(57)【要約】【課題】発振周波数の急峻な変化が起きないデジタル制御温度補償型の基準発振器およびそれを用いた電子装置を提供する。【解決手段】デジタル制御温度補償水晶発振器７と、電圧制御発振器８と、両者の出力信号の位相を比較するミキサ９と、ミキサ９の出力と電圧制御発振器８の制御電圧端子の間に設けられたループフィルタである低域濾波器１０からなる内部ＰＬＬ回路１１とを備え、電圧制御発振器８の出力信号を基準信号として出力する基準発振器１において、内部ＰＬＬ回路１１のループフィルタの時定数を、この基準発振器１の出力信号を基準信号として利用する外部ＰＬＬ回路１５のループフィルタである低域濾波器１４の時定数より大きくする【効果】発振周波数の急峻な変化を防止できるため、それを用いた通信装置の位相変調誤差の発生を低減することができる。【選択図】　　　　　　図１
2004135002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定温度に対応したデジタル温度補償データを出力する記憶装置と、該記憶装置から出力されたデジタル温度補償データをアナログ電圧に変換するＤ／Ａ変換器と、該Ｄ／Ａ変換器から出力されるアナログ電圧に基づいて発振周波数が変化する電圧制御圧電発振器とを有するデジタル制御温度補償圧電発振器と、
電圧制御発振器と、前記デジタル制御温度補償圧電発振器の出力信号と前記電圧制御発振器の出力信号の位相を比較する位相比較器と、前記位相比較器の出力と前記電圧制御発振器の制御電圧端子の間に設けられたループフィルタからなる内部ＰＬＬ回路とを備え、
前記電圧制御発振器の出力信号を基準信号として出力する基準発振器であって、
前記内部ＰＬＬ回路のループフィルタの時定数を、この基準発振器の出力信号を基準信号として利用する外部ＰＬＬ回路のループフィルタの時定数より大きくしたことを特徴とする基準発振器。
【請求項２】
前記電圧制御発振器は前記デジタル制御温度補償圧電発振器と同一の発振周波数で発振することを特徴とする、請求項１に記載の基準発振器。
【請求項３】
請求項１に記載の基準発振器を用いたことを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル制御温度補償型の基準発振器、特にデジタル位相変調を用いた変調方式を採用する通信装置に用いられるデジタル制御温度補償型の基準発振器およびそれを用いた電子装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、通信装置においては局部発振器の周波数安定化のための基準発振器としてＴＣＸＯ（温度補償水晶発振器）が用いられる。そして、ＴＣＸＯにはバラクタダイオードを備えていて、それに印加される電圧によって発振周波数を変更できるＶＣＸＯ（電圧制御水晶発振回路）を用いるもの（いわゆる間接温度補償型ＴＣＸＯ）がある。間接温度補償型ＴＣＸＯの温度補償の方法としては、サーミスタなどの抵抗値の温度依存性を有する素子でネットワークを構成して、このネットワークの発生する電圧をＶＣＸＯに備わっているバラクタダイオードなどに印加して周波数を変えることによって周波数の安定化を図るアナログ方式があり、その一方で、温度に応じた補償データをあらかじめデジタル的に記憶装置に記憶させておいて、周囲温度に応じて補償データを読み出してＤ／Ａ変換器でアナログに変換してＶＣＸＯに備わっているバラクタダイオードなどに印加して周波数を変えることによって周波数の安定化を図るデジタル方式もある。
【０００３】
このうち、デジタル方式においては、アナログ方式よりも発振周波数の温度安定度は高いものの、補償データが離散的、段階的であるため、バラクタダイオードに印加される電圧の変化も段階的になる。そのため、ＶＣＸＯの発振周波数変化も段階的になり、温度補償時には微小ではあっても急峻な発振周波数変化が引き起こされることになる。そして、ＶＣＸＯの急峻な発振周波数変化は、それを基準周波数としている局部発振器においても急峻な周波数変化を引き起こし、これによって通信装置の位相変調あるいは復調に誤差が発生することがある。
