(57)【要約】【課題】  温度センサー電圧出力のばらつきを低減して、ＩＣ毎の温度センサー電圧出力の温度傾き及びオフセット電圧の調整作業を不要とし、製造工程における効率を向上させることができる発振器を提供する。【解決手段】  制御回路が１チップに集積された発振器において、第１の温度センサー１１と第２の温度センサー１２と減算器１７とを備え、減算器１７が、第１の温度センサー１１から出力される第１の温度センサー電圧（Ｖ１）と第２の温度センサー１２から出力される第２の温度センサー電圧（Ｖ２）との差分（Ｖ１−Ｖ２）を温度センサー電圧出力として外部に出力する発振器としている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧印加により発振を行う水晶振動子と、
水晶振動子に電圧を印加して特定の発振周波数を出力すると共に、温度補償の制御信号により発振周波数の特性を制御する発振回路と、
温度を検出し、検出した温度に応じた電圧を第１の電圧として出力する第１の温度センサーと、
温度を検出し、検出した温度に応じた電圧を第２の電圧として出力する第２の温度センサーと、
前記第１の電圧に応じて前記発振回路における発振周波数特性を補償する制御電圧を出力する温度補償回路と、
前記第１の電圧と前記第２の電圧とを入力し、前記第１の電圧と前記第２の電圧の差分を温度センサー電圧として外部に出力する減算器とを備え、
前記発振回路と、前記第１及び第２の温度センサーと、前記温度補償回路と、前記減算器とが１チップに集積されており、
第１の温度センサー又は第２の温度センサーのいずれか一方の温度に対する出力電圧の傾きを他方より大きくしたことを特徴とする発振器。
【請求項２】
温度に対する出力電圧の傾きは、第１の温度センサーより第２の温度センサーのほうが大きいことを特徴とする請求項１記載の発振器。
【請求項３】
減算器の出力段にインバータ回路を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の発振器。
【請求項４】
第２の温度センサーは、温度に対する出力電圧の傾きを調整する手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度センサーを備え外部に温度センサー電圧を出力する発振器に係り、特に温度センサー電圧出力のばらつきを低減して個々の発振器の調整作業を不要とし、製造工程における効率を向上させることができる発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
［先行技術の説明］
温度センサーを備えた発振器として、温度センサー電圧出力機能付き水晶発振器がある。温度センサー電圧出力機能付き水晶発振器には、表面実装型の温度補償型水晶発振器で、制御系の回路をＩＣに集積したものがあり、温度センサーの電圧を温度補償に用いると共に外部に出力可能とするものである。
【０００３】
［従来の水晶発振器の構成：図５］
従来の温度センサー電圧出力機能付き水晶発振器の構成について図５を用いて説明する。図５は、従来の温度センサー電圧出力機能付き水晶発振器の概略構成ブロック図である。
図５に示すように、従来の温度センサー電圧出力機能付き水晶発振器は、第１の温度センサー２１と、第２の温度センサー２２と、温度補償回路２３と、水晶振動子２４と、発振回路２５と、バッファ２６とを備えている。
【０００４】
水晶振動子２４は、電圧を加えることにより特定の周波数を発振する。
発振回路２５は、水晶振動子２４に接続して所望の発振周波数を出力する。
バッファ（バッファアンプ）２６は、発振周波数を増幅して出力周波数とする。
【０００５】
第１及び第２の温度センサー２１，２２は、温度を検出し、検出した温度に応じた電圧を出力する。第１の温度センサー２１の出力電圧は、当該発振器自身の温度補償に用いられ、また、第２の温度センサー２２の出力電圧（第２の温度センサー電圧）は、独立して外部に出力され、外部の回路において用いられる。
【０００６】
温度補償回路２３は、第１の温度センサー２１からの温度センサー電圧（第１の温度センサー電圧）に基づいて発振回路２５を制御して水晶振動子２４の温度周波数特性を補償する。
上記構成部分の内、水晶振動子２４以外の部分が１チップのＩＣに集積されて構成されている。
【０００７】
［温度−温度センサー電圧出力特性の傾き：図６］
そして、従来の温度センサー電圧出力機能付き水晶発振器では、ＩＣの製造工程におけるロットの違い等により温度センサー電圧出力にばらつきが生じてしまう。
温度−温度センサー電圧出力特性の傾きについて図６を用いて説明する。図６は、温度−温度センサー電圧出力特性の傾きのばらつきを示す説明図である。
