JPH10284941A - Piezoelectric oscillator provided with frequency correction function - Google Patents
Piezoelectric oscillator provided with frequency correction functionInfo
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- JPH10284941A JPH10284941A JP9816697A JP9816697A JPH10284941A JP H10284941 A JPH10284941 A JP H10284941A JP 9816697 A JP9816697 A JP 9816697A JP 9816697 A JP9816697 A JP 9816697A JP H10284941 A JPH10284941 A JP H10284941A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は例えば網同期装置や
携帯電話端末等に用いられる水晶発振器に関し、特に周
波数補正機能を付加し発振周波数を安定化した周波数補
正装置付圧電発振器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a crystal oscillator used in, for example, a network synchronizer or a portable telephone terminal, and more particularly to a piezoelectric oscillator with a frequency correction device having a frequency correction function added to stabilize the oscillation frequency.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、圧電発振器例えば、水晶発振器の
周波数安定度の向上、小型化、価格低減等はめざましい
ものがあり、網同期装置や携帯電話端末等の普及に大い
に貢献している。通信機器の基準周波数源として用いら
れる水晶発振器の出力周波数は種々の要因で変化する
が、周囲温度、電源電圧及び出力負荷等の条件変化によ
る周波数変動については、これに対応する手段を講ずる
ことができる。例えば温度変化に関しては水晶発振器に
温度補償回路を付加すれば、温度変化による周波数変化
を所望値の範囲におさめることができる。2. Description of the Related Art In recent years, there have been remarkable improvements in frequency stability, size reduction, price reduction, and the like of piezoelectric oscillators such as crystal oscillators, which have greatly contributed to the spread of network synchronization devices and portable telephone terminals. The output frequency of a crystal oscillator used as a reference frequency source for communication equipment varies depending on various factors.However, for frequency variations due to changes in conditions such as ambient temperature, power supply voltage, and output load, measures to deal with these variations may be taken. it can. For example, with respect to a temperature change, if a temperature compensation circuit is added to the crystal oscillator, a frequency change due to the temperature change can be kept within a desired value range.
【0003】温度補償水晶発振器(以下、TCXOと称
す)は発振ループの負荷容量が変化すると発振周波数が
変動するという周知の現象を利用して、水晶振動子固有
の温度−周波数特性変動を相殺するように前記負荷容量
を温度変化に対して制御するものであって、大きく分け
て3の補償方法がある。第1は直接型補償と称される方
法であって、図4(a)に示すように補償回路を水晶振
動子と直列に接続したものである。一般的に、補償回路
は温度センサ(サーミスタ等)とコンデンサとを並列に
接続したものを基本構成とする高温部補償回路と低温部
補償回路を直列に接続したものであり構成が単純で、小
型化が容易であることから、携帯電話等の分野で広く用
いられている。第2は間接型補償と称される方法であっ
て、図4(b)に示すように可変容量ダイオードを水晶
振動子と直列に接続すると共に、補償回路を高周波阻止
抵抗Rを介して可変容量ダイオードの両端に接続したも
のである。この方法はサーミスタと抵抗とで構成される
補償回路において発生する直流電圧を前記高周波阻止抵
抗Rを介して上記可変容量ダイオードDに加えることに
より、その回路の周波数変化量が水晶振動子のみの温度
特性と逆特性になるようにすることにより、水晶発振器
の温度特性を補償を行うものである。第3はディジタル
型補償と称されている方法であって、図5に示すように
第2の補償方法で示した補償回路を温度センサ、半導体
メモリ、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ等を用い
てディジタル的に処理する補償方式である。これらTC
XOにより、現用の携帯電話システムの端末機用の基準
周波数源に要求されている周波数安定度(温度範囲-25
〜75℃で±2〜2.5ppm)が実現されている。A temperature-compensated crystal oscillator (hereinafter referred to as TCXO) cancels out the temperature-frequency characteristic fluctuation inherent in a crystal resonator by utilizing the well-known phenomenon that the oscillation frequency fluctuates when the load capacitance of the oscillation loop changes. As described above, the load capacitance is controlled with respect to a change in temperature, and there are roughly three compensation methods. The first is a method called direct compensation, in which a compensation circuit is connected in series with a crystal oscillator as shown in FIG. In general, a compensation circuit is a simple combination of a high-temperature section compensation circuit and a low-temperature section compensation circuit connected in series, which is basically composed of a temperature sensor (such as a thermistor) and a capacitor connected in parallel. It is widely used in the field of mobile phones and the like because of its easy implementation. The second is a method called indirect compensation, in which a variable capacitance diode is connected in series with the crystal oscillator as shown in FIG. It is connected to both ends of the diode. In this method, a DC voltage generated in a compensation circuit composed of a thermistor and a resistor is applied to the variable capacitance diode D via the high-frequency blocking resistor R, so that the frequency change of the circuit is limited to the temperature of only the crystal resonator. The temperature characteristic of the crystal oscillator is compensated by making the characteristic reverse to the characteristic. The third is a method called digital type compensation. As shown in FIG. 5, the compensation circuit shown by the second compensation method includes a temperature sensor, a semiconductor memory, an A / D converter, a D / A converter, and the like. This is a compensation method that uses digital processing. These TCs
The frequency stability required for the reference frequency source for the terminal of the current mobile phone system (temperature range -25
± 2 to 2.5 ppm at ~ 75 ° C).
【0004】一方、最近の携帯電話システムでは端末機
用の基準周波数源として更に高い周波数安定度(例えば
±0.2ppm )が要求されている。この要求を満たすため
に、従来携帯電話端末の基準周波数源として電圧制御機
能を備えたTCXO(VC−TCXOと称する)を用
い、基地局から発射される高安定な信号の周波数に前記
VC−TCXOの出力を同期させることにより、通信時
の携帯電話端末の基準周波数源の周波数安定度を極めて
高く保つ方法が用いられている。ここで、VC−TCX
Oを説明する前に電圧制御水晶発振器(VCXO)につ
いて少し触れておく。図6に示す発振回路は電圧制御水
晶発振器の一例であり、水晶振動子と増幅器との発振ル
ープ中に可変容量ダイオードCDを挿入し、その一端を
高周波阻止抵抗Rを介して端子a、他端を端子bに接続
したものである。制御入力端子a、b間に印加される電
圧Vによって可変容量ダイオードCDの両端に現れる容
量が変化すること及び発振ループの負荷容量が変化する
と発振周波数が変動することを利用して回路の発振周波
数を制御する水晶発振器である。VC−TCXOはTC
XOにVCXOの機能を付加したものであって、図7は
従来のVC−TCXOの一例を示す構成図である。即
ち、この例に示すVC−TCXOは感温素子部31、温
度補償電圧発生部32及び可変容量ダイオードD1とか
ら構成される温度補償回路Temと、水晶振動子Y1、
増幅部及び外部信号電圧を印加する可変容量ダイオード
D2から成るVCXOとから構成される。On the other hand, recent portable telephone systems require a higher frequency stability (for example, ± 0.2 ppm) as a reference frequency source for a terminal. In order to satisfy this demand, a conventional TCXO having a voltage control function (referred to as a VC-TCXO) is used as a reference frequency source of a mobile phone terminal, and the frequency of a highly stable signal emitted from a base station is changed to the VC-TCXO. The method of keeping the frequency stability of the reference frequency source of the mobile phone terminal at the time of communication extremely high by synchronizing the outputs of the mobile phone terminals is used. Here, VC-TCX
Before describing O, let's talk a little about the voltage controlled crystal oscillator (VCXO). The oscillation circuit shown in FIG. 6 is an example of a voltage-controlled crystal oscillator. A variable capacitance diode CD is inserted into an oscillation loop between a crystal oscillator and an amplifier, and one end of the variable capacitance diode CD is connected to a terminal a via a high-frequency blocking resistor R. One end is connected to the terminal b. Control input terminals a, utilized to circuit oscillation that the oscillation frequency load capacitance changes things and oscillation loop capacity appearing across the variable capacitance diode C D by the voltage V applied between b changes varies This is a crystal oscillator that controls the frequency. VC-TCXO is TC
FIG. 7 is a configuration diagram showing an example of a conventional VC-TCXO in which a function of VCXO is added to XO. That is, the VC-TCXO shown in this example includes a temperature compensation circuit Tem including a temperature sensing element section 31, a temperature compensation voltage generation section 32, and a variable capacitance diode D1, a crystal oscillator Y1,
And a variable capacitance diode D2 for applying an external signal voltage.
【0005】図7に示すVC−TCXOは周囲温度を感
温素子部31が感知し、その時の温度に応じて温度補償
電圧発生部32から発生した電圧が可変容量ダイオード
D1に印加され、水晶振動子の温度を相殺して常にほぼ
一定の周波数を発生する。更に水晶振動子と直列に接続
された可変容量ダイオードD2に、外部の基準信号に同
期するように電圧VAFCを印加することによりVC−T
CXOの発振周波数は外部基準信号と同等の精度の周波
数安定度が得られる。また、前記電圧VAFCはチャネル
周波数を切り替える目的に利用することも多い。In the VC-TCXO shown in FIG. 7, a temperature sensing element section 31 senses an ambient temperature, and a voltage generated from a temperature compensation voltage generating section 32 is applied to a variable capacitance diode D1 in accordance with the temperature at that time. It always cancels out the temperature of the child and generates an almost constant frequency. Further, by applying a voltage V AFC to a variable capacitance diode D2 connected in series with the crystal unit so as to synchronize with an external reference signal, VC-T
As for the oscillation frequency of the CXO, frequency stability with the same accuracy as that of the external reference signal can be obtained. Further, the voltage V AFC is often used for the purpose of switching the channel frequency.
【0006】本発明の理解を助けるため、国内で運用さ
れている携帯電話システムの携帯電話端末に用いられて
いる電圧制御機能付温度補償型水晶発振器の周波数補正
機能について説明する。この携帯電話システムでは基地
局と携帯電話端末との間の通信に際し、現用のTCXO
の周波数安定度(温度範囲-20〜+75℃で±2.0 〜±2.5p
pm)を超える高精度な周波数安定度(約±0.2ppm)を必
要とするため、携帯電話端末内の基準周波数源として電
圧制御機能を備えたTCXOを用いることにより、携帯
電話端末の基準周波数(従ってキャリア周波数も)を基
地局から発射される周波数に同期させている。端末機の
基準周波数を基地局の周波数に同期する機能を一般にA
FC機能と称しており、通信時の携帯電話端末の基準周
波数の精度は極めて高く保たれている。To facilitate understanding of the present invention, a description will be given of a frequency correction function of a temperature-compensated crystal oscillator with a voltage control function used in a mobile phone terminal of a mobile phone system operated in Japan. In this mobile phone system, an active TCXO is used for communication between a base station and a mobile phone terminal.
