関数発生回路
【課題】水晶振動子を振動させるための制御信号の変曲点が製造ばらつきによってずれることを抑制できる、関数発生回路を提供すること。
【解決手段】周囲温度に応じて、水晶振動子３５を振動させる発振回路３０の制御電圧Ｖｃを出力する関数発生回路であって、周囲温度の検出電圧を１次の温度特性で出力する温度検出回路２と、０次成分発生回路４の出力と１次成分発生回路５の出力と３次成分発生回路１６の出力とを加算し、且つ、２次成分発生回路１１の出力を加算又は減算することを切り替えて、制御電圧Ｖｃを生成する加減算回路１２とを備え、２次成分発生回路１１が、制御電圧Ｖｃの変曲点における温度を補正する変曲点温度補正回路を有する、関数発生回路。
【解決手段】周囲温度に応じて、水晶振動子３５を振動させる発振回路３０の制御電圧Ｖｃを出力する関数発生回路であって、周囲温度の検出電圧を１次の温度特性で出力する温度検出回路２と、０次成分発生回路４の出力と１次成分発生回路５の出力と３次成分発生回路１６の出力とを加算し、且つ、２次成分発生回路１１の出力を加算又は減算することを切り替えて、制御電圧Ｖｃを生成する加減算回路１２とを備え、２次成分発生回路１１が、制御電圧Ｖｃの変曲点における温度を補正する変曲点温度補正回路を有する、関数発生回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子を振動させる発振回路の制御信号を出力する関数発生回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、水晶振動子３５を振動させる発振回路３０の制御電圧Ｖｃを出力する関数発生回路として温度補償回路２０を備える温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）５０のブロック図である。ＴＣＸＯ５０は、集積回路（ＩＣ）で構成されている。ＴＣＸＯ５０に用いられるＡＴカットの水晶振動子３５は、その発振周波数ｆの温度特性として、図２に示されるような３次曲線の温度特性を持っている。図２の縦軸は、３次曲線の変曲点の温度における固有共振周波数をｆ０とするとき、固有共振周波数ｆ０に対する温度変化に伴う固有共振周波数の周波数誤差（Δｆ／ｆ０）を表す。つまり、水晶振動子３５の発振周波数ｆの温度特性は、下記の式（１）の３次関数
ｆ＝ａ（Ｔ−Ｔ０）３＋ｂ（Ｔ−Ｔ０）＋ｃ ・・・（１）
によって表される。Ｔは温度、Ｔ０は３次曲線の変曲点の温度（基準中心温度）、ａは３次の係数，ｂは温度特性の傾き係数，ｃは発振周波数のオフセット係数を表している。
【０００３】
この発振周波数ｆの温度変化に伴う変動を抑えるため、発振回路３０には、周囲温度Ｔに応じて変化する制御電圧Ｖｃが印加されることによって発振周波数ｆを調整可能な可変容量素子３１，３２が使用されている。温度補償回路２０は、周囲温度Ｔに基づいて生成した制御電圧Ｖｃを可変容量素子３１，３２に印加することによって、水晶振動子３５の発振周波数ｆの温度特性が相殺され、水晶振動子３５の温度変化による発振周波数ｆの変動を補償している。
【０００４】
温度補償回路２０によって生成される制御電圧Ｖｃは、３次成分発生回路６、１次成分発生回路５、０次成分発生回路４のそれぞれで作成された電圧を加算することにより得られ、下記の式（２）の３次関数
Ｖｃ＝α（Ｔ−Ｔ０）３＋β（Ｔ−Ｔ０）＋γ ・・・（２）
によって近似される。αは３次項の係数、βは１次項の係数、γは０次項の係数である。Ｔ０を用いて３次関数を定義することにより、式（２）のように２次項を省略できるため、温度補償回路２０の回路規模を縮小できる。この式（２）内のα，β，γ及びＴ０の調整によって、水晶振動子３５の発振周波数ｆの温度変化による変動が補償される。
【０００５】
Ｔ０の調整は、Ｔ０調整回路３によって行われる。Ｔ０調整回路３は、式（２）内のＴ０を、水晶振動子３５自体の温度特性によって定まる変曲点の温度に一致するように調整する。
【０００６】
なお、関数発生回路の先行技術文献として、特許文献１，２，３が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４０７０１３９号公報
【特許文献２】特開２００７−３２５０３３号公報
【特許文献３】特開平８−１１６２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、Ｔ０調整回路３による調整を行っても、関数発生回路等の製造ばらつきによって、図３（ａ）（ｂ）に示されるように、関数発生回路によって実際に生成された制御電圧Ｖｃの変曲点における温度がＴ０からＴ０’にずれてしまうおそれがある。このような製造ばらつきによるＴ０のずれは、制御電圧Ｖｃによって補償された後の発振周波数ｆの中に、図３（ｃ）に示されるような２次成分として残ってしまう。
【０００９】
そこで、本発明は、水晶振動子を振動させるための制御信号の変曲点が製造ばらつきによってずれることを抑制できる、関数発生回路の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る関数発生回路は、
周囲温度に応じて、水晶振動子を振動させる発振回路の制御信号を出力する関数発生回路であって、
周囲温度の検出電圧を１次の温度特性で出力する温度検出回路と、
前記制御信号の０次成分を発生させる０次成分発生回路と、
前記制御信号の１次成分を発生させる１次成分発生回路と、
前記制御信号の２次成分を発生させる２次成分発生回路と、
前記制御信号の３次成分を発生させる３次成分発生回路と、
前記０次成分発生回路の出力と前記１次成分発生回路の出力と前記３次成分発生回路の出力とを加算し、且つ、前記２次成分発生回路の出力を加算又は減算することを切り替えて、前記制御信号を生成する加減算回路とを備え、
前記２次成分発生回路が、前記制御信号の変曲点における温度を補正する変曲点温度補正回路を有する、ことを特徴とするものである。
【００１１】
また、上記目的を達成するため、本発明に係る関数発生回路は、
周囲温度に応じて、水晶振動子を振動させる発振回路の制御信号を出力する関数発生回路であって、
周囲温度の検出電圧を１次の温度特性で出力する温度検出回路と、
前記制御信号の０次成分を発生させる０次成分発生回路と、
前記制御信号の１次成分を発生させる１次成分発生回路と、
前記制御信号の２次成分を発生させる２次成分発生回路と、
前記制御信号の３次成分を発生させる３次成分発生回路と、
前記３次成分よりも高次の成分を発生させる高次成分発生回路と、
前記０次成分発生回路の出力と前記１次成分発生回路の出力と前記３次成分発生回路の出力と前記高次成分発生回路の出力とを加算し、且つ、前記２次成分発生回路の出力を加算又は減算することを切り替えて、前記制御信号を生成する加減算回路とを備え、
前記２次成分発生回路が、前記制御信号の変曲点における温度を補正する変曲点温度補正回路を有する、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、水晶振動子を振動させるための制御信号の変曲点が製造ばらつきによってずれることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】温度補償回路２０を関数発生回路として備える温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）５０のブロック図である。
【図２】発振周波数ｆの補正についての説明図である。
【図３】発振周波数ｆの２次成分についての説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態である温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）１００のブロック図である。
【図５Ａ】周波数誤差の温度特性を示した図である。
【図５Ｂ】周波数誤差の温度特性を示した図である。
【図６Ａ】高温領域と低温領域の周波数誤差の補正についての説明図である。
【図６Ｂ】高温領域と低温領域の周波数誤差の補正についての説明図である。
【図７】補正電圧成分の傾き角度の調整についての説明図である。
【図８】補正電圧成分の傾き変化点の位置調整についての説明図である。
【図９】３次成分発生回路１６と２次成分発生回路１１と補正項回路１０の具体的な構成図である。
【図１０】２次成分発生回路１１の具体的な構成図である。
【図１１】電流Ｉ１〜Ｉ４，ＩＬ，ＩＨ，検出電圧ＶＴ，合成電流Ｉｏｕｔ１の温度特性を示す。
【図１２】制御電圧Ｖｃの傾き角度の調整についての説明図である。