（ａ）の特性が、規格を満たすＩＣの特性であるとすると、（ｂ）の特性は規格より傾きが小さく、また、（ｃ）の特性は規格より傾きが大きい。
【０００８】
［温度−温度センサー電圧出力の傾きの調整：図７］
そこで、従来は、個々のＩＣについて、低温から高温までの使用温度範囲において、温度センサー電圧出力を測定して温度−温度センサー電圧出力特性（「温度特性」とする）を確認し、各ＩＣの温度センサー電圧出力が規格を満たすよう、ＩＣ毎に、温度特性の傾きを調整するようになっていた。
温度特性の傾き（温度傾き）の調整について図７を用いて説明する。図７は、温度特性の傾きの調整を示す説明図である。
例えば、ＩＣの温度センサー電圧出力が図７の（ａ）の特性である場合（傾き調整±０％の場合）、規格が（ｂ）の特性であれば温度傾きを特定の割合で（例えば−α％）小さくし、規格が（ｃ）の特性であれば温度傾きを特定の割合で（例えば＋α％）大きくするよう調整する。
温度傾きの調整は、例えば、温度センサー回路に接続する可変容量や可変抵抗の値を調整することにより行われる。
【０００９】
［温度−温度センサー電圧出力のオフセット電圧の調整：図８］
更に、必要であれば温度センサー電圧出力のオフセット電圧の調整を行う。オフセット電圧の調整について図８を用いて説明する。図８は、オフセット電圧の調整を示す説明図である。
例えば、ＩＣの温度センサー電圧出力が図８の（ａ）の特性である場合（オフセット調整±０の場合）、規格が（ｂ）の特性であれば、正のオフセット電圧（例えば＋β）を加え、規格が（ｃ）の特性であれば負のオフセット電圧（例えば−β）を与えて、オフセット電圧の調整を行う。
オフセット電圧の調整は、例えば、温度センサー回路に接続する可変容量や可変抵抗の値を調整することにより行われる。
【００１０】
［関連技術］
尚、温度センサーを備えた発振器に関する技術としては、特開２００９−８１６４８号公報「温度補償型水晶発振器」（シチズンホールディングス株式会社、特許文献１）、特開２０１０−１９３１３４号公報「温度補償型圧電発振器」（エプソントヨコム株式会社、特許文献２）がある。
【００１１】
特許文献１には、温度補償型水晶発振器において、２つの温度検出回路で検出された温度信号の差分に基づいて温度補償を行うことが記載されている。
また、特許文献２には、温度補償型圧電発振器において、第１及び第２の温度検出器から出力される電圧の差分と、第１の温度検出器からの電圧とを加算して、当該加算された電圧に基づいて温度補償を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００９−０８１６４８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９３１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来の温度センサー電圧出力機能付き水晶発振器では、温度センサー電圧出力のばらつきをなくすために、個々のＩＣについて温度傾き及びオフセット電圧の調整を行わなければならず、作業が煩雑であるという問題点があった。
【００１４】
本発明は、上記実状に鑑みて為されたもので、温度センサー電圧出力のばらつきを低減して、ＩＣ毎の温度傾き及びオフセット電圧の調整作業を不要とし、製造工程における効率を向上させることができる発振器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】
【００１５】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、発振器において、電圧印加により発振を行う水晶振動子と、水晶振動子に電圧を印加して特定の発振周波数を出力すると共に、温度補償の制御信号により発振周波数の特性を制御する発振回路と、温度を検出し、検出した温度に応じた電圧を第１の電圧として出力する第１の温度センサーと、温度を検出し、検出した温度に応じた電圧を第２の電圧として出力する第２の温度センサーと、第１の電圧に応じて発振回路における発振周波数特性を補償する制御電圧を出力する温度補償回路と、第１の電圧と第２の電圧とを入力し、第１の電圧と第２の電圧の差分を温度センサー電圧として外部に出力する減算器とを備え、発振回路と、第１及び第２の温度センサーと、温度補償回路と、減算器とが１チップに集積されており、第１の温度センサー又は第２の温度センサーのいずれか一方の温度に対する出力電圧の傾きを他方より大きくしたことを特徴としている。
【００１６】
また、本発明は、上記発振器において、温度に対する出力電圧の傾きは、第１の温度センサーより第２の温度センサーのほうが大きいことを特徴としている。
