(57)【要約】【課題】環境温度の急激な変化時に、熱応答性が低い圧電振動子の温度特性による周波数変化を温度補償する場合、熱応答性が高い温度補償回路による補償電圧信号の出力を適正にして、瞬間的な温度変化に伴う周波数変動を抑制する。【解決手段】規定の発振周波数を出力するように構成された圧電発振回路と、この圧電発振回路に接続され環境温度を検出して前記圧電発振回路に安定周波数を出力させるための温度補償電圧信号を生成する温度補償回路とを有する圧電発振器である。圧電振動子の温度特性変化の時定数に一致する時定数とさせる前記温度補償回路の遅延回路を設けた。温度補償回路の温度補償出力電圧による補償量の変化の時定数と、圧電振動子の温度特性変化の時定数とを一致させるように、温度補償電圧出力を遅延させることができる。【選択図】        図１
2008258710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境温度を検出し、環境温度信号を生成する温度センサと、
該温度センサに接続され、前記環境温度信号に基づき、温度補償電圧信号を生成する温
度補償回路と、
該温度補償回路に接続され、圧電振動子を有し、前記温度補償電圧信号に基づき出力信
号の発振周波数を制御する電圧制御型圧電発振器と、
を有する温度補償型圧電発振器であって、
前記環境温度信号または前記温度補償電圧信号を遅延する遅延回路を、前記温度センサ
と前記温度補償回路との間、または前記温度補償回路と前記電圧制御型圧電発振器との間
に設けた
ことを特徴とする温度補償型圧電発振器。
【請求項２】
前記遅延回路は、圧電振動子の温度特性変化の時定数に前記電圧制御型圧電発振器に入
力される前記温度補償信号の時定数を一致させてなることを特徴とする温度補償型圧電発
振器。
【請求項３】
前記環境温度がＴａからＴｂに変化した場合における前記電圧制御型圧電発振器に入力
される前記温度補償信号の時定数をτ１とし、
前記温度補償回路の前記温度補償信号が前記電圧制御型圧電発振器に入力されない状態
で、前記環境温度が前記Ｔａから前記Ｔｂに変化した場合における、前記電圧制御型圧電
発振器の前記出力信号の周波数変化の時定数をτ２としたとき、
前記τ１と前記τ２とがほぼ等しい値となるように、前記遅延回路の時定数が設定され
ていることを特徴とする請求項１に記載の温度補償型圧電発振器。
【請求項４】
前記遅延回路には時定数調整手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の温度補
償型圧電発振器。
【請求項５】
前記温度補償回路はアナログ式温度補償回路であることを特徴とする請求項１に記載の
温度補償型圧電発振器。
【請求項６】
前記温度補償回路はデジタル式温度補償回路とし、前記遅延回路は前記温度補償回路の
Ａ／Ｄ変換器を介して後段の電圧制御型圧電発振器に出力するように接続してなることを
特徴とする請求項１に記載の温度補償型圧電発振器。
【請求項７】
前記遅延回路は抵抗とコンデンサを直列接続し前記コンデンサを出力とするＲＣ積分回
路から構成され、時定数調整手段はコンデンサの値の切替手段からなっていることを特徴
とする請求項４に記載の温度補償型圧電発振器。
【請求項８】
前記時定数調整手段にＧＩＣ回路を介在させたことを特徴とする請求項４に記載の温度
補償型圧電発振器。
【請求項９】
前記時定数調整手段は外部実装部品として実装されていることを特徴とする請求項４に
記載の温度補償型圧電発振器。
【請求項１０】
請求項１に記載の温度補償型圧電発振器の温度補償方法であって、
前記温度補償回路の出力する前記温度補償信号による補償量の変化の時定数と、前記温
度補償回路の前記温度補償信号が前記電圧制御型圧電発振器に入力されない状態における
前記電圧制御型圧電発振器の前記出力信号の周波数変化の時定数とを一致させるように、
温度補償電圧出力を遅延させることを特徴とする温度補償型圧電発振器の温度補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は温度補償型圧電発振器およびその温度補償方法に係り、特にＧＰＳを用いるモ
バイル型電子機器に搭載するのに好適な温度補償型圧電発振器およびその温度補償方法に
関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ受信機などの電子機器に使用される圧電発振器は、電子機器の誤動作防止のため
