圧電発振器
【課題】温度補償機能とＡＦＣ機能を備えた回路構成において、温度補償機能とＡＦＣ機能が互いに影響を及ぼすことがなく、高精度の温度補償を実現できる圧電発振器を提供することを目的としている。
【解決手段】本発明の圧電発振器１０は、圧電振動子２６と、発振用増幅回路と、電圧制御型の第１及び第２の可変容量素子２８ａ，２８ｂと、を備えた発振回路２０と、第１の可変容量素子２８ａの値を増減制御して発振回路２０の周波数温度特性を補償するための温度補償電圧を出力する温度補償電圧発生回路３０と、温度補償電圧による第１の可変容量素子２８ａの変化に対して、発振回路２０のＡＦＣ感度の増減を抑えるように第２の可変容量素子２８ｂの値を変化させる調整信号を出力する補償電圧検出回路４０と、調整信号を受けて外部制御電圧の増幅率の調整を行なうゲイン調整回路６０を備え、第２の可変容量素子２８ｂを制御するための周波数制御電圧を出力する増幅回路５０と、を備えたことを特徴としている。
【解決手段】本発明の圧電発振器１０は、圧電振動子２６と、発振用増幅回路と、電圧制御型の第１及び第２の可変容量素子２８ａ，２８ｂと、を備えた発振回路２０と、第１の可変容量素子２８ａの値を増減制御して発振回路２０の周波数温度特性を補償するための温度補償電圧を出力する温度補償電圧発生回路３０と、温度補償電圧による第１の可変容量素子２８ａの変化に対して、発振回路２０のＡＦＣ感度の増減を抑えるように第２の可変容量素子２８ｂの値を変化させる調整信号を出力する補償電圧検出回路４０と、調整信号を受けて外部制御電圧の増幅率の調整を行なうゲイン調整回路６０を備え、第２の可変容量素子２８ｂを制御するための周波数制御電圧を出力する増幅回路５０と、を備えたことを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子の発振周波数の温度補償を行う圧電発振器に関し、特に温度補償機能とＡＦＣ（Ａｕｔｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）機能を備えた圧電発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は従来の温度補償型水晶発振器の回路構成を示す説明図である。図示のように温度補償型水晶発振器１は、インバーター素子を用いた発振回路２にＭＯＳ型電圧可変容量素子を用いた温度補償回路３と、ＭＯＳ型電圧可変容量素子を用いたＡＦＣ回路４と、を付加している。温度補償回路３は、１次電圧発生回路と３次電圧発生回路とで構成されており、水晶振動子自身が持つ本来の周波数温度特性を打ち消すために、発振回路２内の可変容量素子に温度補償電圧を印加して、例えば水晶振動子の３次曲線の温度特性を打ち消すように周波数を可変させて発振周波数を安定化させている。ＩＣ化された発振器では、ＡＦＣ回路４をオペアンプで構成している。すなわちオペアンプの抵抗値を制御することで外部制御電圧のゲインを任意に変更し、ＩＣの電気的特性にばらつきを補正することにより、ユーザーの任意の仕様に合わせたＡＦＣ特性が得られるように調整することができる。このＡＦＣ回路４は、ユーザーが使用する機能であり、外部制御電圧に対して所望の周波数可変を得るための機能である。ＡＦＣ機能は、ユーザーごとに、外部制御電圧範囲や、必要とする周波数可変幅が異なっている。
このような温度補償回路とＡＦＣ回路を備えた水晶発振器が特許文献１、２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２１７６４３号公報
【特許文献２】特開２００７−１９５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図７は、従来の温度補償型水晶発振器のＡＦＣ特性を示す説明図である。同図の横軸は外部制御電圧（Ｖ）を示し、縦軸は発振周波数の偏差（ｐｐｍ）を示している。従来の温度補償型水晶発振器に温度補償回路とＡＦＣ回路が共存する温度補償型水晶発振器の場合、基準状態である常温においてＡＦＣ回路を最適設計しても、図示のように、そのＡＦＣ特性は温度特性があるので温度によって異なる特性となる。これは温度補償用の可変容量素子Ｄ１が温度補償電圧によって容量変化し、これにより発振回路の負荷容量が変化しているにもかかわらず、ＡＦＣ回路の外部制御電圧による可変容量素子Ｄ２の制御条件が基準状態と同じであるので、基準状態とその他の温度状態のときとの間で外部制御電圧の変化に対する周波数変化特性（ＡＦＣ感度）に差が生じてしまう。
【０００５】
そこで本発明は、従来技術の問題点を解決するため、温度補償機能とＡＦＣ機能を備えた回路構成において、温度補償機能とＡＦＣ機能が互いに影響を及ぼすことがなく、高精度の温度補償を実現できる圧電発振器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
〔適用例１〕圧電振動子と、発振用増幅回路と、電圧制御型の第１及び第２の可変容量素子と、を備えた発振回路と、前記第１の可変容量素子の値を増減制御して前記発振回路の周波数温度特性を補償するための温度補償電圧を出力する温度補償電圧発生回路と、前記温度補償電圧により制御した調整信号を出力する補償電圧検出回路と、前記調整信号を受けて外部制御電圧の増幅率の調整を行なうゲイン調整回路を備え、前記第２の可変容量素子を制御するための周波数制御電圧を出力する増幅回路と、を備えたことを特徴とする圧電発振器。
【０００７】
補償電圧検出回路で温度補償電圧により制御した調整信号を発生させて、ゲイン調整回路で外部制御電圧の増幅率を調整し、調整された周波数制御電圧を第２の可変容量素子へ出力させることができる。したがって、温度補償用の可変容量を温度補償電圧によって容量変化させても、温度補償電圧に応じてＡＦＣ電圧を制御しているので、ＡＦＣ側の可変容量に及ぼす影響を回避し、安定したＡＦＣ特性を得ることができる。
【０００８】
〔適用例２〕前記温度補償電圧が前記第１の可変容量素子の値を増減制御したことで基準状態のときよりも前記外部制御電圧の単位電圧における周波数変化量が増減するとき、前記周波数変化量の増減を抑えるように前記第２の可変容量素子を制御するための前記周波数制御電圧を発生させるように前記補償電圧検出回路が前記ゲイン調整回路を制御して前記増幅回路のゲインを調整する前記調整信号を出力することを特徴とする適用例１に記載の圧電発振器。
【０００９】
本発明の圧電発振器は常温時の温度補償電圧を第２の可変容量素子に印加した状態で、所望のＡＦＣ特性が得られるようＡＦＣ電圧を調整した状態を基準状態とし、具体的に調整信号は、温度補償電圧が第１の可変容量素子の値を増減制御したことで基準状態のときよりも外部制御電圧の単位電圧における周波数変化量が増減するとき、周波数変化量の増減を抑えるように第２の可変容量素子を制御するための周波数制御電圧を発生させるように増幅回路のゲインを調整している。したがって、温度補償用の可変容量を温度補償電圧によって容量変化させても、温度補償電圧に応じてＡＦＣ電圧を制御しているので、ＡＦＣ側の可変容量に及ぼす影響を回避し、安定したＡＦＣ特性を得ることができる。