【００１７】
また、本発明は、上記発振器において、減算器の出力段にインバータ回路を備えたことを特徴としている。
【００１８】
また、本発明は、上記発振器において、第２の温度センサーは、温度に対する出力電圧の傾きを調整する手段を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電圧印加により発振を行う水晶振動子と、水晶振動子に電圧を印加して特定の発振周波数を出力すると共に、温度補償の制御信号により発振周波数の特性を制御する発振回路と、温度を検出し、検出した温度に応じた電圧を第１の電圧として出力する第１の温度センサーと、温度を検出し、検出した温度に応じた電圧を第２の電圧として出力する第２の温度センサーと、第１の電圧に応じて発振回路における発振周波数特性を補償する制御電圧を出力する温度補償回路と、第１の電圧と第２の電圧とを入力し、第１の電圧と第２の電圧の差分を温度センサー電圧として外部に出力する減算器とを備え、発振回路と、第１及び第２の温度センサーと、温度補償回路と、減算器とが１チップに集積されており、第１の温度センサー又は第２の温度センサーのいずれか一方の温度に対する出力電圧の傾きを他方より大きくした発振器としているので、同一チップに搭載された２つの温度センサーの特性のずれが同様であることを利用して、差分を取ることにより温度センサー電圧出力のばらつきを抑制することができ、個々の発振器毎に温度センサー電圧出力を調整する作業を不要とし、製造工程における効率を向上でき、また、第１の温度センサー電圧と第２の温度センサー電圧との差分を精度良く求めることができる効果がある。
【００２０】
また、本発明によれば、温度に対する出力電圧の傾きは、第１の温度センサーより第２の温度センサーのほうが大きい上記発振器としているので、第１の温度センサー電圧と第２の温度センサー電圧との差分を精度良く求めることができる効果がある。
【００２１】
また、本発明によれば、減算器の出力段にインバータ回路を備えた上記発振器としているので、温度に対する温度センサー電圧出力の傾きを反対にして、使い勝手を向上させることができる効果がある。
【００２２】
また、本発明によれば、第２の温度センサーは、温度に対する出力電圧の傾きを調整する手段を備えている上記発振器としているので、外部からの操作により温度センサー出力の傾きを調整することができ、所望の特性を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る発振器の概略構成ブロック図である。
【図２】本発振器における第１の温度センサー電圧と第２の温度センサー電圧の例を示す説明図である。
【図３】本発振器の温度センサー電圧出力を示す説明図である。
【図４】本発振器における温度センサー電圧出力の温度傾きの調整を示す説明図である。
【図５】従来の温度センサー電圧出力機能付き水晶発振器の概略構成ブロック図である。
【図６】温度−温度センサー電圧出力特性の傾きのばらつきを示す説明図である。
【図７】温度特性の傾きの調整を示す説明図である。
【図８】オフセット電圧の調整を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る発振器は、温度センサー電圧出力機能付き水晶発振器であって、第１の温度センサーと第２の温度センサーとを備え、第１の温度センサーから出力される第１の温度センサー電圧と第２の温度センサーから出力される第２の温度センサー電圧との差分を減算器から温度センサー電圧出力として外部に出力するようにしており、同一ＩＣ上の２つの温度センサーはプロセスの影響が同様であり、出力電圧は温度傾きやオフセットが同じようにずれるため、それらの差分はどのＩＣでもほぼ同等となり、ＩＣ毎の温度センサー電圧出力のばらつきを抑えることができ、個々の発振器毎の温度傾き調整及びオフセット電圧調整の作業を不要とすることができるものである。
【００２５】
［実施の形態に係る発振器の構成：図１］
本発明の実施の形態に係る発振器の構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る発振器の概略構成ブロック図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る発振器（本発振器）は、第１の温度センサー１１と、第２の温度センサー１２と、温度補償回路１３と、水晶振動子１４と、発振回路１５と、バッファ１６とを備え、更に、本発振器の特徴として、第１の温度センサー１１からの電圧と、第２の温度センサー１２からの電圧を入力してその差分を求める減算器１７を備え、減算器１７からの出力を温度センサー電圧出力として外部に出力するようになっている。
