(57)【要約】【課題】発振モジュールにより精緻な温度補償機能を提供することを課題とする。【解決手段】上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、発振回路に供給する温度補償電圧を生成する温度補償電圧生成回路であって、温度を検知する温度検知回路と、温度検知回路の高周波成分の少なくとも一部を減衰させる高周波減衰部と、高周波減衰部の出力に基づいて温度補償電圧を生成する補償電圧生成部と、を備える、温度補償電圧生成回路を提供する。【選択図】図２
2020077916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振回路に供給する温度補償電圧を生成する温度補償電圧生成回路であって、
温度を検知する温度検知回路と、
前記温度検知回路からの出力の高周波成分の少なくとも一部を減衰させる高周波減衰部と、
前記高周波減衰部の出力に基づいて前記温度補償電圧を生成する補償電圧生成部と、
を備える、
温度補償電圧生成回路。
【請求項２】
発振回路に供給する温度補償電圧を生成する温度補償電圧生成回路であって、
温度を検知する温度検知回路と、
前記温度検知回路の出力に基づいて温度補償電圧を生成する補償電圧生成部と、
前記補償電圧生成部からの出力の高周波成分の少なくとも一部を減衰させる高周波減衰部と、
を備える、
温度補償電圧生成回路。
【請求項３】
前記補償電圧生成部は、
前記温度検知回路からの出力に基づいて第１温度補償電圧を生成する第１電圧生成回路と、
前記温度検知回路からの出力に基づいて第２温度補償電圧を生成して前記高周波減衰部に出力する第２電圧生成回路と、  前記第１温度補償電圧及び前記高周波減衰部からの出力を加算する加算器と、
を有する請求項２に記載の温度補償電圧生成回路。
【請求項４】
前記補償電圧生成部は、前記温度検知回路からの出力、及び、前記高周波減衰部からの出力の両方に基づいて、温度補償電圧を生成する、
請求項１に記載の温度補償電圧生成回路。
【請求項５】
前記補償電圧生成部は、
前記温度検知回路からの出力に基づいて第１温度補償電圧を生成する第１電圧生成回路と、
前記高周波減衰部からの出力に基づいて第２温度補償電圧を生成する第２電圧生成回路と、
前記第１温度補償電圧及び前記第２温度補償電圧を加算する加算器と、
を有する請求項４に記載の温度補償電圧生成回路。
【請求項６】
前記温度検知回路からの出力を増幅する第１増幅回路と、
前記高周波減衰部からの出力を増幅する第２増幅回路と、
前記第１増幅回路からの出力及び前記第２増幅回路からの出力を加算する加算器と、
を更に備え、
前記補償電圧生成部は、前記加算器からの出力に基づいて、温度補償電圧を生成する、
請求項４に記載の温度補償電圧生成回路。
【請求項７】
前記高周波減衰部の動作又は出力先を時間により制御するタイマースイッチを更に備える、
請求項３、５、及び６のいずれか１項に記載の温度補償電圧生成回路。
【請求項８】
前記温度検知回路からの出力を、前記高周波減衰部を介さずに前記第２増幅回路へ出力する第１の経路と、
前記温度検知回路からの出力を、前記高周波減衰部を介して前記第２増幅回路へ出力する第２の経路と、
を備え、
前記タイマースイッチは、前記温度補償電圧生成回路の電源起動後の予め定められた時間後に、前記第１の経路を前記第２の経路に切り替える、
請求項６に従属する場合における請求項７に記載の温度補償電圧生成回路。
【請求項９】
前記タイマースイッチは、前記温度補償電圧生成回路の電源起動後の予め定められた期間、前記高周波減衰部と前記加算器との間の経路を切り離す、
請求項７に記載の温度補償電圧生成回路。
【請求項１０】
前記温度検知回路からの出力を、前記高周波減衰部を介さずに前記第２電圧生成回路へ出力する第１の経路と、
前記温度検知回路からの出力を、前記高周波減衰部を介して前記第２電圧生成回路へ出力する第２の経路と、
を備え、
前記タイマースイッチは、前記温度補償電圧生成回路の電源起動後の予め定められた時間後に、前記第１の経路を前記第２の経路に切り替える、
請求項３又は５に従属する場合における請求項７に記載の温度補償電圧生成回路。
【請求項１１】
前記高周波減衰部は、ローパスフィルタを含み、
前記タイマースイッチは、前記温度補償電圧生成回路の電源起動後の予め定められた時間後に、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を、第１周波数から前記第１周波数よりも低い第２周波数に切り替える、
請求項７に記載の温度補償電圧生成回路。
【請求項１２】
前記温度検知回路からの出力された低周波成分の少なくとも一部を減衰させる低周波減衰部と、
前記低周波減衰部からの出力を増幅する第３増幅回路と、
を更に備え、
前記加算器は、前記第１増幅回路からの出力、前記第２増幅回路からの出力、及び、前記第３増幅回路からの出力を加算する、
請求項６に直接的又は間接的に従属する場合における請求項７、８、及び１１のいずれか１項に記載の温度補償電圧生成回路。
【請求項１３】
前記高周波減衰部は、ローパスフィルタ、積分器、ステップ波生成回路、又は、ランプ波生成回路の少なくとも１つを含む、
請求項１から１２のいずれか１項に記載の温度補償電圧生成回路。
【請求項１４】
前記高周波減衰部は、Ｇｍセルを用いたＧｍ−Ｃフィルタを含むローパスフィルタである、
請求項１３に記載の温度補償電圧生成回路。
【請求項１５】
前記高周波減衰部は、前記Ｇｍセルのオフセットを調整するオフセット調整部を更に有する、
請求項１４に記載の温度補償電圧生成回路。
【請求項１６】
前記補償電圧生成部は、Ｎ次関数発生回路を含む、
請求項１、２、４から６、及び１１から１５のいずれか１項に記載の温度補償電圧生成回路。
