(57)【要約】【課題】低消費電力で動作可能でありながら、精度の劣化を伴うことなく、従来よりも小型化が可能な温度補償型発振器を提供する。【解決手段】温度変化に対して１次的に変化するアナログ電圧を出力する温度検出回路１１の出力に基づき、電圧制御発振部４１を駆動する温度補償電圧を温度補償電圧生成回路２１において発生させる。また、保持回路３１の通常動作時は入力される信号に依存して温度補償電圧信号を発振部に入力し、保持動作時は入力される信号に依存せず通常動作時の温度補償電圧信号を電圧制御発振部４１に入力する。そして、タイミング信号により、温度検出回路１１および温度補償電圧生成回路２１の少なくとも一方を所定の時間低消費電力状態とさせると共に、保持回路を通常動作と保持動作とに切り替える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される温度補償電圧により周波数を制御できる発振部と、
温度変化に伴い電圧値が変化するアナログ電圧を出力する温度検出回路と、
前記温度検出回路の出力に基づき、前記発振部に入力される前記温度補償電圧を発生させる温度補償電圧生成回路と、
通常動作時は入力される信号に依存して前記温度補償電圧を前記発振部に入力し、保持動作時は入力される信号に依存せず通常動作時の温度補償電圧を前記発振部に入力する保持回路と、を有し、
前記温度検出回路および前記温度補償電圧生成回路の少なくとも一方を所定の時間低消費電力状態とさせるとともに、前記保持回路を通常動作と保持動作とに切り替えることを特徴とする温度補償型発振器。
【請求項２】
前記温度検出回路および前記温度補償電圧生成回路の低消費電力状態は、パワーダウン状態であることを特徴とする請求項１に記載の温度補償型発振器。
【請求項３】
前記温度補償電圧生成回路は、定数成分を発生させる０次成分発生回路と、前記温度検出回路の出力に基づき、１次成分を発生させる１次成分発生回路と、２次成分を発生させる２次成分発生回路と、ｎ（ｎは３以上の整数）次成分を発生させるｎ次成分発生回路と、それら回路の出力信号を加算する加算回路と、を有することを特徴とする温度補償型発振器。
【請求項４】
前記保持回路は前記温度補償電圧生成回路と前記発振部との間に配置され、前記保持回路に入力される信号は前記温度補償電圧生成回路から出力される信号であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の温度補償型発振器。
【請求項５】
前記保持回路は前記温度検出回路と前記温度補償電圧生成回路との間に配置され、前記保持回路に入力される信号は前記温度検出回路から出力される信号であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の温度補償型発振器。
【請求項６】
前記所定の時間低消費電力状態とさせるための信号を生成するタイミング信号生成回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の温度補償型発振器。
【請求項７】
前記タイミング信号生成回路は、前記所定の時間低消費電力状態とさせるための信号を、所定の周期で生成することを特徴とする請求項６に記載の温度補償型発振器。
【請求項８】
前記タイミング信号生成回路を動作させる周期を制御するための間欠動作周期制御回路をさらに備え、前記間欠動作周期制御回路の出力に基づき、前記タイミング信号生成回路の、間欠動作周期の切り替え、及び連続動作への切り替えを行うことを可能にした、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の温度補償型発振器。
【請求項９】
前記保持回路の出力を入力として、テスト端子へテスト用電圧を出力するテスト用回路をさらに備え、前記テスト用回路は、テストモード切替え信号に基づき、前記保持回路の出力を入力として、テスト端子へテスト用電圧を出力し、前記保持回路の出力をテスト可能にすることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の温度補償型発振器。
【請求項１０】
前記タイミング信号生成回路は、前記発振部の出力を入力とすることを特徴とする請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載の温度補償型発振器。