【図１３】制御電圧Ｖｃの傾き変化点の位置調整についての説明図である。
【図１４】ＤＡコンバータ１３ｄの一例を示した回路図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態である温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）２００のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態の説明を行う。図４は、本発明の第１の実施形態である温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）１００のブロック図である。図１と同様の構成については、その説明を省略する。ＴＣＸＯ１００は、集積回路（ＩＣ）で構成されている。
【００１５】
ＴＣＸＯ１００は、温度補償回路２１と、ＡＴカットの水晶振動子３５を振動させる発振回路３０と、メモリ４０とを備える。温度補償回路２１は、発振回路３０の制御電圧Ｖｃを出力する関数発生回路である。発振回路３０は、水晶振動子３５が入出力部間に並列接続されたＣＭＯＳインバータ３３と、ＣＭＯＳインバータ３３の入力部とグランドとの間に接続された可変容量素子３１と、ＣＭＯＳインバータ３３の出力部とグランドとの間に接続された可変容量素子３２と、ＣＭＯＳインバータ３３の入出力部間に並列接続された抵抗３４とを備える。可変容量素子３１，３２の具体例として、可変容量ダイオード（バリキャップ）が挙げられる。発振回路３０は、可変容量素子３１，３２のそれぞれの両端に印加される制御電圧Ｖｃに応じて、発振周波数ｆを端子ＦＯＵＴから出力する。メモリ４０は、温度補償回路２１が上記の式（２）内のα，β，γ及びＴ０を算出するために必要なデータを記憶する装置である。メモリ４０内のデータは、ＣＬＫ端子とＤＡＴＡ端子を介して、ＴＣＸＯ１００の外部から書き換え可能である。メモリ４０には、製品出荷前の個々の製品毎に調整されたデータが記憶される。
【００１６】
なお、水晶振動子３５は、図４の場合、端子ＸＴ１，ＸＴ２を介してＴＣＸＯ１００に外付けされている。また、水晶振動子３５及び発振回路３０の構成は、上記の式（１）によって表される温度特性を有するものであれば、図示の構成に限定されない。
【００１７】
温度補償回路２１は、基準電圧発生回路１、温度検出回路２、Ｔ０調整回路３、０次成分発生回路４、１次成分発生回路５、３次成分発生回路１６、２次成分発生回路１１、加減算器１２を備える。
【００１８】
基準電圧発生回路１は、端子ＧＮＤのグランド電位を基準に、端子ＶＤＤから入力される直流電源電圧をレギュレートすることによって、基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。基準電圧発生回路１によって生成された基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて、電圧値が互いに異なる複数の一定の参照電圧（後述の参照電圧Ｖ１等）が生成される。これらの参照電圧は、例えば、基準電圧Ｖｒｅｆを抵抗によって分圧する抵抗分割回路によって生成される。
【００１９】
温度検出回路２は、発振回路３５を含むＴＣＸＯ１００の温度を周囲温度Ｔとして検出し、検出された周囲温度Ｔに応じた電圧を周囲温度Ｔの検出電圧として１次の温度特性（特に、１次の負の温度特性）で出力する。温度検出回路２は、例えば、周囲温度Ｔの増加に対して単調減少する１次の負の温度特性で変化する電圧を周囲温度Ｔの検出電圧ＶＴとして出力する。温度検出回路２は、水晶振動子３５の温度を検出するものでもよい。
【００２０】
Ｔ０調整回路３は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、式（２）内のＴ０を、水晶振動子３５自体の温度特性によって定まる変曲点の温度に一致するように調整する。
【００２１】
０次成分発生回路４は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、制御電圧Ｖｃの０次成分Ｖｃ０を生成する。１次成分発生回路５は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、制御電圧Ｖｃの１次成分Ｖｃ１を生成する。３次成分発生回路１６は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、制御電圧Ｖｃの３次成分Ｖｃ３を生成する。２次成分発生回路１１は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、制御電圧Ｖｃの２次成分Ｖｃ２を生成する。加減算器１２は、０次成分Ｖｃ０と１次成分Ｖｃ１と３次成分Ｖｃ３との加算値に対して、２次成分Ｖｃ２を加算又は減算のいずれかを行って得られる制御電圧Ｖｃを発振回路３０に出力する。
【００２２】
３次成分発生回路１６は、補正項回路１０を備える。図４の場合、補正項回路１０は、３次成分Ｖｃ３よりも高精度な補正をする３次成分補正回路に相当する。補正項回路１０は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、制御電圧Ｖｃの３次成分Ｖｃ３よりも高次の電圧成分を生成する高次成分発生回路である。従来のＴＣＸＯは−３０〜８５℃の温度範囲で温度補償を行っていたが、近年、ＴＣＸＯの温度補償範囲の拡大が要求されている。水晶振動子は、電極接着時の接着剤の付き方等によって、図５Ａ，５Ｂに示されるように、高温領域と低温領域で３次関数では充分に近似されない周波数変化を示すものである。そのため、従来の補償温度範囲を広げた場合、従来の３次関数での近似補正では、図６Ａ（ａ），図６Ｂ（ａ）のように、高温領域と低温領域で周波数誤差（△ｆ／ｆ０）が大きくなり、補償精度が低下してしまう。そこで、温度補償回路２１は、３次関数近似での周波数誤差が所定の基準値以上の低温領域及び高温領域において、その両領域での発振周波数の変動を補償するための補正項回路１０を備えている。
【００２３】
補正項回路１０は、例えば、８０℃以上の高温領域と−３０℃以下の低温領域に残った周波数偏差を打ち消す図６Ａ（ｂ），図６Ｂ（ｂ）に示される補正電圧成分を発生させるための補正信号を出力する補正電圧発生回路７を備える（図４参照）。補正電圧発生回路７は、−３０〜８０℃の通常の温度領域では補正電圧成分を一定値に調整する補正信号を出力し、図６Ａ（ａ）に示される周波数誤差の場合には、８０℃以上の高温領域では高温になるほど補正電圧成分を大きな値に調整する高温側補正信号を出力し、−３０℃以下の低温領域では低温になるほど補正電圧成分を小さな値に調整する低温側補正信号を出力する。一方、図６Ｂ（ａ）に示される周波数誤差の場合には、８０℃以上の高温領域では高温になるほど補正電圧成分を小さな値に調整する高温側補正信号を出力し、−３０℃以下の低温領域では低温になるほど補正電圧成分を大きな値に調整する低温側補正信号を出力する。したがって、補正電圧発生回路７によって、図６Ａ（ｃ），図６Ｂ（ｃ）に示されるように、高温領域と低温領域での温度補償の精度が向上する。
【００２４】
また、補正項回路１０は、補正電圧発生回路７によって生成される補正電圧成分の高温領域及び低温領域での傾き度合を調整可能な傾き度合調整信号を出力する傾き度合調整回路８を備える。傾き度合調整回路８は、例えば、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、図７に示されるように、高温領域と低温領域の補正電圧成分の傾き角度を調整する。したがって、傾き度合調整回路８によって、高温領域と低温領域での制御電圧Ｖｃの傾き度合の微調整が可能となるので、高温領域と低温領域での発振周波数ｆの補正精度が向上する。
【００２５】
また、補正項回路１０は、補正電圧発生回路７によって生成される補正電圧成分の傾き角度が急変する傾き変化点の位置を調整可能な位置補正信号を出力することによって、補正電圧発生回路７によって生成される補正電圧成分を発生させる温度領域を調整する補正領域調整回路９を備える。補正領域調整回路９は、例えば、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、図８に示されるように、低温側の傾き変化点と高温側の傾き変化点の一方又は両方の位置を調整する。また、補正領域調整回路９は、例えば、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、図８に示されるように、低温側の傾き変化点と高温側の傾き変化点との差を一定のまま、低温側と高温側の両方の傾き変化点の位置を調整する。したがって、補正領域調整回路９によって、高温領域と低温領域での制御電圧Ｖｃの傾き変化点の微調整が可能となるので、高温領域と低温領域での発振周波数ｆの補正精度が向上する。
