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1. WO2003021765 - OSCILLATEUR ET DISPOSITIF DE COMMUNICATION

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[ JA ]
明 細書

発振器及び通信機器

技 術 分野

本発明は、携帯電話機などの通信機器に用いられる発振器及びこの発振器を使 用した通信機器に関し、特に機能を変更可能な発振器及びこの発振器を具備した 通信機器に関する。

技 術 背景

一般に、水晶発振器は、 SPXO (Simple Packaged Crystal Oscillator) 、 VCXO (Voltage Controlled Crystal Oscillator) 、 TCXO (Temperature Compensated Crystal Oscillator) などの機能で分類されている。ここで、 S PXOは、 温度補償をしていない水晶発振器であり、 TCXO (温度補償発振器 ) は、周囲温度が変化しても出力周波数が変化しないように温度補償を行う水晶 発振器であり、 VCXO (電圧制御発振器)は、外部からの制御電圧に応じて出 力周波数を可変する水晶発振器である。また、 TCXOに VCXOの機能を追加 した水晶発振器を VC— TCXOと呼んでいる。この VC— TCXOは、携帯電 話機などに適用され、携帯電話機が基地局からの信号を基準にさらに正確に周波 数を調整する AFC (Approximately Fre uency Control) 機能を実現する際な どに用いられる。

従来、発振器の製造メーカーは、これらの発振器を市場や顧客の要求に応じて それぞれ開発することによって、顧客の要求を満足する発振器を製造して供給し ている。

しかしながら、従来は T C X Oや V C X 0などの開発をそれぞれ独立して行う ことが一般的であり、共通部分についても別々に開発していたため、開発効率が 悪かった。また、別々に開発するため、共通部品が多いにも関わらず、別々の製 造ラインを設ける必要や、部品を別々に在庫管理する必要があった。

一方、近年では、情報社会化への高まりを背景として、電子機器の処理能力の 向上や通信速度の高速化の必要性から、これら発振器には、より広い動作温度範 囲への対応や、低位相雑音への要求が増えつつある。

発 明 の開示

本発明の目的は、開発効率を高め、在庫管理を容易にするために、必要とする 機能の設定や機能変更が可能な発振器及びこの発振器を使用した通信機器を提供 することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、振動子を有し、供給される制御電圧に 応じて出力信号の周波数が変化する電圧制御発振回路と、前記振動子の周波数温 度特性を近似した 3次曲線モデルに従って、前記振動子の周波数温度特性を温度 補償するための第 1温度補償電圧を出力する第 1の温度補償回路と、前記振動子 の周波数温度特性を近似した 1次直線モデルに従って、前記振動子の周波数温度 特性を温度補償するための第 2温度補償電圧を出力する第 2の温度補償回路と、 前記第 1温度補償電圧と前記第 2温度補償電圧の加算電圧、若しくは、,前記第 2 温度補償電圧のいずれかを前記制御電圧として前記電圧制御発振回路に供給する 選択手段とを備える発振器を提供する。

この発振器の構成によれば、第 2温度補償電圧に基づいて電圧制御発振回路の 出力信号の周波数を制御することによって、出力信号の周波数温度特性を、振動 子単体の周波数温度特性を回転したような特性に温度補償することができる。さ らに、第 1温度補償電圧と第 2温度補償電圧の加算電圧に基づいて電圧制御発振 回路の出力信号の周波数を制御することによって、出力信号の周波数温度特性を 、さらに広い温度範囲で目的の周波数偏差内に収まる特性に温度補償することが できる。このため、選択手段が、第 1温度補償電圧と第 2温度補償電圧の加算電 圧、若しくは、第 2温度補償電圧のいずれかを制御電圧として電圧制御発振回路 に供給することによって、この発振器の使用目的に合わせて出力信号の周波数温 度特性を調整することができる。

また、本発明は、前記選択手段が、前記第 1温度補償電圧を出力するか否かを 選択するためのスィツチと、前記スィツチを介して供給された前記第 1温度補償 電圧と、前記第 2温度補償電圧とを加算して前記制御電圧として出力する加算回 路と、前記スィッチを制御するための制御データを記憶するメモリと、外部から の調整用制御データに基づいて前記メモリに制御データを記憶させるとともに、 前記メモリに記憶された制御データに基づいて前記スィツチを制御する制御回路 とを有する、発振器を提供する。

この発振器の構成によれば、制御回路がメモリに記憶された制御データに基づ いてスィツチを制御することによって加算回路から出力される制御電圧が変更す るので、出力信号の周波数温度特性を広い温度範囲で目的の周波数偏差内に収ま る特性にするか否かを簡易に選択することができる。また、制御回路は外部から の調整用制御データに基づいてメモリに制御データを記憶するので、この発振器 の製造後、任意の時期にこの発振器の周波数温度特性を設定することができる。 また、本発明は、前記選択手段が、制御デ一夕を記憶するメモリと、前記第 1 温度補償電圧と、前記第 2温度補償電圧とを加算して前記制御電圧として出力す る加算回路と、外部からの調整用制御データに基づいて前記メモリに制御データ を記憶させるとともに、前記メモリに記憶された制御データに基づいて前記第 2 の温度補償回路の駆動を制御する制御回路とを有する、発振器を提供する。 この発振器の構成によれば、制御回路がメモリに記憶された制御データに基づ いて第 2の温度補償回路の駆動を制御することによって加算回路から出力される 制御電圧が変更するので、出力信号の周波数温度特性を広い温度範囲で目的の周 波数偏差内に収まる特性にするか否かを簡易に選択することができる。また、制 御回路は外部からの調整用制御データに基づいてメモリに制御データを記憶する ので、この発振器の製造後、任意の時期にこの発振器の周波数温度特性を設定す ることができる。