【００１０】
〔適用例３〕適用例１または適用例２に記載の圧電発振器において、前記増幅回路は、オペアンプと、可変抵抗回路と、を備え、前記ゲイン調整回路は、前記調整信号により前記可変抵抗回路の抵抗値を制御することを特徴とする圧電発振器。
【００１１】
これにより補償電圧検出回路から出力された調整信号に基づいて、オペアンプの抵抗値を制御することができる。したがって外部制御電圧をデジタル的にゲイン調整することができる。
【００１２】
〔適用例４〕適用例１または適用例２に記載の圧電発振器において、前記増幅回路は、オペアンプと、複数の抵抗からなる直列抵抗と、を備え、前記ゲイン調整回路は、前記直列抵抗の抵抗間と前記オペアンプの入力端子との間に前記調整信号によりスイッチ素子のオンオフ状態を制御するスイッチ制御回路を備えたことを特徴とする圧電発振器。
【００１３】
これにより補償電圧検出回路から出力された調整信号に基づいて、複数のスイッチ素子のオンオフ状態を制御してオペアンプの抵抗値を制御することができる。したがって外部制御電圧をデジタル的にゲイン調整することができる。
【００１４】
〔適用例５〕前記増幅回路と前記補償電圧検出回路との間に、前記外部制御電圧が入力され、前記外部制御電圧のセンター値の出力になるまでラッチするラッチ回路を備えたことを特徴とする適用例４に記載の圧電発振器。
【００１５】
これにより、ゲイン調整するタイミングを外部制御電圧がセンター値のときに合わせることができ、周波数変動を抑制することができる。したがってセンター値以外のゲイン調整によりＡＦＣ電圧が変化して周波数が変動することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の圧電発振器の構成概略を示す図である。
【図２】温度と温度補償電圧および第１の可変容量素子の容量値の関係を示す説明図である。
【図３】本発明の圧電発振器のＡＦＣ特性を示す説明図である。
【図４】本発明の圧電発振器の変形例１の構成概略を示す図である。
【図５】本発明の圧電発振器の変形例２の構成概略を示す図である。
【図６】従来の温度補償型水晶発振器の回路構成を示す説明図である。
【図７】従来の温度補償型水晶発振器のＡＦＣ特性を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の圧電発振器の実施形態を添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１は本発明の圧電発振器の構成概略を示す図である。図示のように本発明の圧電発振器１０は、発振回路２０と、温度補償電圧発生回路３０と、補償電圧検出回路４０と、増幅回路５０とを主な構成要件としている。
【００１８】
発振回路２０は、発振用増幅回路を形成する帰還抵抗２２とインバーター素子２４と、圧電振動子２６と電圧制御型の複数の可変容量素子２８とコンデンサーＣ１，Ｃ２から構成されている。
【００１９】
可変容量素子２８は、一例としてＭＯＳ型の電圧可変容量素子を適用することができる。第２の可変容量素子２８ｂのゲート端子は、コンデンサーＣ１を介してインバーター素子２４の入力端側に接続し、第１の可変容量素子２８ａのゲート端子は、コンデンサーＣ２を介してインバーター素子２４の出力端側に接続され、第１及び第２の可変容量素子２８ａ，２８ｂのバックゲート端子は接地されている。そして第２の可変容量素子２８ｂのゲート端子とコンデンサーＣ１の間の接続点に抵抗Ｒ１を介して、後述する増幅回路５０からのＡＦＣ電圧（周波数制御電圧）が供給される。一方、第１の可変容量素子２８ａのゲート端子とコンデンサーＣ２の間の接続点に抵抗Ｒ２を介して、後述する温度補償電圧発生回路３０からの温度補償電圧（Ｖｃｏｍｐ）が供給される。
【００２０】
温度補償電圧発生回路３０は、１次電圧発生回路３２と３次電圧発生回路３４と温度センサー３６から構成されている。高精度の温度補償を必要とする場合は、４次以上の次数の電圧発生回路を有する。１次電圧発生回路３２及び３次電圧発生回路３４には、温度センサー３６の出力電圧が入力されるように接続されている。そして１次電圧発生回路の出力電圧と３次電圧発生回路の出力電圧とを加算して得られた温度補償電圧を第１の可変容量素子２８ａへ印加して、温度センサー３６の出力電圧に応じて発振周波数を微調整するようにしている。
【００２１】
補償電圧検出回路４０は、複数の比較器から構成されている。補償電圧検出回路４０は、温度補償電圧発生回路３０と第１の可変容量素子２８ａとの間に接続している。補償電圧検出回路４０は、予め定めた基準電圧で区分けした電圧範囲に対して、温度補償電圧発生回路から出力された補償電圧がどの電圧範囲に属しているかを判断し、補償電圧の状況に応じてＡＦＣ特性の温度補償を行うために第２の可変容量素子２８ｂの値を変化させる調整信号を出力する回路である。本実施形態の補償電圧検出回路４０は、第１及び第２の比較器４２，４４から構成されており、任意の基準電圧を２つ（基準電圧１＞基準電圧２）設定している。第１及び第２の比較器４２，４４は温度補償電圧発生回路３０からの温度補償電圧がそれぞれ入力される。第１の比較器４２には、基準電圧１と温度補償電圧が入力される。また第２の比較器４４には基準電圧２と温度補償電圧が入力される。
【００２２】
増幅回路５０は、第１及び第２のオペアンプ５２，５４と、可変抵抗回路である直列抵抗Ｒと、ゲイン調整回路６０と、から構成されている。
第１のオペアンプ５２の反転入力端子は、直列抵抗Ｒ間の端子と後述する複数のスイッチ素子を介して接続している。また非反転入力端子には固定電圧（ＶＲＥＦ１）が入力される。
【００２３】
直列抵抗Ｒは、本実施形態では４つの抵抗（Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄ）を直列に配置し、抵抗Ｒａの一端を外部制御電圧入力端子７０に接続させて、抵抗Ｒｄの一端を第１及び第２のオペアンプ５２，５４の間（第１のオペアンプ５２の出力端子と第２のオペアンプ５４の反転入力端子の間）に接続させている。なお直列抵抗Ｒを形成する抵抗数は任意に設定することができる。また、第１のオペアンプ５２のゲインは外部制御電圧ＶＣＯＮＴの端子と第１のオペアンプ５２の反転入力端子との間の抵抗値と、第１のオペアンプ５２の反転入力端子と第１のオペアンプ５２の出力端子との間の抵抗値（帰還抵抗値）との比で決まる。
第２のオペアンプ５４は、抵抗Ｒｅ，Ｒｆと反転増幅回路を構成している。第２のオペアンプ５４の非反転入力端子には固定電圧（ＶＲＥＦ２）が入力される。
【００２４】
