(57)【要約】【課題】安易な方法で、しかも広い温度範囲に渡って優れた温度補償効果があり、且つ低電圧動作に適して容易にＩＣ化が可能な温度補償型圧電発振器を提供する。【解決手段】本発明の等価回路は、並列接続された固定抵抗器Ｒ１、サーミスタＴＨ１とそれと直列接続された可変容量ダイオードＤ１と、サーミスタＴＨ２、固定抵抗器Ｒ２、コンデンサＣ３の直列回路と、可変容量ダイオードＤ２を並列接続して回路１を構成し、この回路１の一端と水晶振動子Ｘとが直列接続され、その他端が可変容量ダイオードＤ３とコンデンサＣ４の並列回路と接続され、さらにコンデンサＣ５により接地される。【選択図】　　　図４
2004104609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数で励振される圧電素子を備えた圧電振動子と、該圧電素子に電流を流して継続的に前記圧電素子を励振させる発振用増幅器と、温度変化による発振周波数の変化を補償する周波数温度補償回路と、を備えた圧電発振器であって、
前記周波数温度補償回路は、周囲温度によりパラメータが変化する温度検出手段と、該温度検出手段により変化したパラメータに基づいて電圧を発生する電圧発生手段と、該電圧発生手段の出力電圧に基づいて容量が変化する複数の可変容量ダイオードと、を備え、
前記可変容量ダイオードは、前記圧電素子の温度特性の常温を中心として低温側の温度特性を補償する低温部補償用可変容量ダイオードと、高温側の温度特性を補償する高温部補償用可変容量ダイオードとを備え、前記低温部補償用可変容量ダイオードは前記常温近傍及びそれ以下の温度において、前記圧電発振器の負荷容量が減少するように前記電圧発生手段により制御されると共に、前記高温部補償用可変容量ダイオードは前記常温近傍及びそれ以上の温度において、前記圧電発振器の負荷容量が増加するように前記電圧発生手段により制御されることを特徴とする温度補償型圧電発振器。
【請求項２】
前記周波数温度補償回路は、サーミスタと固定抵抗器の並列回路と可変容量ダイオードが直列接続された第１の回路と、サーミスタ、固定抵抗器、及び容量が直列接続された第２の回路と、前記第１の回路、第２の回路及び可変容量ダイオードとを互いに並列接続して前記圧電発振器の負荷容量設定回路内に周波数温度補償回路を形成し、前記電圧発生手段の出力電圧が固定抵抗器を介して前記複数の可変容量ダイオードのカソードに印加されることにより、前記周波数温度補償回路の容量を変化させて周囲温度に応じた周波数温度補償を行う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３】
前記周波数温度補償回路は、サーミスタと可変容量ダイオードが直列接続された第３の回路と、サーミスタと容量が直列接続された第４の回路と、前記第３の回路、第４の回路及び可変容量ダイオードとを互いに並列接続して前記圧電発振器の負荷容量設定回路内に周波数温度補償回路を形成し、前記電圧発生手段の出力電圧が固定抵抗器を介して前記複数の可変容量ダイオードのカソードに印加されることにより、前記周波数温度補償回路の容量を変化させて周囲温度に応じた周波数温度補償を行う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】
前記周波数温度補償回路は、サーミスタと固定抵抗器の並列回路と可変容量ダイオードが直列接続された第１の回路と、サーミスタ、固定抵抗器、及び容量が直列接続された第２の回路と、前記第１の回路、第２の回路及び可変容量ダイオードとを互いに並列接続して前記圧電発振器の負荷容量設定回路内に周波数温度補償回路を形成し、前記電圧発生手段の出力電圧が固定抵抗器を介して前記複数の可変容量ダイオードのカソードに印加されることにより、前記周波数温度補償回路の容量を変化させて周囲温度に応じた周波数温度補償を行うと共に、周波数調整回路内の可変容量ダイオードを削除して固定容量のみにて構成し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】
前記第２及び第４の回路は、容量を直列に接続することにより、前記サーミスタに流れる直流電流を遮断して前記サーミスタの加熱を抑圧すると共に、前記複数の可変容量ダイオードに印加される電圧を安定化することを特徴とする請求項２、３、又は４に記載の温度補償型圧電発振器。
【請求項６】