【００２６】
従来と同様に、第１及び第２の温度センサー１１，１２は、温度を検出し、検出した温度に応じた電圧を出力する。
第１の温度センサー１１から出力される第１の温度センサー電圧（Ｖ１）は、２つに分岐され、分岐された一方は温度補償回路１３に入力され、従来と同様に、温度補償回路１３における温度補償制御に用いられる。
温度補償回路１３は、第１の温度センサー電圧に基づいて発振回路２５に温度に応じた補正情報を出力するものであり、温度変化に伴う発振器出力の周波数変動を小さくするものである。
【００２７】
分岐された他方の第１の温度センサー電圧（Ｖ１）は、減算器１７に入力される。
第２の温度センサー１２から出力される第２の温度センサー電圧（Ｖ２）は、減算器１７に入力される。
減算器１７は、オペアンプ等で構成され、第１の温度センサー電圧（Ｖ１）を入力する（＋）端子と、第２の温度センサー電圧（Ｖ２）を入力する（−）端子と、減算された差分電圧を出力する出力端子とを備えている。
そして、減算器１７は、入力された第１の温度センサー電圧（Ｖ１）と第２の温度センサー電圧（Ｖ２）との差分（Ｖ１−Ｖ２）を求め、出力端子から温度センサー電圧出力として外部に出力する。
すなわち、本発振器は、第１の温度センサー電圧と第２の温度センサー電圧との差分を温度センサー電圧出力とするものである。
【００２８】
［本発振器における第１の温度センサー電圧と第２の温度センサー電圧の例：図２］
次に、本発振器における第１の温度センサー電圧と第２の温度センサー電圧の例について図２を用いて説明する。図２は、本発振器における第１の温度センサー電圧と第２の温度センサー電圧の例を示す説明図である。
図２では、３つの発振器Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれについて、第１の温度センサー電圧と第２の温度センサー電圧の温度特性を示したものであり、同一の発振器の出力は同一の線種で記載されている。具体的には、発振器Ａからは、第１の温度センサー出力Ｖ１ａと第２の温度センサー出力Ｖ２ａとが出力され（実線）、発振器Ｂからは、第１の温度センサー出力Ｖ１ｂと第２の温度センサー出力Ｖ２ｂとが出力され（破線）、発振器Ｃからは、第１の温度センサー出力Ｖ１ｃと第２の温度センサー出力Ｖ２ｃとが出力される（二点鎖線）。
【００２９】
同一のＩＣに搭載されている第１の温度センサー１１及び第２の温度センサー１２は、同一の製造工程において同時に形成されるため、特性の変動要因となるプロセスのばらつきを同じように受けることになる。そのため、同一ＩＣに搭載されている第１の温度センサー１１と第２の温度センサー１２とは、通常、同じような特性のずれ（温度傾き、及びオフセット）を生じる。
【００３０】
そこで、本発振器では、同じような特性のずれを生じる第１の温度センサー１１と第２の温度センサー１２の出力電圧の差分（Ｖ１−Ｖ２）を取り出して、温度センサー電圧出力とすることにより、ＩＣ毎の個体差を低減し、温度センサー電圧出力のばらつきの抑制を図るものである。
【００３１】
第１の温度センサー電圧と第２の温度センサー電圧との差分を精度よく取り出すため、本発振器では、第２の温度センサー１２として、温度特性の傾きが第１の温度センサー１１の傾きよりも大きいものを用いている。つまり、図２に示すように、Ｖ１の温度傾きより、Ｖ２の温度傾きを大きくしている。
尚、図２とは反対に、Ｖ１の温度傾きをＶ２より大きくすることも可能である。
【００３２】
また、図２の例では、説明をわかり易くするため、オフセットがない場合を示しており、Ｖ１，Ｖ２の温度傾きが発振器毎にばらついた場合に、それぞれの特性の交点となる温度がＶ１とＶ２とで同じ温度（２５℃）となるようにしているが、オフセットを生じても差分を取ることにより、温度センサー電圧出力への影響は無視できるものとなる。
【００３３】
図２に示すように、各発振器における第１の温度センサー電圧Ｖ１と第２の温度センサー電圧Ｖ２の温度特性は、ＩＣの製造プロセス等の影響により、発振器によって異なっている。
具体的には、発振器Ａの第１の温度センサー１１と第２の温度センサー１２からはＶ１ａとＶ２ａが出力されるが、発振器Ｂではそれよりも温度傾きが小さいＶ１ｂとＶ２ｂが出力され、発振器では発振器Ａよりも温度傾きが大きいＶ１ｃとＶ２ｃが出力される。
【００３４】
しかし、各発振器について第１の温度センサー電圧と第２の温度センサー電圧との差分を求めると、いずれの発振器においてもほぼ同じ値となっている。本発振器では、これにより温度センサー電圧出力のばらつきを小さくするものである。
【００３５】
［本発振器の温度センサー電圧出力：図３］
