(57)【要約】【課題】ＣＭＯＳプロセスでも実現でき、高精度な温度補償を可能にする３次関数発生回路、およびその３次関数発生回路を搭載した水晶発振器を提供する。【解決手段】温度に比例して変化する電流Ｉｔと温度によらず一定の電流Ｉ０がそれぞれ入力され、バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２によってそれぞれの電流を電圧に変換する対数電圧変換回路７と、前記対数電圧変換回路７によって変換された電圧が入力され、前記バイポーラトランジスタＱ２によって変換された電圧を基準に、前記バイポーラトランジスタＱ１によって変換された電圧を３倍に増幅する３倍増幅器８と、前記３倍増幅器８の出力電圧がベース端子に入力され、バイポーラトランジスタＱ３などによって電圧を電流に変換する指数電流変換回路９を設ける。そして、これらの回路を水晶発振器の温度補償回路に設ける。【選択図】        図３
2004334807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度に比例して変化する電流を、その電流の対数によって変化する電圧に変換する対数電圧変換回路と、
前記変換した電圧を３倍に増幅する３倍増幅器と、
前記３倍に増幅した電圧を、その電圧の指数によって変化する電流に変換するする指数電流変換回路とを有することを特徴とする３次関数発生回路。
【請求項２】
請求項１記載の３次関数発生回路であって、
前記対数電圧変換回路は、
温度に比例して変化する第１の入力電流が入力され、第１の出力電圧を発生するダイオード接続の第１のバイポーラトランジスタと、
温度によらず一定の値となる第１の参照電流が入力され、第１の参照電圧を発生するダイオード接続の第２のバイポーラトランジスタを含み、
前記３倍増幅器は、
前記第１の参照電圧が入力され、増幅度が１の電圧を出力する第１の演算増幅器と、
前記第１の演算増幅器の出力電圧を基準電位として、前記第１の出力電圧を３倍に増幅する非反転の第２の演算増幅器を含み、
前記指数電流変換回路は、
前記第２の演算増幅器の出力電圧がベース端子に入力され、温度の３次関数となる電流を発生する第３のバイポーラトランジスタを含むことを特徴とする３次関数発生回路。
【請求項３】
請求項２記載の３次関数発生回路であって、
さらに、前記３次関数発生回路は、温度特性の変曲点となる基準温度における前記第１の入力電流の値を持ち、温度によらず一定の値となる第２の参照電流が入力されるものであり、
前記第１の入力電流から前記第２の参照電流を差し引いた第２の入力電流を発生する第１のカレントミラー回路と、
前記第２の参照電流から前記第１の入力電流を差し引いた第３の入力電流を発生する第２のカレントミラー回路とを有し、
前記基準温度との高低関係によって変化する温度特性の内、前記第２の入力電流を前記第１のバイポーラトランジスタに入力することで一方の特性を発生し、前記第３の入力電流を前記第１のバイポーラトランジスタに入力することで他方の特性を発生することを特徴とする３次関数発生回路。
【請求項４】
請求項２または３記載の３次関数発生回路であって、
前記第１〜第３のバイポーラトランジスタは、寄生バイポーラトランジスタで構成され、
前記第１、第２の演算増幅器と前記第１、第２のカレントミラー回路は、ＭＯＳトランジスタで構成されることを特徴とする３次関数発生回路。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の３次関数発生回路を含むことを特徴とする水晶発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次関数発生回路、それを含む半導体装置およびそれを用いた水晶発振器に関し、特に、温度の３次関数となる電圧を発生する３次関数発生回路、およびその電圧によって発振周波数を制御する温度補償型水晶発振器に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者が検討したところによれば、３次関数発生回路および水晶発振器の技術に関しては、以下のような技術が考えられる。
【０００３】