前記電圧発生手段は、前記温度検出手段のパラメータの変化に対して直線的に出力電圧を変化させることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の温度補償型圧電発振器。
【請求項７】
前記可変容量ダイオードに代えて、印加電圧により容量が可変する半導体デバイスを用いたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の温度補償型圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶振動子等の圧電振動子を使用した圧電発振器に関し、特に簡単な回路構成によって周波数の温度補償が可能な温度補償発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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、低価格化等の要求が厳しく、更には、通信方式のデジタル化が進むにつれて、従来問題とならなかった雑音比特性（Ｃ／Ｎ特性）の向上が望まれている。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が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、これ等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）の発振ループの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３つの補償方法がある。
第１の補償方法は、図１４に示すように、直接温度補償方式と称される方法であって、図のようにサーミスタとコンデンサから構成される補償回路を、水晶振動子Ｘと直列に接続することにより構成したものである。一般的に、補償回路は温度センサ（サーミスタ等）とコンデンサとを並列に接続したものを基本構成とする高温部補償回路と低温部補償回路を直列に接続したものであり、構成が単純で、小型化が容易であることから、携帯電話等の分野で広く用いられている。第２は図１５に示すように、間接温度補償方式と称される方法であって、図のように可変容量ダイオードＤを水晶振動子Ｘと直列に接続すると共に、補償回路を高周波阻止抵抗Ｒを介して可変容量ダイオードＤの両端に接続したものである。この方法はサーミスタと抵抗とで構成される補償回路において発生する直流電圧を、前記高周波阻止抵抗Ｒを介して前記可変容量ダイオードＤに加え、その回路の周波数変化量が水晶振動子Ｘの温度特性と逆特性になるようにすることにより、水晶発振器の温度特性を補償するものである。第３はデジタル型補償と称されている方法であって、図示を省略するが、第２の補償方法で示した補償回路を温度センサ、半導体メモリ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ等を用いてデジタル的に処理する補償方式である。これらＴＣＸＯにより、携帯電話等の通信端末機用の基準周波数源に要求されている周波数安定度（例えば温度範囲−２５〜７５℃で±２〜２．５ｐｐｍ）が実現されている。また一方、ＡＦＣ（自動周波数制御）や変調機能を持たせるために、可変容量素子を発振ループ中に備えたものも多用されており、上述した間接型ＴＣＸＯやデジタル型ＴＣＸＯにおいては、この可変容量素子を温度補償に流用するものも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の温度補償発振器は何れも以下の欠点を有していた。即ち、サーミスタと容量素子との並列回路により温度補償を行う直接温度補償方式では、回路が簡単であるという特徴はあるが、サーミスタの抵抗値が発振ループに挿入されることになるので、本来水晶振動子が有する高いＱがそのまま維持されず、雑音抑圧の能力が低下することになる。また、温度によってサーミスタの抵抗値が変化するため発振出力レベルが大幅に変動する問題がある。従来このレベル変動を防止するために、発振用増幅器のトランジスタのコレクタに抵抗素子を挿入するように変形したコレクタ接地回路とすることによって、発振振幅値を飽和させ、これにより、出力レベルの変動を抑圧していた。しかし、このような回路方式では、コレクタ抵抗の存在によって実際にトランジスタに供給される電源電圧が減少することから低電圧化に限界があり、また、消費電流の増加にも繋がるものであった。いずれにしても、直接温度補償方式によるサーミスタ、抵抗、或いはコンデンサだけでは温度補償領域に限界がある。
