(57)【要約】【課題】水晶の発振周波数温特の3次成分を補償するように３次温特補償電圧を制御したとき、広帯域にわたって制御しやすい３次温特補償電圧発生回路を提供する。【解決手段】１次成分信号発生装置の出力を受けて3次関数で変化する信号を発生する3次成分信号発生装置１と、3次成分信号を増幅する第1の増幅率非線形可変増幅装置４と、１次成分信号を増幅する第1の増幅率線形可変増幅装置５と、それぞれの可変増幅装置の増幅率を制御信号により可変させる制御装置７と、それぞれの出力信号を加算し出力する加算器８とを備え、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４の増幅率可変量を、前記制御装置７からの制御信号に対して指数関数的に大きくすることにより、周波数軸での３次成分の制御分解能を一定とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶の３次の周波数温度特性をキャンセルする3次温度特性補償電圧を電圧制御水晶発振器に供給する３次温度特性補償電圧発生回路であって、
温度変化に対して3次関数で変化する3次成分信号を、供給される第１の制御信号に対して可変量が指数関数的に変化する増幅率で増幅する増幅率非線形可変増幅装置を備える３次温度特性補償電圧発生回路。
【請求項２】
請求項１に記載の３次温度特性補償電圧発生回路であって、
温度変化に対して０次関数で変化する０次成分信号を発生する０次成分信号発生装置と、
温度変化に対して１次関数で変化する１次成分信号を発生する１次成分信号発生装置と、
前記１次成分信号発生装置の出力を受けて前記3次成分信号を発生し、前記3次成分信号を前記増幅率非線形可変増幅装置に供給する3次成分信号発生装置と、を備える３次温度特性補償電圧発生回路。
【請求項３】
請求項２に記載の３次温度特性補償電圧発生回路であって、
前記１次成分信号を、前記第１の制御信号に対して可変量が均等な増幅率で増幅する第1の増幅率線形可変増幅装置と、
前記０次成分信号を、前記第１の制御信号に対して可変量が均等な増幅率で増幅する第２の増幅率線形可変増幅装置と、
前記増幅率非線形可変増幅装置、前記第1の増幅率線形可変増幅装置および前記第２の増幅率線形可変増幅装置の出力信号を加算して前記3次温度特性補償電圧を出力する加算器と、を備える３次温度特性補償電圧発生回路。
【請求項４】
請求項３に記載の３次温度特性補償電圧発生回路であって、
前記第１の制御信号を出力し、前記増幅率非線形可変増幅装置、前記第1の増幅率線形可変増幅装置および前記第２の増幅率線形可変増幅装置の増幅率を変化させる制御装置を備える３次温度特性補償電圧発生回路。
【請求項５】
請求項４に記載の３次温度特性補償電圧発生回路であって、
前記水晶の発振周波数温度特性の3次成分をαf、3次成分の周波数軸の目標制御分解能をΔαftg、前記3次温度特性補償電圧の3次成分の大きさを決める前記増幅率非線形可変増幅装置の増幅率を制御する前記制御装置からの制御信号量をαxとした場合、
前記増幅率非線形可変増幅装置の増幅率は、前記制御装置からの制御信号量に対して、exp((Δαftg/αf)・αx)に比例した値で変化する３次温度特性補償電圧発生回路。
【請求項６】
請求項５に記載の３次温度特性補償電圧発生回路であって、
前記水晶を前記電圧制御水晶発振器に接続して使用した場合の前記３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器の電圧−周波数変化感度にかかわらず、前記水晶の発振周波数温度特性の3次成分を補償するように、前記増幅率非線形可変増幅装置の増幅率を制御したとき、
その制御値近辺で3次成分の周波数軸の制御分解能がほぼΔαftgと一定となる３次温度特性補償電圧発生回路。
【請求項７】
請求項２に記載の３次温度特性補償電圧発生回路であって、
前記3次成分信号発生装置は、前記3次成分信号を3次成分電圧信号として出力する３次温度特性補償電圧発生回路。
【請求項８】
請求項７に記載の３次温度特性補償電圧発生回路であって、
前記増幅率非線形可変増幅装置は、前記3次成分電圧信号が入力されるオペアンプと、
前記オペアンプの電圧増幅率を設定する非線形な抵抗群と、
前記第１の制御信号に応じて前記非線形な抵抗群をスイッチングし、前記オペアンプの電圧増幅率を指数関数的に変化させるスイッチ群と、
前記オペアンプのリファレンス電圧を与える定電圧源と、で構成される３次温度特性補償電圧発生回路。
【請求項９】
請求項２に記載の３次温度特性補償電圧発生回路であって、
前記3次成分信号発生装置は、前記3次成分信号を3次成分電流信号として出力する３次温度特性補償電圧発生回路。
【請求項１０】
請求項９に記載の３次温度特性補償電圧発生回路であって、
前記増幅率非線形可変増幅装置は、前記3次成分電流信号が入力されるオペアンプと、
前記オペアンプに入力される前記3次成分電流信号の電流−電圧変換増幅率を指数関数的に変化させる非線形な抵抗群と、
前記第１の制御信号に応じて前記非線形な抵抗群をスイッチングするスイッチ群と、
前記オペアンプのリファレンス電圧を与える定電圧源と、で構成される３次温度特性補償電圧発生回路。
【請求項１１】
請求項４に記載の３次温度特性補償電圧発生回路であって、
前記電圧制御水晶発振器は、前記制御装置から供給される第２の制御信号に対して変化する発振負荷容量を有する３次温度特性補償電圧発生回路。
【請求項１２】
請求項１１に記載の３次温度特性補償電圧発生回路であって、
前記水晶の発振周波数温度特性の3次成分をαf、3次成分の周波数軸の目標制御分解能をΔαftg、前記3次温度特性補償電圧の3次成分の大きさを決める前記増幅率非線形可変増幅装置の増幅率を制御する前記制御装置からの第１の制御信号量をαx及び前記第１の制御信号量の最大値をαxmax、前記電圧制御水晶発振器の負荷容量と前記増幅率非線形可変増幅装置の増幅率を同時に制御する前記制御装置からの第２の制御信号量をCyとした場合、
前記増幅率非線形可変増幅装置の増幅率は、前記制御装置からの前記第１の制御信号量αx及び前記第２の制御信号量Cyに対して、exp((Δαftg/αf)・(αx+(αxmax+1)・Cy))に比例した値で変化する３次温度特性補償電圧発生回路。
【請求項１３】
請求項１２に記載の３次温度特性補償電圧発生回路であって、
前記水晶の固有周波数に合うように前記第２の制御信号量Cyで前記電圧制御水晶発振器の負荷容量を可変させた場合の前記３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器の電圧−周波数変化感度にかかわらず、前記水晶の発振周波数温度特性の3次成分を補償するように、前記増幅率非線形可変増幅装置の増幅率を制御したとき、
その制御値近辺で3次成分の周波数軸の制御分解能がほぼΔαftgと一定となる３次温度特性補償電圧発生回路。
【請求項１４】
請求項１１に記載の３次温度特性補償電圧発生回路であって、
前記増幅率非線形可変増幅装置は、前記第１の制御信号に対して可変量が指数関数的に変化する増幅率を有する第１の増幅率可変増幅器と、
前記第１の増幅率可変増幅器に直列に接続され、前記第２の制御信号に対して可変量が指数関数的に変化する増幅率を有する第２の増幅率可変増幅器と、を備える３次温度特性補償電圧発生回路。
【請求項１５】
請求項１４に記載の３次温度特性補償電圧発生回路であって、
前記3次成分信号発生装置は、前記3次成分信号を3次成分電圧信号として出力する３次温度特性補償電圧発生回路。
【請求項１６】
請求項１５に記載の３次温度特性補償電圧発生回路であって、
前記第１の増幅率可変電圧増幅器は、前記3次成分電圧信号が入力される第１のオペアンプと、
前記第１のオペアンプの電圧増幅率を設定する第１の非線形な抵抗群と、
前記第1の制御信号に応じて前記第１の非線形な抵抗群をスイッチングし、前記第１のオペアンプの電圧増幅率を指数関数的に変化させる第１のスイッチ群と、
前記第１のオペアンプのリファレンス電圧を与える第１の定電圧源と、で構成され、
前記第２の増幅率可変電圧増幅器は、前記第１のオペアンプの出力に接続される第２のオペアンプと、
前記第２のオペアンプの電圧増幅率を設定する第２の非線形な抵抗群と、
前記第２の制御信号に応じて前記第２の非線形な抵抗群をスイッチングし、前記第２のオペアンプの電圧増幅率を指数関数的に変化させる第２のスイッチ群と、
前記第２のオペアンプのリファレンス電圧を与える第２の定電圧源と、で構成される３次温度特性補償電圧発生回路。
【請求項１７】
請求項１４に記載の３次温度特性補償電圧発生回路であって、
前記3次成分信号発生装置は、前記3次成分信号を3次成分電流信号として出力する３次温度特性補償電圧発生回路。
【請求項１８】
請求項１７に記載の３次温度特性補償電圧発生回路であって、
前記第１の増幅率可変増幅器は、前記3次成分電流信号が入力される第１のオペアンプと、
前記第１のオペアンプに入力される前記3次成分電流信号の電流−電圧変換増幅率を指数関数的に変化させる第１の非線形な抵抗群と、
前記第1の制御信号に応じて前記第１の非線形な抵抗群をスイッチングする第１のスイッチ群と、
前記第１のオペアンプのリファレンス電圧を与える第１の定電圧源と、で構成され、
前記第２の増幅率可変増幅器は、前記第１のオペアンプの出力に接続される第２のオペアンプと、
前記第２のオペアンプの電圧増幅率を設定する第２の非線形な抵抗群と、
前記第２の制御信号に応じて前記第２の非線形な抵抗群をスイッチングし、前記第２のオペアンプの電圧増幅率を指数関数的に変化させる第２のスイッチ群と、
