(57)【要約】【課題】周波数の揺らぎを低減した圧電発振器を提供する。【解決手段】温度センサ３と、温度センサ３の検出出力に基づいて、常温温度を中心として低温側の温度特性を補償する低温補償電圧と、高温側の温度特性を補償する高温補償電圧を発生する温度補償電圧発生部４と、温度センサ３の検出出力が所定電圧以下になったときに温度センサ３の検出出力の位相を切り替えて出力する温度センサ位相切替部９と、温度センサ位相切替部９から出力される出力電圧を入力として、温度センサ３の検出出力に含まれる高域成分のみを通過させて基準電圧に重畳して出力するＨＰＦ１０と、発振回路２１、圧電振動子２２、及び周波数温度補償回路２３を直列に接続して構成され発振回路部７と、を備えるようにした。【選択図】図１
2009284045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの検出出力に基づいて、常温温度を中心として低温側の温度特性を補償
する低温補償電圧と、高温側の温度特性を補償する高温補償電圧を発生する温度補償電圧
発生部と、
前記温度センサの検出出力が所定電圧以下になったときに前記温度センサの検出出力の
位相を切り替えて出力する温度センサ位相切替部と、
該温度センサ位相切替部から出力される出力電圧を入力として、前記温度センサの検出
出力に含まれる高域成分のみを通過させて基準電圧に重畳して出力するハイパスフィルタ
と、
発振回路、圧電振動子、及び周波数温度補償回路を直列に接続して構成され、前記周波
数温度補償回路は、第１可変容量素子と容量とを直列接続した回路に、前記第１可変容量
素子と極性を逆にした第２可変容量素子を並列接続した回路であり、前記第１可変容量素
子のバックゲートと前記容量との接続点に低温補償電圧が供給され、前記容量と第２可変
容量素子のゲートとの接続点に高温補償電圧が供給され、前記第１可変容量素子のゲート
と前記第２可変容量素子のバックゲートとの接続点に前記ハイパスフィルタからの出力電
圧が供給される発振回路部と、
を備えたことを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
前記低温補償電圧、前記高温補償電圧が所定の電圧以下になったときに前記低温補償電
圧、前記高温補償電圧をそれぞれ所定電圧にクリップするクリップ回路と、
前記低温補償電圧又は前記高温補償電圧が所定電圧にクリップされているときに、ハイ
レベルの電圧を出力するフィルタ制御部と、を備え、
前記ハイパスフィルタは、前記フィルタ制御部からの入力電圧がハイレベルのときは、
前記基準電圧のみを前記発振回路部に供給し、前記フィルタ制御部からの入力電圧がハイ
レベル以外のときは前記基準電圧に前記温度センサの検出出力に含まれる高域成分を重畳
して前記発振回路部に供給することを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。
【請求項３】
温度センサ位相切替部は、前記温度センサの検出出力が所定電圧以上のときは前記温度
センサの検出出力と同相の検出電圧を出力し、前記温度センサの検出出力が所定電圧以下
のときは前記温度センサの検出出力と逆相の検出電圧を出力することを特徴とする請求項
１又は２に記載の圧電発振器。
【請求項４】
前記可変容量素子は、ＭＯＳ型可変容量素子、バラクタ、可変容量ダイオード若しくは
、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
３の何れか一項に記載の圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子等の圧電振動子を使用した温度補償型の圧電発振器に関し、特に
、ＭＯＳ型温度補償型の圧電発振器の温度センサの温度揺らぎを抑制するのに好適なもの
である。
【背景技術】
【０００２】
近年、圧電発振器は周波数安定度、小型軽量、低価格等により携帯電話等の通信機器か
ら水晶時計のような民生機器まで、多くの分野で用いられている。中でも圧電振動子の周
波数温度特性を補償した温度補償型圧電発振器（ＴＣＸＯ）は、周波数安定度を必要とす
る携帯電話等に広く用いられている。
特許文献１には、ＭＯＳ型バラクタを使用した温度補償型圧電発振器が開示されている
。
特許文献２には、バラクタの両端に同相の信号を入れることで電圧ノイズをキャンセル
させ位相雑音を低減した温度補償型圧電発振器が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−１６７５１０公報