また、上記目的を達成するために、本発明は、振動子を有し、供給される制御 電圧に応じて出力信号の周波数が変化する電圧制御発振回路と、前記振動子の周 波数温度特性を近似した 3次曲線モデルに従って、前記振動子の周波数温度特性 を温度補償するための第 1温度補償電圧を出力する第 1の温度補償回路と、前記 振動子の周波数温度特性を近似した 1次直線モデルに従って、前記振動子の周波 数温度特性を温度補償するための第 2温度補償電圧を出力する第 2の温度補償回 路と、前記第 1温度補償電圧と前記第 2温度補償電圧の加算電圧、若しくは、前 記第 1温度補償電圧、または、前記第 2温度補償電圧のいずれかを前記制御電圧 として前記電圧制御発振回路に供給する選択手段とを備える発振器を提供する。 この発振器の構成によれば、選択手段が、第 1温度補償電圧と第 2温度補償電 圧の加算電圧、若しくは、第 1温度補償電圧、または、第 2温度補償電圧のいず れかを制御電圧として電圧制御発振回路に供給するので、この発振器の使用目的 に合わせて出力信号の周波数温度特性を調整することができる。

また、本発明は、前記選択手段が、前記第 1温度補償電圧を出力するか否かを 選択するための第 1のスィツチと、前記第 2温度補償電圧を出力するか否かを選 択するための第 2のスィツチと、前記第 1のスィツチを介して供給された前記第 1温度補償電圧と、前記第 2のスィツチを介して供給された前記第 2温度補償電 圧とを加算して前記制御電圧として出力する加算回路と、前記第 1及び第 2のス イッチを制御するための制御データを記憶するメモリと、外部からの調整用制御 データに基づいて前記メモリに制御データを記憶させるとともに、前記メモリに 記憶された制御データに基づいて前記第 1及び第 2のスィッチを制御する制御回 路とを有する、発振器を提供する。

この発振器の構成によれば、制御回路がメモリに記憶された制御データに基づ いて第 1及び第 2のスイツチを制御することによつて加算回路から出力される制 御電圧を変更するので、出力信号の周波数温度特性を広い温度範囲で目的の周波 数偏差内に収まる特性にするか否かを簡易に選択することができる。また、制御 回路は外部からの調整用制御データに基づいてメモリに制御データを記憶するの で、この発振器の製造後、任意の時期にこの発振器の周波数温度特性を設定する ことができる。

また、本発明は、前記選択手段が、制御データを記憶するメモリと、前記第 1 温度補償電圧と、前記第 2温度補償電圧とを加算して前記制御電圧として出力す る加算回路と、外部からの調整用制御データに基づいて前記メモリに制御データ を記憶させるとともに、前記メモリに記憶された制御データに基づいて前記第 1 及び第 2の温度補償回路の駆動を制御する制御回路とを有する、発振器を提供す る。

この発振器の構成によれば、制御回路がメモリに記憶された制御データに基づ いて第 1及び第 2の温度補償回路の駆動を制御することによつて加算回路から出 力される制御電圧が変更するので、出力信号の周波数温度特性を広い温度範囲で 目的の周波数偏差内に収まる特性にするか否かを簡易に選択することができる。 また、制御回路は外部からの調整用制御データに基づいてメモリに制御データを 記憶するので、この発振器の製造後、任意の時期にこの発振器の周波数温度特性 を設定することができる。

また、本発明は、上述した各態様のいずれかに記載の発振器において、前記第 1の温度補償回路は、予め設定された温度範囲でのみ前記第 1温度補償電圧を出 力し、前記温度範囲は、前記第 2温度補償電圧だけで前記出力信号の周波数偏差 が所定の周波数偏差内に収まる温度範囲を少なくとも除く温度範囲である発振器 を提供する。

この発振器の構成によれば、第 1の温度補償回路が、第 2温度補償電圧だけで出 力信号の周波数偏差が所定の周波数偏差内に収まらない温度範囲で第 1温度補償 電圧を出力するので、第 1の温度補償電回路の消費電力を低減することができる

また、本発明は、外部から供給されるコントロール電圧を変換して周波数調整 電圧を出力する周波数調整回路をさらに備え、前記選択手段は、前記周波数調整 電圧を出力するか否かを選択するための第 3のスィツチをさらに有し、前記制御 回路は、さらに、前記メモリに記憶された制御データに基づいて前記第 3のスィ ツチを制御し、前記加算回路は、さらに、前記第 3のスィッチを介して供給され た前記周波数調整電圧を加算して前記制御電圧として出力する発振器を提供する