また、間接温度補償方式では、回路構成が複雑であることから低価格化に限界があり、直接温度補償方式の出現と共に、一部の分野にしか使用されなくなった。しかも、高感度の可変容量を必要とすることから、必然的に雑音混入が避けられず、現在の低雑音化の要求を到底満足し得るものではない。即ち、ＡＴカット水晶振動子等の３次曲線の周波数変化を相殺するために、同様の曲線関数電圧信号を発生して、発振ループ中に挿入した高感度の可変容量ダイオード等に印加するように構成するが、この制御電圧信号に種々雑音が重畳すると、そのまま発振信号に混入し、Ｃ／Ｎの著しい低下に繋がる虞があった。
本発明は、かかる課題に鑑み、安易な方法で、しかも広い温度範囲に渡って優れた温度補償効果があり、且つ低電圧動作に適して容易にＩＣ化が可能な温度補償型圧電発振器を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、所定の周波数で励振される圧電素子を備えた圧電振動子と、該圧電素子に電流を流して継続的に前記圧電素子を励振させる発振用増幅器と、温度変化による発振周波数の変化を補償する周波数温度補償回路と、を備えた圧電発振器であって、前記周波数温度補償回路は、周囲温度によりパラメータが変化する温度検出手段と、該温度検出手段により変化したパラメータに基づいて電圧を発生する電圧発生手段と、該電圧発生手段の出力電圧に基づいて容量が変化する複数の可変容量ダイオードと、を備え、前記可変容量ダイオードは、前記圧電素子の温度特性の常温を中心として低温側の温度特性を補償する低温部補償用可変容量ダイオードと、高温側の温度特性を補償する高温部補償用可変容量ダイオードとを備え、前記低温部補償用可変容量ダイオードは前記常温近傍及びそれ以下の温度において、前記圧電発振器の負荷容量が減少するように前記電圧発生手段により制御されると共に、前記高温部補償用可変容量ダイオードは前記常温近傍及びそれ以上の温度において、前記圧電発振器の負荷容量が増加するように前記電圧発生手段により制御されることを特徴とする。
可変容量ダイオードの特性は、印加電圧の上昇と共に容量値が減少する特性を持っている。また、温度センサは逆に温度の上昇と共に出力電圧が低下する特性を持っている。従って、両者を組合わせて温度変化により印加電圧を変化させ、可変容量ダイオードの容量値をダイナミックに変化させれば、温度と周波数変化率との間で３次曲線の特性を持つＡＴカット型の水晶振動子の温度特性を、従来のサーミスタ、固定抵抗器、コンデンサで構成していた温度補償回路の中で、コンデンサを温度により適度に容量可変することにより、より細かく３次曲線に近い補償が可能となる。
かかる発明によれば、可変容量ダイオードを周波数温度補償回路に組み込むことにより、温度変化を電圧変化として可変容量ダイオードに印加するので、ＡＴカット水晶の３次関数近似曲線により近い近似を実現することができる。
なお、本明細書において、圧電素子とは、圧電基板の主面に励振電極、リード端子を形成した素子を指称し、圧電振動子とは、この圧電素子自体、或いは圧電素子を気密封止した電子部品を指称する。
【０００５】
請求項２は、前記周波数温度補償回路は、サーミスタと固定抵抗器の並列回路と可変容量ダイオードが直列接続された第１の回路と、サーミスタ、固定抵抗器、及び容量が直列接続された第２の回路と、前記第１の回路、第２の回路及び可変容量ダイオードとを互いに並列接続して前記発振器の負荷容量設定回路内に周波数温度補償回路を形成し、前記電圧発生手段の出力電圧が固定抵抗器を介して前記複数の可変容量ダイオードのカソードに印加されることにより、前記周波数温度補償回路の容量を変化させて周囲温度に応じた周波数温度補償を行うことを特徴とする。
従来の温度補償回路は、サーミスタと固定抵抗器を並列接続した回路とコンデンサを直列に接続して低温制御を行い。サーミスタと固定抵抗器を直列接続して高温制御を行い、各回路と更にもう一つのコンデンサを並列接続して温度補償回路を構成していた。この場合は、サーミスタのみが温度により可変となり温度補償回路の特性を決定していたので、その補償範囲には限界があった。そこで、本発明ではコンデンサも温度により変化させて補償範囲を広げようとするものである。
