温度補償型発振器および電子機器
【課題】実装する機器側の入力インピーダンスに整合するような温度補償型圧電発振器を得る。
【解決手段】温度を検出する温度センサ１０と、温度センサ１０の温度検出結果に応じた補償電圧を発生する補償電圧発生回路１１と、圧電振動子６を備え補償電圧に基づいて所定の発振周波数で発振する発振回路１２と、発振回路１２の発振出力をバッファするバッファ回路１３と、各種情報を記憶するメモリ１４と、を備え、バッファ回路１３は、発振回路１２の発振出力を増幅する増幅回路と、増幅回路の出力に設けられ容量を選択可能な容量回路と、を有し、メモリ１４により容量回路の容量を設定するようにした。
【解決手段】温度を検出する温度センサ１０と、温度センサ１０の温度検出結果に応じた補償電圧を発生する補償電圧発生回路１１と、圧電振動子６を備え補償電圧に基づいて所定の発振周波数で発振する発振回路１２と、発振回路１２の発振出力をバッファするバッファ回路１３と、各種情報を記憶するメモリ１４と、を備え、バッファ回路１３は、発振回路１２の発振出力を増幅する増幅回路と、増幅回路の出力に設けられ容量を選択可能な容量回路と、を有し、メモリ１４により容量回路の容量を設定するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度補償型圧電発振器に関し、特に搭載する各種電子機器とのインピーダンス整合を考慮した温度補償型圧電発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、圧電発振器は周波数安定度、小型軽量、低価格等により携帯電話等の通信機器から水晶時計のような民生機器まで、多くの分野で用いられている。中でも圧電振動子の周波数温度特性を補償した温度補償型圧電発振器（ＴＣＸＯ）は、周波数安定度を必要とする携帯電話等に広く用いられている。一般に圧電発振器は、圧電発振器を搭載する機器側の電気回路からの影響を小さくするため、バッファアンプ（緩衝増幅器）を出力部に設けている場合が多い。
特許文献１には緩衝増幅器を出力部に備えた水晶発振器が開示されている。
図７は、水晶発振器５０の構成を示す回路図であり、増幅器５１と、帰還抵抗５２と、圧電振動子５３と、２つの負荷容量５４、５５と、緩衝増幅器５６と、を備えている。
水晶発振器５０は、増幅器５１と、帰還抵抗５２と、圧電振動子５３とを並列接続し、その並列接続回路の一方の接続端に負荷容量５４の一方の端子を接続し、負荷容量５４の他方の端子を接地する。また並列接続回路の他方の接続端に負荷容量５５の一方の端子を接続し、他方の端子を接地する。そして、増幅器５１の出力端に緩衝増幅器５６を接続する。このように構成される水晶発振器５０の周波数調整は、負荷容量５４、５５にＭＯＳ半導体可変容量素子を用い、このＭＯＳ半導体可変容量素子に電圧及びその時間を制御したパルス信号を印加することにより行う。
【０００３】
また、特許文献２には、ピアース型水晶発振器に高速起動回路を付加した回路の出力部に緩衝用の増幅器を付加した発振器が開示されている。
図８は、従来の高速起動回路付水晶発振器の構成を示す回路図である。
この図に示すように、高速起動回路付水晶発振器６１は、ピアース型水晶発振器６２と、高速起動回路６３とにより構成される。
ピアース型水晶発振器６２は、トランジスタＴｒ６１と、このトランジスタＴｒ６１のエミッタと接地間に接続された抵抗Ｒ６１と、トランジスタＴｒ６１のベースと定電流源間に接続された抵抗Ｒ６２と、水晶振動子Ｘと容量Ｃ６３との直列接続回路の両方の端子にそれぞれ容量Ｃ６２、Ｃ６４接続したπ型回路と、このπ型回路の一方の端部とトランジスタＴｒ６１のベースとを接続する容量Ｃ６１と、π型回路の一方の端部と抵抗Ｒ６２とを接続する容量Ｃ６５と、緩衝用の増幅器６８と、を備えている。
【０００４】
また、高速起動回路６３は、トランジスタＴＲ６２と、このトランジスタＴＲ６２のエミッタと電源とを接続する抵抗Ｒ６３と、トランジスタＴＲ６３と、このトランジスタＴＲ６３のエミッタと接地間に接続された容量Ｃ６６と、トランジスタＴＲ６４と、を備えている。そして、トランジスタＴＲ６３のエミッタとトランジスタＴＲ６２のベースを接続し、トランジスタＴＲ６２のコレクタとトランジスタＴＲ６４のベースを接続して構成される。
そして、この高速起動回路６３のトランジスタ６４のコレクタと水晶振動子Ｘの一方の端子とを接続することにより高速起動回路付水晶発振器６１が構成される。
また、温度補償型圧電発振器に関しては数多くの特許文献が開示されており、特許文献３はその１つである。圧電振動子Ｘの周波数温度特性を補償する回路は、低温部補償用ＭＯＳ容量素子ＭＬと感度調整用固定容量素子との直列回路と、高温補償用ＭＯＳ容量用素子ＭＨとの並列回路からなり、この並列回路に温度補償電圧発生回路からの電圧を印加し、並列回路の容量を変化させることにより温度補償を行っている。
【０００５】
このように、近年の温度補償型圧電発振器７０の構成は、図９に示すように、圧電振動子７１と、温度センサ７２と、補償電圧発生回路７３と、発振回路７４と、バッファ回路（緩衝増幅器）７５と、メモリ７６と、を備えている。
このような温度補償型圧電発振器７０を製造する際には、圧電振動子７１の周波数温度特性を測定して、周波数温度特性を補償する温度−補償電圧特性を求め、この温度−補償電圧特性を生成するように、補償電圧発生回路７３の諸定数を設定してメモリ７６に格納するようにしている。
温度補償型圧電発振器７０の動作は、電源をオンすると同時に温度補償電圧発生回路７３から温度−容量特性を生成するための補償電圧が出力され、補償電圧が発振回路７４内の可変容量素子に印加されて、所要の容量値を生成し、発振周波数を補償するように動作する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５７−２０００３号公報
【特許文献２】特開２００６−２７９６０８公報