【００２６】
図９は、３次成分発生回路１６と２次成分発生回路１１と補正項回路１０の具体的な構成図である。図９には、補正項回路１０の構成要素として、補正電圧発生回路７（７Ａ，７Ｂ）、傾き度合調整回路８、補正領域調整回路９（９Ａ，９Ｂ）が示されている。図９において、Ｑ＊は、トランジスタを表す。トランジスタは、ＭＯＳ型でもバイポーラ型でもよい。なお、基準電圧発生回路１、温度検出回路２、Ｔ０調整回路３、０次成分発生回路４、１次成分発生回路５は、従来と同じでよいため、それらの具体的な回路構成や加減算の説明は省略する。
【００２７】
３次成分発生回路１６は、４つの差動増幅回路１６ａ〜１６ｄと、差動増幅回路１６ａ〜１６ｄの各出力信号を合成した信号を出力する信号合成回路１７を備える。差動増幅路１６ａ，１６ｂは、変曲点温度Ｔ０よりも低温側の通常温度領域において、制御電圧Ｖｃの３次成分Ｖｃ３を調整するための低温側調整電流Ｉ１，Ｉ２を出力する。差動増幅回路１６ｃ，１６ｄは、変曲点温度Ｔ０よりも高温側の通常温度領域において、制御電圧Ｖｃの３次成分Ｖｃ３を調整するための高温側調整電流Ｉ３，Ｉ４を出力する。
【００２８】
差動増幅回路１６ａは、温度検出回路２から出力された検出電圧ＶＴと基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて生成された参照電圧Ｖ１とが入力される差動対（Ｑ１，Ｑ２）を備える。差動増幅回路１６ｂは、温度検出回路２から出力された検出電圧ＶＴと基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて生成された参照電圧Ｖ２とが入力される差動対（Ｑ３，Ｑ４）を備える。差動増幅回路１６ｃは、温度検出回路２から出力された検出電圧ＶＴと基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて生成された参照電圧Ｖ３とが入力される差動対（Ｑ５，Ｑ６）を備える。差動増幅回路１６ｄは、温度検出回路２から出力された検出電圧ＶＴと基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて生成された参照電圧Ｖ４とが入力される差動対（Ｑ７，Ｑ８）を備える。
【００２９】
一方、低温側補正電圧発生回路７Ａは、通常温度領域よりも低温の領域において、制御電圧Ｖｃを補正するための低温側補正電流ＩＬを出力する差動増幅回路１６ｌを備える。低温側補正電流ＩＬの合成先は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、スイッチＳＷ５によって切り替えられる。低温側補正電流ＩＬの出力の要否は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて切替可能なスイッチＳＷ１によって制御される。したがって、スイッチＳＷ１をオンすることによって、低温側補正電流ＩＬの出力が停止され、低温側補正電圧発生回路７Ａの機能が停止する。逆に、スイッチＳＷ１をオフすることによって、低温側補正電流ＩＬが出力され、低温側補正電圧発生回路７Ａが機能する。また、高温側補正電圧発生回路７Ｂは、通常温度領域よりも高温の領域において、制御電圧Ｖｃを補正するための高温側補正電流ＩＨを出力する差動増幅回路１６ｈを備える。高温側補正電流ＩＨの合成先は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、スイッチＳＷ６によって切り替えられる。高温側補正電流ＩＨの出力の要否は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて切替可能なスイッチＳＷ２によって制御される。したがって、スイッチＳＷ２をオンすることによって、高温側補正電流ＩＨの出力が停止され、高温側補正電圧発生回路７Ｂの機能が停止する。逆に、スイッチＳＷ２をオフすることによって、高温側補正電流ＩＨが出力され、高温側補正電圧発生回路７Ｂが機能する。
【００３０】
差動増幅回路１６ｌは、温度検出回路２から出力された検出電圧ＶＴと低温側補正領域調整回路９Ａから出力された参照電圧ＶＬとが入力される差動対（ＱＬ１，ＱＬ２）を備える。差動増幅回路１６ｈは、温度検出回路２から出力された検出電圧ＶＴと高温側補正領域調整回路９Ｂから出力された参照電圧ＶＨとが入力される差動対（ＱＨ１，ＱＨ２）を備える。
【００３１】
また、傾き度合調整回路８は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、差動増幅回路１６ｌの差動対（ＱＬ１，ＱＬ２）及び差動増幅回路１６ｈの差動対（ＱＨ１，ＱＨ２）に流す定電流の電流値を調整可能な定電流調整回路１３ａを備える。定電流調整回路１３ａは、例えば、ＤＡコンバータと該ＤＡコンバータの出力が入力されるトランジスタＱＬ３とによって、差動対（ＱＬ１，ＱＬ２）に流す定電流の電流値を調整し、ＤＡコンバータと該ＤＡコンバータの出力が入力されるトランジスタＱＨ３とによって、差動対（ＱＨ１，ＱＨ２）に流す定電流の電流値を調整する。
【００３２】
また、低温側補正領域調整回路９Ａは、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、例えばＤＡコンバータによって、参照電圧ＶＬの電圧値を調整可能な電圧調整回路１３ｂを備える。高温側補正領域調整回路９Ｂは、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、例えばＤＡコンバータによって、参照電圧ＶＨの電圧値を調整可能な電圧調整回路１３ｃを備える。
【００３３】
信号合成回路１７は、各差動増幅回路の出力電流を合成した電流Ｉｏｕｔ１を生成してＤＡコンバータ１３ｄに出力する一対のトランジスタ（Ｑ９，Ｑ１０）で構成されたカレントミラーを備える。
【００３４】
図１１は、電流Ｉ１〜Ｉ４，ＩＬ，ＩＨ，検出電圧ＶＴ，合成電流Ｉｏｕｔ１の温度特性を示す。変曲点の温度Ｔ０は、温度Ｔ２とＴ３の間の温度である。各参照電圧及び各温度の大小関係は図示の通りである。参照電圧ＶＨは、３次成分発生回路１６の差動増幅回路１６ａ〜１６ｄに入力される参照電圧Ｖ１〜Ｖ４のいずれよりも低い。また、参照電圧ＶＬは、参照電圧Ｖ１〜Ｖ４のいずれよりも高い。
【００３５】
参照電圧Ｖ２は、変曲点の温度Ｔ０よりも低い温度Ｔ２を、検出温度ＶＴの１次の負の温度特性を表す１次近似式に代入して求められる電圧である。参照電圧Ｖ１，ＶＬについても同様である。また、参照電圧Ｖ３は、変曲点の温度Ｔ０よりも高い温度Ｔ３を、検出温度ＶＴの１次の負の温度特性を表す１次近似式に代入して求められる電圧である。参照電圧Ｖ４，ＶＨについても同様である。
【００３６】
したがって、合成電流Ｉｏｕｔ１に等価な電圧に変換する電圧変換手段によって、制御電圧Ｖｃの電圧成分として、３次成分が生成される。この電圧変換手段として、図９には、ＤＡコンバータ１３ｄ及び増幅回路１４が開示されている。増幅回路１４は、演算増幅器１４ａと、演算増幅器１４ａの反転入力端子と出力端子とを接続する抵抗１４ｂとを備える。演算増幅器１４ａの反転入力端子には、ＤＡコンバータ１３ｄの出力電圧（出力電流）が入力される。演算増幅器１４ａの非反転入力端子には、参照電圧Ｖｄｃが入力される。ＤＡコンバータ１３ｄの出力値は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、調整される。図１４は、ＤＡコンバータ１３ｄの一例を示した回路図である。図９等に示される１３ｄ以外の他のＤＡコンバータも、図１４と同様の構成であってもよい。
【００３７】
また、定電流調整回路１３ａによって、差動増幅回路１６ｌの差動対（ＱＬ１，ＱＬ２）及び／又は差動増幅回路１６ｈの差動対（ＱＨ１，ＱＨ２）に流す定電流の電流値を調整することによって、図１２に示されるように、制御電圧Ｖｃの傾き角度を調整することができる。また、電圧調整回路１３ｂ，１３ｃによって、参照電圧ＶＨとＶＬの一方又は両方を調整することによって、図１３に示されるように、制御電圧Ｖｃの傾き変化点の位置を調整することができる。
【００３８】
このように、補正項回路１０を追加することによって、精度の良い温度補償が可能な温度領域を低温側にも高温側にも広げることができる。
【００３９】