前記第２のオペアンプのリファレンス電圧を与える第２の定電圧源と、で構成される３次温度特性補償電圧発生回路。
【請求項１９】
請求項１ないし１８のいずれか一項に記載の３次温度特性補償電圧発生回路と、
前記電圧制御水晶発振器と、を備える水晶発振器モジュール。
【請求項２０】
請求項１９に記載の水晶発振器モジュールを備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次温度特性補償電圧発生回路、水晶発振器モジュールおよび電子機器に関し、特に、電圧制御による温度補償型水晶発振器モジュールに用いる３次温度特性補償電圧発生回路、およびそれを使用する携帯電話機等の電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機等の移動体通信機器の急速な発展に伴い、これらの通信機器には、温度補償性能、小型化、使用周波数の高周波化など数々の機能追加が求められてきている。この為、このような通信機器において、通信周波数の基準として用いられている水晶発振器においても通信機器と同様に、温度補償性能、小型化、高周波化等の要求がある。
【０００３】
温度補償水晶発振器は、温度補償機能を具備し、温度変化による周波数の変化を小さくした水晶発振器であり、携帯電話等の基準周波数源として広く使用されている。そして電圧制御型発振器は、発振ループ内の負荷容量として電圧により容量値を変更することができる可変容量素子を設け、この可変容量素子の端子電圧を制御することにより、負荷容量値を変化させて周波数を制御することができるようにした発振器である。温度補償水晶発振器としては、電圧制御型発振器における可変容量の端子電圧を制御して水晶振動子（圧電振動子）の温度特性をキャンセルさせるようにしたものがある。
【０００４】
温度補償性能の高精度化には、温度特性をキャンセルさせる可変容量の端子電圧を水晶個々の３次の周波数温度特性に合せて高精度に制御して作成する必要がある。そこで、特許文献１に示されているような構成を用いれば、温度変化に対して1次関数的に出力が変化する温度検出回路と、その出力に基づいて水晶振動子の温度特性に応じた近似3次電圧を発生する近似3次電圧発生回路と、定電圧回路とを備え、これらの出力をプログラマブルゲイン増幅器を介して加算器で合成して作成した温度補償電圧を、電圧制御水晶発振回路の制御電圧とすることにより、温度変化に対して連続的な制御を行うことができる。
【０００５】
図９に従来の３次温度特性補償電圧発生回路の一例を示す。従来の３次温度特性補償電圧発生回路は、温度変化に対して、１次関数で変化する信号を発生する１次成分信号発生装置２と前記１次成分信号発生装置２の出力を受けて3次関数で変化する信号を発生する3次成分信号発生装置１と０次関数で変化する信号を発生する０次成分信号発生装置３と前記１次成分信号発生装置２の出力に接続され前記１次成分信号を増幅する第1の増幅率線形可変増幅装置５と前記０次成分信号発生装置３の出力に接続され前記０次成分信号を増幅する第２の増幅率線形可変増幅装置６と前記3次成分信号発生装置１の出力に接続され前記3次成分信号を増幅する第３の増幅率線形可変増幅装置３２とを備える。
【０００６】
さらに、前記第1の増幅率線形可変増幅装置５、前記第２の増幅率線形可変増幅装置６、前記第３の増幅率線形可変増幅装置３２それぞれに接続され、それぞれの可変増幅装置の増幅率を制御信号により可変させる制御装置７と、前記第1の増幅率線形可変増幅装置５、前記第２の増幅率線形可変増幅装置６、前記第３の増幅率線形可変増幅装置３２それぞれに接続され、それぞれの出力信号を加算し出力する加算器８とを備え、加算器８の出力に、３次成分と1次成分と0次成分で表現される3次温度特性補償電圧が出力されるように構成する。
【０００７】
この3次温度特性補償電圧が、電圧制御水晶発振器９に入力されることにより、水晶の3次の発振周波数温度特性を打ち消し発振器の発振周波数温度特性を一定とする。ここで、前記第1の増幅率線形可変増幅装置５、前記第２の増幅率線形可変増幅装置６及び前記第３の増幅率線形可変増幅装置３２の増幅率可変特性は、前記制御装置７からの制御信号に対して、最小値から最大値に向かうにあたり、可変量が均等である。
【０００８】
図９に示す前記第３の増幅率線形可変増幅装置３２の一例を図１０に示す。前記3次成分信号発生装置１の出力の前記3次成分信号は電圧であり、前記第３の増幅率線形可変増幅装置３２は、オペアンプ１０と前記オペアンプ１０に接続され、前記オペアンプ１０に入力される前記3次成分電圧の電圧増幅率を決め尚且つ前記制御装置７からの信号により抵抗値をスイッチングして変化させる線形な抵抗群３３と前記オペアンプ１０の電圧増幅のリファレンス電圧を与える定電圧源１３とで構成されているものである。ここで、前記線形な抵抗群３３を構成しスイッチングされる個々の抵抗は、それぞれ同じ抵抗値である。
【０００９】
【特許文献１】特開平９−５５６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この３次温度特性補償電圧発生回路では、3次成分信号発生装置１から出力される前記3次成分信号を個々の水晶の３次成分に合うように第３の増幅率線形可変増幅装置３２の増幅率を前記制御装置７からの制御信号に従って変化させて増幅している。ここで、前記第３の増幅率線形可変増幅装置３２の増幅率可変特性は、前記制御装置７からの制御信号に対して、図４（ａ）の電圧α値αvの従来回路特性に示す様に、最小値から最大値に向かうにあたり、可変量を均等としている。
【００１１】
上述した従来の３次温度特性補償電圧発生回路の課題として、前記電圧制御水晶発振器９に接続して使用するとき、水晶の発振周波数温度特性の3次成分は、図４（ｃ）の周波数α値αfの従来回路特性に示す様に、固体によらずカット角によって、ほぼ一定となる。
【００１２】
このため、同等のカット角の水晶を用いる場合において、前記3次温度特性補償電圧の3次成分の大きさを決める前記第３の増幅率線形可変増幅装置３２の増幅率を、前記３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器９の電圧−周波数変化感度ΔfVが高くなる水晶を接続する場合は最小値に近い値に制御する。一方、前記３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器９の電圧−周波数変化感度ΔfVが低くなる水晶を接続する場合は最大値に近い値に制御することになる。
【００１３】
この時、３次温度特性補償電圧としての３次成分の制御分解能は、図４（ｂ）の電圧α値分解能Δαvの従来回路特性に示す様に、前記第３の増幅率線形可変増幅装置３２の増幅率の大小に関わらずその制御値近辺で一定である。
【００１４】
しかしながら、周波数軸の3次成分としては、図４（ｄ）の周波数α値分解能Δαfの従来回路特性に示す様に、前記３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器９の電圧−周波数変化感度ΔfVが高くなる水晶を接続すれば制御分解能が低くなり、前記３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器９の電圧−周波数変化感度ΔfVが低くなる水晶を接続すれば制御分解能が高くなり制御しにくいという問題があった。
【００１５】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、３次温度特性補償電圧発生回路において、水晶を電圧制御水晶発振器に接続して使用した場合の３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器の電圧−周波数変化感度にかかわらず、水晶の発振周波数温度特性の3次成分を補償するように制御したとき、広帯域にわたって制御しやすい３次温度特性補償電圧発生回路、水晶発振器モジュールおよび電子機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】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明に係る３次温度特性補償電圧発生回路は、温度変化に対して、１次関数で変化する信号を発生する１次成分信号発生装置と前記１次成分信号発生装置の出力を受けて3次関数で変化する信号を発生する3次成分信号発生装置と０次関数で変化する信号を発生する０次成分信号発生装置と前記3次成分信号発生装置の出力に接続され前記3次成分信号を増幅する第1の増幅率非線形可変増幅装置と前記１次成分信号発生装置の出力に接続され前記１次成分信号を増幅する第1の増幅率線形可変増幅装置と前記０次成分信号発生装置の出力に接続され前記０次成分信号を増幅する第２の増幅率線形可変増幅装置と前記第1の増幅率非線形可変増幅装置、前記第1の増幅率線形可変増幅装置、前記第２の増幅率線形可変増幅装置それぞれに接続され、それぞれの可変増幅装置の増幅率を制御信号により可変させる制御装置と前記第1の増幅率非線形可変増幅装置、前記第1の増幅率線形可変増幅装置、前記第２の増幅率線形可変増幅装置それぞれの出力に接続され、それぞれの出力信号を加算し出力する加算器とを備え、加算器の出力には、３次成分と1次成分と0次成分で表現される温度特性電圧が出力され、前記温度特性電圧は電圧制御水晶発振器に入力されることにより、水晶の3次の発振周波数温度特性を打ち消し発振器の発振周波数温度特性を一定とする3次温度特性補償電圧であり、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置の増幅率可変特性は、前記制御装置からの制御信号に対して、最小値から最大値に向かうにあたり、可変量が指数関数的に大きくなり、前記第1の増幅率線形可変増幅装置及び前記第２の増幅率線形可変増幅装置の増幅率可変特性は、前記制御装置からの制御信号に対して、最小値から最大値に向かうにあたり、可変量が均等であることを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、水晶を電圧制御水晶発振器に接続して使用した場合の３次温度特性補償電圧に対する電圧制御水晶発振器の電圧−周波数変化感度にかかわらず、水晶の発振周波数温度特性の3次成分を補償するように第1の増幅率非線形可変増幅装置の増幅率を制御したとき、その制御値近辺で3次成分の周波数軸の制御分解能が一定となるような制御しやすい高精度の３次温度特性補償電圧を発生させることができる。
