源電圧ＶＤＤの変動が、温度制御に与える影響を抑制し、より高精度に温度制御を行うことができる。
差動アンプ１３は、ターゲット温度生成回路１１の出力信号及び電源電圧ＶＤＤの乗算値と、温度センサ１２の検出信号と、が一致するようにヒータ電流を制御する。したがって、この場合も、上記第３実施形態における温度制御回路２－２と同等の作用効果を得ることができると共に、さらに電源電圧ＶＤＤの変動を考慮してヒータ電流を制御しているため、電源電圧ＶＤＤの変動が、温度制御に与える影響を抑制し、より高精度に温度制御を行うことができる。
＜第７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態を説明する。
第７実施形態は、図７に示す第２実施形態における温度制御回路２－１において、さらに電源電圧ＶＤＤの変動を考慮するようにしたものである。
第７実施形態における温度制御回路２－５は、図１５に示すように、第２実施形態における温度制御回路２―１において、ヒータ電流検出回路２２の出力とＮ次補正回路１７との間にさらに乗算器２４を備える。電源変動キャンセル回路としての乗算器２４は、ヒータ電流検出回路２２の出力と電源電圧ＶＤＤとを乗算し、乗算結果が、Ｎ次補正回路１７に入力される。
次に、本発明の第７実施形態を説明する。
第７実施形態は、図７に示す第２実施形態における温度制御回路２－１において、さらに電源電圧ＶＤＤの変動を考慮するようにしたものである。
第７実施形態における温度制御回路２－５は、図１５に示すように、第２実施形態における温度制御回路２―１において、ヒータ電流検出回路２２の出力とＮ次補正回路１７との間にさらに乗算器２４を備える。電源変動キャンセル回路としての乗算器２４は、ヒータ電流検出回路２２の出力と電源電圧ＶＤＤとを乗算し、乗算結果が、Ｎ次補正回路１７に入力される。
そして、差動アンプ１３は、電源電圧ＶＤＤの変動を考慮したＮ次（ＮはＮ＞１の整数）の補正信号と温度センサ１２の検出信号との加算値と、ターゲット温度生成回路１１の出力信号とが一致するようにヒータ電流を制御する。したがって、この場合も上記第２実施形態における温度制御回路２－１と同等の作用効果を得ることができると共に、さらに電源電圧ＶＤＤを考慮してヒータ電流を制御しているため、より高精度に温度制御を行うことができる。
なお、第６実施形態及び第７実施形態においては、各温度制御回路２－４、２－５では、集積回路ＩＣが置かれた環境温度が目標温度に一致するように、より高精度に制御することができる。そのため、温度制御回路２－４、２－５を、例えば、第１実施形態における発振制御回路１－１のように、共振子の発振周波数を制御する発振制御回路等、温度制御が必要な任意の回路に適用すれば温度変動に伴う任意の回路の特性変動を抑制することができる。
なお、第６実施形態及び第７実施形態においては、各温度制御回路２－４、２－５では、集積回路ＩＣが置かれた環境温度が目標温度に一致するように、より高精度に制御することができる。そのため、温度制御回路２－４、２－５を、例えば、第１実施形態における発振制御回路１－１のように、共振子の発振周波数を制御する発振制御回路等、温度制御が必要な任意の回路に適用すれば温度変動に伴う任意の回路の特性変動を抑制することができる。
＜第８実施形態＞
次に、本発明の第８実施形態を説明する。
第８実施形態は、図１６に示すように、図５に示す発振制御回路１－１において、さらに不揮発性メモリと不揮発性メモリへのアクセスを行うインタフェースとを含む記憶処理部２５を備える。
第８実施形態に係る発振制御回路１－３は、記憶処理部２５では、Ｎ次補正回路１７の出力を、個体間のばらつき等に応じて補正するための補正データや、発振制御回路１－３に含まれる各部の様々な製造ばらつきを調整するためのデータ等といった調整用データを不揮発性メモリに保持する。
次に、本発明の第８実施形態を説明する。
第８実施形態は、図１６に示すように、図５に示す発振制御回路１－１において、さらに不揮発性メモリと不揮発性メモリへのアクセスを行うインタフェースとを含む記憶処理部２５を備える。
第８実施形態に係る発振制御回路１－３は、記憶処理部２５では、Ｎ次補正回路１７の出力を、個体間のばらつき等に応じて補正するための補正データや、発振制御回路１－３に含まれる各部の様々な製造ばらつきを調整するためのデータ等といった調整用データを不揮発性メモリに保持する。
発振制御回路１－３の制御を行う図示しない制御装置では、例えば、出荷前に各種の調整用データを検出して、記憶処理部２５の不揮発性メモリに格納し、出荷後、記憶処理部２５の不揮発性メモリに格納した各種調整用データを用いて、発振制御を行う。これによって、個体間ばらつき等の影響による誤差を低減することができ、すなわち発振制御回路１－３の制御精度をより向上させることができる。
なお、第８実施形態では、発振制御回路１－１に適用した場合について説明したが、これに限らず、第２から第７実施形態における各発振制御回路１－２、または、温度制御回路２－１～２－５に適用することも可能であり、この場合も上記第８実施形態における発振制御回路１－３と同等の作用効果を得ることができる。
なお、第８実施形態では、発振制御回路１－１に適用した場合について説明したが、これに限らず、第２から第７実施形態における各発振制御回路１－２、または、温度制御回路２－１～２－５に適用することも可能であり、この場合も上記第８実施形態における発振制御回路１－３と同等の作用効果を得ることができる。
また、上記実施形態では、温度センサ１２の検出信号、ターゲット温度生成回路１１の出力信号、ヒータ電流検出回路１４の出力信号を、Ｎ次補正回路１７又は１７ａによって補正する場合について説明したが、これらに限るものではなく、例えば差動アンプ１３とヒータ電流ドライバ１５との間の信号を補正することも可能であり、ヒータ電流の制御系、また、共振子１９を備えている場合には共振子１９の制御系のうち、ヒータ電流又は共振子１９の駆動信号を、Ｎ次の補正信号を加味した駆動信号に補正し得る箇所で補正すればよい。
また、上記実施形態においては、対象物として共振子の温度制御を行う場合について説明したが、共振子に限るものではなく、圧電素子等であってもよい。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
１－１～１－３ 発振制御回路
２－１～２－５ 温度制御回路
１１、１１ａ ターゲット温度生成回路
１２ 温度センサ
１３ 差動アンプ
１４ ヒータ電流検出回路
１５ ヒータ電流ドライバ
１６ ヒータ抵抗（ヒータ）
１７、１７ａ Ｎ次補正回路
１８ 発振回路
１９ 共振子
２１ 加算器
２２ ヒータ電流検出回路
２３ 電流電圧変換回路
２４ 乗算器
２５ 記憶処理部
２－１～２－５ 温度制御回路
１１、１１ａ ターゲット温度生成回路
１２ 温度センサ
１３ 差動アンプ
１４ ヒータ電流検出回路
１５ ヒータ電流ドライバ
１６ ヒータ抵抗（ヒータ）
１７、１７ａ Ｎ次補正回路
１８ 発振回路
１９ 共振子
２１ 加算器
２２ ヒータ電流検出回路
２３ 電流電圧変換回路