ところで、図４に示されるように、温度補償回路２１は、２次成分発生回路１１を備えている。温度補償回路２１は、３次成分発生回路１６と２次成分発生回路１１が共用の差動増幅回路を含んでいる点を特徴としている。
【００４０】
図１０は、２次成分発生回路１１の具体的な構成図である。３次成分発生回路１６と２次成分発生回路１１が共用する差動増幅回路は、図９において既に示した差動増幅回路１６ｂと１６ｃに相当する。２次成分発生回路１１は、差動増幅回路１６ｂから出力される低温側調整電流Ｉ２と差動増幅回路１６ｃから出力される高温側出力電流Ｉ３とを足した第１の合成電流と、その第１の合成電流に対して逆向きで電流値が等しい第２の合成電流とを選択的に切り替えて出力する電流出力回路１８を備える。なお、図１０において、Ｑ＊は、トランジスタを表す。トランジスタは、ＭＯＳ型でもバイポーラ型でもよい。
【００４１】
電流出力回路１８は、スイッチＳＷ３，４が共にオンしているとき、トランジスタＱ１９，Ｑ２０から電流が流れずにトランジスタＱ２１，Ｑ２２から電流が流れるので、第１の合成電流Ｉｏｕｔ２（＝Ｉ２＋Ｉ３）を出力する。また、電流出力回路１８は、スイッチＳＷ３，４が共にオフしているとき、トランジスタＱ１９，Ｑ２０から電流が流れる一方でトランジスタＱ２１，Ｑ２２から電流が流れないので、第２の合成電流Ｉｏｕｔ２（＝−（Ｉ２＋Ｉ３））を出力する。スイッチＳＷ３，４のオン／オフは、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、切り替えられる。
【００４２】
したがって、合成電流Ｉｏｕｔ２に等価な電圧に変換する電圧変換手段によって、制御電圧Ｖｃの電圧成分として、２次成分が生成される。この電圧変換手段として、図１０には、ＤＡコンバータ１３ｅ及び増幅回路１４が開示されている。ＤＡコンバータ１３ｅの出力値は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、調整される。
【００４３】
つまり、２次成分発生回路１１によって、制御電圧Ｖｃの２次成分を生成することができる。そして、スイッチＳＷ３，４のオン／オフによって、図１０に示されるように、２次成分の極性を反転させることができる。つまり、スイッチＳＷ３，４のオン／オフによって、２次成分の加算と減算を切り替えることができる。また、２次成分の値をＤＡコンバータ１３ｅによって調整できる。
【００４４】
このように、Ｔ０調整を行うＴ０調整回路３とは別に、２次成分発生回路１１を追加することにより、ＩＣの製造ばらつきによって上述の２次成分のずれ（図３（ｃ）参照）として生ずるＴ０のずれを精度良く取り除くことができる。すなわち、Ｔ０調整回路３によって調整されるＴ０成分は水晶振動子３５自体の温度特性から設計的に決められる値であるが、Ｔ０調整回路３による調整を行っても、制御電圧Ｖｃの変曲点の温度Ｔ０がプロセス変動で高温側又は低温側にばらつく場合がある。２次成分発生回路１１は、このばらつきを、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、Ｔ０’がＴ０に一致するように補償する回路である。メモリ４０には、製品出荷前に、個々の製品毎に、Ｔ０’をＴ０に一致させる調整データが記憶される。また、差動増幅回路を３次成分発生回路１６と２次成分発生回路１１が共用する構成を有しているので、２次成分発生回路１１を追加したとしても、回路規模の増大を抑えることができる。
【００４５】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形、改良及び置換を加えることができる。
【００４６】
例えば、図１５は、本発明の第２の実施形態である温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）２００のブロック図である。図１５の場合、補正項回路１０は、３次成分発生回路１６によって生成される３次成分Ｖｃ３よりも高次の成分ＶｃＸを発生させる高次成分発生回路に相当する。図１５の場合の３次成分発生回路１６は、補正電圧発生回路７と傾き度合調整回路８と補正領域調整回路９が含まれていない点で、図４の場合の３次成分発生回路１６と異なる。補正項回路１０は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、高次の電圧成分ＶｃＸを生成する。加減算器１２は、０次成分Ｖｃ０と１次成分Ｖｃ１と３次成分Ｖｃ３と高次成分ＶｃＸとの加算値に対して、２次成分Ｖｃ０の加算又は減算のいずれかの演算を行って、制御電圧Ｖｃを発振回路３０に出力する。他の構成は、図４のＴＣＸＯ１００と同様のため、その説明を省略する。この第２の実施形態も、上述の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 基準電圧発生回路
２ 温度検出回路
３ Ｔ０調整回路
４ ０次成分発生回路
５ １次成分発生回路
６ ３次成分発生回路
７Ａ 低温側補正電圧発生回路
７Ｂ 高温側補正電圧発生回路
８ 傾き度合調整回路
９ 補正領域調整回路
１０ 補正項回路
１１ ２次成分発生回路
１２ 加減算器
１３ａ〜１３ｄ ＤＡＣ
１４ 増幅器
１６ ３次成分発生回路
１６ａ〜１６ｄ 差動増幅回路
１７ 信号合成回路
１８ 電流出力回路
２０，２１ 温度補償回路
３０ 発振回路
３１，３２ 可変容量素子
３５ 水晶振動子
４０ メモリ
５０，１００，２００ 温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子を振動させる発振回路の制御信号を出力する関数発生回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、水晶振動子３５を振動させる発振回路３０の制御電圧Ｖｃを出力する関数発生回路として温度補償回路２０を備える温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）５０のブロック図である。ＴＣＸＯ５０は、集積回路（ＩＣ）で構成されている。ＴＣＸＯ５０に用いられるＡＴカットの水晶振動子３５は、その発振周波数ｆの温度特性として、図２に示されるような３次曲線の温度特性を持っている。図２の縦軸は、３次曲線の変曲点の温度における固有共振周波数をｆ０とするとき、固有共振周波数ｆ０に対する温度変化に伴う固有共振周波数の周波数誤差（Δｆ／ｆ０）を表す。つまり、水晶振動子３５の発振周波数ｆの温度特性は、下記の式（１）の３次関数
ｆ＝ａ（Ｔ−Ｔ０）３＋ｂ（Ｔ−Ｔ０）＋ｃ ・・・（１）
によって表される。Ｔは温度、Ｔ０は３次曲線の変曲点の温度（基準中心温度）、ａは３次の係数，ｂは温度特性の傾き係数，ｃは発振周波数のオフセット係数を表している。
【０００３】
この発振周波数ｆの温度変化に伴う変動を抑えるため、発振回路３０には、周囲温度Ｔに応じて変化する制御電圧Ｖｃが印加されることによって発振周波数ｆを調整可能な可変容量素子３１，３２が使用されている。温度補償回路２０は、周囲温度Ｔに基づいて生成した制御電圧Ｖｃを可変容量素子３１，３２に印加することによって、水晶振動子３５の発振周波数ｆの温度特性が相殺され、水晶振動子３５の温度変化による発振周波数ｆの変動を補償している。
【０００４】
温度補償回路２０によって生成される制御電圧Ｖｃは、３次成分発生回路６、１次成分発生回路５、０次成分発生回路４のそれぞれで作成された電圧を加算することにより得られ、下記の式（２）の３次関数
Ｖｃ＝α（Ｔ−Ｔ０）３＋β（Ｔ−Ｔ０）＋γ ・・・（２）
によって近似される。αは３次項の係数、βは１次項の係数、γは０次項の係数である。Ｔ０を用いて３次関数を定義することにより、式（２）のように２次項を省略できるため、温度補償回路２０の回路規模を縮小できる。この式（２）内のα，β，γ及びＴ０の調整によって、水晶振動子３５の発振周波数ｆの温度変化による変動が補償される。
【０００５】
Ｔ０の調整は、Ｔ０調整回路３によって行われる。Ｔ０調整回路３は、式（２）内のＴ０を、水晶振動子３５自体の温度特性によって定まる変曲点の温度に一致するように調整する。
【０００６】
なお、関数発生回路の先行技術文献として、特許文献１，２，３が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４０７０１３９号公報
【特許文献２】特開２００７−３２５０３３号公報
