JPH09321540A - 温度補償型発振器 - Google Patents

温度補償型発振器

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Publication number
JPH09321540A
JPH09321540A JP15758996A JP15758996A JPH09321540A JP H09321540 A JPH09321540 A JP H09321540A JP 15758996 A JP15758996 A JP 15758996A JP 15758996 A JP15758996 A JP 15758996A JP H09321540 A JPH09321540 A JP H09321540A
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JP
Japan
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temperature
resistance element
resistance
value
medium
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Application number
JP15758996A
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English (en)
Inventor
Toshiichi Uchiyama
敏一 内山
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
Original Assignee
Toyo Communication Equipment Co Ltd
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  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 TCOをIC化して小型化した場合に高精度
に温度補償感度の調整を行うことができる温度補償用の
可変抵抗回路網を提供する。 【解決手段】 温度補償又は周波数変調のために圧電振
動子に可変容量ダイオードを接続したIC化した温度補
償発振器(TCO)における温度補償用の可変抵抗回路
網であって、抵抗素子を低抵抗域、中抵抗域、および高
抵抗域に分けると共に、NL(NM、NH)を低(中、
高)抵抗素子数、RL- (RM- )を低(中)抵抗素子
最小値(常温)(Ω)、RLT- (RMT- 、RHT-
)を低(中、高)抵抗素子最小値(仕様温度内)、R
M+ を中抵抗素子最大値(常温)(Ω)、RH+ を高抵
抗素子最大値(常温)(Ω)、としたとき、全温度範囲
でNH×RHT- +NM×RMT- +NL×RLT- >
所定値Ωとし、NM×RM- >RH+ とし、NL×RL
- >RM+ とした構成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、補償回路によって
発振器の発振周波数を周囲温度の変化に対して安定化す
る温度補償発振器(TCO)に関し、特に、上記TCO
をIC化して小型化した場合に高精度に温度補償感度の
調整を行うことができる温度補償型発振器に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、発振器の周波数安定度に影響を
及ぼす外部要因は種々あるが、そのうちで実用上最も大
きな要因となる温度である。以下、水晶振動子を用いた
温度補償水晶発振器(TCXO)を例に説明する。
【0003】即ち、上記温度による影響を排除するため
には種々の方法が提案されているが、その一つに補償回
路によって水晶発振器の負荷容量を変化させることによ
って発振周波数を周囲温度の変化に対して所望の偏差に
安定化する温度補償水晶発振器(TCXO)が知られて
いる。
【0004】従来の温度補償水晶発振器(TCXO)の
基本構成は、図5(a)に示す様に水晶振動子3と増幅
器4に直列にバラクタダイオード(バリキャップ:登録
商標)2を挿入し、補償回路1によって発生する直流電
圧を前記バリキャップに印加するものである。なお、上
記バラクタダイオード2に接続されたコンデンサ5は、
制御感度(AFC感度)を調整するための容量(コンデ
ンサ)である。
【0005】また、上記補償回路1は、図5(b)に示
すように複数のサーミスタR(T)と抵抗Rを含む抵抗
回路網で形成されており、水晶発振器の発振周波数が温
度変化に伴って変化する際、各温度においてその変化を
打ち消すようなバリキャップの容量となるように直流電
圧を発生するように構成されている。なお補償回路1は