【請求項１７】
前記第１電圧生成回路は、Ｎ次関数発生回路を含み、
前記第２電圧生成回路は、Ｎ次関数発生回路を含む、
請求項３又は５に直接的又は間接的に従属する請求項に記載の温度補償電圧生成回路。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか１項に記載の温度補償電圧生成回路と、
前記温度補償電圧生成回路に近接して設けられ、前記温度補償電圧生成回路により生成された前記温度補償電圧が提供される発振回路と、
前記発振回路により駆動される発振素子と、
を備える発振モジュール。
【請求項１９】
請求項１８に記載の発振モジュールを備えるシステム。
【請求項２０】
通信回路を更に備える請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
請求項１５に記載の温度補償電圧生成回路と、
前記温度補償電圧生成回路に近接して設けられ、前記温度補償電圧生成回路により生成された前記温度補償電圧で駆動される発振回路と、
を備える集積回路の製造方法であって、
前記集積回路の組み立て後に前記Ｇｍセルのオフセットを調整するオフセット調整段階を行うことを含む、
製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度補償電圧生成回路、発振モジュール、及び、システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの電子機器においてクロック信号等の生成用に水晶発振回路を含む水晶発振モジュールが使用されている。水晶発振回路の発振周波数は、周囲の温度変化に対して安定であることが望まれている。例えば、電源起動時の温度センサの昇温に起因する発振周波数の変動を低減するための温度補償機能付きの水晶発振器が知られている（特許文献１）。しかし、係る技術によると水晶振動子自体の温度変化が温度センサの温度変化に対して遅い場合等に、周波数特性を悪化させることがあった。
特許文献１  特開２００７−２６７２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
発振モジュールにより精緻な温度補償機能を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、発振回路に供給する温度補償電圧を生成する温度補償電圧生成回路であって、温度を検知する温度検知回路と、温度検知回路の高周波成分の少なくとも一部を減衰させる高周波減衰部と、高周波減衰部の出力に基づいて温度補償電圧を生成する補償電圧生成部と、を備える、温度補償電圧生成回路を提供する。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、発振回路に供給する温度補償電圧を生成する温度補償電圧生成回路であって、温度を検知する温度検知回路と、温度検知回路の出力に基づいて温度補償電圧を生成する補償電圧生成部と、補償電圧生成部からの出力の高周波成分の少なくとも一部を減衰させる高周波減衰部と、を備える、温度補償電圧生成回路を提供する。
【０００６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態におけるシステム１０の構成の一例を示す。
【図２】本実施形態における発振モジュール１００の構成の一例を示す。
【図３】本実施形態における温度補償電圧生成回路１１０の構成の例を示す。
【図４】本実施形態における検知温度、発振素子温度及び周波数誤差の例を示す。
【図５】本実施形態の第１変形例における温度補償電圧生成回路１１０の構成の例を示す。
【図６】本実施形態の第２変形例におけるシステム１０の構成の一例を示す。
【図７】第２変形例における温度補償電圧生成回路１１０の構成の例を示す。
【図８】第２変形例における検知温度、発振素子温度及び周波数誤差の例を示す。
【図９】本実施形態の第３変形例における温度補償電圧生成回路１１０の構成の例を示す。
【図１０】本実施形態の第４変形例における温度補償電圧生成回路１１０の構成の例を示す。
【図１１】第４変形例における検知温度、発振素子温度及び周波数誤差の例を示す。
【図１２】Ｇｍ−Ｃフィルタを用いた高周波減衰部１１４の構成の例を示す。
【図１３】本実施形態の第５変形例における温度補償電圧生成回路１１０の構成の例を示す。
【図１４】第５変形例における検知温度、発振素子温度及び周波数誤差の例を示す。
【図１５】第５変形例における高周波減衰部１１４の構成例を示す。
【図１６】第５変形例における高周波減衰部１１４の構成例を示す。
【図１７】本実施形態の第６変形例における高周波減衰部１１４の構成例を示す。
【図１８】本実施形態の第７変形例における温度補償電圧生成回路１１０の構成の例を示す。
【図１９】第７変形例における検知温度、発振素子温度及び周波数誤差の例を示す。
【図２０】第８変形例における温度補償電圧生成回路１１０の構成の例を示す。
【図２１】第９変形例における温度補償電圧生成回路１１０の構成の例を示す。
【図２２】第１０変形例における温度補償電圧生成回路１１０の構成の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１に本実施形態におけるシステム１０の構成の一例を示す。システム１０は、高電力デバイスの発熱に由来する温度変動に対して、高度に温度補償された発振信号を出力する。システム１０は、システム基板２０、高電力デバイス３０、及び、発振モジュール１００を備える。
【００１０】
システム基板２０は、高電力デバイス３０、及び、発振モジュール１００を搭載する。システム基板２０は、高電力デバイス３０、及び、発振モジュール１００を電気的に接続する配線基板であってよい。後述するように、システム基板２０は他のデバイス及び／又は回路を搭載してもよい。
