(57)【要約】【課題】温度補償型発振回路を提供する。【解決手段】圧電振動子１４と、電圧制御型の第１可変容量回路１６、及び前記圧電振動子１４の発振周波数の温度特性を相殺する温度特性を有する電圧制御型の第２可変容量回路２４、が接続された発振回路と、前記第１可変容量回路１６に前記第１可変容量回路１６の容量を制御する電圧を出力して前記発振周波数を所定の値に調整するＡＦＣ回路３２と、前記第２可変容量回路２４に１次の温度特性を有する温度補償電圧を出力する温度補償回路３８（高温温度補償回路４０、低温温度補償回路６２）と、を有する温度補償型発振回路１０であって、前記温度補償回路３８は、温度センサー３６からの出力を増幅する増幅回路（第２増幅回路４２、第３増幅回路６４）と、前記増幅回路のオフセット入力に接続され、前記ＡＦＣ回路３２の出力に対応してオフセット電圧を調整するオフセット電圧調整回路（第１オフセット電圧調整回路４４、第２オフセット電圧調整回路６６）を備えてなる。【選択図】図１
2010171576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子と、電圧制御型の第１可変回路、及び前記圧電振動子の発振周波数の温度特性を相殺する温度特性を有する電圧制御型の第２可変容量回路、が接続された発振回路と、前記第１可変容量回路に前記第１可変容量回路の容量を制御する電圧を出力して前記発振周波数を所定の値に調整するＡＦＣ回路と、前記第２可変容量回路に１次の温度特性を有する温度補償電圧を出力する温度補償回路と、を有する温度補償型発振回路であって、
前記温度補償回路は、温度センサーからの出力を増幅する増幅回路と、前記増幅回路のオフセット入力に接続され、前記ＡＦＣ回路の出力に対応してオフセット電圧を調整するオフセット電圧調整回路を備えたことを特徴とする温度補償型発振回路。
【請求項２】
前記第２容量可変回路は、第１ＭＯＳ容量素子のアノード端子に固定容量素子の一方端子を接続した直列回路と第２ＭＯＳ容量素子とを前記第２ＭＯＳ容量素子のアノード端子が前記第１ＭＯＳ容量素子のゲート端子と接続するように並列接続した並列回路であって、前記第１ＭＯＳ容量素子のゲート端子と前記第２ＭＯＳ容量端子のアノード端子との接続点に電圧値が一定の基準電圧が供給されたものであり、
前記温度補償電圧は、前記温度補償回路から出力され、温度に対して正の１次係数を有する高温温度補償電圧、及び温度に対して負の１次係数を有する低温温度補償電圧、であり、
前記高温温度補償電圧は前記第２ＭＯＳ容量素子のゲート端子に印加され、前記低温温度補償電圧は、前記第１ＭＯＳ容量素子のアノード端子に印加され、
前記温度補償回路は、前記低温温度補償電圧を出力する低温温度補償回路と、前記高温温度補償電圧を出力する高温温度補償回路とを有し、
前記高温温度補償回路は、温度センサーからの出力を反転増幅する第２増幅回路と、前記第２増幅回路のオフセット入力に接続され、前記ＡＦＣ回路の出力に対応した第１オフセット電圧を調整する第１オフセット電圧調整回路を有し、
前記低温温度補償回路は、温度センサーからの出力を増幅する第３増幅回路と、前記第３増幅回路の反転入力端子に接続され、前記ＡＦＣ回路の出力に対応した第２オフセット電圧を調整する第２オフセット電圧調整回路を有することを特徴とする請求項１に記載の温度補償型発振回路。
【請求項３】
前記第１オフセット電圧調整回路は、前記ＡＦＣ回路の出力を反転増幅する第４増幅回路と、前記第４増幅回路の後段に接続され前記第４増幅回路の出力を反転増幅して前記第１オフセット電圧を出力する第５増幅回路と、第１バイナリデータを格納した第１記憶回路と、前記第５増幅回路に並列に接続され、前記第１記憶回路から前記第１バイナリデータを入力し、デコードした電圧をゲートとして前記第５増幅回路の増幅比を調整する調整回路と、を有し、
前記第２オフセット電圧出力回路は、前記ＡＦＣ回路の出力を反転増幅して前記第２オフセット電圧を出力する第６増幅回路と、第２バイナリデータを格納した第２記憶回路と、前記第６増幅回路に並列に接続され、前記第２記憶回路から前記第２バイナリデータを入力し、デコードした電圧をゲートとして前記第６増幅回路の増幅比を調整する第２調整回路と、を有することを特徴とする請求項２に記載の温度補償型発振回路。
【請求項４】