【特許文献２】特開２００４−３２０２３９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示されている従来のＭＯＳ型バラクタを使用した温度補
償型圧電発振器においては、ファンなどの風が当たると、瞬間的に温度が変動した場合温
度センサが検知する温度が揺らぎ、その結果、発振周波数も揺らいでしまい、短期安定度
が悪化するという問題点があった。
また特許文献２に開示されている技術を、従来のＭＯＳ型バラクタを使用した温度補償
発振器に単純に適用したとしても、温度補償を行う関係上バラクタにかかる温度補償電圧
の温度感度ともう一方の基準電圧の温度感度とを等しいレベルにすることはできないため
、温度揺らぎに対して周波数を安定させることは困難であった。
また、バラクタ両端の電圧の温度感度が異なってしまうと温度揺らぎに対して周波数を
安定させることができないという問題点があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、周波数の揺らぎを低減したＭＯＳ
型バラクタを使用した温度補償型の圧電発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記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
形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００５】
［適用例１］本発明に係る圧電発振器は、温度を検出する温度センサと、前記温度セン
サの検出出力に基づいて、常温温度を中心として低温側の温度特性を補償する低温補償電
圧と、高温側の温度特性を補償する高温補償電圧を発生する温度補償電圧発生部と、前記
温度センサの検出出力が所定電圧以下になったときに前記温度センサの検出出力の位相を
切り替えて出力する温度センサ位相切替部と、該温度センサ位相切替部から出力される出
力電圧を入力として、前記温度センサの検出出力に含まれる高域成分のみを通過させて基
準電圧に重畳して出力するハイパスフィルタと、発振回路、圧電振動子、及び周波数温度
補償回路を直列に接続して構成され、前記周波数温度補償回路は、第１可変容量素子と容
量とを直列接続した回路に、前記第１可変容量素子と極性を逆にした第２可変容量素子を
並列接続した回路であり、前記第１可変容量素子のバックゲートと前記容量との接続点に
低温補償電圧が供給され、前記容量と第２可変容量素子のゲートとの接続点に高温補償電
圧が供給され、前記第１可変容量素子のゲートと前記第２可変容量素子のバックゲートと
の接続点に前記ハイパスフィルタからの出力電圧が供給される発振回路部と、を備えたこ
とを特徴とする。
【０００６】
上記のように構成すると、周囲の温度が瞬時に揺らいだ場合でも、温度補償電圧発生部
の高温又は低温補償電圧と温度揺らぎ成分が重畳された基準電圧とは、共に同位相で変動
するので、発振回路部の周波数温度補償回路において温度補償電圧に含まれる温度揺らぎ
成分をキャンセルすることができ、発振周波数が温度揺らぎの影響を受けない圧電発振器
を実現することができる。
よって、本発明の圧電発振器を、例えばファンやヒータといった熱源を配置するような
アプリケーションに適用すれば、熱源配置の自由度を広げることができる。
また、温度センサの感度を従来よりも更に大きくとることによって、周囲温度の変化に
対して周波数温度補正の応答性を高めることができる。つまり、周波数温度補正の応答ス
ピードの向上と温度の微小な揺らぎに起因する周波数補正ノイズの抑圧との両立が可能に
なる。
【０００７】
［適用例２］前記低温補償電圧、前記高温補償電圧が所定の電圧以下になったときに前
記低温補償電圧、前記高温補償電圧をそれぞれ所定電圧にクリップするクリップ回路と、
前記低温補償電圧又は前記高温補償電圧が所定電圧にクリップされているときに、ハイレ
ベルの電圧を出力するフィルタ制御部と、を備え、前記ハイパスフィルタは、前記フィル
タ制御部からの入力電圧がハイレベルのときは、前記基準電圧のみを前記発振回路部に供
給し、前記フィルタ制御部からの入力電圧がハイレベル以外のときは前記基準電圧に前記
温度センサの検出出力に含まれる高域成分を重畳して前記発振回路部に供給する適用例１
に記載の圧電発振器を特徴とする。
【０００８】