【特許文献３】特開２００４−３４３７３３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記したような温度補償型圧電発振器に関する客先仕様書は、温度補償型圧電発振器単体の性能について詳細に規定しており、温度補償型圧電発振器の製造メーカはこの客先仕様書に基づいて温度補償型圧電発振器を設計、試作、調整作業を行い、仕様書を満たした温度補償型圧電発振器を客先に納入する。しかし、客先が納入された圧電発振器を携帯電話等の機器に搭載し、機器の総合性能を試験すると、機器の仕様を満たさないということが屡々あった。例えば、機器の受信感度が機器の仕様を満たさないという問題が多々あり、その原因を調べてみると圧電発振器が発する高調波が機器のキャリア周波数に影響を及ぼしている場合等があった。高調波発生の原因としては、圧電発振器の出力ラインと、機器側のＲＦＩＣ（高周波集積回路）までのライン間で発生する場合や、圧電発振器内部からの発生する場合、ＲＦＩＣ内部からの発生する場合、或いは電源ラインに高調波が重畳する場合等、いくつかの原因が考えられる。中でも原因として高いものは圧電発振器−ＲＦＩＣ間のラインであり、基板のラインの引き回しや、圧電発振器−ＲＦＩＣ間のインピーダンス不整合により高調波を放射しているものと考えられる。
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２及び３には発振回路の出力部に緩衝用の増幅器が付加されているものの、発振器の緩衝用増幅器と、発振器が搭載されるセット側のＲＦＩＣとの整合、高調波の抑止等については記載されておらず、客先でセットの受信感度不具合が屡々発生するという問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、機器に実装した際に、温度補償型圧電発振器に起因する機器の受信感度不良等を解消した温度補償型圧電発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の温度補償型圧電発振器は、温度を検出する温度センサと、前記温度センサの温度検出結果に応じた補償電圧を発生する補償電圧発生回路と、圧電振動子を備え前記補償電圧に基づいて所定の発振周波数で発振する発振回路と、前記発振回路の発振出力をバッファするバッファ回路と、各種情報を記憶するメモリ回路と、を備え、前記バッファ回路は、前記発振回路の発振出力を増幅する増幅回路と該増幅回路の出力側に設けられ、容量を選択可能な容量回路と、を有し、前記メモリ回路により前記容量回路の容量が設定されることを特徴とする。
このような本発明によれば、温度補償型圧電発振器の出力インピーダンスを実装する機器側のインピーダンスに整合させるように設定することが可能となり、インピーダンスのミスマッチによって生じる高調波を低減でき、セットの受信感度の劣化を防止することができるという効果がある。
【００１０】
また本発明の温度補償型圧電発振器は、増幅回路のゲインをメモリ回路により設定されることを特徴とする。
このような本発明によれば、温度補償型圧電発振器の出力レベルを実装する機器側の入力感度に合わせることが可能となり、機器の受信感度を良好に保つことができるという効果がある。
また本発明の温度補償型圧電発振器は、増幅回路のゲインと容量回路の容量は、メモリ回路により独立に設定されることを特徴とする。
このような本発明によれば、実装する機器側とのインピーダンスマッチングの調整と、必要に応じて入力レベルを調整することが可能となり、セットの受信感度と必要出力レベルとを良好に保つことができるという効果がある。
【００１１】
また本発明の温度補償型圧電発振器は、増幅回路のゲインと容量回路の容量は、メモリ回路により連動して設定されることを特徴とする。
このような本発明によれば、容量の付加によって生じる出力レベルの低下を、ゲイン調整を同時に行うことによって補正することが可能になる。これにより、機器の受信感度を良好に保つことができるという効果がある。
また本発明の温度補償型圧電発振器は、圧電振動子以外の回路がＩＣ化されていることを特徴とする。
このような本発明によれば、周波数温度特性が優れ、小型で且つ、出力インピーダンス及び出力レベルの調整できる温度補償型圧電発振器が容易に構成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態の温度補償型圧電発振器のブロック回路図。
【図２】図１に示したバッファ回路の詳細回路図。
【図３】第２の実施の形態の温度補償型圧電発振器のブロック回路図。
【図４】図３に示したバッファ回路の詳細回路図。
【図５】第３の実施の形態の温度補償型圧電発振器のブロック回路図。
【図６】図５に示したバッファ回路の詳細回路図。
【図７】従来の圧電発振器の回路図。
【図８】従来の圧電発振器の回路図。
【図９】従来の温度補償型圧電発振器の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る第１の実施の形態の温度補償型圧電発振器の構成を示すブロック回路図である。
この図１に示す温度補償型圧電発振器１は、温度センサ１０、補償電圧発生回路１１、圧電振動子６を備えた発振回路１２、バッファ回路１３、及びメモリ１４を備えている。
温度センサ１０は、例えばサーミスタやダイオードセンサーなどにより構成され、当該温度補償型圧電発振器１の周囲温度を検出する。
補償電圧発生回路１１は、温度センサ１０の温度検出結果に基づいて、所要の補償電圧を発生して発振回路１２に出力する。
発振回路１２は、圧電振動子６を備え、補償電圧発生回路１１からの補償電圧に基づいて所定の発振周波数で発振する。
発振回路１２は、圧電振動子６の周波数温度特性を補償する補償回路として発振周波数を変化させるための可変容量素子を備える。補償回路は、例えば低温部補償用ＭＯＳ容量素子、高温部補償用ＭＯＳ容量用素子、感度調整用固定容量素子等から構成され、これらの容量素子の容量が補償電圧発生回路１１からの補償電圧によって制御される。なお、圧電振動子６は周知のＡＴカット水晶振動子が用いられる。