前記高温温度補償回路、及び前記低温温度補償回路のうち少なくとも一方の出力側には、アノード端子に所定電圧が印加され、カソード端子が前記出力側に接続されたダイオードを有することを特徴とする請求項２または３に記載の温度補償型発振回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子の発振周波数を所定の値に調整しつつ発振周波数の温度補償を行う温度補償型発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水晶振動子等の圧電振動子に対して、発振回路、温度補償回路等を付加した圧電発振器では周波数安定度は勿論のこと、小型化、低価格化等が厳しく要求されている。圧電発振器の出力周波数は種々の要因で変化するが、比較的周波数の安定度の高い水晶発振器においても、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があり、これらに対応する手段は種々のものが提案されている。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し、この温度補償水晶発振器（以下、ＴＣＸＯと記す）の発振ループに負荷容量を変化させて、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があり、大きく分けて直接温度補償方式、間接温度補償方式及びデジタル型補償方式の３つの補償方法がある。
【０００３】
特に間接温度補償方式としてＭＯＳバラクタを用いて温度補償を構成しているものがあり、このＭＯＳ型バラクタにはいくつかの構造が存在する（特許文献１参照）。図７は従来のＭＯＳ型バラクタを用いた温度補償回路の一例を示す図である。これは、低温補償用ＭＯＳ型バラクタＭＬ１４３と固定容量素子１４２との直列回路と、高温補償用ＭＯＳ型バラクタＭＨ１４６とを接続した並列回路を用い、ＭＯＳ型バラクタの両端には一方に基準電圧Ｖｒｅｆ、他方に制御電圧ＶＬ、ＶＨが抵抗１４４、１４１、１４５を介して印加されている。このような構成とすることで、水晶振動子の３次の温度特性を補償するために、温度に対する３次の容量変化を得ている。またこのようなＭＯＳ型バラクタを用いた構成の間接温度補償方式においては、補償電圧ＶＬ、ＶＨがリニアに変化させることが可能な点が大きな特徴となっている。
【０００４】
一方で図８に示すように、コルピッツ発振回路Ｏｓ１と、上記のようなＭＯＳ型バラクタを用いた温度補償回路Ｃｏ１と、ユーザ側の操作で所定の発振周波数で発振させるための外部制御回路Ｖｃを組み合わせた構成が開示されている（特許文献２参照）。このような構成においては、例えば、基準温度において外部制御回路のＶａｆｃの値を温度補償回路中の基準電圧（Ｖｒｅｆ）の値とすることで、基準周波数で発振できるように回路全体の負荷容量が調整されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１６７５１０号公報
【特許文献２】特開２００４−３４３７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記構成においてＶａｆｃの値をＶｒｅｆの値より下げると外部制御回路中のＭＯＳバラクタＭＡの容量が低下するため、発振周波数が高くなるとともに回路全体の負荷容量が低下して温度補償回路の温度補償が効きすぎた状態となる。一方、Ｖａｆｃの値をＶｒｅｆの値よりも上げるとＭＯＳバラクタＭＡの容量が増加するため、発振周波数が低くなるとともに、回路全体の負荷容量が増加するため、温度補償回路の温度補償が不足する状態となる。
そこで本発明は上記問題点に着目し、周波数を所定の値に調整しつつ温度補償を有効に行う温度補償型発振回路を提供することを目的とする．
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］圧電振動子と、電圧制御型の第１可変回路、及び前記圧電振動子の発振周波数の温度特性を相殺する温度特性を有する電圧制御型の第２可変容量回路、が接続された発振回路と、前記第１可変容量回路に前記第１可変容量回路の容量を制御する電圧を出力して前記発振周波数を所定の値に調整するＡＦＣ回路と、前記第２可変容量回路に１次の温度特性を有する温度補償電圧を出力する温度補償回路と、を有する温度補償型発振回路であって、前記温度補償回路は、温度センサーからの出力を増幅する増幅回路と、前記増幅回路のオフセット入力に接続され、前記ＡＦＣ回路の出力に対応してオフセット電圧を出力するオフセット電圧調整回路を備えたことを特徴とする温度補償型発振回路。
【０００８】
ＡＦＣ回路からの出力を変化させると、第１可変容量回路の容量が変化するため、第２可変容量回路の容量を包含する負荷容量の圧電振動子に対する温度補償の感度が変動する。このとき温度補償電圧は温度に対して１次関数的に変化するものであるので、温度補償のズレは１次関数的なものとなる。したがって上記構成のように、温度補償電圧を形成する増幅回路のオフセット電圧をＡＦＣ回路の出力に対応して変化させることにより、温度補償電圧の０次の温度係数を変化させることできるので、温度補償の最適化、すなわち負荷容量の温度補償特性の変動を抑制することができる。また温度補償電圧としては、直線的に変化するものでよいため、回路の簡素化によるコスト削減や小型化が可能である。
【０００９】