この発振器の構成によれば、外部から供給されるコントロール電圧を変換した 周波数調整電圧を、加算回路から出力される制御電圧に含めることができるので 、外部から出力信号の周波数を制御することが可能となる。また、制御回路がメ モリに記憶された制御データに基づいて周波数調整電圧を制御電圧に含めるか否 かを選択するので、外部から出力信号の周波数を制御するか否かを制御データ記 憶時に設定することができる。

また、本発明は、前記出力信号の周波数の初期偏差を補正するための初期偏差 補正電圧を出力する初期偏差補正回路をさらに備え、前記選択手段は、前記初期 偏差補正電圧を出力するか否かを選択するための第 4のスィッチをさらに有し、 前記制御回路は、さらに、前記メモリに記憶された制御データに基づいて前記第 4のスィッチを制御し、前記加算回路は、さらに、前記第 4のスィッチを介して 供給された前記初期偏差補正電圧を加算して前記制御電圧として出力する発振器 を提供する。

この発振器の構成によれば、出力信号の周波数の初期偏差を補正するための初 期偏差補正電圧を、加算回路から出力される制御電圧に含めることができるので 、初期偏差を補正することが可能となる。また、制御回路がメモリに記憶された 制御データに基づいて初期偏差補正電圧を制御電圧に含めるか否かを選択するの で、初期偏差補正を行わないように設定すれば、振動子自体の評価試験などを実 装状態で行うことができる。

また、本発明は、前記第 1の温度補償回路の後段に配置され、前記第 1温度補 償電圧のノイズを除去する第 1のフィル夕と、前記第 2の温度補償回路の後段に 配置され、前記第 2温度補償電圧のノイズを除去する第 2のフィル夕とをさらに 備える発振器を提供する。

この発振器の構成によれば、第 1及び第 2のフィル夕によって第 1及び第 2温 度補償電圧に含まれるノイズが除去されるので、この発振器の周波数温度特性を 精度良く温度補償することが可能となる。

また、本発明は、上述した各態様のいずれかに記載の発振器を内蔵し、前記発 振器の出力信号に基づいて動作する通信機器を提供する。

上述した如く、この発振器は、使用目的に合わせて出力信号の周波数温度特性 が調整できるので、通信機器に要求される高い温度補償精度、周波数調整機能及 び低消費電力化を満たすことができる。

図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1実施形態に係る発振器の原理構成図である。

図 2は、圧電振動子の周波数温度特性 f aと、温度補償後の周波数温度特性 f bを示す特性曲線図である。

図 3は、圧電振動子の周波数温度特性 f aを周波数温度特性 f cに温度補償す る説明に供する特性曲線図である。

図 4は、発振回路の回路図である。

図 5は、温度補償回路のブロック図である。

図 6は、他の温度補償回路のブロック図である。

図 7は、温度補償回路の温度と温度補償電圧 V 2との関係を示す図である。 図 8は、周波数調整回路を制御回路と共に示す回^図である。

図 9は、周波数調整回路の入力抵抗値(入力インピーダンス)の変化を一定に する場合の説明に供する図である。

図 1 0は、初期偏差補正回路を制御回路と共に示す回路図である。

図 1 1は、メモリを周辺構成と共に示す図である。

図 1 2は、動作モードとスィッチの制御状態との関係を示す図である。

図 1 3は、第 2実施形態に係る発振器の温度補償回路の説明に供する図である

図 1 4は、第 3実施形態に係る発振器の原理構成図である。

図 1 5は、第 3実施形態に係る発振器の初期偏差補正回路を周辺構成と共に示 す回路図である。

図 1 6は、第 4実施形態に係る発振器の発振回路の回路図である。

図 1 7は、第 5実施形態に係る発振器の原理構成図である。

図 1 8は、第 6実施形態に係る発振器 1 0の構造の一例を示す図である。

図 1 9は、変形例に係る発振器の構造の一例を示す図である。

図 2 0は、変形例に係る発振器の原理構成図である。

図 2 1は、変形例に係る発振器の原理構成図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照し本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明 は、かかる実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内で種々の変更が可能で ある。

[1] 第 1実施形態

[1 - 1] 第 1実施形態の全体構成

図 1は、本発明の第 1実施形態に係る発振器の原理構成図である。

この発振器 1 0は、電圧制御発振回路 20と、温度補償回路 30及び 40と、 周波数調整回路 50と、初期偏差補正回路 60と、加算回路 70と、制御回路 8 0と、メモリ 90と、スィッチ SW1、 SW2、 SW3、 SW4とから構成され ている。

電圧制御発振回路 20は、水晶振動子やセラミック振動子などの圧電振動子 2 1を発振させる発振回路 22と、入力抵抗 23と圧電振動子 2 1との中間接続点 に接続される可変容量ダイオード(以下、バリキャップという) 24と、バッフ ァ回路 2 5とから構成される。そして、バリキャップ 24の容量が入力抵抗 23 を介して印加される制御電圧 V Aに応じて変化することによって出力端子 OUT から出力される発振信号 S o u tの周波数が変化する。