かかる発明によれば、温度補償回路内のコンデンサを可変容量ダイオードに置き換えて温度により容量を可変とするので、従来の既存回路による温度補償回路の補償範囲を更に広げることができる。
請求項３は、前記周波数温度補償回路は、サーミスタと可変容量ダイオードが直列接続された第３の回路と、サーミスタと容量が直列接続された第４の回路と、前記第３の回路、第４の回路及び可変容量ダイオードとを互いに並列接続して前記発振器の負荷容量設定回路内に周波数温度補償回路を形成し、前記電圧発生手段の出力電圧が固定抵抗器を介して前記複数の可変容量ダイオードのカソードに印加されることにより、前記周波数温度補償回路の容量を変化させて周囲温度に応じた周波数温度補償を行うことを特徴とする。
請求項２では固定抵抗器とサーミスタが並列接続されているので、低温動作でサーミスタの抵抗が増加しても固定抵抗器により抑圧されたが、固定抵抗器を削除してサーミスタだけにするので、抵抗が抑圧されることなく温度により特性が変化する。また、請求項２では固定抵抗器とサーミスタは直列接続されており、高温動作でサーミスタの抵抗が減少しても固定抵抗器により抑圧されるが、固定抵抗器を削除するので、抑圧されることなく温度により特性が変化する温度補償回路となる。しかし、サーミスタの特性を適度に選択すれば、ある温度範囲では支障なく使用することができる。
かかる発明によれば、並列回路と直列回路の固定抵抗器を削除するので、部品代が削減でき、コストの安価な温度補償回路を実現することができる。
【０００６】
請求項４は、前記周波数温度補償回路は、サーミスタと固定抵抗器の並列回路と可変容量ダイオードが直列接続された第１の回路と、サーミスタ、固定抵抗器、及び容量が直列接続された第２の回路と、前記第１の回路、第２の回路及び可変容量ダイオードとを互いに並列接続して前記発振器の負荷容量設定回路内に周波数温度補償回路を形成し、前記電圧発生手段の出力電圧が固定抵抗器を介して前記複数の可変容量ダイオードのカソードに印加されることにより、前記周波数温度補償回路の容量を変化させて周囲温度に応じた周波数温度補償を行うと共に、周波数調整回路内の可変容量ダイオードを削除して固定容量のみにて構成したことを特徴とする。
周波数調整回路内の可変容量ダイオードは、温度補償の点では他の可変容量ダイオードに比べて寄与率は低い。そこで、この可変容量ダイオードを削除して、固定容量のコンデンサのみにして、回路構成を簡略化するものである。
かかる発明によれば、温度補償の寄与率の低い可変容量ダイオードを削除するので、温度補償の特性をあまり変えることなく、コストの安価な温度補償回路を実現することができる。
請求項５は、前記第２及び第４の回路は、容量を直列に接続することにより、前記サーミスタに流れる直流電流を遮断して前記サーミスタの加熱を抑圧すると共に、前記複数の可変容量ダイオードに印加される電圧を安定化することを特徴とする。
サーミスタに直流電流が流れると、サーミスタの抵抗成分により熱を発生し、その自己発生熱のために周囲温度変化を検出することができなくなってしまう。そこで、回路内に直列にコンデンサを挿入して、直流分をカットして高周波に対しては低いインピーダンスにより動作する回路構成とする。
かかる発明によれば、サーミスタ回路に直列にコンデンサを挿入することにより、直流をカットするので、サーミスタの加熱を防いで正確に周囲温度を検出することができる。
【０００７】
請求項６は、前記電圧発生手段は、前記温度検出手段のパラメータの変化に対して直線的に出力電圧を変化させることを特徴とする。
温度センサは周囲温度により直線的に電圧が変化する。しかし、その電圧は微弱なため、リニヤな特性を持つ増幅器により増幅して可変容量ダイオードに印加する。この時温度変化に対する電圧の変化を３次元関数の波形にする場合は、その波形を生成するのが難しく、回路構成が複雑となっていた。
かかる発明によれば、温度変化に対して直線的に出力電圧を変化させるので、回路構成が単純で、しかも安価なコストで実現することができる。
請求項７は、前記可変容量ダイオードに代わり、印加電圧により容量が可変する半導体デバイスを用いたことを特徴とする。
容量が外部の印加電圧により変化すれば、可変容量ダイオードに限定されずに使用することができる。例えば、接合型ＦＥＴのゲート・ソース又はゲート・ドレイン容量、ＭＯＳ型ＦＥＴのゲート・ソース又はゲート・ドレイン容量、バイポーラトランジスタのベース・エミッタ容量、又はベース・コレクタ容量を用いても本発明の発振器を構成することができる。