Frequency stability (± 2.0 to ± 2.5p at temperature range -20 to + 75 ° C)
pm), the use of a TCXO with a voltage control function as the reference frequency source in the mobile phone terminal allows the use of a mobile phone terminal with a reference frequency (approximately ± 0.2 ppm). Therefore, the carrier frequency is also synchronized with the frequency emitted from the base station. Generally, the function of synchronizing the reference frequency of the terminal with the frequency of the base station is A
This is called the FC function, and the accuracy of the reference frequency of the mobile phone terminal during communication is kept extremely high.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
水晶発振器においては該発振器を装置に実装する際のリ
フロ−等による水晶振動子の熱衝撃やエージング等によ
り、その周波数の変化は避けられず、このような水晶振
動子を組み込んだ上述のTCXO、VCXO、VC−T
CXO等は発振周波数がズレることになる。そのため従
来熱衝撃による周波数のズレを補正するため周波数調整
回路、例えば発振ループにトリマーコンデンサ等を挿入
して再調整していたが、トリマーを回すという調整工程
が必要となり、製造コストが上昇するという問題があっ
た。また、エージングによる周波数の経年変化は製造時
の調整では如何ともしがたく、ユーザーによるメンテナ
ンスが必要になるという欠点があった。本発明は上記問
題を解決するためになされたものであって、水晶発振器
自体にに自動周波数補正機能を付加することにより、組
立後の再調整の必要性を小さくすると共にユーザーによ
るメンテナンスを不要とし、経年変化に対しても周波数
安定度が極めて高い周波数補正装置付VCXOまたは周
波数補正装置付VC−TCXOを提供することを目的と
する。However, in a conventional crystal oscillator, a change in the frequency due to thermal shock or aging of the crystal oscillator due to reflow when mounting the oscillator in a device is inevitable. The above-described TCXO, VCXO, VC-T incorporating such a crystal unit
The oscillation frequency of CXO and the like is shifted. Therefore, in order to correct the frequency deviation due to thermal shock, a frequency adjustment circuit, for example, a trimmer capacitor or the like was inserted into the oscillation loop and readjusted.However, an adjustment process of turning the trimmer is required, which increases the manufacturing cost. There was a problem. Further, there is a drawback that the aging of the frequency due to aging is inevitably performed by adjustment at the time of manufacturing, and maintenance by a user is required. The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and by adding an automatic frequency correction function to the crystal oscillator itself, it is possible to reduce the need for readjustment after assembly and to eliminate the need for maintenance by the user. Another object of the present invention is to provide a VCXO with a frequency correction device or a VC-TCXO with a frequency correction device having extremely high frequency stability against aging.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る周波数補正装置付温度補償水晶発振器の
請求項1記載の発明は、制御電圧に応じて周波数が変化
する電圧制御型圧電発振器において、前記供給電圧に関
する情報を記憶する記憶手段を設け、発振が停止し再起
動する際に前記記憶手段に記憶された情報を読み出し該
情報に対応するよう供給電圧を制御することを特徴とす
る周波数補正機能を有する圧電発振器である。請求項2
記載の発明は、請求項1記載の圧電発振器で外部の基準
発振周波数に同期しこの状態を前記記憶手段に記憶する
ことを特徴とする周波数補正機能を有する圧電発振器で
ある。According to a first aspect of the present invention, there is provided a temperature-compensated crystal oscillator with a frequency compensating device according to the present invention, the frequency of which varies according to a control voltage. In the oscillator, storage means for storing the information on the supply voltage is provided, and when the oscillation is stopped and restarted, the information stored in the storage means is read and the supply voltage is controlled so as to correspond to the information. This is a piezoelectric oscillator having a frequency correction function. Claim 2
According to a third aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric oscillator having a frequency correction function, wherein the piezoelectric oscillator is synchronized with an external reference oscillation frequency and the state is stored in the storage means.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示した実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図1は本発明を温度補
償型VCXOに適用したVCTCXOの構成原理と動作
を総括的に説明するためのブロック図である。本発明の
周波数補正機能を有する圧電発振器は図3に示すように
圧電発振部20−1と、温度補償部20−2と、電圧供
給部21と、監視部、具体てきには周囲温度が温度補償
範囲にあるか否かを監視する監視部22と、初期電圧設
定部23とからなる。各ブロックについて夫々に含まれ
る基本的機能について説明すると、発振部20−1には
増幅器と水晶振動子及び可変容量ダイオードを含み、既
によく知られているように前記可変容量ダイオードの両
端電圧を制御することによって発振周波数をコントロー
ルするものである。温度補償部20−2は、例えば前記
図5、図6を用いて説明したようにサーミスタ等の感温
素子を含み前記発振部20−1の可変容量ダイオードに
印加すべき補償電圧を発生するものである。電圧供給部
21は、当該発振器を搭載する例えば携帯無線機等から
供給されるAFC信号VAFCと後述する初期電圧設定部
23から出力する周波数補正電圧VA DJとを合成するこ
とによって前記発振部20−1の発振周波数が所望のも
のとなる制御電圧を発生すると共にこの制御電圧を前記
発振部20−1の可変容量ダイオードに供給するもので
ある。また、監視部22は前記温度補償部20−2にお
いて生成する温度情報に基づいて、その時の温度が予め
定めた温度範囲にあるか否かを判定し、その条件がみた
されるとき書き込みが許可信号を発生する。残る初期電
圧設定部23は書き込み読み出し可能なメモリ、例えば
EE−PROMを備え、該メモリに前記発振部20−1
の可変容量ダイオードの両端電圧を電圧供給部21にお
いてデジタル信号化した上で記憶する機能を備えているDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail based on an embodiment shown in the drawings. FIG. 1 is a block diagram for generally explaining the configuration principle and operation of a VCTCXO in which the present invention is applied to a temperature compensated VCXO. As shown in FIG. 3, the piezoelectric oscillator having the frequency correction function of the present invention has a piezoelectric oscillation unit 20-1, a temperature compensation unit 20-2, a voltage supply unit 21, and a monitoring unit. It comprises a monitoring unit 22 for monitoring whether it is within the compensation range and an initial voltage setting unit 23. The basic function included in each block will be described. The oscillation unit 20-1 includes an amplifier, a crystal oscillator, and a variable capacitance diode, and controls the voltage between both ends of the variable capacitance diode as is well known. By doing so, the oscillation frequency is controlled. The temperature compensator 20-2 includes a temperature-sensitive element such as a thermistor as described with reference to FIGS. 5 and 6, and generates a compensation voltage to be applied to the variable capacitance diode of the oscillator 20-1. It is. Voltage supply unit 21, the oscillating unit by combining the frequency correction voltage V A DJ for outputting from the initial voltage setting unit 23 to be described later AFC signal V AFC supplied from, for example portable radio or the like equipped with the oscillator It generates a control voltage at which the oscillation frequency of the oscillator 20-1 becomes a desired one and supplies the control voltage to the variable capacitance diode of the oscillator 20-1. The monitoring unit 22 determines whether or not the temperature at that time is within a predetermined temperature range based on the temperature information generated by the temperature compensating unit 20-2. Generate a signal. The remaining initial voltage setting unit 23 includes a writable and readable memory, for example, an EE-PROM.
And a function of storing the voltage between both ends of the variable capacitance diode after converting it into a digital signal in the voltage supply unit 21.
【0010】図2は、本発明に係るVCTCXOの概略
機能図(図1)を詳しく示した図であって、鎖線で囲ん
だ20〜23の4ブロックから構成される。各ブロック
の構成を順を追って説明すると、鎖線20で示す発振部
は、水晶振動子Y1、増幅器10、2つの可変容量ダイ
オードD1、D2、2つの容量C1、C2(直流阻止、
交流バイパス用コンデンサ)から成る発振部と、温度セ
ンサー部11と温度補償電圧発生回路12とからなる温
度補償部から構成され、電圧制御温度補償発振器として
動作する。鎖線21は制御電圧供給部であて、前記電圧
制御温度補償発振器20可変容量ダイオードD1の両端
の電圧VAFC−VADJをオペアンプU1に印加することに
よって電圧VADを得て、これをアナログ・ディジタルコ
ンバータ(以下、A/Dコンバータと称す)A/Dによ
りディジタルデータに変換し、これをラッチ回路13に
一時記憶するものである。FIG. 2 is a detailed functional diagram (FIG. 1) of the VCTCXO according to the present invention, which is composed of four blocks 20 to 23 surrounded by chain lines. The configuration of each block will be described in order. The oscillation unit indicated by a chain line 20 includes a crystal oscillator Y1, an amplifier 10, two variable capacitance diodes D1 and D2, and two capacitances C1 and C2 (DC blocking,
An oscillation unit including an AC bypass capacitor) and a temperature compensation unit including a temperature sensor unit 11 and a temperature compensation voltage generation circuit 12 operate as a voltage-controlled temperature-compensated oscillator. A chain line 21 is a control voltage supply unit. The voltage V AFC -V ADJ across the variable capacitance diode D1 is applied to the operational amplifier U1 to obtain a voltage V AD , which is analog / digital. The data is converted into digital data by a converter (hereinafter, referred to as an A / D converter) A / D and is temporarily stored in the latch circuit 13.
【0011】鎖線22は監視部であって前記温度補償部
20−1の温度センサー11の出力電圧を監視するもの
で、電圧コンパレータU3、U4とNANDゲートU5
とからなり、前記出力電圧がVSENS1とVSENS2との間の
値である場合、 温度センサの情報に基づいてその時の
温度が補償範囲であるかどうかを判断し、後述するLO
CK信号によるEE−PROM14へのデータ書き込み
を許可する信号である。また、鎖線23は初期電圧設定
部であって、データを記憶しておくEE−PROM14
と、読み出し可否付きラッチ回路15と、記憶回路RA
Mと、ディジタルアナログ変換器D/A及びオペアンプ
U2より構成される。電源が投入されると同時にEE−
PROM14(電気的に書き込み、読み出し可能なメモ
リ)から予め書き込まれているディジタルデータの情報
を読み出して、読み書き可能メモリRAMに書き込み、
このデータをD/Aコンバータによってアナログ直流電
圧値VDAに変換する。この電圧を利得G2、基準電圧V
AFC(0) に設定されたオペアンプU2によって、出力電
圧VADJに変換し、交流信号阻止用兼直流電圧バイアス
用抵抗R2を介してAFC兼周波数補正用可変容量ダイ
オードD1のアノードに加える。A chain line 22 is a monitoring unit for monitoring the output voltage of the temperature sensor 11 of the temperature compensating unit 20-1, and includes voltage comparators U3 and U4 and a NAND gate U5.
When the output voltage is a value between V SENS1 and V SENS2 , it is determined whether or not the temperature at that time is within the compensation range based on the information of the temperature sensor.
This signal permits writing of data to the EE-PROM 14 by the CK signal. A chain line 23 is an initial voltage setting unit, which stores data in the EE-PROM 14.
, A read / write enabled latch circuit 15 and a storage circuit RA
M, a digital / analog converter D / A and an operational amplifier U2. EE-
Digital data information written in advance is read from the PROM 14 (electrically writable and readable memory) and written to the readable / writable memory RAM.
This data is converted into an analog DC voltage value V DA by a D / A converter. This voltage is referred to as gain G2 and reference voltage V
The output voltage V ADJ is converted by the operational amplifier U2 set to AFC (0) , and is applied to the anode of the AFC / frequency correcting variable capacitance diode D1 via the AC signal blocking / DC voltage biasing resistor R2.
【0012】以上の構成において全体の動作を説明す
る。はじめに、発振部20の動作を説明すると、携帯電
話端末等から供給される周波数同期用信号電圧VAFCと
オペアンプU2から前記ダイオードD1のカソードに供
給される周波数補正用電圧VADJとにより、該ダイオー
ドD1は電圧差VAFC − VADJに応じた交流等価容量値
となり、それによって発振部20の周波数が制御され
る。The overall operation of the above configuration will be described. First, the operation of the oscillating unit 20 will be described. The frequency synchronizing signal voltage V AFC supplied from a mobile phone terminal or the like and the frequency correction voltage V ADJ supplied from the operational amplifier U2 to the cathode of the diode D1 produce D1 is the voltage difference V AFC - becomes AC equivalent capacitance value corresponding to the V ADJ, whereby the frequency of the oscillator 20 is controlled.