、環境温度変化に対する単位時間当たりの発振周波数の変化量が小さいものが望まれてい
る。
【０００３】
具体的には、図９のように、時間ｔ１→ｔ２において、発振器の周辺温度である環境温
度がＴ１→Ｔ２に変化したとすると（同図（１））、時間ｔ１における発振器の発振周波
数ｆ１と、ｔ１より所定時間後の時間ｔ２における発振器の発振周波数ｆ２との差の絶対
値｜ｆ１−ｆ２｜＝Δｆが所定の許容値以内である必要がある（同図（２））。Δｆが許
容値より大きいと、ＧＰＳ受信機における測位処理の結果、求められる位置情報にずれが
生じてしまうなどの誤動作が生じる。
【０００４】
このような誤動作を防止するための従来技術として次のような技術が知られている。す
なわち、測位用の圧電発振器として、特許文献１に記載されているような恒温槽型圧電発
振器（ＯＣＸＯ）を用いれば、温度変化に対する単位時間あたりの発振周波数の変化量Δ
ｆを小さくすることができる。ＯＣＸＯは、圧電振動子および発振回路用ＩＣが収容され
た容器内を一定の温度に保つために、環境温度の変化の影響を受け難く、Δｆを小さくす
ることができる。
【０００５】
しかし、ＯＣＸＯはヒータを備えているため、消費電力が大きく、また、環境温度の影
響を受け難くするため容器の外形サイズが大きくなっているため、携帯電話などのモバイ
ル機器用のＧＰＳ受信機に適しない。
【０００６】
したがって、モバイル型の電子機器には、小型で省電力の圧電デバイスである温度補償
型圧電発振器（ＴＣＸＯ）を用いるようにしている。このＴＣＸＯは温度補償回路により
、水晶振動子などの圧電振動子の周波数温度特性を打ち消すような形で広範囲の温度で周
波数安定を保っている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００５−１４３０６０号公報
【特許文献２】特開平６−２９７４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、ＴＣＸＯを用いても、瞬間的な温度変化に対して温度補償回路の方が水晶振
動子よりも熱反応が速いため、ＴＣＸＯの出力周波数に変動が生まれてしまう。すなわち
、瞬間的な温度変化が起こった直後は、温度補償回路による補償量が大きすぎるという課
題がある。図１０はこの状態の説明図であり、瞬間的な環境温度変化を検出したとき、温
度補償回路を搭載したＩＣの温度（図１０において四角で示す。）は圧電振動子の温度（
図１０において菱形で示す。）より低く温度変化が現れ、スイッチ投入時から１０〜２０
秒間の範囲で、周波数変動幅が大きくなる。携帯基板実装時に近接するパワーアンプなど
の熱の影響でこのような現象が起きてしまうと、特に、ＧＰＳ機能を有する携帯電話では
、ＴＣＸＯの出力周波数の僅かな変動がＧＰＳ感度に対して影響を与える。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に着目し、環境温度の急激な変化時に、熱応答性が低い圧
電振動子の温度特性による周波数変化を温度補償する場合、熱応答性が高い温度補償回路
による補償電圧信号の出力を適正にして、瞬間的な温度変化に伴う周波数変動を抑制する
ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、温度補償回路の方が水晶よりも熱反応が早いため、温度補償回路の熱反応を
遅延させることで、水晶との反応時間の差を少なく調整し、周波数の安定度を保つように
したものである。すなわち、瞬間的な温度変化に対し周波数変動を滑らかにするため、温
度補償回路の反応時間を遅延回路によって変化させるようにしている。
【００１０】
本発明に係る温度補償型圧電発振器は、環境温度を検出し、環境温度信号を生成する温
度センサと、該温度センサに接続され、前記環境温度信号に基づき、温度補償電圧信号を
生成する温度補償回路と、該温度補償回路に接続され、圧電振動子を有し、前記温度補償
電圧信号に基づき出力信号の発振周波数を制御する電圧制御型圧電発振器と、を有する温
度補償型圧電発振器であって、前記環境温度信号または前記温度補償電圧信号を遅延する
遅延回路を、前記温度センサと前記温度補償回路との間、または前記温度補償回路と前記
電圧制御型圧電発振器との間に設けたことを特徴としている。
【００１１】
この構成によって、圧電振動子の熱反応に合わせて温度補償信号を遅らせることができ
る。このため、圧電振動子と温度補償回路との反応時間差を少なくすることができ、瞬間