例えば、クリスタル発振器の温度補償回路がある。この温度補償回路は、低温、中温、高温の３つの温度領域に対応する差動増幅器の直線特性を利用し、それぞれの加算合計から３次関数特性を生成するものとなっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、例えば、補償電圧発生回路を有する温度補償圧電発振器がある。この補償電圧発生回路は、トランジスタのベース・エミッタ間電圧の非線型性を利用して、電源−グランド間のＶｂｅ接続が２段となるように構成した３次関数電流発生部を含んでいる（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５５−１６３９０３号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００２−２６６５７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のような３次関数発生回路および水晶発振器の技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。
【０００８】
水晶発振器で用いられるＡＴカット水晶振動子などの発振周波数は、３次関数で表される温度特性を持つことが一般的に知られている。この発振周波数と温度の関係は、Δｆを発振周波数の変動値、Ａ，Ｂ，Ｃを定数、ｔを温度、ｔ０を基準温度とすると、
Δｆ＝Ａ（ｔ−ｔ０）３＋Ｂ（ｔ−ｔ０）＋Ｃ      （１）
で表される。
【０００９】
このような発振周波数の変動は、とりわけ高速なクロックを用いるデバイスにとって、無視できない問題である。そこで、温度によらず一定の周波数を発生する温度補償型水晶発振器などが数多く提案され、実用化されている。
【００１０】
この温度補償型水晶発振器は、発振周波数の変動を補償した電圧を発生する温度補償回路と、この電圧で発振周波数を制御する電圧制御水晶発振器などから構成される。
【００１１】
温度補償回路は、（１）式の右辺で示したような温度特性を持つ電圧を発生する回路であるが、特に３次項に対応する電圧を発生する技術として、前記のような従来技術が提案されている。
【００１２】
しかしながら、前記のような従来技術では下記のような問題点が考えられる。
【００１３】
例えば、特許文献１のような技術においては、３つの差動増幅器の特性を重ね合わせることによる擬似的な３次関数発生方法であるため、理想的な３次関数特性からの誤差が発生することが考えられる。
【００１４】
また、例えば、特許文献２のような技術においては、エミッタ電流とベース・エミッタ間電圧との関係式を利用して、原理的に３次関数特性を発生させているため、前記のような誤差は発生しない。
【００１５】
但し、バイポーラトランジスタの電流増幅率ＨＦＥ＝ＩＣ／ＩＢが十分大きく、ＩＥ＝ＩＣであることを前提とした回路構成である場合、ＨＦＥが小さいと、ＩＥ＝ＩＣとならず、エミッタ電流とベース・エミッタ間電圧との関係式に誤差が生じる場合が考えられる。
【００１６】
このことは、温度補償回路を構成するのに、必ずバイポーラプロセスを用いる必要があるということを意味する。つまり、寄生バイポーラトランジスタなどを活用してＣＭＯＳプロセスを用いることは、寄生バイポーラトランジスタのＨＦＥの大きさが不足するために困難と考えられる。
【００１７】
近年、デバイスの低消費電力化、高集積化、低コスト化などによりＣＭＯＳプロセスでＩＣを構成することがより望ましくなってきている。さらに、アナログ−デジタル混在の回路などでは、この要求はより顕著なものとなる。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、ＣＭＯＳプロセスでも実現でき、高精度な温度補償を可能にする３次関数発生回路、およびその３次関数発生回路を搭載した水晶発振器を提供することにある。
【００１９】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２１】
本発明による３次関数発生回路は、温度に比例して変化する電流を、その電流の対数によって変化する電圧に変換する対数電圧変換回路と、前記発生した電圧を３倍に増幅する３倍増幅器と、前記３倍に増幅した電圧を、その電圧の指数によって変化する電流に変換する指数電流変換回路とを有するものである。