温度補償回路 30は、圧電振動子 2 1の周波数温度特性を近似する 3次曲線モ デルに従って、圧電振動子 2 の周波数温度特性を温度補償するための温度補償 電圧 V 1を出力する回路である。この温度補償回路 30を使用することによって 、発振信号 S o u tの周波数を広い温度範囲で目的の周波数偏差内にすることが できる。例えば、圧電振動子 2 1が ATカット振動子などの周波数温度特性がほ ぼ 3次曲線で近似される圧電振動子の場合には、図 2に示すように、圧電振動子 2 1単体の周波数温度特性 f aを、基準温度(周波数偏差 fZf 0を求める際の 周波数 f 0の温度 T O (例えば、 25°C) ) を中心とする広い温度範囲で周波数 偏差が小さい周波数温度特性 f bに温度補償することができる。

温度補償回路 40は、圧電振動子 2 1の周波数温度特性を近似する 1次直線モ デルに従って、圧電振動子 2 1の周波数温度特性を温度補償するための温度補償 電圧 V 2を出力する回路である。すなわち、この温度補償回路は、図 3に示すよ うに、圧電振動子 2 1が ATカット振動子などの周波数温度特性 f aがほぼ 3次 曲線で近似される圧電振動子の場合には、この周波数温度特性 f aのほぼ変曲点 A、 B間において近似した 1次直線となる周波数温度特性 L f aを温度補償する ための温度補償電圧 Vc 2を出力する。これにより、この温度補償回路 40を使 用することによって、図 3に示すように、圧電振動子 21単体の周波数温度特性 f aを、基準温度 TOを中心に回転したような周波数温度特性 f cに温度補償す ることができる。従って、基準温度 TOを中心とする温度 T 1〜温度 T 2の範囲 で目的の周波数偏差内に収まるように温度補償することができる。

このように、必要とされる周波数温度特性に応じて、温度補償回路 30と 40 から出力される温度補償電圧 V 1及び V 2のいずれかを選択したり、両方を選択 したりするなど、用途に応じて柔軟に対応できる。

周波数調整回路 50は、周波数調整端子 VCに印加された外部からのコント口 ール電圧 Vcに応じて発振信号 S o u tの周波数を変更させるための周波数調整 電圧 V 3を出力する回路である。

また、初期偏差補正回路 60は初期偏差補正電圧 V 4を出力する回路である。 この初期偏差補正電圧 V 4は、圧電振動子 21の周波数ばらつきにより生じる発 振器 10から出力される発信信号 S ou tの初期の周波数ばらつきを補正するも のである。

また、この発振器 10において、上述した温度補償回路 30及び 40と、周波 数調整回路 50と、初期偏差補正回路 60とが、それぞれスィッチ SW1、 SW 2、 SW3、 SW4を介して加算回路 70に接続されている。加算回路 70は、 スィッチ SW1〜SW4を介して選択される温度補償電圧 V 1、温度補償電圧 V 2、周波数調整電圧 V 3及び初期偏差補正電圧 V 4を加算した出力電圧を制御電 圧 VAとして電圧制御発振回路 20に出力する。

制御回路 80は、メモリ 90に記憶された制御データ DCに基づいて発振器 1 0全体を制御する。具体的には、制御回路 80は、スィッチ SW1〜SW4のォ ン オフ制御や、周波数調整回路 50を構成する後述するスィッチのオン Zオフ 制御や、初期偏差補正回路 60を構成する後述するスィッチのオンオフ制御を 行う。また、制御回路 80は、データ入力端子 Dから入力される制御データ DC をメモリ 90に記憶したり、データ入力端子 Dから入力された温度補正データを 温度補償回路 30及び 40を構成する後述する温度補償データメモリに記憶した りする。なお、図 1においては、説明を判りやすくするため、デ一夕入力端子 D を 1つしか示していないが、実際にはデータ入力端子 Dは複数設けられている。

[1 -2] 発振回路の構成

図 4は、発振回路 22の回路図である。発振回路 22は、定電圧電源 VREG と圧電振動子 21との間に直列接続された第 1バイアス抵抗 R 1及び第 2バイァ ス抵抗 R 2と、圧電振動子 21と第 1バイアス抵抗 R 1との中間接続点に一端が 接続され、他端が接地された第 3バイアス抵抗 R 3と、第 1バイアス抵抗 R 1と 第 2バイアス抵抗 R 2との中間接続点にベース端子が接続された NPNトランジ ス夕 Q 1と、圧電振動子 21と第 2バイアス抵抗 R 2との中間接続点にベース端 子が接続され、 NPNトランジスタ Q 1のェミツ夕端子とコレクタ端子が接続さ れた NPNトランジスタ Q 2と、定電圧電源 V REGに一端が接続され、 NPN トランジスタ Q 1のコレクタ端子に他端が接続されたコレクタ抵抗 R cと、を備 えている。

なお、定電圧電源 VR E Gは発振器 10に供給される高電位側電源を基に定電 圧回路(図示せず)により作り出される電圧であり、高電位側電源の変動や周囲 の温度変化に対して安定な電圧である。