ゲイン調整回路６０は、スイッチ素子６２とスイッチ制御回路６４とから構成されている。スイッチ素子６２は、直列抵抗Ｒ間の複数の端子と第１のオペアンプの反転入力端子との間に並列に接続している。本実施形態では３つのスイッチ素子６２ａ，６２ｂ，６２ｃを並列に接続させている。スイッチ素子６２には、後述するスイッチ制御回路６４からの制御信号が入力され、制御信号により、直列抵抗Ｒと第１のオペアンプ５２の間を断接している。
【００２５】
スイッチ制御回路６４は、温度補償電圧を予め定めた基準電圧との比較結果に応じてスイッチ素子６２を制御する回路である。本実施形態では、補償電圧検出回路４０の調整信号に基づいて、複数のスイッチ素子６２ａ〜６２ｃのオンオフ状態を切り替え制御している。
【００２６】
このような構成の前記増幅回路５０は、ＡＦＣ機能の役割を成し、調整されたＡＦＣ電圧を第２の可変容量素子２８ｂへ出力させている。すなわち具体的に増幅回路５０は、外部制御電圧入力端子７０からの外部制御電圧（ＶＣＯＮＴ）が、ゲイン調整回路６０を構成する第１のオペアンプ５２に入力される。第１のオペアンプ５２のゲイン調整は、複数の抵抗Ｒを調整することにより行なわれる。この電圧が第２のオペアンプ５４により増幅されてＡＦＣ電圧となり第２の可変容量素子２８ｂへ印加される。
【００２７】
上記構成による本発明の圧電発振器１０の作用について以下説明する。
温度補償電圧発生回路３０からの温度補償電圧が補償電圧検出回路４０に入力される。補償電圧検出回路４０では、温度補償電圧と予め定めた基準電圧１，２を比較している。
【００２８】
図２は温度と温度補償電圧および第１の可変容量素子２８ａの容量値の関係を示す説明図である。同図（１）の横軸は温度（℃）を示し、縦軸は温度補償電圧（Ｖ）及び第１の可変容量素子２８ａの容量値（ｐＦ）を示す。また図中の波線は、予め定めた２つの基準電圧１，２（基準電圧１＞基準電圧２）であり、基準電圧１及び２の間を温度補償電圧の基準領域Ａとしている。この基準領域Ａよりも高い電圧領域をＣとし、低い電圧領域をＢとしている。電圧領域Ｂと電圧領域Ｃとの間にある基準領域Ａの温度範囲には基準状態の温度である常温（約２５℃）が含まれる。
【００２９】
圧電発振器１０の基準状態とは、常温時の温度補償電圧を第２の可変容量素子２８ｂに印加した状態で、所望のＡＦＣ特性が得られるようゲイン調整回路６０を設定しＡＦＣ電圧を調整した状態である。
【００３０】
温度補償電圧に応じたＡＦＣゲインの調整は同図（２）に示すように、温度補償領域が基準領域Ａの場合、外部制御電圧自体が出力される調整信号を出力する。具体的に本実施例では、スイッチ制御回路６４からスイッチ素子６２ｂをオン状態とし、スイッチ素子６２ａ及び６２ｃをオフ状態とするスイッチ制御信号が出力される。外部制御電圧は第１及び第２のオペアンプ５２，５４で増幅されて第２の可変容量素子２８ｂへＡＦＣ電圧が出力される。
【００３１】
また温度補償電圧が領域Ｃでは、領域ＢとＣとに挟まれた基準領域ＡのときよりもＡＦＣゲインを増加させる調整信号を出力する。具体的に本実施例では、スイッチ制御回路６４からスイッチ素子６２ａをオン状態とし、スイッチ素子６２ｂ及び６２ｃをオフ状態とするスイッチ制御信号が出力される。外部制御電圧は第１及び第２のオペアンプ５２，５４で増加されて第２の可変容量素子２８ｂへＡＦＣ電圧が出力される。
【００３２】
一方、温度補償電圧が領域Ｂでは、領域ＢとＣとに挟まれた基準領域ＡのときよりもＡＦＣゲインを減少させる調整信号を出力する。具体的に本実施例では、スイッチ制御回路６４からスイッチ素子６２ｃをオン状態とし、スイッチ素子６２ａ及び６２ｂをオフ状態とするスイッチ制御信号が出力される。外部制御電圧は第１及び第２のオペアンプ５２，５４で減少されて第２の可変容量素子２８ｂへＡＦＣ電圧が出力される。
【００３３】
このように基準電圧（基準状態）に対して例えば温度補償電圧が第１の可変容量素子の容量値を減らすよう制御したときは第２の可変容量素子の単位あたりの容量値の変化に対して発振回路の負荷容量の変化量が小さくなり、これにより外部制御電圧ＶＣＯＮＴの単位あたりの電圧の変化に対しての周波数変化量として表されるＡＦＣ感度が小さくなってしまうが、補償電圧検出回路４０は、このＡＦＣ感度が小さくなるのを抑える働きをする。即ち、上述のようにＡＦＣ感度が小さくなるのを抑えるためには増幅回路５０の増幅率を上げて外部制御電圧ＶＣＯＮＴの単位あたりの電圧変化に対するＡＦＣ電圧の変化量を増加し、これにより外部制御電圧ＶＣＯＮＴの単位当たりの電圧変化に対する第２の可変容量素子の容量値の変化量を大きく調整すればよい。そのために補償電圧検出回路４０は、増幅回路５０のゲインが増加するようゲイン調整回路６０を制御するのに必要な調整信号を出力する。
【００３４】
図３は本発明の圧電発振器のＡＦＣ特性の説明図である。同図横軸は外部制御電圧（Ｖ）を示し、縦軸は発振周波数の偏差（ｐｐｍ）を示す。図示のように本発明の圧電発振器によれば、温度補償電圧により制御した調整信号をゲイン調整回路に出力して、ゲイン調整回路で外部制御電圧の増幅率を調整することができる。調整された周波数制御電圧を第２の可変容量素子へ出力させて、温度変化によるＡＦＣ特性の影響を抑制する効果が得られる。
【００３５】
次に本発明の圧電発振器の変形例１について以下説明する。図４は本発明の圧電発振器の変形例１の構成概略を示す図である。変形例１の圧電発振器１０Ａは、ＯＮ抵抗を備えた増幅回路５０Ａと、温度補償電圧が入力する補償電圧制御回路８０とを備えた構成としている。また発振回路２０Ａは複数の可変容量素子２８ｃ，２８ｄ，２８ｅ，２８ｆを並列接続させている。その他の構成は図１に示す構成と同様であり、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３６】
補償電圧制御回路８０は、オペアンプ８２と抵抗Ｒｇ，Ｒｈとで構成されており、オペアンプ８２の反転入力端子には固定電圧（ＶＲＥＦ３）が入力され、非反転入力端子には温度補償電圧発生回路３０からの温度補償電圧が入力される。
【００３７】
増幅回路５０Ａは、可変抵抗回路６６を備えている。可変抵抗回路６６には補償電圧制御回路８０からの調整信号が入力される。本実施形態の可変抵抗回路６６は、一例としてトランジスタのＯＮ抵抗としてＮｃｈＭＯＳトランジスタ等を用いることができる。
【００３８】
上記構成による変形例１の圧電発振器１０Ａは、温度補償電圧が入力された補償電圧制御回路８０では、温度補償電圧の変化量に応じて増幅される。次に調整信号がゲイン調整回路６０Ａの可変抵抗回路６６に入力される。可変抵抗回路６６では、入力された調整信号に応じて抵抗値が変化するのでゲインの増幅量を調整することができる。なお変形例１の発振回路２０Ａは、複数の可変容量素子２８を並列接続させている。このため、図１に示す可変容量素子を直列接続させた構成と逆の調整となる。すなわち、補償電圧制御回路８０は、基準電圧（基準状態）に対して温度補償電圧により第１の可変容量素子の容量値を増減制御したことにより発振回路のＡＦＣ感度が変化したとき、このＡＦＣ感度の変化を小さく抑えるように増幅回路５０のゲインを調整するための調整信号を出力している。