【0013】一方、周囲温度に応じて温度補償部20の
温度センサ11の出力が得られると、それによって温度
補償電圧発生回路12に直流電圧VCOMPが発生する。こ
の直流電圧を交流信号阻止兼直流電圧印加用抵抗R3を
介して可変容量ダイオードD2に印加することにより、
可変容量ダイオ−ドD2の交流等価容量が変化し、発振
部の発振周波数が制御されて、温度変化に対し発振部の
周波数を規定値内に保つように動作する。On the other hand, when the output of the temperature sensor 11 of the temperature compensating section 20 is obtained in accordance with the ambient temperature, a DC voltage V COMP is generated in the temperature compensating voltage generating circuit 12. By applying this DC voltage to the variable capacitance diode D2 via the AC signal blocking and DC voltage application resistor R3,
The AC equivalent capacitance of the variable capacitance diode D2 changes, the oscillating frequency of the oscillating unit is controlled, and operation is performed so that the frequency of the oscillating unit is kept within a specified value with respect to a temperature change.
【0014】監視部22の動作を説明すると、この回路
は温度センサ11の温度信号をコンパレータU3とU4
に供給し、これらのコンパレータに予め設定した最低温
度以下あるいは最高温度以上ではEE−PROMへのデ
ータ書き込みを禁止する機能を有している。ここで、温
度センサ11として例えば、半導体のPN接合バンドギ
ャップ電圧変化(約−2mV/℃)を呈するダイオード
を用いれば、温度センサ11の出力電圧は図3に示すよ
うに温度上昇と共に一定の割合で減少する特性となる。
電圧制御温度補償水晶発振器の可動温度範囲の最低温度
T1に相当する電圧VSENS1をレギュレタ等を用いて発
生させ、コンパレータU3の負側の入力端子に供給し、
温度センサ電圧がVSENS1より高ければU3の出力は
「HIGH」レベルとなるように設定する。同様に、可
動温度範囲の最高温度T2に相当する電圧VSENS2 ヲ電圧
コンパレータU4の正側の入力端子に加え、センサ出力
電圧がVSENS2より低ければU4の出力は「HIGH」
レベルとなるように設定する。従って、NANDゲート
U5の出力は温度センサ出力電圧がVSENS1とVSENS2と
の範囲にある時にのみ「HIGH」レベルとなってEE
−PROMへ出力許可を与える。The operation of the monitoring unit 22 will be described. This circuit outputs the temperature signal of the temperature sensor 11 to the comparators U3 and U4.
And a function of prohibiting data writing to the EE-PROM when the temperature is lower than the minimum temperature or higher than the maximum temperature set in advance by these comparators. Here, for example, if a diode exhibiting a semiconductor PN junction band gap voltage change (about -2 mV / ° C.) is used as the temperature sensor 11, the output voltage of the temperature sensor 11 changes at a constant rate as the temperature rises as shown in FIG. , The characteristic is reduced.
A voltage V SENS1 corresponding to the lowest temperature T1 of the operating temperature range of the voltage-controlled temperature-compensated crystal oscillator is generated using a regulator or the like, and supplied to the negative input terminal of the comparator U3.
If the temperature sensor voltage is higher than VSENS1 , the output of U3 is set to the "HIGH" level. Similarly, in addition to the positive input terminal of the voltage V SENS2 wo voltage comparator U4, which corresponds to the maximum temperature T2 of the movable temperature range, the output of if the sensor output voltage is lower than V SENS2 U4 is "HIGH"
Set to be level. Therefore, the output of the NAND gate U5 becomes the “HIGH” level only when the temperature sensor output voltage is in the range between V SENS1 and V SENS2, and the output becomes EE.
-Give output permission to the PROM.
【0015】次に、本VCTCXOを用いた携帯電話端
末においてそのキャリア周波数を基地局周波数に同期さ
せる動作の一例を説明する。 VCTCXOの発振部の
出力が、基準周波数信号として当該携帯電話端末に備え
られたシンセサイザーに加えられ、所要倍逓倍して該端
末のキャリア周波数を発生すると、該周波数と基地局か
ら発射され当該端末の受信部の受信された周波数情報と
比較し、その位相差がゼロになるように、前記VAFCを
生成し、基地局周波数に同期したときの電圧VAFCに固
定する。この状態において携帯電話端末の基準周波数は
基地局に同期しているため、周波数精度は基地局の搬送
波と同等の極めて高い周波数安定度となり得る。Next, an example of an operation of synchronizing a carrier frequency with a base station frequency in a portable telephone terminal using the present VCTCXO will be described. The output of the oscillating unit of the VCTCXO is applied as a reference frequency signal to a synthesizer provided in the mobile phone terminal. When the carrier frequency of the terminal is multiplied by a required frequency to generate the carrier frequency of the terminal, the frequency is emitted from the base station and the frequency is emitted from the base station. The V AFC is generated so that the phase difference becomes zero by comparing with the frequency information received by the reception unit, and is fixed to the voltage V AFC when synchronized with the base station frequency. In this state, since the reference frequency of the mobile phone terminal is synchronized with the base station, the frequency accuracy can be extremely high, equivalent to the carrier of the base station.
【0016】次に、同期した状態をVCTCXOが備え
るメモリEE−PROMに保持する動作について説明す
る。可変容量ダイオードD1のアノ−ド、カソ−ド間に
印加される電圧、VAFC−VADJはオペアンプU1によっ
て電圧VADに変換され、A/Dコンバ−タによってデジ
タルデ−タDADに変換される。一方、電源投入後メモリ
EE−PROM14は、自身に記憶されているデジタル
デ−タをRAMに転送した後、ラッチ15のREAD
DISABLEモ−ドにおいてRAMと切り離されて書
き込みモ−ドに設定され、携帯電話端末からの同期信号
LOCKによって上述したデジタルデ−タDADがラッチ
回路13を介して書き込まれる。この一連の動作によっ
て、その時点におけるVCTCXOによって基地局の周
波数と一致した発振周波数を得るために必要な制御電圧
情報がメモリEE−PROM14に記憶される。この情
報は可変容量ダイオードD1に印加される電圧VAFC−
VADJに関連付けられた情報として記憶されることにな
る。即ち、ある温度において前記VCTCXOの発振周
波数が基地局から送信された高安定度の周波数信号に同
期するようにVCTCXOの制御が設定されるというこ
とは、その時点において水晶振動子の温度周波数特性あ
るいはその他の周辺部品のリアクタンス等が経年変化に
よって最初の出荷調整時と異なったものになったとして
も当該VCTCXOが希望する発振周波数を出力するよ
う可変容量ダイオードD1に印加すべき電圧を補正した
ことになる。Next, the operation of holding the synchronized state in the memory EE-PROM of the VCTCXO will be described. The voltage V AFC -V ADJ applied between the anode and the cathode of the variable capacitance diode D 1 is converted into a voltage V AD by an operational amplifier U 1, and converted into digital data D AD by an A / D converter. Is done. On the other hand, after the power is turned on, the memory EE-PROM 14 transfers the digital data stored therein to the RAM,
DISABLE mode - is separated from the RAM in de writing mode - set to de, digital de described above by synchronizing the signal LOCK from the mobile telephone terminal - data D AD is written through the latch circuit 13. Through this series of operations, control voltage information necessary to obtain an oscillation frequency that matches the frequency of the base station by the VCTCXO at that time is stored in the memory EE-PROM 14. This information is based on the voltage V AFC − applied to the variable capacitance diode D1.
It will be stored as information associated with V ADJ . That is, at a certain temperature, the control of the VCTCXO is set so that the oscillation frequency of the VCTCXO is synchronized with the high-stability frequency signal transmitted from the base station. The voltage to be applied to the variable capacitance diode D1 has been corrected so that the VCTCXO outputs the desired oscillation frequency even if the reactance of the other peripheral components becomes different from that at the time of the initial shipment adjustment due to aging. Become.
【0017】以後、携帯電話端末が電源投入される時、
メモリEE−PROM14に記憶されたデ−タを上述の
ようにEE−PROMからRAMへ読み込み、これをD
/A変換して、可変容量ダイオードD1に周波数補正電
圧VADJとして印加することにより、VCTCXOの発
振周波数が高精度に維持されることになる。このよう
に、AFC機能によりEE−PROMに記憶した制御電
圧情報を更新すれば、VCTCXOの周波数精度を経年
変化にかかわらず一定値内に保持することが可能とな
る。尚、携帯電話端末の電源を切ってもEE−PROM
のデ−タが保持されることは言うまでもない。図2は上
述したVCTCXO全体回路を機能別ブロック図に示し
たものであって、全体の作用を理解する助けとなる。Thereafter, when the portable telephone terminal is turned on,
The data stored in the memory EE-PROM 14 is read from the EE-PROM to the RAM as described above,
By performing the / A conversion and applying it to the variable capacitance diode D1 as the frequency correction voltage V ADJ , the oscillation frequency of the VCTCXO is maintained with high accuracy. As described above, if the control voltage information stored in the EE-PROM is updated by the AFC function, the frequency accuracy of the VCTCXO can be maintained within a constant value regardless of aging. Even if the power of the mobile phone terminal is turned off, the EE-PROM
Needless to say, this data is retained. FIG. 2 is a functional block diagram showing the entire VCTCXO circuit described above, which helps to understand the overall operation.
【0018】次に、本発明の理解をより助けるため上述
の動作を図4に示すフローチャートと具体的数値を用い
て説明する。始めに、周波数同期用電圧VAFCは一般に
その電圧範囲と中心値VAFC(0)が決められており、一例
を示せば電圧範囲を+0.5V≦VAFC≦+2.5V、
中心値をVAFC(0)=+1.5Vである。また、オペアン
プU1、U2の電圧利得は共に1、すなわちG1=G2
=1に設定した場合、A/Dコンバ−タの入力電圧VAD
と可変容量ダイオ−ドD1の印加電圧VAFC−VADJとの
関係は VAD=VAFC−VADJ (1) である。また、D/Aコンバ−タの出力電圧VDAと、オ
ペアンプU2の出力電圧、即ち、可変容量ダイオ−ドD
1のアノ−ド印加電圧VADJとの関係は VADJ=VAFC(0)−VDA (2) となる。始めにVCTCXOはVAFCを中心値電圧V
AFC(0)=+1.5Vに設定した状態で、その発振周波数
を規格周波数に精度良く合わせる。この周波数調整はF
ADJ端子からデジタルデ−タを入力し、発振周波数が所
望周波数になった時点で、このディジタルデ−タをラッ
チ回路13を介してEE−PROM14に書き込むこと
で行われる。この時のD/Aコンバ−タの出力電圧をV
DA=+1.0Vとすると、(2)式よりVADJ=+0.
5V、(1)式よりVAD=+1.0Vとなる。なお、上
述した如き調整はトリマーコンデンサを回す動作に比べ
自動化及び精度向上が容易である。Next, the above-mentioned operation will be described with reference to a flowchart shown in FIG. 4 and specific numerical values in order to better understand the present invention. First, the voltage range and the center value V AFC (0) of the frequency synchronization voltage V AFC are generally determined. For example, the voltage range is set to +0.5 V ≦ V AFC ≦ + 2.5 V,
The center value is V AFC (0) = + 1.5V. The voltage gains of the operational amplifiers U1 and U2 are both 1, that is, G1 = G2
= 1, the input voltage V AD of the A / D converter
The relationship between V AFC and V ADJ applied to the variable capacitance diode D1 is V AD = V AFC -V ADJ (1). Further, the output voltage V DA of the D / A converter and the output voltage of the operational amplifier U2, that is, the variable capacitance diode D
The relationship between 1 and the anode applied voltage V ADJ is as follows: V ADJ = V AFC (0) -V DA (2) Initially, VCTCXO is centered on V AFC
With AFC (0) = + 1.5V, the oscillation frequency is adjusted to the standard frequency with high accuracy. This frequency adjustment is F
This is performed by inputting digital data from the ADJ terminal and writing the digital data into the EE-PROM 14 via the latch circuit 13 when the oscillation frequency reaches the desired frequency. The output voltage of the D / A converter at this time is V
Assuming that DA = + 1.0 V, V ADJ = + 0.
5 V, V AD = + 1.0 V from equation (1). The above-described adjustment is easier to automate and improve the accuracy than the operation of turning the trimmer capacitor.