さらに、発振回路 22は、 .コレク夕抵抗 R cと NPNトランジスタ Q 1の中間 接続点に一端が接続され、他端が出力端子 OUTに接続され、発振周波数 S ou tの直流成分を除去するための DCカツ卜用コンデンサ C d cと、 NPNトラン ジス夕 Q 2のェミツ夕端子に一端が接続され、他端が接地されたエミッ夕抵抗 R eと、 NPNトランジスタ Q 2のベース端子と圧電振動子 2 1の中間接続点に一 端が接続され、 NPNトランジスタ Q 2のエミッ夕端子とエミッ夕抵抗 R eの中 間接続点に他端が接続された第 1発振用コンデンサ C aと、 NPNトランジスタ Q 2のェミツ夕端子とエミッ夕抵抗 R eの中間接続点に一端が接続され、他端が 接地された第 2発振用コンデンサ Cbとから構成されている。なお、図 4におい て、波線によって囲まれる領域は、発振回路 22などの構成部品をワンチップ I Cで構成する場合にワンチップ I Cに含まれる部分を示している。なお、定電圧 回路がさらに I Cに内蔵される場合もある。

[ 1 - 3 ] 温度補償回路の構成

図 5は、温度補償回路 3 0のブロック図である。温度補償回路 3 0は、温度セ ンサ 3 1と、アナログディジタル(AZD ) 変換回路 3 2と、データ変換回路 3 3と、ディジタル/アナログ(D ZA) 変換回路 3 4とから構成されている。 この温度補償回路 3 0においては、温度センサ 3 1が出力する温度依存電圧 V t 1が、 AZD変換回路 3 2によりアナログ Zディジタル変換される。そして、デ —夕変換回路 3 3にてメモリ 9 0に記憶された温度補償回路 3 0用データ(温度 補償用データ) D M 4 aに基づいてデータ変換される。さらに、 D ZA変換回路 3 4にてディジタルアナログ変換されて、温度補償電圧 V 1として出力される 。従って、温度補償回路 3 0においては、温度補償回路 3 0用データ D M 4 aが 、圧電振動子 2 1の周波数温度特性を近似する 3次曲線モデルに従って、圧電振 動子 2 1の周波数温度特性を温度補償するように予め作成される。これにより、 圧電振動子 2 1の 3次曲線となる周波数温度特性を温度補償可能とする温度補償 電圧 V Iが出力される。

また、図 6は、温度補償回路 4 0のブロック図である。温度補償回路 4 0は、 温度センサ 4 1と、 2つのディジタルアナログ(D ZA) 変換回路 4 2、 4 3 と、可変利得増幅器 4 4とから構成されている。

ここで、 0 八変換回路4 2、 4 3は、メモリ 9 0に記憶されている温度補償 回路 4 0用データ(温度補償用データ) D M 4 bに含まれるオフセット設定デ一 夕及びゲイン設定データをそれぞれディジタルアナログ変換してオフセット電 圧 V aおよびゲイン設定電圧 V bを可変利得増幅器 4 4に出力する。

可変利得増幅器 4 4は、定電圧電源 V R E Gに印加される電源電圧によつて動 作する差動増幅器の構成になっており、温度センサが出力する温度依存電圧 V s 2の傾きであるゲインをゲイン設定電圧 V bによって変更する。そして、可変利 得増幅器 4 4は、その基準温度(例えば、 2 5 °C) のときの電位が所定電位とな るように、温度依存電圧 V sとオフセット電圧 V aとの差分によって補正し、温 度補償電圧 V 2として出力する。図 7は、この温度補償回路 4 0の温度と温度補 償電圧 V 2との関係を示す図であり、 3種類の制御特性 V 2 a、 V 2 b、 V 2 c を例示している。上述したように、この温度補償回路 40は一次関数の制御特性 を持てばよいので、制御特性の変更は、傾きや切片が変更されるように温度補償 データを変更すればよい。

[1 -4] 周波数調整回路の構成

図 8は、周波数調整回路 50を制御回路 80と共に示す回路図である。周波数 調整回路 50は、周波数調整端子 VCに一端が接続され、他端がスィッチ SW3 に接続された第 1抵抗回路 51と、一端が第 1抵抗回路 51とスィッチ SW3の 中間接続点に接続され、他端が接地された第 2抵抗回路 52とから構成されてい る。第 1抵抗回路 51は、周波数調整端子 VCに一端が接続され、他端がスイツ チ SW3に接続された第 1ベース抵抗 R 1 _ 1と、第 1抵抗回路 51の抵抗値を 可変するための選択される抵抗素子として機能する(n— 1) 個の抵抗 R l— k (k = 2〜n) と、選択された抵抗 R 1—:!〜 R 1 _nのいずれかと第 1ベース 抵抗 R 1一 1とを並列に接続させるためのスィツチ S 1― kとから構成されてい る。この場合において、抵抗 R 1— 1〜R 1— nの抵抗値は全て同一であっても よいし、異なるようにしてもよい。

第 2抵抗回路 52は、一端が第 1抵抗回路 51とスィッチ SW3の中間接続点 に接続され、他端が接地された第 2ベース抵抗 R 2— 1と、第 2抵抗回路 52の 抵抗値を可変するために、選択される抵抗素子として機能する(n— 1) 個の抵 抗 R2— k (k = 2〜! 1 ) と、選択された抵抗 R 2— 1〜R 2— nのいずれかと 第 2ベース抵抗 R 2 - 1とを並列に接続させるためのスィツチ S 2 - kとから構 成されている。この場合において、抵抗 R 2— :!〜 R 2—nの抵抗値は全て同一 であってもよいし、異なるようにしてもよい。さらに互いに異ならせる場合には 、抵抗 R 2 _ 1〜R 2— nの抵抗値を予め設定した第 2ベース抵抗 R 2— 1の抵 抗値の 2X倍(X=2以上の整数)となるように設定すれば広範囲の抵抗値を設定 することが可能である。