【００３９】
このような変形例１の圧電発振器によれば、温度補償電圧による負荷容量の変化に対してゲイン調整の微調整によるＡＦＣ特性が得られ、安定した周波数が得られる。またＡＦＣと温度補償の可変容量素子を独立に設けることができ、個々で独立した電圧設定ができる。リニアな温度補償だけでなく、複雑な温度補償方式でもＡＦＣゲインの可変が可能となる。
【００４０】
次に本発明の圧電発振器の変形例２について以下説明する。図５は本発明の圧電発振器の変形例２の構成概略を示す図である。変形例２の圧電発振器１０Ｂは、図１に示す圧電発振器１０の構成において、増幅回路５０と補償電圧検出回路４０の間にラッチ回路１００を設けた構成である。また圧電発振器１０Ｂの複数の可変容量素子２８は、並列接続させている。その他の構成は圧電発振器１０と同様の構成であり、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４１】
変形例２の圧電発振器１０Ｂのラッチ回路１００は、一例としてスイッチ素子６２とスイッチ制御回路６４の間に形成している。ラッチ回路１００は、外部制御電圧と、スイッチ制御回路６４からの調整信号が入力される。ラッチ回路１００は、予め外部制御電圧のセンター値を基準値として定め、センター値のときにスイッチ制御回路６４の信号をスイッチ素子に伝達し、センター値以外のときにはスイッチ制御回路６４の信号が変化してもスイッチ素子には伝達されないように動作する。なお基準となるセンター値の電圧のノイズによってラッチ回路が誤作動しないようにＶＣＯＮＴ電圧の入力部にはヒステリシス機能を設けてもよい。
【００４２】
上記構成による変形例２の圧電発振器１０Ｂは、図１と同様に補償電圧検出回路４０において基準電圧１，２と温度補償電圧に基づいて調整信号をスイッチ制御回路６４に出力している。このとき、変形例２の圧電発振器１０Ｂは、複数の可変容量素子を並列接続させているため、変形例１に示すように、基準電圧に対して温度補償電圧により第１の可変容量素子の容量値が増加したとき、増幅回路５０のゲインを増加させ、または基準電圧に対して温度補償電圧により第１の可変容量素子の容量値を増減制御したことにより第１の可変容量素子の容量値が減少したとき、増幅回路５０のゲインを減少させる調整信号を出力している。
【００４３】
そしてスイッチ制御回路６４は、図２（１）に示すように温度補償領域が基準領域Ａの場合、外部制御電圧自体が出力される調整信号を出力する。具体的に本実施例では、スイッチ制御回路６４からスイッチ素子６２ｂをオン状態とし、スイッチ素子６２ａ及び６２ｃをオフ状態とするスイッチ制御信号が後段のラッチ回路１００へ出力される。
【００４４】
また温度補償電圧が領域Ｃでは、領域Ｂと領域Ｃとに挟まれた基準領域ＡのときよりもＡＦＣゲインを減少させる調整信号を出力する。具体的に本実施例では、スイッチ制御回路６４からスイッチ素子６２ｃをオン状態とし、スイッチ素子６２ａ及び６２ｂをオフ状態とするスイッチ制御信号が後段のラッチ回路１００へ出力される。
【００４５】
一方、温度補償電圧が領域Ｂでは、領域Ｂと領域Ｃとに挟まれた基準領域ＡのときよりもＡＦＣゲインを増加させる調整信号を出力する。具体的に本実施例では、スイッチ制御回路６４からスイッチ素子６２ａをオン状態とし、スイッチ素子６２ｂ及び６２ｃをオフ状態とするスイッチ制御信号が後段のラッチ回路１００へ出力される。
【００４６】
ラッチ回路１００では、前段のスイッチ制御回路６４からのスイッチ制御信号と、外部制御電圧入力端子７０から外部制御電圧が入力され、予め定めた外部制御電圧のセンター値が入力されたとき、スイッチ制御回路６４からのスイッチ制御信号をスイッチ素子６２ａ，６２ｂ，６２ｃへ出力している。
【００４７】
このような変形例２の圧電発振器１０Ｂによれば、ゲインを調整するタイミングを外部制御電圧がセンター値のときに合わせることができ、周波数変動を抑制することができる。したがって外部制御電圧がセンター値以外の状態でゲインを変えることによるＡＦＣ電圧が変化して周波数が変動することを防止できる。
【符号の説明】
【００４８】
１………温度補償型水晶発振器、２………発振回路、３………ＡＦＣ回路、４………温度補償回路、１０、１０Ａ、１０Ｂ………圧電発振器、２０………発振回路、２２………帰還抵抗、２４………インバーター素子、２６………圧電振動子、２８………可変容量素子、３０………温度補償電圧発生回路、３２………１次電圧発生回路、３４………３次電圧発生回路、３６………温度センサー、４０………補償電圧検出回路、４２………第１の比較器、４４………第２の比較器、５０………増幅回路、５２………第１のオペアンプ、５４………第２のオペアンプ、６０………ゲイン調整回路、６２………スイッチ素子、６４………スイッチ制御回路、６６………可変抵抗回路、７０………外部制御電圧入力端子、８０………補償電圧制御回路、９０………ＡＦＣ回路、１００………ラッチ回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子の発振周波数の温度補償を行う圧電発振器に関し、特に温度補償機能とＡＦＣ（Ａｕｔｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）機能を備えた圧電発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は従来の温度補償型水晶発振器の回路構成を示す説明図である。図示のように温度補償型水晶発振器１は、インバーター素子を用いた発振回路２にＭＯＳ型電圧可変容量素子を用いた温度補償回路３と、ＭＯＳ型電圧可変容量素子を用いたＡＦＣ回路４と、を付加している。温度補償回路３は、１次電圧発生回路と３次電圧発生回路とで構成されており、水晶振動子自身が持つ本来の周波数温度特性を打ち消すために、発振回路２内の可変容量素子に温度補償電圧を印加して、例えば水晶振動子の３次曲線の温度特性を打ち消すように周波数を可変させて発振周波数を安定化させている。ＩＣ化された発振器では、ＡＦＣ回路４をオペアンプで構成している。すなわちオペアンプの抵抗値を制御することで外部制御電圧のゲインを任意に変更し、ＩＣの電気的特性にばらつきを補正することにより、ユーザーの任意の仕様に合わせたＡＦＣ特性が得られるように調整することができる。このＡＦＣ回路４は、ユーザーが使用する機能であり、外部制御電圧に対して所望の周波数可変を得るための機能である。ＡＦＣ機能は、ユーザーごとに、外部制御電圧範囲や、必要とする周波数可変幅が異なっている。