かかる発明によれば、可変容量ダイオードに限定されずに、印加電圧により容量が可変する半導体デバイスを用いることもできるので、回路構成に幅が拡がり、それに伴って回路特性のバリエーションが広くなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
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。
本発明の最も大きな特徴は、従来の直接型温度補償方式による温度補償の限界を、可変容量ダイオードの容量を温度に応じて可変とすることにより、図１３のＡＴカット水晶の３次関数近似曲線により近い近似を可能としたものである。つまり、常温（基準温度：例えば２５℃）近傍では周波数の偏移が小さく、常温以上の高温では周波数が曲線的に上昇し、常温以下の低温では逆に周波数が曲線的に低下するような温度周波数特性をもったＡＴカット水晶発振器の温度補償を行うことを考える。このような周波数特性の発振器を温度補償するには、周知の如く、温度に伴う発振器の周波数変化を相殺するように発振回路の負荷容量を変化させればよい。
図１は、可変容量ダイオードの容量値と印加電圧の関係を表す特性図である。横軸に印加電圧、縦軸に可変容量ダイオードの容量値とすると、印加電圧Ｖと容量値Ｃとの間には、Ｃ∝（Ｖ０−Ｖｒ）−１／２（階段接合の可変容量ダイオードの場合で、Ｖ０は接触電位差、Ｖｒは逆方向電圧を表す）の関係が有り、例えば、温度２５℃（以下、常温と記す）のときの印加電圧をＶ０とすると容量Ｃは、図のように電圧と共に容量値が減少する。
【０００９】
また、図２は、温度センサの出力特性の一例を示す図であり、これは例えば半導体のＰ−Ｎ接合部分、或いはダイオードの温度・電圧特性を利用すれば容易に実現できる。横軸に温度、縦軸に温度センサの出力電圧をとると、温度の上昇に反比例して出力電圧が低下するのがわかる。ここで、常温の時の出力電圧をＶ０、−４５℃のときをＶＨ、８０℃のときをＶＬとし、この結果を可変容量ダイオードの印加電圧とすると、図１の常温時の印加電圧Ｖ０を中心に、温度上昇により周波数が上昇するのを補償するために、印加電圧を下げて容量値を増加させ周波数を下げる。また、温度下降により周波数が低下するのを補償するために、印加電圧を上げて容量値を減少させ周波数を上げる。これにより、図１３に示したように３次曲線を呈するＡＴカット水晶振動子の温度補償が行えることが理解できる。
図１２は、従来の直接型温度補償方式による温度補償回路例であり、本発明の動作をよりよく理解するために、この図との比較で説明する。温度補償方式の基本は、図１２の温度補償に深く関係するコンデンサＣ１３、Ｃ１４、Ｃ１５を後述する図３の可変容量ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３に置き換え、その可変容量ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３に外部温度変化に対し可変容量ダイオードの容量を変化させる電圧を増幅器２で発生させて印加し、図１３の水晶振動子Ｘの温度特性曲線（３次関数近似曲線）をより精度良く補償するものである。
【００１０】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る温度補償型圧電発振器の回路図である。この温度補償型圧電発振器は、低電圧発振回路ＩＣ５１に発振用トランジスタＱ１のベース・接地間に負荷容量の一部となるコンデンサＣ１とコンデンサＣ２との直列回路を挿入接続し、この直列回路の接続中点Ａと発振用トランジスタＱ１のエミッタとを接続すると共に、発振用トランジスタＱ１のベースに水晶振動子Ｘを挿入接続し、この水晶振動子Ｘの他端Ｂ点にサーミスタＴＨ１と固定抵抗器Ｒ１の並列回路と、可変容量ダイオードＤ２のカソード側とサーミスタＴＨ２が接続され、サーミスタＴＨ１と固定抵抗器Ｒ１の並列回路の他端と固定抵抗器Ｒ４、可変容量ダイオードＤ１のカソード側がＤ点で接続され、この固定抵抗器Ｒ４の他端は増幅器２の出力端子と接続される。また、可変容量ダイオードＤ１のアノード側はＣ点で固定抵抗器Ｒ６、可変容量ダイオードＤ２、Ｄ３のアノード、コンデンサＣ４、及びコンデンサＣ３に接続される。