(57)【要約】【課題】温度補償の精度を向上させるとともに、発振信号の位相ノイズをより低減させることが可能な発振器、電子機器及び発振器の温度補償方法を提供すること。【解決手段】発振器１は、水晶振動子２と、可変容量素子１１と可変容量素子１２とを備え水晶振動子２を可変容量素子１１の容量値及び可変容量素子１２の容量値に応じた周波数で発振させる発振回路１０と、温度検出回路２０と、周波数温度特性情報７２と温度検出回路２０の検出信号とに基づいて第１の補償電圧を生成するアナログ温度補償部１１０と、温度補償された発振周波数と基準となる発振周波数との差である発振周波数の誤差を補正するための温度補償情報７４と温度検出回路２０の検出信号とに基づいて第２の補償電圧を生成するデジタル温度補償部１２０とを含む。可変容量素子１１は第１の温度補償電圧に応じて容量値が変化し、可変容量素子１２は第２の温度補償電圧に応じて容量値が変化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振素子と、
第１の可変容量部と第２の可変容量部とを備え、前記発振素子を前記第１の可変容量部の容量値及び第２の可変容量部の容量値に応じた周波数で発振させる発振回路と、
前記発振素子の周辺の温度を検出する温度検出部と、
前記発振素子の周波数温度特性情報と前記温度検出部の検出信号とに基づいて、前記発振素子の発振周波数を基準となる発振周波数に近づけるように温度補償するための第１の温度補償信号を生成する第１の温度補償信号生成部と、
前記温度補償された発振周波数と前記基準となる発振周波数との差である発振周波数の誤差を補正するための温度補償情報と前記温度検出部の検出信号とに基づいて、前記発振素子の発振周波数を温度補償するための第２の温度補償信号を生成する第２の温度補償信号生成部と、を含み、
前記第１の可変容量部は、
前記第１の温度補償信号に応じて容量値が変化し、
前記第２の可変容量部は、
前記第２の温度補償信号に応じて容量値が変化する、発振器。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２の可変容量部の感度は、前記第１の可変容量部の感度よりも低い、発振器。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記第２の可変容量部は、
外部から入力される制御信号に応じて容量値が変化する、発振器。
【請求項４】
請求項１又は２において、
前記第２の温度補償信号生成部は、
前記温度補償情報及び前記温度検出部の検出信号とともに、外部から入力される制御信号に基づいて、前記第２の温度補償信号を生成する、発振器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項において、
前記第２の可変容量部は、
複数の可変容量素子と複数のスイッチ素子とを含む容量バンクであり、
前記第２の温度補償信号生成部は、
前記第２の温度補償信号として、前記複数のスイッチ素子の各々の開閉を制御する信号を生成する、発振器。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発振器を含む、電子機器。
【請求項７】
発振素子と、第１の可変容量部と第２の可変容量部とを備え、前記発振素子を前記第１の可変容量部の容量値及び第２の可変容量部の容量値に応じた周波数で発振させる発振回路と、を含む発振器の発振周波数を温度補償する、発振器の温度補償方法であって、
前記発振素子の周辺の温度を検出する温度検出ステップと、
前記発振素子の周波数温度特性情報と前記温度検出ステップの検出結果とに基づいて、前記発振素子の発振周波数を基準となる発振周波数に近づけるように温度補償するための第１の温度補償信号を生成する第１の温度補償信号生成ステップと、
前記温度補償された発振周波数と前記基準となる発振周波数との差である発振周波数の誤差を補正するための温度補償情報と前記温度検出ステップの検出結果とに基づいて、前記発振素子の発振周波数を温度補償するための第２の温度補償信号を生成する第２の温度補償信号生成ステップと、を含み、
前記第１の可変容量部は、
前記第１の温度補償信号に応じて容量値が変化し、
前記第２の可変容量部は、
前記第２の温度補償信号に応じて容量値が変化する、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、発振器、電子機器及び発振器の温度補償方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated X’tal Oscillator）は、所定の温度範囲で水晶振動子の発振周波数の所望の周波数（公称周波数）からのずれ（周波数偏差）をキャンセルすることにより高い周波数安定度が得られるため、携帯電話の端末や基地局、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機等の高精度のタイミング信号を必要とする機器やシステムに広く使用されている。
【０００３】
ＴＣＸＯには、一般に、周波数温度特性が３次関数で近似されるＡＴカット水晶振動子が用いられるが、個々のＡＴカット水晶振動子でこの３次関数が異なる。そのため、ＴＣＸＯの最終検査において、４点以上の温度と発振周波数との関係を求めてこの３次関数の各係数を算出し、温度補償データとしてＴＣＸＯ内部のメモリーに書き込む工程（温度補償工程）が設けられる。そして、ＴＣＸＯが動作する際には、この温度補償データに基づいて、水晶振動子の周波数温度特性を補償するような電圧（温度補償電圧）を内部で発生させて、出力される発振信号の周波数温度特性がフラットに近づくようにしている。
【０００４】
しかしながら、水晶振動子の周波数温度特性は完全な３次関数ではないため、完全にフラットにすることはできず周波数偏差が残る。この周波数偏差をなるべく小さくするためには、水晶振動子の周波数温度特性をなるべく高次の関数で近似し、検査工程においてより多くの温度での発振周波数を取得してデータ量の大きい温度補償データを作成し、メモリーに書き込む必要がある。また、この温度補償データを使用して高次の関数に対応する温度補償電圧を発生させる複雑な回路も必要になる。そのため、極めて高精度な周波数が要求される場合、ＴＣＸＯの面積コストや検査コストが大幅に増大し、現実的でない場合もある。