次に、本発振器の温度センサー電圧出力について図３を用いて説明する。図３は、本発振器の温度センサー電圧出力を示す説明図である。
上述したように、本発振器の外部に出力される温度センサー電圧出力は、同一ＩＣ上において同様のプロセスの影響を受けた温度センサー１１，１２の出力の差分電圧である。
そのため、個々のＩＣにおいてＶ１，Ｖ２の温度傾きがずれたりオフセットが発生したとしても、Ｖ１とＶ２が同じように変動するため、Ｖ１とＶ２の差分である温度センサー電圧出力はＩＣやロットにかかわらずどの発振器でもほぼ同じ特性が得られるものである。
つまり、本発振器の温度センサー電圧出力は、発振器毎のばらつきは小さく、いずれの発振器でも図３に示すような右上がりの直線となる。
【００３６】
［本発振器の温度傾きの調整：図４］
本発振器において、更に温度センサー電圧出力の温度傾きを調整する場合について図４を用いて説明する。図４は、本発振器における温度センサー電圧出力の温度傾きの調整を示す説明図である。
本発振器では、更に、用途やユーザの希望に基づくスペックに応じて温度センサー電圧出力の傾きを調整することが可能である。
【００３７】
具体的には、第２の温度センサー１２からの第２の温度センサー電圧出力（Ｖ２）の温度特性の傾きを調整することにより、Ｖ１−Ｖ２を所望の傾きとすることができるものである。
第２の温度センサー１２の温度特性の調整は、第２の温度センサー１２としてＶ１−Ｖ２を所望の傾きとする温度特性を備えた温度センサーを用いてもよいし、第２の温度センサー１２バリキャップダイオードや可変抵抗を設けておき、ＩＣ製造後にＶ１−Ｖ２を所望の傾きとするよう、外部からの制御信号で容量や抵抗の値を調整してもよい。
【００３８】
［インバータ回路］
図３、図４に示したように、本発振器の温度センサー電圧出力は、温度に対して右肩上がりの線形出力となる。一方、図６，図７，図８に示したように、従来の温度センサー電圧出力は、温度に対して右肩下がりの特性となっている。
そこで、本発振器の温度センサー電圧出力を従来の発振器における温度センサー電圧出力と同様の傾向とするために、減算器１７の出力段にインバータ回路を備えた構成とすることも可能である。
これにより、本発振器の温度センサー電圧出力の特性が従来と同じような右肩下がりのグラフで得られることになり、使い勝手を向上させることができるものである。
【００３９】
［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る発振器によれば、温度センサー電圧出力機能付き水晶発振器であって、第１の温度センサー１１と第２の温度センサー１２と減算器１７とを備え、減算器１７が、第１の温度センサー１１から出力される第１の温度センサー電圧（Ｖ１）と第２の温度センサー１２から出力される第２の温度センサー電圧（Ｖ２）との差分（Ｖ１−Ｖ２）を温度センサー電圧出力として外部に出力する発振器としているので、同一の製造プロセスの影響で同様の特性変動を生じているＶ１とＶ２の差分をとることにより、発振器毎の温度センサー電圧出力のばらつきを十分小さくすることができ、個々の発振器について温度傾き調整やオフセット電圧調整を不要として、製造工程における効率を向上させることができる効果がある。
【００４０】
また、本発振器によれば、第２の温度センサー１２の温度特性を、所望の温度センサー出力の特性が得られる傾きとするよう調整又は選択することにより、外部に出力される温度センサー電圧出力の温度傾きを任意に調整することができ、用途や規格に応じた温度特性の温度センサー電圧出力を得ることができる効果がある。
【００４１】
また、本発振器によれば、減算器１７の出力段にインバータ回路を備えた発振器としているので、温度センサー電圧出力の特性を従来の発振器と同様に温度に対して右下がりの特性とすることができ、使い勝手を向上させることができる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、温度センサー電圧出力のばらつきを低減して個々の発振器の調整作業を不要とし、製造工程における効率を向上させることができる発振器に適している。
【符号の説明】
【００４３】
１１，２１...第１の温度センサー、  １２，２２...第２の温度センサー、  １３，２３...温度補償回路、  １４，２４...水晶振動子、  １５，２５...発振回路、  １６，２６...バッファ、  １７...減算器
【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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