［適用例２］前記第２容量可変回路は、第１ＭＯＳ容量素子のアノード端子に固定容量素子の一方端子を接続した直列回路と第２ＭＯＳ容量素子とを前記第２ＭＯＳ容量素子のアノード端子が前記第１ＭＯＳ容量素子のゲート端子と接続するように並列接続した並列回路であって、前記第１ＭＯＳ容量素子のゲート端子と前記第２ＭＯＳ容量端子のアノード端子との接続点に電圧値が一定の基準電圧が供給されたものであり、前記温度補償電圧は、前記温度補償回路から出力され、温度に対して正の１次係数を有する高温温度補償電圧、及び温度に対して負の１次係数を有する低温温度補償電圧、であり、前記高温温度補償電圧は前記第２ＭＯＳ容量素子のゲート端子に印加され、前記低温温度補償電圧は、前記第１ＭＯＳ容量素子のアノード端子に印加され、前記温度補償回路は、前記低温温度補償電圧を出力する低温温度補償回路と、前記高温温度補償電圧を出力する高温温度補償回路とを有し、前記高温温度補償回路は、温度センサーからの出力を反転増幅する第２増幅回路と、前記第２増幅回路のオフセット入力に接続され、前記ＡＦＣ回路の出力に対応した第１オフセット電圧を出力する第１オフセット電圧調整回路を有し、前記低温温度補償回路は、温度センサーからの出力を増幅する第３増幅回路と、前記第３増幅回路の反転入力端子に接続され、前記ＡＦＣ回路の出力に対応した第２オフセット電圧を出力する第２オフセット電圧調整回路を有することを特徴とする適用例１に記載の温度補償型発振回路。
【００１０】
上記構成により、第２容量可変回路は、主に３次の温度係数を有する温度補正回路となるため、第２容量可変回路に圧電振動子の発振周波数の温度特性を相殺する温度特性を与えることができる。しかし第２可変容量回路に印加される低温温度補償電圧、及び高温温度補償電圧は１次関数的に変化するものであるので、上述同様に第１可変容量回路の容量を変化させたときの温度補償のズレは１次関数的なものとなる。このような第２容量可変回路においても上記構成とすることで、低温温度補償電圧、及び高温温度補償電圧の０次の温度係数をそれぞれ独立にＡＦＣ回路の出力に変化させることができるので、温度補償をより精度よく最適化して、すなわち負荷容量の温度補償特性の変動を抑制することができる。さらに、第２可変容量回路の容量を制御する電圧の雑音レベルが低く良好な位相雑音が得られるＭＯＳ容量素子を用いた温度補償型発振回路の特徴を活かしつつも、温度特性の高精度化を実現することが可能となる。
【００１１】
［適用例３］前記第１オフセット電圧調整回路は、前記ＡＦＣ回路の出力を反転増幅する第４増幅回路と、前記第４増幅回路の後段に接続され前記第４増幅回路の出力を反転増幅して前記第１オフセット電圧を出力する第５増幅回路と、第１バイナリデータを格納した第１記憶回路と、前記第５増幅回路に並列に接続され、前記第１記憶回路から前記第１バイナリデータを入力し、デコードした電圧をゲートとして前記第５増幅回路の増幅比を調整する調整回路と、を有し、前記第２オフセット電圧調整回路は、前記ＡＦＣ回路の出力を反転増幅して前記第２オフセット電圧を出力する第６増幅回路と、第２バイナリデータを格納した第２記憶回路と、前記第６増幅回路に並列に接続され、前記第２記憶回路から前記第２バイナリデータを入力し、デコードした電圧をゲートとして前記第６増幅回路の増幅比を調整する第２調整回路と、を有することを特徴とする適用例２に記載の温度補償型発振回路。
【００１２】
上記構成において、第１バイナリデータ、及び第２バイナリデータは発振回路ごとに対応した値に設定することができる。したがって、発振回路に搭載する圧電振動子の感度にばらつきがあることにより発振回路の温度特性にばらつきが生じる場合でも、個々の発振回路に対応して最適な補正をかけることができる。そして、ワンチップＩＣに集積化した場合でも各オフセット電圧調整回路の出力ゲインを決める回路定数をその都度変更する必要がなくなり、１つのＩＣチップで様々な発振回路に対して、その温度特性の最適化を図ることができる。
【００１３】
［適用例４］前記高温温度補償回路、及び前記低温温度補償回路のうち少なくとも一方の出力側には、アノード端子に所定電圧が印加され、カソード端子が前記出力側に接続されたダイオードを有することを特徴とする適用例２または３に記載の温度補償型発振回路。
【００１４】
これにより、所定電圧を適切な値とすることにより、低温温度補償電圧は基準温度より低い所定温度以下では温度上昇に対して１次関数的に減少するが、前記所定温度以上では一定値となり、高温温度補償は基準温度より高い所定温度以下では一定値となり、前記所定温度以上では温度上昇に対して１次関数的に上昇する。そしてこれらの所定温度は、各所定電圧を制御することにより変えることができるため、結果的に各温度補償電圧が示す温度特性をそれぞれ独立に温度方向にシフトさせることができるので、高精度な温度補償を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る温度補償型発振回路の模式図である。
【図２】ＭＯＳ容量素子のＣ−Ｖ特性と、負荷容量との関係を示す図である。
【図３】本実施形態に係る温度補償型発振回路の部分詳細図である。
【図４】本実施形態に係る温度補償型発振回路の部分詳細図である。
【図５】本実施形態に係る温度補償の様子を示す図である。
【図６】本実施形態に係る温度補償の様子を示す図である。