【０００４】
これに対する対策としては、ＶＣＸＯの温度補償を行うときに急峻な周波数変化をしないようにすればよいということで、たとえば特許文献１や特許文献２などに対策案が開示されている。
【０００５】
特許文献１の発明においては、温度補償のための一定間隔での周囲温度の検出に加えて、その間における温度変化を短い時間間隔で電気的に記憶しておき、その記憶した情報を適当な重み付けをして温度補償の信号に加算することによって、バラクタダイオードに印加される電圧が段階的でなくなるようにしている。すなわち、温度補償電圧の不連続部を周囲温度の傾きに比例した電圧変化で補間するというものである。
【０００６】
一方、特許文献２の発明においては、温度補償のための電圧を遅延回路を介してバラクタダイオードに印加することによって、電圧の変化をなだらかで連続的なものにするという構成が開示されている。なお、遅延回路に代えて積分回路や平滑回路、ＬＰＦなどを利用するという従来例も、列記は割愛するが多数開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−２０２５６８号公報
【特許文献２】
特開平６−２９７４２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般的な間接温度補償型ＴＣＸＯにおいては、周囲温度の傾きと、その際の温度補償電圧の傾きは必ずしも一致しない。たとえば０℃から１℃に変化するときの周囲温度の傾きと３０℃から３１℃に変化するときの周囲温度の傾きは同じであるが、そのときにバラクタダイオードに印加すべき温度補償電圧の傾きは同じではない。そのため、特許文献１の発明においては、ＶＣＸＯに印加する温度補償電圧の変化を必ずしも連続的なものにできない可能性がある。
【０００９】
一方、特許文献２の発明の場合は、周囲温度の変化が急な場合には、たとえ遅延回路を用いてもＶＣＸＯに印加する温度補償電圧の傾きは急なものになるため、通信装置の位相変調に誤差が生じる可能性が残る。遅延回路の時定数を大きくすれば傾きを緩やかなものにすることができるが、逆に温度変化が少ないときには温度補償に長い時間がかかるという問題がある。また、時定数を大きくするためには時定数回路のコンデンサの容量を大きくする必要があるが、これは遅延回路の大型化や高価格化につながるという問題もある。
【００１０】
本発明は上記の問題点を解決することを目的とするもので、発振周波数の急峻な変化が起きないデジタル制御温度補償型の基準発振器およびそれを用いた電子装置を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の基準発振器は、測定温度に対応したデジタル温度補償データを出力する記憶装置と、該記憶装置から出力されたデジタル温度補償データをアナログ電圧に変換するＤ／Ａ変換器と、該Ｄ／Ａ変換器から出力されるアナログ電圧に基づいて発振周波数が変化する電圧制御圧電発振器とを有するデジタル制御温度補償圧電発振器と、電圧制御発振器と、前記デジタル制御温度補償圧電発振器の出力信号と前記電圧制御発振器の出力信号の位相を比較する位相比較器と、前記位相比較器の出力と前記電圧制御発振器の制御電圧端子の間に設けられたループフィルタからなる内部ＰＬＬ回路とを備え、前記電圧制御発振器の出力信号を基準信号として出力する基準発振器であって、前記内部ＰＬＬ回路のループフィルタの時定数を、この基準発振器の出力信号を基準信号として利用する外部ＰＬＬ回路のループフィルタの時定数より大きくしたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の基準発振器は、前記電圧制御発振器が前記デジタル制御温度補償圧電発振器と同一の発振周波数で発振することを特徴とする。
【００１３】
そして、本発明の電子装置は、上記の基準発振器を用いたことを特徴とする。
【００１４】