【００１１】
高電力デバイス３０は、種々の機能を有する１又は複数の電子回路であってよい。例えば、高電力デバイス３０は、通信回路、無線パワーアンプ、及び、信号処理回路等を含んでよい。高電力デバイス３０は、動作時に発熱し、熱がシステム基板２０を介して発振モジュール１００に伝わる。高電力デバイス３０からの伝熱の例を、図中の矢印で示す。
【００１２】
発振モジュール１００は、発振素子１０２及び集積回路１０８を有し、発振素子１０２によりクロック信号等の発振信号を生じる。発振素子１０２は、水晶振動子等の電気信号により発振する振動子であってよい。集積回路１０８は、後述するように基板上に複数の素子及び／又は回路等が集積された回路であってよい。
【００１３】
図２は、本実施形態における発振モジュール１００の構成の一例を示す。発振モジュール１００は、発振素子１０２及び集積回路１０８を有しても良い。集積回路１０８は、発振回路１０５及び温度補償電圧生成回路１１０を含む。また、集積回路１０８は、メモリ２００及びインターフェイス３００を有してよい。集積回路１０８は、メモリ２００に加えて又は代えて、ヒューズを有してもよい。
【００１４】
発振回路１０５は、温度補償電圧に基づいて水晶振動子等の発振素子１０２を駆動する。発振回路１０５は、発振素子１０２によりクロック信号を生成し、生成したクロック信号を高電力デバイス３０等の外部の回路に提供してよい。発振回路１０５は、温度補償電圧生成回路１１０に近接して設けられてよい。
【００１５】
発振回路１０５は、一例として、図２に示す回路構成を有してよい。これにより、発振回路１０５は、温度補償電圧生成回路１１０から出力された電圧に基づいて、クロック信号等の出力を行う。
【００１６】
温度補償電圧生成回路１１０は、温度検知回路を有し、温度検知回路が検知した温度に基づいて、発振回路１０５に供給する温度補償電圧を生成する。温度補償電圧生成回路１１０により生成された温度補償電圧が発振回路１０５に供給されて、これにより発振回路１０５は発振素子１０２を駆動する。これにより、温度補償電圧生成回路１１０は、発振素子１０２の発振周波数が周囲の温度変動の影響を受ける程度を低減する。
【００１７】
図１に示すように、集積回路１０８がシステム基板２０に近い側に設けられ、発振素子１０２がシステム基板２０に遠い側に設けられる場合、高電力デバイス３０からの熱は、発振素子１０２よりも先に集積回路１０８に伝わる。その結果、発振素子１０２と集積回路１０８との間に温度差が生じる。
【００１８】
集積回路１０８に備えられた温度補償電圧生成回路１１０は、実際の発振素子１０２の温度よりも高い温度に基づいて温度補償電圧を生成することになる。このため、従来のモジュールによると、発振素子１０２と温度補償電圧生成回路１１０の温度が一致するまでの間、発振回路１０５からの信号は発振周波数誤差を含み得ることとなる。一方で、本実施形態の温度補償電圧生成回路１１０は、後述するように、このような温度差に基づく発振周波数誤差を軽減又は解消する。
【００１９】
温度補償電圧生成回路１１０は、温度検知回路１１２、高周波減衰部１１４、及び補償電圧生成部１１６を備える。
【００２０】
温度検知回路１１２は、発振モジュール１００において温度センサとして機能する回路である。温度検知回路１１２には、ＩＣ温度センサ、サーミスタ、又は、測温抵抗体等を含む公知の回路を用いることができる。温度検知回路１１２は、周辺環境の温度を検知し、高周波減衰部１１４及び補償電圧生成部１１６の少なくとも一方に検知した温度情報を含む信号を出力する。
【００２１】
高周波減衰部１１４は、入力した信号の高周波成分の少なくとも一部を減衰させて出力する。例えば、高周波減衰部１１４は、温度検知回路１１２からの出力の高周波成分の少なくとも一部、又は、温度補償電圧からの出力の高周波成分の少なくとも一部を減衰させてよい。
【００２２】
高周波減衰部１１４には、公知の回路を用いてよい。例えば、高周波減衰部１１４は、ローパスフィルタ、積分器、ステップ波生成回路、又は、ランプ波生成回路の少なくとも１つを含んでよい。例えば、高周波減衰部１１４は、一例として、Ｇｍ−Ｃフィルタを含むローパスフィルタ（ＬＰＦ）であってよい。なお、ステップ波生成回路である場合、高周波減衰部１１４は、一段又は多段のステップ波を生成してよい。
【００２３】
補償電圧生成部１１６は、発振回路１０５に供給する温度補償電圧を生成する。例えば、補償電圧生成部１１６は、高周波減衰部１１４の出力又は温度検知回路１１２の出力に基づいて温度補償電圧を生成してよい。補償電圧生成部１１６は、発振素子１０２の温度変化を近似する関数に対応する回路を有してよい。例えば、補償電圧生成部１１６は、０次関数発生回路、１次関数発生回路、及び、Ｎ次関数発生回路（Ｎは２以上の数であってよく、一例として３であってよい）の少なくとも一部を含んでよい。一例として、補償電圧生成部１１６は、特許文献１に記載される温度補償機能付き水晶発振器と同様の構成を有してよい。
【００２４】
メモリ２００は、温度補償電圧生成回路１１０に関するパラメータを記憶する。例えば、メモリ２００は、温度検知回路１１２のオフセット、高周波減衰部１１４のカットオフ周波数、及び／又は、補償電圧生成部１１６の各０次、1次、及びN次の各関数の係数等に関するパラメータを記憶してよい。なお、集積回路１０８がメモリ２００およびインターフェイス３００を有する代わりに、集積回路１０８の外部にメモリ２００またはインターフェイス３００を備えてもよい。メモリ２００は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリを含んでよい。これに代えて、メモリ２００はヒューズであってもよい。