【０００５】
このような問題を解決するために、特許文献１では、温度検出回路からの温度情報をＡ／Ｄ変換器の情報に応じて、予め温度補償水晶発振器で得られなかった温度補償誤差のデータを記憶したメモリー回路の出力をＤ／Ａ変換器でアナログ信号に変換した出力電圧と、温度補償水晶発振器の関数発生回路の出力電圧とを加算回路に入力して得られた補償電圧を電圧制御発振回路に入力して補償する温度補償発振回路が提案されている。この発振回路によれば、アナログ処理により温度補償した特性をデジタル処理により更に補償精度を上げる構成から、デジタルで扱う補償幅が小さくて済み、デジタル処理に用いるメモリーの分解能を小さくすることができ、発振回路自体の小型化を実現すると共に、デジタルの補償幅が小さいためにノイズも大幅に抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３４１０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の手法をＴＣＸＯに適用すると、水晶振動子の周波数温度特性を補償するのに十分な感度の可変容量素子に、アナログ処理による生成される電圧とデジタル処理により生成される電圧を加算した補償電圧が印加されることになる。そのため、デジタル処理で発生するノイズが感度の大きい可変容量素子に印加されることになり、ＴＣＸＯから出力される発振信号の位相ノイズが大きくなるおそれがある。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、温度補償の精度を向上させるとともに、発振信号の位相ノイズをより低減させることが可能な発振器、電子機器及び発振器の温度補償方法を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することが可能である。
【００１０】
［適用例１］
本適用例に係る発振器は、発振素子と、第１の可変容量部と第２の可変容量部とを備え、前記発振素子を前記第１の可変容量部の容量値及び第２の可変容量部の容量値に応じた周波数で発振させる発振回路と、前記発振素子の周辺の温度を検出する温度検出部と、前記発振素子の周波数温度特性情報と前記温度検出部の検出信号とに基づいて、前記発振素子の発振周波数を基準となる発振周波数に近づけるように温度補償するための第１の温度補償信号を生成する第１の温度補償信号生成部と、前記温度補償された発振周波数と前記基準となる発振周波数との差である発振周波数の誤差を補正するための温度補償情報と前記温度検出部の検出信号とに基づいて、前記発振素子の発振周波数を温度補償するための第２の温度補償信号を生成する第２の温度補償信号生成部と、を含み、前記第１の可変容量部は、前記第１の温度補償信号に応じて容量値が変化し、前記第２の可変容量部は、前記第２の温度補償信号に応じて容量値が変化する。
【００１１】
本適用例に係る発振器によれば、第１の温度補償信号により補償しきれない発振周波数の誤差を第２の温度補償信号により補正するので、第１の温度補償信号による温度補償のみを行う場合と比較して、温度補償の精度が向上し、発振周波数の精度をより高くすることができる。
【００１２】
また、本適用例に係る発振器によれば、第２の温度補償信号による温度補償用に、第１の可変容量部とは独立して第２の可変容量部を設けたことで、第１の可変容量部の感度（第１の温度補償信号の大きさに対する発振周波数の変化量の大きさ）に関係なく、第２の可変容量部の感度を自由に設定することができる。従って、例えば、第２の可変容量部の感度（第２の温度補償信号の大きさに対する発振周波数の変化量の大きさ）を、発振信号の位相ノイズが低減するような最適な感度に設定することで、より高い周波数精度を実現することができる。
【００１３】
［適用例２］
上記適用例に係る発振器において、前記第２の可変容量部の感度は、前記第１の可変容量部の感度よりも低いようにしてもよい。
【００１４】
本適用例に係る発振器によれば、第２の可変容量部の感度がより低いので、第１の温度補償信号による温度補償と第２の温度補償信号による温度補償を１つの可変容量素子を用いて行う場合と比較して、第２の温度補償信号生成部で発生するノイズに起因する発振信号の位相ノイズを低減させることができるので、より高い周波数精度を実現することができる。
【００１５】
［適用例３］
上記適用例に係る発振器において、前記第２の可変容量部は、外部から入力される制御信号に応じて容量値が変化するようにしてもよい。
【００１６】
本適用例に係る発振器によれば、高い周波数精度を維持しながら、外部から発振周波数を調整することができる。
【００１７】
［適用例４］
上記適用例に係る発振器において、前記第２の温度補償信号生成部は、前記温度補償情報及び前記温度検出部の検出信号とともに、外部から入力される制御信号に基づいて、前記第２の温度補償信号を生成するようにしてもよい。
【００１８】
本適用例に係る発振器によれば、第２の温度補償信号による温度補償と周波数制御を同時に行うための第２の温度補償信号を、第２の温度補償信号生成部の処理に基づいて発生させるので、第２の可変容量素子の感度特性に合わせたきめ細かい制御を行うことができる。
【００１９】
［適用例５］
上記適用例に係る発振器において、前記第２の可変容量部は、複数の可変容量素子と複数のスイッチ素子とを含む容量バンクであり、前記第２の温度補償信号生成部は、前記第２の温度補償信号として、前記複数のスイッチ素子の各々の開閉を制御する信号を生成するようにしてもよい。
【００２０】
第２の温度補償信号による温度補償に容量バンクを用いる（可変容量素子を用いない）ことから、発振信号の位相ノイズを低減させることができる。
【００２１】
［適用例６］
本適用例に係る電子機器は、上記のいずれかの適用例に係る発振器を含む。
【００２２】
［適用例７］