【請求項１１】
前記発振部は、水晶圧電素子を用いることを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の温度補償型発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度補償型発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
計時用途に用いられるリアルタイムクロック（Real Time Clock；RTC）は、搭載されているシステムがパワーダウンしている状況や、主となる電源が供給されていない状況下においても動作し続けることが要求される。すなわち、補助電池などで長時間の動作が求められるため、従来より、低電圧駆動、低消費電力化の要求がある。
さらに近年、より高精度なシステムの構築に際し、高い計時精度が求められてきており、より高安定なクロックを発生させる発振器の要求が高まっている。またシステムの集積化に伴い、発振器の小型化に対する要求も高まっている。
【０００３】
高安定な発振器の一例として、温度による発振器の周波数変化を低減するための温度補償回路を有した温度補償型発振器があげられる。温度補償型発振器の例としては、特許文献１、或いは特許文献２に記載されている発振器がある。
図９は特許文献１に記載されている発振器の構成を示す図である。図９において、本発振器は、水晶圧電素子５０と、電圧によって周波数を変えることが可能な電圧制御発振部４０と、この電圧制御発振部４０に入力される温度補償電圧を生成する温度補償電圧生成回路２０と、この温度補償電圧生成回路２０に入力する温度検出信号を生成する温度検出回路１０とからなる。
【０００４】
ここで、温度補償電圧生成回路２０には、近似３次関数発生装置が含まれている。特許文献２には、近似３次関数発生装置の代わりに近似ｎ次関数発生装置（ｎ≧３）を有し、さらに高安定な発振器を実現した発振器も開示されている。
また、温度検出回路１０は、温度変化に対して１次的に変化するアナログ電圧を出力する回路である。
【０００５】
電圧制御発振部４０は、温度補償電圧生成回路２０によって生成された温度補償電圧を入力とし、水晶圧電素子５０の、温度による周波数変化を打ち消すように周波数を制御する。この周波数制御によって、高安定な温度補償型水晶発振器が実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３２３３９４６号公報
【特許文献２】特許第４０７０１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、例えばＲＴＣ製品に用いられる発振器は、全体の消費電流が1μＡ以下であることを求められる場合がある。高安定な温度補償型発振器を構成するためには、温度補償電圧を電圧制御発振部に入力し、周波数を制御することで、発振器自身が持つ温度による周波数変化を低減することが必要になる。温度補償電圧の生成には温度検出回路や温度補償電圧生成回路が必要となるが、これらの回路を低消費電流で構成することは、大変困難である。低消費電流で駆動するためには、例えば大きな抵抗を必要とするために、チップ面積の増大が懸念される。また、微小電流で駆動するＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor)トランジスタは素子のミスマッチに対し感度が高く、製造上のばらつきが大きくなるだけでなく、電源電圧変動特性も劣化する。
【０００８】
一方で温度検出回路出力をＡＤ変換し、デジタル演算したのち、デジタル温度補償データを電圧制御発振部に入力させる方式もある。デジタル温度補償方式では、間欠動作により低消費電流化を実現することは容易ではあるが、ＡＤ変換器や演算回路が必要になるため、小面積で実現するのは困難である。