【特許文献３】特開平８−１１６２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、Ｔ０調整回路３による調整を行っても、関数発生回路等の製造ばらつきによって、図３（ａ）（ｂ）に示されるように、関数発生回路によって実際に生成された制御電圧Ｖｃの変曲点における温度がＴ０からＴ０’にずれてしまうおそれがある。このような製造ばらつきによるＴ０のずれは、制御電圧Ｖｃによって補償された後の発振周波数ｆの中に、図３（ｃ）に示されるような２次成分として残ってしまう。
【０００９】
そこで、本発明は、水晶振動子を振動させるための制御信号の変曲点が製造ばらつきによってずれることを抑制できる、関数発生回路の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る関数発生回路は、
周囲温度に応じて、水晶振動子を振動させる発振回路の制御信号を出力する関数発生回路であって、
周囲温度の検出電圧を１次の温度特性で出力する温度検出回路と、
前記制御信号の０次成分を発生させる０次成分発生回路と、
前記制御信号の１次成分を発生させる１次成分発生回路と、
前記制御信号の２次成分を発生させる２次成分発生回路と、
前記制御信号の３次成分を発生させる３次成分発生回路と、
前記０次成分発生回路の出力と前記１次成分発生回路の出力と前記３次成分発生回路の出力とを加算し、且つ、前記２次成分発生回路の出力を加算又は減算することを切り替えて、前記制御信号を生成する加減算回路とを備え、
前記２次成分発生回路が、前記制御信号の変曲点における温度を補正する変曲点温度補正回路を有する、ことを特徴とするものである。
【００１１】
また、上記目的を達成するため、本発明に係る関数発生回路は、
周囲温度に応じて、水晶振動子を振動させる発振回路の制御信号を出力する関数発生回路であって、
周囲温度の検出電圧を１次の温度特性で出力する温度検出回路と、
前記制御信号の０次成分を発生させる０次成分発生回路と、
前記制御信号の１次成分を発生させる１次成分発生回路と、
前記制御信号の２次成分を発生させる２次成分発生回路と、
前記制御信号の３次成分を発生させる３次成分発生回路と、
前記３次成分よりも高次の成分を発生させる高次成分発生回路と、
前記０次成分発生回路の出力と前記１次成分発生回路の出力と前記３次成分発生回路の出力と前記高次成分発生回路の出力とを加算し、且つ、前記２次成分発生回路の出力を加算又は減算することを切り替えて、前記制御信号を生成する加減算回路とを備え、
前記２次成分発生回路が、前記制御信号の変曲点における温度を補正する変曲点温度補正回路を有する、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、水晶振動子を振動させるための制御信号の変曲点が製造ばらつきによってずれることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】温度補償回路２０を関数発生回路として備える温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）５０のブロック図である。
【図２】発振周波数ｆの補正についての説明図である。
【図３】発振周波数ｆの２次成分についての説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態である温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）１００のブロック図である。
【図５Ａ】周波数誤差の温度特性を示した図である。
【図５Ｂ】周波数誤差の温度特性を示した図である。
【図６Ａ】高温領域と低温領域の周波数誤差の補正についての説明図である。
【図６Ｂ】高温領域と低温領域の周波数誤差の補正についての説明図である。
【図７】補正電圧成分の傾き角度の調整についての説明図である。
【図８】補正電圧成分の傾き変化点の位置調整についての説明図である。
【図９】３次成分発生回路１６と２次成分発生回路１１と補正項回路１０の具体的な構成図である。
【図１０】２次成分発生回路１１の具体的な構成図である。
【図１１】電流Ｉ１〜Ｉ４，ＩＬ，ＩＨ，検出電圧ＶＴ，合成電流Ｉｏｕｔ１の温度特性を示す。
【図１２】制御電圧Ｖｃの傾き角度の調整についての説明図である。
【図１３】制御電圧Ｖｃの傾き変化点の位置調整についての説明図である。
【図１４】ＤＡコンバータ１３ｄの一例を示した回路図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態である温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）２００のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態の説明を行う。図４は、本発明の第１の実施形態である温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）１００のブロック図である。図１と同様の構成については、その説明を省略する。ＴＣＸＯ１００は、集積回路（ＩＣ）で構成されている。
【００１５】
ＴＣＸＯ１００は、温度補償回路２１と、ＡＴカットの水晶振動子３５を振動させる発振回路３０と、メモリ４０とを備える。温度補償回路２１は、発振回路３０の制御電圧Ｖｃを出力する関数発生回路である。発振回路３０は、水晶振動子３５が入出力部間に並列接続されたＣＭＯＳインバータ３３と、ＣＭＯＳインバータ３３の入力部とグランドとの間に接続された可変容量素子３１と、ＣＭＯＳインバータ３３の出力部とグランドとの間に接続された可変容量素子３２と、ＣＭＯＳインバータ３３の入出力部間に並列接続された抵抗３４とを備える。可変容量素子３１，３２の具体例として、可変容量ダイオード（バリキャップ）が挙げられる。発振回路３０は、可変容量素子３１，３２のそれぞれの両端に印加される制御電圧Ｖｃに応じて、発振周波数ｆを端子ＦＯＵＴから出力する。メモリ４０は、温度補償回路２１が上記の式（２）内のα，β，γ及びＴ０を算出するために必要なデータを記憶する装置である。メモリ４０内のデータは、ＣＬＫ端子とＤＡＴＡ端子を介して、ＴＣＸＯ１００の外部から書き換え可能である。メモリ４０には、製品出荷前の個々の製品毎に調整されたデータが記憶される。
【００１６】
なお、水晶振動子３５は、図４の場合、端子ＸＴ１，ＸＴ２を介してＴＣＸＯ１００に外付けされている。また、水晶振動子３５及び発振回路３０の構成は、上記の式（１）によって表される温度特性を有するものであれば、図示の構成に限定されない。
【００１７】
温度補償回路２１は、基準電圧発生回路１、温度検出回路２、Ｔ０調整回路３、０次成分発生回路４、１次成分発生回路５、３次成分発生回路１６、２次成分発生回路１１、加減算器１２を備える。
【００１８】
基準電圧発生回路１は、端子ＧＮＤのグランド電位を基準に、端子ＶＤＤから入力される直流電源電圧をレギュレートすることによって、基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。基準電圧発生回路１によって生成された基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて、電圧値が互いに異なる複数の一定の参照電圧（後述の参照電圧Ｖ１等）が生成される。これらの参照電圧は、例えば、基準電圧Ｖｒｅｆを抵抗によって分圧する抵抗分割回路によって生成される。
【００１９】
温度検出回路２は、発振回路３５を含むＴＣＸＯ１００の温度を周囲温度Ｔとして検出し、検出された周囲温度Ｔに応じた電圧を周囲温度Ｔの検出電圧として１次の温度特性（特に、１次の負の温度特性）で出力する。温度検出回路２は、例えば、周囲温度Ｔの増加に対して単調減少する１次の負の温度特性で変化する電圧を周囲温度Ｔの検出電圧ＶＴとして出力する。温度検出回路２は、水晶振動子３５の温度を検出するものでもよい。
【００２０】
Ｔ０調整回路３は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、式（２）内のＴ０を、水晶振動子３５自体の温度特性によって定まる変曲点の温度に一致するように調整する。
【００２１】
０次成分発生回路４は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、制御電圧Ｖｃの０次成分Ｖｃ０を生成する。１次成分発生回路５は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、制御電圧Ｖｃの１次成分Ｖｃ１を生成する。３次成分発生回路１６は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、制御電圧Ｖｃの３次成分Ｖｃ３を生成する。２次成分発生回路１１は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、制御電圧Ｖｃの２次成分Ｖｃ２を生成する。加減算器１２は、０次成分Ｖｃ０と１次成分Ｖｃ１と３次成分Ｖｃ３との加算値に対して、２次成分Ｖｃ２を加算又は減算のいずれかを行って得られる制御電圧Ｖｃを発振回路３０に出力する。