本適用例に係る発振器の温度補償方法は、振素子と、第１の可変容量部と第２の可変容量部とを備え、前記発振素子を前記第１の可変容量部の容量値及び第２の可変容量部の容量値に応じた周波数で発振させる発振回路と、を含む発振器の発振周波数を温度補償する、発振器の温度補償方法であって、前記発振素子の周辺の温度を検出する温度検出ステップと、前記発振素子の周波数温度特性情報と前記温度検出ステップの検出結果とに基づいて、前記発振素子の発振周波数を基準となる発振周波数に近づけるように温度補償するための第１の温度補償信号を生成する第１の温度補償信号生成ステップと、前記温度補償された発振周波数と前記基準となる発振周波数との差である発振周波数の誤差を補正するための温度補償情報と前記温度検出ステップの検出結果とに基づいて、前記発振素子の発振周波数を温度補償するための第２の温度補償信号を生成する第２の温度補償信号生成ステップと、を含み、前記第１の可変容量部は、前記第１の温度補償信号に応じて容量値が変化し、前記第２の可変容量部は、前記第２の温度補償信号に応じて容量値が変化する。
【００２３】
本適用例に係る発振器の温度補償方法によれば、第１の温度補償信号により補償しきれない発振周波数の誤差を第２の温度補償信号により補正するので、第１の温度補償信号による温度補償のみを行う場合と比較して、温度補償の精度が向上し、発振周波数の精度をより高くすることができる。
【００２４】
また、本適用例に係る発振器の温度補償方法によれば、第２の温度補償信号による温度補償用に、第１の可変容量部とは独立して第２の可変容量部を設けたことで、第１の可変容量部の感度に関係なく、第２の可変容量部の感度を自由に設定することができる。従って、例えば、第２の可変容量部の感度を、発振信号の位相ノイズが低減するような最適な感度に設定することで、より高い周波数精度を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態の発振器の構成例を示す図。
【図２】発振回路の構成例を示す図。
【図３】水晶振動子の等価回路を示す図。
【図４】温度補償情報の一例を示す図。
【図５】効果確認のための実験結果を示す図。
【図６】可変容量素子の感度のグラフの一例を示す図。
【図７】第１実施形態の発振器の他の構成例を示す図。
【図８】第２実施形態の発振器の構成例を示す図。
【図９】第２実施形態の発振器の他の構成例を示す図。
【図１０】第３実施形態の発振器の構成例を示す図。
【図１１】第３実施形態の発振器の他の構成例を示す図。
【図１２】第４実施形態の発振器の構成例を示す図。
【図１３】第４実施形態における発振回路の構成例を示す図。
【図１４】第４実施形態における温度補償情報の一例を示す図。
【図１５】本実施形態の電子機器の機能ブロック図。
【図１６】本実施形態の電子機器の外観の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２７】
１．発振器
１−１．第１実施形態
図１は、第１実施形態の発振器の構成例を示す図である。図１に示すように、第１実施形態の発振器１は、水晶振動子２と集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）１００を含んで構成されている、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）である。
【００２８】
ＩＣ１００は、発振回路１０、温度検出回路２０、関数発生回路３０、Ａ／Ｄ変換回路４０、データ変換回路５０、Ｄ／Ａ変換回路６０、記憶部７０を含んで構成されている。
【００２９】
水晶振動子２は、一端がＩＣ１００の外部端子１０１と接続されており、他端がＩＣ１００の外部端子１０２と接続されている。
【００３０】
発振回路１０のＳ１端子及びＳ２端子は、それぞれＩＣ１００の外部端子１０１及び外部端子１０２と接続されている。すなわち、発振回路１０は、ＩＣ１００の外部端子１０１及び外部端子１０２を介して水晶振動子２の両端と接続されている。発振回路１０は、可変容量素子１１（第１の可変容量部の一例）と可変容量素子１２（第２の可変容量部の一例）を備えており、可変容量素子１１の容量値と可変容量素子１２の容量値に応じた周波数で水晶振動子２を発振させる。水晶振動子２の発振により発生する発振信号は、発振回路１０のＯＵＴ端子から外部端子１０３を介して外部に出力される。
【００３１】
図２は、発振回路１０の構成例を示す図である。図２に示すように、発振回路１０は、可変容量素子（可変容量ダイオード）１１、可変容量素子（可変容量ダイオード）１２、抵抗１３、抵抗１４、コンデンサー１５、コンデンサー１６、ＣＭＯＳインバーター１７、抵抗１８を含んで構成されている。
【００３２】
ＣＭＯＳインバーター１７は、入力端子（ゲート端子）と出力端子（ドレイン端子）がそれぞれＳ１端子とＳ２端子を介して水晶振動子２の両端に接続されており、水晶振動子２の出力信号を増幅して水晶振動子２に入力する増幅素子として機能する。ＣＭＯＳインバーター２０の入力端子と出力端子には、水晶振動子２の負荷容量として機能するコンデンサー１５とコンデンサー１６が接続されている。また、ＣＭＯＳインバーター２０の入力端子と出力端子の間には、抵抗１８（帰還抵抗）が接続されている。また、ＣＭＯＳインバーター２０の出力端子は、ＯＵＴ端子に接続されている。
【００３３】
可変容量素子（可変容量ダイオード）１１は、コンデンサー１５とグランドとの間に接続されており、カソード端子と発振回路１０のＣ１端子との間に抵抗１３（入力抵抗）が接続されている。
【００３４】
同様に、可変容量素子（可変容量ダイオード）１２は、コンデンサー１６とグランドとの間に接続されており、カソード端子と発振回路１０のＣ２端子との間に抵抗１４（入力抵抗）が接続されている。
【００３５】
後述するように、Ｃ１端子とＣ２端子には、異なる２つの温度補償電圧が印加され、可変容量素子１１，１２の容量値は、この２つの温度補償電圧に応じて変化する。
【００３６】
水晶振動子２（発振素子の一例）は、図３に示すような等価回路（Ｒ１は等価直列抵抗、Ｌ１は等価直列インダクタンス、Ｃ１は等価直列容量、Ｃ０は並列容量）で表され、水晶振動子２は、並列容量Ｃ０と、コンデンサー１５、コンデンサー１６、可変容量素子１１、可変容量素子１２の合成容量（負荷容量）ＣＬとに応じた周波数で発振する。
【００３７】