【0019】この後、もし仮にVCTCXOに熱衝撃等
を加えず、またエージングによる周波数変化もなく、且
つ携帯電話端末に実装した後もVCTCXOがその調整
時の発振周波数を再現する場合には、AFC電圧がV
AFC=+1.5Vで同期され、携帯電話端末側からの同
期信号により前記の値と同じA/Dコンバ−タの入力電
圧VAD=+1.0Vに相当するディジタルデータがメモ
リEE−PROM13に書き込まれる。この場合VAFC
がVCTCXOの周波数調整条件、即ちVAFC =VA
FC(0)=+1.5Vと同じ値のため、結果としてEE−
PROM14のデ−タは変化しない。Thereafter, if the VCTCXO is not subjected to thermal shock or the like, does not undergo a frequency change due to aging, and if the VCTCXO reproduces the oscillation frequency at the time of its adjustment even after being mounted on a mobile phone terminal, the AFC Voltage is V
Synchronized at AFC = + 1.5 V, and digital data corresponding to the input voltage V AD = + 1.0 V of the A / D converter, which is the same as the above value, is written into the memory EE-PROM 13 by the synchronization signal from the portable telephone terminal. It is. In this case V AFC
Is the frequency adjustment condition of VCTCXO, that is, V AFC = V A
Since FC (0) is the same value as +1.5 V, EE−
The data in PROM 14 does not change.
【0020】一方、VCTCOが熱衝撃や経時変化によ
り内蔵する水晶振動子や周辺部品等の特性変動に伴って
その発振周波数が変化した場合、当然ながら同期電圧V
AFCは変化する。仮に基地局周波数に一致させるための
AFCの同期電圧がVAFC=+1.7Vとなったとする
と、式(1)より、VAD=+1.7V −0.5V=+
1.2Vとなり、前のVAD =1Vに代ってVAD =1.
2Vなる値が、デジタルデ−タに変換されてEE−PR
OM14に書き込まれる。従って、その後電源が投入さ
れる時、VAFC=VAFC(0)=+1.5Vで周波数同期を
得るためには、式(2)より、VADJ=1.5V−1.
2V=+0.3Vとなる。この値を式(1)に代入する
と、VAD=1.5V−0.3V=1.2Vとなり同期が
得られる。従って中心値VAFC=VAFC(0)=+1.5V
の同期電圧で周波数同期が得られることになり、周波数
は自動的に補正されたことになる。On the other hand, if the oscillation frequency of the VCTCO changes due to a change in the characteristics of a built-in crystal unit or peripheral components due to thermal shock or aging, the synchronization voltage V
AFC changes. Assuming that the AFC synchronization voltage for matching the base station frequency becomes V AFC = + 1.7 V, from equation (1), V AD = + 1.7 V −0.5 V = +
V AD = 1 1.2V, and the on behalf before the V AD = 1V.
The value of 2V is converted into digital data and converted to EE-PR
Written to OM14. Therefore, in order to obtain frequency synchronization at V AFC = V AFC (0) = + 1.5 V when the power is turned on thereafter, from the equation (2), V ADJ = 1.5 V−1.
2V = + 0.3V. By substituting this value into equation (1), V AD = 1.5 V-0.3 V = 1.2 V, and synchronization is obtained. Therefore, the center value V AFC = V AFC (0) = + 1.5V
The frequency synchronization is obtained with the synchronization voltage of, and the frequency is automatically corrected.
【0021】本発明に係るVCTCXOは水晶振動子や
他の部品が熱衝撃あるいはエージング等で変化し、その
結果該VCTCXOの発振周波数がシフトした場合であ
っても、外部基準周波数と同期させた状態において自己
発振周波数を校正し、その状態を記憶する機能を持たせ
たので、従来のように発振器を停止させて発振周波数の
調整や水晶発振器の交換等を行う必要がない。また、外
部基準周波数に同期するための情報を記憶しているの
で、本発明のVCTCXOを用いた通信端末は電源投入
後、同期するまでの時間が短縮され、直ちに通信開始が
可能となり、従来のシステムのように基地局から到来す
る基準周波数と同期を取った後、通信を開始する方式に
比べれば立ち上がり時間は格段に早くなる。The VCTCXO according to the present invention is in a state in which it is synchronized with an external reference frequency even if the crystal oscillator or other parts change due to thermal shock or aging, and as a result, the oscillation frequency of the VCTCXO shifts. Has a function of calibrating the self-oscillation frequency and storing the state of the self-oscillation frequency, so that there is no need to stop the oscillator and adjust the oscillation frequency or replace the crystal oscillator as in the conventional case. In addition, since information for synchronizing with the external reference frequency is stored, the communication terminal using the VCTCXO of the present invention can reduce the time until synchronization after turning on the power, and can immediately start communication. The start-up time is much faster than in a system that starts communication after synchronizing with a reference frequency coming from a base station like a system.
【0022】以上、携帯電話端末等に使用されるVCT
CXOの一例をもとに本発明を説明したが、その他のア
プリケ−ション、例えば温度補償機能を備えない単なる
電圧制御水晶発振器(VCXO)等においても、同様に
本発明が適用することが可能である。例えば、水晶発振
器の周波数を外部信号に同期し、同期時の状態、制御電
圧等の情報を同期信号によって半導体メモリに書き込
み、電源投入時はこれを読み出し、またこれを間欠的に
書き換えることによって経年変化を伴っても水晶発振器
の周波数を一定値以内に保持することが可能となる。As described above, VCT used for mobile phone terminals and the like
Although the present invention has been described based on an example of CXO, the present invention can be similarly applied to other applications, for example, a simple voltage-controlled crystal oscillator (VCXO) having no temperature compensation function. is there. For example, by synchronizing the frequency of a crystal oscillator with an external signal, writing information such as the state at the time of synchronization and control voltage to a semiconductor memory by using a synchronization signal, reading the information when power is turned on, and rewriting this intermittently over time. Even if there is a change, the frequency of the crystal oscillator can be kept within a certain value.
【0023】[0023]
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成したの
で、熱衝撃やエージング等によって本発明になるVCT
CXOの発振部の周波数が変化する場合、周波数補償回
路によりこの変化を自動的に補正してその状態を記憶
し、更新することができるため、長期に渡って精度良い
周波数を維持する安定度の高い水晶発振器を提供するこ
とが可能となり、従来の水晶発振器では達成できなかっ
た周波数安定度を実現できるという極めて有効な効果が
得られる。更に、本発明になる上記回路をIC等で構成
することにより小型で安定度の極めて高い水晶発振器を
安価で提供できるという優れた効果を奏する。Since the present invention is constructed as described above, the VCT which becomes the present invention due to thermal shock, aging, etc.
When the frequency of the oscillating section of the CXO changes, the change can be automatically corrected by a frequency compensation circuit and the state can be stored and updated. It is possible to provide a high crystal oscillator, and it is possible to obtain an extremely effective effect that frequency stability that cannot be achieved by a conventional crystal oscillator can be realized. Further, by constituting the circuit according to the present invention with an IC or the like, there is an excellent effect that a small-sized crystal oscillator having extremely high stability can be provided at low cost.
【図1】本発明に係る周波数補正機能を有する圧電発振
器の実施の一形態例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a piezoelectric oscillator having a frequency correction function according to the present invention.
【図2】図1の全体回路を機能別ブロック図で表した図
である。FIG. 2 is a functional block diagram illustrating the entire circuit of FIG. 1;
【図3】図1の温度センサ出力電圧を説明する図であ
る。FIG. 3 is a diagram illustrating an output voltage of the temperature sensor of FIG. 1;
【図4】(a)は従来の直接型温度補償水晶発振器、
(b)は間接型温度補償水晶発振器の回路図である。FIG. 4 (a) is a conventional direct temperature-compensated crystal oscillator,
(B) is a circuit diagram of the indirect-type temperature-compensated crystal oscillator.
【図5】ディジタル型温度補償水晶発振器の回路図であ
る。FIG. 5 is a circuit diagram of a digital temperature-compensated crystal oscillator.
【図6】一般的な電圧制御水晶発振器の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a general voltage-controlled crystal oscillator.
【図7】従来のVC−TCXOを示す回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram showing a conventional VC-TCXO.
Y1・・水晶振動子 D1、D2・・可変容量ダイオ−ド C1、C2・・コンデンサ R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R
9、R10、R11・・抵抗 U1、U2・・オペアンプ U3、U4・・電圧コンパレ−タ U5・・NANDゲ−ト 10・・増幅器 11・・温度センサ 12・・温度補償電圧発生回路 13、15・・ラッチ回路(デジタル信号経路切換、切
断回路) 14・・EE−PROM(電気的書き込み、読み出し可
能な半導体メモリ) A/D・・A/Dコンバ−タ(アナログ信号−デジタル
信号変換器) D/A・・D/Aコンバ−タ(デジタル信号−アナログ
信号変換器) RAM・・一時的デ−タ書き込み、読み出し可能メモリ VCOMP・・温度補償電圧 VAFC・・周波数制御電圧 VAFC(0)・・周波数制御中心電圧 VADJ・・周波数補正用電圧 VSENS1・・温度センサ出力電圧低温側設定値 VSENS2・・温度センサ出力電圧高温側設定値 INPUT A/D /RAM・・EE−PROM書き込みデ−
タ、A/D、RAM切換え LOCK・・周波数同期時EE−PROM書き込み命令
信号 MODE READ/WRITE・・EE−PROM読み出し、書
き込みモ−ド選択 READ ABLE/DISABLE・・RAMのデ−タ読み出し可
能、不能選択 FADJ DATA・・周波数調整デ−タ入力 WRITE ABLE/DISABLE ・・書き込み許可、不許可
信号Y1 crystal oscillator D1, D2 variable capacitance diode C1, C2 capacitor R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R
9, R10, R11 ··· resistor U1, U2 ··· operational amplifier U3, U4 ··· voltage comparator U5 · · · NAND gate 10 · · · amplifier 11 · · · temperature sensor 12 · · · temperature compensation voltage generation circuit 13, 15 ..Latch circuit (digital signal path switching and disconnection circuit) 14.EE-PROM (electrically writable and readable semiconductor memory) A / D A.D / A converter (analog signal-digital signal converter) D / A ··· D / A converter (digital signal-analog signal converter) RAM · · · temporary data writable and readable memory V COMP · · · temperature compensation voltage V AFC · · frequency control voltage V AFC ( 0) Frequency control center voltage V ADJ Frequency correction voltage V SENS1 Temperature sensor output voltage low temperature setting V SENS2 Temperature sensor output voltage high temperature setting INPUT A / D / RA M..EE-PROM writing data
Data, A / D, RAM switching LOCK: EE-PROM write command signal at frequency synchronization MODE READ / WRITE: EE-PROM read, write mode selection READ ABLE / DISABLE: RAM data can be read, Disable selection F ADJ DATA ・ ・ Frequency adjustment data input WRITE ABLE / DISABLE ・ ・ Write enable / disable signal
─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成9年5月26日[Submission date] May 26, 1997
【手続補正1】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【書類名】 明細書[Document Name] Statement
【発明の名称】 周波数補正機能を有する圧電発振
器Patent application title: Piezoelectric oscillator having frequency correction function
【特許請求の範囲】[Claims]
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は例えば網同期装置や
携帯電話端末等に用いられる水晶発振器に関し、特に周
波数補正機能を付加し発振周波数を安定化した周波数補
正装置付圧電発振器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a crystal oscillator used in, for example, a network synchronizer or a portable telephone terminal, and more particularly to a piezoelectric oscillator with a frequency correction device having a frequency correction function added to stabilize the oscillation frequency.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、圧電発振器例えば、水晶発振器の
周波数安定度の向上、小型化、価格低減等はめざましい
ものがあり、網同期装置や携帯電話端末等の普及に大い
に貢献している。通信機器の基準周波数源として用いら
れる水晶発振器の出力周波数は種々の要因で変化する
が、周囲温度、電源電圧及び出力負荷等の条件変化によ
る周波数変動については、これに対応する手段を講ずる
ことができる。例えば温度変化に関しては水晶発振器に
温度補償回路を付加すれば、温度変化による周波数変化
を所望値の範囲におさめることができる。2. Description of the Related Art In recent years, there have been remarkable improvements in frequency stability, size reduction, price reduction, and the like of piezoelectric oscillators such as crystal oscillators, which have greatly contributed to the spread of network synchronization devices and portable telephone terminals. The output frequency of a crystal oscillator used as a reference frequency source for communication equipment varies depending on various factors.However, for frequency variations due to changes in conditions such as ambient temperature, power supply voltage, and output load, measures to deal with these variations may be taken. it can. For example, with respect to a temperature change, if a temperature compensation circuit is added to the crystal oscillator, a frequency change due to the temperature change can be kept within a desired value range.