【００２２】
すなわち、温度の対数を３倍にしたものを、指数に変換することで温度の３次関数を取り出すことができる。
【００２３】
ここで、前記対数電圧変換回路、３倍増幅器ならびに指数電流変換回路は、例えば次のような回路で構成されるものとなっている。
【００２４】
まず、前記対数電圧変換回路は、温度に比例して変化する第１の入力電流が入力され、第１の出力電圧を発生するダイオード接続の第１のバイポーラトランジスタと、温度によらず一定の値となる第１の参照電流が入力され、第１の参照電圧を発生するダイオード接続の第２のバイポーラトランジスタとを含むものである。
【００２５】
つぎに、前記３倍増幅器は、前記第１の参照電圧が入力され、増幅度が１の電圧を出力する第１の演算増幅器と、前記第１の演算増幅器の出力電圧を基準電位として、前記第１の出力電圧を３倍に増幅する非反転の第２の演算増幅器を含むものである。
【００２６】
そして、前記指数電流変換回路は、前記第２の演算増幅器の出力電圧がベース端子に入力され、温度の３次関数となる電流を発生する第３のバイポーラトランジスタを含むものである。
【００２７】
これらの回路構成によって、温度の３次関数を発生させることができる。
【００２８】
また、本発明による３次関数発生回路は、前記のような回路構成に加えてさらに、温度特性の変曲点となる基準温度における前記第１の入力電流の値を持ち、温度によらず一定の値となる第２の参照電流が入力され、そして、前記第１の入力電流から前記第２の参照電流を差し引いた第２の入力電流を発生する第１のカレントミラー回路と、前記第２の参照電流から前記第１の入力電流を差し引いた第３の入力電流を発生する第２のカレントミラー回路とを有するものである。
【００２９】
そして、基準温度との高低関係によって変化する温度特性の内、前記第２の入力電流を前記第１のバイポーラトランジスタに入力することで一方の特性を発生し、前記第３の入力電流を前記第１のバイポーラトランジスタに入力することで他方の特性を発生するような構成を有するものである。
【００３０】
この構成によって、基準温度との高低関係によって変化する温度特性に対応することができる。
【００３１】
また、前記第１〜第３のバイポーラトランジスタは、寄生バイポーラトランジスタで構成することもできる。
【００３２】
したがって、前記第１、第２の演算増幅器と第１、第２のカレントミラー回路を、ＭＯＳトランジスタで構成すると、ＣＭＯＳプロセスで３次関数発生回路を実現することができる。
【００３３】
このようなことから、本発明による３次関数発生回路は、特に水晶発振器に適用して有効なものとなる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００３５】
図１は、本発明の一実施の形態の水晶発振器の構成例を示す機能ブロック図である。
【００３６】
図１の水晶発振器は、例えば、温度センサ電流源１と、１次関数発生回路２と、３次関数発生回路３と、０次関数発生回路４と、電流−電圧変換回路５と、電圧制御水晶発振器６などの機能ブロックから構成される。
【００３７】
温度センサ電流源１は、温度に比例して変化する電流と、温度によらず一定の電流とをそれぞれ発生する機能を備える。
【００３８】
１次関数発生回路２は、前記温度センサ電流源１の出力電流を受けて、温度特性の傾きを調整するなどで、前述した式（１）の１次関数の項を補償する電流を出力する機能を備える。
【００３９】
３次関数発生回路３は、前記温度センサ電流源１の出力電流を受けて、温度の３乗に比例した電流を発生する機能を備える。つまり、式（１）の３次関数の項を補償する電流を出力するものである。
【００４０】
０次関数発生回路４は、温度によらず一定の電流を発生する機能を備える。つまり、式（１）の０次の項を補償する電流を出力するものである。
【００４１】
電流−電圧変換回路５は、前記３種類の関数発生回路（１次、３次、０次関数発生回路）から出力された電流を受けて、その電流を電圧に変換する機能を備える。
【００４２】
電圧制御水晶発振器６は、クロック波形を発生する機能を備え、その発振周波数は、前記電流−電圧変換回路５の電圧により制御される。
【００４３】