【００１８】
また、本発明の３次温度特性補償電圧発生回路は、用いる水晶の発振周波数温度特性の3次成分をαf、3次成分の周波数軸の目標制御分解能をΔαftg、前記3次温度特性補償電圧の3次成分の大きさを決める前記第1の増幅率非線形可変増幅装置の増幅率を制御する前期制御装置からの制御信号量をαxとした場合、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置の増幅率は、前記制御装置からの制御信号量に対して、exp((Δαftg/αf)・αx)に比例した値で変化することを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、電圧制御水晶発振器に接続して使用するとき、水晶の発振周波数温度特性の3次成分は、固体によらずカット角によって、ほぼ一定となるので、同等のカット角の水晶を用いる場合において、水晶の発振周波数温度特性の3次成分を補償するように、第1の増幅率非線形可変増幅装置の増幅率を制御したとき、水晶の電圧−周波数変化感度にかかわらず、その制御値近辺で3次成分の周波数軸の制御分解能がほぼΔαftgと一定となるような制御しやすい高精度の３次温度特性補償電圧を発生させることができる。
【００２０】
また、本発明の３次温度特性補償電圧発生回路は、前記3次成分信号発生装置の出力の前記3次成分信号は電圧であり、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置は、オペアンプと前記オペアンプに接続され、前記オペアンプに入力される前記3次成分電圧の電圧増幅率を決め尚且つ前記制御装置からの信号により抵抗値をスイッチングして変化させる非線形な抵抗群と前記非線形な抵抗群をスイッチングするスイッチ群と前記オペアンプの電圧増幅のリファレンス電圧を与える定電圧源とで構成される増幅率非線形可変電圧増幅器であることを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、水晶を電圧制御水晶発振器に接続して使用した場合の３次温度特性補償電圧に対する電圧制御水晶発振器の電圧−周波数変化感度にかかわらず、水晶の発振周波数温度特性の3次成分を補償するように制御するので、その制御値近辺で3次成分の周波数軸の制御分解能を一定にすることができる。
【００２２】
また、本発明の３次温度特性補償電圧発生回路は、前記3次成分信号発生装置の出力の前記3次成分信号は電流であり、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置は、オペアンプと前記オペアンプに接続され、前記オペアンプに入力される前記3次成分電流の電流−電圧変換増幅率を決める非線形な抵抗群と前記制御装置からの信号により前記非線形な抵抗群と前記3次成分信号発生装置の出力の間の接続をスイッチングするスイッチ群と前記オペアンプのリファレンス電圧を与える定電圧源とで構成される増幅率非線形可変電流−電圧変換増幅器であることを特徴とする。
【００２３】
上記構成によれば、水晶を電圧制御水晶発振器に接続して使用した場合の３次温度特性補償電圧に対する電圧制御水晶発振器の電圧−周波数変化感度にかかわらず、水晶の発振周波数温度特性の3次成分を補償するように制御するので、その制御値近辺で3次成分の周波数軸の制御分解能を一定にすることができる。
【００２４】
また、本発明の３次温度特性補償電圧発生回路は、温度変化に対して、１次関数で変化する信号を発生する前記１次成分信号発生装置と前記１次成分信号発生装置の出力を受けて3次関数で変化する信号を発生する前記3次成分信号発生装置と０次関数で変化する信号を発生する前記０次成分信号発生装置と前記3次成分信号発生装置の出力に接続され前記3次成分信号を増幅する前記第1の増幅率非線形可変増幅装置と前記１次成分信号発生装置の出力に接続され前記１次成分信号を増幅する前記第1の増幅率線形可変増幅装置と前記０次成分信号発生装置の出力に接続され前記０次成分信号を増幅する前記第２の増幅率線形可変増幅装置と前記第1の増幅率非線形可変増幅装置、前記第1の増幅率線形可変増幅装置、前記第２の増幅率線形可変増幅装置それぞれに接続されると同時に前記第1の増幅率非線形可変増幅装置への接続の一部が前記電圧制御水晶発振器に接続され、それぞれの可変増幅装置の増幅率及び前記電圧制御水晶発振器の発振負荷容量を制御信号により可変させる制御装置と前記第1の増幅率非線形可変増幅装置、前記第1の増幅率線形可変増幅装置、前記第２の増幅率線形可変増幅装置それぞれの出力に接続され、それぞれの出力信号を加算し出力する前記加算器とを備え、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置の増幅率可変特性は、前記制御装置からの制御信号に対して、最小値から最大値に向かうにあたり、可変量が指数関数的に大きくなり、同時に、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置の増幅率可変特性は、前記電圧制御水晶発振器の前記発振負荷容量を可変させる前記制御装置からの制御信号に対しても、前記発振負荷容量が最小値から最大値に向かうのに連動して、可変量が指数関数的に大きくなり、前記第1の増幅率線形可変増幅装置及び前記第２の増幅率線形可変増幅装置の増幅率可変特性は、前記制御装置からの制御信号に対して、最小値から最大値に向かうにあたり、可変量が均等であり、前記加算器の出力には、３次成分と1次成分と0次成分で表現される温度特性電圧が出力され、前記温度特性電圧は、電圧制御水晶発振器に入力されることにより、水晶の3次関数の発振周波数温度特性を打ち消し前記電圧制御水晶発振器の発振周波数温度特性を一定とする3次温度特性補償電圧であることを特徴とする。
【００２５】
上記構成によれば、水晶を電圧制御水晶発振器に接続し、水晶の固有周波数に合うように第２の制御信号で電圧制御水晶発振器の負荷容量を可変させた場合の３次温度特性補償電圧に対する電圧制御水晶発振器の電圧−周波数変化感度にかかわらず、水晶の発振周波数温度特性の3次成分を補償するように、第1の増幅率非線形可変増幅装置の増幅率を第１の制御信号により制御したとき、その制御値近辺で3次成分の周波数軸の制御分解能が一定となるような制御しやすい高精度の３次温度特性補償電圧を発生させることができる。
【００２６】
また、本発明の３次温度特性補償電圧発生回路は、用いる水晶の発振周波数温度特性の3次成分をαf、3次成分の周波数軸の目標制御分解能をΔαftg、前記3次温度特性補償電圧の3次成分の大きさを決める前記第1の増幅率非線形可変増幅装置の増幅率を制御する前期制御装置からの第１の制御信号量をαx及び前記第１の制御信号量の最大値をαxmax、前記電圧制御水晶発振器の負荷容量と前記第1の増幅率非線形可変増幅装置の増幅率を同時に制御する前期制御装置からの第２の制御信号量をCyとした場合、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置の増幅率は、前記制御装置からの前記第１の制御信号量αx及び前記第２の制御信号量Cyに対して、exp((Δαftg/αf)・(αx+(αxmax+1)・Cy))に比例した値で変化することを特徴とする。
【００２７】
上記構成によれば、電圧制御水晶発振器に接続して使用するとき、水晶の発振周波数温度特性の3次成分は、固体によらずカット角によって、ほぼ一定となるので、同等のカット角の水晶を用いる場合において、水晶の固有周波数に合うように第２の制御信号量Cyで電圧制御水晶発振器の負荷容量を可変させた場合の３次温度特性補償電圧に対する電圧制御水晶発振器の電圧−周波数変化感度にかかわらず、水晶の発振周波数温度特性の3次成分を補償するように、第1の増幅率非線形可変増幅装置の増幅率を制御したとき、その制御値近辺で3次成分の周波数軸の制御分解能がほぼΔαftgと一定となるような制御しやすい高精度の３次温度特性補償電圧を発生させることができる。
【００２８】
