JPWO2005020427A1 - 温度補償型圧電発振器、およびこれを備えた電子装置 - Google Patents

Abstract

電源電圧が低電圧であっても、一定の発振周波数の高周波信号を出力する温度補償型圧電発振器を提供する。 温度補償型圧電発振器は、ＡＴカット水晶振動子（ＸＤ）と、該水晶振動子（ＸＤ）の一方端に接続する増幅回路（３）と、水晶振動子（ＸＤ）の他方端に接続するバラクタダイオード（ＶＤ）と、このバラクタダイオード（ＶＤ）の両端に抵抗器（Ｒ１１），（Ｒ１２）を介して接続する温度補償電圧発生回路（１０）とを備える。温度補償電圧発生回路（１０）は、サーミスタ（ＴＨ１），（ＴＨ３）と抵抗器（Ｒ１），（Ｒ３）とからなり、バラクタダイオード（ＶＤ）のカソードに接続する第１電圧発生回路（１）と、サーミスタ（ＴＨ２）と抵抗器（Ｒ２），（Ｒ４）とからなり、バラクタダイオード（ＶＤ）のアノードに接続する第２電圧発生回路（２）とからなる。

Description

この発明は、圧電発振器、特に周囲の温度に応じて発振周波数を補正する温度補償型圧電発振器、およびこれを備えた電子装置に関するものである。

一般に、圧電発振器は、印加された電圧に応じて所定周波数で共振する水晶片等の圧電素子と、該圧電素子による共振信号を増幅して出力する増幅回路とを備えている。このような水晶片等の圧電素子の共振周波数は温度依存性があり、同じ電圧を印加しても、素子の温度に応じて共振周波数が変化する。

この問題を解決する発振器として、圧電素子に接続されたバラクタダイオード等の可変容量素子と、周囲温度に応じて可変容量素子に印加する電圧を変化させる温度補償電圧発生回路とを備えた温度補償型圧電発振器が複数提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、および特許文献３参照）。

このような温度補償型圧電発振器では、圧電素子と可変容量素子との合成キャパシタンスに共振周波数が依存する。このため、可変容量素子に印加する電圧を調整すれば、可変容量素子のキャパシタンスが変化し、この結果、合成キャパシタンスが変化して、共振周波数が変化する。この変化量を圧電素子の温度による共振周波数の変化を打ち消すように設定しておけば、周囲温度に影響されることなく一定の共振周波数の高周波信号を出力する温度補償型圧電発振器が構成される。
特開２００２−１３５０５３公報 特開２００２−７６７７３公報 特開平６−２２４６３５号公報

従来の各温度補償型圧電発振器では、可変容量素子（例えば、バラクタダイオード）の一方端に温度補償電圧発生回路からの出力電圧を印加し、他方端を接地または一定電圧に設定している。

ところで、このような温度補償型圧電発振器は、移動体通信機等に搭載され、基準信号源として用いられているが、近年、移動体通信機は低電圧化が進んでおり、これに応じて基準信号源である温度補償型圧電発振器も低電圧化が求められている。

従来の温度補償電圧発生回路は、前述の各特許文献に示すように感温素子であるサーミスタを備えた回路であり、この回路に低電圧を印加することで、温度に応じた出力電圧を得て、可変容量素子に電圧供給を行っている。そして、この温度補償電圧発生回路に低電圧を供給する電圧源としては、回路の簡略化等の理由により、温度補償型圧電発振器の電源電圧を通常利用している。

このため、前述のように、温度補償型圧電発振器が低電圧化すると、温度補償電圧発生回路に供給される電圧が低電圧化し、この結果、出力電圧、すなわち、可変容量素子に供給される電圧の最大値が低電圧化する。このため、可変容量素子に印加させる電圧範囲が狭くなり、とり得るキャパシタンスの変化の範囲が狭くなる。

一方、水晶振動子等の圧電素子は、その共振周波数が温度変化に依存するが、印加電圧には依存しないので、温度補償型圧電発振器が低電圧化しても共振周波数の温度変化に対する変化量は変わらない。

これにより、温度補償電圧発生回路から発生する電圧範囲では、圧電素子の共振周波数の温度補償が十分でない場合が発生する可能性がある。

この発明の目的は、電源電圧が低電圧であっても、確実に温度補償を行い、一定の共振周波数の高周波信号を出力する温度補償型圧電発振器、およびこれを備えた電子装置を提供することにある。