２４ 乗算器
２５ 記憶処理部
Claims (16)
- 対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御回路であって、
前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、
前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、
前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、
前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路の前記駆動量を制御する駆動回路と、
前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の前記駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルするキャンセル回路と、を備え、
前記キャンセル回路は、前記駆動量検出値から一次成分を含まない二次以上のＮ次成分を生成するＮ次成分第１生成回路と、当該Ｎ次成分第１生成回路で生成した前記Ｎ次成分を前記温度センサの検出信号に加算する加算回路とを含む温度制御回路。 - 対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御回路であって、
前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、
前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、
前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、
前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路の前記駆動量を制御する駆動回路と、
前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の前記駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルするキャンセル回路と、を備え、
前記キャンセル回路は、前記ターゲット温度生成回路と前記駆動回路との間に設けられ、前記ターゲット温度から一次成分を含む二次以上のＮ次成分を生成するＮ次成分第２生成回路を含み、当該Ｎ次成分第２生成回路で生成した前記Ｎ次成分を前記ターゲット温度として前記駆動回路に出力する温度制御回路。 - 対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御回路であって、
前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、
前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、
前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、
前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路の前記駆動量を制御する駆動回路と、
前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の前記駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルするキャンセル回路と、を備え、
前記キャンセル回路は、前記駆動量検出回路と前記ターゲット温度生成回路との間に設けられ、前記駆動量検出値から一次成分を含む二次以上のＮ次成分を生成するＮ次成分第２生成回路を含み、当該Ｎ次成分第２生成回路で生成した前記Ｎ次成分を、前記駆動量検出値として前記ターゲット温度生成回路に出力する温度制御回路。 - 前記キャンセル回路により生成される信号に含まれる、電源電圧変動によって生じる変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルする電源変動キャンセル回路をさらに備える請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の温度制御回路。
- 対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御回路であって、
前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、
前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、
前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、
前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路の前記駆動量を制御する駆動回路と、
前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の前記駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルするキャンセル回路と、を備え、
前記キャンセル回路により生成される信号に含まれる、電源電圧変動によって生じる変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルする電源変動キャンセル回路をさらに備える温度制御回路。 - 前記電源変動キャンセル回路は、前記キャンセル回路に入力される信号に前記電源電圧を乗算する乗算器を含む請求項４又は請求項５に記載の温度制御回路。
- 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の温度制御回路と、前記パッケージ内に配置された前記対象物としての共振子及び当該共振子を制御する発振回路と、を含むことを特徴とする発振制御回路。
- 前記キャンセル回路は、前記ターゲット温度から一次成分を含まない二次以上のＮ次成分を生成するＮ次成分第１生成回路を含み、当該Ｎ次成分第１生成回路で生成した前記Ｎ次成分を前記発振回路に出力し、当該発振回路は前記Ｎ次成分に応じて前記共振子の周波数の温度による変動をキャンセルする請求項７に記載の発振制御回路。
- 対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御回路であって、
前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、
前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、
前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、