また、本発明の３次温度特性補償電圧発生回路は、前記3次成分信号発生装置の出力の前記3次成分信号は電圧であり、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置は、第１のオペアンプと前記第１のオペアンプに接続され、前記第１のオペアンプに入力される前記3次成分電圧の電圧増幅率を決め尚且つ前記制御装置からの第１の制御信号により抵抗値をスイッチングして変化させる第１の非線形な抵抗群と前記第１の非線形な抵抗群をスイッチングする第１のスイッチ群と前記第１のオペアンプの電圧増幅のリファレンス電圧を与える第１の定電圧源とで構成される第１の増幅率可変電圧増幅器と第２のオペアンプと前記第２のオペアンプに接続され、前記第２のオペアンプに入力される前記第１の増幅率可変電圧増幅器からの出力電圧の電圧増幅率と前記電圧制御水晶発振器９の負荷容量とを決める前記制御装置７からの第２の制御信号により抵抗値をスイッチングして変化させる第２の非線形な抵抗群と前記第２の非線形な抵抗群をスイッチングする第２のスイッチ群と前記第２のオペアンプの電圧増幅のリファレンス電圧を与える第２の定電圧源とで構成される第２の増幅率可変電圧増幅器とで構成される増幅率非線形可変電圧増幅器であることを特徴とする。
【００２９】
上記構成によれば、水晶を電圧制御水晶発振器に接続して使用した場合の３次温度特性補償電圧に対する電圧制御水晶発振器の電圧−周波数変化感度にかかわらず、水晶の発振周波数温度特性の3次成分を補償するように制御するので、その制御値近辺で3次成分の周波数軸の制御分解能を一定にすることができる。
【００３０】
また、本発明の３次温度特性補償電圧発生回路は、前記3次成分信号発生装置の出力の前記3次成分信号は電流であり、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置は、第１のオペアンプと前記第１のオペアンプに接続され、前記第１のオペアンプに入力される前記3次成分電流の電流−電圧変換増幅率を決める第１の非線形な抵抗群と前記制御装置からの信号により前記第１の非線形な抵抗群と前記3次成分信号発生装置の出力の間の接続をスイッチングする第１のスイッチ群と前記オペアンプのリファレンス電圧を与える第１の定電圧源とで構成される第１の増幅率可変電流−電圧変換増幅器と第２のオペアンプと前記第２のオペアンプに接続され、前記第２のオペアンプに入力される前記第１の増幅率可変電流−電圧変換増幅器からの出力電圧の電圧増幅率と前記電圧制御水晶発振器の負荷容量とを決める前記制御装置からの第２の制御信号により抵抗値をスイッチングして変化させる第２の非線形な抵抗群と前記第２の非線形な抵抗群をスイッチングする第２のスイッチ群と前記第２のオペアンプの電圧増幅のリファレンス電圧を与える第２の定電圧源とで構成される第２の増幅率可変電圧増幅器とで構成される増幅率非線形可変電流−電圧変換増幅器であることを特徴とする。
【００３１】
上記構成によれば、水晶を電圧制御水晶発振器に接続して使用した場合の３次温度特性補償電圧に対する電圧制御水晶発振器の電圧−周波数変化感度にかかわらず、水晶の発振周波数温度特性の3次成分を補償するように制御するので、その制御値近辺で3次成分の周波数軸の制御分解能を一定にすることができる。
【００３２】
また、本発明の３次温度特性補償電圧発生回路は、前記制御装置が、プログラミング可能な記憶装置と記憶装置からの出力を前記第1の増幅率非線形可変増幅装置、前記第1の増幅率線形可変増幅装置、前記第２の増幅率線形可変増幅装置の制御信号に変換するDAC回路とで構成されることを特徴とする。
【００３３】
また、本発明の３次温度特性補償電圧発生回路は、前記プログラミング可能な記憶装置が、PSヒューズROMやEPROM等の1度のデータ書き込みが可能なメモリであることを特徴とする。
【００３４】
また、本発明の３次温度特性補償電圧発生回路は、前記プログラミング可能な記憶装置が、EEPROMやフラッシュROM等の複数回のデータ書き込み及び書き換えが可能なメモリであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、３次温度特性補償電圧発生回路において、水晶を電圧制御水晶発振器に接続して使用した場合の３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器の電圧−周波数変化感度にかかわらず、水晶の発振周波数温度特性の3次成分を補償するように制御したとき、その制御値近辺で３次成分の周波数軸の制御分解能が一定となるため、広帯域にわたって制御しやすい３次温度特性補償電圧発生回路、水晶発振器モジュールおよび電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施例における３次温度特性補償電圧発生回路について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００３７】
図１は、実施例１の３次温度特性補償電圧発生回路の概略構成を示すブロック図である。実施例１の３次温度特性補償電圧発生回路は、温度変化に対して、１次関数で変化する信号を発生する１次成分信号発生装置２と前記１次成分信号発生装置２の出力を受けて3次関数で変化する信号を発生する3次成分信号発生装置１と０次関数で変化する信号を発生する０次成分信号発生装置３とを備える。
【００３８】
また、前記3次成分信号発生装置１の出力に接続され前記3次成分信号を増幅する第1の増幅率非線形可変増幅装置４と前記１次成分信号発生装置２の出力に接続され前記１次成分信号を増幅する第1の増幅率線形可変増幅装置５と前記０次成分信号発生装置３の出力に接続され前記０次成分信号を増幅する第２の増幅率線形可変増幅装置６とを備える。
【００３９】
さらに、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４、前記第1の増幅率線形可変増幅装置５、前記第２の増幅率線形可変増幅装置６それぞれに接続され、それぞれの可変増幅装置の増幅率を制御信号により可変させる制御装置７と、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４、前記第1の増幅率線形可変増幅装置５、前記第２の増幅率線形可変増幅装置６それぞれの出力に接続され、それぞれの出力信号を加算し出力する加算器８とを備え、加算器８の出力には、３次成分と1次成分と0次成分で表現される温度特性電圧が出力される。
【００４０】
前記温度特性電圧は電圧制御水晶発振器９に入力されることにより、水晶の3次の発振周波数温度特性を打ち消し前記電圧制御水晶発振器９の発振周波数温度特性を一定とする3次温度特性補償電圧である。
【００４１】
以上のように構成された3次温度特性補償電圧回路について、以下、動作を説明する。前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４の増幅率可変特性は、前記制御装置７からの制御信号に対して、最小値から最大値に向かうにあたり、可変量が指数関数的に大きくなり、前記第1の増幅率線形可変増幅装置５及び前記第２の増幅率線形可変増幅装置６の増幅率可変特性は、前記制御装置７からの制御信号に対して、最小値から最大値に向かうにあたり、可変量が均等である。
【００４２】
図４（ａ）の電圧α値αvの本実施回路特性は、本実施例１の前記３次温度特性補償電圧の３次成分について、前記制御装置７からの制御信号に対する特性の一例を示したものであり、図４（ｂ）の電圧α値分解能Δαvの本実施回路特性は、前記電圧α値αvの前記制御装置７からの制御信号に対する可変分解能の一例を示したものである。
【００４３】
ここで、前記電圧α値αvが、前記水晶の発振周波数温度特性の前記3次成分αf、前記3次成分αfの周波数軸の目標制御分解能Δαftg、前記水晶を前記電圧制御水晶発振器９に接続して使用した場合の前記３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器９の電圧−周波数変化感度の最大値ΔfVmaxとすると、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４の前記制御装置７からの増幅率制御信号αxに対して、以下の関係式の特性となるように前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４の増幅率が可変する。尚、図４の例では、
【数１】
2009033674.tif 000003
を想定している。
【数２】
2009033674.tif 000004
とすると、前記電圧α値分解能Δαvは、前記増幅率制御信号αxに対して、以下の関係式で表される特性となる。
【数３】
2009033674.tif 000005
【００４４】
上記式に表されるように、前記電圧α値分解能Δαvは、前記増幅率制御信号αxに対して、指数関数exp((Δαftg/αf)・αx)に比例して大きくなっており、つまり、前記第１の増幅率非線形可変増幅装置４の増幅率可変特性は、前記制御装置７からの制御信号αxに対して、最小値から最大値に向かうにあたり、可変量が指数関数的に大きくなる動作となっている。
【００４５】
次に、図４（ｃ）の周波数α値αfの本実施回路特性は、本実施例１の前記水晶の発振周波数温度特性の前記3次成分αfについて、前記制御装置７からの制御信号に対する特性の一例を示したものであり、図４（ｄ）の周波数α値分解能Δαfの本実施回路特性は、前記周波数α値αfの前記制御装置７からの制御信号に対する可変分解能の一例を示したものである。
【００４６】
ここで、前記水晶の発振周波数温度特性の前記3次成分αfは、固体によらずカット角によって、ほぼ一定となるので、同等のカット角の水晶を用いる場合において、前記３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器９の電圧−周波数変化感度ΔfVにかかわらず前記３次成分αfは、ほぼ同じ値に制御される。
