JPH04123617A

JPH04123617A - デジタル温度補償発振器

Info

Publication number: JPH04123617A
Application number: JP2245764A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yamakawa; 務山川; Kuichi Kubo; 九一久保; Hiroshi Yoshida; 浩吉田
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1990-09-14
Publication date: 1992-04-23
Anticipated expiration: 2014-11-02
Also published as: JP2969530B2; US5170136A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は、補償データの記憶容量を少なくして宥定した
発振周波数を得るデジタル温度補償発振器（以下、デジ
タル補償発振器とする）に関する。

（発明の技術的背景）近年、通信事情等の問題から無線装置などに高安定度の
発振量が用いられている。これらの一つに、温度に対す
る発振周波数の変化をデジタル的に補償したデジタル補
償発振器がある。

第９図はこのようなデジタル補償発振器の一例を説明す
る構成図である。

温度補償発振器は、温度検出ｍ　１１のアナログ出力を
Ａ／Ｄ変換部１２でデジタル化して温度データとし、こ
れに応答する補償データを記憶部１３より読み出す、そ
して、補償データをＤ／Ａ変換部１４でアナログ化して
補償電圧とし、電圧制御型発振器１５の図示しない電圧
可変容量素子に印加して温度補償された発振周波数を得
る。

（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成のデジタル補償発振器では、各
温度時の周波数変化分に対応した補償電圧をＡ／Ｄ変換
して、これをそのままの形式で補償データとして記憶さ
れていた。したがって、高い周波数安定度を得るには大
容量の記憶素子を使用せざるを得なく、高値になる問題
があった。

また、記憶容量がある一定以下の記憶素子を用いたもの
では、分解能を低くして例えば第１Ｏ図に示したように
、周囲温度に対する周波数特性を鋸歯状の不連続性とし
、安定度の高いものを得ることのできない問題があった
。

さらに、従来のものでは、記憶素子のアドレスが中間的
となる温度の場合１通常ではいずれか一方のアドレスを
選択するので、記憶素子の￥￥駅が周波数安定度の限界
を定めることになる。このため、前述した周囲温度に対
する周波数特性の不連続性を顕著としていた。

（発明の目的）本発明は、上記８１１１点に鑑み、温度に対する周波数
安定度を高め、かつ従来のものに比べて記憶素子の容量
を小さくできるデジタル補償弁ＩＭ器を提供することを
目的とする。

（発明の解決手段）本発明では、一定の発振周波数を得るために必要な補償
データをそのままの形式ではなく、その補償データをＮ
を整数としてＮｌｌ＋？差までの差分形式に変換し、差
分データ中のＯｒＭ差からＮ−ＩＦＩｆ差データまでの
初期値とＮ階差データの全部を記憶する。そして、動作
状態においては、温度データに基づき、記憶した差分デ
ータを演算して補償データを求めたことを基本的な解決
手段とする。

更には、温度データが記憶素子のアドレスに対して中間
的な値の場合には、前記差分データを用いてＮ次又はＮ
次以下の多項式近似による補間を行い、その時の温度に
最も対応した補償データを生成することを２次的な解決
手段とする。

（発明の具体的構成及びその作用）以下１本発明の具体的な構成とその作用を第１図、第２
図、及び第３図を参照して説明する。第１図はデジタル
補償発振器の構成図、第２図は温度補償データ及び記憶
部の内容、第３図は補償データの生成方法を示すフロー
チャートである。

デジタル補償発ａｔ器は温度検出部２１．Ａ／Ｄ変換＄
２２．　　演算部２６記憶部２３、Ｄ／Ａ変換部２４及
び電圧制御型発振器２５で構成される（１１１図）。

温度検出部２１は温度を検出するアナログの回路で１例
えばダイオードの順方向電圧やサーミスタの抵抗値の温
度依存性を利用する。Ａ／Ｄ変換部２２は温度検出＄２
１の出方をデジタル化して温度データとする。温度デー
タは次に述べる記憶＄２３のアドレスｌ−１〉に対応し
て形成される。

記憶部２３は各温度時の補償電圧に対応した補償データ
Ａ１１ｌ〜。、を、後述する差分データに変換して各ア
ドレスｌ〜。）に予め記憶する。演算部２６は、温度デ
ータに応じて記憶部２３より必要な差分データを読み出
し、これらから補償データＡｌ１１〜。車を生成する。