このような温度補償回路とＡＦＣ回路を備えた水晶発振器が特許文献１、２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２１７６４３号公報
【特許文献２】特開２００７−１９５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図７は、従来の温度補償型水晶発振器のＡＦＣ特性を示す説明図である。同図の横軸は外部制御電圧（Ｖ）を示し、縦軸は発振周波数の偏差（ｐｐｍ）を示している。従来の温度補償型水晶発振器に温度補償回路とＡＦＣ回路が共存する温度補償型水晶発振器の場合、基準状態である常温においてＡＦＣ回路を最適設計しても、図示のように、そのＡＦＣ特性は温度特性があるので温度によって異なる特性となる。これは温度補償用の可変容量素子Ｄ１が温度補償電圧によって容量変化し、これにより発振回路の負荷容量が変化しているにもかかわらず、ＡＦＣ回路の外部制御電圧による可変容量素子Ｄ２の制御条件が基準状態と同じであるので、基準状態とその他の温度状態のときとの間で外部制御電圧の変化に対する周波数変化特性（ＡＦＣ感度）に差が生じてしまう。
【０００５】
そこで本発明は、従来技術の問題点を解決するため、温度補償機能とＡＦＣ機能を備えた回路構成において、温度補償機能とＡＦＣ機能が互いに影響を及ぼすことがなく、高精度の温度補償を実現できる圧電発振器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
〔適用例１〕圧電振動子と、発振用増幅回路と、電圧制御型の第１及び第２の可変容量素子と、を備えた発振回路と、前記第１の可変容量素子の値を増減制御して前記発振回路の周波数温度特性を補償するための温度補償電圧を出力する温度補償電圧発生回路と、前記温度補償電圧により制御した調整信号を出力する補償電圧検出回路と、前記調整信号を受けて外部制御電圧の増幅率の調整を行なうゲイン調整回路を備え、前記第２の可変容量素子を制御するための周波数制御電圧を出力する増幅回路と、を備えたことを特徴とする圧電発振器。
【０００７】
補償電圧検出回路で温度補償電圧により制御した調整信号を発生させて、ゲイン調整回路で外部制御電圧の増幅率を調整し、調整された周波数制御電圧を第２の可変容量素子へ出力させることができる。したがって、温度補償用の可変容量を温度補償電圧によって容量変化させても、温度補償電圧に応じてＡＦＣ電圧を制御しているので、ＡＦＣ側の可変容量に及ぼす影響を回避し、安定したＡＦＣ特性を得ることができる。
【０００８】
〔適用例２〕前記温度補償電圧が前記第１の可変容量素子の値を増減制御したことで基準状態のときよりも前記外部制御電圧の単位電圧における周波数変化量が増減するとき、前記周波数変化量の増減を抑えるように前記第２の可変容量素子を制御するための前記周波数制御電圧を発生させるように前記補償電圧検出回路が前記ゲイン調整回路を制御して前記増幅回路のゲインを調整する前記調整信号を出力することを特徴とする適用例１に記載の圧電発振器。
【０００９】
本発明の圧電発振器は常温時の温度補償電圧を第２の可変容量素子に印加した状態で、所望のＡＦＣ特性が得られるようＡＦＣ電圧を調整した状態を基準状態とし、具体的に調整信号は、温度補償電圧が第１の可変容量素子の値を増減制御したことで基準状態のときよりも外部制御電圧の単位電圧における周波数変化量が増減するとき、周波数変化量の増減を抑えるように第２の可変容量素子を制御するための周波数制御電圧を発生させるように増幅回路のゲインを調整している。したがって、温度補償用の可変容量を温度補償電圧によって容量変化させても、温度補償電圧に応じてＡＦＣ電圧を制御しているので、ＡＦＣ側の可変容量に及ぼす影響を回避し、安定したＡＦＣ特性を得ることができる。
【００１０】
〔適用例３〕適用例１または適用例２に記載の圧電発振器において、前記増幅回路は、オペアンプと、可変抵抗回路と、を備え、前記ゲイン調整回路は、前記調整信号により前記可変抵抗回路の抵抗値を制御することを特徴とする圧電発振器。
【００１１】
これにより補償電圧検出回路から出力された調整信号に基づいて、オペアンプの抵抗値を制御することができる。したがって外部制御電圧をデジタル的にゲイン調整することができる。
【００１２】
〔適用例４〕適用例１または適用例２に記載の圧電発振器において、前記増幅回路は、オペアンプと、複数の抵抗からなる直列抵抗と、を備え、前記ゲイン調整回路は、前記直列抵抗の抵抗間と前記オペアンプの入力端子との間に前記調整信号によりスイッチ素子のオンオフ状態を制御するスイッチ制御回路を備えたことを特徴とする圧電発振器。
【００１３】
これにより補償電圧検出回路から出力された調整信号に基づいて、複数のスイッチ素子のオンオフ状態を制御してオペアンプの抵抗値を制御することができる。したがって外部制御電圧をデジタル的にゲイン調整することができる。
【００１４】
〔適用例５〕前記増幅回路と前記補償電圧検出回路との間に、前記外部制御電圧が入力され、前記外部制御電圧のセンター値の出力になるまでラッチするラッチ回路を備えたことを特徴とする適用例４に記載の圧電発振器。
【００１５】
これにより、ゲイン調整するタイミングを外部制御電圧がセンター値のときに合わせることができ、周波数変動を抑制することができる。したがってセンター値以外のゲイン調整によりＡＦＣ電圧が変化して周波数が変動することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の圧電発振器の構成概略を示す図である。
【図２】温度と温度補償電圧および第１の可変容量素子の容量値の関係を示す説明図である。
【図３】本発明の圧電発振器のＡＦＣ特性を示す説明図である。
【図４】本発明の圧電発振器の変形例１の構成概略を示す図である。
【図５】本発明の圧電発振器の変形例２の構成概略を示す図である。
【図６】従来の温度補償型水晶発振器の回路構成を示す説明図である。
【図７】従来の温度補償型水晶発振器のＡＦＣ特性を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の圧電発振器の実施形態を添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１は本発明の圧電発振器の構成概略を示す図である。図示のように本発明の圧電発振器１０は、発振回路２０と、温度補償電圧発生回路３０と、補償電圧検出回路４０と、増幅回路５０とを主な構成要件としている。
【００１８】
発振回路２０は、発振用増幅回路を形成する帰還抵抗２２とインバーター素子２４と、圧電振動子２６と電圧制御型の複数の可変容量素子２８とコンデンサーＣ１，Ｃ２から構成されている。
【００１９】