【００４７】
つまり、αf=ΔfV・αvとの関係から、前記電圧制御水晶発振器９の電圧−周波数変化感度ΔfVと前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４の前記制御装置７からの増幅率制御信号αxとの関係は、以下の関係式で表される。
【数４】
2009033674.tif 000006
【００４８】
上記式の関係から、前記３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器９の電圧−周波数変化感度ΔfVに応じて、前記水晶の発振周波数温度特性の前記3次成分αfを補償するための前記増幅率制御信号αxを前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４を入力すると、前記増幅率制御信号αx値近辺で、前記周波数α値分解能Δαfは、前記増幅率制御信号αxに対して、以下の関係式で表される特性となる。
【数５】
2009033674.tif 000007
【００４９】
上記式に表されるように、前記周波数α値分解能Δαfは、前記増幅率制御信号αxに対して、前記3次成分αfの周波数軸の目標制御分解能Δαftgとなり、つまり、前記３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器９の電圧−周波数変化感度ΔfVにかかわらず一定の分解能となる。
【００５０】
図２は、上述した前記３次温度特性補償電圧の３次成分である前記電圧α値αvを発生させる回路例であり、前記3次成分信号発生装置１の出力の前記3次成分信号は電圧であり、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４は、第１のオペアンプ１０と前記第１のオペアンプ１０に接続され、前記第１のオペアンプ１０に入力される前記3次成分電圧の電圧増幅率を決め尚且つ前記制御装置７からの信号により抵抗値をスイッチングして変化させる第１の非線形な抵抗群１１と前記第１の非線形な抵抗群１１をスイッチングする第１のスイッチ群１２と前記第１のオペアンプ１０の電圧増幅のリファレンス電圧を与える第１の定電圧源１３とで構成される増幅率非線形可変電圧増幅器である。
【００５１】
前記第１の非線形な抵抗群１１は、前記第１のオペアンプ１０の負入力と前記第１の定電圧源１３の間に接続されていて前記増幅率非線形可変電圧増幅器の増幅率の底を決める抵抗Raと前記第１のオペアンプ１０の負入力に一端が接続されている抵抗R0と抵抗R0の他端と前記オペアンプ１０の出力に接続されていて前記増幅率非線形可変電圧増幅器の増幅率を決める抵抗R1〜Rnで構成されており、前記第１のスイッチ群１２は、抵抗R1〜Rnそれぞれの両端間に接続されており、前記制御装置７からの制御信号で、抵抗R1〜Rnそれぞれの両端間をショートやオープンすることができる。
【００５２】
上記の構成において、前記3次成分信号発生装置１の出力電圧の３次成分をαVconstとした時、抵抗R0及び抵抗R1〜Rnの抵抗値が以下の関係式で表せる値に構成する。
【数６】
2009033674.tif 000008
【００５３】
ここで、前記制御装置７からの制御信号が、最小値の時は、前記第１のスイッチ群１２が全てショートしており、最大値に向かうにあたり、抵抗R1〜Rnのスイッチを順次オープンにするような制御信号を前記第１のスイッチ群１２に与えるようにしておけば、前記増幅率非線形可変増幅装置４の入出力電圧増幅率αVgainは、前記制御装置７からの増幅率制御信号αxに対して、以下の関係式で表す特性となる。
【数７】
2009033674.tif 000009
【００５４】
上記のことより、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４の出力には、前記3次成分信号発生装置１の出力電圧を上記式で表せる入出力電圧増幅率αVgainで増幅した電圧を発生し、その電圧の３次成分αvは、以下の関係式で表せる特性となる。
【数８】
2009033674.tif 000010
【００５５】
上記式のαvは、目的の前記３次温度特性補償電圧の３次成分である前記電圧α値αvである。
【００５６】
また、図３は、実施例１の前記３次温度特性補償電圧の３次成分である前記電圧α値αvを発生させる回路の別例である。
【００５７】
図３の実施例と図２の実施例の相違点は、前記3次成分信号発生装置１の出力の前記3次成分信号は電流であり、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４は、前記第１のオペアンプ１０と前記第１のオペアンプ１０に接続され、前記第１のオペアンプ１０に入力される前記3次成分電流の電流−電圧変換増幅率を決める前記第１の非線形な抵抗群１１と前記制御装置７からの制御信号により前記第１の非線形な抵抗群１１と前記3次成分信号発生装置１の出力の間の接続をスイッチングする前記第１のスイッチ群１２と前記第１のオペアンプ１０のリファレンス電圧を与える前期第１の定電圧源１３とで構成される増幅率非線形可変電流−電圧変換増幅器であることである。
【００５８】
前記第１の非線形な抵抗群１１は、前記第１のオペアンプ１０の負入力と前記第１のオペアンプ１０の出力に接続されていて増幅率非線形可変電流−電圧変換増幅器の増幅率を決める抵抗R0〜Rnで構成されており、抵抗R0が前記第１のオペアンプ１０の出力側に接続されており、抵抗Rnが前記第１のオペアンプ１０の負入力側に接続されており、前記第１のスイッチ群１２は、抵抗R0〜Rnそれぞれの一端と前記3次成分信号発生装置１の出力に接続されており、前記制御装置７からの信号で、抵抗R1〜Rnそれぞれと前記3次成分信号発生装置１の出力の間をショートやオープンすることができる。
【００５９】
上記の構成において、前記3次成分信号発生装置１の出力電流の３次成分をαIconstとした時、抵抗R0〜Rnの抵抗値が以下の関係式で表せる値に構成する。
【数９】
2009033674.tif 000011
【００６０】
ここで、前記制御装置７からの信号が、最小値の時は、前記第１のスイッチ群１２において、抵抗R0と前記3次成分信号発生装置１の出力との間のスイッチがショートしており、最大値に向かうにあたり、抵抗R1〜Rnと前記3次成分信号発生装置１の出力との間のスイッチが順次１つのみ選択されてショートするような制御信号を前記第１のスイッチ群１２に与えるようにしておけば、前記増幅率非線形可変増幅装置４の入出力電流−電圧変換増幅率αI-Vgainは、前記制御装置７からの増幅率制御信号αxに対して、以下の関係式で表す特性となる。
【数１０】
2009033674.tif 000012
【００６１】
上記のことより、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４の出力には、前記3次成分信号発生装置１の出力電流を上記式で表せる入出力電流−電圧変換増幅率αI-Vgainで増幅した電圧を発生し、その電圧の３次成分αvは、以下の関係式で表せる特性となる。
【数１１】
2009033674.tif 000013
【００６２】
上記式のαvは、目的の前記３次温度特性補償電圧の３次成分である前記電圧α値αvである。
【００６３】
以上のように、本実施例１によれば、水晶を前記電圧制御水晶発振器９に接続して使用した場合の前記３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器９の電圧−周波数変化感度にかかわらず、水晶の発振周波数温度特性の3次成分を補償するように前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４の増幅率を制御したとき、その制御値近辺で3次成分の周波数軸の制御分解能が一定となるような制御しやすい高精度の３次温度特性補償電圧を発生させられるという効果を奏する。
【００６４】
また、本実施例１において、前記制御装置７を、プログラミング可能な記憶装置と記憶装置からの出力を前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４、前記第1の増幅率線形可変増幅装置５、前記第２の増幅率線形可変増幅装置６の制御信号に変換するDAC回路とで構成すれば、水晶を前記電圧制御水晶発振器９に接続して使用した場合の前記３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器９の電圧−周波数変化感度にかかわらず、水晶の発振周波数温度特性の3次成分を補償するように前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４の増幅率を制御したとき、その制御値近辺で3次成分の周波数軸の制御分解能が一定となるような制御しやすい高精度の３次温度特性補償電圧を発生させることができ、尚且つその制御量を記憶装置に、任意にプログラミングして制御できて使用しやすいという効果を奏する。
【００６５】