【００２５】
インターフェイス３００は、メモリ２００と外部との接続を仲介する。例えば、インターフェイス３００は、外部からパラメータに関するデータを受け取り、これをメモリ２００に書き込んでよい。メモリ２００への書き込みは、発振モジュール１００の出荷前等の初期設定時又は動作中に行ってよい。
【００２６】
図３は、本実施形態における温度補償電圧生成回路１１０の構成の例を示す。本例では、温度補償電圧生成回路１１０は、温度検知回路１１２、高周波減衰部１１４、及び、補償電圧生成部１１６を有する。高周波減衰部１１４は、温度検知回路からの出力の高周波成分の少なくとも一部を減衰させた信号を、補償電圧生成部１１６に出力する。補償電圧生成部１１６は、高周波減衰部１１４からの信号に基づき、温度補償電圧を生成する。
【００２７】
図４は、本実施形態における温度、温度補償電圧及び周波数誤差の例を示す。図４（ａ）では、発振素子１０２の実際の温度を実線で示し、温度検知回路１１２の検知温度を点線で示す。
【００２８】
高電力デバイス３０が動作を開始すると、高電力デバイス３０から生じた熱が、システム基板２０のグラウンドプレーンおよび発振モジュールのグラウンド端子といった熱伝導率の高い経路を介して、温度検知回路１１２に直ちに伝わる。その結果、図４（ａ）の点線に示すように温度検知回路１１２の温度は直ちに立ち上がる。従って、温度検知回路１１２からの出力も図４（ａ）の点線と同様に立ち上がった信号となる。その後、高電力デバイス３０から生じた熱は、発振素子１０２を穏やかに昇温させる。その結果、図４（ａ）の実線に示すように発振素子１０２の温度はゆるやかに立ち上がる。
【００２９】
図４（ｂ）では、図３に示す実施形態の温度補償電圧生成回路１１０を用いた場合において、高周波減衰部１１４から補償電圧生成部１１６に出力される温度補償電圧を実線で示す。また、図３に示す実施形態の温度補償電圧生成回路１１０から高周波減衰部１１４を省いた場合に、補償電圧生成部１１６に出力される温度補償電圧を点線で示す。
【００３０】
図４（ｂ）に示すように、高周波減衰部１１４を用いた場合（実線）、温度検知回路１１２からの立ち上がり遷移の急峻な出力は、高周波減衰部１１４により高周波部分が減衰されて、遷移の緩やかな波形となる。一方で、高周波減衰部１１４を用いない場合（点線）、温度検知回路１１２からの遷移の急峻な波形の出力がそのまま温度補償電圧として用いられる。
【００３１】
図４（ｃ）では、図３に示す実施形態の温度補償電圧生成回路１１０を用いた場合において、発振回路１０５の発振周波数誤差を実線で示す。また、図３に示す実施形態の温度補償電圧生成回路１１０から高周波減衰部１１４を省いた場合の、発振回路１０５の発振周波数誤差を点線で示す。
【００３２】
図４（ｃ）に示すように、高周波減衰部１１４を用いた場合、温度補償電圧と発振素子１０２の温度の波形が概ね一致するので、発振周波数誤差は非常に小さいものとなる。一方で、高周波減衰部１１４を用いない場合、温度補償電圧と発振素子１０２の温度の波形が一致せずに発振周波数誤差は大きくなる。
【００３３】
このように本実施形態によれば、温度補償電圧生成回路１１０は、温度検知回路１１２からの温度信号のうち高周波部分を排除し、低周波部分を主に用いる。従って、温度検知回路１１２に急峻な温度変化が生じた場合でも、温度補償電圧生成回路１１０は、急峻な温度変化に対応する高周波部分を含まない温度補償電圧を生成する。このような高周波部分を含まない温度補償電圧は、水晶振動子の温度変化に合致するので、温度補償電圧生成回路１１０は、発振周波数誤差を低減することができる。
【００３４】
図５は、本実施形態の第１変形例における温度補償電圧生成回路１１０の構成の例を示す。図５は、図３に示す温度補償電圧生成回路１１０において、高周波減衰部１１４と補償電圧生成部１１６の配置を逆転させたものを示す。この場合、補償電圧生成部１１６が温度検知回路１１２の出力に基づいて温度補償電圧をまず生成する。その後、高周波減衰部１１４が、温度補償電圧からの出力の高周波成分の少なくとも一部を減衰させる。
【００３５】
本変形例によれば、温度補償電圧生成回路１１０は、補償電圧生成部１１６が生成した温度補償電圧のうち低周波部分のみを出力する。従って、図３に示す実施形態と同様に、温度検知回路１１２に急峻な温度変化が生じた場合でも、温度補償電圧生成回路１１０は、水晶振動子の温度変化に合致した温度補償電圧を発振回路１０５に提供し、発振周波数誤差を低減することができる。
【００３６】
図６は、本実施形態の第２変形例におけるシステム１０の構成の一例を示す。本変形例では、システム１０は図１で示した構成に加えて、第２高電力デバイス４０を有する。
【００３７】
第２高電力デバイス４０は、高電力デバイス３０と同様の構成を有してよい。第２高電力デバイス４０は、発振モジュール１００の上部等、発振素子１０２に近接して配置される。その結果、本変形例では、発振素子１０２は、第２高電力デバイス４０の動作開始後直ちに一定程度昇温される。
【００３８】
図７は、第２変形例における温度補償電圧生成回路１１０の構成の例を示す。本変形例において、補償電圧生成部１１６は、温度検知回路１１２からの出力、及び、高周波減衰部１１４からの出力に両方に基づいて、温度補償電圧を生成する。温度補償電圧生成回路１１０は、第１増幅回路１１５Ａ、第２増幅回路１１５Ｂ、及び加算器１１９を有する。
【００３９】
まず、温度検知回路１１２は、検知結果を第１増幅回路１１５Ａ及び高周波減衰部１１４に出力する。第１増幅回路１１５Ａは、温度検知回路からの出力をゲインＫ１で増幅して、加算器１１９に出力する。ここで、K１は、任意の実数で良く、１以上であっても、１未満であってもよい。
【００４０】