可変容量素子２８は、一例としてＭＯＳ型の電圧可変容量素子を適用することができる。第２の可変容量素子２８ｂのゲート端子は、コンデンサーＣ１を介してインバーター素子２４の入力端側に接続し、第１の可変容量素子２８ａのゲート端子は、コンデンサーＣ２を介してインバーター素子２４の出力端側に接続され、第１及び第２の可変容量素子２８ａ，２８ｂのバックゲート端子は接地されている。そして第２の可変容量素子２８ｂのゲート端子とコンデンサーＣ１の間の接続点に抵抗Ｒ１を介して、後述する増幅回路５０からのＡＦＣ電圧（周波数制御電圧）が供給される。一方、第１の可変容量素子２８ａのゲート端子とコンデンサーＣ２の間の接続点に抵抗Ｒ２を介して、後述する温度補償電圧発生回路３０からの温度補償電圧（Ｖｃｏｍｐ）が供給される。
【００２０】
温度補償電圧発生回路３０は、１次電圧発生回路３２と３次電圧発生回路３４と温度センサー３６から構成されている。高精度の温度補償を必要とする場合は、４次以上の次数の電圧発生回路を有する。１次電圧発生回路３２及び３次電圧発生回路３４には、温度センサー３６の出力電圧が入力されるように接続されている。そして１次電圧発生回路の出力電圧と３次電圧発生回路の出力電圧とを加算して得られた温度補償電圧を第１の可変容量素子２８ａへ印加して、温度センサー３６の出力電圧に応じて発振周波数を微調整するようにしている。
【００２１】
補償電圧検出回路４０は、複数の比較器から構成されている。補償電圧検出回路４０は、温度補償電圧発生回路３０と第１の可変容量素子２８ａとの間に接続している。補償電圧検出回路４０は、予め定めた基準電圧で区分けした電圧範囲に対して、温度補償電圧発生回路から出力された補償電圧がどの電圧範囲に属しているかを判断し、補償電圧の状況に応じてＡＦＣ特性の温度補償を行うために第２の可変容量素子２８ｂの値を変化させる調整信号を出力する回路である。本実施形態の補償電圧検出回路４０は、第１及び第２の比較器４２，４４から構成されており、任意の基準電圧を２つ（基準電圧１＞基準電圧２）設定している。第１及び第２の比較器４２，４４は温度補償電圧発生回路３０からの温度補償電圧がそれぞれ入力される。第１の比較器４２には、基準電圧１と温度補償電圧が入力される。また第２の比較器４４には基準電圧２と温度補償電圧が入力される。
【００２２】
増幅回路５０は、第１及び第２のオペアンプ５２，５４と、可変抵抗回路である直列抵抗Ｒと、ゲイン調整回路６０と、から構成されている。
第１のオペアンプ５２の反転入力端子は、直列抵抗Ｒ間の端子と後述する複数のスイッチ素子を介して接続している。また非反転入力端子には固定電圧（ＶＲＥＦ１）が入力される。
【００２３】
直列抵抗Ｒは、本実施形態では４つの抵抗（Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄ）を直列に配置し、抵抗Ｒａの一端を外部制御電圧入力端子７０に接続させて、抵抗Ｒｄの一端を第１及び第２のオペアンプ５２，５４の間（第１のオペアンプ５２の出力端子と第２のオペアンプ５４の反転入力端子の間）に接続させている。なお直列抵抗Ｒを形成する抵抗数は任意に設定することができる。また、第１のオペアンプ５２のゲインは外部制御電圧ＶＣＯＮＴの端子と第１のオペアンプ５２の反転入力端子との間の抵抗値と、第１のオペアンプ５２の反転入力端子と第１のオペアンプ５２の出力端子との間の抵抗値（帰還抵抗値）との比で決まる。
第２のオペアンプ５４は、抵抗Ｒｅ，Ｒｆと反転増幅回路を構成している。第２のオペアンプ５４の非反転入力端子には固定電圧（ＶＲＥＦ２）が入力される。
【００２４】
ゲイン調整回路６０は、スイッチ素子６２とスイッチ制御回路６４とから構成されている。スイッチ素子６２は、直列抵抗Ｒ間の複数の端子と第１のオペアンプの反転入力端子との間に並列に接続している。本実施形態では３つのスイッチ素子６２ａ，６２ｂ，６２ｃを並列に接続させている。スイッチ素子６２には、後述するスイッチ制御回路６４からの制御信号が入力され、制御信号により、直列抵抗Ｒと第１のオペアンプ５２の間を断接している。
【００２５】
スイッチ制御回路６４は、温度補償電圧を予め定めた基準電圧との比較結果に応じてスイッチ素子６２を制御する回路である。本実施形態では、補償電圧検出回路４０の調整信号に基づいて、複数のスイッチ素子６２ａ〜６２ｃのオンオフ状態を切り替え制御している。
【００２６】
このような構成の前記増幅回路５０は、ＡＦＣ機能の役割を成し、調整されたＡＦＣ電圧を第２の可変容量素子２８ｂへ出力させている。すなわち具体的に増幅回路５０は、外部制御電圧入力端子７０からの外部制御電圧（ＶＣＯＮＴ）が、ゲイン調整回路６０を構成する第１のオペアンプ５２に入力される。第１のオペアンプ５２のゲイン調整は、複数の抵抗Ｒを調整することにより行なわれる。この電圧が第２のオペアンプ５４により増幅されてＡＦＣ電圧となり第２の可変容量素子２８ｂへ印加される。
【００２７】
上記構成による本発明の圧電発振器１０の作用について以下説明する。
温度補償電圧発生回路３０からの温度補償電圧が補償電圧検出回路４０に入力される。補償電圧検出回路４０では、温度補償電圧と予め定めた基準電圧１，２を比較している。
【００２８】
図２は温度と温度補償電圧および第１の可変容量素子２８ａの容量値の関係を示す説明図である。同図（１）の横軸は温度（℃）を示し、縦軸は温度補償電圧（Ｖ）及び第１の可変容量素子２８ａの容量値（ｐＦ）を示す。また図中の波線は、予め定めた２つの基準電圧１，２（基準電圧１＞基準電圧２）であり、基準電圧１及び２の間を温度補償電圧の基準領域Ａとしている。この基準領域Ａよりも高い電圧領域をＣとし、低い電圧領域をＢとしている。電圧領域Ｂと電圧領域Ｃとの間にある基準領域Ａの温度範囲には基準状態の温度である常温（約２５℃）が含まれる。
【００２９】
圧電発振器１０の基準状態とは、常温時の温度補償電圧を第２の可変容量素子２８ｂに印加した状態で、所望のＡＦＣ特性が得られるようゲイン調整回路６０を設定しＡＦＣ電圧を調整した状態である。
【００３０】
温度補償電圧に応じたＡＦＣゲインの調整は同図（２）に示すように、温度補償領域が基準領域Ａの場合、外部制御電圧自体が出力される調整信号を出力する。具体的に本実施例では、スイッチ制御回路６４からスイッチ素子６２ｂをオン状態とし、スイッチ素子６２ａ及び６２ｃをオフ状態とするスイッチ制御信号が出力される。外部制御電圧は第１及び第２のオペアンプ５２，５４で増幅されて第２の可変容量素子２８ｂへＡＦＣ電圧が出力される。
【００３１】
また温度補償電圧が領域Ｃでは、領域ＢとＣとに挟まれた基準領域ＡのときよりもＡＦＣゲインを増加させる調整信号を出力する。具体的に本実施例では、スイッチ制御回路６４からスイッチ素子６２ａをオン状態とし、スイッチ素子６２ｂ及び６２ｃをオフ状態とするスイッチ制御信号が出力される。外部制御電圧は第１及び第２のオペアンプ５２，５４で増加されて第２の可変容量素子２８ｂへＡＦＣ電圧が出力される。
【００３２】