【0003】温度補償水晶発振器(以下、TCXOと称
す)は発振ループの負荷容量が変化すると発振周波数が
変動するという周知の現象を利用して、水晶振動子固有
の温度一周波数特性変動を相殺するように前記負荷容量
を温度変化に対して制御するものであって、大きく分け
て3の補償方法がある。第1は直接型補償と称される方
法であって、図5(a)に示すように補償回路を水晶振
動子と直列に接続したものである。一般的に、補償回路
は温度センサ(サーミスタ等)とコンデンサとを並列に
接続したものを基本構成とする高温部補償回路と低温部
補償回路を直列に接続したものであり構成が単純で、小
型化が容易であることから、携帯電話等の分野で広く用
いられている。第2は間接型補償と称される方法であっ
て、図5(b)に示すように可変容量ダイオードを水晶
振動子と直列に接続すると共に、補償回路を高周波阻止
抵抗Rを介して可変容量ダイオードの両端に接続したも
のである。この方法はサーミスタと抵抗とで構成される
補償回路において発生する直流電圧を前記高周波阻止抵
抗Rを介して上記可変容量ダイオードDに加えることに
より、その回路の周波数変化量が水晶振動子のみの温度
特性と逆特性になるようにすることにより、水晶発振器
の温度特性を補償を行うものである。第3はディジタル
型補償と称されている方法であって、図6に示すように
第2の補償方法で示した補償回路を温度センサ、半導体
メモリ、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ等を用い
てディジタル的に処理する補償方式である。これらTC
XOにより、現用の携帯電話システムの端末機用の基準
周波数源に要求されている周波数安定度(温度範囲−2
5〜75℃で±2〜2.5ppm)が実現されている。A temperature-compensated crystal oscillator (hereinafter referred to as TCXO) cancels out the temperature-frequency characteristic fluctuation inherent in a crystal resonator by utilizing the well-known phenomenon that the oscillation frequency fluctuates when the load capacitance of the oscillation loop changes. As described above, the load capacitance is controlled with respect to a change in temperature, and there are roughly three compensation methods. The first is a method called direct compensation, in which a compensation circuit is connected in series with a crystal oscillator as shown in FIG. In general, a compensation circuit is a simple combination of a high-temperature section compensation circuit and a low-temperature section compensation circuit connected in series, which is basically composed of a temperature sensor (such as a thermistor) and a capacitor connected in parallel. It is widely used in the field of mobile phones and the like because of its easy implementation. The second is a method called indirect compensation, in which a variable capacitance diode is connected in series with the crystal oscillator as shown in FIG. It is connected to both ends of the diode. In this method, a DC voltage generated in a compensation circuit composed of a thermistor and a resistor is applied to the variable capacitance diode D via the high-frequency blocking resistor R, so that the frequency change of the circuit is limited to the temperature of only the crystal resonator. The temperature characteristic of the crystal oscillator is compensated by making the characteristic reverse to the characteristic. The third is a method called digital type compensation. As shown in FIG. 6, the compensation circuit shown by the second compensation method includes a temperature sensor, a semiconductor memory, an A / D converter, a D / A converter, and the like. This is a compensation method that uses digital processing. These TCs
According to XO, the frequency stability required for the reference frequency source for the terminal of the current mobile phone system (temperature range-2)
(± 2 to 2.5 ppm at 5 to 75 ° C.).
【0004】一方、最近の携帯電話システムでは端末機
用の基準周波数源として更に高い周波数安定度(例えば
±0.2ppm)が要求されている。この要求を満たす
ために、従来携帯電話端末の基準周波数源として電圧制
御機能を備えたTCXO(VC−TCXOと称する)を
用い、基地局から発射される高安定な信号の周波数に前
記VC−TCXOの出力を同期させることにより、通信
時の携帯電話端末の基準周波数源の周波数安定度を極め
て高く保つ方法が用いられている。ここで、VC−TC
XOを説明する前に電圧制御水晶発振器(VCXO)に
ついて少し触れておく。図7に示す発振回路は電圧制御
水晶発振器の一例であり、水晶振動子と増幅器との発振
ループ中に可変容量ダイオードCDを挿入し、その一端
を高周波阻止抵抗Rを介して端子a、他端を端子bに接
続したものである。制御入力端子a、b間に印加される
電圧Vによって可変容量ダイオードCDの両端に現れる
容量が変化すること及び発振ループの負荷容量が変化す
ると発振周波数が変動することを利用して回路の発振周
波数を制御する水晶発振器である。VC−TCXOはT
CXOにVCXOの機能を付加したものであって、図8
は従来のVC−TCXOの一例を示す構成図である。即
ち、この例に示すVC−TCXOは感温素子部31、温
度補償電圧発生部32及び可変容量ダイオードD1とか
ら構成される温度補償回路Temと、水晶振動子Y1、
増幅部及び外部信号電圧を印加する可変容量ダイオード
D2から成るVCXOとから構成される。On the other hand, in recent mobile phone systems, higher frequency stability (for example, ± 0.2 ppm) is required as a reference frequency source for a terminal. In order to satisfy this demand, a conventional TCXO having a voltage control function (referred to as a VC-TCXO) is used as a reference frequency source of a mobile phone terminal, and the frequency of a highly stable signal emitted from a base station is changed to the VC-TCXO. The method of keeping the frequency stability of the reference frequency source of the mobile phone terminal at the time of communication extremely high by synchronizing the outputs of the mobile phone terminals is used. Here, VC-TC
Before describing XO, let's talk a little about voltage controlled crystal oscillator (VCXO). The oscillation circuit shown in FIG. 7 is an example of a voltage-controlled crystal oscillator. A variable capacitance diode CD is inserted into an oscillation loop of a crystal oscillator and an amplifier, and one end of the variable capacitance diode CD is connected to a terminal a via a high-frequency blocking resistor R. One end is connected to the terminal b. Control input terminals a, utilized to circuit oscillation that the oscillation frequency load capacitance changes things and oscillation loop capacity appearing across the variable capacitance diode C D by the voltage V applied between b changes varies This is a crystal oscillator that controls the frequency. VC-TCXO is T
FIG. 8 is a diagram in which VCXO functions are added to CXO.
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a conventional VC-TCXO. That is, the VC-TCXO shown in this example includes a temperature compensation circuit Tem including a temperature sensing element section 31, a temperature compensation voltage generation section 32, and a variable capacitance diode D1, a crystal oscillator Y1,
And a variable capacitance diode D2 for applying an external signal voltage.
【0005】図8に示すVC−TCXOは周囲温度を感
温素子部31が感知し、その時の温度に応じて温度補償
電圧発生部32から発生した電圧が可変容量ダイオード
D1に印加され、水晶振動子の温度を相殺して常にほぼ
一定の周波数を発生する。更に水晶振動子と直列に接続
された可変容量ダイオードD2に、外部の基準信号に同
期するように電圧VAFCを印加することによりVC−
TCXOの発振周波数は外部基準信号と同等の精度の周
波数安定度が得られる。また、前記電圧VAFCはチャ
ネル周波数を切り替える目的に利用することも多い。In a VC-TCXO shown in FIG. 8, a temperature sensing element section 31 senses an ambient temperature, and a voltage generated from a temperature compensation voltage generating section 32 is applied to a variable capacitance diode D1 in accordance with the temperature at that time, and a crystal oscillation is performed. It always cancels out the temperature of the child and generates an almost constant frequency. Further to the variable capacitance diode D2 connected to the crystal oscillator in series, by applying a voltage V AFC in synchronization with the external reference signal VC-
As for the oscillation frequency of the TCXO, frequency stability with the same accuracy as that of the external reference signal can be obtained. Further, the voltage VAFC is often used for the purpose of switching the channel frequency.
【0006】本発明の理解を助けるため、国内で運用さ
れている携帯電話システムの携帯電話端末に用いられて
いる電圧制御機能付温度補償型水晶発振器の周波数補正
機能について説明する。この携帯電話システムでは基地
局と携帯電話端末との間の通信に際し、現用のTCXO
の周波数安定度(温度範囲−20〜+75℃で±2.0
〜±2.5ppm)を超える高精度な周波数安定度(約
±0.2ppm)を必要とするため、携帯電話端末内の
基準周波数源として電圧制御機能を備えたTCXOを用
いることにより、携帯電話端末の基準周波数(従ってキ
ャリア周波数も)を基地局から発射される周波数に同期
させている。端末機の基準周波数を基地局の周波数に同
期する機能を一般にAFC機能と称しており、通信時の
携帯電話端末の基準周波数の精度は極めて高く保たれて
いる。To facilitate understanding of the present invention, a description will be given of a frequency correction function of a temperature-compensated crystal oscillator with a voltage control function used in a mobile phone terminal of a mobile phone system operated in Japan. In this mobile phone system, an active TCXO is used for communication between a base station and a mobile phone terminal.