【００１４】
バッファ回路１３は、発振回路１２の発振出力を増幅する増幅回路と、この増幅回路の出力に設けられた容量素子を選択可能な容量回路とを有し、メモリ１４により容量回路として選択すべき容量値が設定されている。なお、バッファ回路１３の詳細については後述する。
メモリ１４は、不揮発性のメモリ回路であり、補償電圧発生回路１１、発振回路１２、バッファ回路１３の各種情報が記憶されている。また、メモリ１４は、信号ラインＬ４、Ｌ５を介して容量回路に設けられているスイッチをオン又はオフすることにより出力に容量を付加するようにしている。なお、どの容量を選択するかは顧客の要求に合わせて製造時において決定され、その情報は製造時にメモリ１４に記憶される。
このように構成される温度補償型圧電発振器１の補償方法は、まず圧電振動子６の周波数温度特性に応じて、発振回路の周波数温度特性が所定の周波数偏差内に収まるような温度−補償電圧特性が得られる条件（情報）となるように、信号ラインＬｘ１、Ｌｘ２、・・・・Ｌｘｎの最適条件をメモリ１４に格納する。なお、本実施例では発振回路の周波数調整や感度調整等を行うための情報は、信号ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３によって与えられる。
そして、本実施の形態の温度補償型圧電発振器１の特徴は、バッファ回路１３の構成にある。つまり、バッファ回路１３は、増幅回路と、複数の容量及びスイッチを有する容量回路とから構成され、複数の容量が選択可能となっているところが特徴的なところである。また、この容量回路は増幅回路の出力に並列に設けられている。
【００１５】
図２は、バッファ回路の一例を詳細に示した回路図であり、増幅回路１３ａと、容量回路２段の例を示している。つまり、図２に示すバッファ回路１３−１は、所定のゲインを有する増幅回路１３ａの出力ラインＬＯと接地間に、容量Ｃ１１とスイッチＳ１１とが直列接続された第１の容量回路と、容量Ｃ１２とスイッチＳ１２との直列接続回路である第２の容量回路と、が並列接続されて構成されている。さらに、第１の容量回路のスイッチＳ１１と、第２の容量回路のスイッチＳ１２とには、メモリ１４からの信号ラインＬ４、Ｌ５が夫々接続され、出力ラインＬＯはバッファ回路１３−１の出力ＯＵＴに接続されている。
第１及び第２の容量回路のスイッチＳ１１、Ｓ１２は、夫々メモリ１４から信号ラインＬ４、Ｌ５を介して供給される信号によりオンまたはオフに固定される。スイッチＳ１１がオンの場合には容量Ｃ１１が増幅回路１３ａの出力に並列接続される。スイッチＳ１２がオンの場合は容量Ｃ１２が増幅回路１３ａの出力に並列接続される。また、スイッチＳ１１、Ｓ１２が共にオンの場合には容量（Ｃ１１＋Ｃ１２）が増幅器１３ａの出力に並列接続される。
【００１６】
このように構成される本実施の形態の温度補償型圧電発振器１では、メモリ１４からの信号によりバッファ回路１３−１の出力インピーダンスを設定できるように構成したことで、温度補償型圧電発振器１の出力インピーダンスを機器（セット）側の回路、例えばＲＦＩＣの入力インピーダンスに整合させるように調整することが可能になる。
即ち、本実施の形態の温度補償型圧電発振器は、客先の携帯電話等のセットにおいて、本温度補償型圧電発振器と接続されるＲＦＩＣの入力インピーダンスに整合するように、温度補償型圧電発振器の出力インピーダンスを調整できるので、温度補償型圧電発振器の出力インピーダンスと、セット側の入力インピーダンスとの不整合により生じる高調波の発生を低減することができ、セットの受信感度を良好に保つという効果がある。
また、客先の機種変更により、ＲＦＩＣの入力インピーダンスが変わってしまう場合があるが、その場合でも、メモリの設定を変更することで対応が可能であり、客先の機種変更に合わせて発振回路の部分を新規設計することが不要となるので、設計工数や温度補償型圧電発振器の専用ＩＣの開発コストを削減することが可能である。
【００１７】
図３は第２の実施の形態の温度補償型圧電発振器２の構成を示すブロック回路図で、図１の構成と異なる点はバッファ回路１３の増幅回路の構成である。
図４は、図３のバッファ回路１３の一例を詳細に示した回路図であり、３段のＣＭＯＳインバータ回路と、２段の容量回路を備えた例を示している。
つまり、図４に示すバッファ回路１３−２は、半導体素子Ｔｒ１、Ｔｒ２を備えた第１の増幅回路（インバータ回路）、半導体素子Ｔｒ３、Ｔｒ４及びスイッチＳ３、Ｓ４を備えた第２の増幅回路（インバータ回路）、半導体素子Ｔｒ５、Ｔｒ６及びスイッチＳ５、Ｓ６を備えた第３の増幅回路（インバータ回路）、容量Ｃ１１とスイッチＳ１１とが直列接続された第１の容量回路、及び容量Ｃ１２とスイッチＳ１２とが直列接続された第２の容量回路、が縦続接続されて構成されている。さらに、第２の増幅回路のスイッチＳ３、Ｓ４と第１の容量回路のスイッチＳ１１にはメモリ１４からの信号ラインＬ４が接続され、第３の増幅回路のスイッチＳ５、Ｓ６と第２の容量回路のスイッチＳ１２にはメモリ１４からの信号ラインＬ５が接続されている。第１、第２及び第３の増幅回路の夫々の出力は、出力ラインＬＯに接続され、出力ＯＵＴに接続されている。
【００１８】
第１の増幅回路は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｔｒ１）のゲートとＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｔｒ２）のゲートとを接続して入力とし、Ｔｒ１のドレインとＴｒ２のドレインとを接続し、Ｔｒ１のソースを接地し、ＴＲ２のソースを電源ＶＤＤに接続してインバータ回路を構成している。