高周波減衰部１１４は、入力した信号の高周波成分の少なくとも一部を減衰させて、第２増幅回路１１５Ｂに出力する。第２増幅回路１１５Ｂは、高周波減衰部１１４からの出力をゲインＫ２で増幅し、加算器１１９に出力する。ここで、K２は、任意の実数で良く、１以上であっても、１未満であってもよい。
【００４１】
加算器１１９は、第１増幅回路１１５Ａからの出力及び第２増幅回路１１５Ｂからの出力を加算した結果を、補償電圧生成部１１６に出力する。補償電圧生成部１１６は、加算器１１９からの出力に基づいて、温度補償電圧を生成し、発振回路１０５に供給する。
【００４２】
本変形例によれば、補償電圧生成部１１６は、温度検知回路１１２からの出力そのものと低周波部分のみを抽出した成分との両方に基づき、温度補償電圧を生成する。従って、温度補償電圧は、高周波成分も一定程度含むので、動作開始後直ちに発振素子１０２が一定程度昇温される場合においても、温度変化に合致した温度補償電圧を発振回路１０５に提供することができる。
【００４３】
図８は、第２変形例における素子温度、温度補償電圧及び周波数誤差の例を示す。図８（ａ）では、発振素子１０２の実際の温度を実線で示し、温度検知回路１１２の検知温度を点線で示す。
【００４４】
高電力デバイス３０が動作を開始すると、高電力デバイス３０から生じた熱が、温度検知回路１１２を含む温度補償電圧生成回路１１０がシステム基板２０を介して直ちに伝わる。その結果、図８（ａ）の点線に示すように温度検知回路１１２の温度は直ちに立ち上がる。その結果、温度検知回路１１２からの出力は立ち上がった信号となる。
【００４５】
同時に、第２高電力デバイス４０から生じた熱は、近接する発振素子１０２に直ちに伝わる。その後、高電力デバイス３０から生じた熱が、発振素子１０２を穏やかに昇温させる。その結果、図８（ａ）の実線に示すように発振素子１０２の温度は、直ちに立ち上がった後、ゆるやかに上昇する。
【００４６】
図８（ｂ）に示すように、高周波減衰部１１４を用いた場合（実線）、温度検知回路１１２からの立ち上がり遷移の急峻な出力は高周波減衰部１１４を介して、一定程度遷移の緩やかな波形が温度補償電圧として用いられる。一方で、高周波減衰部１１４を用いない場合（点線）、温度検知回路１１２からの遷移の急峻な波形の出力がそのまま温度補償電圧として用いられる。
【００４７】
図８（ｃ）では、図７に示す実施形態の温度補償電圧生成回路１１０を用いた場合において、発振回路１０５の発振周波数誤差を実線で示す。また、図７に示す実施形態の温度補償電圧生成回路１１０から高周波減衰部１１４を省いた場合における、発振回路１０５の発振周波数誤差を点線で示す。
【００４８】
図８（ｃ）に示すように、高周波減衰部１１４を用いた場合（実線）、温度補償電圧と発振素子１０２の温度の波形が概ね一致するので、発振周波数誤差は非常に小さいものとなる。一方で、高周波減衰部１１４を用いない場合（点線）、温度補償電圧と発振素子１０２の温度の波形が一致せずに発振周波数誤差は大きくなる。
【００４９】
図９は、本実施形態の第３変形例における温度補償電圧生成回路１１０の構成の例を示す。本変形例では、補償電圧生成部１１６は、第１電圧生成回路１１７Ａと、第２電圧生成回路１１７Ｂと、加算器１１９とを有する。
【００５０】
第１電圧生成回路１１７Ａは、温度検知回路１１２からの出力に基づいて第１温度補償電圧を生成し、加算器１１９に出力する。第２電圧生成回路１１７Ｂは、高周波減衰部１１４からの出力に基づいて第２温度補償電圧を生成し、加算器１１９に出力する。加算器１１９は、第１温度補償電圧及び第２温度補償電圧を加算する。第１電圧生成回路１１７Ａ及び第２電圧生成回路１１７Ｂは、合算されることで発振素子１０２の温度変化を近似する関数に対応する回路をそれぞれ有してよい。例えば、第１電圧生成回路１１７Ａ及び第２電圧生成回路１１７Ｂは、係数が異なる０次関数発生回路、１次関数発生回路、及び、Ｎ次関数発生回路を有してよい。
【００５１】
本変形例では、温度検知回路１１２からの出力及び高周波減衰部１１４からの出力を合算したものを入力して温度補償電圧を生成する代わりに、両出力のそれぞれに基づいて温度補償電圧を生成し、後に合算する。本変形例においても、第２変形例と同等の効果が得られる。
【００５２】
図１０は、本実施形態の第４変形例における温度補償電圧生成回路１１０の構成の例を示す。本変形例では、温度補償電圧生成回路１１０は、図７に示した第２変形例の構成に加え、タイマースイッチ１１８を有する。
【００５３】
本変形例において、高周波減衰部１１４は、ローパスフィルタを含む。また、温度検知回路１１２から第２増幅回路１１５Ｂまでの経路は２つ設けられ、２つの経路がタイマースイッチ１１８により切り替えられる。すなわち、温度補償電圧生成回路１１０は、温度検知回路１１２からの出力を、高周波減衰部１１４を介さずに第２増幅回路１１５Ｂへ出力する第１の経路（図中ＳＷの下の経路）と、温度検知回路１１２からの出力を、高周波減衰部１１４を介して第２増幅回路１１５Ｂへ出力する第２の経路（図中ＳＷの上の経路）と、を有する。
【００５４】
タイマースイッチ１１８は、温度補償電圧生成回路１１０の電源起動後の予め定められた時間後に、第１の経路を第２の経路に切り替える。これにより、温度補償電圧生成回路１１０は、電源起動後の一定時間は、高周波減衰部１１４を使用せずに動作し、その後、高周波減衰部１１４を使用して動作する。
【００５５】
図１１は、第４変形例における検知温度、発振素子温度及び周波数誤差の例を示す。図１１（ａ）は、動作開始後の電源電圧を示す。図示するように、温度補償電圧生成回路１１０の電源電圧は動作開始後に直ちに立ち上がる。
【００５６】