固定抵抗器Ｒ６の他端は接地され、コンデンサＣ３の他端は固定抵抗器Ｒ２、サーミスタＴＨ２と直列接続されＢ点に接続される。また、増幅器２の出力端子には固定抵抗器Ｒ５が更に接続され、その他端はＥ点で可変容量ダイオードＤ３のカソード、コンデンサＣ４、Ｃ５、可変容量ダイオードＤ４のカソード、及び固定抵抗器Ｒ３に接続され、コンデンサＣ５、可変容量ダイオードＤ４の他端は接地され、固定抵抗器Ｒ３の他端はＶｃｏｎｔに接続されている。また、増幅器２の入力端子には温度センサ３が接続され、電源はレギュレータ１により変換されて供給される。ここで、前記レギュレータ１、増幅器２、温度センサ３、可変容量ダイオード等を温度補償回路ＩＣ５０として集積化している。
尚、本実施形態では発振回路に低電圧発振回路を使用しているが、回路構成は他の構成でも構わない。また、温度補償回路をディスクリート部品で構成しても構わない。また、図３の回路中のコンデンサＣ３は、増幅器２の直流をカットしてサーミスタＴＨ２の加熱を抑えると共に、可変容量ダイオードＤ１、Ｄ２の印加電圧を安定化するためのパスコンデンサである。また、固定抵抗器Ｒ１とサーミスタＴＨ１は並列接続されており、低温動作でサーミスタＴＨ１の抵抗が増加しても固定抵抗器Ｒ１により抑圧される。すなわち、低温側制御が主となる。また、固定抵抗器Ｒ２とサーミスタＴＨ２は直列接続されており、高温動作でサーミスタＴＨ２の抵抗が減少しても固定抵抗器Ｒ２により抑圧される。すなわち、高温側制御が主となる。
【００１１】
図４は、図３の回路をより理解し易くするための等価回路であり、以下、この等価回路について解析する。尚、この等価回路では可変容量ダイオードに印加する電圧系統は省略している。また、同じ構成要素には同じ参照番号が付されているので、重複する説明は省略する。
先ず、回路１のインピーダンス１／Ｚ１を求める。
１／Ｚ１＝１／（ｒ１＋１／ｊωＤ１）＋１／（ｒ２＋１／ｊωＣ３）＋ｊωＤ２・・・・・・（１）
ここで、ｒ１＝Ｒ１×ＴＨ１／（Ｒ１＋ＴＨ１）、ｒ２＝Ｒ２＋ＴＨ２とすると、（１）式は、
１／Ｚ１＝ｐ２／ｒ１（１＋ｐ２）＋ｑ２／ｒ２（１＋ｑ２）＋ｊω｛Ｄ１／（１＋ｐ２）＋Ｃ３／（１＋ｑ２）＋Ｄ２｝・・・・・（２）
何とならば、ｐ＝ωＤ１ｒ１、ｑ＝ωＣ３ｒ２とおけるからである。
このとき、Ａ＝ｐ２／ｒ１（１＋ｐ２）＋ｑ２／ｒ２（１＋ｑ２）、
Ｂ＝｛Ｄ１／（１＋ｐ２）＋Ｃ３／（１＋ｑ２）＋Ｄ２｝と置き換えれば、
（２）式は、１／Ｚ１＝Ａ＋ｊωＢと表せ、その結果、
Ｚ１＝Ａ／（Ａ２＋ω２Ｂ２）＋ω２Ｂ／ｊω（Ａ２＋ω２Ｂ２）・・（３）
となる。
次に、回路１の抵抗部Ｒｚと容量部Ｃａｚを求める。前記（３）式より、
Ｒｚ＝Ａ／（Ａ２＋ω２Ｂ２）、Ｃａｚ＝（Ａ２／ω２Ｂ）＋Ｂ・・（４）
次に、Ｘｔａｌの両端からの負荷容量Ｃｚを求める。
Ｃｚ＝１／｛（１／Ｃａｚ）＋（１／Ｄ３＋Ｃ４）＋（１／Ｃ５）｝・・（５）
また、可変容量ダイオードの２５℃の容量をＤ０１、Ｄ０２、Ｄ０３として、１℃当たりの容量変化量をＫ（ｐｐｍ／℃）として、各可変容量ダイオードの変化率を下記のように示す。
Ｄ１＝Ｄ０１｛１＋Ｋ（ｔ−２５）／１０６｝・・・（６）
Ｄ２＝Ｄ０２｛１＋Ｋ（ｔ−２５）／１０６｝・・・（７）
Ｄ３＝Ｄ０３｛１＋Ｋ（ｔ−２５）／１０６｝・・・（８）
図５は図４の等価回路で実施した場合の、常温時における実施等価回路である。この回路では、ｒ１＝（Ｒ１×ＴＨ１）／（Ｒ１＋ＴＨ１）、ｒ２＝Ｒ２＋ＴＨ２、Ｒ１＝２．２ＫΩ、（ＴＨ１：Ｂ１＝２７５０、Ｒ２５＝１００Ω）、Ｒ２＝９１Ω、（ＴＨ２：Ｂ２＝４５００、Ｒ２５＝３ＫΩ）、Ｄ０１＝２４ｐＦ、Ｄ０２＝１６ｐＦ、Ｄ０３＝３６ｐＦ、Ｃ３＝１０００ｐＦ、Ｃ４＝３３ｐＦ、Ｃ５＝１２．４０７ｐＦ、Ｆｒｅｑ＝１５．６ＭＨｚとなる。
【００１２】
図６は、図３の第１の実施形態に係る温度補償型圧電発振器の可変容量ダイオードの温度変化率をパラメータにとった場合の、温度に対してどのように負荷容量が変化するかをシミュレーションして、その結果をまとめてグラフ化した図である。シミュレーションの条件は、前記図８の実施等価回路の条件と同じである。縦軸は負荷容量変化率（ｄＣｚ／Ｃｚ）（％）、横軸は周囲温度（℃）を表す。この図は常温（２５℃）を負荷容量変化率０として正規化して表している。また、パラメータとして可変容量ダイオードの温度変化率Ｋ（ｐｐｍ／℃）を、０、１０００、２０００、３０００、４０００、５０００に変化させ、その結果をまとめてグラフ化している。この図から明らかなように、温度変化率Ｋ（ｐｐｍ／℃）が大きいものほど負荷容量の変化率が小さくなっている（特性図２０）。逆に温度変化率Ｋが小さいものほど、負荷容量の変化率がマイナス側に寄った特性を持ち、温度変化率Ｋが１０００、２０００（特性図２３、２４）位が最も補正に向いた特性になっている。従って、水晶がもつカットアングル毎の温度特性に最適な特性カーブをこのシミュレーションにより見つけることができる。