可変容量素子１１，１２の容量値はＣ１端子とＣ２端子からそれぞれ印加される温度補償電圧により所定の範囲で増減し、これにより合成容量ＣＬが変化することで、水晶振動子２の発振周波数が基準となる発振周波数に近づくように温度補償される。
【００３８】
図１に戻り、温度検出回路２０（温度検出部の一例）は、振動子２の周辺の温度を検出し、検出した温度に応じた検出電圧（検出信号の一例）を出力する。
【００３９】
関数発生回路３０は、記憶部７０に記憶されている水晶振動子２の周波数温度特性情報７２に基づいて、温度検出回路２０の検出電圧に応じて水晶振動子２の発振周波数を基準となる発振周波数に近づけるように温度補償するための温度補償電圧（第１の温度補償信号の一例）を生成する。周波数温度特性情報７２は、水晶振動子２の周波数温度特性を近似する関数（例えば３次関数）の情報であり、例えば、当該関数の係数値の情報である。この周波数温度特性情報７２は、例えば、発振器１の検査工程において取得された所定数の温度における発振周波数の情報から最小２乗近似などの手法を用いて計算され、記憶部７０に書き込まれる。
【００４０】
関数発生回路３０が生成した温度補償電圧は、発振回路１０のＣ１端子に印加され、可変容量素子１１の容量値が制御される。これにより、水晶振動子２の発振周波数が制御され、第１の温度補償が行われる。
【００４１】
Ａ／Ｄ変換回路４０は、温度検出回路２０の検出電圧（温度検出電圧）をデジタル値に変換する。
【００４２】
データ変換回路５０は、記憶部７０に記憶されている温度補償情報７４に基づいて、Ａ／Ｄ変換回路４０が変換したデジタル値（温度検出電圧値）を水晶振動子２の発振周波数を温度補償するための温度補償電圧値に変換する。温度補償情報７４は、関数発生回路３０によって温度補償された発振周波数と基準となる発振周波数との差である発振周波数の誤差を補正するための情報である。温度補償情報７４は、高い精度が要求されるため、関数の係数値の情報ではなく、例えば、図４に示すような、温度検出電圧値と温度補償電圧値との対応関係が定義された情報である。例えば、発振器１の検査工程において、記憶部７０に周波数温度特性情報７２が書き込まれた後、関数発生回路３０が生成する温度補償電圧による温度補償がされている状態で、複数の温度での温度検出電圧と発振周波数の情報を取得し、各温度検出電圧値での周波数誤差の補正に必要な温度補償電圧値を計算することで温度補償情報７４を作成し、記憶部７０に書き込まれる。
【００４３】
データ変換回路５０は、温度検出回路２０の検出電圧（温度検出電圧）が温度補償情報７４において定義されていない電圧値であれば補完計算により温度補償電圧値を算出する。温度補償情報のデータ量が大きいほど発振器１の発振周波数の精度が向上するが、面積コストが増大する。従って、要求される発振周波数の精度を満たす必要最小限のデータ量の温度補償情報を用意すればよい。
【００４４】
Ｄ／Ａ変換回路６０は、データ変換回路５０が変換した温度補償電圧値をアナログ信号、すなわち温度補償電圧（第２の温度補償信号の一例）に変換する。
【００４５】
Ｄ／Ａ変換回路６０が変換した温度補償電圧は、発振回路１０のＣ２端子に印加され、可変容量素子１２の容量値が制御される。これにより、水晶振動子２の発振周波数が制御され、第２の温度補償が行われる。
【００４６】
なお、関数発生回路３０は、温度検出電圧に基づいてアナログ処理により温度補償電圧を発生させる、アナログ温度補償部１１０（第１の温度補償信号生成部の一例）として機能する。また、Ａ／Ｄ変換回路４０、データ変換回路５０及びＤ／Ａ変換回路は、温度検出電圧に基づいて主にデジタル処理により温度補償電圧を発生させる、デジタル温度補償部１２０（第２の温度補償信号生成部の一例）として機能する。以下では、適宜、アナログ温度補償部１１０が発生させる温度補償電圧を「アナログ補償電圧」、デジタル温度補償部１２０が発生させる温度補償電圧を「デジタル補償電圧」と呼ぶことにする。また、アナログ温度補償部１１０による温度補償を「アナログ温度補償」、デジタル温度補償部１２０による温度補償を「デジタル温度補償」と呼ぶことにする。
【００４７】
このような構成の発振器１によれば、従来のＴＣＸＯで行われていた温度補償と同等のアナログ温度補償が行われ、さらに、アナログ温度補償で補償しきれない発振周波数の誤差をデジタル温度補償により補正することができる。これにより、従来のＴＣＸＯと比較して、周波数精度を大幅に向上することができる。この効果を確認するため、既存の電圧制御機能付き温度補償型水晶発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ：Voltage Controlled Temperature Compensated X’tal Oscillator）を利用し、その周波数制御用の制御電圧入力端子（Ｖｃ端子）に一定電圧を印加した場合（アナログ温度補償のみ行った場合）と、理想的なデジタル補償電圧を印加した場合（アナログ温度補償とデジタル温度補償を行った場合）の周波数温度特性を取得した結果を図５に示す。図５において、Ｇ１はＶｃ端子に一定電圧を印加した場合（アナログ温度補償のみ行った場合）の結果であり、Ｇ１はＶｃ端子にデジタル補償電圧を印加した場合（アナログ温度補償とデジタル温度補償を行った場合）の結果である。横軸は温度、縦軸は２５℃の周波数に対する周波数誤差である。図５の結果によると、アナログ温度補償のみ行った場合は、０℃〜７０℃の範囲で−３０ｐｐｂ〜＋１００ｐｐｂの周波数誤差であるのに対して、アナログ温度補償とデジタル温度補償を行った場合は、０℃〜７０℃の範囲で−１０ｐｐｂ〜＋１０ｐｐｂの周波数誤差になっており、周波数精度が大幅に向上している。ただし、Ｖｃ端子に印加したデジタル補償電圧は、Ａ／Ｄ変換とＤ／Ａ変換がされていない理想的な電圧値であるが、本実施形態の発振器では、デジタル温度補償部１２０にＡ／Ｄ変換回路４０とＤ／Ａ変換回路６０が含まれているので、これらのビット数が少ないほど周波数誤差が増加する。従って、要求される周波数精度を満足するためのビット数を適宜選択する必要がある。
【００４８】