【図７】従来技術に係るＭＯＳ容量素子を用いた温度補償回路の回路図である。
【図８】従来技術に係る周波数制御が可能な温度補償型発振回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１７】
第１実施形態に係る温度補償型発振回路１０を図１に示す。温度補償型発振回路１０は、発振回路１２（圧電振動子１４、第１可変容量回路１６、第２可変容量回路２４）、ＡＦＣ回路３２、基準電圧発生回路３４、温度補償回路３８（高温温度補償回路４０、低温温度補償回路６２）等を有する。
【００１８】
発振回路１２は、圧電振動子１４を発振源とする例えばコルビッツ型の発振回路であり、さらに第１可変容量回路１６、第２可変容量回路２４が接続されている。
【００１９】
圧電振動子１４は、水晶を用いたＡＴカット振動子（厚みすべり振動子）を用いており、発振周波数の温度依存性は全体的に３次関数的な形状を有しているが１次関数的な成分も有している。
【００２０】
第１可変容量回路１６は、ＭＯＳ容量素子１８（バラクタダイオード）のアノード端子１８ｂと固定容量素子２０の一端２０ａとを直列に接続したものであり、ＭＯＳ容量素子１８のゲート端子１８ａは基準電圧発生回路３４の出力（ＶＲＥＦ）に接続され、アノード端子１８ｂにはＡＦＣ回路からの出力（ＶＡＦＣ）に接続される。固定容量素子２０の一端２０ａの反対側の他端２０ｂが圧電振動子１４の一端１４ａに接続されている。さらにＭＯＳ容量素子１８と固定容量素子２０との間は、分岐され、分岐先は、一端が接地された固定容量素子２２に接続されている。
【００２１】
第２可変容量回路２４は、第１ＭＯＳ容量素子２６のアノード端子２６ｂに固定容量素子２８の一端２８ａを接続した直列回路と第２ＭＯＳ容量素子３０とを前記第２ＭＯＳ容量素子３０のアノード端子３０ｂが前記第１ＭＯＳ容量素子２６のゲート端子２６ａと接続するように並列接続した並列回路であって、第１ＭＯＳ容量素子２６のゲート端子２６ａと第２ＭＯＳ容量素子３０のアノード端子３０ｂとの接続点は基準電圧発生回路３４の出力（ＶＲＥＦ）に接続され、固定容量素子２８の一端２８ａと反対側の他端２８ｂと第２ＭＯＳ容量素子３０のゲート端子３０ａとの接続点は圧電振動子１４の一端１４ａの反対側の他端１４ｂ、及び高温温度補償回路４０の出力（ＶＨ）に接続されている。また第１ＭＯＳ容量素子２６と固定容量素子２８との間は低温温度補償回路６２の出力（ＶＬ）に接続されている。なお、本実施形態においては、第１可変容量回路１６と第２可変容量回路２４は発振ループ経路中に直列に接続されているが並列に接続することも可能である。
【００２２】
図２はＭＯＳ容量素子（バラクタダイオード）のＣ−Ｖ特性を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）の特性を有するＭＯＳ容量素子を使用したときの負荷容量と温度との関係（補償容量カーブ）を示す図である。ＭＯＳ容量素子のＣ−Ｖ特性は、立ち上がり領域、活性領域、飽和領域に分類され、第１可変容量回路１６においては主に活性領域を用いている。一方、第２可変容量回路２４においては、第１ＭＯＳ容量素子２６の飽和領域、第２ＭＯＳ容量素子３０の立ち上がり領域を用いている。図２（ｂ）において、低温領域の曲線は第１ＭＯＳ容量素子２６の飽和領域により生成され、高温領域の曲線は第２ＭＯＳ容量素子３０の立ち上がり領域により生成される。その結果、第２可変容量回路２４において、圧電振動子１４の発振周波数を温度補償するための３次関数的な容量カーブの特性を得ることができる。
【００２３】
ＡＦＣ回路３２は、発振回路１２の発振周波数を所定の値に調整する電圧制御型の第１可変容量回路１６の容量を制御する電圧（ＶＡＦＣ）を出力するものである。ＡＦＣ回路３２は入力電圧（ＶＣ）の電圧利得を調節した電圧として、この場合は入力電圧に比例する出力（ＶＡＦＣ）を第１可変容量回路に出力する。さらに出力（ＶＡＦＣ）は、後述の第１オフセット電圧調整回路４４、及び第２オフセット電圧調整回路６６にも出力される。また基準温度において、入力電圧（ＶＣ）がセンター値（例えばＶＤＤ／２）となったとき、ＡＦＣ回路３２からの出力（ＶＡＦＣ）によって、発振回路１２が基準周波数で発振できるようにＡＦＣ回路３２内部の調整がなされているものとする。
【００２４】
基準電圧発生回路３４は、常時一定の電圧（ＶＲＥＦ、例えばその大きさはＶＤＤ／２）を出力する回路である。
温度センサー３６は、例えば、ダイオードに順方向電流を流し、温度によって変化する電圧降下の量を、温度補償回路３８（高温温度補償回路４０、低温温度補償回路６２）に出力するもので、電圧降下の値は温度上昇とともに１次関数的に減少する。
【００２５】