この場合において第 1抵抗回路 51の合成抵抗値 RS 1、第 2抵抗回路 52の 合成抵抗値 RS 2とすると、周波数調整端子 VCにコントロール電圧 Vcが供給 されたときの周波数調整電圧 V 3は以下の式で表される。

V 3 =R S 2/ (R S 1 +R S 2) - V c

すなわち、図 9に示すように、第 1抵抗回路 51の合成抵抗値 RS 1及び第 2 抵抗回路 52の合成抵抗値 RS 2を組み合わせることによって、周波数調整に伴 う周波数調整端子 VCの入力抵抗値(入力インピーダンス)の変化をほぼ一定に することができるため、周波数調整端子 VCの前段の回路設計が容易となる。加 えて、この周波数調整回路 50によれば、能動素子を使用せずに周波数制御特性 を可変することができ、出力信号 S ou tの位相ノイズが増加しないという効果 が得られる。

[1 -5] 初期偏差補正回路の構成

図 10は、初期偏差補正回路 60を制御回路 80と共に示す回路図である。 初期偏差補正回路 60は、定電圧電源 VR EGに一端が接続され、他端が抵抗 R 3を介してスィツチ SW4に接続されたベース抵抗 R 3— 1と、初期偏差補正 回路 60の抵抗値を可変するために、選択される抵抗素子として機能する(m— 1) 個の抵抗 R 3— i ( i =2〜m) と、選択された抵抗 R 3 _ i〜R 3— mの いずれかとベース抵抗 R 3 - 1とを並列に接続させるためのスィツチ S 3— iと から構成されている。

また、この初期偏差補正回路 60において、発振器 10の初期ばらつきに対応 してスィツチが制御されて抵抗値が設定される。スィツチ S 3— 2〜S 3— mか らなる第 3抵抗回路 61の合成抵抗を RS 3とすると、初期偏差補正電圧 V 4は 以下の式で表される。

V4 = R 3/R S 3 · VREG

すなわち、第 3抵抗回路 61のスィツチ S 3— 2〜 S 3— mが制御回路 80に よって制御されることにより、初期偏差補正回路 60は定電圧電源 VR EGに印 加される電源電圧の電圧レベルを変換し、初期偏差補正電圧 V 4として出力する 。これにより、圧電振動子 21のばらつきなどによって生じる出力信号 S o u t の周波数ずれを補正することができる。

[1 -6] 各スィッチの具体的構成

スィッチ SW1〜SW4、 スィッチ S I—;!〜 S I— n、スィッチ S 2—:!〜 S 2_n、 スィッチ S 3— 2〜S 3— mは、この発振器 10を I C化する場合に は、使用する半導体製造プロセスにより、例えば、以下のような構成が考えられ る。

i 半導体製造プロセスとして、バイポーラプロセスを用いる場合には、スイツ チを、バイポーラトランジスタ構成とする。

ϋ 半導体製造プロセスとして、 CMOSプロセスを用いる場合には、スイツ チを、 MOSトランジスタ構成とする。

iii 高周波対応の I Cの半導体製造プロセスとして盛んに使用されているバ ィポーラ &CMOS混在プロセス(B i—CMOSプロセス)を用いる場合には 、スィッチは、バイポーラトランジスタ構成及び MOSトランジスタ構成のいず れをも採用することが可能である。ただし、低消費電流化の観点からはトランジ ス夕をオンするために定常的に電流を流す必要がない MO Sトランジスタ構成と する方が有利である。

[1 -7] メモリ

メモリ 90は、 PROM (Programmable Read Only Memory) 、 E PROM (E rasable PROM) などの書き込みや書き換え可能なメモリが適用される。そして、 図 1 1に示すように、メモリ 90には、制御データ DCとして、モード設定デー 夕 DM1、周波数調整データ DM 2、初期偏差補正データ DM 3、そして温度補 償回路 30用データ DM4 a、温度補償回路 40用データ DM 4 bが所定領域に 記憶される。ここで、初期偏差補正データ DM 3は、初期偏差補正回路 60の第 3抵抗回路 61内のスィッチの制御状態を示すデータ、初期偏差補正データ DM 3 bは、最終補正部 62内のスィッチの制御状態を示すデータ、温度補償回路 3 0用データ DM 4 a及び温度補償回路 40用データ DM 4 bは、それぞれ温度補 償回路 30、 40の温度補償用データである。

モード設定データ DM 1は、この発振器 10の動作モードを設定するためのデ 一夕であり、スィッチ SW1〜SW4の制御状態を示すデータである。本実施形 態においては、図 12に示すように、動作モードとして、 VC— TCXOモード 、 TCXOモード、 VCXOモード、 SPXOモード、試験モードの 5つの動作 モードが用意されており、いずれか 1つの動作モードに対応するモード設定デー 夕 D M 1がメモリ 90に記憶される。