上記のように構成すると、温度補償電圧発生部から出力される高温補償電圧又は低温補
償電圧がクリップ回路により一定電圧レベルにクリップされている期間は、発振回路部の
周波数温度補償回路に入力される高温補償電圧、及び低温補償電圧は、温度センサの揺ら
ぎ成分の影響を受けないので、温度揺らぎ成分を基準電圧に重畳させずに直接、発振回路
部に供給するようにした。これにより、クリップ回路が設けられている場合でも発振周波
数が揺らぎの影響を受けない圧電発振器を実現することができる。
【０００９】
［適用例３］温度センサ位相切替部は、前記温度センサの検出出力が所定電圧以上のと
きは前記温度センサの検出出力と同相の検出電圧を出力し、前記温度センサの検出出力が
所定電圧以下のときは前記温度センサの検出出力と逆相の検出電圧を出力する適用例１又
は２に記載の圧電発振器を特徴とする。
【００１０】
上記のように構成すると、温度補償電圧発生部の高温又は低温補償電圧と温度揺らぎ成
分が重畳された基準電圧とは、共に同位相で変動するので、発振回路部の周波数温度補償
回路において温度補償電圧に含まれる温度揺らぎ成分をキャンセルすることができ、発振
周波数が温度揺らぎの影響を受けない圧電発振器を実現することができる。
【００１１】
［適用例４］前記可変容量素子は、ＭＯＳ型可変容量素子、バラクタ、可変容量ダイオ
ード若しくは、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適用例１乃至５の
何れか一項に記載の圧電発振器を特徴とする。
【００１２】
上記のように構成すると、温度補償型圧電発振器を構成したり、発振回路をＩＣ化した
りするにあたり、適切な可変容量素子を選定することが可能となると共に、温度揺らぎに
よるノイズを除去できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の圧電発振器の実施形態について説明する。
図１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構成を示した示すブロ
ック図である。
この図１に示す温度補償型圧電発振器（以下、単に「圧電発振器」と称する）１は、定
電圧発生部２、温度センサ３、温度補償電圧発生部４、クリップ回路５、６、発振回路部
７、切替制御部８、温度センサ位相切替部９、及びハイパスフィルタ（以下、「ＨＰＦ）
と称する）１０を備える。
定電圧発生部２は、図示しない電圧源回路から入力される電源電圧から所定電圧を生成
して、温度センサ３や温度補償電圧発生部４等に出力する。
温度センサ３は、例えば、サーミスタ或いはダイオード等により構成され、圧電発振器
１の周囲温度或いは内部温度を検出して検出電圧ＶＴを出力する。また、温度センサ３か
ら出力される検出電圧ＶＴは温度が上昇するに従って電圧が低くなる負の傾斜特性を有す
る。
温度補償電圧発生部４は、温度センサ３からの検出電圧ＶＴに基づいて、常温（２５℃
）を中心として低温側の温度特性を補償する低温補償電圧ＶＬと、高温側の温度特性を補
償する高温補償電圧ＶＨを発生する。
クリップ回路５は、温度補償電圧発生部４から出力される低温補償電圧ＶＬが所定のク
リップ電圧Ｖｃｌ１になったときにクリップする。クリップ回路６は、温度補償電圧発生
部４から出力される高温補償電圧ＶＨが所定のクリップ電圧Ｖｃｌ２になったときにクリ
ップする。
【００１４】
発振回路部７は、発振回路２１、圧電振動子２２、周波数温度補償回路２３、及びコン
デンサ（容量）Ｃ１を直列に接続して構成される。
発振回路２１は、コルピッツ型発振回路であり、トランジスタＴｒのコレクタを、抵抗
Ｒ１を介して電源ＶＤＤに接続し、ベースとコレクタ間には抵抗Ｒ２を接続した自己バイ
アス回路が構成される。トランジスタＴｒ１のベースとエミッタ間には、コンデンサＣ２
を接続し、エミッタと接地間にはエミッタ抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３とを並列に接続する
。
周波数温度補償回路２３は、低温補償用の第１可変容量素子（第１ＭＯＳ型バラクタ）
ＭＬとコンデンサＣ４とを直列接続した回路に、第１ＭＯＳ型バラクタＭＬと極性を逆に
した高温補償用の第２可変容量素子（第２ＭＯＳ型バラクタ）ＭＨを並列接続した回路で
ある。第１ＭＯＳ型バラクタＭＬのバックゲートとコンデンサＣ４との接続点には抵抗Ｒ
４を介して低温補償電圧ＶＬが印加される共に、コンデンサＣ４と第２ＭＯＳ型バラクタ