このように構成することにより、本発明の基準発振器においては、温度補償時の発振周波数の急激な変化をなくし、これを用いた通信装置における位相変調誤差の発生を大幅に低減することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の基準発振器の一実施例のブロック図を示す。図１において、基準発振器１は、デジタル制御温度補償水晶発振器（Ｄ−ＴＣＸＯ）７、電圧制御発振器８、ミキサ９、および低域濾波器（ＬＰＦ）１０から構成されている。
【００１６】
ここで、Ｄ−ＴＣＸＯ７は、周囲温度を検出してアナログ電圧として出力する温度センサ２、温度センサ２から出力された電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器３、デジタル温度補償データを記憶しているとともにＡ／Ｄ変換器３から出力される周囲温度に対応するデジタル値に応じたデジタル温度補償データを出力する記憶装置（ＲＯＭ）４、ＲＯＭ４から出力されたデジタルデータをアナログ値に変換して出力するＤ／Ａ変換器５、およびＤ／Ａ変換器５から出力される電圧で周波数制御される電圧制御圧電発振器である電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）６から構成されている。なお、このＤ−ＴＣＸＯ７においては、各構成要素間のデータのやり取りなどを制御するＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）は用いられていない。
【００１７】
一方、ＶＣＯ８はＶＣＸＯ６と同じ発振周波数帯域（例えば１０ＭＨｚ）の電圧制御発振器で、ＶＣＸＯ６と同様の電圧制御水晶発振器を用いている。ＶＣＯ８の出力はミキサ９に入力され、ＶＣＸＯ６の出力もミキサ９に入力され、ミキサ９の出力はＬＰＦ１０を介してＶＣＯ８の制御電圧入力端子に入力されている。
【００１８】
基準発振器１において、ミキサ９は位相比較器の機能を果たし、ＬＰＦ１０はループフィルタの機能を果たす。すなわち、基準発振器１は、ＶＣＯ８、ミキサ９、ＬＰＦ１０から構成される内部ＰＬＬ回路１１において、その基準発振器としてＤ−ＴＣＸＯ７を用いるものとなっている。基準発振器１の出力にはＶＣＯ８の出力が用いられる。ただ、基準発振器１の場合には一般的なＰＬＬ回路とは異なり、ＶＣＯ８の発振周波数はＤ−ＴＣＸＯ７の発振周波数と同じになっている。
【００１９】
基準発振器１は、これとは別に設けられた外部ＰＬＬ回路１５に対して基準信号を提供する。
【００２０】
外部ＰＬＬ回路１５は、例えば電圧制御発振器（ＶＣＯ）１２とＰＬＬ−ＩＣ１３とループフィルタとして機能する低域濾波器（ＬＰＦ）１４で構成される。ＶＣＯ１２の出力はＰＬＬ−ＩＣ１３に入力され、基準発振器１の出力もＰＬＬ−ＩＣ１３に入力され、ＰＬＬ−ＩＣ１３の出力はＬＰＦ１４を介してＶＣＯ１２の制御電圧入力端子に入力されている。ＶＣＯ１２はＶＣＯ８とは異なり、例えば携帯電話機のＲＦ回路の局発信号を出力するためのＶＣＯで、発振周波数は電圧制御発振器８やＤ−ＴＣＸＯ７の発振周波数（例えば１０ＭＨｚ）より大幅に高いもの（例えば８００ＭＨｚ）となっている。ＰＬＬ−ＩＣ１３はプログラマブルな分周器と位相比較器からなり、基準発振器１の出力とＶＣＯ１２の出力の位相比較を行う。外部ＰＬＬ回路１５の出力にはＶＣＯ１２の出力が用いられる。
【００２１】
外部ＰＬＬ回路１５においては、例えば通信のチャンネルを切り換えるために出力信号の周波数を急に切り換える必要があるが、この切換の速度はループフィルタであるＬＰＦ１２の時定数に依存する。ＬＰＦの時定数が大きいと周波数の切り換えに時間がかかるため、周波数の急な切換が必要なシステムにおいてはＬＰＦの時定数を小さくしておく必要がある。
【００２２】
ここで、本発明の基準発振器１の特徴の１つとして、内部ＰＬＬ回路１１のループフィルタであるＬＰＦ１０の時定数が外部ＰＬＬ回路１５のループフィルタであるＬＰＦ１４の時定数より大きく設定されているということがある。