第１の増幅回路の出力はＴｒ１のドレインから得る。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｔｒ３）、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｔｒ４）からなる第２の増幅回路は、第１の増幅回路（インバータ回路）と同様であるが、Ｔｒ３、Ｔｒ４のドレイン端子に夫々スイッチＳ３、Ｓ４が直列接続され、メモリ１４からの信号によりスイッチＳ３、Ｓ４がオン、オフされ、第２の増幅回路をインバータ回路として機能させるか、機能を停止させるかが制御される。Ｔｒ５、Ｔｒ６からなる第３の増幅回路は、第２の増幅回路（インバータ回路）と同様に機能する。
【００１９】
また、図４に示すように、容量Ｃ１１とスイッチＳ１１との直列回路からなる第１容量回路と、容量Ｃ１２とスイッチＳ１２との直列回路からなる第２の容量回路とは、出力ラインＬＯと接地との間に並列接続されている。そして、メモリ１４から信号ラインＬ４、Ｌ５を介して供給される信号によりスイッチＳ１１、Ｓ１２がオンまたはオフに固定される。
スイッチＳ１１がオンの場合には容量Ｃ１１が増幅器の出力に並列接続される。スイッチＳ１２がオンの場合は容量Ｃ１２が増幅器の出力に並列接続される。スイッチＳ１１、Ｓ１２が共にオンの場合には容量（Ｃ１１＋Ｃ１２）が増幅器の出力に並列接続される。このように、本実施の形態では、メモリ１４からの信号によりバッファ回路１３−２の出力インピーダンスを変更できるように構成したことで、温度補償型圧電発振器１の出力インピーダンスを機器（セット）側の回路、例えばＲＦＩＣの入力インピーダンスに整合させるように調整することが可能になる。この場合、信号ラインＬ４、Ｌ５の信号は、夫々スイッチＳ１１、Ｓ１２をオンまたはオフにすると同時にスイッチＳ３、Ｓ４とスイッチＳ５、Ｓ６とをオンまたはオフにするので、バッファ回路１３の増幅度を温度補償型圧電発振器の出力インピーダンスに応じて可変することができる。
【００２０】
このように第２の実施の形態の温度補償型圧電発振器は、客先の携帯電話等のセットのＲＦＩＣの入力インピーダンスに応じて、温度補償型圧電発振器のバッファ１３−２の出力インピーダンスと出力レベルとを連動して調整できるので、不整合により生じる高調波の発生を抑止でき、セットの受信感度を良好に保つことができる。
なお、第２の実施の形態においては、バッファ回路の増幅回路（インバータ回路）が３段、容量回路が２段の場合を例に挙げて説明したが、増幅回路と容量回路とを共に複数段とし、温度補償型圧電発振器の出力インピーダンスと出力レベルとをセット側に整合するように、より微細に調整することが望ましい。
【００２１】
図５は、第３の実施の形態の温度補償型圧電発振器３の構成のブロック回路図、図６は、図５のバッファ回路１３の一例を示す詳細な回路図である。図３に示した温度補償型圧電発振器２と異なる点は、図６のバッファ回路１３−３に示すように、メモリ１４とバッファ回路１３−３と接続する信号ラインＬ４〜Ｌ７の形態が異なることである。
この場合、信号ラインＬ４はＴｒ３、Ｔｒ４からなる第２の増幅回路に接続され、信号ラインＬ５はＴｒ５、Ｔｒ６からなる第３の増幅回路に接続され、これらの信号ラインＬ４、Ｌ５を介して供給される信号により、それぞれの増幅回路に設けられているスイッチＳ３、Ｓ４及びスイッチＳ５、Ｓ６をオン又はオフに固定する。信号ラインＬ６は第１の容量回路のスイッチＳ１１に接続され、信号ラインＬ７は第２の容量回路のスイッチＳ１２に接続され、これらの信号ラインＬＬ６、Ｌ７を介して供給される信号により、それぞれのスイッチＳ１１、Ｓ１２をオンまたはオフに固定する。
【００２２】
このように構成される温度補償型圧電発振器３は、第２、第３の増幅回路と、第１、第２の容量回路とをそれぞれ個別に制御できる点に特徴がある。
従って、このような温度補償型圧電発振器３を携帯電話等のセットに用いれば、温度補償型圧電発振器３の出力インピーダンスと、出力レベルとを独立して調整することができ、セット側のＲＦＩＣ回路に対して最適な条件で調整することが可能となる。
なお、第３の実施の形態においては、バッファ回路１３−３の増幅器が３段、容量回路が２段の場合を例に挙げて説明したが、増幅器と容量回路とを共に複数段とし、セット側のＲＦＩＣのインピーダンスと、所要とするレベルに温度補償型圧電発振器３のバッファ回路をより微細に調整することが望ましい。
また、これまで説明した本実施の形態の温度補償型圧電発振器は、圧電振動子６以外の回路を半導体上に集積化（ＩＣ化）することが可能であり、ＩＣ化した場合は、周波数温度特性が優れ、小型で且つ、出力インピーダンス及び出力の調整が可能な温度補償型圧電発振器が容易に構成できるという効果がある。
【符号の説明】
【００２３】
１、２、３ 温度補償型圧電発振器、６ 圧電振動子、１０ 温度センサ、１１ 補償電圧発生回路、１２ 発振回路、１３、１３−１、１３−２、１３−３ バッファ回路、１４ メモリ、ＬＯ 出力ライン、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌｘ１，Ｌｘｎ 信号ライン、Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４、Ｔｒ５、Ｔｒ６ トランジスタ、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ１１、Ｓ１２ スイッチ、Ｃ１１、Ｃ１２ 容量。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度補償型圧電発振器に関し、特に搭載する各種電子機器とのインピーダンス整合を考慮した温度補償型圧電発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、圧電発振器は周波数安定度、小型軽量、低価格等により携帯電話等の通信機器から水晶時計のような民生機器まで、多くの分野で用いられている。中でも圧電振動子の周波数温度特性を補償した温度補償型圧電発振器（ＴＣＸＯ）は、周波数安定度を必要とする携帯電話等に広く用いられている。一般に圧電発振器は、圧電発振器を搭載する機器側の電気回路からの影響を小さくするため、バッファアンプ（緩衝増幅器）を出力部に設けている場合が多い。