Ｄ／Ａ変換部２４は、演算部２６で生成された補償デー
タＡ１１Ｉ−ｌｌｌをアナログ電圧（補償電圧）に変換
し、電圧制御型発振器２５の電圧可変容量素子に印加す
る。

差分データは、′ｍ２図に示したように、補償データＡ
１１Ｉ〜。）に基づき、差分形式を例えばＮ＝２とした
２Ｗ差形式として形成される。すなわち。

補償データＡ　（ｇ〜。）を０階差データとし、ＯＲ’
ｊ差データＡｓｓ〜。）の各データ間の差を１階差デー
タＢ口〜ｎｌ、１１１１差デ一タＢ口〜。〉の各データ
間の差を２問差データｃ、２〜。）とする、そして、こ
れら差分データ中の、図中に傍線を付した。階差データ
とＩＮ！Ｆ差データの各先頭値Ａ＠、Ｂ１、及び２階差
データＣ（２〜。）の全部を、記憶部２３の各アドレス
（＠　’＝　ｎ　ｌに応答して記憶される。

したがって、元の補償データ（Ｏ１ｉｌｆ差データＡ）
は、差分形式に変換した時とは逆に、Ｚ階差データＣ１
２〜ｎ、から１階差データＢ口〜Ｎ）、ＩＭ差データＢ
＋＋〜１からＯＮ差データＡｔｅ〜。）へと変換して求
められる。すなわち、記憶部２３中のアドレスが大きく
なる方向へ温度が変化している場合は５次の（１）（２
）式で元の補償データが求められる。

Ｂ　ｒ　＝　Ｃｒ　＋　Ｂ　＋　−＋・・・・・　（１
）Ａ　＋　＝　Ｂ　ｔ　＋　Ａ　ｔ　−＋・・・・・　
（２）逆に記憶部２３中のアドレスが小さくなる方向に
温度が変化している場合には次の（３）（４）式で求め
られる。

Ｂ　＋　−＋　＝　Ｂ　ＩＣ；・・・・・　（３）Ａ　
、−＋　＝　Ａ　ｔ　　Ｂ　、・・・・・　（４）以下
、補償データを上記のような差分形式とした温度補償発
振器の作用を、特に演算部２６の機能を第３図のフロー
チャートに示して説明する。

温度補償発振器は、先ず、クロックパルスの進行に応答
して、Ａ／Ｄ変換部２２が温度検出部２１の出力を温度
データに変換し、記憶部２３中のアドレス１１を選択す
る。

次に、演算部２３は、１サイクル前のアドレスｊＩＩと
、温度データに基づく現在のアドレスｊ−とを比穀する
。そして、ｉ＋”ｉｓ（温度が一定のとき）のときは、
　１サイクル前の補償データＡ、−＋をそのまま出力す
る。

また１両者が異なり、ｉ＋＞ｉ＠（温度が上昇）のとき
は、最初に１（ｉｓ）に１を加算する。そして、ｉ＠＋
１のときの２Ｎ差データＣ；　ｓ　＊　＋に基づき。

前述の計Ｗ（１）により１階差データＢ＋ｓ＊＋及び０
階差データＡ　＋　＠＊　＋を求める。そして、この計
算を、ｉが１１になるまで繰り返して行う。

さらに、ｉ、＋＜ｉｓ（温度が下降）のときは、最初に
ｉｓのときの０階差データＡｔｉ＋に基づき、前述した
計算式（３）及び（４）によりｌＩｌ！？差データＢ＋
＠−＋及びＯ階差データＡ、ト１を求め、１（ｉｌｌ）
から１を減算する。そして、前述Ｅ４様にｊが１１にな
るまで繰り返して行う、そして、このようにして得られ
た０Ｉ１１？差データ（補償データ）をＤ／Ａ変換部２
４により補償電圧に変換する。

このようなことから５本発明の具体的構成例では、補償
データＡ１１ＩＩ〜。）を２階差の差分形式としてＯＮ
差と１階差データの先Ｍ４値Ａ＠、Ｂｅ及び２階差デー
タｃｔ２〜。、全部を記憶すれば、温度データに基づく
演算部の機能により補償データＡ＋ｕ〜ｎ】を生成でき
る。そして、一般に、補償データＡ（θ〜。）は、各デ
ータとしての数値間にある程度の連続性があるので、差
分データは階差が進につれ補償データのものよりその数
値（絶対値）を小さくする。したがって、記憶部２３の
容量を極端に少なくできる。