上記抵抗回路網の各回路素子を製品毎に付け換えること
によって水晶の温度特性のばらつきや他の回路素子のば
らつきを補正して、希望する温度範囲において規定する
周波数偏差以下となるように調整するのが一般的であ
る。
【0006】なお、TCXOとしては、上記図5に示し
たようにサーミスタと抵抗等の補償回路によって単に直
流電圧変化を発生する間接型の他に、サーミスタとコン
デンサとの並列回路を直接水晶振動子に直列に接続し、
該補償回路に直接高周波電流を流し、温度によるサーミ
スタの抵抗変化によって、等価直列容量を変化させるこ
とにより温度補償を行う直接型がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した如
く、サーミスタとコンデンサとの並列回路を水晶振動子
に接続する直接型TCXOにおいては、サーミスタの温
度特性そのものが温度補償特性を左右するが、一方、サ
ーミスタのB定数や常温値の抵抗値等の温度特性は入手
し得る材料の種類が限られるため、さほど種類が多くな
く、水晶のカット角の誤差範囲の全てについて適したサ
ーミスタが得られる訳ではない。
【0008】また、周波数安定度をより厳しく微小に抑
圧するためには並列コンデンサの値や感度調整用にサー
ミスタに直列又は並列に接続する抵抗の値を厳密に選択
する必要があり、工数増加と歩留率の悪化を伴ってい
た。
【0009】一方、間接型TCXOにおいては、図5
(a)、(b)に示したように構成するが、上記補償回
路1の抵抗回路網がかなりのスペースを必要とする構成
となっているので小型化に限界があるものであった。
【0010】すなわち、従来の間接型TCXOにおいて
も補償回路の抵抗回路網においては、その抵抗素子の各
回路定数の調整は、その抵抗素子自身を差し換え、その
都度温度試験を繰り返して行っていたので、差し換え用
の抵抗は、補償回路の差し換え可能なようにIC外部に
配置しなければならず、結果として小型化を妨げてい
た。また、上記抵抗素子の差し換え作業は直接型と同様
手間がかかり非効率であった。
【0011】そこで、上記TCXOの補償回路を中心に
IC化して画期的な小型化および調整の効率化を達成さ
せる事が提唱されているが、上記IC化のためには以下
の様な問題点があった。
【0012】すなわち、上記TCXOをIC化する場
合、温度補償を行うために内部電圧レギュレータの出力
電圧を分圧して水晶発振の三次特性を相殺する三次直流
電圧を発生させバラクタダイオード(バリキャップ)へ
供給するための可変抵抗回路網とサーミスタ部が必要で
ある。
【0013】しかしながら、上記温度補償用の可変抵抗
回路網として使用されるIC化が容易な抵抗は、一般に
プロセスの制約により絶対値のばらつきや比較的大きな
温度傾斜を持っているので誤差が大きくなってしまい高
精度の温度補償が行えないという問題点があった。
【0014】
【目的】本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであ
って、温度補償発振器(TCO)をIC化して画期的に
小型化できると共に、上記TCOをIC化して小型化し
た場合に高精度の温度補償を行うことができる温度補償
用の可変抵抗回路網を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明は、周波数制御用信号電圧を調整す
るための可変抵抗回路網をIC回路に含めるとともにこ
の可変抵抗回路網の複数の抵抗素子を低抵抗域、中抵抗
域、および高抵抗域に分けたことを特徴とする。請求項
2の発明は、上記複数の抵抗素子において、RLを低抵
抗素子公称値(常温)、NLを低抵抗素子数、RL- を
低抵抗素子最小値(常温)、RLT- を低抵抗素子最小
値(仕様温度内)、RL+ を低抵抗素子最大値(常
温)、RLT+ を低抵抗素子最大値(仕様温度内)、R
Mを中抵抗素子公称値(常温)、NMを中抵抗素子数、
RM- を中抵抗素子最小値(常温)、RMT- を中抵抗
素子最小値(仕様温度内)、RM+ を中抵抗素子最大値
(常温)、RMT+ を中抵抗素子最大値(仕様温度
内)、RHを高抵抗素子公称値(常温)、NHを高抵抗
素子数、RH- を高抵抗素子最小値(常温)、RHT-
を高抵抗素子最小値(仕様温度内)、RH+ を高抵抗素
子最大値(常温)、RHT+ を高抵抗素子最大値(仕様
温度内)としたとき、全温度範囲で所定値以上の抵抗値
を実現するために、NH×RHT- +NM×RMT- +
NL×RLT- が所定値より大きくなり、且つ、NM×
RM- >RH+ 、NL×RL- >RM+ 、となっている
ことを特徴とする。
【0016】請求項3の発明は、上記各抵抗域は、複数
の抵抗素子と半導体スイッチが1組ずつ並列に接続され