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、低消費電力で動作可能でありながら、精度の劣化を伴うことなく、従来よりも小型化が可能な温度補償型発振器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様による発振器は、入力される温度補償電圧により周波数を制御できる発振部（例えば、図１中の電圧制御発振部４１に対応）と、温度変化に伴い電圧値が変化するアナログ電圧を出力する温度検出回路（例えば、図１中の温度検出回路１１に対応）と、前記温度検出回路の出力に基づき、前記発振部に入力される前記温度補償電圧を発生させる温度補償電圧生成回路（例えば、図１中の温度補償電圧生成回路２１に対応）と、通常動作時は入力される信号に依存して前記温度補償電圧を前記発振部に入力し、保持動作時は入力される信号に依存せず通常動作時の温度補償電圧を前記発振部に入力する保持回路（例えば、図１中の保持回路３１に対応）と、を有し、前記温度検出回路および前記温度補償電圧生成回路の少なくとも一方を所定の時間低消費電力状態とさせるとともに、前記保持回路を通常動作と保持動作とに切り替えることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、温度検出信号を発生する温度検出回路および温度補償電圧生成回路の少なくとも一方を所定の時間低消費電力状態とさせると共に、保持回路を通常動作と保持動作とに切り替えることにより、回路が低消費電力状態になっても通常動作時の温度補償電圧を発振部に出力するので、低消費電力で動作可能でありながら、精度の劣化を伴うことなく、従来よりも小型化が可能な温度補償型発振器を実現できる。
【００１１】
前記温度検出回路および前記温度補償電圧生成回路の低消費電力状態は、例えば、パワーダウン状態であることが望ましい。パワーダウン状態とすることにより、消費電力をより抑えることができる。
前記温度補償電圧生成回路は、定数成分を発生させる０次成分発生回路と、前記温度検出回路の出力に基づき、１次成分を発生させる１次成分発生回路と、２次成分を発生させる２次成分発生回路と、ｎ（ｎは３以上の整数）次成分を発生させるｎ次成分発生回路と、それら回路の出力信号を加算する加算回路と、を有するのが望ましい。この温度補償電圧生成回路によって温度補償電圧を発振部に出力することにより、低消費電力で動作可能でありながら、精度の劣化を伴うことなく、従来よりも小型化が可能な温度補償型発振器を実現できる。
【００１２】
また、前記保持回路は前記温度補償電圧生成回路と前記発振部との間に配置され、前記保持回路に入力される信号は前記温度補償電圧生成回路から出力される信号であることが望ましい。例えば、第１、第２、第４又は第５の実施形態の場合に対応し、保持回路によって通常動作と保持動作とを実現することにより、保持回路は、通常動作時は前記保持回路に入力される信号に依存して温度補償電圧を発振部に出力し、保持動作時は前記保持回路に入力される信号に依存せず通常動作時の温度補償電圧を発振部に出力するので、温度検出回路および温度補償電圧生成回路の少なくとも一方を低消費電力状態とさせることができ、低消費電力で動作可能でありながら、精度の劣化を伴うことなく、従来よりも小型化が可能な温度補償型発振器を実現できる。
【００１３】
前記保持回路は前記温度検出回路と前記温度補償電圧生成回路との間に配置され、前記保持回路に入力される信号は前記温度検出回路から出力される信号であってもよい。例えば、第３の実施形態の場合に対応し、保持回路によって通常動作と保持動作とを実現することにより、保持回路は、通常動作時は周囲温度に依存して温度検出信号を温度補償電圧生成回路に出力し、保持動作時は周囲温度に依存せず通常動作時の温度検出信号を温度補償電圧生成回路に出力し、温度補償電圧生成回路は常に動作させることにより、比較的低消費電力で動作可能でありながら、精度の劣化を伴うことなく、従来よりも小型化が可能な温度補償型発振器を実現できる。
【００１４】
前記所定の時間低消費電力状態とさせるための信号を生成するタイミング信号生成回路（例えば、図４中のタイミング信号生成回路６１に対応）をさらに備えるようにしてもよい。例えば第２の実施形態の場合に対応し、タイミング信号生成回路によって所定の時間低消費電力状態とすることにより、通常動作時は入力される信号に依存して温度補償電圧を発振部に出力し、保持回路の保持動作時は入力される信号に依存せず通常動作時の温度補償電圧を発振部に出力するので、外部からタイミング信号を入力することなく、低消費電力で動作可能でありながら、精度の劣化を伴うことなく、従来よりも小型化が可能な温度補償型発振器を実現できる。
【００１５】
前記タイミング信号生成回路は、前記所定の時間低消費電力状態とさせるための信号を所定の周期で生成してもよい。所定の周期で通常動作状態と低消費電力状態とを切り替えることが可能となり、安定的に間欠動作を実現できる。