図３に示すように、高温温度補償回路４０は、温度センサー３６からの出力（ＶＳＥＮＳ）を増幅して、正の１次の温度特性を有する正の１次電圧である高温温度補償電圧（ＶＨ）を出力する回路である。高温温度補償回路４０は、温度センサー３６からの出力（ＶＳＥＮＳ）を反転増幅する第２増幅回路４２と、前記第２増幅回路４２のオフセット入力４２ａに接続され、ＡＦＣ回路３２の出力（ＶＡＦＣ）に対応して第１オフセット電圧（ＶＯ１）を調整する第１オフセット電圧調整回路４４を有する。よって高温温度補償回路４０は、温度センサー３６からの出力（ＶＳＥＮＳ）と第１オフセット電圧（ＶＯ１）との差分を、第１オフセット電圧（ＶＯ１）を中心として反転増幅することになる。
【００２６】
また高温温度補償回路４０の出力（ＶＨ）側には第１ダイオード４６が接続されている。第１ダイオード４６はアノード端子４６ａ側が所定電圧（ＶＤＣＲＩＰ１）を印加され、カソード端子４６ｂ側が高温温度補償回路４０の出力（ＶＨ）側に接続されている。よって高温温度補償回路４０は第１ダイオード４６のカソード端子４６ｂ側の電圧以下の値を出力することはない。したがって高温温度補償回路４０から出力される高温温度補償電圧（ＶＨ）の温度特性は、所定の温度までは一定値で、所定の温度以上になると温度上昇に対して１次関数的に上昇する。本実施形態では第１ダイオード４６に印加される所定電圧（ＶＣＲＩＰ１）は、高温温度補償電圧（ＶＨ）が基準温度より高い所定の温度までは一定値となるような値を有するものとしている。
【００２７】
第１オフセット電圧調整回路４４は、ＡＦＣ回路３２の出力（ＶＡＦＣ）を反転増幅する第４増幅回路４８と、前記第４増幅回路４８の後段に接続され、前記第４増幅回路４８の出力を反転増幅して第１オフセット電圧（ＶＯ１）を出力する第５増幅回路５２とを有する。
【００２８】
第４増幅回路４８は２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２と、Ｎ型のＭＯＳトランジスタ５０との直列回路であって、抵抗Ｒ１とＲ２との間が出力となっている。抵抗Ｒ１が電源電圧（ＶＤＤ）に接続されＭＯＳトランジスタ５０のソース端子５０ｂが接地されている。第４増幅回路４８はＡＦＣ回路３２の出力（ＶＡＦＣ）をゲート端子５０ａに入力し、ＭＯＳトランジスタ５０のソース端子５０ｂ−ドレイン端子５０ｃ間の電位差をゲート端子５０ａに印加される出力（ＶＡＦＣ）により調整することにより、電源電圧（ＶＤＤ）の分圧比を制御しており、出力（ＶＡＦＣ）を低く（高く）すると第４増幅回路４８の出力は高く（低く）なる。よって第４増幅回路４８は電源電圧（ＶＤＤ）を分圧しつつＡＦＣ回路３２の出力（ＶＡＦＣ）を反転増幅させることになる。そして第４増幅回路４８の出力を第５増幅回路５２が反転増幅するため、第１オフセット電圧調整回路４４はＡＦＣ回路３２の出力（ＶＡＦＣ）と同相となる。よって入力電圧（ＶＣ）を高く（低く）すると第１オフセット電圧（ＶＯ１）は高く（低く）なるため、入力電圧（ＶＣ）を高く（低く）すると高温温度補償電圧（ＶＨ）は高く（低く）なる。
【００２９】
したがって高温温度補償電圧（ＶＨ）が第１ダイオード４６のカソード端子４６ｂの電圧より高い電圧を有することを条件に、高温温度補償電圧（ＶＨ）を増加（減少）させると第２ＭＯＳ容量素子３０の容量が増加（減少）するため負荷容量全体の容量が増加（減少）し、発振回路１２の発振周波数を減少（増加）させることになる。
【００３０】
さらに、高温温度補償電圧（ＶＨ）は、入力電圧（ＶＣ）を増加（減少）させると、その温度特性の０次の温度係数が引き上げ（引き下げ）られるとともに、第１ダイオード４６により所定の電圧以下の値にはならないようにクリップされるので、見かけ上では温度特性を示す１次の曲線（直線）が全体的に低温側に（高温側に）シフトすることになる。
【００３１】
また第１オフセット電圧調整回路４４は、第１バイナリデータが格納された第１記憶回路５４と、前記第５増幅回路５２の反転増幅側に並列に接続され、第１記憶回路５４から入力された第１バイナリデータをデコードした電圧をゲートとして前記第５増幅回路５２の増幅比を調整する調整回路５６を有する。調整回路５６はＮ型（若しくはＰ型）のＭＯＳトランジスタ５８と、第１バイナリデータをデコードして所定の電圧をＭＯＳトランジスタ５８のゲート端子５８ａに出力するデコーダ６０とを有する。ＭＯＳトランジスタ５８はドレイン端子５８ｃを抵抗Ｒ３とＲ４との間に接続し、ソース端子５８ｂを第５増幅回路５２の出力側に接続し、ゲート端子５８ａをデコーダ６０の出力側と接続している。ＭＯＳトランジスタ５８はゲート端子５８ａに入力される電圧により、ドレイン端子５８ｃ−ソース端子５８ｂ間の電位差を制御することができるので、調整回路５６に並列に接続された第５増幅回路５２の増幅率を調整することができる。
【００３２】
第１バイナリデータは、発振回路１２の基準温度より高い温度領域の温度特性に合わせて第５増幅回路５２の増幅比を調整して第１オフセット電圧（ＶＯ１）のゲインを調整するためのバイナリデータであり、異なる感度を有する圧電振動子を搭載する発振回路１２ごとに所定の値として不揮発性の第１記憶回路５４に書きこまれる。この第１バイナリデータにより、各発振回路に対応させて基準温度より高温の温度領域において温度補償が可能な高温温度補償電圧（ＶＨ）の温度特性を温度方向にシフトさせ、入力電圧（ＶＣ）の変化に伴う第２可変容量回路の温度補償のズレを抑制することができる。