たものが直列にはしご状に接続されている構成となって
いることを特徴とする。
【0017】請求項4の発明は、上記半導体スイッチ
が、メモリに記憶した情報によってオン、オフし、それ
により任意の抵抗値が得られることを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、図示した実施形態に基づい
て本発明を詳細に説明する。図1は、本発明による温度
補償用の可変抵抗回路網を適用するTCXOの一実施形
態を有するIC化された温度補償水晶発振器(TCX
O)の例を示す構成ブロック図である。図1に示す様
に、上記TCXOは、温度軸に対して特定の関数電圧を
発生させるための補償回路部および発振回路部を有する
IC化されたIC部6と、上記IC部6に外付けで接続
されたバリキャップ部7と、上記バリキャップ部7に接
続された水晶振動子8とを有する構成となっている。
【0019】なお、補償回路のサーミスタ部9は上記I
C部6に外付けで接続されたもので、後述する可変抵抗
回路網14と共に温度変化に伴って温度の3次関数の直
流電圧を発生するものである。
【0020】上記IC部6は、温度補償の調整や測定を
行うための種々の信号を入出力するための入出力端子群
10と、上記端子群10に接続された切替回路11と、
上記切替回路11に接続されたメモリ(EE−PRO
M)12と、上記メモリ12に接続されたレギュレータ
13と、上記切替回路11およびメモリ12およびサー
ミスタ部9およびバリキャップ部7に接続された可変抵
抗回路網14と、上記切替回路11およびメモリ12お
よびバリキャップ部7に接続された分圧回路15と、上
記バリキャップ部7に接続された発振回路16と、上記
発振回路16および出力端子17に接続された出力バッ
ファ18と、上記切替回路11およびメモリ12および
レギュレータ13に接続された電源端子19、20とを
有する構成となっている。
【0021】次に、図2の動作フローチャートを参照し
て、上記TCXOの製造過程特に調整の概要を説明する
と、まず、ステップ100において、補償する前の温度
特性を測定する。この測定の結果、各温度における周波
数偏のデータを取得し、上記切替回路11を介して上記
端子群10より上記メモリ12へ上記分圧回路15の分
圧や可変抵抗回路網14の温度特性やレギュレータ13
の出力電圧のばらつきの補正を含めた補正データを書き
込む(ステップ101)。次に、ステップ102におい
て、実際に補償動作を機能させて各温度における出力周
波数および必要があれば各部の電圧を測定する。その結
果、周波数の温度特性が規格値以内であれば調整を終了
するが、規格値を満たさない場合は(ステップ103に
てNO)、その測定結果に基づいて更に部分的に補正デ
ータを上記メモリ12へ書き込む(ステップ104)。
【0022】このような調整を終えたTCXOでは、実
際の動作においては、上記メモリ12より上記調整済の
補正データが読み出され、上記温度特性や出力電圧のば
らつきを補正するために上記補正データを必要とする上
記IC部6内の各部(上記切替回路11、レギュレータ
13、可変抵抗回路網14、分圧回路15)へ送られ
る。また、使用時においては、ユーザにより上記分圧回
路15によるAFC感度の調整が行われることもある。
【0023】次に、本発明の要部である温度補償用の可
変抵抗回路網14について説明する。
【0024】上記温度補償用の可変抵抗回路網14は、
上記図2のTCXOの調整時に、温度補償を行うために
上記サーミスタ部9と共に上記レギュレータ13の出力
電圧を分圧して水晶発振の三次特性を相殺する三次直流
電圧を発生させ上記バリキャップ部7へ供給するための
もので、上記分圧の際に、高精度の温度補償を効率良く
行うため、この構成の特徴は低抵抗域、中抵抗域、高抵
抗域を直列接続し、上記低抵抗域、中抵抗域、高抵抗域
の各抵抗素子の構造が異なることによる設定分解能のば
らつきを均一にするために後述する如くに上記抵抗素子
の数と値を設定したことである。
【0025】すなわち、図3に示す様に、上記温度補償
用の可変抵抗回路網14は、第1の可変抵抗回路21、
第2の可変抵抗回路22、第3の可変抵抗回路23、お
よび第4の可変抵抗回路24の4つの可変抵抗回路を有
しており、上記サーミスタ部9は、第1のサーミスタ2
5、第2のサーミスタ26、および第3のサーミスタ2
7を有している。
【0026】そして、上記第1の可変抵抗回路21の入
力端は上記レギュレータ13に接続され、上記レギュレ
ータ13よりの出力電圧が供給される様になっており、
上記第1の可変抵抗回路21の他端に上記第2および第
3の可変抵抗回路22、23とが直列に接続されてい
る。
【0027】上記第1の可変抵抗回路21と第2の可変
抵抗回路22との接続点は、上記サーミスタ部9の第1