ここで、温度センサ電流源１、１次関数発生回路２、３次関数発生回路３、０次関数発生回路４、電流−電圧変換回路５及び電圧制御水晶発振器６のうち水晶発振子以外の部分は一つの半導体基板上に形成され、半導体装置を形成している。これにより水晶発振器として小面積で実現できる。但し、例えば温度センサ電流源１を異なる半導体基板上に形成する等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で夫々の回路ブロックを異なる半導体基板上に形成することも可能である。この場合、適用するシステムにより柔軟に対応することが可能となる。
【００４４】
このような水晶発振器において、前記３次関数発生回路３は、例えば、図２のような構成を有している。
【００４５】
図２は、本発明の一実施の形態の３次関数発生回路において、構成の一例を示す機能ブロック図である。
【００４６】
図２の３次関数発生回路は、例えば、対数電圧変換回路７と、３倍増幅器８と、指数電流変換回路９などから構成される。
【００４７】
対数電圧変換回路７は、前記温度センサ電流源１による温度に比例して変化する電流を入力とし、その電流の対数によって変化する電圧を発生する回路である。すなわち、この回路の出力電圧は、前記温度に比例する電流をＩ（ｔ）とすると、ｌｎ（Ｉ（ｔ））によって変化することとなる。
【００４８】
３倍増幅器８は、前記対数電圧変換回路７の出力電圧を３倍に増幅する回路である。すなわち、この３倍増幅器８の出力電圧は、３ｌｎ（Ｉ（ｔ））＝ｌｎ（Ｉ（ｔ）３）によって変化する電圧となる。
【００４９】
指数電流変換回路９は、前記３倍増幅器８の出力電圧が入力され、その出力電圧の指数によって変化する電流を発生する回路である。すなわち、指数電流変換回路９の出力電流は、ｅｘｐ（ｌｎ（Ｉ（ｔ）３））＝Ｉ（ｔ）３によって変化することになる。
【００５０】
したがって、図２の機能ブロック構成によると、原理的に温度の３乗に比例する電流が生成される。つまり、高精度な温度の３次関数を発生することができる。
【００５１】
また、前記３倍増幅器８の倍率を、例えば２倍にするなどで、容易に２次関数発生回路などを構成することもできる。
【００５２】
この図２に示した３次関数発生回路の各機能ブロックは、より詳細には、例えば図３に示すような回路となる。
【００５３】
図３は、本発明の一実施の形態の３次関数発生回路において、図２の各機能ブロック内の回路の一例を示す図である。
【００５４】
まずは、図３により、回路構成の一例を説明する。
【００５５】
図３の３次関数発生回路は、例えば、電源電圧Ｖｃｃと、温度センサ電流源１と、対数電圧変換回路７と、３倍増幅器８と、指数電流変換回路９などから構成される。
【００５６】
温度センサ電流源１は、温度に比例して変化する電流Ｉｔ（第１の入力電流）を発生する電流源１０と、温度によらず一定の値となる電流Ｉ０（第１の参照電流）を発生する電流源１１を有する。
【００５７】
対数電圧変換回路７は、ダイオード接続された２つのバイポーラトランジスタＱ１（第１のバイポーラトランジスタ），Ｑ２（第２のバイポーラトランジスタ）を有する。そして、このＱ１およびＱ２に、電流Ｉｔ、Ｉ０をそれぞれ入力することで電流の対数に比例した電圧を発生させる。
【００５８】
３倍増幅器８は、ボルテージフォロワの演算増幅器ＡＭＰ１（第１の演算増幅器）と、抵抗Ｒ１およびＲ２を付加した演算増幅器ＡＭＰ２（第２の演算増幅器）を有する。これらのＡＭＰ１，２は、ＭＯＳトランジスタが用いられているものとする。
【００５９】
ＡＭＰ２の一方の入力には、前記Ｑ１で発生した電圧（第１の出力電圧）が入力され、他方の入力には、前記Ｑ２で発生した電圧（第１の参照電圧）がＡＭＰ１と抵抗Ｒ１を介して入力される。この３倍増幅器８は、抵抗Ｒ１とＲ２の比率を１：２とすると、前記Ｑ１で発生した電圧を３倍に増幅してＡＭＰ２より出力する。
【００６０】
指数電流変換回路９は、エミッタ接地で、ベース端子を前記３倍増幅器８の出力電圧、コレクタ端子をＶｃｃとするバイポーラトランジスタＱ３（第３のバイポーラトランジスタ）を有する。このＱ３のコレクタ端子には、ベース−エミッタ間の入力電圧の指数に比例した電流が発生する。
【００６１】