ＭＨのゲートとの接続点には抵抗Ｒ５を介して高温補償電圧ＶＨが印加される。また、第
１ＭＯＳ型バラクタＭＬのゲートと第２ＭＯＳ型バラクタＭＨのバックゲートとの接続点
には抵抗Ｒ６を介してＨＰＦ１０から基準電圧Ｖrefが印加される。
切替制御部８は、図２（ａ）に示す温度センサ３の検出電圧ＶＴと、基準温度電圧ＶＴ
refとを比較し、検出電圧ＶＴが基準温度電圧ＶＴref以下になったときに、図２（ｂ）に
示すようなハイレベル（Ｈレベル）からローレベル（Ｌレベル）に切り替わる切替制御信
号ＳＶ１を温度センサ位相切替部９に出力する。センサ基準電圧ＶＴrefは、常温（２５
℃）のときに温度センサ３から出力される検出電圧ＶＴと略等しい電圧とされる。
【００１５】
温度センサ位相切替部９は、非反転増幅器３１ａ及び反転増幅器３１ｂと、スイッチ３
２ａ、３２ｂを有するスイッチ回路３２とを備える。
非反転増幅器３１ａ、及び反転増幅器３１ｂには、温度センサ３の検出電圧ＶＴが入力
され、非反転増幅器３１ａ及び反転増幅器３１ｂのいずれか一方の出力がスイッチ回路３
２を介して出力される。スイッチ回路３２は、切替制御部８からの切替制御信号ＳＶ１に
よりオン／オフ切替制御が行われており、切替制御信号ＳＶ１がＨレベルのときは、非反
転増幅器３１ａ側のスイッチ３２ａがオン、反転増幅器３１ｂのスイッチ３２ｂがオフに
なる。逆に切替制御信号ＳＶ１がＬレベルのときは、非反転増幅器３１ａ側のスイッチ３
２ａがオフ、反転増幅器３１ｂのスイッチ３２ｂがオンになる。
従って、温度センサ位相切替部９の出力電圧ＶＴ２は、図３に示すような波形となる。
つまり、常温（２５℃）以下の低温領域では、温度センサ３の検出電圧ＶＴと同相の検出
電圧ＶＴ２を出力し、常温以上の高温領域では、温度センサ３の検出電圧ＶＴと逆相の検
出電圧ＶＴ２を出力する。
ＨＰＦ１０は、例えば、抵抗Ｒ７とコンデンサＣ５によるパッシブフィルタにより構成
され、温度センサ位相切替部９から出力される検出電圧ＶＴ２を入力として、この検出電
圧ＶＴ２に含まれる高域成分、即ち、温度揺らぎ成分のみを通過させ、通過させた高域成
分を基準電圧Ｖrefに重畳して発振回路部７に出力する。
ここで、上記ＲＣによるパッシブフィルタの定数を、Ｒ７＝１ＭΩ、Ｃ５＝０．０１ｕ
Ｆとすると、温度揺らぎ成分が約１６Ｈｚを超えたときにフィルタを通過して基準電圧Ｖ
refに重畳されることになる。
【００１６】
ここで、本実施形態の圧電発振器の温度補償原理を図４〜図６を参照して説明する。
図４（ａ）は、ＭＯＳ型バラクタのＣ−Ｖ特性を示した図であり、この図４によりＭＯ
Ｓ型バラクタを用いた温度補償原理を概略的に説明すると、ＭＯＳ型バラクタのＣ−Ｖ特
性７０の立ち上がる領域（Ｂ領域）と立ち下がる領域（Ａ領域）を利用して、それぞれ低
温と高温の補償を行う構成である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の特性を有するＭＯＳ型バ
ラクタを使用したときの負荷容量と温度の関係（補償容量カーブ）を示した図である。
図４（ｂ）に示す補償容量カーブの低温領域Ｃは、上述した低温補償用の第１ＭＯＳ型
バラクタＭＬにより生成される。また補償容量カーブの高温領域Ｄは、上述した高温補償
用の第２ＭＯＳ型バラクタＭＨにより生成される。即ち、本実施形態の圧電発振器１の発
振回路部７に設けられている周波数温度補償回路２３には低温用と高温用のＭＯＳ型バラ
クタがそれぞれ設けられており、これにより圧電振動子２２の周波数を温度補償するため
の容量カーブ７１の特性を得ることができる。
【００１７】
図５（ａ）は高温補償電圧と温度との関係を示す図である。
高温補償には、図５（ｂ）に示すようにＭＯＳ型バラクタのＣ−Ｖ特性の立ち上がりカ
ーブにおける左側領域（使用領域）部分を利用するので、温度補償を必要としない低温及
び常温近傍の温度領域では、図５（ａ）に示すように高温補償電圧ＶＨをクリップ回路６
によりクリップ制御して一定電圧とし、温度補償を必要とする高温領域のみ温度上昇に伴
って電圧が直線的に上昇するように制御している。このとき基準電圧Ｖrefと高温補償電
圧ＶＨが等しくなる（電位差＝０）Ｐ点の温度が補償温度の高温部になる。
図６（ａ）は低温補償電圧と温度との関係を示す図である。
低温補償には、図６（ｂ）に示すようにＭＯＳ型バラクタのＣ−Ｖ特性の立ち上がりカ
ーブにおける右側領域（使用領域）部分を利用するので、温度補償を必要としない高温及