一方、温度補償電圧が領域Ｂでは、領域ＢとＣとに挟まれた基準領域ＡのときよりもＡＦＣゲインを減少させる調整信号を出力する。具体的に本実施例では、スイッチ制御回路６４からスイッチ素子６２ｃをオン状態とし、スイッチ素子６２ａ及び６２ｂをオフ状態とするスイッチ制御信号が出力される。外部制御電圧は第１及び第２のオペアンプ５２，５４で減少されて第２の可変容量素子２８ｂへＡＦＣ電圧が出力される。
【００３３】
このように基準電圧（基準状態）に対して例えば温度補償電圧が第１の可変容量素子の容量値を減らすよう制御したときは第２の可変容量素子の単位あたりの容量値の変化に対して発振回路の負荷容量の変化量が小さくなり、これにより外部制御電圧ＶＣＯＮＴの単位あたりの電圧の変化に対しての周波数変化量として表されるＡＦＣ感度が小さくなってしまうが、補償電圧検出回路４０は、このＡＦＣ感度が小さくなるのを抑える働きをする。即ち、上述のようにＡＦＣ感度が小さくなるのを抑えるためには増幅回路５０の増幅率を上げて外部制御電圧ＶＣＯＮＴの単位あたりの電圧変化に対するＡＦＣ電圧の変化量を増加し、これにより外部制御電圧ＶＣＯＮＴの単位当たりの電圧変化に対する第２の可変容量素子の容量値の変化量を大きく調整すればよい。そのために補償電圧検出回路４０は、増幅回路５０のゲインが増加するようゲイン調整回路６０を制御するのに必要な調整信号を出力する。
【００３４】
図３は本発明の圧電発振器のＡＦＣ特性の説明図である。同図横軸は外部制御電圧（Ｖ）を示し、縦軸は発振周波数の偏差（ｐｐｍ）を示す。図示のように本発明の圧電発振器によれば、温度補償電圧により制御した調整信号をゲイン調整回路に出力して、ゲイン調整回路で外部制御電圧の増幅率を調整することができる。調整された周波数制御電圧を第２の可変容量素子へ出力させて、温度変化によるＡＦＣ特性の影響を抑制する効果が得られる。
【００３５】
次に本発明の圧電発振器の変形例１について以下説明する。図４は本発明の圧電発振器の変形例１の構成概略を示す図である。変形例１の圧電発振器１０Ａは、ＯＮ抵抗を備えた増幅回路５０Ａと、温度補償電圧が入力する補償電圧制御回路８０とを備えた構成としている。また発振回路２０Ａは複数の可変容量素子２８ｃ，２８ｄ，２８ｅ，２８ｆを並列接続させている。その他の構成は図１に示す構成と同様であり、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３６】
補償電圧制御回路８０は、オペアンプ８２と抵抗Ｒｇ，Ｒｈとで構成されており、オペアンプ８２の反転入力端子には固定電圧（ＶＲＥＦ３）が入力され、非反転入力端子には温度補償電圧発生回路３０からの温度補償電圧が入力される。
【００３７】
増幅回路５０Ａは、可変抵抗回路６６を備えている。可変抵抗回路６６には補償電圧制御回路８０からの調整信号が入力される。本実施形態の可変抵抗回路６６は、一例としてトランジスタのＯＮ抵抗としてＮｃｈＭＯＳトランジスタ等を用いることができる。
【００３８】
上記構成による変形例１の圧電発振器１０Ａは、温度補償電圧が入力された補償電圧制御回路８０では、温度補償電圧の変化量に応じて増幅される。次に調整信号がゲイン調整回路６０Ａの可変抵抗回路６６に入力される。可変抵抗回路６６では、入力された調整信号に応じて抵抗値が変化するのでゲインの増幅量を調整することができる。なお変形例１の発振回路２０Ａは、複数の可変容量素子２８を並列接続させている。このため、図１に示す可変容量素子を直列接続させた構成と逆の調整となる。すなわち、補償電圧制御回路８０は、基準電圧（基準状態）に対して温度補償電圧により第１の可変容量素子の容量値を増減制御したことにより発振回路のＡＦＣ感度が変化したとき、このＡＦＣ感度の変化を小さく抑えるように増幅回路５０のゲインを調整するための調整信号を出力している。
【００３９】
このような変形例１の圧電発振器によれば、温度補償電圧による負荷容量の変化に対してゲイン調整の微調整によるＡＦＣ特性が得られ、安定した周波数が得られる。またＡＦＣと温度補償の可変容量素子を独立に設けることができ、個々で独立した電圧設定ができる。リニアな温度補償だけでなく、複雑な温度補償方式でもＡＦＣゲインの可変が可能となる。
【００４０】
次に本発明の圧電発振器の変形例２について以下説明する。図５は本発明の圧電発振器の変形例２の構成概略を示す図である。変形例２の圧電発振器１０Ｂは、図１に示す圧電発振器１０の構成において、増幅回路５０と補償電圧検出回路４０の間にラッチ回路１００を設けた構成である。また圧電発振器１０Ｂの複数の可変容量素子２８は、並列接続させている。その他の構成は圧電発振器１０と同様の構成であり、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４１】
変形例２の圧電発振器１０Ｂのラッチ回路１００は、一例としてスイッチ素子６２とスイッチ制御回路６４の間に形成している。ラッチ回路１００は、外部制御電圧と、スイッチ制御回路６４からの調整信号が入力される。ラッチ回路１００は、予め外部制御電圧のセンター値を基準値として定め、センター値のときにスイッチ制御回路６４の信号をスイッチ素子に伝達し、センター値以外のときにはスイッチ制御回路６４の信号が変化してもスイッチ素子には伝達されないように動作する。なお基準となるセンター値の電圧のノイズによってラッチ回路が誤作動しないようにＶＣＯＮＴ電圧の入力部にはヒステリシス機能を設けてもよい。
【００４２】
上記構成による変形例２の圧電発振器１０Ｂは、図１と同様に補償電圧検出回路４０において基準電圧１，２と温度補償電圧に基づいて調整信号をスイッチ制御回路６４に出力している。このとき、変形例２の圧電発振器１０Ｂは、複数の可変容量素子を並列接続させているため、変形例１に示すように、基準電圧に対して温度補償電圧により第１の可変容量素子の容量値が増加したとき、増幅回路５０のゲインを増加させ、または基準電圧に対して温度補償電圧により第１の可変容量素子の容量値を増減制御したことにより第１の可変容量素子の容量値が減少したとき、増幅回路５０のゲインを減少させる調整信号を出力している。
【００４３】
そしてスイッチ制御回路６４は、図２（１）に示すように温度補償領域が基準領域Ａの場合、外部制御電圧自体が出力される調整信号を出力する。具体的に本実施例では、スイッチ制御回路６４からスイッチ素子６２ｂをオン状態とし、スイッチ素子６２ａ及び６２ｃをオフ状態とするスイッチ制御信号が後段のラッチ回路１００へ出力される。
【００４４】
また温度補償電圧が領域Ｃでは、領域Ｂと領域Ｃとに挟まれた基準領域ＡのときよりもＡＦＣゲインを減少させる調整信号を出力する。具体的に本実施例では、スイッチ制御回路６４からスイッチ素子６２ｃをオン状態とし、スイッチ素子６２ａ及び６２ｂをオフ状態とするスイッチ制御信号が後段のラッチ回路１００へ出力される。