的な温度変化に対して周波数変動を滑らかにすることができる。
【００１２】
また、前記遅延回路は、圧電振動子の温度特性変化の時定数に前記電圧制御型圧電発振
器に入力される前記温度補償信号の時定数を一致させる。このようにすれば、温度補償動
作を圧電振動子の熱反応に一致させることができる。
【００１３】
更に、前記環境温度がＴａからＴｂに変化した場合における前記電圧制御型圧電発振器
に入力される前記温度補償信号の時定数をτ１とし、前記温度補償回路の前記温度補償信
号が前記電圧制御型圧電発振器に入力されない状態で、前記環境温度が前記Ｔａから前記
Ｔｂに変化した場合における、前記電圧制御型圧電発振器の前記出力信号の周波数変化の
時定数をτ２としたとき、前記τ１と前記τ２とがほぼ等しい値となるように、前記遅延
回路の時定数が設定されていることを特徴とする
【００１４】
このように構成することにより、電圧制御型圧電発振器の熱反応による周波数変化の開
始時間の遅れ分だけ、温度補償回路から電圧制御型圧電発振器への温度補償信号を遅らせ
ることができる。
前記遅延回路には時定数調整手段とを備えるようにすることが望ましい。時定数を調整
できるので、温度補償型圧電発振器の用途に応じた調整ができる。
【００１５】
前記温度補償回路はアナログ式温度補償回路としてなる。また、前記温度補償回路はデ
ジタル式温度補償回路とし、前記遅延回路は前記温度補償回路のＡ／Ｄ変換器を介して後
段の圧電発振回路に出力するように接続してなる。
温度補償回路がアナログ式でもデジタル式でも瞬間的な温度変化に伴う周波数変動を抑
制することができる。
【００１６】
前記遅延回路は抵抗とコンデンサを直列接続し前記コンデンサを出力とするＲＣ積分回
路から構成され、時定数調整手段はコンデンサの値の切替手段からなっている。前記時定
数調整手段にＧＩＣ回路（一般化インピーダンス変換回路）を介在させた構成としてもよ
い。更に、前記時定数調整手段は外部実装部品として実装させた構成とすることが望まし
い。
【００１７】
また、本発明に係る温度補償型圧電発振器の温度補償方法は、環境温度信号または温度
補償電圧信号を遅延する遅延回路を、温度センサと温度補償回路との間、または温度補償
回路と電圧制御型圧電発振器との間に設けた温度補償型圧電発振器の温度補償方法であっ
て、前記温度補償回路の出力する前記温度補償信号による補償量の変化の時定数と、前記
温度補償回路の前記温度補償信号が前記電圧制御型圧電発振器に入力されない状態におけ
る前記電圧制御型圧電発振器の前記出力信号の周波数変化の時定数とを一致させるように
、温度補償電圧出力を遅延させることを特徴とするものである。
【００１８】
このような構成によれば、温度補償回路のための遅延回路の時定数を変化できる機能を
付加し、圧電振動子の温度特性変化の時定数に対し、温度補償回路の時定数を一致させる
ことができ、熱抵抗が異なるパッケージごとに対応することができる。温度補償型圧電発
振器において、環境温度変化に対する圧電振動子の周波数変化（補償前の周波数）の時定
数と、ＶＣＯに入力する温度補償電圧の時定数とをほぼ一致させるように、ＶＣＯより前
段に遅延回路によって作動が遅延される時定数調整回路を設ける。したがって、ＧＰＳの
ような、熱衝撃に対する周波数安定性が問われる用途に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明に係る温度補償型圧電発振器およびその温度補償方法の具体的実施の形
態を、図面を参照して、詳細に説明する。
図１は第１実施形態に係る圧電発振器の回路ブロック図を示している。この実施形態に
係る温度補償型圧電発振器１０は、電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）１２を有し、当該
ＶＣＸＯ１２の温度特性を補償するために周知の温度補償回路１４を前段に接続している
。ＶＣＸＯ１２は水晶振動子やセラミック振動子のような圧電振動子を発振させる回路や
可変リアクタンス素子などから構成される。
【００２０】
温度補償回路１４は、図１の場合はアナログ式構成とされ、温度センサ１６からの入力
信号によって環境温度信号を得て、ＶＣＸＯ１２の温度特性を補償するための温度補償電
圧をサーミスタなどの素子の温度特性を利用して出力し、圧電振動子の周波数温度特性を
打ち消すように作動させる。
【００２１】
このような主たる構成に加えて、この実施形態ではアナログ式温度補償回路１４とＶＣ