び常温近傍の温度領域では、図６（ａ）に示すように低温補償電圧ＶＬをクリップ回路５
によりクリップ制御して一定電圧とし、温度補償を必要とする低温領域のみ温度低下に伴
って電圧が直線的に上昇するように制御している。このとき基準電圧Ｖrefと低温補償電
圧ＶＬが等しくなる（電位差＝０）Ｑ点の温度が補償温度の低温部になる。
【００１８】
図７は、本実施形態の圧電発振器の補償電圧の温度特性を示した図であり、縦軸は補償
電圧を示し、横軸は周囲温度を示している。ＨＰＦ１０からの基準電圧Ｖrefは、例えば
プラスの一定の電圧であり、抵抗Ｒ６を介して発振回路部７の第１ＭＯＳ型バラクタＭＬ
のゲートと第２ＭＯＳ型バラクタＭＨのバックゲートとの接続点に供給される。この場合
、第１ＭＯＳ型バラクタＭＬに対しては逆バイアスとなり、第２ＭＯＳ型バラクタＭＨに
対しては順バイアスとなる。その状態でまず低温補償電圧ＶＬの動作を温度が低温（−４
０℃）から高温（＋９０℃）まで連続して変化した場合を説明する。
低温補償電圧ＶＬは−４０℃のとき基準電圧Ｖrefとの交点にあり、そのときの第１Ｍ
ＯＳ型バラクタＭＬの容量は、第１ＭＯＳ型バラクタＭＬの端子間電圧が０Ｖであるとき
の所定の容量となる。そして温度が上昇すると低温補償電圧ＶＬは直線的に低下し、それ
に伴って第１ＭＯＳ型バラクタＭＬの電位差が大きくなり容量が増加する。そして、低温
補償電圧ＶＬがクリップ回路５のクリップ電圧Ｖｃｌ１まで低下すると、クリップ回路５
が動作して低温補償電圧ＶＬはクリップ電圧Ｖｃｌ１によりクリップされて一定となる。
【００１９】
次に、高温補償電圧ＶＨの動作を温度が高温（＋９０℃）から低温（−４０℃）まで連
続して変化した場合を説明する。
高温補償電圧ＶＨは＋９０℃のとき基準電圧Ｖrefとの交点にあり、そのときの第２Ｍ
ＯＳ型バラクタＭＨの容量は、第２ＭＯＳ型バラクタＭＨの端子間電圧が０Ｖであるとき
の所定の容量となる。そして温度が低下すると高温補償電圧ＶＨは直線的に低下し、それ
に伴って第２ＭＯＳ型バラクタＭＨの電位差が大きくなり容量が減少する。そして、高温
補償電圧ＶＨがクリップ回路６のクリップ電圧Ｖｃｌ２まで低下すると、クリップ回路６
が動作して高温補償電圧ＶＨはクリップ電圧Ｖｃｌ２によりクリップされて一定となる。
このように構成すると、ＭＯＳ型バラクタを用いた間接温度補償方式の圧電発振器にお
いて、低温補償電圧ＶＬ及び高温補償電圧ＶＨをリニアに変化させることが可能になり温
度補償回路の構成が容易になる。
また本実施形態の圧電発振器では、温度により直線的に変化する低温補償電圧ＶＬ及び
高温補償電圧ＶＨを常温付近でクリップさせるようにしたことで、第１及び第２ＭＯＳ型
バラクタＭＬ、ＭＨの容量値が不安定になる領域を回避して周波数の安定度を高めること
ができる。
【００２０】
上記のように構成したうえで、本実施形態の圧電発振器１は、切替制御部８、温度セン
サ位相切替部９、及びＨＰＦ１０を備えたるようにした。そして、瞬間的に温度が変動し
たときに発生する温度揺らぎ成分のみを取り出すために、温度センサ３の検出電圧ＶＴを
、温度センサ位相切替部９を介してＨＰＦ１０に入力し、ＨＰＦ１０において温度センサ
３の検出電圧ＶＴに含まれる高周波成分（揺らぎ成分）を通過させるようにした。ＨＰＦ
１０を通過した高周波成分は、ＨＰＦ１０において基準電圧Ｖrefに重畳されて発振回路
部７に供給される。この際、温度センサ位相切替部９では、温度領域ごとに温度センサ３
の出力電圧ＶＴに含まれる温度揺らぎ成分の位相を、低温では同相出力、高温では逆相出
力に反転して、ＨＰＦ１０に入力するようにしている。
このように構成すると、周囲の温度が瞬時に揺らいだ場合でも、温度補償電圧発生部４
の温度補償電圧と温度揺らぎ成分が重畳された基準電圧Ｖrefとが共に同位相で変動する
ので、発振回路部７の周波数温度補償回路２３において温度補償電圧に含まれる揺らぎ成
分（高周波成分）をキャンセルすることができ、発振周波数が温度揺らぎの影響を受けな
い圧電発振器を実現することができる。
このように本実施形態の圧電発振器を構成すれば、例えばファンやヒータといった熱源
を配置するようなアプリケーションに適用した場合でも、熱源配置の自由度を広げること
ができる。
また、温度センサの感度を従来よりも更に大きくとることによって、周囲温度の変化に
対して周波数温度補正の応答性を高めることができる。つまり、周波数温度補正の応答ス
ピードの向上と温度の微小な揺らぎに起因する周波数補正ノイズの抑圧との両立が可能に