【００１３】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る温度補償型圧電発振器の回路図である。図７が図３と異なる点は、固定抵抗器Ｒ１、Ｒ２を省略した点である。同じ構成要素には同じ参照番号が付されているので、重複する説明は省略する。この回路は、図３では固定抵抗器Ｒ１とサーミスタＴＨ１が並列接続されているので、低温動作でサーミスタＴＨ１の抵抗が増加しても固定抵抗器Ｒ１により抑圧されたが、抑圧されることなく温度により特性が変化する。また、図３では固定抵抗器Ｒ２とサーミスタＴＨ２は直列接続されており、高温動作でサーミスタＴＨ２の抵抗が減少しても固定抵抗器Ｒ２により抑圧されるが、抑圧されることなく温度により特性が変化する。
図８は、図７の回路をより理解し易くするための等価回路であり、その解析結果は前記と同様であるので省略する。
図９は、図７の第２の実施形態に係る温度補償型圧電発振器の可変容量ダイオードの温度変化率をパラメータにとった場合の、温度に対してどのように負荷容量が変化するかをシミュレーションして、その結果をまとめてグラフ化した図である。シミュレーションの条件は、Ｒ１＝∞、（ＴＨ１：Ｂ１＝２７５０、Ｒ２５＝１００Ω）、Ｒ２＝０Ω、（ＴＨ２：Ｂ２＝４５００、Ｒ２５＝３ＫΩ）、Ｄ０１＝２４ｐＦ、Ｄ０２＝１６ｐＦ、Ｄ０３＝３６ｐＦ、Ｃ３＝１０００ｐＦ、Ｃ４＝６４ｐＦ、Ｃ５＝６０ｐＦ、Ｆｒｅｑ＝１５．６ＭＨｚとする。縦軸は負荷容量変化率（ｄＣｚ／Ｃｚ）（％）、横軸は周囲温度（℃）を表す。この図は常温（２５℃）を負荷容量変化率０として正規化して表している。また、パラメータとして可変容量ダイオードの温度変化率Ｋ（ｐｐｍ／℃）を、０、１０００、２０００、３０００、４０００、５０００に変化させ、その結果をまとめてグラフ化している。この図から明らかなように、温度変化率Ｋ（ｐｐｍ／℃）が大きいものほど負荷容量の変化率が小さくなっている（特性図３０）。逆に温度変化率Ｋが小さいものほど負荷容量の変化率が大きくなっている（特性図３５）。
【００１４】
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る温度補償型圧電発振器の回路図である。図１０が図３と異なる点は、可変容量ダイオードＤ３を省略した点である。同じ構成要素には同じ参照番号が付されているので、重複する説明は省略する。図１１は、図１０の第３の実施形態に係る温度補償型圧電発振器の可変容量ダイオードの温度変化率をパラメータにとった場合の、温度に対してどのように負荷容量が変化するかをシミュレーションして、その結果をまとめてグラフ化した図である。シミュレーションの条件は、Ｒ１＝２．２ＫΩ、（ＴＨ１：Ｂ１＝２７５０、Ｒ２５＝１００Ω）、Ｒ２＝１８０Ω、（ＴＨ２：Ｂ２＝４５００、Ｒ２５＝３ＫΩ）、Ｄ０１＝２４ｐＦ、Ｄ０２＝１６ｐＦ、Ｄ０３＝３６ｐＦ、Ｃ３＝１０００ｐＦ、Ｃ４＝６４ｐＦ、Ｃ５＝６０ｐＦ、Ｆｒｅｑ＝１５．６ＭＨｚとする。縦軸は負荷容量変化率（ｄＣｚ／Ｃｚ）（％）、横軸は周囲温度（℃）を表す。この図は常温（２５℃）を負荷容量変化率０として正規化して表している。また、パラメータとして可変容量ダイオードの温度変化率Ｋ（ｐｐｍ／℃）を、０、１０００、２０００、３０００、４０００、５０００に変化させ、その結果をまとめてグラフ化している。この図から明らかなように、温度変化率Ｋ（ｐｐｍ／℃）が大きいものほど負荷容量の変化率が小さくなっている（特性図４０）。逆に温度変化率Ｋが小さいものほど負荷容量の変化率が大きくなっている（特性図４５）。
【００１５】
【発明の効果】
以上記載のごとく請求項１の発明によれば、可変容量ダイオードを周波数温度補償回路に組み込むことにより、温度変化を電圧変化として可変容量ダイオードに印加して、その電圧により容量を変化させ周波数を上げる時は容量を減らし、周波数を下げる時は容量を増やすようにして、ＡＴカット水晶の３次関数近似曲線により近い近似を可能とすることができる。