図１１（ｂ）は、タイマースイッチ１１８によるスイッチングを示す。図示するように、タイマースイッチ１１８は、動作開始の後の一定時間はオンとなり、高周波減衰部１１４を通過しない第１経路を提供する。その後、タイマースイッチ１１８は、電源起動後の予め定められた時間経過後にオフに切り替わり、これにより高周波減衰部１１４を通過する第２経路を提供する。
【００５７】
図１１（ｃ）は、発振素子１０２の実際の温度を示す。図示するように、電源起動直後に発振素子１０２の温度は自己発熱等により一定程度ゆっくりと上昇し、その後、高電力デバイス３０が起動した後に高電力デバイス３０からの伝熱により更に昇温する。
【００５８】
図１１（ｄ）は、図１０に示す変形例の温度補償電圧生成回路１１０を用いた場合において、加算器１１９から補償電圧生成部１１６に出力される温度補償電圧を実線で示す。また、図１０に示す第４変形例の温度補償電圧生成回路１１０からタイマースイッチ１１８を省き、常に第１経路を用いた場合において、補償電圧生成部１１６に出力される温度補償電圧を点線で示す。
【００５９】
図示するように、高周波減衰部１１４を省いて第１経路のみを用いた場合、高電力デバイス３０からの伝熱による周波数変動が生じる。一方で、第４変形例の温度補償電圧生成回路１１０によれば高電力デバイス３０からの伝熱による周波数変動が抑えられる。
【００６０】
ここで、タイマースイッチ１１８のスイッチングの直後（図中のセトリング期間）において、周波数変動が若干生じる。これは、第４変形例においては、スイッチングにより高周波減衰部１１４への経路の変更を行う際に、高周波減衰部１１４のローパスフィルタのＧｍセルの入力換算オフセットによるギャップを埋め合わせるための挙動が生じるためである。以下、入力換算オフセットについて図１２を用いて説明する。
【００６１】
図１２は、Ｇｍ−Ｃフィルタを用いた高周波減衰部１１４の構成の例を示す。高周波減衰部１１４は、図１２に示すＧｍセルを有するＧｍ−Ｃフィルタにより実現されてよい。高周波減衰部１１４は、入力換算オフセット１９０を有する。熱伝搬の時定数は例えば通常数十秒単位であり、この時定数を集積回路内の容量数十ｐＦで実現するためのＧｍ値は１ｐＡ／Ｖ程度と、非常に小さな値となる。このため、入力換算オフセット１９０は、１００ｍＶオーダーとなり、非常に大きくなる。
【００６２】
このように、システム１０の電源起動時に、高周波減衰部１１４のＧｍセルに起因して周波数が安定せずに数秒程度セトリングが続く場合がある。一方で、特定の用途においては、電源起動後直ちに（例えば数ミリ秒以内）セトリングを収束する必要がある場合がある。そこで、以下で説明する別の変形例において、温度補償電圧生成回路１１０は、高周波減衰部１１４の動作又は出力先を時間により制御するタイマースイッチを有し、これにより、電源起動直後のセトリングを低減してよい。
【００６３】
図１３には、本実施形態の第５変形例における温度補償電圧生成回路１１０の構成の例を示す。本変形例では、温度補償電圧生成回路１１０は、図７に示した第２変形例の構成に加え、タイマースイッチ１１８を有する。
【００６４】
本変形例において、高周波減衰部１１４は、ローパスフィルタを含む。また、タイマースイッチ１１８は、温度補償電圧生成回路１１０の電源起動後の予め定められた時間後に、高周波減衰部１１４のローパスフィルタのカットオフ周波数を、第１周波数から第１周波数よりも低い第２周波数に切り替える。例えば、タイマースイッチ１１８は、メモリ２００に記憶されたカットオフ周波数に関するパラメータを読み出して、ローパスフィルタのカットオフ周波数を変更してよい。なお、図１０及び図１３の構成において、破線Ａで囲む部分（第１増幅回路１１５Ａと加算器１１９）を省いた構成を採用してもよい。
【００６５】
図１４は、第５変形例における検知温度、発振素子温度及び周波数誤差の例を示す。図１４（ａ）は、動作開始後の電源電圧を示す。図示するように、温度補償電圧生成回路１１０の電源電圧は動作開始後に直ちに立ち上がる。
【００６６】
図１４（ｂ）は、タイマースイッチ１１８によるスイッチングを示す。図示するように、タイマースイッチ１１８は、動作開始の後の一定時間はカットオフ周波数を、初期設定された第１周波数とする。その後、タイマースイッチ１１８は、電源起動後の予め定められた時間経過後に、カットオフ周波数を第１周波数よりも低い第２周波数に切り替える。
【００６７】
図１４（ｃ）は、発振素子１０２の実際の温度を示す。温度変化は図１１（ｃ）と同様である。
【００６８】
図１４（ｄ）は、図１３に示す変形例の温度補償電圧生成回路１１０を用いた場合において、加算器１１９から補償電圧生成部１１６に出力される温度補償電圧を実線で示す。また、図１１に示す第４変形例において補償電圧生成部１１６に出力される温度補償電圧を点線で示す。
【００６９】
点線で示す第４変形例においては、タイマースイッチ１１８のスイッチングの直後（図中のセトリング期間）において、周波数変動が若干生じる。一方で本変形例の温度補償電圧生成回路１１０によれば、第４変形例と比較して、スイッチング直後の周波数変動を低減することができる。これは、第５変形例においては、スイッチングにより高周波減衰部１１４への経路の変更を伴わないので、Ｇｍセルのオフセットギャップを埋め合わせるための挙動が生じないからである。
【００７０】
図１５及び図１６に、第５変形例における高周波減衰部１１４の構成例を示す。一例として、高周波減衰部１１４は、ＧｍＣフィルタを含み、高カットオフ周波数時に図１５に示す回路構成となり、低カットオフ周波数時に図１６に示す回路構成となってよい。図示するように高周波減衰部１１４中のキャパシタは、高カットオフ周波数時にはＧｍセルから切り離され、オフセット調整された入力側の電圧でプリチャージされる。低カットオフ周波数時には、入力側の電圧からは切り離され、Ｇｍセルの出力に接続される。