そこで、この発明は、圧電素子と、該圧電素子の一方端に接続された増幅回路と、圧電素子の他方端に接続された可変容量素子と、該可変容量素子へ温度に応じた電圧を与える補償電圧発生手段とを備えた温度補償型圧電発振器において、補償電圧発生手段に、可変容量素子の一方端に周囲温度により第１電圧とは逆方向に可変する第１電圧を与える第１電圧発生手段と、可変容量素子の他方端に周囲温度により可変する第２電圧を与える第２電圧発生手段とを備えたことを特徴としている。

この構成では、圧電素子に接続する可変容量素子に、第１電圧発生手段から発生する第１電圧と、第２電圧発生手段から発生した第２電圧との電位差に応じた、周囲温度により可変する電圧が印加される。このため、第１電圧発生手段で発生し得る電圧範囲と、第２電圧発生手段で発生し得る電圧範囲とを異なるように設定しておけば、一方端を定電圧に設定した場合よりも、広い電圧範囲で且つ温度により変化する電圧が可変容量素子に印加される。これにより、可変容量素子の取り得るキャパシタンス範囲が広くなるとともに、周囲温度に応じて変化する。この結果、電源電圧が低電圧化しても、キャパシタンスの取り得る範囲が狭くならず、この範囲内で温度に応じてキャパシタンスが大きく変化する。この温度に応じて変化するキャパシタンス量を圧電素子の温度による共振周波数の変化量に対応させることで、圧電素子と可変容量素子とからなる共振回路の共振周波数が補正される。

また、この発明は、第１、第２電圧発生手段に、少なくとも一つの感温素子と複数の抵抗素子とをそれぞれ備えたことを特徴としている。

また、この発明は、感温素子をサーミスタとしたことを特徴としている。

この構成では、可変容量素子に電圧を印加する第１、第２電圧発生手段が、サーミスタおよび抵抗器からなる構造の簡素なアナログ回路網により形成される。

また、この発明は、周囲温度を検知し、この検知温度に応じた温度補償データを発生する温度補償データ発生手段を備え、第１、第２の電圧発生手段に、ディジタル形式の前記温度補正データをアナログ信号に変換するＤＡ変換手段を備えたことを特徴としている。

この構成では、温度補償データ発生手段で予め検出温度に応じた温度補償データを記憶しておき、検出した温度に応じて温度補償データが第１、第２電圧発生手段のそれぞれに出力される。第１、第２電圧発生手段は、このディジタル形式の温度補償データをアナログ形式の電圧信号に変換して、それぞれ可変容量素子に印加する。可変容量素子のキャパシタンスは、印加された第１電圧発生手段からの電圧信号と第２電圧発生手段からの電圧信号との電位差に応じて変化する。ここで、温度補償データを圧電素子の温度による共振周波数の変化量に対応させておくことで、圧電素子と可変容量素子とからなる共振回路の共振周波数が適正に補正される。

また、この発明は、圧電素子をＡＴカット水晶片振動子としたことを特徴としている。

また、この発明は、可変容量素子を可変容量ダイオード（バラクタダイオード）としたことを特徴としている。

また、この発明は、電子装置に前述の温度補償型圧電発振器を備えたことを特徴としている。

以上のように、この発明によれば、発振周波数に影響を与える可変容量素子の両端に、それぞれ異なる電圧印加手段から温度に応じて互いに逆方向に可変する電圧を供給することで、電源電圧が低電圧でありながらも、確実に発振周波数の温度補償を行い、発振周波数に温度依存性がない高周波信号を出力する温度補償型圧電発振器を構成することができる。

また、この発明によれば、温度補償用電圧を発生する回路がサーミスタと抵抗器のみを用いた簡素なアナログ回路で形成されるので、温度補償型圧電発振器を簡素な構造で構成することができる。

また、この発明によれば、周囲温度に応じた温度補償データを予め記憶しておき、この温度補償データをそれぞれ異なるＤＡ変換回路に入力して電圧信号に変換し、可変容量素子の両端に印加することで、電源電圧が低電圧でありながらも、確実に発振周波数の温度補償を行い、発振周波数に温度依存性がない高周波信号を出力する温度補償型圧電発振器を構成することができる。

また、この発明によれば、前記温度補償型圧電発振器を備えることで、周囲温度や動作温度に影響されることなく、低電源電圧で安定して動作する電子装置を構成することができる。