ところで、本実施形態の発振器１において、アナログ温度補償では、水晶振動子２の周波数温度特性に対して温度補償を行うため、発振周波数の可変範囲を比較的広くする必要がある。一方、デジタル温度補償では、アナログ温度補償で補償しきれない周波数誤差を補正すればよいので、発振周波数の可変範囲はアナログ温度補償の場合よりも狭くてよい。従って、可変容量素子１２の感度（温度補償電圧に対する発振周波数の変化量の大きさ）は可変容量素子１１の感度よりも低くてよい。図６（Ａ）は、可変容量素子１１の感度のグラフの一例を示す図であり、図６（Ｂ）は、可変容量素子１２の感度のグラフの一例を示す図である。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）において、横軸は印加電圧であり、縦軸は周波数変化量である。図６（Ａ）の例では、水晶振動子２の周波数温度特性が基準温度（例えば２５℃）に対して±１０ｐｐｍの範囲で変動し、アナログ温度補償でこれを補正するため、可変容量素子１１は、０Ｖ〜電源電圧３．３Ｖの印加電圧に対して−１０ｐｐｍ〜＋１０ｐｐｍの範囲で発振周波数を変化させる。図６（Ｂ）の例では、アナログ温度補償により周波数誤差を±１ｐｐｍの範囲まで追い込み、デジタル温度補償でこれを補正するため、可変容量素子１２は、０Ｖ〜電源電圧３．３Ｖの印加電圧に対して−１ｐｐｍ〜＋１ｐｐｍの範囲で発振周波数を変化させる。従って、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）の例では、可変容量素子１２の感度は可変容量素子１１の感度の１／１０になっている。
【００４９】
仮に、可変容量素子１２が無く、アナログ補償電圧とデジタル補償電圧を加算した電圧を図６（Ａ）の感度の可変容量素子１１に印加した場合、１ｐｐｍだけ周波数を変化させる印加電圧は０．１６５Ｖであるから、デジタル補償電圧の範囲は１．６５Ｖを中心に±０．１６５Ｖの範囲になる。一方、本実施形態の発振器１にように、アナログ補償電圧を図６（Ａ）の感度の可変容量素子１１に印加し、デジタル補償電圧を図６（Ｂ）の感度の可変容量素子１２に印加した場合、デジタル補償電圧の範囲は１．６５Ｖを中心に±１．６５Ｖの範囲になる。
【００５０】
つまり、デジタル補償電圧は、アナログ補償電圧とデジタル補償電圧をそれぞれ可変容量素子１１と可変容量素子１２に印加した場合、アナログ補償電圧とデジタル補償電圧を加算した電圧を可変容量素子１１に印加した場合の１０倍の補償電圧値になる。アナログ補償電圧はアンプ等で増幅して電圧を発生させる為、補償電圧が１０倍となるとノイズも１０倍となるが、デジタル補償電圧は基準電圧を抵抗等で分圧して発生させる為、補償電圧が１０倍となっても、ノイズは１０倍とはならない。仮に、デジタル補償電圧が１０倍となってもノイズ量が一定であるとすると、後者、すなわち本実施形態の発振器１の方が、デジタル補償電圧とノイズとの比が前者の１／１０になるため、発振信号の位相ノイズが小さくなり、デジタル温度補償の精度が高い。
【００５１】
以上に説明したように、第１実施形態の発振器によれば、アナログ温度補償により補償しきれない発振周波数の誤差をデジタル温度補償により補正することで、温度補償の精度を向上させることができる。さらに、本実施形態の発振器によれば、アナログ温度補償用の相対的に感度の高い可変容量素子１１とデジタル温度補償用の相対的に感度の低い可変容量素子１２を別個に設けたことで、デジタル温度補償部１２０で発生するノイズに起因する発振信号の位相ノイズを低減させることができる。そのため、アナログ温度補償とデジタル温度補償を１つの可変容量素子を用いて行う場合と比較して、高い周波数精度を実現することができる。
【００５２】
なお、図１の発振回路１０は、温度補償用の可変容量素子１１と温度補償用の可変容量素子１２を含む温度補償型発振回路であるが、温度補償用の可変容量素子１１と周波数制御用の可変容量素子１２を含む電圧制御機能付き温度補償型発振回路であってもよい。この場合、発振回路１０のＣ２端子は、周波数制御用の制御電圧入力端子（Ｖｃ端子）であり、可変容量素子１２は、周波数調整に使用される代わりにデジタル温度補償に使用される。このように、既存の電圧制御機能付き温度補償型発振回路を利用してもよい。
【００５３】
また、図１では、水晶振動子２以外の回路部分を１チップのＩＣ１００で構成する例を挙げたが、複数のＩＣに分けて構成してもよい。例えば、図７に示すように、デジタル温度補償部１２０をＩＣ２００に実装し、その他の回路部分をＩＣ１００に実装するようにしてもよい。この場合、ＩＣ１００の記憶部７０には周波数温度特性情報７２が記憶され、ＩＣ２００の記憶部７１には温度補償情報７４が記憶される。また、ＩＣ１００には、温度検出電圧を出力するための外部端子１０４とデジタル補償電圧を入力するための外部端子１０５が設けられ、ＩＣ２００には、温度検出電圧を入力するための外部端子２０１とデジタル補償電圧を出力するための外部端子２０２が設けられ、外部端子１０４と外部端子２０１、外部端子１０５と外部端子２０２がそれぞれ接続される。
【００５４】
例えば、ＩＣ１００として、既存の電圧制御機能付温度補償型水晶発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）を用いてもよい。この場合、可変容量素子１１はＶＣ−ＴＣＸＯに内蔵されている温度補償用の可変容量素子であり、可変容量素子１２は周波数制御用の可変容量素子である。外部端子１０５は周波数制御用の制御電圧入力端子（Ｖｃ端子）であり、ＩＣ２００の外部端子２０２から出力されるデジタル補償電圧がＶｃ端子に入力されるようにすればよい。このように、既存の電圧制御機能付き温度補償型水晶発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）を利用することで、その周波数制御機能は使用できなくなるが、アナログ温度補償とデジタル温度補償を行うことで周波数精度の高い温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）を容易に実現することができる。
【００５５】
１−２．第２実施形態
図８は、第２実施形態の発振器の構成例を示す図である。図８において、図１と同じ構成要素には同じ符号を付している。図８に示すように、第２実施形態の発振器１では、第１実施形態（図１）と比較して、ＩＣ１００に外部端子１０５と加算器８０が追加されている。