特許文献１には緩衝増幅器を出力部に備えた水晶発振器が開示されている。
図７は、水晶発振器５０の構成を示す回路図であり、増幅器５１と、帰還抵抗５２と、圧電振動子５３と、２つの負荷容量５４、５５と、緩衝増幅器５６と、を備えている。
水晶発振器５０は、増幅器５１と、帰還抵抗５２と、圧電振動子５３とを並列接続し、その並列接続回路の一方の接続端に負荷容量５４の一方の端子を接続し、負荷容量５４の他方の端子を接地する。また並列接続回路の他方の接続端に負荷容量５５の一方の端子を接続し、他方の端子を接地する。そして、増幅器５１の出力端に緩衝増幅器５６を接続する。このように構成される水晶発振器５０の周波数調整は、負荷容量５４、５５にＭＯＳ半導体可変容量素子を用い、このＭＯＳ半導体可変容量素子に電圧及びその時間を制御したパルス信号を印加することにより行う。
【０００３】
また、特許文献２には、ピアース型水晶発振器に高速起動回路を付加した回路の出力部に緩衝用の増幅器を付加した発振器が開示されている。
図８は、従来の高速起動回路付水晶発振器の構成を示す回路図である。
この図に示すように、高速起動回路付水晶発振器６１は、ピアース型水晶発振器６２と、高速起動回路６３とにより構成される。
ピアース型水晶発振器６２は、トランジスタＴｒ６１と、このトランジスタＴｒ６１のエミッタと接地間に接続された抵抗Ｒ６１と、トランジスタＴｒ６１のベースと定電流源間に接続された抵抗Ｒ６２と、水晶振動子Ｘと容量Ｃ６３との直列接続回路の両方の端子にそれぞれ容量Ｃ６２、Ｃ６４接続したπ型回路と、このπ型回路の一方の端部とトランジスタＴｒ６１のベースとを接続する容量Ｃ６１と、π型回路の一方の端部と抵抗Ｒ６２とを接続する容量Ｃ６５と、緩衝用の増幅器６８と、を備えている。
【０００４】
また、高速起動回路６３は、トランジスタＴＲ６２と、このトランジスタＴＲ６２のエミッタと電源とを接続する抵抗Ｒ６３と、トランジスタＴＲ６３と、このトランジスタＴＲ６３のエミッタと接地間に接続された容量Ｃ６６と、トランジスタＴＲ６４と、を備えている。そして、トランジスタＴＲ６３のエミッタとトランジスタＴＲ６２のベースを接続し、トランジスタＴＲ６２のコレクタとトランジスタＴＲ６４のベースを接続して構成される。
そして、この高速起動回路６３のトランジスタ６４のコレクタと水晶振動子Ｘの一方の端子とを接続することにより高速起動回路付水晶発振器６１が構成される。
また、温度補償型圧電発振器に関しては数多くの特許文献が開示されており、特許文献３はその１つである。圧電振動子Ｘの周波数温度特性を補償する回路は、低温部補償用ＭＯＳ容量素子ＭＬと感度調整用固定容量素子との直列回路と、高温補償用ＭＯＳ容量用素子ＭＨとの並列回路からなり、この並列回路に温度補償電圧発生回路からの電圧を印加し、並列回路の容量を変化させることにより温度補償を行っている。
【０００５】
このように、近年の温度補償型圧電発振器７０の構成は、図９に示すように、圧電振動子７１と、温度センサ７２と、補償電圧発生回路７３と、発振回路７４と、バッファ回路（緩衝増幅器）７５と、メモリ７６と、を備えている。
このような温度補償型圧電発振器７０を製造する際には、圧電振動子７１の周波数温度特性を測定して、周波数温度特性を補償する温度−補償電圧特性を求め、この温度−補償電圧特性を生成するように、補償電圧発生回路７３の諸定数を設定してメモリ７６に格納するようにしている。
温度補償型圧電発振器７０の動作は、電源をオンすると同時に温度補償電圧発生回路７３から温度−容量特性を生成するための補償電圧が出力され、補償電圧が発振回路７４内の可変容量素子に印加されて、所要の容量値を生成し、発振周波数を補償するように動作する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５７−２０００３号公報
【特許文献２】特開２００６−２７９６０８公報
【特許文献３】特開２００４−３４３７３３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記したような温度補償型圧電発振器に関する客先仕様書は、温度補償型圧電発振器単体の性能について詳細に規定しており、温度補償型圧電発振器の製造メーカはこの客先仕様書に基づいて温度補償型圧電発振器を設計、試作、調整作業を行い、仕様書を満たした温度補償型圧電発振器を客先に納入する。しかし、客先が納入された圧電発振器を携帯電話等の機器に搭載し、機器の総合性能を試験すると、機器の仕様を満たさないということが屡々あった。例えば、機器の受信感度が機器の仕様を満たさないという問題が多々あり、その原因を調べてみると圧電発振器が発する高調波が機器のキャリア周波数に影響を及ぼしている場合等があった。高調波発生の原因としては、圧電発振器の出力ラインと、機器側のＲＦＩＣ（高周波集積回路）までのライン間で発生する場合や、圧電発振器内部からの発生する場合、ＲＦＩＣ内部からの発生する場合、或いは電源ラインに高調波が重畳する場合等、いくつかの原因が考えられる。中でも原因として高いものは圧電発振器−ＲＦＩＣ間のラインであり、基板のラインの引き回しや、圧電発振器−ＲＦＩＣ間のインピーダンス不整合により高調波を放射しているものと考えられる。
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２及び３には発振回路の出力部に緩衝用の増幅器が付加されているものの、発振器の緩衝用増幅器と、発振器が搭載されるセット側のＲＦＩＣとの整合、高調波の抑止等については記載されておらず、客先でセットの受信感度不具合が屡々発生するという問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、機器に実装した際に、温度補償型圧電発振器に起因する機器の受信感度不良等を解消した温度補償型圧電発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の温度補償型圧電発振器は、温度を検出する温度センサと、前記温度センサの温度検出結果に応じた補償電圧を発生する補償電圧発生回路と、圧電振動子を備え前記補償電圧に基づいて所定の発振周波数で発振する発振回路と、前記発振回路の発振出力をバッファするバッファ回路と、各種情報を記憶するメモリ回路と、を備え、前記バッファ回路は、前記発振回路の発振出力を増幅する増幅回路と該増幅回路の出力側に設けられ、容量を選択可能な容量回路と、を有し、前記メモリ回路により前記容量回路の容量が設定されることを特徴とする。