［図１］第１の実施形態に係る温度補償型圧電発振器の構成を表す等価回路図である。
［図２］図１に示した温度補償型圧電発振器の温度補償電圧発生回路の温度補償出力電圧（電位差）の温度依存性を表すグラフ、従来の温度補償型圧電発振器の温度補償電圧発生回路の温度補償出力電圧の温度依存性を表すグラフ、および従来の温度補償型圧電発振器の温度補償電圧発生回路の等価回路図である。
［図３］第２の実施形態に係る温度補償型圧電発振器の等価回路図である。
［図４］第３の実施形態に係る温度補償型圧電発振器の等価回路図である。
［図５］図４に示した温度補償型圧電発振器の温度補償電圧発生回路の温度補償出力電圧（電位差）の温度依存性を表すグラフである。
［図６］第４の実施形態に係る温度補償型圧電発振器の等価回路図である。
［図７］バラクタダイオードＶＤのキャパシタンスの印加電圧特性を表したグラフである。
［図８］図６に示した温度補償型圧電発振器の温度補償電圧発生回路の温度補償出力電圧（電位差）の温度依存性を表すグラフである。
［図９］電子装置の一例である通信機のブロック図である。

本発明の第１の実施形態に係る温度補償型圧電発振器について図１、図２を参照して説明する。

図１は本実施形態に係る温度補償型圧電発振器の等価回路図である。

図１に表すように、温度補償型圧電発振器は、圧電素子であるＡＴカット水晶振動子（以下、単に「水晶振動子」という。）ＸＤと、該水晶振動子ＸＤの一方端に接続する増幅回路３と、水晶振動子ＸＤの他方端に接続する可変容量素子であるバラクタダイオードＶＤと、このバラクタダイオードＶＤの両端に２つの出力がそれぞれ抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２を介して接続する温度補償電圧発生回路１０とを備える。

温度補償電圧発生回路１０は、抵抗器Ｒ１１に接続する第１電圧発生回路１と、抵抗器Ｒ１２に接続する第２電圧発生回路２とからなり、これらは、電源電圧（Ｖｃｃ）端子４およびグランドに接続している。

第１電圧発生回路１は、Ｖｃｃ端子４に接続する抵抗器Ｒ１と感温素子であるサーミスタＴＨ１との並列回路と、この並列回路に直列に接続する抵抗器Ｒ３とサーミスタＴＨ３とからなり、サーミスタＴＨ３の一方端を接地している。また、抵抗器Ｒ１とサーミスタＴＨ１との並列回路と抵抗器Ｒ３との接続点を抵抗器Ｒ１１を介してバラクタダイオードＶＤのカソードに接続している。

第２電圧発生回路２は、Ｖｃｃ端子４に接続する抵抗器Ｒ２と感温素子であるサーミスタＴＨ２との並列回路と、この並列回路に直列に接続する抵抗器Ｒ４とからなり、抵抗器Ｒ４の一方端を接地している。また、抵抗器Ｒ２とサーミスタＴＨ２との並列回路と抵抗器Ｒ４との接続点を抵抗器Ｒ１２を介してバラクタダイオードＶＤのアノードに接続している。

バラクタダイオードＶＤは、そのアノードを水晶振動子ＸＤに接続しており、カソードを高周波バイパス用コンデンサＣ１を介して接地している。

増幅回路３のｎｐｎ型トランジスタＴｒは、ベースを水晶振動子ＸＤに接続し、コレクタを抵抗器Ｒ２２を介してＶｃｃ端子４に接続し、エミッタを抵抗器Ｒ２３およびコンデンサＣ１２を介して接地している。また、トランジスタＴｒのエミッタとベースとの間には、帰還用コンデンサＣ１１を接続しており、ベースとＶｃｃ端子４との間には、バイアス電流供給用の抵抗器Ｒ２１を接続している。また、トランジスタＴｒのコレクタは、コンデンサＣ１４を介して出力端子５に接続している。また、Ｖｃｃ端子４はコンデンサＣ１３を介して高周波的に接地している。この結果、トランジスタＴｒは水晶振動子ＸＤの共振周波数で負性抵抗を有する。