前記タイミング信号生成回路を動作させる周期を制御するための間欠動作周期制御回路（例えば、図６中の間欠動作周期制御回路７１に対応）をさらに備え、前記間欠動作周期制御回路の出力に基づき、前記タイミング信号生成回路の、間欠動作周期の切り替え、及び連続動作への切り替えを行ってもよい。例えば、第５の実施形態の場合に対応し、任意の間欠動作周期を選択でき、あるいは連続動作させることも可能になる。
【００１６】
前記保持回路の出力を入力として、テスト端子へテスト用電圧を出力する（例えば、図６中のテスト用回路８１に対応）をさらに備え、前記テスト用回路は、テストモード切替え信号に基づき、前記保持回路の出力を入力として、テスト端子へテスト用電圧を出力するようにしてもよい。例えば、第５の実施形態に対応し、保持される電圧を検査することが可能になるため、高品質の温度補償型発振器を実現できる。
【００１７】
また、前記テスト用回路は、入力をハイインピーダンスで受け、ローインピーダンスで出力するバッファ回路であることが望ましい。この構成により、保持される電圧の低下を起こすことなく保持される電圧を検査することが可能になる。
前記タイミング信号生成回路は、前記発振部の出力を入力とすることが望ましい。この構成を用いることにより、温度検出回路および温度補償電圧生成回路の少なくとも一方を、発振部の出力に同期させて、所定の周期で所定の時間低消費電力状態にすることができる。
【００１８】
なお、前記発振部は、水晶圧電素子を用いることが望ましい。この構成により、安定した発振出力が得られる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、温度検出回路および温度補償電圧生成回路の少なくとも一方を所定の時間低消費電力状態とさせると共に、通常動作時は入力される信号に依存して温度補償電圧信号が発振部に出力され、保持動作時は入力される信号に依存せず通常動作時の温度補償電圧を発振部に出力する保持回路を通常動作と保持動作とに切り替えることにより、低消費電力で動作可能でありながら、精度の劣化を伴うことなく、従来よりも小型化が可能な発振器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態による温度補償型発振器の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による温度補償型発振器の動作例を示す波形図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による温度補償型発振器に用いる温度補償電圧生成回路の構成を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による温度補償型発振器の構成を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態による温度補償型発振器の構成を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施形態による温度補償型発振器の構成を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施形態による温度補償型発振器に用いる間欠動作周期制御回路の動作モードを示す図である。
【図８】本発明の第５の実施形態による温度補償型発振器の構成を示す図である。
【図９】従来の温度補償型発振器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下に参照する各図において、他の図と同等部分は同一符号を付して説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態としての発振器のブロック図を図１に示す。図１において、本発明の第１の実施形態による発振器は、温度検出回路１１と、温度補償電圧生成回路２１と、保持回路３１と、電圧制御発振部４１と、水晶圧電素子５１と、を備えており、出力端子ＦＯＵＴから発振信号を出力する。
【００２２】
温度検出回路１１は、温度変化に対して１次的に変化するアナログ電圧を出力する。
温度補償電圧生成回路２１は、温度検出回路１１の出力に基づき、電圧制御発振部４１に入力される温度補償電圧を発生させる。