のサーミスタ25の一端に接続されると共に、上記切替
回路11に接続されている。
【0028】上記第2の可変抵抗回路22と第3の可変
抵抗回路23との接続点は、上記第1のサーミスタ25
と第2のサーミスタ26との間に接続されると共に、上
記切替回路11に接続されている。
【0029】上記第3の可変抵抗回路23の他端は、上
記切替回路11に接続され、抵抗28を介して上記バリ
キャップ部7へ接続されると共に、スイッチ29を介し
て上記第3のサーミスタ27の一端および、上記切替回
路11に接続されており、上記第3のサーミスタ27の
他端はアースに接続されている。
【0030】上記第2のサーミスタ26の他端は、上記
第4の可変抵抗回路24の一端に接続されると共に、上
記切替回路11に接続され、上記第4の可変抵抗回路2
4の他端はアースに接続されている。
【0031】上記図3に示す第1〜第4の可変抵抗回路
21、22、23、24の等価回路を示すと図4の様に
なる。
【0032】図4から明らかな様に、この第1〜第4の
可変抵抗回路21〜24は、上記レギュレータ13の出
力電圧を分圧して水晶発振の三次特性を相殺する三次直
流電圧を発生させる動作を効率良く行うため、低抵抗域
30、中抵抗域31、および高抵抗域32に分かれてい
る。
【0033】そして、上記低抵抗域30は、複数の低抵
抗素子33と半導体スイッチ34が1組づつ並列に接続
されたものが直列にはしご状に接続され、上記中抵抗域
31は、複数の中抵抗素子35と半導体スイッチ36が
1組づつ並列に接続されたものが直列にはしご状に接続
され、上記高抵抗域32は、複数の高抵抗素子37と半
導体スイッチ38が1組づつ並列に接続されたものが直
列にはしご状に接続されている。
【0034】ここで、IC内に実現できる抵抗素子とし
ては低抵抗域30、中抵抗域31、高抵抗域32のそれ
ぞれで構造が異なり、常温偏差、温度係数などがまちま
ちである。そこで、これらの組み合わせにより全域にお
ける設定分解能を均一にするため、RLを低抵抗素子公
称値(常温)(Ω)、NLを低抵抗素子数、RL- を低
抵抗素子最小値(常温)(Ω)、RLT- を低抵抗素子
最小値(仕様温度内)、RL+ を低抵抗素子最大値(常
温)(Ω)、RLT+ を低抵抗素子最大値(仕様温度
内)、RMを中抵抗素子公称値(常温)(Ω)、NMを
中抵抗素子数、RM-を中抵抗素子最小値(常温)
(Ω)、RMT- を中抵抗素子最小値(仕様温度内)、
RM+ を中抵抗素子最大値(常温)(Ω)、RMT+ を
中抵抗素子最大値(仕様温度内)、RHを高抵抗素子公
称値(常温)(Ω)、NHを高抵抗素子数、RH- を高
抵抗素子最小値(常温)(Ω)、RHT- を高抵抗素子
最小値(仕様温度内)、RH+ を高抵抗素子最大値(常
温)(Ω)、RHT+ を高抵抗素子最大値(仕様温度
内)としたとき、ワーストケースの組み合わせにて全温
度範囲で所定値(Ω)以上の抵抗値を実現するために
は、NH×RHT- +NM×RMT- +NL×RLT-
>所定値Ωとなっている。
【0035】なお、LSI化TCXOの温度補償調整用
抵抗として、最大100KΩの範囲を可変可能な抵抗素
子または抵抗回路網をIC内に実現する必要があるの
で、この場合、上記所定値は100KΩとなる。
【0036】次に、高抵抗素子を1素子分変化させたと
きの変化分(常温の最大値はRH+)はNM個の中抵抗
素子で均等に設定できる必要があり、中抵抗素子の常温
最小値がRM- であることから、NM×RM- >RH+
となっている。
【0037】同様に、中抵抗素子と低抵抗素子値の関係
は、NL×RL- >RM+ となっている。
【0038】以上の関係を満足する低・中・高抵抗素子
をNL、NM、NH個設けることにより、使用温度範囲
内で最大100KΩを実現する可変抵抗回路網を常温で
はRL+ の分解能で、(仕様温度範囲内ではRLT+ の
分解能で)実現することができる。
【0039】上記温度補償用の可変抵抗回路網14の動
作について説明すると、上記図2の調整動作において上
記可変抵抗回路21、22、23、24の各抵抗域3
0、31、32の半導体スイッチ34、36、38が上
記メモリ12よりのデータによりオン、オフ駆動されて
抵抗値が設定され、それにより上記バリキャップ部7へ
の印加電圧が制御されて温度補償感度が調整される。
【0040】
【発明の効果】本発明は、以上説明した様に、IC化し
たTCXOにおいて、その可変抵抗回路網を抵抗素子を
低抵抗域、中抵抗域、および高抵抗域に分けると共に、
上記低抵抗域、中抵抗域、高抵抗域の組み合わせによる
全域における設定分解能を均一にするため、RLを低抵
抗素子公称値(常温)(Ω)、NLを低抵抗素子数、R
L- を低抵抗素子最小値(常温)(Ω)、RLT- を低