温度補償電圧発生回路１０の第１電圧発生回路１は、抵抗器Ｒ１とサーミスタＴＨ１との並列回路と、抵抗器Ｒ３とサーミスタＴＨ３との直列回路とによる分圧比で、電源電圧Ｖｃｃを分圧した電圧信号を抵抗Ｒ１１を介して、バラクタダイオードＶＤのカソード側に印加する。一方、第２電圧発生回路２は、抵抗器Ｒ２とサーミスタＴＨ２との並列回路と抵抗器Ｒ４とによる分圧比で、電源電圧Ｖｃｃを分圧した電圧信号を抵抗Ｒ１２を介して、バラクタダイオードＶＤのアノード側に印加する。

バラクタダイオードＶＤは、第２電圧発生回路２からの電圧と第１電圧発生回路１からの電圧との電位差に応じてキャパシタンスが変化する容量素子として機能する。

水晶振動子ＸＤは、ＡＴカット水晶振動子を用いており、周囲温度に対して、３次関数的に共振周波数が変化する。また、水晶振動子ＸＤは、自身のキャパシタンスとバラクタダイオードＶＤのキャパシタンスとコンデンサＣ１のキャパシタンスとで共振回路を形成し、増幅回路３とともにこれらの素子の合成キャパシタンスに応じた共振周波数で共振する。

増幅回路３のトランジスタＴｒは、電源電圧Ｖｃｃで作動し、上記共振回路とともに発振し、発振信号を出力端子５に出力する。

ここで、周囲温度が変化すると、第１電圧発生回路１から出力される電圧信号の電圧値と、第２電圧発生回路２から出力される電圧信号の電圧値とがそれぞれに変化する。

図２（ａ）は図１に示した温度補償型圧電発振器の温度補償電圧発生回路の温度補償出力電圧（電位差）、すなわちバラクタダイオードＶＤのカソード−アノード間に印加される電圧の温度依存性を表すグラフ、図２（ｂ）は従来の温度補償型圧電発振器の温度補償電圧発生回路の温度補償出力電圧、すなわちバラクタダイオードＶＤのカソード−アノード間に印加される電圧の温度依存性を表すグラフ、図２（ｃ）は従来の温度補償型圧電発振器の温度補償電圧発生回路の等価回路図である。なお、図２（ａ）は、図１における各抵抗器の抵抗値を、Ｒ１＝３０ｋΩ、Ｒ２＝２０ｋΩ、Ｒ３＝１ｋΩ、Ｒ４＝１ｋΩとし、各サーミスタの２５℃での抵抗値を、ＴＨ１＝２．３１ｋΩ、ＴＨ２＝４６．２ｋΩ、ＴＨ３＝４６２Ωとし、サーミスタのＢ定数を３０００〜４０００程度にして、Ｖｃｃ＝３Ｖとしたときのシミュレーション結果である。また、図２（ｂ）は、図２（ｃ）における各抵抗器の抵抗値を、Ｒ０１＝３０ｋΩ、Ｒ０２＝１０ｋΩ、Ｒ０３＝１０ｋΩとし、各サーミスタの２５℃での抵抗値を、ＴＨ１＝１８．５ｋΩ、ＴＨ２＝１．２４ｋΩ、ＴＨ３＝２０１ｋΩとし、サーミスタのＢ定数を３０００〜４０００程度にして、Ｖｃｃ＝３Ｖとしたときのシミュレーション結果である。

このように、本実施形態の温度補償電圧発生回路を用いることで、図２に示すように、同じ電源電圧Ｖｃｃが供給されていても、出力電位差の範囲を従来の約０．７Ｖと比較して約１．２Ｖに広くすることができる。すなわち、電源電圧Ｖｃｃが低くても、バラクタダイオードに印加する電圧（電位差）の範囲が小さくなるのを抑制することができる。これは、温度補償電圧発生回路１０の２つの出力電圧が少なくとも一部の温度範囲で互いに逆方向に変動するからである。

バラクタダイオードＶＤは、前述の電位差に応じたキャパシタンスを有する容量素子として機能するので、従来例よりも、広範囲のキャパシタンスを得ることができる。すなわち、温度補償電圧発生回路を前述の構成とすることで、電源電圧が低電圧であってもバラクタダイオードＶＤのキャパシタンス範囲が狭くなることが抑制される。

これにより、水晶振動子ＸＤとバラクタダイオードＶＤとコンデンサＣ１とからなる共振回路の合成キャパシタンスが大きく変化し、共振回路の共振周波数を大きく変化させるように作用する。