なる。
なお、周囲温度が穏やかに変化した場合は、温度センサ３に含まれる温度揺らぎ成分は
ＨＰＦ１０でカットされ、基準電圧VrefはＤＣレベルで安定に保たれるので、温度変化に
対して補償電圧が追従して温度補償を行うことができる。
【００２１】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図８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構成を示した示すブロ
ック図である。なお、図１に示した圧電発振器と同一部位には同一符号を付して説明は省
略する。
この図８に示す圧電発振器４０は、フィルタ制御部４１が追加されている点と、ＨＰＦ
４２の構成が上記図１に示した圧電発振器１とは異なる。
フィルタ制御部４１は、定電圧発生部２から所定電圧が入力されると共に、温度補償電
圧発生部４から高温補償電圧ＶＨ、及び低温補償電圧ＶＬが入力されている。そして、こ
の高温補償電圧ＶＨと低温補償電圧ＶＬとに基づいて、常温（２５℃）を含む所定温度範
囲内において、Ｈレベルの制御信号ＳＶ２をＨＰＦ４２に出力する。
ここで、制御信号ＳＶ２がＨレベルとなる所定温度範囲は、温度補償電圧発生部４から
出力される高温補償電圧ＶＨ又は低温補償電圧ＶＬの電圧レベルがクリップ回路５、６に
クリップされて一定レベルになる温度範囲とされる。
【００２２】
ＨＰＦ４２は、抵抗Ｒ７、コンデンサＣ５、及びスイッチ４３ａ、４３ｂを有するスイ
ッチ回路４３により構成され、スイッチ回路４３のスイッチ４３ａの一端はコンデンサＣ
５に接続され、他端は温度センサ位相切替部９の出力ラインに接続されている。一方、ス
イッチ４３ｂの一端はコンデンサＣ５に接続され、他端は接地されている。
スイッチ回路４３は、フィルタ制御部４１からの制御信号ＳＶ２によりオン／オフ制御
が行われており、制御信号ＳＶ２がＨレベルのときは、スイッチ４３ｂがオン、スイッチ
４３ａがオフになる。逆に制御信号ＳＶ２がＬレベルのときは、スイッチ４３ａがオン、
スイッチ４３ｂがオフになる。
つまり、フィルタ制御部４１からの制御信号ＳＶ２がＬレベルとなる期間、即ち、高温
補償電圧ＶＨ又は低温補償電圧ＶＬが温度により直線的に変化する期間は、温度センサ位
相切替部９の出力電圧ＶＴ２をＨＰＦ４２に入力し、ＨＰＦ４２において温度センサ３の
検出電圧ＶＴに含まれる高周波成分（揺らぎ成）を抽出する。そして、抽出した高周波成
分を基準電圧Ｖrefに重畳して発振回路部７に供給するようにしている。
またフィルタ制御部４１からの制御信号ＳＶ２がＨレベルとなる期間、即ち、高温補償
電圧ＶＨ、又は低温補償電圧ＶＬがクリップ回路５、６により一定電圧レベルにクリップ
される期間は、スイッチ回路４３のスイッチ４３ｂをオンにしてコンデンサＣ５の他端を
接地することで、温度センサ位相切替部９の出力電圧ＶＴ２をＨＰＦ４２に入力しないよ
うにした。つまり、高温補償電圧ＶＨ又は低温補償電圧ＶＬが一定電圧レベルにクリップ
される常温付近においては、温度揺らぎ成分を基準電圧Ｖrefに重畳させずに直接、発振
回路部７に供給するようにした。
【００２３】
このように構成すれば、温度補償電圧発生部４から出力される高温補償電圧ＶＨ、又は
低温補償電圧ＶＬが温度により直線的に変化する期間では、周囲の温度が瞬時に揺らいだ
場合でも、温度補償電圧発生部４の温度補償電圧と、温度揺らぎ成分が重畳されたを基準
電圧とが共に同位相で変動するので、発振回路部７の周波数温度補償回路２３において、
温度補償電圧に含まれる揺らぎ成分（高周波成分）をキャンセルすることができる。これ
により、発振周波数が揺らぎの影響を受けない圧電発振器を実現することができる。
また、温度補償電圧発生部４から出力される高温補償電圧ＶＨ、又は低温補償電圧ＶＬ
がクリップ回路５、６により一定電圧レベルにクリップされている期間は、発振回路部７
の周波数温度補償回路２３に入力される高温補償電圧ＶＨ、及び低温補償電圧ＶＬは、温
度センサ３の揺らぎ成分の影響を受けないので、温度揺らぎ成分を基準電圧Ｖrefに重畳
させずに直接、発振回路部７に供給することで、発振周波数が揺らぎの影響を受けない圧
電発振器を実現することができる。
従って、このように本実施形態の圧電発振器を構成すれば、第１の実施形態の圧電発振
器と同様、例えばファンやヒータといった熱源を配置するようなアプリケーションに適用
した場合でも、熱源配置の自由度を広げることができる。