抵抗素子最小値(仕様温度内)、RL+ を低抵抗素子最
大値(常温)(Ω)、RLT+ を低抵抗素子最大値(仕
様温度内)、RMを中抵抗素子公称値(常温)(Ω)、
NMを中抵抗素子数、RM-を中抵抗素子最小値(常
温)(Ω)、RMT- を中抵抗素子最小値(仕様温度
内)、RM+ を中抵抗素子最大値(常温)(Ω)、RM
T+ を中抵抗素子最大値(仕様温度内)、RHを高抵抗
素子公称値(常温)(Ω)、NHを高抵抗素子数、RH
- を高抵抗素子最小値(常温)(Ω)、RHT- を高抵
抗素子最小値(仕様温度内)、RH+ を高抵抗素子最大
値(常温)(Ω)、RHT+ を高抵抗素子最大値(仕様
温度内)としたとき、全温度範囲で所定値(Ω)以上の
抵抗値を実現するために、NH×RHT- +NM×RM
T- +NL×RLT- >所定値Ωとし、NM×RM- >
RH+ とし、NL×RL- >RM+ としているので、使
用温度範囲内で最大100KΩを実現する可変抵抗回路
網を常温ではRL+ の分解能で、(仕様温度範囲内では
RLT+ の分解能で)実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による温度補償用の可変抵抗回路網の一
実施形態を有するIC化された温度補償水晶発振器(T
CXO)の構成ブロック図である。
【図2】図1に示したTCXOの調整方法のフローチャ
ートである。
【図3】図1に示した温度補償用の可変抵抗回路網の内
部構成図である。
【図4】図3に示した第1〜第4の可変抵抗回路の等価
回路図である。
【図5】(a)は従来の温度補償水晶発振器(TCX
O)の基本構成図であり、(b)は(a)に示した補償
回路の構成図である。
【符号の説明】
1…補償回路、2…バラクタダイオード(バリキャッ
プ)、3、8…水晶振動子、4、16…発振回路(OS
C)、 5…コンデンサ、6…IC部、
7…バリキャップ部、9…サー
ミスタ部、 10…入出力端子
群、11…切替回路、 12…
メモリ(EE−PROM)、13…レギュレータ、
14…可変抵抗回路網、15…分圧回
路、 17…出力端子、18…
出力バッファ、 19、20…電源
端子、21、22、23、24…第1〜第4の可変抵抗
回路、25、26、27…第1〜第3のサーミスタ、2
8…抵抗、 29…スイッ
チ、30…低抵抗域、 31…
中抵抗域、32…高抵抗域、
33…低抵抗素子、34、36、38…半導体スイッ
チ、 35…中抵抗素子、37…高抵抗素子、
100〜103…各ステップ、

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周波数制御用信号電圧を調整するための
    可変抵抗回路網をIC回路に含めるとともにこの可変抵
    抗回路網の複数の抵抗素子を低抵抗域、中抵抗域、およ
    び高抵抗域に分けたことを特徴とする温度補償型発振
    器。
  2. 【請求項2】 上記複数の抵抗素子において、 RLを低抵抗素子公称値(常温)、NLを低抵抗素子
    数、RL- を低抵抗素子最小値(常温)、RLT- を低
    抵抗素子最小値(仕様温度内)、RL+ を低抵抗素子最
    大値(常温)、RLT+ を低抵抗素子最大値(仕様温度
    内)、RMを中抵抗素子公称値(常温)、NMを中抵抗
    素子数、RM- を中抵抗素子最小値(常温)、RMT-
    を中抵抗素子最小値(仕様温度内)、RM+ を中抵抗素
    子最大値(常温)、RMT+ を中抵抗素子最大値(仕様
    温度内)、RHを高抵抗素子公称値(常温)、NHを高
    抵抗素子数、RH- を高抵抗素子最小値(常温)、RH
    T-を高抵抗素子最小値(仕様温度内)、RH+ を高抵
    抗素子最大値(常温)、RHT+ を高抵抗素子最大値
    (仕様温度内)としたとき、 全温度範囲で所定値以上の抵抗値を実現するために、N
    H×RHT- +NM×RMT- +NL×RLT- が所定
    値より大きくなり、且つ、 NM×RM- >RH+ 、NL×RL- >RM+ 、となっ
    ていることを特徴とする請求項1に記載の温度補償型発
    振器。
  3. 【請求項3】 上記各抵抗域は、複数の抵抗素子と半導
    体スイッチが1組ずつ並列に接続されたものが直列には
    しご状に接続されている構成となっていることを特徴と
    する請求項1又は2に記載の温度補償型発振器。
  4. 【請求項4】 上記半導体スイッチが、メモリに記憶し
    た情報によってオン、オフし、それにより任意の抵抗値
    が得られることを特徴とする請求項3に記載の温度補償
    型発振器。
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