一方、水晶振動子ＸＤは元来温度依存性を有するので、前述のように周囲温度が変化すると、共振周波数が変化する。

ここで、バラクタダイオードＸＤのキャパシタンスの変化量による共振周波数の変化量と水晶振動子ＸＤの温度変化による共振周波数の変化量とが相殺するように、予め、温度補償電圧発生回路の各抵抗器およびサーミスタを設定しておくことで、電源電圧が低くても共振周波数が変化することを抑制することができる。すなわち、周囲温度に依存せず安定した発振周波数の高周波信号を出力することができる。

次に、第２の実施形態に係る温度補償型圧電発振器について図３を参照して説明する。図３は本実施形態に係る温度補償型圧電発振器の等価回路図である。

図３に表すように、温度補償型圧電発振器は、水晶振動子ＸＤと、該水晶振動子ＸＤを含む増幅回路３０と、水晶振動子ＸＤにコンデンサＣ３２を介して接続する可変容量素子であるバラクタダイオードＶＤと、このバラクタダイオードＶＤの両端に２つの出力がそれぞれローパスフィルタＬＰＦ３４，ＬＰＦ３５を介して接続する温度補償電圧発生回路１１とを備える。

温度補償電圧発生回路１１は、ローパスフィルタＬＰＦ３５に接続する第１ＤＡコンバータ３２と、ローパスフィルタＬＰＦ３４に接続する第２ＤＡコンバータ３３とからなり、これらは、駆動電圧（Ｖｄｄ）端子４’に接続している。また、これら第１、第２ＤＡコンバータ３２，３３はそれぞれ温度補償データ制御部３１に接続するとともに、接地（Ｖｓｓ）している。

バラクタダイオードＶＤは、そのアノードをコンデンサＣ３２を介して増幅回路３０の水晶振動子ＸＤに接続するとともにローパスフィルタＬＰＦ３４に接続しており、カソードを高周波バイパス用コンデンサＣ１を介して接地するとともに、ローパスフィルタＬＰＦ３５に接続している。

増幅回路３０は、水晶振動子ＸＤとインバータ３６と抵抗器Ｒ３０とを並列接続し、これらの並列接続点をそれぞれコンデンサＣ３３，Ｃ３４を介して接地している。また、増幅回路３０の出力側（インバータ３６の出力側）は出力端子５に接続している。なお、インバータ３６を含むＩＣの電源としては、上述のＶｄｄおよびＶｓｓが使われる。

温度補償データ制御部３１は、周囲温度に応じた温度補償データをメモリに予め記憶しており、温度検知部で検知した温度に基づいて、温度補償データを前記メモリから読み出し、ＤＡコンバータ３２、ＤＡコンバータ３３のそれぞれに出力する。ここで、温度補償データとは、増幅回路３０の水晶振動子ＸＤの共振周波数の温度依存性に基づき、バラクタダイオードＶＤの両端に印加する電圧（電位差）を決定するためのデータであり、ＤＡコンバータ３２に出力するデータとＤＡコンバータ３３に出力するデータとが記憶されている。

温度補償データ制御部３１が、検知温度に応じた温度補償データを温度補償電圧発生回路１１のＤＡコンバータ３２，ＤＡコンバータ３３に出力すると、ＤＡコンバータ３２，ＤＡコンバータ３３はそれぞれの温度補償データをＤ−Ａ変換して、アナログ形式の電圧信号として出力する。これらの電圧信号はそれぞれＬＰＦ３４，ＬＰＦ３５を介してバラクタダイオードＶＤの両端に印加される。

バラクタダイオードＶＤは、ＤＡコンバータ３３からの電圧信号とＤＡコンバータ３２からの電圧信号との差（電位差）に応じてキャパシタンスを変化させて、容量素子として機能する。

増幅回路３０の水晶振動子ＸＤは、ＡＴカット水晶片を用いており、周囲温度に対して、３次関数的に共振周波数が変化する。この共振周波数は、バラクタダイオードのキャパシタンスの影響を受けるので、温度に応じてキャパシタンスを変化させることにより、周囲温度による共振周波数の変動を抑制することができる。すなわち、温度補償データ制御部３１に予め記憶させておく温度補償データを、検知温度に応じて、バラクタダイオードＶＤのキャパシタンスで水晶振動子ＸＤの共振周波数の変動を抑制するように設定しておくことで、温度依存性のない一定の発振周波数の高周波信号を出力することができる。