【００５６】
外部端子１０５は、周波数制御用の制御電圧入力端子（Ｖｃ端子）である。
【００５７】
加算器８０は、外部端子１０５から入力される制御電圧とＤ／Ａ変換回路の出力電圧（デジタル補償電圧）を加算し、加算器８０の出力電圧が発振回路１０のＣ２端子を介して可変容量素子１２に印加される。つまり、可変容量素子１２は、デジタル温度補償用の可変容量素子であるとともに周波数調整用の可変容量素子でもある。
【００５８】
なお、加算器８０は、外部端子１０５から入力される制御電圧とＤ／Ａ変換回路の出力電圧（デジタル補償電圧）を重み付けして（それぞれ所定の係数を掛けて）加算してもよい。
【００５９】
第２実施形態の発振器１のその他の構成は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００６０】
以上に説明したように、第２実施形態の発振器１は、水晶振動子２の発振周波数の温度補償を行うとともに、外部から周波数を調整可能な発振器、すなわち、電圧制御機能付き温度補償型水晶発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）である。この第２実施形態の発振器によれば、第１実施形態の発振器と同様の効果を奏することができるとともに、さらに、高い周波数精度を維持しながら、水晶振動子２の発振周波数を外部から調整することができる。
【００６１】
なお、図８では、水晶振動子２以外の回路部分を１チップのＩＣ１００で構成する例を挙げたが、複数のＩＣに分けて構成してもよい。例えば、図９に示すように、デジタル温度補償部１２０と加算器８０をＩＣ２００に実装し、その他の回路部分をＩＣ１００に実装するようにしてもよい。この場合、ＩＣ１００の記憶部７０には周波数温度特性情報７２が記憶され、ＩＣ２００の記憶部７１には温度補償情報７４が記憶される。また、ＩＣ１００には、温度検出電圧を出力するための外部端子１０４が設けられ、ＩＣ２００には、温度検出電圧を入力するための外部端子２０１、デジタル補償電圧を出力するための外部端子２０２、周波数制御用の制御電圧を入力するための外部端子２０３が設けられ、外部端子１０４と外部端子２０１、外部端子１０５と外部端子２０２がそれぞれ接続される。例えば、ＩＣ１００として、既存の電圧制御機能付温度補償型水晶発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）を用いてもよい。
【００６２】
１−３．第３実施形態
図１０は、第３実施形態の発振器の構成例を示す図である。図１０において、図８と同じ構成要素には同じ符号を付している。図１０に示すように、第３実施形態の発振器１では、第２実施形態（図８）と比較して、ＩＣ１００において、加算器８０が無くなり、Ａ／Ｄ変換回路９０が追加されている。
【００６３】
Ａ／Ｄ変換回路９０は、外部端子１０５から入力される制御電圧をデジタル値に変換する。
【００６４】
データ変換回路５０は、記憶部７０に記憶されている温度補償情報７４を参照し、Ａ／Ｄ変換回路４０が変換したデジタル値（温度検出電圧値）に対応する温度補償電圧値を抽出する。また、データ変換回路５０は、Ａ／Ｄ変換回路９０が変換したデジタル値ｘを所定の関数ｆ（ｘ）で変換し、制御電圧値を生成する。この関数ｆは、可変容量素子１２の印加電圧を変数として周波数変化量を表す関数に対応づけられる。そして、データ変換回路５０は、温度補償電圧値と制御電圧値とを加算して、可変容量素子１２に印加する電圧値を算出する。
【００６５】
データ変換回路５０が生成した電圧値はＤ／Ａ変換回路６０で電圧に変換され、発振回路１０のＣ２端子に印加される。この印加電圧、すなわちデジタル補償電圧と制御電圧を加算した電圧により、可変容量素子１２の容量値が制御される。これにより、水晶振動子２の発振周波数が制御され、デジタル温度補償とともに周波数調整が行われる。
【００６６】
第３実施形態の発振器１のその他の構成は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００６７】
以上に説明したように、第３実施形態の発振器１は、水晶振動子２の発振周波数の温度補償を行うとともに、外部から周波数を調整可能な発振器、すなわち、電圧制御機能付き温度補償型水晶発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）である。この第３実施形態の発振器によれば、第１実施形態の発振器と同様の効果を奏することができるとともに、さらに、水晶振動子２の発振周波数を外部から調整することができる。
【００６８】
また、第３実施形態の発振器によれば、デジタル温度補償と周波数制御を同時に行うために可変容量素子１２に印加する電圧値を、データ変換回路５０のデジタル処理に基づいて発生させるので、可変容量素子１２の感度特性に合わせたきめ細かい制御を行うことができる。
【００６９】
なお、図１０では、水晶振動子２以外の回路部分を１チップのＩＣ１００で構成する例を挙げたが、複数のＩＣに分けて構成してもよい。例えば、図１１に示すように、デジタル温度補償部１２０とＡ／Ｄ変換回路９０をＩＣ２００に実装し、その他の回路部分をＩＣ１００に実装するようにしてもよい。この場合、ＩＣ１００の記憶部７０には周波数温度特性情報７２が記憶され、ＩＣ２００の記憶部７１には温度補償情報７４が記憶される。また、ＩＣ１００には、温度検出電圧を出力するための外部端子１０４が設けられ、ＩＣ２００には、温度検出電圧を入力するための外部端子２０１、デジタル補償電圧を出力するための外部端子２０２、周波数制御用の制御電圧を入力するための外部端子２０３が設けられ、外部端子１０４と外部端子２０１、外部端子１０５と外部端子２０２がそれぞれ接続される。例えば、ＩＣ１００として、既存の電圧制御機能付温度補償型水晶発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）を用いてもよい。
【００７０】
１−４．第４実施形態
図１２は、第４実施形態の発振器の構成例を示す図である。図１２において、図１と同じ構成要素には同じ符号を付している。図１２に示すように、第４実施形態の発振器１では、第１実施形態（図１）と比較して、ＩＣ１００において、発振回路１０の可変容量素子１２が容量バンク１９に置き換わっており、Ｄ／Ａ変換回路６０が無くなっている。