温度検出回路１１および温度補償電圧生成回路２１は、信号ＩＮＴ＿ＰＤの電圧値に従って通常動作状態とパワーダウン状態とを切り替えできるようになっている。
【００２３】
保持回路３１は、信号ＩＮＴ＿ＨＤにより、通常状態とホールド状態（保持状態）とが切り替わる動作をする。保持回路３１の通常状態とは、保持回路３１への入力信号（温度補償電圧生成回路２１から出力される信号ＶＣ）に依存して保持回路３１から出力される信号ＶＣ＿ＨＯＬＤが変化する状態である。一方、保持回路３１のホールド状態とは、保持回路３１への入力信号（信号ＶＣ）と保持回路３１から出力される信号ＶＣ＿ＨＯＬＤとが切り離され、保持回路３１から出力される信号ＶＣ＿ＨＯＬＤの電圧値が、入力信号（信号ＶＣ）の状態に依存せず、信号ＶＣ＿ＨＯＬＤの通常時の電圧値を出力する状態である。
【００２４】
ここで、図２は、図１の発振器の各部の動作の一例を示すタイミング図である。図２に示したように、信号ＩＮＴ＿ＰＤがＨＩレベルの区間では、温度検出回路１１と温度補償電圧生成回路２１とが通常動作するため、温度補償電圧生成回路２１の出力信号ＶＣの電圧値は通常動作電圧となっている。
一方、信号ＩＮＴ＿ＰＤがＬＯレベルの区間では、温度検出回路１１と温度補償電圧生成回路２１とが共にパワーダウン状態となるため、温度補償電圧生成回路２１の出力信号ＶＣの電圧値はパワーダウン電圧（例えば、０Ｖ）となる。
【００２５】
保持回路３１は、温度補償電圧生成回路２１の出力信号ＶＣの電圧値が安定している区間のみ通常状態となる。このため、信号ＩＮＴ＿ＨＤは、信号ＩＮＴ＿ＰＤより遅れて（後のタイミングで）ＬＯレベルからＨＩレベルとなり、信号ＩＮＴ＿ＰＤより先に（早いタイミングで）ＨＩレベルからＬＯレベルに変化する信号とする。
【００２６】
パワーダウン状態での温度検出回路１１および温度補償電圧生成回路２１の消費電流は、リーク電流のみとなるため、ほぼ０（零）とみなすことができる。よって、信号ＩＮＴ＿ＰＤのＨＩレベルの区間の時間をＴ１、信号ＩＮＴ＿ＰＤの周期をＴ２とすると、間欠動作時の消費電流は、次の式（１）となる。
（間欠動作時の消費電流）＝（通常動作時の消費電流）×（Ｔ１／Ｔ２）  …（１）
したがって、周期Ｔ２の時間を時間Ｔ１より十分長くすることができれば、各回路の消費電流は電圧制御発振部４１の消費電流と比較して十分小さくできるため、発振に最低限必要な消費電流のみで、高安定な発振器を構成することが可能となる。
【００２７】
ここで図３は、図１の温度補償電圧生成回路２１の一例を示すブロック図である。図３において、温度補償電圧生成回路２１は、温度補償電圧の０次成分すなわち定数成分を発生させる、０次成分発生部２２−０と、温度検出回路の出力信号ＶＴをそれぞれ入力として、温度補償電圧の１次成分、２次成分、・・・、ｎ次成分（ｎは３以上の整数）をそれぞれ発生させる１次成分発生部２２−１、２次成分発生部２２−２、・・・、ｎ次成分発生部２２−ｎと、それらの出力を加算する加算回路２３と、を備えており、高精度な温度補償電圧を生成する。
図１の構成によれば、低消費電流で動作可能な高安定アナログ温度補償型水晶発振器
【００２８】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態としての発振器のブロック図を図４に示す。図４において、本発明の第２の実施形態による発振器は、図１の発振器において、タイミング信号ＩＮＴ＿ＨＤとＩＮＴ＿ＰＤを出力するタイミング信号生成回路６１を追加した構成である。タイミング信号生成回路６１は消費電流を抑えるため電圧制御発振部４１の出力を基にタイミング信号ＩＮＴ＿ＨＤとＩＮＴ＿ＰＤを発生させる。
図４の構成によれば、外部からタイミング信号を入力することなく、低消費電流で動作可能な高安定アナログ温度補償型水晶発振器を実現できる。
【００２９】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態としての発振器のブロック図を図５に示す。図５において、本発明の第３の実施形態による発振器は、図４の発振器における保持回路３１の代わりに、温度検出回路１１と温度補償電圧生成回路２１との間に、保持回路３２を追加した構成である。
【００３０】