【００２２】
３次成分発生回路１６は、補正項回路１０を備える。図４の場合、補正項回路１０は、３次成分Ｖｃ３よりも高精度な補正をする３次成分補正回路に相当する。補正項回路１０は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、制御電圧Ｖｃの３次成分Ｖｃ３よりも高次の電圧成分を生成する高次成分発生回路である。従来のＴＣＸＯは−３０〜８５℃の温度範囲で温度補償を行っていたが、近年、ＴＣＸＯの温度補償範囲の拡大が要求されている。水晶振動子は、電極接着時の接着剤の付き方等によって、図５Ａ，５Ｂに示されるように、高温領域と低温領域で３次関数では充分に近似されない周波数変化を示すものである。そのため、従来の補償温度範囲を広げた場合、従来の３次関数での近似補正では、図６Ａ（ａ），図６Ｂ（ａ）のように、高温領域と低温領域で周波数誤差（△ｆ／ｆ０）が大きくなり、補償精度が低下してしまう。そこで、温度補償回路２１は、３次関数近似での周波数誤差が所定の基準値以上の低温領域及び高温領域において、その両領域での発振周波数の変動を補償するための補正項回路１０を備えている。
【００２３】
補正項回路１０は、例えば、８０℃以上の高温領域と−３０℃以下の低温領域に残った周波数偏差を打ち消す図６Ａ（ｂ），図６Ｂ（ｂ）に示される補正電圧成分を発生させるための補正信号を出力する補正電圧発生回路７を備える（図４参照）。補正電圧発生回路７は、−３０〜８０℃の通常の温度領域では補正電圧成分を一定値に調整する補正信号を出力し、図６Ａ（ａ）に示される周波数誤差の場合には、８０℃以上の高温領域では高温になるほど補正電圧成分を大きな値に調整する高温側補正信号を出力し、−３０℃以下の低温領域では低温になるほど補正電圧成分を小さな値に調整する低温側補正信号を出力する。一方、図６Ｂ（ａ）に示される周波数誤差の場合には、８０℃以上の高温領域では高温になるほど補正電圧成分を小さな値に調整する高温側補正信号を出力し、−３０℃以下の低温領域では低温になるほど補正電圧成分を大きな値に調整する低温側補正信号を出力する。したがって、補正電圧発生回路７によって、図６Ａ（ｃ），図６Ｂ（ｃ）に示されるように、高温領域と低温領域での温度補償の精度が向上する。
【００２４】
また、補正項回路１０は、補正電圧発生回路７によって生成される補正電圧成分の高温領域及び低温領域での傾き度合を調整可能な傾き度合調整信号を出力する傾き度合調整回路８を備える。傾き度合調整回路８は、例えば、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、図７に示されるように、高温領域と低温領域の補正電圧成分の傾き角度を調整する。したがって、傾き度合調整回路８によって、高温領域と低温領域での制御電圧Ｖｃの傾き度合の微調整が可能となるので、高温領域と低温領域での発振周波数ｆの補正精度が向上する。
【００２５】
また、補正項回路１０は、補正電圧発生回路７によって生成される補正電圧成分の傾き角度が急変する傾き変化点の位置を調整可能な位置補正信号を出力することによって、補正電圧発生回路７によって生成される補正電圧成分を発生させる温度領域を調整する補正領域調整回路９を備える。補正領域調整回路９は、例えば、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、図８に示されるように、低温側の傾き変化点と高温側の傾き変化点の一方又は両方の位置を調整する。また、補正領域調整回路９は、例えば、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、図８に示されるように、低温側の傾き変化点と高温側の傾き変化点との差を一定のまま、低温側と高温側の両方の傾き変化点の位置を調整する。したがって、補正領域調整回路９によって、高温領域と低温領域での制御電圧Ｖｃの傾き変化点の微調整が可能となるので、高温領域と低温領域での発振周波数ｆの補正精度が向上する。
【００２６】
図９は、３次成分発生回路１６と２次成分発生回路１１と補正項回路１０の具体的な構成図である。図９には、補正項回路１０の構成要素として、補正電圧発生回路７（７Ａ，７Ｂ）、傾き度合調整回路８、補正領域調整回路９（９Ａ，９Ｂ）が示されている。図９において、Ｑ＊は、トランジスタを表す。トランジスタは、ＭＯＳ型でもバイポーラ型でもよい。なお、基準電圧発生回路１、温度検出回路２、Ｔ０調整回路３、０次成分発生回路４、１次成分発生回路５は、従来と同じでよいため、それらの具体的な回路構成や加減算の説明は省略する。
【００２７】
３次成分発生回路１６は、４つの差動増幅回路１６ａ〜１６ｄと、差動増幅回路１６ａ〜１６ｄの各出力信号を合成した信号を出力する信号合成回路１７を備える。差動増幅路１６ａ，１６ｂは、変曲点温度Ｔ０よりも低温側の通常温度領域において、制御電圧Ｖｃの３次成分Ｖｃ３を調整するための低温側調整電流Ｉ１，Ｉ２を出力する。差動増幅回路１６ｃ，１６ｄは、変曲点温度Ｔ０よりも高温側の通常温度領域において、制御電圧Ｖｃの３次成分Ｖｃ３を調整するための高温側調整電流Ｉ３，Ｉ４を出力する。
【００２８】
差動増幅回路１６ａは、温度検出回路２から出力された検出電圧ＶＴと基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて生成された参照電圧Ｖ１とが入力される差動対（Ｑ１，Ｑ２）を備える。差動増幅回路１６ｂは、温度検出回路２から出力された検出電圧ＶＴと基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて生成された参照電圧Ｖ２とが入力される差動対（Ｑ３，Ｑ４）を備える。差動増幅回路１６ｃは、温度検出回路２から出力された検出電圧ＶＴと基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて生成された参照電圧Ｖ３とが入力される差動対（Ｑ５，Ｑ６）を備える。差動増幅回路１６ｄは、温度検出回路２から出力された検出電圧ＶＴと基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて生成された参照電圧Ｖ４とが入力される差動対（Ｑ７，Ｑ８）を備える。
【００２９】
一方、低温側補正電圧発生回路７Ａは、通常温度領域よりも低温の領域において、制御電圧Ｖｃを補正するための低温側補正電流ＩＬを出力する差動増幅回路１６ｌを備える。低温側補正電流ＩＬの合成先は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、スイッチＳＷ５によって切り替えられる。低温側補正電流ＩＬの出力の要否は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて切替可能なスイッチＳＷ１によって制御される。したがって、スイッチＳＷ１をオンすることによって、低温側補正電流ＩＬの出力が停止され、低温側補正電圧発生回路７Ａの機能が停止する。逆に、スイッチＳＷ１をオフすることによって、低温側補正電流ＩＬが出力され、低温側補正電圧発生回路７Ａが機能する。また、高温側補正電圧発生回路７Ｂは、通常温度領域よりも高温の領域において、制御電圧Ｖｃを補正するための高温側補正電流ＩＨを出力する差動増幅回路１６ｈを備える。高温側補正電流ＩＨの合成先は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、スイッチＳＷ６によって切り替えられる。高温側補正電流ＩＨの出力の要否は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて切替可能なスイッチＳＷ２によって制御される。したがって、スイッチＳＷ２をオンすることによって、高温側補正電流ＩＨの出力が停止され、高温側補正電圧発生回路７Ｂの機能が停止する。逆に、スイッチＳＷ２をオフすることによって、高温側補正電流ＩＨが出力され、高温側補正電圧発生回路７Ｂが機能する。
【００３０】