ここで、発振器 10の動作モードについて説明すると、 VC— TCXOモード は、この発振器 10を VC— TCXOとして機能させる動作モードであり、スィ ツチ SW1〜SW4を全てオン状態にすることによって設定される。

すなわち、 VC— TCXOモードは、温度補償電圧 V I、温度補償電圧 V2、 周波数調整電圧 V 3及び初期偏差補正電圧 V 4を加算回路 70に出力させること で、これらの加算電圧を制御電圧 VAとして電圧制御発振回路 20に供給する。 また、 TCXOモードは、この発振器 10を TCXOとして機能させる動作モ —ドであり、スィッチ SW1、 SW2及び SW3をオン状態にし、スィッチ SW 4をオフ状態にすることによって設定される。すなわち、 TCXOモードは、温 度補償電圧 V 1、温度補償電圧 V 2及び初期偏差補正電圧 V 4の加算電圧を制御 電圧 V Aとして電圧制御発振回路 20に供給する。

VCXOモードは、この発振器 1 0を VCXOとして機能させる動作モードで あり、スィッチ SW3及び SW4をオン状態にし、スィッチ SW1及び SW2を オフ状態にすることで設定される。すなわち、 VCXOモードは、周波数調整電 圧 V 3及び初期偏差補正電圧 V 4の加算電圧を制御電圧 V Aとして電圧制御発振 回路 20に供給する。なお、 VCXOモードは、スィッチ SW2をオン状態にし て V C X〇モードに 1次直線の温度補償を付加したモードを追加することもでき る。この場合、 1次直線の温度特性の補正ができるため、前述の VCXOモード よりも、更に周波数温度特性を良くすることができる。 S PXOモードは、この 発振器 10を S PXOとして機能させる動作モードであり、スィッチ SW4をォ ン状態にし、スィッチ SW1, SW2及び SW3をオフ状態にすることにより設 定される。すなわち、 S PXOモードは、初期偏差補正電圧 V 4を制御電圧 V A として電圧制御発振回路 20に供給する。

試験モードは、製造業者側で圧電振動子 2 1の温度特性評価などを行うときに 設定する動作モードであり、スィッチ S W 1〜 S W4を全てオフ状態にすること によって設定される。これにより、圧電振動子 2 1と発振回路 22からなる水晶 発振器単独での出力信号を出力端子 OUTから出力でき、圧電振動子 2 1が実装 された状態で電圧制御発振回路 20の評価試験を行うことができる。

このようにして、本実施形態に係る発振器 1 0は、温度補償回路 30及び 40 と、周波数調整回路 50と、初期偏差補正回路 60とを備え、モード設定データ DM 1に基づいてこれらの回路から出力される温度補償電圧 V 1、温度補償電圧 V 2、周波数調整電圧 V 3及び初期偏差補正電圧 V 4を選択的に加算して制御電 圧 VAとして電圧制御発振回路 20に供給する。従って、発振器 10は、 VC— TCX〇、 TCXO、 VCXO、 S PX〇のいずれの発振器としても使用するこ とができる。これにより、 VC— TCXO、 TCXO、 VCXO、 S PXOの開 発を同時に行うことができるので、従来に比して開発効率を上げることができる

また、この発振器 10は、データ入力端子 Dを介して外部から制御データ DC を入力してメモリ 90に記憶させることができるので、この発振器 10の製造後 、任意の時期に、この発振器 10の動作モードや、コントロール電圧 V cによる 周波数制御特性、初期偏差量を調整することができる。これにより、発振器を種 類毎に在庫管理する必要がなくなり、もちろん、製造ラインを別々に設ける必要 もないので、量産効果を上げることができる。

[2] 第 2実施形態

第 2実施形態に係る発振器 10が、第 1実施形態に係る発振器 10と異なる点 は、温度補償回路 30が、温度補償回路 40の温度補償電圧 V 2だけでは発振信 号 S o u tが予め定めた周波数偏差内に収まらない温度範囲でのみ温度補償電圧 VIを出力する点である。具体的には、図 13に示すように、温度補償回路 40 による温度補償後の発振信号 S ou tの周波数温度特性 f cが目的の周波数偏差 内に収まらない温度 T a〜Tbの範囲と、温度 T c〜Tdの範囲でのみ温度補償 回路 30の温度補償電圧 V 1が加算回路 70を介して電圧制御発振回路 20に供 給される。この結果、さらに温度 Ta〜Tb及び温度 Tc〜Tdでの発振信号 S o u tの周波数偏差が目的の周波数偏差内に収まる周波数温度特性 f c cを得る ことができ、さらに、温度 Tbから Tcの範囲内においては、温度補償回路 30 からの温度補償電圧 V 1に含まれる雑音成分が制御電圧 VAに印加されないため 、より低雑音とすることができる。

[3] 第 3実施形態

図 14は、第 3実施形態に係る発振器の原理構成図である。

第 3実施形態に係る発振器 10が、上述した各実施形態に係る発振器 10と大 きく異なる点は、初期偏差補正回路 6 OAがスィッチ SW4を介して電圧制御発 振回路 20のバリキャップ 24のアノード端子と接続されている点である。これ に伴い、バリキヤップ 24のアノード端子とスィツチ SW4の中間接続点はバイ ァス抵抗 R Xを介して接地されることとなる。