【００７１】
図１３は、第４実施形態における発振回路１０の構成例を示す図である。図１３において、図２と同じ構成要素には同じ符号を付している。図１３に示すように、第４実施形態における発振回路１０は、図２と比較して、可変容量素子（可変容量ダイオード）１２が容量バンク１９に置き換わり、Ｃ２端子がＢ１〜Ｂｎ端子（ｎは２以上の整数）に置き換わっている。
【００７２】
容量バンク１９（第２の可変容量部の一例）は、ｎ個のコンデンサーＣ１〜Ｃｎとｎ個のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎを含み、直列接続されたコンデンサーＣｉとスイッチ素子ＳＷｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）が、コンデンサー１６とグランドの間に並列に接続された構成となっている。スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎには、それぞれ、Ｂ１〜Ｂｎ端子から制御信号が供給され、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎは各制御信号に応じてオン又はオフする。スイッチ素子ＳＷｉがオンするとコンデンサー１６とグランドの間にコンデンサーＣｉが接続され、水晶振動子２の負荷容量ＣＬに加わる。例えば、ＳＷ１〜ＳＷｎがすべてオンすると、コンデンサーＣ１〜Ｃｎ、コンデンサー１５、コンデンサー１６、可変容量素子１１の合成容量が負荷容量ＣＬとなり、ＳＷ１〜ＳＷｎがすべてオフすると、コンデンサー１５、コンデンサー１６、可変容量素子１１の合成容量が負荷容量ＣＬとなる。
【００７３】
図１２に示すように、データ変換回路５０は、記憶部７０に記憶されている温度補償情報７４に基づいて、Ａ／Ｄ変換回路４０が変換したデジタル値（温度検出電圧値）を水晶振動子２の発振周波数を温度補償するための容量バンク１９の制御信号に変換する。第４実施形態における温度補償情報７４は、例えば、図１４に示すような、温度検出電圧値と容量バンク１９のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎのオン／オフを制御するためのスイッチ制御コード（ＡｎＡｎ−１・・・Ａ２Ａ１）との対応関係が定義された情報である。スイッチ制御コードの各ビットＡｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）はスイッチ素子ＳＷｉの制御ビットであり、Ａｉ＝０であればスイッチ素子ＳＷｉがオフし、Ａｉ＝１であればスイッチ素子ＳＷｉがオンする。例えば、発振器１の検査工程において、記憶部７０に周波数温度特性情報７２が書き込まれた後、関数発生回路３０が生成する温度補償電圧による温度補償がされている状態で、複数の温度での温度検出電圧と発振周波数の情報を取得し、各温度検出電圧値での周波数誤差の補正に必要な負荷容量値を計算し、当該負荷容量値に最も近くなるスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎのオン／オフパターンを求めて温度補償情報７４を作成し、記憶部７０に書き込まれる。
【００７４】
データ変換回路５０は、温度補償情報７４を参照し、温度検出電圧値に応じたスイッチ制御コードを抽出し、スイッチ制御コードのビットＡ１〜Ａｎに応じた電圧値（０Ｖ又は電源電圧）（第２の温度補償信号の一例）をそれぞれ発振回路１０のＢ１〜Ｂｎ端子に印加する。これにより、水晶振動子２の発振周波数が制御され、デジタル温度補償が行われる。
【００７５】
第４実施形態の発振器１のその他の構成は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００７６】
以上に説明したように、第４実施形態の発振器１は、水晶振動子２の発振周波数の温度補償を行うとともに、外部から周波数を調整可能な発振器、すなわち、電圧制御機能付き温度補償型水晶発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ）である。この第４実施形態の発振器によれば、第１実施形態の発振器と同様の効果を奏することができるとともに、デジタル温度補償に容量バンク１９を用いる（可変容量素子を用いない）ことから、発振信号の位相ノイズを低減させることができる。
【００７７】
２．電子機器
図１５は、本実施形態の電子機器の機能ブロック図である。また、図１６は、本実施形態の電子機器の一例であるスマートフォンの外観の一例を示す図である。
【００７８】
本実施形態の電子機器３００は、クロック生成部３１０、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３２０、操作部３３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３４０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３５０、通信部３６０、表示部３７０、音出力部３８０を含んで構成されている。なお、本実施形態の電子機器は、図１５の構成要素（各部）の一部を省略又は変更したり、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
【００７９】
クロック生成部３１０は、発振器３１２の発振信号を原振クロックとして、各種のクロック信号を生成する。発振器３１２は、例えば、前述した第１〜第４実施形態の発振器１のいずれかである。
【００８０】
ＣＰＵ３２０は、ＲＯＭ３４０等に記憶されているプログラムに従い、クロック生成部３１０が生成する各種のクロック信号を用いて各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、ＣＰＵ３２０は、操作部３３０からの操作信号に応じた各種の処理、外部とデータ通信を行うために通信部３６０を制御する処理、表示部３７０に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理、音出力部３８０に各種の音を出力させる処理等を行う。