【００７１】
図１７は、本実施形態の第６変形例における高周波減衰部１１４の構成例を示す。本変形例において、高周波減衰部１１４は、ＧｍＣフィルタにより実装されるローパスフィルタであり、オフセット調整部１１３を更に有する。
【００７２】
オフセット調整部１１３は、Ｇｍセルのオフセットを調整する。例えば、オフセット調整部１１３は、メモリ２００からオフセットの数値を読み出し、読み出した数値に基づいてＧｍセルの入力換算オフセットを設定する。一例として、発振モジュール１００の製造段階において、組み立て後（例えば、発振回路１０５及び温度補償電圧生成回路１１０の集積後）に、ＥＥＰＲＯＭにオフセットの数値を外部から書き込み、当該数値によりオフセット調整部１１３にＧｍセルのオフセットを調整させてよい。また、別の一例において、オフセット調整部１１３は、組み立て後に、ヒューズを用いてオフセット調整を行ってよい。
【００７３】
これにより、発振回路１０５を温度補償電圧生成回路１１０等のＩＣに組み込んだ後に、素子ごとの特性に合わせてＧｍセルのオフセットを適宜調整することができる。本変形例によれば、発振回路１０５を駆動する補償電圧生成部１１６の動作点設計が容易になる。
【００７４】
図１８は、本実施形態の第７変形例における温度補償電圧生成回路１１０の構成の例を示す。本変形例において、補償電圧生成部１１６は、温度検知回路１１２からの出力、高周波減衰部１１４、及び、低周波減衰部１２０からの出力に基づいて、温度補償電圧を生成する。温度補償電圧生成回路１１０は、第２変形例の構成に加え、低周波減衰部１２０及び第３増幅回路１１５Ｃを更に有する。
【００７５】
低周波減衰部１２０は、温度検知回路１１２からの出力された低周波成分の少なくとも一部を減衰させる。例えば、低周波減衰部１２０がハイパスフィルタ（ＨＰＦ）であってよい。
【００７６】
まず、温度検知回路１１２は、検知結果を第１増幅回路１１５Ａ、高周波減衰部１１４、低周波減衰部１２０に出力する。第１増幅回路１１５Ａは、温度検知回路からの出力をゲインＫ１で増幅して、加算器１１９に出力する。
【００７７】
高周波減衰部１１４は、入力した信号の高周波成分の少なくとも一部を減衰させて、第２増幅回路１１５Ｂに出力する。第２増幅回路１１５Ｂは、高周波減衰部１１４からの出力をゲインＫ２で増幅し、加算器１１９に出力する。
【００７８】
低周波減衰部１２０は、入力した信号の低周波成分の少なくとも一部を減衰させて、第３増幅回路１１５Ｃに出力する。第３増幅回路１１５Ｃは、低周波減衰部１２０からの出力をゲインＫ３で増幅し、加算器１１９に出力する。ここで、K３は、任意の実数で良く、１以上であっても、１未満であってもよい。
【００７９】
加算器１１９は、第１増幅回路１１５Ａからの出力、第２増幅回路１１５Ｂ、及び、第３増幅回路１１５Ｃからの出力を加算した結果を、補償電圧生成部１１６に出力する。補償電圧生成部１１６は、加算器１１９からの出力に基づいて、温度補償電圧を生成し、発振回路１０５に供給する。
【００８０】
本変形例によれば、補償電圧生成部１１６は、温度検知回路１１２からの出力そのもの、低周波部分のみを抽出した成分、及び、高周波部分のみを抽出した成分の全てに基づき、温度補償電圧を生成する。従って、温度補償電圧は、低周波成分及び低周波成分を一定程度含むので、動作開始後直ちに発振素子１０２が一定程度昇温される場合においても、温度変化に合致した温度補償電圧を発振回路１０５に提供することができる。
【００８１】
図１９は、第７変形例における検知温度、発振素子温度及び周波数誤差の例を示す。図１９（ａ）では、発振素子１０２の実際の温度を実線で示し、温度検知回路１１２の検知温度を点線で示す。
【００８２】
図６に示すようなシステム１０において、高電力デバイス３０及び第２高電力デバイス４０が動作を開始すると、高電力デバイス３０から生じた熱が、温度検知回路１１２を含む温度補償電圧生成回路１１０がシステム基板２０を介して直ちに伝わる。
【００８３】
このため、図１９（ａ）の点線に示すように温度検知回路１１２の温度は直ちに立ち上がる。その結果、温度検知回路１１２からの出力も図１９（ａ）の点線と同様に立ち上がった信号となる。
【００８４】
また、第２高電力デバイス４０から生じた熱は、近接する発振素子１０２に直ちに伝わり、発振素子１０２が昇温する。その後、第２高電力デバイス４０が一時的に動作中止等すると発振素子１０２の温度は降下する。
【００８５】
その後、高電力デバイス３０から生じた熱が、発振素子１０２を穏やかに昇温させる。その結果、図１９（ａ）の実線に示すように発振素子１０２の温度は、直ちに立ち上がった後、一度降下し、その後ゆるやかに上昇する。
【００８６】
図１９（ｂ）に示すように、高周波減衰部１１４を用いた場合（実線）、温度検知回路１１２からの立ち上がり遷移の急峻な出力は高周波減衰部１１４を介して、一定程度遷移が穏やかにならされる。そして、高周波減衰部１１４でならされた波形が温度補償電圧の一部として用いられる。
【００８７】
温度検知回路１１２からの立ち上がり遷移の急峻な出力は、低周波減衰部１２０を介してそのまま温度補償電圧の一部として用いられる。一方で、高周波減衰部１１４及び低周波減衰部１２０を用いない場合（点線）、温度検知回路１１２からの遷移の急峻な波形の出力がそのまま温度補償電圧として用いられる。
【００８８】
図１９（ｃ）では、図１８に示す実施形態の温度補償電圧生成回路１１０を用いた場合において、発振回路１０５の発振周波数誤差を実線で示す。また、図１８に示す実施形態の温度補償電圧生成回路１１０から高周波減衰部１１４及び低周波減衰部１２０を省いた場合における、発振回路１０５の発振周波数誤差を点線で示す。
【００８９】