なお、本実施形態では、ＤＡコンバータ３２，ＤＡコンバータ３３の出力側にＬＰＦ３４，ＬＰＦ３５を挿入したが、これを省略してもよい。

次に、第３の実施形態に係る温度補償型圧電発振器について、図４，図５を参照して説明する。

図４は、本実施形態に係る温度補償型圧電発振器の等価回路図である。

図４に示す温度補償型圧電発振器は、図１に示した温度補償型圧電発振器の第１電圧発生回路１を第１電圧発生回路１’に置き換えたものであり、他の構成は同じである。ここで、第１電圧発生回路１’は図１の第１電圧発生回路１のサーミスタＴＨ３を省略したものである。

図５は、図４に示した温度補償型圧電発振器の温度補償電圧発生回路の温度補償出力電圧（電位差）の温度依存性を表すグラフである。なお、図５は、図４における各抵抗器の抵抗値を、Ｒ１＝５０ｋΩ、Ｒ２＝１００ｋΩ、Ｒ３＝２０ｋΩ、Ｒ４＝１ｋΩとし、各サーミスタの２５℃での抵抗値を、ＴＨ１＝２．３１ｋΩ、ＴＨ２＝４６．２ｋΩとし、サーミスタのＢ定数を３０００〜４０００程度にして、Ｖｃｃ＝３Ｖとしたときのシミュレーション結果である。

このように、図４に示す回路構成とすることで、バラクタダイオードＶＤに印加される電圧（電位差）は３次関数に近似する曲線状となり、水晶振動子の共振周波数の変動を殆ど相殺することができる。

これにより、周囲温度に依存せず、略一定の発振周波数で高周波信号を出力する温度補償型圧電発振器をさらに簡素な構造で形成することができる。

次に、第４の実施形態に係る温度補償型圧電発振器について、図６〜図８を参照して説明する。

図６は本実施形態に係る温度補償型圧電発振器の等価回路図である。

図６に示す温度補償型圧電発振器は、図４に示した温度補償型圧電発振器の第２電圧発生回路２を、第２電圧発生回路２’に置き換えたものであり、他の構成は図４に示した温度補償型圧電発振器と同じである。ここで、第２電圧発生回路２’は、Ｖｃｃ端子４に抵抗器Ｒ４を接続し、この抵抗器Ｒ４に、サーミスタＴＨ２と抵抗器Ｒ２との並列回路を接続し、この並列回路の一端を接地した回路である。また、抵抗器Ｒ４と並列回路との接続点は、抵抗器Ｒ１２を介してバラクタダイオードＶＤに接続している。

このような構成とすることで、温度補償電圧発生回路１３の各素子（抵抗器Ｒ１〜Ｒ４、サーミスタＴＨ１，ＴＨ２）の素子値（インピーダンス）およびサーミスタのＢ定数の設定の組み合わせにより、バラクタダイオードＶＤに負の電圧（ダイオード的には順方向バイアス電圧）を印加することができる。

図７は、バラクタダイオードＶＤのキャパシタンスの印加電圧特性を表したグラフである。この図において、印加電圧の順方向は、ダイオード特性においては負方向を表している。この図に表すように、印加電圧が小さくなり、負電圧になるに従い、バラクタダイオードＶＤのキャパシタンスは増加する。そして、このキャパシタンスは、ダイオードに電流が流れ始める電圧Ｖｆに達するまで増加し続ける。

図８は、図６に示した温度補償型圧電発振器の温度補償電圧発生回路の温度補償出力電圧（電位差）の温度依存性を表すグラフである。なお、図８は、図６における各抵抗器の抵抗値を、Ｒ１＝５０ｋΩ、Ｒ２＝２０ｋΩ、Ｒ３＝２０ｋΩ、Ｒ４＝２０ｋΩとし、各サーミスタの２５℃での抵抗値を、ＴＨ１＝２３．１ｋΩ、ＴＨ２＝３７．０ｋΩとし、サーミスタのＢ定数を３０００〜４０００程度にして、Ｖｃｃ＝３Ｖとしたときのシミュレーション結果である。

このように、図６に示す回路構成とすることで、バラクタダイオードＶＤに印加される電圧（電位差）は３次関数に近似する曲線状となり、さらに、バラクタダイオードＶＤに印加される電圧（電位差）の範囲が広がる。このため、温度依存性の高い、すなわち、周囲温度に対して共振周波数の変化量が大きい水晶振動子を用いても、共振周波数の変動を殆ど相殺することができる。