つぎに、図３の３次関数発生回路の動作を説明する。
【００６２】
温度に比例して変化する電流Ｉｔを発生する電流源１０と、バイポーラトランジスタＱ１により、Ｐ１点の電圧Ｖ（Ｐ１）（第１の出力電圧）は、ｋをボルツマン定数、ｔを温度、ｑをクーロン定数、Ｉｓを飽和電流とすると、次の式で表される。
【００６３】
Ｖ（Ｐ１）＝（ｋｔ／ｑ）×ｌｎ（Ｉｔ／Ｉｓ）      （２）
ここで、バイポーラトランジスタＱ１に寄生バイポーラトランジスタを用いる場合を想定する。
【００６４】
この場合、演算増幅器ＡＭＰ２の入力インピーダンスが高いこと、およびバイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２はダイオード接続であることから、Ｑ１のコレクタ電流をＩＣ（Ｑ１）、ベース電流をＩＢ（Ｑ１）、エミッタ電流をＩＥ（Ｑ１）とすると、次の式が成立する。
【００６５】
ＩＥ（Ｑ１）＝ＩＣ（Ｑ１）＋ＩＢ（Ｑ１）＝Ｉｔ      （３）
このように、Ｉｔが他の回路に流れ込むことがなく、全てＱ１のエミッタ電流となることから、寄生バイポーラトランジスタを用いる場合でも式（２）の関係は成立する。
【００６６】
同様に、温度に依存しない一定の電流Ｉ０を発生する電流源１１と、バイポーラトランジスタＱ２により、Ｐ２点の電圧Ｖ（Ｐ２）（第１の参照電圧）は、次の式で表される。
【００６７】
Ｖ（Ｐ２）＝（ｋｔ／ｑ）×ｌｎ（Ｉ０／Ｉｓ）      （４）
また、Ｑ２に寄生バイポーラトランジスタを用いる場合でも、前記バイポーラトランジスタＱ１の場合と同様の理由により式（４）の関係は成立する。
【００６８】
次に、Ｐ３点の電圧Ｖ（Ｐ３）は、演算増幅器ＡＭＰ１のゲインが十分大きい場合、Ｖ（Ｐ１）と等しくなる。すると、抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉ（Ｒ１）は、次の式で表される。
【００６９】
Ｉ（Ｒ１）＝（Ｖ（Ｐ２）−Ｖ（Ｐ１））／Ｒ１      （５）
よって、Ｖ（Ｐ４）は、次の式となる。
【００７０】
2004334807.tif 000003
ここで、抵抗Ｒ１，Ｒ２の比は、Ｒ１：Ｒ２＝１：２であるため、Ｖ（Ｐ４）の値は次のようになる。
【００７１】
2004334807.tif 000004
バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ電流ＩＥ（Ｑ３）は、Ｖ（Ｐ４）を用いて表すと、次のようになる。
【００７２】
2004334807.tif 000005
よって、出力電流Ｉｏｕｔは、次の式で表される。
【００７３】
Ｉｏｕｔ＝Ｉｔ３／Ｉ０２      （９）
このように、温度に比例して変化する電流Ｉｔの３乗に比例した出力電流を得ることができる。
【００７４】
ここで、バイポーラトランジスタＱ３に寄生バイポーラトランジスタを用いる場合を想定する。
【００７５】
この場合、Ｑ３のエミッタ電流をＩＥ（Ｑ３）、コレクタ電流をＩＣ（Ｑ３）、ベース電流をＩＢ（Ｑ３）、電流増幅率をＨＦＥ（Ｑ３）とすると、ＨＦＥ（Ｑ３）＝ＩＣ（Ｑ３）／ＩＢ（Ｑ３）であるので、次の式が成り立つ。
【００７６】
2004334807.tif 000006
ここで、１／（１＋１／ＨＦＥ（Ｑ３））を係数Ａとすると、次の式が成り立つ。
【００７７】
2004334807.tif 000007
したがって、バイポーラトランジスタＱ３に寄生バイポーラトランジスタを用いる場合も、温度に比例して変化する入力電流Ｉｔの３乗に比例する出力電流を得ることができる。
【００７８】
図４は、図３の３次関数発生回路における、入力電流Ｉｔと出力電流Ｉｏｕｔの関係をグラフにしたものである。このグラフに示すように、出力電流Ｉｏｕｔは入力電流Ｉｔの３次関数で増加する。
【００７９】
以上までの説明により、図３の３次関数発生回路は、Ｑ１〜Ｑ３のバイポーラトランジスタに寄生バイポーラトランジスタを用い、なおかつＡＭＰ１，２もＭＯＳトランジスタを用いることで、ＣＭＯＳプロセスで作製することが可能となる。さらに、原理的に３次関数を発生させるため、高精度な回路となる。
【００８０】
また、演算増幅器ＡＭＰ２に付加された抵抗Ｒ１およびＲ２の比率を、例えば１：１にするなどで、２次関数も容易に発生することが可能である。