また、本実施例１において、前記プログラミング可能な記憶装置が、PSヒューズROMやEPROM等の1度のデータ書き込みが可能なメモリで構成すれば、水晶を前記電圧制御水晶発振器９に接続して使用した場合の前記３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器９の電圧−周波数変化感度にかかわらず、水晶の発振周波数温度特性の3次成分を補償するように前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４の増幅率を制御したとき、その制御値近辺で3次成分の周波数軸の制御分解能が一定となるような制御しやすい高精度の３次温度特性補償電圧を発生させることができ、尚且つその制御量を記憶装置に、任意にプログラミングして制御できて使用しやすく、１度データを書き込めば、データが変更してしまうことがなく信頼性が高いという効果を奏する。
【００６６】
さらに、本実施例１において、前記プログラミング可能な記憶装置が、EEPROMやフラッシュROM等の複数回のデータ書き込み及び書き換えが可能なメモリである構成にすれば、水晶を前記電圧制御水晶発振器９に接続して使用した場合の前記３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器９の電圧−周波数変化感度にかかわらず、水晶の発振周波数温度特性の3次成分を補償するように前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４の増幅率を制御したとき、その制御値近辺で3次成分の周波数軸の制御分解能が一定となるような制御しやすい高精度の３次温度特性補償電圧を発生させることができ、尚且つその制御量を記憶装置に、任意にプログラミングして制御できて使用しやすく、必要に応じて記憶装置のデータを書き換えられるので、データの誤書き込みの修正、経時変化による特性変動の修正等、生産性向上に寄与するという効果を奏する。
【実施例２】
【００６７】
以下、本発明の実施例２における３次温度特性補償電圧発生回路について、図面を参照しながら説明する。
【００６８】
図５は、実施例２の３次温度特性補償電圧発生回路の概略構成を示すブロック図である。本実施例において、実施例１と同様の部分については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６９】
本実施例と実施例１の相違点は、前記制御装置７が、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４、前記第1の増幅率線形可変増幅装置５、前記第２の増幅率線形可変増幅装置６それぞれに接続されると同時に前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４への接続の一部が前記電圧制御水晶発振器９に接続されており、前記制御装置７の制御信号により、それぞれの可変増幅装置の増幅率及び前記電圧制御水晶発振器９の発振負荷容量を可変させていることである。
【００７０】
以上のように構成された3次温度特性補償電圧回路について、以下、動作を説明する。前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４の増幅率可変特性は、前記制御装置７からの制御信号に対して、最小値から最大値に向かうにあたり、可変量が指数関数的に大きくなり、同時に、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４の増幅率可変特性は、前記電圧制御水晶発振器９の前記発振負荷容量を可変させる前記制御装置７からの制御信号に対しても、前記発振負荷容量が最小値から最大値に向かうのに連動して、可変量が指数関数的に大きくなり、前記第1の増幅率線形可変増幅装置５及び前記第２の増幅率線形可変増幅装置６の増幅率可変特性は、前記制御装置からの制御信号に対して、最小値から最大値に向かうにあたり、可変量が均等である。
【００７１】
図８（ａ）の電圧α値αvの本実施回路特性は、本実施例２の前記３次温度特性補償電圧の３次成分について、前記制御装置７からの制御信号に対する特性の一例を示したものであり、図８（ｂ）の電圧α値分解能Δαvの本実施回路特性は、前記電圧α値αvの前記制御装置７からの制御信号に対する可変分解能の一例を示したものである。
【００７２】
ここで、前記電圧α値αvが、前記水晶の発振周波数温度特性の前記3次成分αf、前記3次成分αfの周波数軸の目標制御分解能Δαftg、前記水晶を前記電圧制御水晶発振器９に接続して使用した場合の前記３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器９の電圧−周波数変化感度の最大値ΔfVmaxとすると、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置の増幅率を制御する前記制御装置７からの第１の制御信号αx及び前記第１の制御信号の最大値αxmax、前記電圧制御水晶発振器の負荷容量と前記第1の増幅率非線形可変増幅装置の増幅率を同時に制御する前記制御装置７からの第２の制御信号Cyに対して、以下の関係式の特性となるように前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４の増幅率が可変する。尚、図８の例では、
【数１２】
2009033674.tif 000014
を想定している。
【数１３】
2009033674.tif 000015
とすると、前記電圧α値分解能Δαvは、前記第１の制御信号αxに対して、以下の関係式で表される特性となる。
【数１４】
2009033674.tif 000016
【００７３】
上記式に表されるように、前記電圧α値分解能Δαvは、前記第１の制御信号αxに対して、指数関数exp((Δαftg/αf)・(αx+(αxmax+1)・Cy))に比例して大きくなっており、つまり、前記第１の増幅率非線形可変増幅装置４の増幅率可変特性は、前記制御装置７からの前記第１の制御信号αxに対して、最小値から最大値に向かうにあたり、可変量が指数関数的に大きくなる動作となっている。
【００７４】
更に、前記電圧α値分解能Δαvは、前記第２の制御信号Cyに対して、以下の関係式で表される特性となる。
【数１５】
2009033674.tif 000017
【００７５】
上記式に表されるように、前記電圧α値分解能Δαvは、前記第２の制御信号Cyに対して、指数関数(αxmax+1)exp((Δαftg/αf)・(αx+(αxmax+1)・Cy))に比例して大きくなっており、つまり、前記第１の増幅率非線形可変増幅装置４の増幅率可変特性は、前記制御装置７からの前記第２の制御信号Cyに対しても、最小値から最大値に向かうにあたり、可変量が指数関数的に大きくなる動作となっている。
【００７６】
次に、図８（ｃ）の周波数α値αfの本実施回路特性は、本実施例２の前記水晶の発振周波数温度特性の前記3次成分αfについて、前記制御装置７からの制御信号に対する特性の一例を示したものであり、図８（ｄ）の周波数α値分解能Δαfの本実施回路特性は、前記周波数α値αfの前記制御装置７からの制御信号に対する可変分解能の一例を示したものである。
【００７７】
ここで、前記水晶の発振周波数温度特性の前記3次成分αfは、固体によらずカット角によって、ほぼ一定となるので、同等のカット角の水晶を用いる場合において、前記３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器９の電圧−周波数変化感度ΔfVにかかわらず前記３次成分αfは、ほぼ同じ値に制御される。
【００７８】
つまり、αf=ΔfV・αvとの関係から、前記電圧制御水晶発振器９の電圧−周波数変化感度ΔfVと前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４の前記制御装置７からの第１の制御信号αxと第２の制御信号Cyとの関係は、以下の関係式で表される。
【数１６】
2009033674.tif 000018
【００７９】
ここで、上記式の関係を成り立たせる条件としては、前記第１の制御信号αx=0のときに、前記第２の制御信号Cyと前記電圧制御水晶発振器９の電圧−周波数変化感度ΔfVとの関係が、以下の関係式で表せるように前記第２の制御信号Cyによる前記電圧制御水晶発振器９の負荷容量の可変特性を作っておくことである。
【数１７】
2009033674.tif 000019
【００８０】
上記式の関係から、前記水晶の固有周波数に合うように前記第２の制御信号Cyで前記電圧制御水晶発振器９の負荷容量を可変させ、前記３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器９の電圧−周波数変化感度ΔfVに応じて、前記水晶の発振周波数温度特性の前記3次成分αfを補償するための前記第１の制御信号αxを前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４に入力すると、前記増幅率制御信号αx値近辺で、前記周波数α値分解能Δαfは、前記増幅率制御信号αxに対して、以下の関係式で表される特性となる。
【数１８】
2009033674.tif 000020
【００８１】
上記式に表されるように、前記周波数α値分解能Δαfは、前記増幅率制御信号αxに対して、前記3次成分αfの周波数軸の目標制御分解能Δαftgとなり、つまり、前記水晶の固有周波数に合う前記電圧制御水晶発振器９の負荷容量及び前記３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器９の電圧−周波数変化感度ΔfVにかかわらず一定の分解能となる。
【００８２】