Frequency stability (± 2.0 at temperature range -20 to + 75 ° C)
Since a high-precision frequency stability (approximately ± 0.2 ppm) exceeding ± 2.5 ppm) is required, the use of a TCXO having a voltage control function as a reference frequency source in a mobile phone terminal allows a mobile phone to be used. The reference frequency of the terminal (and thus also the carrier frequency) is synchronized with the frequency emitted from the base station. The function of synchronizing the reference frequency of the terminal with the frequency of the base station is generally called an AFC function, and the accuracy of the reference frequency of the mobile phone terminal during communication is kept extremely high.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
水晶発振器においては該発振器を装置に実装する際のリ
フロー等による水晶振動子の熱衝撃やエージング等によ
り、その周波数の変化は避けられず、このような水晶振
動子を組み込んだ上述のTCXO、VCXO、VC−T
CXO等は発振周波数がズレることになる。そのため従
来熱衝撃による周波数のズレを補正するため周波数調整
回路、例えば発振ループにトリマーコンデンサ等を挿入
して再調整していたが、トリマーを回すという調整工程
が必要となり、製造コストが上昇するという問題があっ
た。また、エージングによる周波数の経年変化は製造時
の調整では如何ともしがたく、ユーザーによるメンテナ
ンスが必要になるという欠点があった。本発明は上記問
題を解決するためになされたものであって、水晶発振器
自体にに自動周波数補正機能を付加することにより、組
立後の再調整の必要性を小さくすると共にユーザーによ
るメンテナンスを不要とし、経年変化に対しても周波数
安定度が極めて高い周波数補正装置付VCXOまたは周
波数補正装置付VC−TCXOを提供することを目的と
する。However, in the conventional crystal oscillator, a change in the frequency is unavoidable due to thermal shock or aging of the crystal oscillator due to reflow or the like when the oscillator is mounted on a device. TCXO, VCXO, VC-T incorporating the above quartz oscillator
The oscillation frequency of CXO and the like is shifted. Therefore, in order to correct the frequency deviation due to thermal shock, a frequency adjustment circuit, for example, a trimmer capacitor or the like was inserted into the oscillation loop and readjusted.However, an adjustment process of turning the trimmer is required, which increases the manufacturing cost. There was a problem. Further, there is a drawback that the aging of the frequency due to aging is inevitably performed by adjustment at the time of manufacturing, and maintenance by a user is required. The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and by adding an automatic frequency correction function to the crystal oscillator itself, it is possible to reduce the need for readjustment after assembly and to eliminate the need for maintenance by the user. Another object of the present invention is to provide a VCXO with a frequency correction device or a VC-TCXO with a frequency correction device having extremely high frequency stability against aging.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る周波数補正装置付温度補償水晶発振器の
請求項1記載の発明は、制御電圧に応じて周波数が変化
する電圧制御型圧電発振器において、前記供給電圧に関
する情報を記憶する記憶手段を設け、発振が停止し再起
動する際に前記記憶手段に記憶された情報を読み出し該
情報に対応するよう供給電圧を制御することを特徴とす
る周波数補正機能を有する圧電発振器である。請求項2
記載の発明は、請求項1記載の圧電発振器で外部の基準
発振周波数に同期しこの状態を前記記憶手段に記憶する
ことを特徴とする周波数補正機能を有する圧電発振器で
ある。According to a first aspect of the present invention, there is provided a temperature-compensated crystal oscillator with a frequency compensating device according to the present invention, the frequency of which varies according to a control voltage. In the oscillator, storage means for storing the information on the supply voltage is provided, and when the oscillation is stopped and restarted, the information stored in the storage means is read and the supply voltage is controlled so as to correspond to the information. This is a piezoelectric oscillator having a frequency correction function. Claim 2
According to a third aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric oscillator having a frequency correction function, wherein the piezoelectric oscillator is synchronized with an external reference oscillation frequency and the state is stored in the storage means.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示した実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図1は本発明を温度補
償型VCXOに適用したVCTCXOの構成原理と動作
を総括的に説明するためのブロック図である。本発明の
周波数補正機能を有する圧電発振器は図1に示すように
圧電発振部20−1と、温度補償部20−2と、電圧供
給部21と、監視部、具体てきには周囲温度が温度補償
範囲にあるか否かを監視する監視部22と、初期電圧設
定部23とからなる。各ブロックについて夫々に含まれ
る基本的機能について説明すると、発振部20−1には
増幅器と水晶振動子及び可変容量ダイオードを含み、既
によく知られているように前記可変容量ダイオードの両
端電圧を制御することによって発振周波数をコントロー
ルするものである。温度補償部20−2は、例えば前記
図5(a)を用いて説明したようにサーミスタ等の感温
素子を含み前記発振部20−1の可変容量ダイオードに
印加すべき補償電圧を発生するものである。電圧供給部
21は、当該発振器を搭載する例えば携帯無線機等から
供給されるAFC信号VAFCと後述する初期電圧設定
部23から出力する周波数補正電圧VADJとを合成す
ることによって前記発振部20−1の発振周波数が所望
のものとなる制御電圧を発生すると共にこの制御電圧を
前記発振部20−1の可変容量ダイオードに供給するも
のである。また、監視部22は前記温度補償部20−2
において生成する温度情報に基づいて、その時の温度が
予め定めた温度範囲にあるか否かを判定し、その条件が
みたされるとき書き込みが許可信号を発生する。残る初
期電圧設定部23は書き込み読み出し可能なメモリ、例
えばEE−PROMを備え、該メモリに前記発振部20
−1の可変容量ダイオードの両端電圧を電圧供給部21
においてデジタル信号化した上で記憶する機能を備えて
いるDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail based on an embodiment shown in the drawings. FIG. 1 is a block diagram for generally explaining the configuration principle and operation of a VCTCXO in which the present invention is applied to a temperature compensated VCXO. As shown in FIG. 1, a piezoelectric oscillator having a frequency correction function according to the present invention has a piezoelectric oscillation unit 20-1, a temperature compensation unit 20-2, a voltage supply unit 21, and a monitoring unit. It comprises a monitoring unit 22 for monitoring whether it is within the compensation range and an initial voltage setting unit 23. The basic function included in each block will be described. The oscillation unit 20-1 includes an amplifier, a crystal oscillator, and a variable capacitance diode, and controls the voltage between both ends of the variable capacitance diode as is well known. By doing so, the oscillation frequency is controlled. The temperature compensator 20-2 includes a temperature-sensitive element such as a thermistor as described with reference to FIG. 5A, for example, and generates a compensation voltage to be applied to the variable capacitance diode of the oscillator 20-1. It is. The voltage supply unit 21 synthesizes an AFC signal V AFC supplied from, for example, a portable wireless device or the like equipped with the oscillator and a frequency correction voltage V ADJ output from an initial voltage setting unit 23 which will be described later, to thereby generate the oscillation unit 20. A control voltage for generating a desired oscillation frequency of -1 is generated, and this control voltage is supplied to the variable capacitance diode of the oscillation section 20-1. The monitoring unit 22 is connected to the temperature compensating unit 20-2.
, It is determined whether or not the temperature at that time is within a predetermined temperature range. When the condition is satisfied, a write enable signal is generated. The remaining initial voltage setting unit 23 includes a writable and readable memory, for example, an EE-PROM.
-1 variable-capacitance diode across the voltage supply unit 21
Has the function of storing digitalized signals in
【0010】図2は、本発明に係るVCTCXOの概略
機能図(図1)を詳しく示した図であって、鎖線で囲ん
だ20〜23の4ブロックから構成される。各ブロック
の構成を順を追って説明すると、鎖線20で示す発振部
は、水晶振動子Y1、増幅器10、2つの可変容量ダイ
オードD1、D2、2つの容量C1、C2(直流阻止、
交流バイパス用コンデンサ)から成る発振部と、温度セ
ンサー部11と温度補償電圧発生回路12とからなる温
度補償部から構成され、電圧制御温度補償発振器として
動作する。鎖線21は制御電圧供給部であて、前記電圧
制御温度補償発振器20可変容量ダイオードD1の両端
の電圧VAFC−VADJをオペアンプU1に印加する
ことによつて電圧VADを得て、これをアナログ・ディ
ジタルコンバータ(以下、A/Dコンバータと称す)A
/Dによりディジタルデータに変換し、これをラッチ回
路13に一時記憶するものである。FIG. 2 is a detailed functional diagram (FIG. 1) of the VCTCXO according to the present invention, which is composed of four blocks 20 to 23 surrounded by chain lines. The configuration of each block will be described in order. The oscillation unit indicated by a chain line 20 includes a crystal oscillator Y1, an amplifier 10, two variable capacitance diodes D1 and D2, and two capacitances C1 and C2 (DC blocking,
An oscillation unit including an AC bypass capacitor) and a temperature compensation unit including a temperature sensor unit 11 and a temperature compensation voltage generation circuit 12 operate as a voltage-controlled temperature-compensated oscillator. A chain line 21 is a control voltage supply unit, and a voltage V AFC -V ADJ across the variable capacitance diode D1 is applied to the operational amplifier U1 to obtain a voltage V AD , which is analogized.・ Digital converter (hereinafter referred to as A / D converter) A
The data is converted into digital data by / D and is temporarily stored in the latch circuit 13.
【0011】鎖線22は監視部であって前記温度補償部
20−1の温度センサー11の出力電圧を監視するもの
で、電圧コンパレータU3、U4とNANDゲートU5
とからなり、前記出力電圧がVSENS1とV
SENS2との間の値である場合、温度センサの情報に
基づいてその時の温度が補償範囲であるかどうかを判断
し、後述するLOCK信号によるEE−PROM14へ
のデータ書き込みを許可する信号である。また、鎖線2
3は初期電圧設定部であって、データを記憶しておくE
E−PROM14と、読み出し可否付きラッチ回路15
と、記憶回路RAMと、ディジタルアナログ変換器D/
A及びオペアンプU2より構成される。電源が投入され
ると同時にEE−PROM14(電気的に書き込み、読
み出し可能なメモリ)から予め書き込まれているディジ
タルデータの情報を読み出して、読み書き可能メモリR
AMに書き込み、このデータをD/Aコンバータによっ
てアナログ直流電圧値VDAに変換する。この電圧を利
得G2、基準電圧VAFC(0)に設定されたオペアン
プU2によって、出力電圧VADJに変換し、交流信号
阻止用兼直流電圧バイアス用抵抗R2を介してAFC兼
周波数補正用可変容量ダイオードD1のアノードに加え
る。A chain line 22 is a monitoring unit for monitoring the output voltage of the temperature sensor 11 of the temperature compensating unit 20-1, and includes voltage comparators U3 and U4 and a NAND gate U5.
And the output voltages are V SENS1 and V SENS1
If the value is between SENS2 and SENS2 , it is a signal that determines whether or not the temperature at that time is within the compensation range based on the information of the temperature sensor and permits data writing to the EE-PROM 14 by a LOCK signal described later. In addition, chain line 2
Reference numeral 3 denotes an initial voltage setting unit which stores data.
E-PROM 14 and latch circuit 15 with readability
, Storage circuit RAM, digital / analog converter D /
A and an operational amplifier U2. At the same time as the power is turned on, digital data information written in advance is read from the EE-PROM 14 (electrically readable and readable memory), and read / write memory R
Write to AM, converts the data by D / A converter to an analog DC voltage value V DA. This voltage is converted to an output voltage V ADJ by an operational amplifier U2 set to a gain G2 and a reference voltage VAFC (0) , and the AFC / frequency correcting variable capacitor is connected via an AC signal blocking / DC voltage bias resistor R2. Applied to the anode of diode D1.
【0012】以上の構成において全体の動作を説明す
る。はじめに、発振部20の動作を説明すると、携帯電
話端末等から供給される周波数同期用信号電圧VAFC
とオペアンプU2から前記ダイオードD1のカソードに
供給される周波数補正用電圧VADJとにより、該ダイ
オードD1は電圧差VAFC−VADJに応じた交流等
価容量値となり、それによって発振部20の周波数が制
御される。The overall operation of the above configuration will be described. First, the operation of the oscillating unit 20 will be described. The signal voltage V AFC for frequency synchronization supplied from a mobile phone terminal or the like is used.
And the operational amplifier U2 and the frequency correction voltage V ADJ supplied to the cathode of the diode D1, the diode D1 becomes AC equivalent capacitance value corresponding to the voltage difference V AFC -V ADJ, is thereby frequency of the oscillator 20 Controlled.
【0013】一方、周囲温度に応じて温度補償部20の
温度センサ11の出力が得られると、それによって温度
補償電圧発生回路12に直流電圧VCOMPが発生す
る。この直流電圧を交流信号阻止兼直流電圧印加用抵抗
R3を介して可変容量ダイオードD2に印加することに
より、可変容量ダイオードD2の交流等価容量が変化
し、発振部の発振周波数が制御されて、温度変化に対し
発振部の周波数を規定値内に保つように動作する。On the other hand, when the output of the temperature sensor 11 of the temperature compensating section 20 is obtained according to the ambient temperature, a DC voltage V COMP is generated in the temperature compensating voltage generating circuit 12. By applying this DC voltage to the variable capacitance diode D2 via the AC signal blocking / DC voltage application resistor R3, the AC equivalent capacitance of the variable capacitance diode D2 changes, and the oscillation frequency of the oscillation unit is controlled, It operates to keep the frequency of the oscillating unit within the specified value in response to the change.