差動増幅回路１６ｌは、温度検出回路２から出力された検出電圧ＶＴと低温側補正領域調整回路９Ａから出力された参照電圧ＶＬとが入力される差動対（ＱＬ１，ＱＬ２）を備える。差動増幅回路１６ｈは、温度検出回路２から出力された検出電圧ＶＴと高温側補正領域調整回路９Ｂから出力された参照電圧ＶＨとが入力される差動対（ＱＨ１，ＱＨ２）を備える。
【００３１】
また、傾き度合調整回路８は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、差動増幅回路１６ｌの差動対（ＱＬ１，ＱＬ２）及び差動増幅回路１６ｈの差動対（ＱＨ１，ＱＨ２）に流す定電流の電流値を調整可能な定電流調整回路１３ａを備える。定電流調整回路１３ａは、例えば、ＤＡコンバータと該ＤＡコンバータの出力が入力されるトランジスタＱＬ３とによって、差動対（ＱＬ１，ＱＬ２）に流す定電流の電流値を調整し、ＤＡコンバータと該ＤＡコンバータの出力が入力されるトランジスタＱＨ３とによって、差動対（ＱＨ１，ＱＨ２）に流す定電流の電流値を調整する。
【００３２】
また、低温側補正領域調整回路９Ａは、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、例えばＤＡコンバータによって、参照電圧ＶＬの電圧値を調整可能な電圧調整回路１３ｂを備える。高温側補正領域調整回路９Ｂは、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、例えばＤＡコンバータによって、参照電圧ＶＨの電圧値を調整可能な電圧調整回路１３ｃを備える。
【００３３】
信号合成回路１７は、各差動増幅回路の出力電流を合成した電流Ｉｏｕｔ１を生成してＤＡコンバータ１３ｄに出力する一対のトランジスタ（Ｑ９，Ｑ１０）で構成されたカレントミラーを備える。
【００３４】
図１１は、電流Ｉ１〜Ｉ４，ＩＬ，ＩＨ，検出電圧ＶＴ，合成電流Ｉｏｕｔ１の温度特性を示す。変曲点の温度Ｔ０は、温度Ｔ２とＴ３の間の温度である。各参照電圧及び各温度の大小関係は図示の通りである。参照電圧ＶＨは、３次成分発生回路１６の差動増幅回路１６ａ〜１６ｄに入力される参照電圧Ｖ１〜Ｖ４のいずれよりも低い。また、参照電圧ＶＬは、参照電圧Ｖ１〜Ｖ４のいずれよりも高い。
【００３５】
参照電圧Ｖ２は、変曲点の温度Ｔ０よりも低い温度Ｔ２を、検出温度ＶＴの１次の負の温度特性を表す１次近似式に代入して求められる電圧である。参照電圧Ｖ１，ＶＬについても同様である。また、参照電圧Ｖ３は、変曲点の温度Ｔ０よりも高い温度Ｔ３を、検出温度ＶＴの１次の負の温度特性を表す１次近似式に代入して求められる電圧である。参照電圧Ｖ４，ＶＨについても同様である。
【００３６】
したがって、合成電流Ｉｏｕｔ１に等価な電圧に変換する電圧変換手段によって、制御電圧Ｖｃの電圧成分として、３次成分が生成される。この電圧変換手段として、図９には、ＤＡコンバータ１３ｄ及び増幅回路１４が開示されている。増幅回路１４は、演算増幅器１４ａと、演算増幅器１４ａの反転入力端子と出力端子とを接続する抵抗１４ｂとを備える。演算増幅器１４ａの反転入力端子には、ＤＡコンバータ１３ｄの出力電圧（出力電流）が入力される。演算増幅器１４ａの非反転入力端子には、参照電圧Ｖｄｃが入力される。ＤＡコンバータ１３ｄの出力値は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、調整される。図１４は、ＤＡコンバータ１３ｄの一例を示した回路図である。図９等に示される１３ｄ以外の他のＤＡコンバータも、図１４と同様の構成であってもよい。
【００３７】
また、定電流調整回路１３ａによって、差動増幅回路１６ｌの差動対（ＱＬ１，ＱＬ２）及び／又は差動増幅回路１６ｈの差動対（ＱＨ１，ＱＨ２）に流す定電流の電流値を調整することによって、図１２に示されるように、制御電圧Ｖｃの傾き角度を調整することができる。また、電圧調整回路１３ｂ，１３ｃによって、参照電圧ＶＨとＶＬの一方又は両方を調整することによって、図１３に示されるように、制御電圧Ｖｃの傾き変化点の位置を調整することができる。
【００３８】
このように、補正項回路１０を追加することによって、精度の良い温度補償が可能な温度領域を低温側にも高温側にも広げることができる。
【００３９】
ところで、図４に示されるように、温度補償回路２１は、２次成分発生回路１１を備えている。温度補償回路２１は、３次成分発生回路１６と２次成分発生回路１１が共用の差動増幅回路を含んでいる点を特徴としている。
【００４０】
図１０は、２次成分発生回路１１の具体的な構成図である。３次成分発生回路１６と２次成分発生回路１１が共用する差動増幅回路は、図９において既に示した差動増幅回路１６ｂと１６ｃに相当する。２次成分発生回路１１は、差動増幅回路１６ｂから出力される低温側調整電流Ｉ２と差動増幅回路１６ｃから出力される高温側出力電流Ｉ３とを足した第１の合成電流と、その第１の合成電流に対して逆向きで電流値が等しい第２の合成電流とを選択的に切り替えて出力する電流出力回路１８を備える。なお、図１０において、Ｑ＊は、トランジスタを表す。トランジスタは、ＭＯＳ型でもバイポーラ型でもよい。
【００４１】
電流出力回路１８は、スイッチＳＷ３，４が共にオンしているとき、トランジスタＱ１９，Ｑ２０から電流が流れずにトランジスタＱ２１，Ｑ２２から電流が流れるので、第１の合成電流Ｉｏｕｔ２（＝Ｉ２＋Ｉ３）を出力する。また、電流出力回路１８は、スイッチＳＷ３，４が共にオフしているとき、トランジスタＱ１９，Ｑ２０から電流が流れる一方でトランジスタＱ２１，Ｑ２２から電流が流れないので、第２の合成電流Ｉｏｕｔ２（＝−（Ｉ２＋Ｉ３））を出力する。スイッチＳＷ３，４のオン／オフは、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、切り替えられる。
【００４２】
したがって、合成電流Ｉｏｕｔ２に等価な電圧に変換する電圧変換手段によって、制御電圧Ｖｃの電圧成分として、２次成分が生成される。この電圧変換手段として、図１０には、ＤＡコンバータ１３ｅ及び増幅回路１４が開示されている。ＤＡコンバータ１３ｅの出力値は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、調整される。
【００４３】
つまり、２次成分発生回路１１によって、制御電圧Ｖｃの２次成分を生成することができる。そして、スイッチＳＷ３，４のオン／オフによって、図１０に示されるように、２次成分の極性を反転させることができる。つまり、スイッチＳＷ３，４のオン／オフによって、２次成分の加算と減算を切り替えることができる。また、２次成分の値をＤＡコンバータ１３ｅによって調整できる。
【００４４】
このように、Ｔ０調整を行うＴ０調整回路３とは別に、２次成分発生回路１１を追加することにより、ＩＣの製造ばらつきによって上述の２次成分のずれ（図３（ｃ）参照）として生ずるＴ０のずれを精度良く取り除くことができる。すなわち、Ｔ０調整回路３によって調整されるＴ０成分は水晶振動子３５自体の温度特性から設計的に決められる値であるが、Ｔ０調整回路３による調整を行っても、制御電圧Ｖｃの変曲点の温度Ｔ０がプロセス変動で高温側又は低温側にばらつく場合がある。２次成分発生回路１１は、このばらつきを、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、Ｔ０’がＴ０に一致するように補償する回路である。メモリ４０には、製品出荷前に、個々の製品毎に、Ｔ０’をＴ０に一致させる調整データが記憶される。また、差動増幅回路を３次成分発生回路１６と２次成分発生回路１１が共用する構成を有しているので、２次成分発生回路１１を追加したとしても、回路規模の増大を抑えることができる。
【００４５】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形、改良及び置換を加えることができる。
【００４６】
例えば、図１５は、本発明の第２の実施形態である温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）２００のブロック図である。図１５の場合、補正項回路１０は、３次成分発生回路１６によって生成される３次成分Ｖｃ３よりも高次の成分ＶｃＸを発生させる高次成分発生回路に相当する。図１５の場合の３次成分発生回路１６は、補正電圧発生回路７と傾き度合調整回路８と補正領域調整回路９が含まれていない点で、図４の場合の３次成分発生回路１６と異なる。補正項回路１０は、メモリ４０に記憶されたデータに基づいて、高次の電圧成分ＶｃＸを生成する。加減算器１２は、０次成分Ｖｃ０と１次成分Ｖｃ１と３次成分Ｖｃ３と高次成分ＶｃＸとの加算値に対して、２次成分Ｖｃ０の加算又は減算のいずれかの演算を行って、制御電圧Ｖｃを発振回路３０に出力する。他の構成は、図４のＴＣＸＯ１００と同様のため、その説明を省略する。この第２の実施形態も、上述の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 基準電圧発生回路