図６は、上述した前記３次温度特性補償電圧の３次成分である前記電圧α値αvを発生させる回路例であり、前記3次成分信号発生装置１の出力の前記3次成分信号は電圧であり、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４は、第１のオペアンプ１０と前記第１のオペアンプ１０に接続され、前記第１のオペアンプ１０に入力される前記3次成分電圧の電圧増幅率を決め尚且つ前記制御装置７からの第１の制御信号により抵抗値をスイッチングして変化させる第２の非線形な抵抗群１４と前記第２の非線形な抵抗群１４をスイッチングする第１のスイッチ群１２と前記第１のオペアンプ１０の電圧増幅のリファレンス電圧を与える第１の定電圧源１３とで構成される第１の増幅率可変電圧増幅器と、第２のオペアンプ１５と前記第２のオペアンプ１５に接続され、前記第２のオペアンプ１５に入力される前記第１の増幅率可変電圧増幅器からの出力電圧の電圧増幅率と前記電圧制御水晶発振器９の負荷容量とを決める前記制御装置７からの第２の制御信号により抵抗値をスイッチングして変化させる第３の非線形な抵抗群１６と前記第３の非線形な抵抗群１６をスイッチングする第２のスイッチ群１７と前記第２のオペアンプ１５の電圧増幅のリファレンス電圧を与える第２の定電圧源１８とで構成される第２の増幅率可変電圧増幅器とで構成される増幅率非線形可変電圧増幅器である。
【００８３】
また、前記電圧制御水晶発振器９は、インバータ２０と前記インバータ２０の入出力間に接続されるフィードバック抵抗１９と同じく前記インバータ２０の入出力間に接続される水晶２１とで発振ループのゲインを作り、前記インバータ２０の入力、前記フィードバック抵抗１９の一端、前記水晶２１の一端に同時に一端が接続されている第１の直流成分カット容量２２とを備える。
【００８４】
また、カソードが前記第１の直流成分カット容量２２の他端に接続されアノードが接地されている第１の電圧可変容量２６と一端が接地された第１の容量群２９と一端が前記第１の電圧可変容量２６のカソードに接続され他端が前記第１の容量群２９に接続されており前記制御装置７からの第２の制御信号により容量値をスイッチングして変化させる第３のスイッチ群２８とを備える。
【００８５】
また、前記インバータ２０の出力、前記フィードバック抵抗１９の他端、前記水晶２１の他端に同時に一端が接続されている第２の直流成分カット容量２３とカソードが前記第２の直流成分カット容量２３の他端に接続されアノードが接地されている第２の電圧可変容量２７と一端が接地された第２の容量群３１とを備える。
【００８６】
さらに、それらと一端が前記第２の電圧可変容量２７のカソードに接続され他端が前記第２の容量群３１に接続されており前記制御装置７からの第２の制御信号により容量値をスイッチングして変化させる第４のスイッチ群３０とで発振ループの負荷容量を作る。
【００８７】
また、一端が前記第１の電圧可変容量２６のカソードに接続され他端を前記第１の増幅率非線形可変増幅装置４の出力に接続されている第１のバイアス抵抗２４と一端が前記第２の電圧可変容量２７のカソードに接続され他端を前記第１の増幅率非線形可変増幅装置４の出力に接続されている第２のバイアス抵抗２５とを介して増幅率非線形可変増幅装置４の出力である３次温度特性補償電圧を前記第１の電圧可変容量２６と前記第２の電圧可変容量２７に印加して前記第１の電圧可変容量２６と前記第２の電圧可変容量２７の容量値を変化させて発振ループの負荷容量を変化させ、結果、発振周波数を変化させる電圧制御水晶発振器である。
【００８８】
前記第２の非線形な抵抗群１４は、前記第１のオペアンプ１０の負入力と前記第１の定電圧源１３の間に接続されていて前記増幅率非線形可変増幅装置４の前記第１の増幅率可変電圧増幅器の増幅率の底を決める抵抗Raと前記第１のオペアンプ１０の負入力に一端が接続されている抵抗R0と抵抗R0の他端と前記第１のオペアンプ１０の出力に接続されていて前記増幅率非線形可変増幅装置４の前記第１の増幅率可変電圧増幅器の増幅率を決める抵抗R1〜Rmで構成されており、前記第１のスイッチ群１２は、抵抗R1〜Rmそれぞれの両端間に接続されており、前記制御装置７からの前記第１の制御信号で、抵抗R1〜Rmそれぞれの両端間をショートやオープンすることができる。
【００８９】
上記の構成において、前記3次成分信号発生装置１の出力電圧の３次成分をαVconstとした時、抵抗R0及び抵抗R1〜Rmの抵抗値が以下の関係式で表せる値に構成する。
【数１９】
2009033674.tif 000021
【００９０】
ここで、前記制御装置７からの前記第１の制御信号αxが、最小値の時は、前記第１のスイッチ群１２が全てショートしており、最大値に向かうにあたり、抵抗R1〜Rmのスイッチを順次オープンにするような制御信号を前記第１のスイッチ群１２に与えるようにしておけば、前記増幅率非線形可変増幅装置４の第１の増幅率可変電圧増幅器の入出力電圧増幅率α１Vgainは、前記制御装置７からの前記第１の制御信号αxに対して、以下の関係式で表す特性となる。
【数２０】
2009033674.tif 000022
【００９１】
上記のことより、前記増幅率非線形可変増幅装置４の第１の増幅率可変電圧増幅器の出力には、前記3次成分信号発生装置１の出力電圧を上記式で表せる入出力電圧増幅率α１Vgainで増幅した電圧を発生し、その電圧の３次成分α１vは、以下の関係式で表せる特性となる。
【数２１】
2009033674.tif 000023
【００９２】
次に、前記第２の非線形な抵抗群１７は、前記第２のオペアンプ１５の負入力と前記第２の定電圧源１８の間に接続されていて前記増幅率非線形可変増幅装置４の前記第２の増幅率可変電圧増幅器の増幅率の底を決める抵抗Rbと前記第２のオペアンプ１５の負入力に一端が接続されていて他端が前記第２のオペアンプ１５の出力に接続されている前記増幅率非線形可変増幅装置４の前記第２の増幅率可変電圧増幅器の増幅率を決める抵抗R’1〜R’ｎで構成されており、前記第２のスイッチ群１７は、抵抗R’1〜R’nそれぞれの両端間に接続されており、前記制御装置７からの前記第２の制御信号で、抵抗R’1〜R’nそれぞれの両端間をショートやオープンすることができる。
【００９３】
上記の構成において、前記制御装置７からの前記第１の制御信号αxの最大値をαxmaxとした時、抵抗R’1〜R’nの抵抗値が以下の関係式で表せる値に構成する。
【数２２】
2009033674.tif 000024
【００９４】
ここで、前記制御装置７からの前記第２の制御信号Cyが、最小値の時は、前記第２のスイッチ群１７が全てショートしており、最大値に向かうにあたり、抵抗R’1〜R’nのスイッチを順次オープンにするような制御信号を前記第２のスイッチ群１７に与えるようにしておけば、前記増幅率非線形可変増幅装置４の第２の増幅率可変電圧増幅器の入出力電圧増幅率α２Vgainは、前記制御装置７からの前記第２の制御信号Cyに対して、以下の関係式で表す特性となる。
【００９５】
尚、この時、同時に、前記制御装置７からの前記第２の制御信号Cyが、最小値の時は、前記第１の容量群２９をスイッチングする前記第３のスイッチ群２８及び前記第２の容量群３１をスイッチングする前記第４のスイッチ群３０が全てオープンになっており、最大値に向かうにあたり、容量C1〜Cnのスイッチを順次ショートして前記電圧制御水晶発振器９の負荷容量を増加させるような制御信号を前記第３のスイッチ群２８及び前記第４のスイッチ群３０に与えるようにしておく。
【数２３】
2009033674.tif 000025
【００９６】
上記のことより、前記増幅率非線形可変増幅装置４の出力には、前記増幅率非線形可変増幅装置４の第１の増幅率可変電圧増幅器の出力電圧α1vを上記式で表せる入出力電圧増幅率α2Vgainで増幅した電圧を発生し、その電圧の３次成分αvは、以下の関係式で表せる特性となる。
【数２４】
2009033674.tif 000026
【００９７】
上記式のαvは、目的の前記３次温度特性補償電圧の３次成分である前記電圧α値αvである。
【００９８】
また、図７は、実施例１の前記３次温度特性補償電圧の３次成分である前記電圧α値αvを発生させる回路の別例である。
【００９９】
図７の実施例と図６の実施例の相違点は、前記3次成分信号発生装置１の出力の前記3次成分信号は電流であり、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４の前記第１の増幅率可変増幅器は、前記第１のオペアンプ１０と前記第１のオペアンプ１０に接続され、前記第１のオペアンプ１０に入力される前記3次成分電流の電流−電圧変換増幅率を決める第２の非線形な抵抗群１４と前記制御装置７からの前記第１の制御信号により前記第２の非線形な抵抗群１４と前記3次成分信号発生装置１の出力の間の接続をスイッチングする前記第１のスイッチ群１２と前記第１のオペアンプ１０のリファレンス電圧を与える前記第１の定電圧源１３とで構成される増幅率可変電流−電圧変換増幅器であることである。
【０１００】
前記第２の非線形な抵抗群１４は、前記第１のオペアンプ１０の負入力と前記第１のオペアンプ１０の出力に接続されていて前記増幅率可変電流−電圧変換増幅器の増幅率を決める抵抗R0〜Rmで構成されており、抵抗R0が前記第１のオペアンプ１０の出力側に接続されており、抵抗Rmが前記第１のオペアンプ１０の負入力側に接続されており、前記第１のスイッチ群１２は、抵抗R0〜Rmそれぞれの一端と前記3次成分信号発生装置１の出力に接続されており、前記制御装置７からの第１の制御信号で、抵抗R1〜Rmそれぞれと前記3次成分信号発生装置１の出力の間をショートやオープンすることができる。