【0014】監視部22の動作を説明すると、この回路
は温度センサ11の温度信号をコンパレータU3とU4
に供給し、これらのコンパレータに予め設定した最低温
度以下あるいは最高温度以上ではEE−PROMへのデ
ータ書き込みを禁止する機能を有している。ここで、温
度センサ11として例えば、半導体のPN接合バンドギ
ャップ電圧変化(約−2mV/℃)を呈するダイオード
を用いれば、温度センサ11の出力電圧は図3に示すよ
うに温度上昇と共に一定の割合で減少する特性となる。
電圧制御温度補償水晶発振器の可動温度範囲の最低温度
T1に相当する電圧VSENS1をレギュレタ等を用い
て発生させ、コンパレータU3の負側の入力端子に供給
し、温度センサ電圧がVSENS1より高ければU3の
出力は「HIGH」レベルとなるように設定する。同様
に、可動温度範囲の最高温度T2に相当する電圧V
SENS2電圧コンパレータU4の正側の入力端子に加
え、センサ出力電圧がVSENS2より低ければU4の
出力は「HIGH」レベルとなるように設定する。従っ
て、NANDゲートU5の出力は温度センサ出力電圧が
VSENS1とVSENS2との範囲にある時にのみ
「HIGH」レベルとなってEE−PROMへ出力許可
を与える。The operation of the monitoring unit 22 will be described. This circuit outputs the temperature signal of the temperature sensor 11 to the comparators U3 and U4.
And a function of prohibiting data writing to the EE-PROM when the temperature is lower than the minimum temperature or higher than the maximum temperature set in advance by these comparators. Here, for example, if a diode exhibiting a semiconductor PN junction band gap voltage change (about -2 mV / ° C.) is used as the temperature sensor 11, the output voltage of the temperature sensor 11 changes at a constant rate as the temperature rises as shown in FIG. , The characteristic is reduced.
A voltage V SENS1 corresponding to the lowest temperature T1 of the operating temperature range of the voltage-controlled temperature-compensated crystal oscillator is generated using a regulator or the like, and supplied to the negative input terminal of the comparator U3. If the temperature sensor voltage is higher than V SENS1 The output of U3 is set to be "HIGH" level. Similarly, the voltage V corresponding to the maximum temperature T2 of the movable temperature range
In addition to the positive input terminal of the SENS2 voltage comparator U4, if the sensor output voltage is lower than V SENS2 , the output of U4 is set to the “HIGH” level. Therefore, the output of the NAND gate U5 becomes “HIGH” level only when the temperature sensor output voltage is in the range between V SENS1 and V SENS2, and gives output permission to the EE-PROM.
【0015】次に、本VCTCXOを用いた携帯電話端
末においてそのキャリア周波数を基地局周波数に同期さ
せる動作の一例を説明する。VCTCXOの発振部の出
力が、基準周波数信号として当該携帯電話端末に備えら
れたシンセサイザーに加えられ、所要倍逓倍して該端末
のキャリア周波数を発生すると、該周波数と基地局から
発射され当該端末の受信部の受信された周波数情報と比
較し、その位相差がゼロになるように、前記VAFCを
生成し、基地局周波数に同期したときの電圧VAFCに
固定する。この状態において携帯電話端末の基準周波数
は基地局に同期しているため、周波数精度は基地局の搬
送波と同等の極めて高い周波数安定度となり得る。Next, an example of an operation of synchronizing a carrier frequency with a base station frequency in a portable telephone terminal using the present VCTCXO will be described. The output of the oscillating unit of the VCTCXO is applied as a reference frequency signal to a synthesizer provided in the mobile phone terminal. When the carrier frequency of the terminal is multiplied by a required frequency to generate the carrier frequency of the terminal, the frequency is emitted from the base station and the frequency is emitted from the base station. The V AFC is generated so that the phase difference becomes zero by comparing the received frequency information with the reception unit, and is fixed to the voltage V AFC synchronized with the base station frequency. In this state, since the reference frequency of the mobile phone terminal is synchronized with the base station, the frequency accuracy can be extremely high, equivalent to the carrier of the base station.
【0016】次に、同期した状態をVCTCXOが備え
るメモリEE−PROMに保持する動作について説明す
る。可変容量ダイオードD1のアノード、カソード間に
印加される電圧、VAFC−VADJはオペアンプU1
によって電圧VADに変換され、A/Dコンバータによ
ってデジタルデータDADに変換される。一方、電源投
入後メモリEE−PROM14は、自身に記憶されてい
るデジタルデータをRAMに転送した後、ラッチ15の
READ DISABLEモードにおいてRAMと切り
離されて書き込みモードに設定され、携帯電話端末から
の同期信号LOCKによって上述したデジタルデータD
ADがラッチ回路13を介して書き込まれる。この一連
の動作によって、その時点におけるVCTCXOによっ
て基地局の周波数と一致した発振周波数を得るために必
要な制御電圧情報がメモリEE−PROM14に記憶さ
れる。この情報は可変容量ダイオードD1に印加される
電圧VAFC−VADJに関連付けられた情報として記
憶されることになる。即ち、ある温度において前記VC
TCXOの発振周波数が基地局から送信された高安定度
の周波数信号に同期するようにVCTCXOの制御が設
定されるということは、その時点において水晶振動子の
温度周波数特性あるいはその他の周辺部品のリアクタン
ス等が経年変化によって最初の出荷調整時と異なったも
のになったとしても当該VCTCXOが希望する発振周
波数を出力するよう可変容量ダイオードD1に印加すべ
き電圧を補正したことになる。Next, the operation of holding the synchronized state in the memory EE-PROM of the VCTCXO will be described. The anode of the variable capacitance diode D1, the voltage applied between the cathode, V AFC -V ADJ operational amplifier U1
By being converted to a voltage V AD, it is converted by the A / D converter into digital data D AD. On the other hand, after the power is turned on, the memory EE-PROM 14 transfers the digital data stored therein to the RAM, is separated from the RAM in the READ DISABLE mode of the latch 15, is set to the write mode, and is synchronized with the mobile phone terminal. The digital data D described above by the signal LOCK
AD is written through the latch circuit 13. Through this series of operations, control voltage information necessary to obtain an oscillation frequency that matches the frequency of the base station by the VCTCXO at that time is stored in the memory EE-PROM 14. This information will be stored as information associated with the voltage V AFC -V ADJ applied to the variable capacitance diode D1. That is, at a certain temperature, the VC
The fact that the control of the VCTCXO is set so that the oscillation frequency of the TCXO is synchronized with the high-stability frequency signal transmitted from the base station means that the temperature-frequency characteristics of the crystal unit or the reactance of other peripheral components at that time point This means that the voltage to be applied to the variable capacitance diode D1 has been corrected so that the VCTCXO outputs the desired oscillation frequency even if the time and the like become different from those at the time of the first shipment adjustment due to aging.
【0017】以後、携帯電話端末が電源投入される時、
メモリEE−PROM14に記憶されたデータを上述の
ようにEE−PROMからRAMへ読み込み、これをD
/A変換して、可変容量ダイオードD1に周波数補正電
圧VADJとして印加することにより、VCTCXOの
発振周波数が高精度に維持されることになる。このよう
に、AFC機能によりEE−PROMに記憶した制御電
圧情報を更新すれば、VCTCXOの周波数精度を経年
変化にかかわらず一定値内に保持することが可能とな
る。尚、携帯電話端末の電源を切ってもEE−PROM
のデータが保持されることは言うまでもない。図2は上
述したVCTCXO全体回路を機能別ブロック図に示し
たものであって、全体の作用を理解する助けとなる。Thereafter, when the portable telephone terminal is turned on,
The data stored in the memory EE-PROM 14 is read from the EE-PROM to the RAM as described above,
/ A conversion, by applying a frequency correction voltage V ADJ to the variable capacitance diode D1, so that the oscillation frequency of the VCTCXO is maintained with high accuracy. As described above, if the control voltage information stored in the EE-PROM is updated by the AFC function, the frequency accuracy of the VCTCXO can be maintained within a constant value regardless of aging. Even if the power of the mobile phone terminal is turned off, the EE-PROM
Needless to say, this data is retained. FIG. 2 is a functional block diagram showing the entire VCTCXO circuit described above, which helps to understand the overall operation.
【0018】次に、本発明の理解をより助けるため上述
の動作を図4に示すフローチャートと具体的数値を用い
て説明する。始めに、周波数同期用電圧VAFCは一般
にその電圧範囲と中心値VAFC(0)が決められてお
り、一例を示せば電圧範囲を+0.5V≦VAFC≦+
2.5V、中心値をVAFC(0)=+1.5Vであ
る。また、オペアンプU1、U2の電圧利得は共に1、
すなわちG1=G2=1に設定した場合、A/Dコンバ
ータの入力電圧VADと可変容量ダイオードD1の印加
電圧VAFC−VADJとの関係は VAD=VAFC−VADJ (1) である。また、D/Aコンバータの出力電圧VDAと、
オペアンプU2の出力電圧、即ち、可変容量ダイオード
D1のアノード印加電圧VADJとの関係は VADJ=VAFC(0)−VDA (2) となる。始めにVCTCXOはVAFCを中心値電圧V
AFC(0)=+1.5Vに設定した状態で、その発振
周波数を規格周波数に精度良く合わせる。この周波数調
整はFADJ端子からデジタルデータを入力し、発振周
波数が所望周波数になった時点で、このディジタルデー
タをラッチ回路13を介してEE−PROM14に書き
込むことで行われる。この時のD/Aコンバータの出力
電圧をVDA=+1.0Vとすると、(2)式よりV
ADJ=+0.5V、(1)式よりVAD=+1.0V
となる。なお、上述した如き調整はトリマーコンデンサ
を回す動作に比べ自動化及び精度向上が容易である。Next, the above-mentioned operation will be described with reference to a flowchart shown in FIG. 4 and specific numerical values in order to better understand the present invention. First, the voltage range and the center value VAFC (0) of the frequency synchronizing voltage VAFC are generally determined. For example, the voltage range is set to + 0.5V ≦ VAFC ≦ +.
2.5 V, and the central value is VAFC (0) = + 1.5 V. The voltage gains of the operational amplifiers U1 and U2 are both 1,
That is, when G1 = G2 = 1, the relationship between the input voltage V AD of the A / D converter and the applied voltage V AFC −V ADJ of the variable capacitance diode D1 is V AD = V AFC −V ADJ (1) . Also, the output voltage V DA of the D / A converter,
Output voltage of the operational amplifier U2, i.e., the relationship between the anode voltage applied V ADJ of the variable capacitance diode D1 becomes V ADJ = V AFC (0) -V DA (2). Initially, VCTCXO sets VA AFC to the center value voltage V
With AFC (0) = + 1.5 V, the oscillation frequency is precisely adjusted to the standard frequency. The frequency adjustment inputs the digital data from the F ADJ pin, when the oscillation frequency is a desired frequency, is carried out by writing the digital data into EE-PROM 14 through the latch circuit 13. Assuming that the output voltage of the D / A converter at this time is V DA = + 1.0 V, from the equation (2),
ADJ = + 0.5 V, V AD = + 1.0 V from equation (1)
Becomes The above-described adjustment is easier to automate and improve the accuracy than the operation of turning the trimmer capacitor.
【0019】この後、もし仮にVCTCXOに熱衝撃等
を加えず、またエージングによる周波数変化もなく、且
つ携帯電話端末に実装した後もVCTCXOがその調整
時の発振周波数を再現する場合には、AFC電圧がV
AFC=+1.5Vで同期され、携帯電話端末側からの
同期信号により前記の値と同じA/Dコンバータの入力
電圧VAD=+1.0Vに相当するディジタルデータが
メモリEE−PROM13に書き込まれる。この場合V
AFCがVCTCXOの周波数調整条件、即ちVAFC
=VAFC(0)=+1.5Vと同じ値のため、結果と
してEE−PROM14のデータは変化しない。Thereafter, if the VCTCXO is not subjected to thermal shock or the like, does not undergo a frequency change due to aging, and if the VCTCXO reproduces the oscillation frequency at the time of its adjustment even after being mounted on a mobile phone terminal, the AFC Voltage is V
Synchronization is performed at AFC = + 1.5 V, and digital data corresponding to the input voltage V AD = + 1.0 V of the A / D converter, which is the same as the above value, is written into the memory EE-PROM 13 by a synchronization signal from the mobile phone terminal. In this case V
AFC is the frequency adjustment condition of VCTCXO, that is, V AFC
= V AFC (0 ) = + 1.5V, so that the data in the EE-PROM 14 does not change as a result.