２ 温度検出回路
３ Ｔ０調整回路
４ ０次成分発生回路
５ １次成分発生回路
６ ３次成分発生回路
７Ａ 低温側補正電圧発生回路
７Ｂ 高温側補正電圧発生回路
８ 傾き度合調整回路
９ 補正領域調整回路
１０ 補正項回路
１１ ２次成分発生回路
１２ 加減算器
１３ａ〜１３ｄ ＤＡＣ
１４ 増幅器
１６ ３次成分発生回路
１６ａ〜１６ｄ 差動増幅回路
１７ 信号合成回路
１８ 電流出力回路
２０，２１ 温度補償回路
３０ 発振回路
３１，３２ 可変容量素子
３５ 水晶振動子
４０ メモリ
５０，１００，２００ 温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲温度に応じて、水晶振動子を振動させる発振回路の制御信号を出力する関数発生回路であって、
周囲温度の検出電圧を１次の温度特性で出力する温度検出回路と、
前記制御信号の０次成分を発生させる０次成分発生回路と、
前記制御信号の１次成分を発生させる１次成分発生回路と、
前記制御信号の２次成分を発生させる２次成分発生回路と、
前記制御信号の３次成分を発生させる３次成分発生回路と、
前記０次成分発生回路の出力と前記１次成分発生回路の出力と前記３次成分発生回路の出力とを加算し、且つ、前記２次成分発生回路の出力を加算又は減算することを切り替えて、前記制御信号を生成する加減算回路とを備え、
前記２次成分発生回路が、前記制御信号の変曲点における温度を補正する変曲点温度補正回路を有する、ことを特徴とする、関数発生回路。
【請求項２】
前記３次成分発生回路が、前記３次成分よりも高精度な補正をする３次成分補正回路を備える、請求項１に記載の関数発生回路。
【請求項３】
前記３次成分補正回路は、前記制御信号の極値点における温度よりも高い第１の温度領域及び前記制御信号の極値点における温度よりも低い第２の温度領域で、前記３次成分の補正成分を発生させる、請求項２に記載の関数発生回路。
【請求項４】
前記補正成分の傾き度合を調整する傾き度合調整回路を備える、請求項３に記載の関数発生回路。
【請求項５】
前記補正成分を発生させる温度領域を調整する補正領域調整回路を備える、請求項３又は４に記載の関数発生回路。
【請求項６】
周囲温度に応じて、水晶振動子を振動させる発振回路の制御信号を出力する関数発生回路であって、
周囲温度の検出電圧を１次の温度特性で出力する温度検出回路と、
前記制御信号の０次成分を発生させる０次成分発生回路と、
前記制御信号の１次成分を発生させる１次成分発生回路と、
前記制御信号の２次成分を発生させる２次成分発生回路と、
前記制御信号の３次成分を発生させる３次成分発生回路と、
前記３次成分よりも高次の成分を発生させる高次成分発生回路と、
前記０次成分発生回路の出力と前記１次成分発生回路の出力と前記３次成分発生回路の出力と前記高次成分発生回路の出力とを加算し、且つ、前記２次成分発生回路の出力を加算又は減算することを切り替えて、前記制御信号を生成する加減算回路とを備え、
前記２次成分発生回路が、前記制御信号の変曲点における温度を補正する変曲点温度補正回路を有する、ことを特徴とする、関数発生回路。
【請求項７】
前記高次成分発生回路は、前記制御信号の極値点における温度よりも高い第１の温度領域及び前記制御信号の極値点における温度よりも低い第２の温度領域で、前記高次の成分を発生させる、請求項６に記載の関数発生回路。
【請求項８】
前記高次の成分の傾き度合を調整する傾き度合調整回路を備える、請求項６又は７に記載の関数発生回路。
【請求項９】
前記高次の成分を発生させる温度領域を調整する補正領域調整回路を備える、請求項６から８のいずれか一項に記載の関数発生回路。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の関数発生回路と、前記発振回路とを備える、水晶発振回路。
【請求項１１】
請求項１０に記載の水晶発振回路と、前記水晶振動子とを備える、水晶発振装置。
【請求項１】
周囲温度に応じて、水晶振動子を振動させる発振回路の制御信号を出力する関数発生回路であって、
周囲温度の検出電圧を１次の温度特性で出力する温度検出回路と、
前記制御信号の０次成分を発生させる０次成分発生回路と、
前記制御信号の１次成分を発生させる１次成分発生回路と、
前記制御信号の２次成分を発生させる２次成分発生回路と、
前記制御信号の３次成分を発生させる３次成分発生回路と、
前記０次成分発生回路の出力と前記１次成分発生回路の出力と前記３次成分発生回路の出力とを加算し、且つ、前記２次成分発生回路の出力を加算又は減算することを切り替えて、前記制御信号を生成する加減算回路とを備え、
前記２次成分発生回路が、前記制御信号の変曲点における温度を補正する変曲点温度補正回路を有する、ことを特徴とする、関数発生回路。
【請求項２】
前記３次成分発生回路が、前記３次成分よりも高精度な補正をする３次成分補正回路を備える、請求項１に記載の関数発生回路。
【請求項３】
前記３次成分補正回路は、前記制御信号の極値点における温度よりも高い第１の温度領域及び前記制御信号の極値点における温度よりも低い第２の温度領域で、前記３次成分の補正成分を発生させる、請求項２に記載の関数発生回路。
【請求項４】
前記補正成分の傾き度合を調整する傾き度合調整回路を備える、請求項３に記載の関数発生回路。
【請求項５】
前記補正成分を発生させる温度領域を調整する補正領域調整回路を備える、請求項３又は４に記載の関数発生回路。
【請求項６】
周囲温度に応じて、水晶振動子を振動させる発振回路の制御信号を出力する関数発生回路であって、
周囲温度の検出電圧を１次の温度特性で出力する温度検出回路と、
前記制御信号の０次成分を発生させる０次成分発生回路と、
前記制御信号の１次成分を発生させる１次成分発生回路と、
前記制御信号の２次成分を発生させる２次成分発生回路と、
前記制御信号の３次成分を発生させる３次成分発生回路と、
前記３次成分よりも高次の成分を発生させる高次成分発生回路と、
前記０次成分発生回路の出力と前記１次成分発生回路の出力と前記３次成分発生回路の出力と前記高次成分発生回路の出力とを加算し、且つ、前記２次成分発生回路の出力を加算又は減算することを切り替えて、前記制御信号を生成する加減算回路とを備え、
前記２次成分発生回路が、前記制御信号の変曲点における温度を補正する変曲点温度補正回路を有する、ことを特徴とする、関数発生回路。
【請求項７】
前記高次成分発生回路は、前記制御信号の極値点における温度よりも高い第１の温度領域及び前記制御信号の極値点における温度よりも低い第２の温度領域で、前記高次の成分を発生させる、請求項６に記載の関数発生回路。
【請求項８】
前記高次の成分の傾き度合を調整する傾き度合調整回路を備える、請求項６又は７に記載の関数発生回路。
【請求項９】
前記高次の成分を発生させる温度領域を調整する補正領域調整回路を備える、請求項６から８のいずれか一項に記載の関数発生回路。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の関数発生回路と、前記発振回路とを備える、水晶発振回路。
【請求項１１】
請求項１０に記載の水晶発振回路と、前記水晶振動子とを備える、水晶発振装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１１９７８１（Ｐ２０１２−１１９７８１Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６５６３０（Ｐ２０１０−２６５６３０）
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【特許番号】特許第４７１５９７２号（Ｐ４７１５９７２）
【特許公報発行日】平成２３年７月６日（２０１１．７．６）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【特許番号】特許第４７１５９７２号（Ｐ４７１５９７２）
【特許公報発行日】平成２３年７月６日（２０１１．７．６）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
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