また請求項２では、温度補償回路内のコンデンサを可変容量ダイオードに置き換えて温度により容量を可変とするので、従来の既存回路によるサーミスタ、抵抗、コンデンサによる温度補償回路の補償範囲を更に広げることができる。
また請求項３では、並列回路と直列回路の固定抵抗器を削除して、サーミスタに固定抵抗分の値を持たせることにより、固定抵抗器の部品代が削減でき、コストの安価な温度補償回路を実現することができる。
また請求項４では、温度補償の寄与率の低い周波数調整回路内の可変容量ダイオードを削除するので、温度補償の特性をあまり変えることなく、コストの安価な温度補償回路を実現することができる。
また請求項５では、サーミスタ回路に直列にコンデンサを挿入することにより、直流をカットすることにより、サーミスタに流れる直流電流をカットして自己発熱を防ぎ、それにより正確に周囲温度を検出することができる。
また請求項６では、温度変化に対して直線的に出力電圧を変化させるので、複雑な３次元関数の波形を生成する必要がなくなり、回路構成が単純で、しかも安価なコストで実現することができる。
また請求項７では、可変容量ダイオードに限定されずに、印加電圧により容量が可変する半導体デバイスを用いることもできるので、回路構成に幅が拡がり、それに伴って回路特性のバリエーションを広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の可変容量ダイオードの容量値と印加電圧の関係を表す特性図である。
【図２】本発明の温度センサの出力特性の一例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る温度補償型圧電発振器の回路図である。
【図４】本発明の第１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】本発明の第１の実施形態に係る温度補償型圧電発振器の実施等価回路図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る温度補償型圧電発振器の可変容量ダイオードの温度変化率をパラメータにとった場合の、シミュレーション結果をまとめてグラフ化した図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る温度補償型圧電発振器の回路図である。
【図８】本発明の第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９】本発明の第２の実施形態に係る温度補償型圧電発振器の可変容量ダイオードの温度変化率をパラメータにとった場合の、シミュレーション結果をまとめてグラフ化した図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る温度補償型圧電発振器の回路図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る温度補償型圧電発振器の可変容量ダイオードの温度変化率をパラメータにとった場合の、シミュレーション結果をまとめてグラフ化した図である。
【図１２】従来の直接型温度補償方式による温度補償回路例を示す図である。
【図１３】ＡＴカット水晶の３次関数近似曲線を示す図である。
【図１４】従来の直接温度補償方式の回路例を示す図である。
【図１５】従来の間接温度補償方式の回路例を示す図である。
【符号の説明】
Ｘ　水晶振動子、Ｒ１、Ｒ２　固定抵抗器、ＴＨ１、ＴＨ２　サーミスタ、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３　可変容量ダイオード、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５　コンデンサ
【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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【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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