【００２３】
このように構成された基準発振器１において、デジタル制御温度補償水晶発振器７は一般的な構成であるため、Ｄ−ＴＣＸＯ７の出力は温度補償時には急峻な発振周波数変化をする。仮に、この出力が外部ＰＬＬ回路１５にそのまま基準信号として入力されていると、外部ＰＬＬ回路１５においてはＬＰＦ１４の時定数が小さく設定されているために、外部ＰＬＬ回路１５の出力も温度補償時には急峻な発振周波数変化をしてしまう。
【００２４】
しかしながら、基準発振器１においては、Ｄ−ＴＣＸＯ７の出力はＬＰＦ１０を有する内部ＰＬＬ回路１１の基準信号として利用される。ＬＰＦ１０の時定数はＬＰＦ１４の時定数より大きいため、温度補償時の基準発振器１の発振周波数変化は、Ｄ−ＴＣＸＯ７の出力を外部ＰＬＬ回路１５にそのまま基準信号として入力した場合の外部ＰＬＬ回路１５の出力の発振周波数変化より緩やかなものになる。その結果として、基準発振器１の出力を基準信号として入力された外部ＰＬＬ回路１５の出力の発振周波数変化も同様に緩やかなものになる。発振周波数の変化の緩やかさの度合いはＬＰＦ１０の時定数のみで決まるので、システム全体として求められる値になるようにあらかじめ設定しておけばよい。
【００２５】
このように、本発明の基準発振器１においては、温度補償時の発振周波数の急峻な変化が発生しなくなる。しかも、基準発振器側で発振周波数の急激な変化を防止しているため、外部のＰＬＬ回路（図１における外部ＰＬＬ回路１５）においてはこの点に関する対策を全く必要としない。
【００２６】
ところで、通常の基準発振器において注目される性能は、低離調での位相雑音特性である。これは、ＰＬＬ回路（例えば外部ＰＬＬ回路１５）においては、低離調での位相雑音特性が基準信号（基準発振器１の出力信号）の位相雑音特性に依存し、高離調での位相雑音特性が電圧制御発振器（ＶＣＯ１２）の出力信号の位相雑音特性に依存するからである。この関係を基準発振器１の中に対応させると、基準発振器１の出力信号の低離調での位相雑音特性はＤ−ＴＣＸＯ７の位相雑音特性に依存し、高離調での位相雑音特性がＶＣＯ８の出力信号の位相雑音特性に依存する。これは、ＶＣＯ８の出力信号の低離調での位相雑音特性は基準発振器１の出力の低離調での位相雑音特性に影響しないということを意味する。そのため、ＶＣＯ８としては必ずしも水晶発振器である必要はなく、水晶振動子と比較してＱの低い圧電共振子、あるいはコイルや伝送線路とコンデンサを組み合わせた共振回路を用いたものであっても構わない。したがって、ＶＣＯ８はＶＣＸＯ６に比べて安価に構成することができる。
【００２７】
ここで、図２に、ミキサ９とＬＰＦ１０の具体的な構成を示す。ミキサ９はトリファイラ巻のＲＦトランスから出力される１８０°位相の異なる信号を２つのダイオードで合成するシングルバランスドミキサ（ＳＢＭ）である。また、ＬＰＦ１０は１つの抵抗と２つのコンデンサからなるπ型の低域濾波器である。このように、基準発振器１においては、ＶＣＯ８とＶＣＸＯ６を同じ発振周波数にしているため、ミキサ９とＬＰＦ１０についても分周器などを含まない非常に簡単な回路構成で実現することができる。
【００２８】
図３に、本発明の基準発振器の別の実施例のブロック図を示す。図３において、図１と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【００２９】
図３に示した基準発振器２０において、図１の基準発振器１との違いは、Ｄ−ＴＣＸＯ７に代えてデジタル制御温度補償水晶発振器（Ｄ−ＴＣＸＯ）２１を用いた点だけである。Ｄ−ＴＣＸＯ２１においては、Ａ／Ｄ変換器３とＤ／Ａ変換器５の間にＭＰＵ２２を設け、ＲＯＭ４はＭＰＵ２２に接続されている。
【００３０】