【００８１】
つぎに、図５に示す３次関数発生回路について説明する。
【００８２】
図５は、本発明の一実施の形態の３次関数発生回路において、図３に示した回路を用い、基準温度との高低関係によって温度特性を変化される３次関数発生回路の一例を示す図である。
【００８３】
水晶振動子における発振周波数変動の温度特性は、前記で説明した式（１）のようになる。この式から判るように、発振周波数変動の３次項は、基準温度（式（１）のｔ０）との高低関係によって温度特性が変化することになる。
【００８４】
そこで、図５に示す３次関数発生回路は、この基準温度を変曲点とする温度特性の変化に対応して、前記図３で示した３次関数発生回路を２系統設けている。この内、一方の回路は、基準温度より高い温度で出力電流を発生させ、他方の回路は、基準温度より低い温度で、逆特性の出力電流を発生させるように構成されている。
【００８５】
すなわち、図５に示す３次関数発生回路は、例えば、前記図３で示した回路が２系統（回路ブロック１０１，１０２）と、温度に比例して変化する電流Ｉｔを発生する電流源１０と、温度によらず一定の値となる電流Ｉ０を発生する電流源１１と、基準温度における前記Ｉｔの電流値を持ち、温度によらず一定の値となる電流Ｉｒｅｆ（第２の参照電流）を発生する電流源１２と、カレントミラー回路を構成するＭＯＳトランジスタＭ１１〜Ｍ２１などから構成される。また、図５では、出力電流Ｉｏｕｔを電圧Ｖｏｕｔに変換する電流−電圧変換回路５も併せて示している。
【００８６】
この内、カレントミラー回路（第１のカレントミラー回路）Ｍ１１〜１４は、前記回路ブロック１０１のバイポーラトランジスタＱ１にＩｔ−Ｉｒｅｆの電流を供給するものであり、カレントミラー回路（第２のカレントミラー回路）Ｍ１１，Ｍ１５〜Ｍ１９は、前記回路ブロック１０２のバイポーラトランジスタＱ１にＩｒｅｆ−Ｉｔの電流を供給するものである。
【００８７】
これらの構成によって、ＩｒｅｆよりＩｔが大きい場合は、前記回路ブロック１０１が、入力電流をＩｔ−Ｉｒｅｆとして前記図３での説明と同様な動作を行う。そして、その出力電流Ｉ１０１が、カレントミラー回路Ｍ２０，Ｍ２１を経由してＩｏｕｔとして発生する。
【００８８】
図６は、この場合の電流の関係を示すグラフであり、（ａ）はＩｔとＰ１１点の電流との関係を示し、（ｂ）はＩｔとＩ１０１の関係を示すものである。
【００８９】
ＩｔがＩｒｅｆより大きくなると、Ｉｔの増加に比例してＰ１１点の電流も増加する。そして、出力電流Ｉ１０１は、Ｉｔの増加に伴いその３次関数で増加する。
【００９０】
逆に、ＩｒｅｆよりＩｔが小さい場合は、前記回路１０２が、入力電流をＩｒｅｆ−Ｉｔとして前記図３での説明と同様な動作を行う。そして、その出力電流Ｉ１０２が、Ｉｏｕｔとして発生する。
【００９１】
図７は、この場合の電流の関係を示すグラフであり、（ａ）はＩｔとＰ１３点の電流との関係を示し、（ｂ）はＩｔとＩ１０２の関係を示すものである。
【００９２】
ＩｔがＩｒｅｆより小さくなると、Ｉｔの減少に比例してＰ１３点の電流が増加する。そして、出力電流Ｉ１０２は、Ｉｔの減少に伴いその３次関数で増加する。
【００９３】
図８は、ＩｔとＩｏｕｔの関係を示すグラフである。
【００９４】
出力電流Ｉｏｕｔは、前記Ｉ１０１とＩ１０２を合計した電流となり、またＩ１０２は負の方向に流れるので、ＩｔとＩｏｕｔの関係は、Ｉｒｅｆを変曲点として特性が変化したグラフとなる。Ｉｒｅｆは基準温度でのＩｔに該当するので、言いかえれば基準温度を変曲点として特性が変化することになる。
【００９５】
なお、図５の構成によると、出力電圧Ｖｏｕｔと出力電流Ｉｏｕｔは、負の関係となるため、入力電流Ｉｔと出力電圧Ｖｏｕｔの関係は、図８のＩｏｕｔを、Ｉｏｕｔ＝０のラインを基準として対象にしたようなグラフとなる。
【００９６】
以上までの説明により、図５の３次関数発生回路は、基準温度を変曲点として特性が変化するように、温度の３次関数となる電圧を発生することができる。
【００９７】
また、ＣＭＯＳプロセスで作製することも可能で、高精度な回路でもある。
【００９８】
つぎに、図９に示す３次関数発生回路について説明する。
【００９９】