次に、本発明の第２の解決手段であるＮ次補間の方法に
ついて説明する。ここでもＮ＝２とした２次補間の場合
を例として説明する。

２次補間の簡単な方法としては、例えば補間すべき点の
近傍の３点を通る２次式を求め、これから２次補間する
方法がある。この方法により、上記具体例について２次
補間の式を求めると次式（５）になる。

Ｂｉ　＋　ＢｉヤＩ　　　　　　　Ｃ；＋＋但し１式中
の符号は前記ｆｆ１２図の記号を用いている。また、ｉ
及びｉｌｌは記憶部のアドレスを示す整数であるが、Ｘ
は補間すべき点の中間的なアドレスに対応してアドレス
ｉからのずれ分を表し、一般に小数点以下を含んでいる
。

（５）式において、　　Ａｉ、Ｂｉ、及びＢ１゜１のデ
ータは予め記憶部に記憶されてはいない（ＩＩ！２図参
照）、シたがって、　（５）式に基づいて補間計算を行
う場合には、Ａｉ、Ｂｉ、Ｂ　＋　−１の３つの補間デ
ータを例えばＲＡＭのような一時記憶素子に記憶する必
要がある。

一方、上記（５）式を変形すると次式（６）を得る。

＾Ｘ＝＾；４＋＋８＋−１Ｘ　＋Ｃ＋、＋・ｘ（Ｘ＋　
１）／　２・・（６）このようにすれば、−時的に記憶
するのはＡ１、Ｂ　ｉ　＋　１の２つでよく、−時記憶
素子の記憶容量を少なくできる。また、　（６）式で必
要なＡ１、Ｂ、・１は第３図で示した補償データを生成
するフローチャートに従って求めることができる。

また、Ｃ，−＋のデータは予め記憶ｔＩＪ２３に記憶さ
れており、単に読み出すだけで得られる。

このようなことから、差分形式とした本発明のものでは
、補間する場合においても、差分データを利用できて補
間計算を簡単にし、しかも−時記憶素子の容量を少なく
できる。そして、補償データにある程度の連続性がある
一般的な場合には。

ｌからＮの間の適切な次数の補間を行うことにより、補
間を行わない場合に比べ、より高精度の温度補償が行え
る。

（実際例）以下、補償データを２階差の差分形式として本発明を適
用した温度補償発振器の実際例について説明する。

温度検出部２１は前述中のダイオードを適用した（１１
４図の特性図参照）、Ａ／Ｄ変換部２２は１６ビツト、
Ｄ／Ａ変換部２４は１４ビツトの分解能をもつものを用
いた。演算部２６は８ビツトマイクロコンピユータを用
いた。補償データ用の記憶部２３は１０５バイトとし、
ＯＩＲ差データと１期差データの先頭値にはそれぞれ２
バイト、２階差データには各１バイトを割り当てた。温
度補償される電圧制御発振器は基本波１２．８ＭＨｚ（
公称周波数）の水晶発振器とした。この電圧制御発振器
の制御電圧（補償電圧）に対する発振周波数の変化は緩
やかな直線性の特性をもつ（第５図）、そして、この特
性に基づき、−２５から７５℃における各温度時に応答
する補償電圧を求め。

これらに対応する補償データを１０１個とした。

第６図はアドレスに対する実際の補償データで、０ＷＩ
Ｒ差データ（元の補償データ）、１階差データ及び２Ｆ
Ｉｆ差データを示す、但し、前述したように記憶するの
は、０剛差と１Ｍ差データの先Ｍ値及び２１１１！：差
データの全部である。ｏＭ差データは１４ビツト（０〜
１６３８３）で表されているが。

２階差データは５ビツト（−１５〜＋１５）に納まって
いる。従来の補償データそのもので記憶するものに比べ
、記憶容量の少ないことが良くわがる。

なお、実際例では１つの２階差データに対し記憶部領域
として８ビツト（−１２８〜＋１２７）を割り当てたの
で、実際には第６図の２階差データに係数を乗じたもの
を記憶した。

第７図はこのように構成されたデジタル補償発振器の周
囲温度に対する発振周波数の関係を示す図である１周囲
温度−２０〜＋７０℃間を０，１℃間隔で測定した結果
であり、周波数特性を平坦とする。ちなみに、温度に対
する周波数安定度は±０．０５ｐｐｍＪＸ下であった。

また、補間を行っていない場合の鋸歯状の不連続性（第
１０図参照）は、２次補間を行っているので十分に抑え
られている。参考までに、この電圧制御Ｊ！１ｆｌ）に
おいて温度補償を行わない場合の周波数温度特性を第７
図に示した。