図 15は、初期偏差補正回路 6 OAを周辺構成と共に示す回路図である。 初期偏差補正回路 6 OAは、スィッチ SW4に一端が接続され、他端が接地さ れ、固定接続容量素子として機能するベースコンデンサ C Oと、初期偏差補正回 路 6 OAの容量値を可変するために、選択される容量素子として機能する L個の コンデンサ C j (j =l〜L) と、選択されたコンデンサ C 1〜CLのいずれか をベースコンデンサ C 0に並列接続させるためのスィツチ S 4— jとから構成さ れている。この場合において、コンデンサ C 1〜CLの容量値は全て同一であつ てもよいし、異なるようにしてもよい。さらに互いに異ならせる場合には、コン デンサ C 1〜CLの容量値を予め設定した基本容量値の 2 X倍(X= 2以上の整 数)となるように設定すれば広範囲の容量値を設定することが可能である。 この結果、初期偏差補正回路 6 OAのスィッチ S 4—:!〜 S 4— Lが制御回路 80によって制御されことによって、出力信号 S o u tの周波数が変化するので 、圧電振動子 21のばらつきなどによって生じる周波数変動を補正することが可 能である。

[4] 第 4実施形態

第 4実施形態に係る発振器 10が、上述した各実施形態に係る発振器 10と異 なる点は、図 16に示すように、発振回路 22に CMOS構成のインバー夕 I V 1及び I V 2を用いた CMOS発振回路を適用した点である。なお、図 1 6にお いて、波線によって囲まれる領域は、発振回路 22などの構成部品をワンチップ I Cで構成する場合にワンチップ I Cに含まれる部分を示している。

[5] 第 5実施形態

図 17は、第 5実施形態に係る発振器の原理構成図である。第 5実施形態に係 る発振器 10が、上述した第 1及び第 2実施形態に係る発振器 10と異なる点は 、温度補償回路 30及び 40の後段にフィル夕 100及び 101を設け、温度補 償電圧 V I及び V2に含まれるノイズを除去して電圧制御発振回路 20 (または 加算回路 7 0) に出力するようにした点である。この結果、温度補償回路 3 0及 び 40において(図 5及び図 6参照)、 DZ A変換回路 3 4、 4 2、 43の分解 能の影響などにより温度補償電圧 V 1、 V 2にステップ状のノィズが重畳してし まう場合があるが、フィル夕 1 0 1及び 1 0 0によってこのノイズを除去できる ため、温度補償精度を向上することができる。なお、温度補償回路 3 0または 4 0のうちノイズが大きい方の後段だけにフィルタを設けるようにしてもよい。ま た、この種のフィル夕は、第 3及び第 4実施形態に係る発振器 1 0の温度補償回 路 3 0及び 4 0の後段に設けるようにしてもよい。

[6] 第 6実施形態

図 1 8は、第 6実施形態に係る発振器 1 0の構造の一例を示す図である。 上述の各実施形態においては、発振器 1 0を構成する構成部品の実装状態につ いては、言及していなかった。しかし、本実施形態に係る発振器 1 0は、圧電振 動子 2 1と DCカツ卜用コンデンサ C d c 24を除く構成部品をワンチップ I C 1 1 0として構成し、さらに、ワンチップ I C 1 1 0、圧電振動子 2 1及び DC カット用コンデンサ C d c 24をモールド封止して構成されている。これにより 、発振器 1 0を小型化できると共に、部品点数が削減して組立工数及び製造コス 卜を一層削減することが可能となる。

[7] 変形例

上述の第 6実施形態においては、発振器 1 0をモールド封止して構成する場合 について述べたが、図 1 9に示す変形例のように、発振器 1 0を、ワンチップ I C 1 1 0、圧電振動子 2 1及び DCカツト用コンデンサ C d c 24をリツド 1 2 0で封止したセラミックパッケージで構成してもよい。なお、図 1 9においては 、ワンチップ I C 1 1 0をワイヤ一ボンディングにより基板に接続しているが、 フリップチップボンディング(FCB) を使用してもよい。

上述の各実施形態においては、発振器 1 0を 5つの動作モードに切替可能に構 成する場合について述べたが、少なくとも 2種類の動作モードに切替可能に構成 すればよい。例えば、 TCXOモードと VCXOモードだけに切替可能に構成す る場合は、図 2 0に示すように、どちらの動作モードでも使用する温度補償回路 40は加算回路 7 0に常に接続しておく構成にすればよい。なお、この図におい ては、初期偏差補正回路 60も加算回路 70に常に接続しておく構成にしている

上述の各実施形態においては、制御回路 80がスィッチ SW1〜SW4を制御 することによって発振器 10の動作モードを設定する場合について述べたが、図 21に一例を示すように、制御回路 80が温度補償回路 30及び 40を駆動させ るか否かを直接制御してもよい。

上述の各実施形態においては、発振器 10を使用する機器については特に言及 していなかったが、携帯電話、 PHS、ページャなどの無線通信や有線通信を行 う通信機器や、パーソナルコンピュータ、 PDA (Personal Digital Assistant ) 、電子時計、プリンタなどの様々な電子機器に使用することができる。