このような本発明によれば、温度補償型圧電発振器の出力インピーダンスを実装する機器側のインピーダンスに整合させるように設定することが可能となり、インピーダンスのミスマッチによって生じる高調波を低減でき、セットの受信感度の劣化を防止することができるという効果がある。
【００１０】
また本発明の温度補償型圧電発振器は、増幅回路のゲインをメモリ回路により設定されることを特徴とする。
このような本発明によれば、温度補償型圧電発振器の出力レベルを実装する機器側の入力感度に合わせることが可能となり、機器の受信感度を良好に保つことができるという効果がある。
また本発明の温度補償型圧電発振器は、増幅回路のゲインと容量回路の容量は、メモリ回路により独立に設定されることを特徴とする。
このような本発明によれば、実装する機器側とのインピーダンスマッチングの調整と、必要に応じて入力レベルを調整することが可能となり、セットの受信感度と必要出力レベルとを良好に保つことができるという効果がある。
【００１１】
また本発明の温度補償型圧電発振器は、増幅回路のゲインと容量回路の容量は、メモリ回路により連動して設定されることを特徴とする。
このような本発明によれば、容量の付加によって生じる出力レベルの低下を、ゲイン調整を同時に行うことによって補正することが可能になる。これにより、機器の受信感度を良好に保つことができるという効果がある。
また本発明の温度補償型圧電発振器は、圧電振動子以外の回路がＩＣ化されていることを特徴とする。
このような本発明によれば、周波数温度特性が優れ、小型で且つ、出力インピーダンス及び出力レベルの調整できる温度補償型圧電発振器が容易に構成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態の温度補償型圧電発振器のブロック回路図。
【図２】図１に示したバッファ回路の詳細回路図。
【図３】第２の実施の形態の温度補償型圧電発振器のブロック回路図。
【図４】図３に示したバッファ回路の詳細回路図。
【図５】第３の実施の形態の温度補償型圧電発振器のブロック回路図。
【図６】図５に示したバッファ回路の詳細回路図。
【図７】従来の圧電発振器の回路図。
【図８】従来の圧電発振器の回路図。
【図９】従来の温度補償型圧電発振器の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る第１の実施の形態の温度補償型圧電発振器の構成を示すブロック回路図である。
この図１に示す温度補償型圧電発振器１は、温度センサ１０、補償電圧発生回路１１、圧電振動子６を備えた発振回路１２、バッファ回路１３、及びメモリ１４を備えている。
温度センサ１０は、例えばサーミスタやダイオードセンサーなどにより構成され、当該温度補償型圧電発振器１の周囲温度を検出する。
補償電圧発生回路１１は、温度センサ１０の温度検出結果に基づいて、所要の補償電圧を発生して発振回路１２に出力する。
発振回路１２は、圧電振動子６を備え、補償電圧発生回路１１からの補償電圧に基づいて所定の発振周波数で発振する。
発振回路１２は、圧電振動子６の周波数温度特性を補償する補償回路として発振周波数を変化させるための可変容量素子を備える。補償回路は、例えば低温部補償用ＭＯＳ容量素子、高温部補償用ＭＯＳ容量用素子、感度調整用固定容量素子等から構成され、これらの容量素子の容量が補償電圧発生回路１１からの補償電圧によって制御される。なお、圧電振動子６は周知のＡＴカット水晶振動子が用いられる。
【００１４】
バッファ回路１３は、発振回路１２の発振出力を増幅する増幅回路と、この増幅回路の出力に設けられた容量素子を選択可能な容量回路とを有し、メモリ１４により容量回路として選択すべき容量値が設定されている。なお、バッファ回路１３の詳細については後述する。
メモリ１４は、不揮発性のメモリ回路であり、補償電圧発生回路１１、発振回路１２、バッファ回路１３の各種情報が記憶されている。また、メモリ１４は、信号ラインＬ４、Ｌ５を介して容量回路に設けられているスイッチをオン又はオフすることにより出力に容量を付加するようにしている。なお、どの容量を選択するかは顧客の要求に合わせて製造時において決定され、その情報は製造時にメモリ１４に記憶される。
このように構成される温度補償型圧電発振器１の補償方法は、まず圧電振動子６の周波数温度特性に応じて、発振回路の周波数温度特性が所定の周波数偏差内に収まるような温度−補償電圧特性が得られる条件（情報）となるように、信号ラインＬｘ１、Ｌｘ２、・・・・Ｌｘｎの最適条件をメモリ１４に格納する。なお、本実施例では発振回路の周波数調整や感度調整等を行うための情報は、信号ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３によって与えられる。
そして、本実施の形態の温度補償型圧電発振器１の特徴は、バッファ回路１３の構成にある。つまり、バッファ回路１３は、増幅回路と、複数の容量及びスイッチを有する容量回路とから構成され、複数の容量が選択可能となっているところが特徴的なところである。また、この容量回路は増幅回路の出力に並列に設けられている。
【００１５】
図２は、バッファ回路の一例を詳細に示した回路図であり、増幅回路１３ａと、容量回路２段の例を示している。つまり、図２に示すバッファ回路１３−１は、所定のゲインを有する増幅回路１３ａの出力ラインＬＯと接地間に、容量Ｃ１１とスイッチＳ１１とが直列接続された第１の容量回路と、容量Ｃ１２とスイッチＳ１２との直列接続回路である第２の容量回路と、が並列接続されて構成されている。さらに、第１の容量回路のスイッチＳ１１と、第２の容量回路のスイッチＳ１２とには、メモリ１４からの信号ラインＬ４、Ｌ５が夫々接続され、出力ラインＬＯはバッファ回路１３−１の出力ＯＵＴに接続されている。