（他の事項）なお、上記説明中では、補償データを２常差の差分形式
（Ｎ＝２）に変換した場合を説明したが、Ｎを３以上と
した３Ｆ！差、４Ｗ１差というようにより高次の差分形
式としても基本的にはＮ＝２の場合と同様に構成できる
。このことは、補間についても言え、Ｎ＝３以上の差分
データを基にして３次以上の高次補完を行う場合も、基
本的には２次補間の場合と同様に行える。

また、差分データは、０階差データの先ＭｊＲＡ−を基
準として、それぞれ１階差データＢ＋＋〜ｎ＋及び２閘
差データＣ＋２〜１）を求めたが、０階差データの任意
のｉ番目を基準（初期値）として求めてもよいものであ
る。

また、差分データに適宜、一定の定数を加えたり、係数
を乗じたりして記憶することにより、記憶容量の効率を
高め得ることは言うまでもなく。

その主旨を逸脱しない範囲内で適宜に変更あるいは付加
できるものである。

（発明の効果）以上説明したように、本発明は差分形式で補償データを
記憶するので、周波数安定度を良好としてしかもそれに
必要な記憶容量を少なくできる。

また、ＮＮ差データを用いて８次又はＮ次以下の補間を
容易にするので、この場合の周波数安定度をさらに高め
ることができる。このように１本発明は従来にない高度
のデジタル補償発振器を提供でき、その産業上の価値に
は極めて高いものかある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すデジタル温度補償発振
器の構成図である。ＩＦ５図は本発明による温度補償データ及び記憶部の内
容の一例を示す図である。ＩＦ３図は温度補償データの生成方法を示すフローチャ
ートである。１１Ｍ４図は具体例における周囲温度に対する温度検出
部の出力の概略を示す図である。第５図は具体例として用いた電圧制御型水晶発振器の制
御電圧に対する発振周波数の変化を示す概略図である。第６図は本発明によるデジタル温度補償発１ｉｓｓｉの
温度補償データ（０階差データ）及びｌ階差データ、２
階差データの具体例である。第７図は本発明によるデジタル温度補償発振器の周Ｍ１
１温度に対する発振周波数の変化の一例を示す図である
。第８図は具体例として用いた電圧制御型水晶発ａｉｍの
温度補償を行わない場合の周波数温度特性のを示す図で
ある。ｌｆｆ９０Ｍは従来のデジタル温度補償発振器の一例を
示す構成図。第１０図は従来例の周囲温度に対する発振周波数の変化
の概略を示す図である。第２図ＯＮ差１階差２Ｒ１差Ａ。＾１：＾ＡＡ。Ｂ。＝＾。 −Ａ。」工一二し一二ｌ＝ム３Ｂ。＝Ａ。 −Ａコ＝８ＢＡ。＝Ａ。Ａｌ−１Ｃ７＝８ −Ｂ、。＾、−１Ｂａ−１”＾ａ−１−Ａａ−１Ｃ１゜＝８．−、−８．− ム。Ｂ。＝ム。 −ａｍ−＋Ｃ１＝８゜ −Ｂ、− Ｃ：２階差データ第６図アドレス　　０階差１　階差２階差＋００１４ −　〇】２０駄唾賊第７図第８図区　＝　（℃）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電圧制御発振器に補償電圧を供給して温度による
周波数変化をデジタル的に補償した温度補償発振器にお
いて、前記電圧制御発振器の動作時における温度を検出する温
度検出部と、該温度検出部の出力をデジタル化して温度
データとするＡ／Ｄ変換部と、前記補償電圧に対応する
補償データを差分データとして各アドレスに記憶する記
憶部と、前記温度データに応答して前記差分データから
前記補償データを生成する演算部と、前記補償データを
アナログ化して補償電圧とするＤ／Ａ変換部とを具備し
、前記差分データをＮ階差（但しＮは整数）としたとき
、該差分データ中の０階差データからＮ−１階差データ
までの各初期値とＮ階差データの全部とを記憶したこと
を特徴とするデジタル温度補償発振器。
（２）前記温度データが前記記憶部のアドレスの中間的
な値の場合、前記差分データ中の０階差データからＮ−
１階差データまでの各初期値とＮ階差データの全部に基
づき、前記演算部でＮ次又はＮ次以下の多項式近似によ
る補間を行い、補償データを求めたことを特徴とするデ
ジタル温度補償発振器。