【００４５】
一方、温度補償電圧が領域Ｂでは、領域Ｂと領域Ｃとに挟まれた基準領域ＡのときよりもＡＦＣゲインを増加させる調整信号を出力する。具体的に本実施例では、スイッチ制御回路６４からスイッチ素子６２ａをオン状態とし、スイッチ素子６２ｂ及び６２ｃをオフ状態とするスイッチ制御信号が後段のラッチ回路１００へ出力される。
【００４６】
ラッチ回路１００では、前段のスイッチ制御回路６４からのスイッチ制御信号と、外部制御電圧入力端子７０から外部制御電圧が入力され、予め定めた外部制御電圧のセンター値が入力されたとき、スイッチ制御回路６４からのスイッチ制御信号をスイッチ素子６２ａ，６２ｂ，６２ｃへ出力している。
【００４７】
このような変形例２の圧電発振器１０Ｂによれば、ゲインを調整するタイミングを外部制御電圧がセンター値のときに合わせることができ、周波数変動を抑制することができる。したがって外部制御電圧がセンター値以外の状態でゲインを変えることによるＡＦＣ電圧が変化して周波数が変動することを防止できる。
【符号の説明】
【００４８】
１………温度補償型水晶発振器、２………発振回路、３………ＡＦＣ回路、４………温度補償回路、１０、１０Ａ、１０Ｂ………圧電発振器、２０………発振回路、２２………帰還抵抗、２４………インバーター素子、２６………圧電振動子、２８………可変容量素子、３０………温度補償電圧発生回路、３２………１次電圧発生回路、３４………３次電圧発生回路、３６………温度センサー、４０………補償電圧検出回路、４２………第１の比較器、４４………第２の比較器、５０………増幅回路、５２………第１のオペアンプ、５４………第２のオペアンプ、６０………ゲイン調整回路、６２………スイッチ素子、６４………スイッチ制御回路、６６………可変抵抗回路、７０………外部制御電圧入力端子、８０………補償電圧制御回路、９０………ＡＦＣ回路、１００………ラッチ回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子と、発振用増幅回路と、電圧制御型の第１及び第２の可変容量素子と、を備えた発振回路と、
前記第１の可変容量素子の値を増減制御して前記発振回路の周波数温度特性を補償するための温度補償電圧を出力する温度補償電圧発生回路と、
前記温度補償電圧により制御した調整信号を出力する補償電圧検出回路と、
前記調整信号を受けて外部制御電圧の増幅率の調整を行なうゲイン調整回路を備え、前記第２の可変容量素子を制御するための周波数制御電圧を出力する増幅回路と、
を備えたことを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
前記温度補償電圧が前記第１の可変容量素子の値を増減制御したことで基準状態のときよりも前記外部制御電圧の単位電圧における周波数変化量が増減するとき、前記周波数変化量の増減を抑えるように前記第２の可変容量素子を制御するための前記周波数制御電圧を発生させるように前記補償電圧検出回路が前記ゲイン調整回路を制御して前記増幅回路のゲインを調整する前記調整信号を出力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】
請求項１または請求項２に記載の圧電発振器において、
前記増幅回路は、オペアンプと、可変抵抗回路と、を備え、
前記ゲイン調整回路は、前記調整信号により前記可変抵抗回路の抵抗値を制御することを特徴とする圧電発振器。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の圧電発振器において、
前記増幅回路は、オペアンプと、複数の抵抗からなる直列抵抗と、を備え、
前記ゲイン調整回路は、前記直列抵抗の抵抗間と前記オペアンプの入力端子との間に前記調整信号によりスイッチ素子のオンオフ状態を制御するスイッチ制御回路を備えたことを特徴とする圧電発振器。
【請求項５】
前記増幅回路と前記補償電圧検出回路との間に、前記外部制御電圧が入力され、前記外部制御電圧のセンター値の出力になるまでラッチするラッチ回路を備えたことを特徴とする請求項４に記載の圧電発振器。
【請求項１】
圧電振動子と、発振用増幅回路と、電圧制御型の第１及び第２の可変容量素子と、を備えた発振回路と、
前記第１の可変容量素子の値を増減制御して前記発振回路の周波数温度特性を補償するための温度補償電圧を出力する温度補償電圧発生回路と、
前記温度補償電圧により制御した調整信号を出力する補償電圧検出回路と、
前記調整信号を受けて外部制御電圧の増幅率の調整を行なうゲイン調整回路を備え、前記第２の可変容量素子を制御するための周波数制御電圧を出力する増幅回路と、
を備えたことを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
前記温度補償電圧が前記第１の可変容量素子の値を増減制御したことで基準状態のときよりも前記外部制御電圧の単位電圧における周波数変化量が増減するとき、前記周波数変化量の増減を抑えるように前記第２の可変容量素子を制御するための前記周波数制御電圧を発生させるように前記補償電圧検出回路が前記ゲイン調整回路を制御して前記増幅回路のゲインを調整する前記調整信号を出力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】
請求項１または請求項２に記載の圧電発振器において、
前記増幅回路は、オペアンプと、可変抵抗回路と、を備え、
前記ゲイン調整回路は、前記調整信号により前記可変抵抗回路の抵抗値を制御することを特徴とする圧電発振器。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の圧電発振器において、
前記増幅回路は、オペアンプと、複数の抵抗からなる直列抵抗と、を備え、
前記ゲイン調整回路は、前記直列抵抗の抵抗間と前記オペアンプの入力端子との間に前記調整信号によりスイッチ素子のオンオフ状態を制御するスイッチ制御回路を備えたことを特徴とする圧電発振器。
【請求項５】
前記増幅回路と前記補償電圧検出回路との間に、前記外部制御電圧が入力され、前記外部制御電圧のセンター値の出力になるまでラッチするラッチ回路を備えたことを特徴とする請求項４に記載の圧電発振器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１６１５３２（Ｐ２０１０−１６１５３２Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３７９（Ｐ２００９−１３７９）
【出願日】平成２１年１月７日（２００９．１．７）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月７日（２００９．１．７）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]