ＸＯ１２の間にＲＣ積分回路からなる遅延回路１８を直列に接続している。この遅延回路
１８は抵抗２０とこれに並列に接続されている複数の容量の異なるコンデンサ２２（２２
ａ、２２ｂ、………）からなり、複数のコンデンサ２２のうちから１つをスイッチ回路２
４によって選択接続するようにしている。この選択されたコンデンサの容量によって遅延
回路１８による遅延時間が定まるものとなっている。したがって、スイッチ回路２４は時
定数調整手段に相当するものとなる。調整は外部の入力部２６によって行う構成とされ、
図示しないメモリにより切り替えた後、設定値に保持される。
【００２２】
ここで時定数設定手段により選択されるコンデンサ２２の値が決定すると、その値によ
ってアナログ式温度補償回路１４からＶＣＸＯ１２へ温度補償電圧出力の遅延時間が定ま
る。この時定数を圧電振動子の温度特性変化の時定数に一致するように選択するのである
。これは実施形態に係る温度補償型圧電発振器１０の使用環境に応じて決定するものとし
、例えばＧＰＳ利用の携帯基板実装個所にパワーアンプなどが存在する場合には温度変化
が急変するので、瞬間的な温度変化が大きいので時定数を大きくとるようにする。いずれ
にしても、環境温度が温度補償回路１４の温度センサ１６が受ける温度とＶＣＸＯ１２が
温度影響を受けるまでのタイムラグを埋めるような設定とすればよい。
【００２３】
図２は第２実施形態に係る温度補償型圧電発振器１０ａを示している。これは第１実施
形態の場合と、遅延回路１８の接続位置が異なるだけでその他は同様である。すなわち、
遅延回路１８を温度センサ１６とアナログ式温度補償回路１４の間に直列に接続している
。
【００２４】
図３は第３実施形態に係る温度補償型圧電発振器１０ｂを示している。これは温度補償
にデジタル式温度補償回路２８とデジタル式温度センサ３０を用いている。この例の場合
には、温度補償回路２８は温度信号をデジタル信号で入力し、予めメモリに記憶されてい
る温度補償用のデータを読み出し、これをＤ／Ａ変換器３２にてアナログ信号に変換して
遅延回路１８に入力させるようにしている。遅延回路１８の構成、これに続くＶＣＸＯ１
２の構成は第１実施形態と同一である。もちろん、温度センサ３０をアナログ式とし、Ａ
／Ｄ変換してデジタル式温度補償回路２８に入力させるようにしても良い。
【００２５】
図４は第４実施形態に係る温度補償型圧電発振器１０ｃを示している。この実施形態は
第３実施形態と同様にデジタル式温度補償回路２８を用いた例であるが、遅延回路１８を
アナログ式の温度センサ１６とデジタル式温度補償回路２８の間に直列接続したものであ
る。この例では、遅延回路１８の出力信号をＡ／Ｄ変換器３４でデジタル信号に変換して
温度補償回路２８に入力し、ここで補償電圧信号をメモリから読み出してデジタル信号と
して出力し、Ｄ／Ａ変換器３２によってアナログ信号に変化した信号をＶＣＸＯ１２に入
力するようにしている。その他は第３実施形態と同様である。
【００２６】
このような第１〜第４実施形態に係る温度補償型圧電発振器１０（１０ａ、１０ｂ、１
０ｃ）の作用を図５〜６に基づいて説明する。図５は遅延回路１８を用いなかった場合の
説明図であり、図６は実施形態にかかる遅延回路１８を用いた場合の説明図である。従来
では、図５（１）に示すように、環境温度がステップ状に急激に変化（Ｔａ→Ｔｂ）した
場合、温度補償回路１４，２８の熱応答が圧電振動子より速いため、圧電振動子の温度変
化による周波数変動より早く温度補償電圧信号が大きく変化する。したがって、図５（２
）に示されるように、温度補償電圧信号の時定数τ１は圧電振動子の周波数変動の変化の
時定数τ２より短くなる。なお、図５（２）に示される圧電振動子の周波数変動のグラフ
は、第１〜第４実施形態に係る温度補償型圧電発振器１０において、温度補償電圧信号が
入力されないときのＶＣＸＯ１２の出力信号の周波数である。これによって両者の時定数
τの差分によって、温度補償型圧電発振器１０としての出力に、図５（３）に示すように
Δｆの周波数変化を生じて安定した周波数を出力することができない。
【００２７】
これに対し、同じように環境温度が急激に変化した場合（図６（１））、温度補償回路
１４，２８の温度補償出力電圧による補償量の変化の時定数τ１と、圧電振動子の温度特
性変化の時定数τ２とを一致させるように、温度補償電圧出力を遅延させることができる
ので（図６（２））、温度補償型圧電発振器１０としての出力は、図６（３）に示すよう