図１９（ｃ）に示すように、高周波減衰部１１４及び低周波減衰部１２０を併用した場合（実線）、温度補償電圧と発振素子１０２の温度の波形が概ね一致するので、発振周波数誤差は非常に小さいものとなる。一方で、高周波減衰部１１４及び低周波減衰部１２０を用いない場合（点線）、温度補償電圧と発振素子１０２の温度の波形が一致せずに発振周波数誤差は大きくなる。
【００９０】
上記実施形態及びその変形例で説明したように、温度補償電圧生成回路１１０は高周波減衰部１１４等を用いることにより、温度検知回路１１２からの出力を発振素子１０２の温度変化に近似させ、これにより温度変化による発振回路１０５の発振周波数誤差を低減することができる。
【００９１】
図２０は、本実施形態の第８変形例における温度補償電圧生成回路１１０の構成の例を示す。本変形例では、第３変形例と同様に、補償電圧生成部１１６は、第１電圧生成回路１１７Ａと、第２電圧生成回路１１７Ｂと、加算器１１９とを有する。本変形例では、高周波減衰部１１４が第２電圧生成部１１７Ｂの前段でなく後段に配される。
【００９２】
これにより、第２電圧生成回路１１７Ｂは、温度検知回路１１２からの出力に基づいて第２温度補償電圧を生成して高周波減衰部１１４に出力する。また、加算器１１９は、第１電圧生成回路が１１７Ａが生成した第１温度補償電圧及び高周波減衰部１１４からの出力を加算する。本変形例においても、第３変形例と同等の効果が得られる。
【００９３】
図２１は、本実施形態の第９変形例における温度補償電圧生成回路１１０の構成の例を示す。本変形例では、第８変形例の構成に加えてタイマースイッチ１１８を更に備える。タイマースイッチ１１８は、温度補償電圧生成回路１１０の電源起動後の予め定められた期間、高周波減衰部１１４と加算器１１９との間の経路を切り離す。本変形例においても、温度補償電圧生成回路１１０は、第４変形例と同様に必要な時のみに高周波減衰の効果を得ることができる。なお、第５変形例と同様に高周波減衰部１１４は、ローパスフィルタを含んでおり、タイマースイッチ１１８は、高周波減衰部１１４のローパスフィルタのカットオフ周波数を、第１周波数から第１周波数よりも低い第２周波数に切り替える構成を採用してもよい。
【００９４】
図２２は、本実施形態の第１０変形例における温度補償電圧生成回路１１０の構成の例を示す。本変形例では、第３変形例と同様に、補償電圧生成部１１６は、第１電圧生成回路１１７Ａと、第２電圧生成回路１１７Ｂと、加算器１１９とを有する。本変形例では、温度検知回路１１２から第２電圧生成回路１１７Ｂまでの間に、温度検知回路１１２からの出力を高周波減衰部１１４を介さずに第２電圧生成回路１１７Ｂへ出力する第１の経路と、温度検知回路１１２からの出力を高周波減衰部１１４を介して第２電圧生成回路１１７Ｂへ出力する第２の経路とが設けられる。
【００９５】
温度補償電圧生成回路１１０は、この２つの経路を切り替えるタイマースイッチ１１８を更に備える。例えば、タイマースイッチ１１８は、温度補償電圧生成回路１１０の電源起動後の予め定められた時間後に、第１の経路を第２の経路に切り替える。本変形例においても、温度補償電圧生成回路１１０は、第４変形例と同様に必要な時のみに高周波減衰の効果を得ることができる。なお、第５変形例と同様に高周波減衰部１１４は、ローパスフィルタを含んでおり、タイマースイッチ１１８は、高周波減衰部１１４のローパスフィルタのカットオフ周波数を、第１周波数から第１周波数よりも低い第２周波数に切り替える構成を採用してもよい。
【００９６】
本実施形態では、発振器の発振素子１０２として水晶振動子を用いているが、発振素子としては、例えば、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）共振子、ＡＴカット水晶振動子、ＳＣカット水晶振動子、音叉型水晶振動子、その他の圧電振動子やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子などを用いることができる。また、発振素子の基板材料としては、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ランガサイト、ランガテイト等の圧電単結晶や、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックス等の圧電材料、又はシリコン半導体材料等を用いることができる。また、発振素子の励振手段としては、圧電効果によるものを用いてもよいし、クーロン力による静電駆動を用いてもよい。
【００９７】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００９８】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００９９】
１０  システム
２０  システム基板
３０  高電力デバイス
４０  第２高電力デバイス
１００  発振モジュール
１０２  発振素子
１０５  発振回路
１０８  集積回路
１１０  温度補償電圧生成回路
１１２  温度検知回路
１１３  オフセット調整部
１１４  高周波減衰部
１１５Ａ  第１増幅回路
１１５Ｂ  第２増幅回路
１１５Ｃ  第３増幅回路
１１６  補償電圧生成部
１１７Ａ  第１電圧生成回路
１１７Ｂ  第２電圧生成回路
１１８  タイマースイッチ
１１９  加算器
１２０  低周波減衰部
１９０  入力換算オフセット
２００  メモリ
３００  インターフェイス
【図１】
2020077916.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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