第１及び第２の容量回路のスイッチＳ１１、Ｓ１２は、夫々メモリ１４から信号ラインＬ４、Ｌ５を介して供給される信号によりオンまたはオフに固定される。スイッチＳ１１がオンの場合には容量Ｃ１１が増幅回路１３ａの出力に並列接続される。スイッチＳ１２がオンの場合は容量Ｃ１２が増幅回路１３ａの出力に並列接続される。また、スイッチＳ１１、Ｓ１２が共にオンの場合には容量（Ｃ１１＋Ｃ１２）が増幅器１３ａの出力に並列接続される。
【００１６】
このように構成される本実施の形態の温度補償型圧電発振器１では、メモリ１４からの信号によりバッファ回路１３−１の出力インピーダンスを設定できるように構成したことで、温度補償型圧電発振器１の出力インピーダンスを機器（セット）側の回路、例えばＲＦＩＣの入力インピーダンスに整合させるように調整することが可能になる。
即ち、本実施の形態の温度補償型圧電発振器は、客先の携帯電話等のセットにおいて、本温度補償型圧電発振器と接続されるＲＦＩＣの入力インピーダンスに整合するように、温度補償型圧電発振器の出力インピーダンスを調整できるので、温度補償型圧電発振器の出力インピーダンスと、セット側の入力インピーダンスとの不整合により生じる高調波の発生を低減することができ、セットの受信感度を良好に保つという効果がある。
また、客先の機種変更により、ＲＦＩＣの入力インピーダンスが変わってしまう場合があるが、その場合でも、メモリの設定を変更することで対応が可能であり、客先の機種変更に合わせて発振回路の部分を新規設計することが不要となるので、設計工数や温度補償型圧電発振器の専用ＩＣの開発コストを削減することが可能である。
【００１７】
図３は第２の実施の形態の温度補償型圧電発振器２の構成を示すブロック回路図で、図１の構成と異なる点はバッファ回路１３の増幅回路の構成である。
図４は、図３のバッファ回路１３の一例を詳細に示した回路図であり、３段のＣＭＯＳインバータ回路と、２段の容量回路を備えた例を示している。
つまり、図４に示すバッファ回路１３−２は、半導体素子Ｔｒ１、Ｔｒ２を備えた第１の増幅回路（インバータ回路）、半導体素子Ｔｒ３、Ｔｒ４及びスイッチＳ３、Ｓ４を備えた第２の増幅回路（インバータ回路）、半導体素子Ｔｒ５、Ｔｒ６及びスイッチＳ５、Ｓ６を備えた第３の増幅回路（インバータ回路）、容量Ｃ１１とスイッチＳ１１とが直列接続された第１の容量回路、及び容量Ｃ１２とスイッチＳ１２とが直列接続された第２の容量回路、が縦続接続されて構成されている。さらに、第２の増幅回路のスイッチＳ３、Ｓ４と第１の容量回路のスイッチＳ１１にはメモリ１４からの信号ラインＬ４が接続され、第３の増幅回路のスイッチＳ５、Ｓ６と第２の容量回路のスイッチＳ１２にはメモリ１４からの信号ラインＬ５が接続されている。第１、第２及び第３の増幅回路の夫々の出力は、出力ラインＬＯに接続され、出力ＯＵＴに接続されている。
【００１８】
第１の増幅回路は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｔｒ１）のゲートとＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｔｒ２）のゲートとを接続して入力とし、Ｔｒ１のドレインとＴｒ２のドレインとを接続し、Ｔｒ１のソースを接地し、ＴＲ２のソースを電源ＶＤＤに接続してインバータ回路を構成している。
第１の増幅回路の出力はＴｒ１のドレインから得る。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｔｒ３）、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｔｒ４）からなる第２の増幅回路は、第１の増幅回路（インバータ回路）と同様であるが、Ｔｒ３、Ｔｒ４のドレイン端子に夫々スイッチＳ３、Ｓ４が直列接続され、メモリ１４からの信号によりスイッチＳ３、Ｓ４がオン、オフされ、第２の増幅回路をインバータ回路として機能させるか、機能を停止させるかが制御される。Ｔｒ５、Ｔｒ６からなる第３の増幅回路は、第２の増幅回路（インバータ回路）と同様に機能する。
【００１９】
また、図４に示すように、容量Ｃ１１とスイッチＳ１１との直列回路からなる第１容量回路と、容量Ｃ１２とスイッチＳ１２との直列回路からなる第２の容量回路とは、出力ラインＬＯと接地との間に並列接続されている。そして、メモリ１４から信号ラインＬ４、Ｌ５を介して供給される信号によりスイッチＳ１１、Ｓ１２がオンまたはオフに固定される。
スイッチＳ１１がオンの場合には容量Ｃ１１が増幅器の出力に並列接続される。スイッチＳ１２がオンの場合は容量Ｃ１２が増幅器の出力に並列接続される。スイッチＳ１１、Ｓ１２が共にオンの場合には容量（Ｃ１１＋Ｃ１２）が増幅器の出力に並列接続される。このように、本実施の形態では、メモリ１４からの信号によりバッファ回路１３−２の出力インピーダンスを変更できるように構成したことで、温度補償型圧電発振器１の出力インピーダンスを機器（セット）側の回路、例えばＲＦＩＣの入力インピーダンスに整合させるように調整することが可能になる。この場合、信号ラインＬ４、Ｌ５の信号は、夫々スイッチＳ１１、Ｓ１２をオンまたはオフにすると同時にスイッチＳ３、Ｓ４とスイッチＳ５、Ｓ６とをオンまたはオフにするので、バッファ回路１３の増幅度を温度補償型圧電発振器の出力インピーダンスに応じて可変することができる。
【００２０】
このように第２の実施の形態の温度補償型圧電発振器は、客先の携帯電話等のセットのＲＦＩＣの入力インピーダンスに応じて、温度補償型圧電発振器のバッファ１３−２の出力インピーダンスと出力レベルとを連動して調整できるので、不整合により生じる高調波の発生を抑止でき、セットの受信感度を良好に保つことができる。