【００３３】
図４に示すように、低温温度補償回路６２は、温度センサー３６からの出力（ＶＳＥＮＳ）を増幅して、負の１次の温度特性を有する低温温度補償電圧（ＶＬ）を出力するものであり、出力（ＶＳＥＮＳ）に対して非反転型の増幅回路となっている。低温温度補償回路６２は、温度センサー３６からの出力（ＶＳＥＮＳ）を非反転増幅する第３増幅回路６４と、前記第３増幅回路６４の反転入力端子６４ａに接続され、ＡＦＣ回路３２の出力（ＶＡＦＣ）に対応して第２オフセット電圧（ＶＯ２）を調整する第２オフセット電圧調整回路６６を有する。
【００３４】
また低温温度補償回路６２の出力（ＶＬ）側には第２ダイオード６８が接続されている。第２ダイオード６８はアノード端子６８ａ側が所定電圧（ＶＤＣＲＩＰ２）を印加され、カソード端子６８ｂ側が低温温度補償回路６２の出力（ＶＬ）側に接続されている。よって低温温度補償回路６２は第２ダイオード６８のカソード端子６８ｂ側の電圧以下の値を出力することはない。したがって低温温度補償回路６２から出力される低温温度補償電圧（ＶＬ）の温度特性は、所定の温度までは一定の傾きで減少し、所定の温度以上において一定値となる。本実施形態では第２ダイオード６８に印加される所定電圧（ＶＤＣＲＩＰ２）は、低温温度補償電圧（ＶＬ）が基準温度より低い所定の温度までは温度上昇に対して一定の傾きで減少するような値を有するものとしている。
【００３５】
第２オフセット電圧調整回路６６は、２つの抵抗Ｒ５、Ｒ６とＮ型のＭＯＳトランジスタ７２を直列に接続した第６増幅回路７０と、前記第６増幅回路７０の出力端、すなわち抵抗Ｒ５とＲ６との間と、オフセット入力７４ａとを接続したオペアンプ７４によるボルテージフォロワ回路（抵抗Ｒ５を流れる電流の一部が第３増幅回路６４側へ漏洩するのを阻止するための回路）を有する。第６増幅回路７０は、抵抗Ｒ５の一端を電源電圧（ＶＤＤ）に接続し、ＭＯＳトランジスタ７２のソース端子７２ｃを接地し、ゲート端子７２ａにＡＦＣ回路３２の出力（ＶＡＦＣ）が接続される。第４増幅回路４８と同様に、第６増幅回路７０は電源電圧（ＶＤＤ）を分圧しつつ、ゲート端子７２ａに印加されるＡＦＣ回路３２の出力（ＶＡＦＣ）を反転増幅して第２オフセット電圧（ＶＯ２）を出力することになる。よって入力電圧（ＶＣ）を高く（低く）すると第２オフセット電圧（ＶＯ２）は低く（高く）なるため、入力電圧（ＶＣ）を高く（低く）すると低温温度補償電圧（ＶＬ）は高く（低く）なる。
【００３６】
したがって、低温温度補償電圧（ＶＬ）が第２ダイオード６８のカソード端子６８ｂの電圧より高い電圧を有することを条件に、低温温度補償電圧（ＶＬ）を増加（減少）させると第１ＭＯＳ容量素子２６の容量が減少（増加）するため負荷容量全体の容量が減少（増加）し、発振回路１２の発振周波数を増加（減少）させることになる。
【００３７】
さらに、低温温度補償電圧（ＶＬ）は、入力電圧（ＶＣ）を増加（減少）させると、その温度特性の０次の温度係数が引き上げ（引き下げ）られるとともに、第２ダイオード６８により所定の電圧以下の値にはならないようにクリップされるため、見かけ上温度特性を示す１次の曲線（直線）が全体的に高温側に（低温側に）シフトすることになる。
【００３８】
さらに第２オフセット電圧調整回路６６は、第２バイナリデータが格納された不揮発性の第２記憶回路７６と、抵抗Ｒ６に並列に接続され、第２記憶回路７６から入力された第２バイナリデータをデコードして得た電圧をゲートとして抵抗Ｒ６に掛かる電圧を調整する第２調整回路７８を有する。第２調整回路７８は調整回路５６と同様にＮ型（若しくはＰ型）のＭＯＳトランジスタ８０と、入力される第２バイナリデータをデコードするデコーダ８２を有している。ＭＯＳトランジスタ８０はドレイン端子８０ｂを抵抗Ｒ６の電源電圧（ＶＤＤ）側に接続し、ソース端子８０ｃを抵抗Ｒ６の接地側に接続し、ゲート端子８０ａをデコーダ８２の出力側と接続している。ＭＯＳトランジスタ８０はゲート端子８０ａに入力される電圧を制御することにより、ドレイン端子８０ｃ−ソース端子８０ｂ間の電位差を制御することができるので、第２調整回路７８に並列に接続された抵抗Ｒ６に掛かる電位差を調整して第２オフセット電圧調整回路６６の増幅率の調整をおこなっている。
【００３９】
第２バイナリデータは、発振回路１２の基準温度より低い温度領域の温度特性に合わせて第２オフセット電圧調整回路６６の増幅比を調整して第２オフセット電圧（ＶＬ）のゲインを調整するためのバイナリデータであり、異なる感度を有する圧電振動子１４を搭載する発振回路１２ごとに所定の値として不揮発性の第２記憶回路７６に書きこまれる。この第２バイナリデータにより、各発振回路に対応させて基準温度より低温の温度領域の温度特性をシフトさせ、入力電圧（ＶＣ）の変化に伴う第２可変容量回路の温度補償のズレを抑制することができる。
【００４０】