また、温度センサの感度を従来よりも更に大きくとることによって、周囲温度の変化に
対して周波数温度補正の応答性を高めることができる。つまり、周波数温度補正の応答ス
ピードの向上と温度の微小な揺らぎに起因する周波数補正ノイズの抑圧との両立が可能に
なる。
【００２４】
図９はフィルタ制御部の構成例を示した図であり、（ａ）は回路図、（ｂ）は動作態様
を示した図、図１０は図９（ａ）に示したフィルタ制御部の各部の動作説明図である。
図９（ａ）に示すフィルタ制御部４１は、３つのコンパレータ５１、５２、５３と、４
つのスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４とにより構成される。
コンパレータ５１、５２の非反転入力端子（＋）には、定電圧発生部２からの所定電圧
をダイオードＤ１分だけ電圧降下させた電圧Vregを印加する。またコンパレータ５１の反
転入力端子（−）には低温補償電圧ＶＬを印加する。またコンパレータ５２の反転入力端
子（−）は、スイッチＳW２を介してコンパレータ５２の出力端子に接続する。
コンパレータ５３の非反転入力端子（＋）は、スイッチＳＷ４の一端に接続すると共に
、抵抗Ｒ２１、Ｒ２２を介してそれぞれスイッチＳＷ１、ＳＷ３の一端に接続する。また
コンパレータ５３の反転入力端子（−）には高温補償電圧ＶＨを印加する。
スイッチＳＷ１の他端は、ダイオードＤ１のカソードに接続し、スイッチＳＷ３の他端
は、接地する。またスイッチＳＷ４の他端は、コンパレータ５２の出力端子に接続する。
また、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、コンパレータ５１の出力電圧ＣＰoutの電圧レベ
ルにより図９（ｂ）に示すようにオン／オフ制御される。
【００２５】
以下、図１０を用いて、図９（ａ）に示すフィルタ制御部の動作を説明する。
まず、コンパレータ５１は、図１０（ａ）に示すように電圧Ｖregと低温補償電圧ＶＬ
との比較を行う。低温補償電圧ＶＬが電圧Ｖregより高い期間（温度範囲）では、図１０
（ｂ）に示すようにコンパレータ５１の出力電圧ＣＰoutがＬレベルとなる。
コンパレータ５１の出力電圧ＣＰoutがＬレベルのときは、図９（ｂ）に示すように、
スイッチＳＷ１はオン、スイッチＳＷ２はオフ、スイッチＳＷ３はオン、スイッチＳＷ４
はオフとなり、コンパレータ５３の非反転入力端子（＋）の入力電圧は、図１０（ｃ）に
示すようにＬレベルとなる。よって、コンパレータ５３から出力される出力電圧ＳＶ２は
Ｌレベルとなる。
次に、コンパレータ５１に入力される低温補償電圧ＶＬが電圧Ｖregより低くなると、
図１０（ｂ）に示すようにコンパレータ５１の出力電圧ＣＰoutがＨレベルとなる。
コンパレータ５１の出力電圧ＣＰoutがＨレベルのときは、図９（ｂ）に示すように、
スイッチＳＷ１はオフ、スイッチＳＷ２はオン、スイッチＳＷ３はオフ、スイッチＳＷ４
はオンとなり、コンパレータ５３の非反転入力端子（＋）の入力電圧Ｖ１は、図１０（ｃ
）に示すようにＨレベルとなる。このとき、コンパレータ５３の非反転入力端子（＋）の
入力電圧Ｖ１を、コンパレータ５３の反転入力端子（−）に入力される高温補償電圧ＶＨ
の電圧レベルより高い電圧レベルに設定しておくことで、コンパレータ５３の出力電圧Ｓ
Ｖ２はＨレベルとなる。この後、周囲温度の上昇に伴って、コンパレータ５３の反転入力
端子（−）に入力される高温補償電圧ＶＨの電圧レベルが上昇して、図１０（ｃ）に示す
ように高温補償電圧ＶＨがコンパレータ５３の非反転入力端子（＋）に入力される入力電
圧Ｖ１のレベルより高くなると、コンパレータ５３の出力電圧ＳＶ２の電圧レベルはＨレ
ベルからＬレベルとなる。これにより、図１０（ｄ）に示すような波形の出力電圧ＳＶ２
を出力するフィルタ制御部４１、つまり、低温補償電圧ＶＬと高温補償電圧ＶＨの電圧レ
ベルが一定のクリップ電圧レベルになる常温付近の温度範囲においてのみＨレベルの出力
電圧ＳＶ２を出力するフィルタ制御部４１を実現することができる。
【００２６】
図１１は、本実施形態の圧電発振器が適用される表面実装型圧電発振器の構造の一例を
示した断面図である。
この図１１に示す圧電発振器は、上面と下面に夫々凹所６２、６３を備えると共に矩形
環状の底面６４に４つの実装端子６５を備えた縦断面形状が略Ｈ型の絶縁容器（パッケー
ジ）６１と、上面側凹所６２内に設けた２つの上面側内部パッド６６に圧電振動素子２２