この実施形態では、保持回路３２は、温度検出回路１１の出力信号ＶＴを入力としている。そして、この保持回路３２の出力信号ＶＴ＿ＨＯＬＤは温度補償電圧生成回路２１に入力され、温度補償電圧生成回路２１が信号ＶＣを生成する。このとき温度補償電圧生成回路２１は、例えば電圧制御発振部の入力インピーダンスが低く、バッファとしての機能が必要である場合には間欠動作させない方が望ましい。
【００３１】
保持回路３２の出力信号ＶＴ＿ＨＯＬＤは、間欠動作中常に、通常動作時のＶＴ電圧と同じ電圧を出力する。
図５の構成によれば、比較的低消費電流で動作可能な高安定アナログ温度補償型水晶発振器を実現できる。
【００３２】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態としての発振器のブロック図を図６に示す。図６において、本発明の第４の実施形態による発振器は、図４の発振器において、間欠動作周期制御回路７１を追加した構成である。間欠動作周期制御回路７１は、タイミング信号生成回路６１を動作させる周期を制御する回路である。
【００３３】
間欠動作周期制御回路７１は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等のメモリへの設定により、間欠動作周期の切り替え、及び連続動作への切り替えを可能にする。間欠動作周期制御回路７１のメモリには、例えば、図７に示したように設定しておく。図７の場合、４種類のメモリ設定値「０」、「１」、「２」、「３」に対して、間欠動作の周期が互いに異なる動作モードである「間欠動作１」、「間欠動作２」、「間欠動作３」、「連続動作」が対応付けられている。
【００３４】
本例の場合、４種類の動作モードを切り替えるため、２ビットのメモリ設定値で４種類のメモリ設定値を実現している。このビット数を増加すれば、より多くの動作モードの切り替えを実現することができる。
図６の構成によれば、任意の間欠動作周期で動作可能な、低消費電流で動作可能な高安定アナログ温度補償型水晶発振器を実現できる。
【００３５】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態としての発振器のブロック図を図８に示す。図８において、本発明の第５の実施形態による発振器は、図４の発振器において、間欠動作中に保持した電圧を保持し、テスト端子ＴＳへと出力するテスト用回路８１を追加した構成である。図８において、テスト用回路８１は、入力されるテストモード切替え信号の論理レベルによって、動作状態と非動作状態とを切り替えることが可能である。テストモード切替え信号の論理レベルは、例えばＥＥＰＲＯＭに記憶したデータに応じて制御される。このテスト用回路８１は例えばバッファ回路によって実現され、間欠動作中において保持回路３１に保持された電圧をバッファし、テスト端子ＴＳからモニターすることが可能となり、電圧制御発振部４１へと入力される信号が所望の電圧のまま保持されていることを検査することが可能になる。
【００３６】
図８の構成によれば、低消費電流で動作可能な高品質の高安定アナログ温度補償型水晶発振器を実現できる。
なお、本実施形態において、上記第４実施形態において採用した間欠動作周期制御回路７１を追加してもよい。その場合も低消費電流で動作可能な高品質の高安定アナログ温度補償型水晶発振器を実現できる。
【００３７】
ところで、上記の温度補償型発振器例として挙げたものは温度補償型水晶発振器であるが、本発明は水晶発振器に限定されるものではなく、ＳＡＷ(Surface Acoustic Wave)発振器、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)発振器など、温度補償電圧で周波数制御可能な発振器に適用可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０、１１  温度検出回路
２０、２１  温度補償電圧生成回路
２２  ０次成分発生部
２２−１  １次成分発生部
２２−２  ２次成分発生部
２２−ｎ  ｎ次成分発生部
２３  加算回路
３１、３２  保持回路
４０、４１  電圧制御発振部
５０、５１  水晶圧電素子
６１  タイミング信号生成回路
７１  間欠動作周期制御回路
８１  テスト用回路
【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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