前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路の前記駆動量を制御する駆動回路と、
前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の前記駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルするキャンセル回路と、を備える温度制御回路と、前記パッケージ内に配置された前記対象物としての共振子及び当該共振子を制御する発振回路と、を含み、
前記キャンセル回路は、前記ターゲット温度から一次成分を含まない二次以上のＮ次成分を生成するＮ次成分第１生成回路を含み、当該Ｎ次成分第１生成回路で生成した前記Ｎ次成分を前記発振回路に出力し、当該発振回路は前記Ｎ次成分に応じて前記共振子の周波数の温度による変動をキャンセルする発振制御回路。 - 対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御回路であって、
前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、
前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、
前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、
前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路の前記駆動量を制御する駆動回路と、
前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の前記駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルするキャンセル回路と、を備える温度制御回路と、前記パッケージ内に配置された前記対象物としての共振子及び当該共振子を制御する発振回路と、を含み、
前記キャンセル回路により生成される信号に含まれる、電源電圧変動によって生じる変動成分による前記共振子への影響をキャンセルする電源変動キャンセル回路をさらに備える発振制御回路。 - 前記キャンセル回路により生成される信号に含まれる、電源電圧変動によって生じる変動成分による前記共振子への影響をキャンセルする電源変動キャンセル回路をさらに備える請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の発振制御回路。
- 前記電源変動キャンセル回路は、前記キャンセル回路に入力される信号に前記電源電圧を乗算する乗算器を含む請求項１０又は請求項１１に記載の発振制御回路。
- 対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御方法であって、
前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、
前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、
前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、
前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路を制御する駆動回路と、を備え、
前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響を、前記温度センサの検出信号を調整することでキャンセルする温度制御方法であって、
前記駆動量検出値から一次成分を含まない二次以上のＮ次成分を生成し、当該Ｎ次成分を前記温度センサの検出信号に加算する温度制御方法。 - 対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御方法であって、
前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、
前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、
前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、
前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路を制御する駆動回路と、を備え、
前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響を、前記ターゲット温度を調整することでキャンセルする温度制御方法であって、
当該ターゲット温度から一次成分を含む二次以上のＮ次成分を生成し、当該Ｎ次成分を前記ターゲット温度として前記駆動回路に出力する温度制御方法。 - 対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御方法であって、
前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、
前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、
前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、
前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路を制御する駆動回路と、を備え、
前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響を、前記ターゲット温度を調整することでキャンセルする温度制御方法であって、
前記駆動量検出値から一次成分を含む二次以上のＮ次成分を生成し、当該Ｎ次成分を、前記駆動量検出値として前記ターゲット温度生成回路に出力する温度制御方法。 - 対象物と発熱回路とがパッケージ内に収納されたモジュールの温度制御方法であって、
前記パッケージ内に配置され前記パッケージ内の温度を検出する温度センサと、
前記発熱回路の駆動量を検出する駆動量検出回路と、
前記対象物の目標温度と前記駆動量検出回路で検出した駆動量検出値とから、前記対象物の位置と前記温度センサの位置とのずれにより生じる、温度偏差を加味した前記対象物の目標温度であるターゲット温度を生成するターゲット温度生成回路と、
前記温度センサで検出された検出温度と前記ターゲット温度とが一致するように前記発熱回路を制御する駆動回路と、を備え、
前記駆動量検出回路で検出した前記駆動量検出値に含まれる前記発熱回路の駆動量の二次以上の変動成分による前記対象物の温度への影響を、前記温度センサの検出信号又は前記ターゲット温度を調整することでキャンセルし、
さらに、調整された前記温度センサの検出信号又は調整された前記ターゲット温度に含まれる、電源電圧変動によって生じる変動成分による前記対象物の温度への影響をキャンセルする温度制御方法。
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