上記構成を端的に見ると、圧電振動子１４と、電圧制御型の第１可変容量回路１６、及び前記圧電振動子１４の発振周波数の温度特性を相殺する温度特性を有する電圧制御型の第２可変容量回路２４、が接続された発振回路１２と、前記第１可変容量回路１６に前記第１可変容量回路１６の容量を制御する電圧（ＶＡＦＣ）を出力して前記発振周波数を所定の値に調整するＡＦＣ回路３２と、前記第２可変容量回路２４に１次の温度特性を有する温度補償電圧（高温温度補償電圧（ＶＨ）、低温温度補償電圧（ＶＬ））を出力する温度補償回路３８（高温温度補償回路４０、低温温度補償回路６２）と、を有する温度補償型発振回路１０であって、前記温度補償回路３８は、温度センサー３６からの出力を増幅する増幅回路（第２増幅回路４２、第３増幅回路６４）と、前記増幅回路のオフセット入力に接続され、前記ＡＦＣ回路３２の出力に対応してオフセット電圧を調整するオフセット電圧調整回路（第１オフセット電圧調整回路４４、第２オフセット電圧調整回路６６）を備えたものであるといえる。
【００４１】
上記構成による本実施形態に係る温度補償型発振回路１０の動作を述べる。図５、図６に温度補償の様子を示す。上述のように、基準温度（２５℃）において、入力電圧（ＶＣ）がセンター値（例えばＶＤＤ／２）である場合は、発振回路１２は基準周波数で発振するとともに、基準温度を挟む所定の温度領域において温度補償が行われたほぼフラットな温度特性を有するものとする。
【００４２】
そして図５に示すように、入力電圧（ＶＣ）をセンター値より増加させると、ＡＦＣ回路３２の出力（ＶＡＦＣ）が増加し、第１可変容量回路１６の容量が低下するため、負荷容量が減少して発振回路１２の発振周波数は高くなる。このとき第１可変容量回路１６に直列に接続された第２可変容量回路２４の感度が減少する。よって負荷容量の圧電振動子１４に対する温度補償が補償不足の状態となり、図５（ａ）に示すように発振回路１２の温度特性において基準温度を中心とし右肩上がりの曲線Ａ１が現れることになる。しかし、入力電圧（ＶＣ）をセンター値より増加させると、図５（ｂ）に示すように、高温温度補償電圧（ＶＨ）の温度特性は曲線Ｂ１から曲線Ｃ１に低温側にシフトすることになり、高温温度補償電圧（ＶＨ）が印加される第２ＭＯＳ容量素子３０の容量を増加させることになる。このとき負荷容量の増加量の温度特性は基準温度を基準として３次関数的に増加するので、基準温度から離れるほど高温側の補正量は増加する。よって図３（ａ）で示すように曲線Ａ１の基準温度から高温の領域は周波数偏差の少ない曲線Ｄ１に補正される。
【００４３】
一方、図５（ｃ）に示すように、低温温度補償電圧（ＶＬ）の温度特性は曲線Ｅ１から曲線Ｆ１に高温側にシフトすることになり、低温温度補償電圧（ＶＬ）が印加される第１ＭＯＳ容量素子２６の容量を減少させることになる。このとき負荷容量の減少量の温度特性は基準温度を基準として３次関数的に増加するので、基準温度から離れるほど低温側の補正量は増加する。よって図５（ｄ）で示すように曲線Ａ１の基準温度から低温の領域は周波数偏差の少ない曲線Ｇ１に補正される。
【００４４】
したがって、曲線Ａ１を本実施形態により補正した後の温度特性は曲線Ｄ１（基準温度より高温の領域）、及び曲線Ｇ１（基準温度より低温の領域）により表され、高温側及び低温側をそれぞれ独立に補正することができる。
【００４５】
逆に、図６に示すように、入力電圧（ＶＣ）をセンター値より減少させると、ＡＦＣ回路３２の出力（ＶＡＦＣ）が減少し、第１可変容量回路１６の容量が増加するため、負荷容量が増加して発振回路１２の発振周波数は低くなる。このとき第１可変容量回路１６に直列に接続された第２可変容量回路２４は負荷容量に対する感度が増加する。このとき温度補償は過補償の状態となり、図６（ａ）に示すように発振回路１２の温度特性において基準温度を中心として右肩下がりの曲線Ａ２が現れることになる。しかし、入力電圧（ＶＣ）をセンター値より減少させると、図６（ｂ）に示すように、高温温度補償電圧（ＶＨ）の温度特性は曲線Ｂ２から曲線Ｃ２へと高温側にシフトすることになり、高温温度補償電圧（ＶＨ）が印加される第２ＭＯＳ容量素子３０の容量を減少させることになる。このとき負荷容量の減少量の温度特性は基準温度を基準として３次関数的に増加するので、基準温度から離れるほど高温側の補正量は増加する。よって図６（ａ）で示すように曲線Ａ２の基準温度から高温の領域は周波数偏差の少ない曲線Ｄ２に補正される。
【００４６】
一方、図６（ｃ）に示すように、低温温度補償電圧（ＶＬ）の温度特性は曲線Ｅ２から曲線Ｆ２に低温側にシフトすることになり、低温温度補償電圧（ＶＬ）が印加される第１ＭＯＳ容量素子２６の容量を増加させることになる。このとき負荷容量の増加量の温度特性は基準温度を基準として３次関数的に増加するので、基準温度から離れるほど低温側の補正量は増加する。よって図６（ｄ）で示すように曲線Ａ２の基準温度から低温の領域は周波数偏差の少ない曲線Ｇ２に補正される。
【００４７】