【０１０１】
上記の構成において、前記3次成分信号発生装置１の出力電流の３次成分をαIconstとした時、抵抗R0〜Rmの抵抗値が以下の関係式で表せる値に構成する。
【数２５】
2009033674.tif 000027
【０１０２】
ここで、前記制御装置７からの第１の制御信号が、最小値の時は、前記第１のスイッチ群１２において、抵抗R0と前記3次成分信号発生装置１の出力との間のスイッチがショートしており、最大値に向かうにあたり、抵抗R1〜Rmと前記3次成分信号発生装置１の出力との間のスイッチが順次１つのみ選択されてショートするような制御信号を前記第１のスイッチ群１２に与えるようにしておけば、前記増幅率非線形可変増幅装置４の前記増幅率可変電流−電圧変換増幅器の入出力電流−電圧変換増幅率αI-Vgainは、前記制御装置７からの前記第１の制御信号αxに対して、以下の関係式で表す特性となる。
【数２６】
2009033674.tif 000028
【０１０３】
上記のことより、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４の前記増幅率可変電流−電圧変換増幅器の出力には、前記3次成分信号発生装置１の出力電流を上記式で表せる入出力電流−電圧変換増幅率αI-Vgainで増幅した電圧を発生し、その電圧の３次成分α1vは、以下の関係式で表せる特性となる。
【数２７】
2009033674.tif 000029
【０１０４】
上記式のα1vは、図６の前記増幅率非線形可変増幅装置４の第１の増幅率可変電圧増幅器の出力と同じ電圧である。つまり、図７の実施例の前記増幅率非線形可変増幅装置４の出力にも、図６の実施例の前記増幅率非線形可変増幅装置４の出力と同じ電圧が出力され、その電圧の３次成分αvは、以下の関係式で表せる特性となる。
【数２８】
2009033674.tif 000030
【０１０５】
上記式のαvは、目的の前記３次温度特性補償電圧の３次成分である前記電圧α値αvである。
【０１０６】
以上のように、本実施例２によれば、水晶を前記電圧制御水晶発振器９に接続し、前記水晶の固有周波数に合うように前記第２の制御信号で前記電圧制御水晶発振器９の負荷容量を可変させた場合の前記３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器の電圧−周波数変化感度にかかわらず、水晶の発振周波数温度特性の3次成分を補償するように、前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４の増幅率を前記第１の制御信号により制御したとき、その制御値近辺で3次成分の周波数軸の制御分解能が一定となるような制御しやすい高精度の３次温度特性補償電圧を発生させられるという効果を奏する。
【０１０７】
また、本実施例２において、前記制御装置７を、プログラミング可能な記憶装置と記憶装置からの出力を前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４、前記第1の増幅率線形可変増幅装置５、前記第２の増幅率線形可変増幅装置６の制御信号に変換するDAC回路とで構成すれば、水晶を前記電圧制御水晶発振器９に接続して使用した場合の前記３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器９の電圧−周波数変化感度にかかわらず、水晶の発振周波数温度特性の3次成分を補償するように前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４の増幅率を制御したとき、その制御値近辺で3次成分の周波数軸の制御分解能が一定となるような制御しやすい高精度の３次温度特性補償電圧を発生させることができ、尚且つその制御量を記憶装置に、任意にプログラミングして制御できて使用しやすいという効果を奏する。
【０１０８】
また、本実施例２において、前記プログラミング可能な記憶装置が、PSヒューズROMやEPROM等の1度のデータ書き込みが可能なメモリで構成すれば、水晶を前記電圧制御水晶発振器９に接続して使用した場合の前記３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器９の電圧−周波数変化感度にかかわらず、水晶の発振周波数温度特性の3次成分を補償するように前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４の増幅率を制御したとき、その制御値近辺で3次成分の周波数軸の制御分解能が一定となるような制御しやすい高精度の３次温度特性補償電圧を発生させることができ、尚且つその制御量を記憶装置に、任意にプログラミングして制御できて使用しやすく、１度データを書き込めば、データが変更してしまうことがなく信頼性が高いという効果を奏する。
【０１０９】
さらに、本実施例２において、前記プログラミング可能な記憶装置が、EEPROMやフラッシュROM等の複数回のデータ書き込み及び書き換えが可能なメモリである構成にすれば、水晶を前記電圧制御水晶発振器９に接続して使用した場合の前記３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器９の電圧−周波数変化感度にかかわらず、水晶の発振周波数温度特性の3次成分を補償するように前記第1の増幅率非線形可変増幅装置４の増幅率を制御したとき、その制御値近辺で3次成分の周波数軸の制御分解能が一定となるような制御しやすい高精度の３次温度特性補償電圧を発生させることができ、尚且つその制御量を記憶装置に、任意にプログラミングして制御できて使用しやすく、必要に応じて記憶装置のデータを書き換えられるので、データの誤書き込みの修正、経時変化による特性変動の修正等、生産性向上に寄与するという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明は、３次温度特性補償電圧発生回路において、水晶を電圧制御水晶発振器に接続して使用した場合の３次温度特性補償電圧に対する前記電圧制御水晶発振器の電圧−周波数変化感度にかかわらず、水晶の発振周波数温度特性の3次成分を補償するように制御したとき、その制御値近辺で３次成分の周波数軸の制御分解能が一定となるため、広帯域にわたって制御しやすい効果を奏し、電圧制御による温度補償型水晶発振器モジュールに用いる３次温度特性補償電圧発生回路、およびそれを使用する携帯電話機等の電子機器等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の実施例１における３次温度特性補償電圧発生回路の概略構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施例１における３次温度特性補償電圧の３次成分電圧を発生させる１例の回路図
【図３】本発明の実施例１における３次温度特性補償電圧の３次成分電圧を発生させる別例の回路図
【図４】本実施例１及び従来例を説明する電圧α値特性、電圧α値分解能特性、周波数α値特性、周波数α値分解能特性を示す図
【図５】本発明の実施例２における３次温度特性補償電圧発生回路の概略構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施例２における３次温度特性補償電圧の３次成分電圧を発生させる１例の回路図
【図７】本発明の実施例２における３次温度特性補償電圧の３次成分電圧を発生させる別例の回路図
【図８】本実施例２を説明する電圧α値特性、電圧α値分解能特性、周波数α値特性、周波数α値分解能特性を示す図
【図９】従来の３次温度特性補償電圧発生回路の概略構成を示すブロック図
【図１０】従来の増幅率線形可変増幅装置の概略構成を示すブロック図
【符号の説明】
【０１１２】
１  ３次成分信号発生装置
２  １次成分信号発生装置
３  ０次成分信号発生装置
４  第１の増幅率非線形可変増幅装置
５  第１の増幅率線形可変増幅装置
６  第２の増幅率線形可変増幅装置
７  制御装置
８  加算器
９  電圧制御水晶発振回路
１０  第１のオペアンプ
１１  第１の非線形な抵抗群
１２  第１のスイッチ群
１３  第１の電圧源
１４  第２の非線形な抵抗群
１５  第２のオペアンプ
１６  第３の非線形な抵抗群
１７  第２のスイッチ群
１８  第２の電圧源
１９  フィードバック抵抗
２０  インバータ
２１  水晶
２２  第１の直流成分カット容量
２３  第２の直流成分カット容量
２４  第１のバイアス抵抗
２５  第２のバイアス抵抗
２６  第１の電圧可変容量
２７  第２の電圧可変容量
２８  第３のスイッチ群
２９  第１の容量群
３０  第４のスイッチ群
３１  第２の容量群
３２  第３の増幅率線形可変増幅装置
３３  線形な抵抗群
【図１】
2009033674.tif 000031
【図２】
2009033674.tif 000032
【図３】
2009033674.tif 000033
【図４】
2009033674.tif 000034
【図５】
2009033674.tif 000035
【図６】
2009033674.tif 000036
【図７】
2009033674.tif 000037
【図８】
2009033674.tif 000038
【図９】
2009033674.tif 000039
【図１０】
2009033674.tif 000040