【００８１】
操作部３３０は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号をＣＰＵ３２０に出力する。
【００８２】
ＲＯＭ３４０は、ＣＰＵ３２０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。
【００８３】
ＲＡＭ３５０は、ＣＰＵ３２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ３４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部３３０から入力されたデータ、ＣＰＵ３２０が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。
【００８４】
通信部３６０は、ＣＰＵ３２０と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。
【００８５】
表示部３７０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成される表示装置であり、ＣＰＵ３２０から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。
【００８６】
音出力部３８０は、スピーカー等の音を出力する装置である。
【００８７】
発振器３１２として本実施形態の発振器１を組み込むことにより、より性能の高い電子機器を実現することができる。
【００８８】
このような電子機器３００としては種々の電子機器が考えられ、例えば、パーソナルコンピューター（例えば、モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター、タブレット型パーソナルコンピューター）、携帯電話機などの移動体端末、ディジタルスチールカメラ、インクジェット式吐出装置（例えば、インクジェットプリンター）、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ゲーム用コントローラー、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、ＰＤＲ（歩行者位置方位計測）等が挙げられる。
【００８９】
３．変形例
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【００９０】
発振素子としては、例えば、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）共振子、ＡＴカット水晶振動子、ＳＣカット水晶振動子、音叉型水晶振動子、その他の圧電振動子やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子などを用いることができる。
【００９１】
発振素子の基板材料としては、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電単結晶や、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックス等の圧電材料、又はシリコン半導体材料等を用いることができる。
【００９２】
発振素子の励振手段としては、圧電効果によるものを用いてもよいし、クーロン力による静電駆動を用いてもよい。
【００９３】
また、本実施形態では、増幅素子としてＣＭＯＳインバーターを用いた発振回路を例に挙げて説明したが、増幅素子として、バイポーラトランジスター、電界効果トランジスター（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）、金属酸化膜型電界効果トランジスター（ＭＯＳＦＥＴ：Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、サイリスター等を用いた任意のタイプの発振回路を用いてもよい。
【００９４】
また、本実施形態では、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）を例に挙げて説明したが、本発明の発振器は、これに限られず、温度補償機能を有する、圧電発振器、ＳＡＷ発振器、電圧制御型発振器、シリコン発振器、原子発振器等であってもよい。
【００９５】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【００９６】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００９７】
１  発振器、２  水晶振動子、１０  発振回路、１１  可変容量素子、１２  可変容量素子、１３  抵抗、１４  抵抗、１５  コンデンサー、１６  コンデンサー、１７  ＣＭＯＳインバーター、１８  抵抗、１９  容量バンク、２０  温度検出回路、３０  関数発生回路、４０  Ａ／Ｄ変換回路、５０  データ変換回路、６０  Ｄ／Ａ変換回路、７０  記憶部、８０  加算器、９０  Ａ／Ｄ変換回路、７１  記憶部、７２  周波数温度特性情報、７４  温度補償情報、１００  ＩＣ、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５  ＩＣの外部端子、１１０  アナログ温度補償部、１２０  デジタル温度補償部、２００  ＩＣ、２０１，２０２，２０３  ＩＣの外部端子、３００  電子機器、３１０  クロック生成部、３１２  発振器、３２０  ＣＰＵ、３３０  操作部、３４０  ＲＯＭ、３５０  ＲＡＭ、３６０  通信部、３７０  表示部、３８０  音出力部
【図１】
2013211654.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【図１６】
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【図５】
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