これにより、周囲温度に依存せず、略一定の発振周波数で高周波信号を出力する温度補償型圧電発振器を形成することができる。

なお、前述の各実施形態では、図に示すようにコルピッツ型発振回路やインバータ発振回路を用いた温度補償型圧電発振器を説明したが、ハートレー型、クランプ型、ピアーズ型等の発振回路を用いても同様の効果を奏する。また、バイポーラトランジスタを用いた発振回路を説明したが、電界効果トランジスタを用いてもよい。さらにＣ−ＭＯＳ等の論理素子を用いた発振回路であっても同様の効果を奏する。また、前述の各実施形態に示した温度補償電圧発生回路にコンデンサやインダクタ等の回路素子が挿入されていても同様の効果を奏する。また、圧電素子としては、水晶振動子に限らず、弾性表面波共振子やバルク共振を利用したセラミック共振子、タンタル酸リチウム共振子、ニオブ酸リチウム共振子等であっても同様の効果を奏する。

次に、第５の実施形態に係る電子装置について図９を参照して説明する。

図９は電子装置の一例である通信機のブロック図である。

図９に示すように、通信機９０は、アンテナ９０１と、デュプレクサ９０２と、増幅部９０３ａ，９０３ｂと、混合部９０４ａ，９０４ｂと、電圧制御発振器９０５と、ＰＬＬ回路９０６と、ローパスフィルタ９０７と、本発明の温度補償型圧電発振器９１０と、変調部Ｔｘと、復調部Ｒｘとを備える。

ＰＬＬ回路９０６は、電圧制御発振器９０５の出力信号を入力し、この信号と温度補償型圧電発振器９１０の発振信号の分周信号との位相を比較し、電圧制御発振器９０５が所定の周波数となるように制御電圧を出力する。

電圧制御発振部９０５は、ローパスフィルタ９０７を介して、その制御電圧を制御端子に受けて、その制御電圧に応じた高周波信号を出力する。この高周波信号は、混合部９０４ａ，９０４ｂにそれぞれ局部発振信号として与えられる。

混合部９０４ａは、変調部Ｔｘから出力される中間周波数信号と局部発振信号とを混合して送信信号に変換する。この送信信号は、増幅部９０３ａで増幅され、デュプレクサ９０２を介してアンテナ９０１から放射される。

アンテナ９０１からの受信信号は、デュプレクサ９０２を介して増幅部９０３ｂで増幅される。混合部９０４ｂは、増幅部９０３ｂで増幅された受信信号と、電圧制御発振器９０５からの局部発振信号とを混合して、中間周波信号に変換する。この中間周波信号は、復調部Ｒｘで検波される。

このように、前述の各実施形態に示した温度補償型圧電発振器９１０を用いることで、通信特性に優れる小型の通信機を構成することができる。
なお、本実施形態では、通信機９０を用いて、本発明の温度補償型圧電発振器を用いた電子装置を説明したが、本発明の電子装置は通信機に限られるものではない。

Claims (7)

1. 圧電素子と、該圧電素子の一方端に接続された増幅回路と、前記圧電素子の他方端に接続された可変容量素子と、該可変容量素子に温度に応じた電圧を与える補償電圧発生手段とを備えた温度補償型圧電発振器において、
   前記補償電圧発生手段は、前記可変容量素子の一方端に周囲温度により可変する第１電圧を与える第１電圧発生手段と、前記可変容量素子の他方端に周囲温度により前記第１電圧とは逆方向に可変する第２電圧を与える第２電圧発生手段とを備えたことを特徴とする温度補償型圧電発振器。
2. 前記第１、第２電圧発生手段は、少なくとも一つの感温素子と複数の抵抗素子とをそれぞれに備えた請求項１に記載の温度補償型圧電発振器。
3. 前記感温素子はサーミスタである請求項２に記載の温度補償型圧電発振器。
4. 周囲温度を検知し、この検知温度に応じた温度補償データを発生する温度補償データ発生手段を備え、
   前記第１、第２の電圧発生手段は、ディジタル形式の前記温度補償データをアナログ信号に変換するＤＡ変換手段を備えた請求項１に記載の温度補償型圧電発振器。
5. 前記圧電素子は、ＡＴカット水晶片振動子である請求項１〜４のいずれかに記載の温度補償型圧電発振器。
6. 前記可変容量素子は可変容量ダイオードである請求項１〜５のいずれかに記載の温度補償型圧電発振器。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の温度補償型圧電発振器を備えた電子装置。

Images