したがって、曲線Ａ２を本実施形態により補正した後の温度特性は曲線Ｄ２（基準温度より高温の領域）、及び曲線Ｇ２（基準温度より低温の領域）により表され、高温側及び低温側をそれぞれ独立に補正することができる。
【００４８】
以上述べたように、本実施形態に係る温度補償型発振回路１０は、ＡＦＣ回路３２からの出力を変化させると、第１可変容量回路１６の容量が変化するため、第２可変容量回路２４の容量を包含する負荷容量の圧電振動子１４に対する温度補償の感度が変動する。このとき温度補償電圧は温度変化に対して１次関数的に変化するものであるので、温度補償のズレは１次関数的なものとなる。したがって上記構成のように、温度補償電圧を形成する増幅回路のオフセット電圧をＡＦＣ回路３２の出力に対応して変化させることにより、温度補償電圧の０次の温度係数を変化させることできるので、温度補償の最適化、すなわち負荷容量の温度補償特性の変動を抑制することができる。また温度補償電圧としては、直線的に変化するものでよいため、回路の簡素化によるコスト削減や小型化が可能である。
【００４９】
また、第２容量可変回路２４は、主に３次の温度係数を有する温度補正回路となるため、第２容量可変回路２４に圧電振動子１４の発振周波数の温度特性を相殺する温度特性を与えることができる。しかし第２可変容量回路２４に印加される高温温度補償電圧（ＶＨ）、及び低温温度補償電圧（ＶＬ）は１次関数的に変化するものであるので、上述同様に第１可変容量回路１６の容量を変化させたときの温度補償のズレは１次関数的なものとなる。しかし、本実施形態により、高温温度補償電圧（ＶＨ）、及び低温温度補償電圧（ＶＬ）の０次の温度係数をそれぞれ独立にＡＦＣ回路３２の出力（ＶＡＦＣ）に対応して変化させることができるので、温度補償をより精度よく最適化して、すなわち負荷容量の温度補償特性の変動を抑制することができる。さらに、第２可変容量回路２４の容量を制御する電圧の雑音レベルが低く良好な位相雑音が得られるＭＯＳ容量素子を用いた温度補償型発振回路の特徴を活かしつつも、温度特性の高精度化を実現することが可能となる。
【００５０】
さらに本実施形態において、第１バイナリデータ、及び第２バイナリデータは発振回路１２ごとに対応した値に設定することができる。したがって、発振回路１２に搭載する圧電振動子１４の感度にばらつきがあることにより発振回路１２の温度特性にばらつきが生じる場合でも、個々の発振回路１２に対応して最適な補正をかけることができる。そして、ワンチップＩＣに集積化した場合でも各オフセット電圧調整回路の出力ゲインを決める回路定数をその都度変更する必要がなくなり、１つのＩＣチップで様々な発振回路に対して、その温度特性の最適化を図ることができる。
【００５１】
さらに、所定電圧（ＶＤＣＲＩＰ１、ＶＤＣＲＩＰ２）を適切な値とすることにより、高温温度補償電圧（ＶＨ）は基準温度より高い所定温度以下では一定値であるが、前記所定温度以上では温度上昇に対して一次関数的に増加し、低温温度補償電圧（ＶＬ）は基準温度より低い所定温度以下では温度上昇に対して一次関数的に減少し、前記所定温度以上では一定値となる。そしてこれらの所定温度は、各所定電圧を制御することにより変えることができるため、結果的に各温度補償電圧が示す温度特性をそれぞれ独立に温度方向にシフトさせることができるので、高精度な温度補償を実現することが可能となる。
【符号の説明】
【００５２】
１０………温度補償型発振回路、１２………発振回路、１４………圧電振動子、１６………第１可変容量回路、１８………ＭＯＳ容量素子、２０………固定容量素子、２２………固定容量素子、２４………第２可変容量回路、２６………第１ＭＯＳ容量素子、２８………固定容量素子、３０………第２ＭＯＳ容量素子、３２………ＡＦＣ回路、３４………基準電圧発生回路、３６………温度センサー、３８………温度補償回路、４０………高温温度補償回路、４２………第２増幅回路、４４………第１オフセット電圧調整回路、４６………第１ダイオード、４８………第４増幅回路、５０………ＭＯＳトランジスタ、５２………第５増幅回路、５４………第１記憶回路、５６………調整回路、５８………ＭＯＳトランジスタ、６０………デコーダ、６２………低温温度補償回路、６４………第３増幅回路、６６………第２オフセット電圧調整回路、６８………第２ダイオード、７０………第６増幅回路、７２………ＭＯＳトランジスタ、７４………オペアンプ、７６………第２記憶回路、７８………第２調整回路、８０………ＭＯＳトランジスタ、８２………デコーダ、１４１………抵抗、１４２………固定容量素子、１４３………ＭＯＳ型バラクタ、１４４………抵抗、１４５………抵抗、１４６………ＭＯＳ型バラクタ。
【図１】
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【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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