に周波数変化Δｆは打ち消され、一定の安定した周波数を出力することができることにな
るのである。
【００２８】
特に、第３実施形態の場合には、上記効果に加えて、この温度補償型圧電発振器１０を
ＦＭ通信機に利用した場合には、デジタル式温度補償回路２８の信号を遅延させることに
より温度補償型圧電発振器１０の発振周波数の変化の速度を小さくして、発振周波数の変
化に起因するＦＭ通信機の送信周波数の変移速度を小さくすれば、発生するＦＭノイズの
周波数成分は可聴周波数より低い周波数となり、雑音を無害化することができる利点も得
られる。
【００２９】
図７は遅延回路の変形例を示している。この変形例は、抵抗２０と並列接続されるコン
デンサ２２は比較的大容量を用いることになるので、コンデンサ２２と直列にＧＩＣ（Ge
nerated Immitance Converter）回路３６を接続したものである。このＧＩＣ回路３６は
任意のインピーダンスｚを作り出すことができる。すなわち、ｚ＝ｊω（Ｒ１・Ｒ３）／
（Ｃ・Ｒ２・Ｒ４）の伝達関数により、抵抗値の値の割り振り方により広範囲のコンデン
サ容量が擬似的に得られる。このため、このようなＧＩＣ回路３６のような回路シミュレ
ータを遅延回路のコンデンサ部分に用いることで、低容量のコンデンサから擬似的に大容
量の接地型コンデンサが得られ、遅延時間の幅を広く取ることができ、集積化も可能とな
る利点がある。
【００３０】
図８は更に遅延回路の他の変形例であり、これは発振器（ＯＳＣ）のパッケージ３８に
遅延回路のコンデンサ２２を外部実装するようにしたものである。これにより、任意の容
量のコンデンサを用いることができる。またコンデンサを外部実装する端子を設け、外部
で簡単に時定数を変化させることができる。
【００３１】
以上のような実施形態によれば、コンデンサスイッチを切り替えることで簡易的に時定
数を調整でき、時定数調整機能を発振器と一体化することができる。また、瞬間的な温度
変化に伴う温度補償型発振器の周波数変動を少なくするため、遅延回路のコンデンサの値
を切り替えることで時定数を変化させ、時定数の切替ができるため、熱抵抗の異なるパッ
ケージ毎に遅延時間を調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１実施形態に係る温度補償型圧電発振器のブロック構成図である。
【図２】第２実施形態に係る同ブロック構成図である。
【図３】第３実施形態に係る同ブロック構成図である。
【図４】第４実施形態に係る同ブロック構成図である。
【図５】従来の温度変化、温度補償特性、発振器の周波数変化を示す説明図である。
【図６】本発明の温度変化、温度補償特性、発振器の周波数変化を示す説明図である。
【図７】遅延回路の変形例を示す回路図である。
【図８】同じく遅延回路の他の変形例を示す説明図である。
【図９】従来の温度補償型圧電発振器の説明のための環境温度の変化図である。
【図１０】図９の温度変化に基づく従来の温度補償型圧電発振器の発振周波数の変化図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０………温度補償型圧電発振器、１２………電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）、１４
………アナログ式温度補償回路、１６………温度センサ、１８………遅延回路、２０……
…抵抗、２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）………コンデンサ、２４………スイッ
チ回路、２６………入力部、２８………デジタル式温度補償回路、３０………デジタル式
温度センサ、３２………Ｄ／Ａ変換器、３４………Ａ／Ｄ変換器、３８………発振器パッ
ケージ。
【図１】
2008258710.tif 000003
【図２】
2008258710.tif 000004
【図３】
2008258710.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008258710.tif 000007
【図６】
2008258710.tif 000008
【図７】
2008258710.tif 000009
【図８】
2008258710.tif 000010
【図９】
2008258710.tif 000011
【図１０】
2008258710.tif 000012