なお、第２の実施の形態においては、バッファ回路の増幅回路（インバータ回路）が３段、容量回路が２段の場合を例に挙げて説明したが、増幅回路と容量回路とを共に複数段とし、温度補償型圧電発振器の出力インピーダンスと出力レベルとをセット側に整合するように、より微細に調整することが望ましい。
【００２１】
図５は、第３の実施の形態の温度補償型圧電発振器３の構成のブロック回路図、図６は、図５のバッファ回路１３の一例を示す詳細な回路図である。図３に示した温度補償型圧電発振器２と異なる点は、図６のバッファ回路１３−３に示すように、メモリ１４とバッファ回路１３−３と接続する信号ラインＬ４〜Ｌ７の形態が異なることである。
この場合、信号ラインＬ４はＴｒ３、Ｔｒ４からなる第２の増幅回路に接続され、信号ラインＬ５はＴｒ５、Ｔｒ６からなる第３の増幅回路に接続され、これらの信号ラインＬ４、Ｌ５を介して供給される信号により、それぞれの増幅回路に設けられているスイッチＳ３、Ｓ４及びスイッチＳ５、Ｓ６をオン又はオフに固定する。信号ラインＬ６は第１の容量回路のスイッチＳ１１に接続され、信号ラインＬ７は第２の容量回路のスイッチＳ１２に接続され、これらの信号ラインＬＬ６、Ｌ７を介して供給される信号により、それぞれのスイッチＳ１１、Ｓ１２をオンまたはオフに固定する。
【００２２】
このように構成される温度補償型圧電発振器３は、第２、第３の増幅回路と、第１、第２の容量回路とをそれぞれ個別に制御できる点に特徴がある。
従って、このような温度補償型圧電発振器３を携帯電話等のセットに用いれば、温度補償型圧電発振器３の出力インピーダンスと、出力レベルとを独立して調整することができ、セット側のＲＦＩＣ回路に対して最適な条件で調整することが可能となる。
なお、第３の実施の形態においては、バッファ回路１３−３の増幅器が３段、容量回路が２段の場合を例に挙げて説明したが、増幅器と容量回路とを共に複数段とし、セット側のＲＦＩＣのインピーダンスと、所要とするレベルに温度補償型圧電発振器３のバッファ回路をより微細に調整することが望ましい。
また、これまで説明した本実施の形態の温度補償型圧電発振器は、圧電振動子６以外の回路を半導体上に集積化（ＩＣ化）することが可能であり、ＩＣ化した場合は、周波数温度特性が優れ、小型で且つ、出力インピーダンス及び出力の調整が可能な温度補償型圧電発振器が容易に構成できるという効果がある。
【符号の説明】
【００２３】
１、２、３ 温度補償型圧電発振器、６ 圧電振動子、１０ 温度センサ、１１ 補償電圧発生回路、１２ 発振回路、１３、１３−１、１３−２、１３−３ バッファ回路、１４ メモリ、ＬＯ 出力ライン、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌｘ１，Ｌｘｎ 信号ライン、Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４、Ｔｒ５、Ｔｒ６ トランジスタ、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ１１、Ｓ１２ スイッチ、Ｃ１１、Ｃ１２ 容量。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度センサと、
前記温度センサの温度検出結果に応じた補償電圧を発生する補償電圧発生回路と、
圧電振動子を備えており、前記補償電圧発生回路の出力に基づいて所定の発振周波数で発振する発振回路と、
前記発振回路から出力された信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路の出力側に設けられており選択可能な容量素子を備えている容量回路とを有するバッファ回路と、
前記増幅回路のゲインの調整と、前記容量素子の選択とを連動して制御する信号を出力するためのメモリ回路と、
を備えていることを特徴とする温度補償型発振器。
【請求項２】
前記温度センサ、前記補償電圧発生回路、前記発振回路、前記バッファ回路、および前記メモリ回路が集積回路化されていることを特徴とする請求項２記載の温度補償型圧電発振器。
【請求項１】
温度センサと、
前記温度センサの温度検出結果に応じた補償電圧を発生する補償電圧発生回路と、
圧電振動子を備えており、前記補償電圧発生回路の出力に基づいて所定の発振周波数で発振する発振回路と、
前記発振回路から出力された信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路の出力側に設けられており選択可能な容量素子を備えている容量回路とを有するバッファ回路と、
前記増幅回路のゲインの調整と、前記容量素子の選択とを連動して制御する信号を出力するためのメモリ回路と、
を備えていることを特徴とする温度補償型発振器。
【請求項２】
前記温度センサ、前記補償電圧発生回路、前記発振回路、前記バッファ回路、および前記メモリ回路が集積回路化されていることを特徴とする請求項２記載の温度補償型圧電発振器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２５３８２９（Ｐ２０１２−２５３８２９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２１１９４８（Ｐ２０１２−２１１９４８）
【出願日】平成２４年９月２６日（２０１２．９．２６）
【分割の表示】特願２００７−２０１５６５（Ｐ２００７−２０１５６５）の分割
【原出願日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月２６日（２０１２．９．２６）
【分割の表示】特願２００７−２０１５６５（Ｐ２００７−２０１５６５）の分割
【原出願日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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