図９は、本発明の一実施の形態の３次関数発生回路において、図５に示した回路の変形例を示す図である。
【０１００】
図５に示した回路との相違点は、図５の回路ブロック１０１と１０２の両方に含まれる電流源１１、演算増幅器ＡＭＰ１およびバイポーラトランジスタＱ２を、前記回路ブロック１０１および１０２で共通化した点である。
【０１０１】
その他の構成、または動作については図５と同様であるため説明は省略する。
【０１０２】
図９の３次関数発生回路によれば、図５の３次関数発生回路に比べて回路面積と消費電流の低減が可能となる。
【０１０３】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１０４】
例えば、これまでに説明した３次関数発生回路は、水晶発振器への適用に限定されるものではなく、温度に対して３次関数または２次関数の特性を示すものに対する補償回路としても適用可能である。
【０１０５】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【０１０６】
（１）高精度な温度補償を可能にする３次関数発生回路を、ＣＭＯＳプロセスで実現できる。
【０１０７】
（２）前記（１）により、特に水晶発振器に適用して有効な温度補償回路を実現できる。
【０１０８】
（３）前記（１）により、特にアナログ−ロジック混在のＬＳＩなどで、プロセスの容易化、低コスト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の水晶発振器の構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態の３次関数発生回路において、構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態の３次関数発生回路において、図２の各機能ブロック内の回路の一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態の３次関数発生回路において、図３の３次関数発生回路の入力電流Ｉｔと出力電流Ｉｏｕｔの関係を示したグラフである。
【図５】本発明の一実施の形態の３次関数発生回路において、図３に示した回路を用い、基準温度との高低関係によって温度特性を変化させる３次関数発生回路の一例を示す図である。
【図６】本発明の一実施の形態の３次関数発生回路において、図５内の回路ブロック１０１での電流の関係を示すグラフであり、（ａ）は入力電流ＩｔとＰ１１点の電流との関係を示し、（ｂ）は入力電流Ｉｔと出力電流Ｉ１０１の関係を示すものである。
【図７】本発明の一実施の形態の３次関数発生回路において、図５内の回路ブロック１０２での電流の関係を示すグラフであり、（ａ）は入力電流ＩｔとＰ１３点の電流との関係を示し、（ｂ）は入力電流Ｉｔと出力電流Ｉ１０２の関係を示すものである。
【図８】本発明の一実施の形態の３次関数発生回路において、図５に示した回路での、入力電流Ｉｔと出力電流Ｉｏｕｔの関係を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施の形態の３次関数発生回路において、図５に示した回路の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１  温度センサ電流源
２  １次関数発生回路
３  ３次関数発生回路
４  ０次関数発生回路
５  電流―電圧変換回路
６  電圧制御水晶発振器
７  対数電圧変換回路
８  ３倍増幅器
９  指数電流変換回路
１０〜１２  電流源
１０１，１０２  回路ブロック
Ｑ１〜Ｑ３  バイポーラトランジスタ
ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３  演算増幅器
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３  抵抗
Ｍ１１〜Ｍ２１  ＭＯＳトランジスタ
Ｖｃｃ，Ｖｒｅｆ  電源
【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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