上の２つの励振電極を夫々電気的に接続した状態で該上面側凹所６２を気密封止する金属
リッド６７と、下面側凹所６３の天井面６３ａに配置され各上面側内部パッド６６、及び
各実装端子６５と所定の配線パターンにより導通した下面側内部パッド６８と、下面側内
部パッド６８に実装される発振回路を構成するＩＣ部品６９と、を備える。
上面側凹所６２を備えた絶縁容器６１の上部と、上面側内部パッド６６と、水晶振動素
子２２と、金属リッド６７は、水晶振動子（圧電振動子）を構成している。即ち、水晶振
動子はセラミック等の絶縁材料からなる絶縁容器６１の上面側凹所６３内の上面側内側パ
ッド６６上に水晶振動素子Ｘを導電性接着剤（導電性ペースト）７０を用いて電気的・機
械的に接続し、絶縁容器６１の外璧上面の導体リングに金属リッド６７を溶接等によって
電気的・機械的に接続して上面側凹所６２内を気密封止した構成である。
絶縁容器６１の外底面に温度センサ３、温度補償電圧発生部４、クリップ回路、５、６
、発振回路部７、切替制御部８、温度センサ位相切替部９、ＨＰＦ１０、４２、フィルタ
制御部４１等のＩＣ部品６９を搭載した構成を有している。このように圧電発振器を構成
して小型化した場合は、その熱容量が小さくなり、温度センサ３は周囲の瞬間的な温度変
化や風などによる温度変動（揺らぎ）に敏感に反応し、温度補償型圧電発振器の出力周波
数が微小に変動する（周波数が揺らぐ）ことになるが、本実施形態のように圧電発振器６
１において温度変動をキャンセルすれば、周波数変動を招くことなく温度補償型圧電発振
器を小型化することができる。
なお、本実施形態の第１及び第２可変容量素子ＭＬ、ＭＨとしてはＭＯＳバラクタを例
に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、可変容量素子、可変容量ダイオード
、若しくは、印加電圧により容量が可変する半導体デバイス等を用いることが可能である
。
第１及び第２可変容量素子ＭＬ、ＭＨとして、上記のような多種の素子を考慮しておく
と、温度補償型圧電発振器を構成するにあたり、又は発振回路をＩＣ化するに当り、適切
な可変容量素子を選定することが可能となると共に、温度揺らぎによるノイズを除去でき
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】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構成を示した示すブロック図である。
【図２】切替制御部の特性を示した図である。
【図３】温度センサ位相切替部の特性を示した図である。
【図４】本発明の実施形態に係る圧電発振器の温度補償原理を説明する図である。
【図５】本発明の実施形態に係る圧電発振器の温度補償原理を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態に係る圧電発振器の温度補償原理を説明する図である。
【図７】本発明の実施形態に係る圧電発振器の補償電圧の温度特性を示した図である。
【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構成を示した示すブロック図である。
【図９】フィルタ制御部の構成例を示した図である。
【図１０】図９に示すフィルタ制御部の動作説明図である。
【図１１】本実施形態の圧電発振器が適用される表面実装型圧電発振器の構造の一例を示した断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１、４０…圧電発振器、２…定電圧発生部、３…温度センサ、４…温度補償電圧発生部
、５、６…クリップ回路、７…発振回路部、８…切替制御部、９…温度センサ位相切替部
、１０、４２…ＨＰＦ、２１…発振回路、２２…圧電振動子、２３…周波数温度補償回路
、３１ａ…非反転増幅器、３１ｂ…反転増幅器、３２、４３…スイッチ回路、３２ａ、３
２ｂ、４３ａ、４３ｂ…スイッチ、４１…フィルタ制御部、５１、５２、５３…コンパレ
ータ、６１…絶縁容器（パッケージ）、６２、６３…凹所、６４…底面、６５…実装端子
、６６…上面側内部パッド、６７…金属リッド、６８…下面側内部パッド、６９…ＩＣ部
品、７０…導電性接着剤
【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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