このように構成されたＤ−ＴＣＸＯ２１においては、ＭＰＵ２２がＡ／Ｄ変換器３から温度情報を入手し、次にそれに対応した温度補償データをＲＯＭ４から取り込み、その温度補償データをＤ／Ａ変換器５を介してＶＣＸＯ６に印加している。この場合、Ｄ−ＴＣＸＯ７に比べてデータの加工が可能になるため、回路の自由度が向上する。また、例えば携帯電話機の場合には、元々別の目的でＭＰＵやＲＯＭを備えていることが多く、中にはＭＰＵの中にＡ／Ｄ変換器とＲＯＭとＤ／Ａ変換器を含むものもあるため、その一部を利用することによって部品点数の低減を図ることもできる。
【００３１】
なお、上記の各実施例においては、デジタル制御温度補償圧電発振器として共振素子として水晶振動子を用いたデジタル制御温度補償水晶発振器を用いているが、用いる共振素子としては水晶振動子以外の圧電振動子であっても構わないものである。
【００３２】
また、上記の各実施例においては、電圧制御発振器とデジタル制御温度補償圧電発振器の発振周波数が同一であるとした。しかしながら、必要とされる基準信号の周波数やデジタル制御温度補償圧電発振器に用いる共振子の共振周波数によっては、価格などを含めた様々な要因によって同一にできないこともある。そのような場合には、例えば簡単な分周器が必要になるが、両者の発振周波数は必ずしも同一でなくても構わないものである。
【００３３】
図４に、本発明の電子装置の一実施例の斜視図を示す。図６において、電子装置の１つである携帯電話機３０は、筐体３１と、その中に配置されたプリント基板３２と、プリント基板３２上に実装された本発明の基準発振器１を備えている。
【００３４】
このように構成された携帯電話機３０においては、本発明の基準発振器１を用いているため、温度補償時の位相変調誤差の発生を低減することができる。
【００３５】
なお、図４においては電子装置として携帯電話機を示したが、電子装置としては携帯電話機に限るものではなく、本発明の基準発振器を用いたものであれば何でも構わないものである。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の基準発振器によれば、デジタル制御温度補償圧電発振器と、電圧制御発振器と、デジタル制御温度補償圧電発振器の出力信号と電圧制御発振器の出力信号の位相を比較する位相比較器と、位相比較器の出力と電圧制御発振器の制御電圧端子の間に設けられたループフィルタからなる内部ＰＬＬ回路とを備え、電圧制御発振器の出力信号を基準信号として出力する基準発振器において、内部ＰＬＬ回路のループフィルタの時定数を、この基準発振器の出力信号を基準信号として利用する外部ＰＬＬ回路のループフィルタの時定数より大きくすることによって、温度補償時の発振周波数の急峻な変化が起きないようにできる。
【００３７】
また、本発明の電子装置によれば、本発明の基準発振器を用いることによって、位相変調誤差の発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基準発振器の一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１の基準発振器におけるミキサとＬＰＦの具体的な構成を示す回路図である。
【図３】本発明の基準発振器の別の実施例を示すブロック図である。
【図４】本発明の電子装置の一実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、２０…基準発振器
２…温度センサ
３…Ａ／Ｄ変換器
４…記憶装置
５…Ｄ／Ａ変換器
６…電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）
７、２１…デジタル制御温度補償水晶発振器（Ｄ−ＴＣＸＯ）
８…電圧制御発振器（ＶＣＯ）
９…ミキサ（位相比較器）
１０…低域濾波器（ループフィルタ）
１１…内部ＰＬＬ回路
１２…電圧制御発振器（ＶＣＯ）
１３…ＰＬＬ−ＩＣ
１４…低域濾波器（ループフィルタ）
１５…外部ＰＬＬ回路
２２…ＭＰＵ
３０…携帯電話機
【図１】
2004135002.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004135002.tif 000006