【0020】一方、VCTCOが熱衝撃や経時変化によ
り内蔵する水晶振動子や周辺部品等の特性変動に伴って
その発振周波数が変化した場合、当然ながら同期電圧V
AFCは変化する。仮に基地局周波数に一致させるため
のAFCの同期電圧がVAFC=+1.7Vとなったと
すると、式(1)より、VAD=+1.7V−0.5V
=+1.2Vとなり、前のVAD=1Vに代ってVAD
=1.2Vなる値が、デジタルデータに変換されてEE
−PROM14に書き込まれる。従って、その後電源が
投入される時、VAFC=VAFC(0)=+1.5V
で周波数同期を得るためには、式(2)より、VADJ
=1.5V−1.2V=+0.3Vとなる。この値を式
(1)に代入すると、VAD=1.5V−0.3V=
1.2Vとなり同期が得られる。従って中心値VAFC
=VAFC(0)=+1.5Vの同期電圧で周波数同期
が得られることになり、周波数は自動的に補正されたこ
とになる。On the other hand, if the oscillation frequency of the VCTCO changes due to a change in the characteristics of a built-in crystal unit or peripheral components due to thermal shock or aging, the synchronization voltage V
AFC changes. Assuming that the AFC synchronization voltage for matching the base station frequency becomes V AFC = + 1.7 V, from equation (1), V AD = + 1.7 V-0.5 V
= + 1.2V next, V AD in place in front of the V AD = 1V
= 1.2V is converted to digital data and EE
-Written into PROM 14; Therefore, when the power is turned on thereafter, V AFC = V AFC (0) = + 1.5V
In order to obtain frequency synchronization by using the equation (2), V ADJ
= 1.5V-1.2V = + 0.3V. By substituting this value into equation (1), V AD = 1.5V−0.3V =
It becomes 1.2 V and synchronization is obtained. Therefore, the center value V AFC
= V AFC (0) = Frequency synchronization is obtained with a synchronization voltage of +1.5 V, and the frequency is automatically corrected.
【0021】本発明に係るVCTCXOは水晶振動子や
他の部品が熱衝撃あるいはエージング等で変化し、その
結果該VCTCXOの発振周波数がシフトした場合であ
っても、外部基準周波数と同期させた状態において自己
発振周波数を校正し、その状態を記憶する機能を持たせ
たので、従来のように発振器を停止させて発振周波数の
調整や水晶発振器の交換等を行う必要がない。また、外
部基準周波数に同期するための情報を記憶しているの
で、本発明のVCTCXOを用いた通信端末は電源投入
後、同期するまでの時間が短縮され、直ちに通信開始が
可能となり、従来のシステムのように基地局から到来す
る基準周波数と同期を取った後、通信を開始する方式に
比べれば立ち上がり時間は格段に早くなる。The VCTCXO according to the present invention is in a state in which it is synchronized with an external reference frequency even if the crystal oscillator or other parts change due to thermal shock or aging, and as a result, the oscillation frequency of the VCTCXO shifts. Has a function of calibrating the self-oscillation frequency and storing the state of the self-oscillation frequency, so that there is no need to stop the oscillator and adjust the oscillation frequency or replace the crystal oscillator as in the conventional case. In addition, since information for synchronizing with the external reference frequency is stored, the communication terminal using the VCTCXO of the present invention can reduce the time until synchronization after turning on the power, and can immediately start communication. The start-up time is much faster than in a system that starts communication after synchronizing with a reference frequency coming from a base station like a system.
【0022】以上、携帯電話端末等に使用されるVCT
CXOの一例をもとに本発明を説明したが、その他のア
プリケーション、例えば温度補償機能を備えない単なる
電圧制御水晶発振器(VCXO)等においても、同様に
本発明が適用することが可能である。例えば、水晶発振
器の周波数を外部信号に同期し、同期時の状態、制御電
圧等の情報を同期信号によって半導体メモリに書き込
み、電源投入時はこれを読み出し、またこれを間欠的に
書き換えることによって経年変化を伴っても水晶発振器
の周波数を一定値以内に保持することが可能となる。As described above, VCT used for mobile phone terminals and the like
Although the present invention has been described based on an example of the CXO, the present invention can be similarly applied to other applications, for example, a simple voltage-controlled crystal oscillator (VCXO) having no temperature compensation function. For example, by synchronizing the frequency of a crystal oscillator with an external signal, writing information such as the state at the time of synchronization and control voltage to a semiconductor memory by using a synchronization signal, reading the information when power is turned on, and rewriting this intermittently over time. Even if there is a change, the frequency of the crystal oscillator can be kept within a certain value.
【0023】[0023]
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成したの
で、熱衝撃やエージング等によって本発明になるVCT
CXOの発振部の周波数が変化する場合、周波数補償回
路によりこの変化を自動的に補正してその状態を記憶
し、更新することができるため、長期に渡って精度良い
周波数を維持する安定度の高い水晶発振器を提供するこ
とが可能となり、従来の水晶発振器では達成できなかっ
た周波数安定度を実現できるという極めて有効な効果が
得られる。更に、本発明になる上記回路をIC等で構成
することにより小型で安定度の極めて高い水晶発振器を
安価で提供できるという優れた効果を奏する。Since the present invention is constructed as described above, the VCT which becomes the present invention due to thermal shock, aging, etc.
When the frequency of the oscillating section of the CXO changes, the change can be automatically corrected by a frequency compensation circuit and the state can be stored and updated. It is possible to provide a high crystal oscillator, and it is possible to obtain an extremely effective effect that frequency stability that cannot be achieved by a conventional crystal oscillator can be realized. Further, by constituting the circuit according to the present invention with an IC or the like, there is an excellent effect that a small-sized crystal oscillator having extremely high stability can be provided at low cost.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】全体回路を機能別ブロック図で表した図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing an entire circuit in a functional block diagram.
【図2】本発明に係る周波数補正機能を有する圧電発振
器の実施の一形態例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of a piezoelectric oscillator having a frequency correction function according to the present invention.
【図3】図2の温度センサ出力電圧を説明する図であ
る。FIG. 3 is a diagram illustrating a temperature sensor output voltage of FIG. 2;
【図4】本発明に係る周波数補正機能を有する圧電発振
器の調整フローを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an adjustment flow of a piezoelectric oscillator having a frequency correction function according to the present invention.
【図5】(a)は従来の直接型温度補償水晶発振器、
(b)は間接型温度補償水晶発振器の回路図である。FIG. 5 (a) is a conventional direct temperature-compensated crystal oscillator,
(B) is a circuit diagram of the indirect-type temperature-compensated crystal oscillator.
【図6】ディジタル型温度補償水晶発振器の回路図であ
る。FIG. 6 is a circuit diagram of a digital type temperature compensated crystal oscillator.
【図7】一般的な電圧制御水晶発振器の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of a general voltage-controlled crystal oscillator.
【図8】従来のVC−TCXOを示す回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram showing a conventional VC-TCXO.
【符号の説明】 Y1・・水晶振動子 D1、D2・・可変容量ダイオード C1、C2・・コンデンサ R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R
9、R10、R11・・抵抗 U1、U2・・オペアンプ U3、U4・・電圧コンパレータ U5・・NANDゲート 10・・増幅器 11・・温度センサ 12・・温度補償電圧発生回路 13、15・・ラッチ回路(デジタル信号経路切換、切
断回路) 14・・EE−PROM(電気的書き込み、読み出し可
能な半導体メモリ) A/D・・A/Dコンバータ(アナログ信号−デジタル
信号変換器) D/A・・D/Aコンバータ(デジタル信号−アナログ
信号変換器) RAM・・一時的データ書き込み、読み出し可能メモリ VCOMP・・温度補償電圧 VAFC・・周波数制御電圧 VAFC(0)・・周波数制御中心電圧 VADJ・・周波数補正用電圧 VSENS1・・温度センサ出力電圧低温側設定値 VSENS2・・温度センサ出力電圧高温側設定値 INPUT A/D/RAM・・EE−PROM書き込
みデータ、A/D、RAM切換え LOCK・・周波数同期時EE−PROM書き込み命令
信号 MODE READ/WRITE・・EE−PROM読
み出し、書き込みモード選択 READ ABLE/DISABLE・・RAMのデー
タ読み出し可能、不能選択 FADJ DATA・・周波数調整データ入力 WRITE ABLE/DISABLE・・書き込み許
可、不許可信号[Explanation of Signs] Y1 ··· Crystal Resonator D1, D2 ··· Variable Capacitance Diode C1, C2 ··· Capacitor R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R
9, R10, R11, resistance U1, U2, operational amplifier U3, U4, voltage comparator U5, NAND gate 10, amplifier 11, temperature sensor 12, temperature compensation voltage generation circuit 13, 15, latch circuit (Digital signal path switching and disconnection circuit) 14..EE-PROM (electrically writable and readable semiconductor memory) A / D..A / D converter (analog signal-digital signal converter) D / A..D / A converter (digital signal - analog signal converter) RAM · · temporary data writing, readable memory V COMP · · temperature compensation voltage V AFC · · frequency control voltage V AFC (0) · · frequency control center voltage V ADJ · frequency correction voltage V SENS1 ... temperature sensor output voltage low temperature side set value V SENS2 ... temperature sensor Input voltage high-temperature side set value INPUT A / D / RAM ··· EE-PROM write data, A / D, RAM switching LOCK ··· Frequency synchronous EE-PROM write command signal MODE READ / WRITE · · EE-PROM read and write Mode select READ ABLE / DISABLE ... Readable / unable to read data from RAM F ADJ DATA ... Frequency adjustment data input WRITE ABLE / DISABLE ... Write enable / disable signal
Claims (2)
制御型圧電発振器において、前記供給電圧に関する情報
を記憶する記憶手段を設け、発振が停止し再起動する際
に前記記憶手段に記憶された情報を読み出し該情報に対
応するよう供給電圧を制御することを特徴とする周波数
補正機能を有する圧電発振器。1. A voltage-controlled piezoelectric oscillator whose frequency changes in accordance with a control voltage, wherein a storage means for storing information about the supply voltage is provided, and the information is stored in the storage means when oscillation stops and restarts. A piezoelectric oscillator having a frequency correction function, which reads information and controls a supply voltage so as to correspond to the information.
発振周波数に同期しこの状態を前記記憶手段に記憶する
ことを特徴とする周波数補正機能を有する圧電発振器。2. A piezoelectric oscillator having a frequency correction function, wherein the piezoelectric oscillator according to claim 1 synchronizes with an external reference oscillation frequency and stores this state in said storage means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9816697A JPH10284941A (en) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | Piezoelectric oscillator provided with frequency correction function |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9816697A JPH10284941A (en) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | Piezoelectric oscillator provided with frequency correction function |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10284941A true JPH10284941A (en) | 1998-10-23 |
Family
ID=14212501
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9816697A Pending JPH10284941A (en) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | Piezoelectric oscillator provided with frequency correction function |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10284941A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2789257A1 (en) * | 1999-02-02 | 2000-08-04 | Schneider Electric Sa | TRANSDUCER DEVICE WITH OSCILLATING CIRCUIT |
-
1997
- 1997-03-31 JP JP9816697A patent/JPH10284941A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2789257A1 (en) * | 1999-02-02 | 2000-08-04 | Schneider Electric Sa | TRANSDUCER DEVICE WITH OSCILLATING CIRCUIT |
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