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JPH1093343A - Temperature compensation method for piezoelectric oscillating circuit - Google Patents

Temperature compensation method for piezoelectric oscillating circuit

Info

Publication number
JPH1093343A
JPH1093343A JP24029896A JP24029896A JPH1093343A JP H1093343 A JPH1093343 A JP H1093343A JP 24029896 A JP24029896 A JP 24029896A JP 24029896 A JP24029896 A JP 24029896A JP H1093343 A JPH1093343 A JP H1093343A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
temperature
oscillation circuit
temperature compensation
voltage curve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP24029896A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroki Satou
祐己 佐藤
Masaki Muto
正樹 武藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP24029896A priority Critical patent/JPH1093343A/en
Publication of JPH1093343A publication Critical patent/JPH1093343A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To facilitate the temperature compensation with respect to the temperature compensation of the piezoelectric oscillating circuit. SOLUTION: The piezoelectric oscillating circuit is provided with a temperature sensor 1 sensing its surrounding temperature, a crystal vibrator 14 being a frequency decision element, a varactor diode 11 whose reactance varies with a DC control voltage, a voltage controlled crystal oscillator 4 including the crystal vibrator 14 and the varactor diode 11 in its feedback loop, and a voltage generating circuit 7 which allows the varactor diode 11 to generate a desired control voltage in response to an output from the temperature sensor 1. In this case, an output control voltage of the voltage generating circuit 7 is a voltage that is realized by approximating with a plurality of line segments a 2nd voltage curve which is obtained by adding a correction voltage changed linearly at a desired gradient and a segment with respect to a temperature to a 1st voltage curve at which an output frequency of the piezoelectric oscillating circuit is constant with respect to temperature.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、主として携帯電話
などの移動体通信システムなどに用いることができる圧
電発振回路の温度補償方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a temperature compensation method for a piezoelectric oscillation circuit which can be mainly used in a mobile communication system such as a portable telephone.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、携帯電話などの移動体通信の需要
は、ますます増大している。それに伴って、移動体通信
の基準周波数源となる温度補償水晶発振器の需要も増大
している。温度補償水晶発振器は、周波数決定素子とし
て周波数安定度の高い水晶振動子を用い、さらに温度に
対してもppmのオーダーで周波数を安定化させる温度
補償回路を具備した発振器である。つまり水晶発振器
は、その使用雰囲気温度によって発振周波数が変動する
ので、その温度補償を行う必要性がある。
2. Description of the Related Art In recent years, demand for mobile communication such as mobile phones has been increasing. Accordingly, demand for a temperature-compensated crystal oscillator serving as a reference frequency source for mobile communication has been increasing. A temperature-compensated crystal oscillator is an oscillator that uses a crystal oscillator having high frequency stability as a frequency determining element and further includes a temperature compensation circuit that stabilizes the frequency in the order of ppm even with respect to temperature. That is, since the oscillation frequency of the crystal oscillator varies depending on the ambient temperature, it is necessary to perform temperature compensation.

【0003】そこで、従来の一つの方式として、温度補
償水晶発振器を温度制御庫内にいれ、その庫内をたとえ
ば−30℃から+80℃までの110℃を4℃ずつ温度
上昇させ、その都度温度補正データをメモリ内に設けた
32行の一行毎に入力することによって温度補償が行え
る構成としていた。
Therefore, as one conventional method, a temperature-compensated crystal oscillator is placed in a temperature control chamber, and the temperature inside the chamber is raised, for example, by 110 ° C. from −30 ° C. to + 80 ° C. in steps of 4 ° C. The temperature compensation can be performed by inputting the correction data every 32 lines provided in the memory.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の方式は、1
10℃の温度範囲で4℃おきに庫内温度を調整し、補正
データを抽出し、さらにメモリに書き込む作業が必要
で、その工程はきわめて煩雑なものであった。また、メ
モリからは量子化されたデータが周期的に出力されてア
ナログ変換されるために、発振周波数の純度(C/N)
が劣化するという課題があった。
SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned conventional method has the following problems.
In the temperature range of 10 ° C., it is necessary to adjust the internal temperature every 4 ° C., extract the correction data, and write the correction data into the memory, and the process is extremely complicated. In addition, since the quantized data is periodically output from the memory and converted into an analog signal, the oscillation frequency purity (C / N)
However, there was a problem that the steel was deteriorated.

【0005】そこで、本発明は、調整作業の簡素化を図
り、高性能な圧電発振回路を提供することを目的とす
る。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-performance piezoelectric oscillation circuit which simplifies adjustment work.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】そして、この目的を達成
するために、本発明は、周囲の温度を検知する温度セン
サと、周波数決定素子となる圧電振動子と、直流の制御
電圧によりリアクタンスが変化する可変リアクタンス素
子と、前記圧電振動子および前記可変リアクタンス素子
を帰還ループ内に含む発振回路と、前記温度センサから
の出力に応じて前記可変リアクタンス素子に所望の制御
電圧を供給する電圧発生回路を具備した圧電発振回路に
おいて、前記電圧発生回路の出力制御電圧として、前記
圧電発振回路の出力周波数が温度に対して略一定となる
第一の電圧曲線に、温度に対して所望の傾きと切片で線
形に変化する補正電圧を加算して得られる第二の電圧曲
線を複数の直線で近似した電圧としたことを特徴とした
構成であって、この構成であれば、直線近似なので離散
的な温度補償データのみで温度補償が行えるとともに、
曲線を簡便かつ最適な形で温度補償ができる。
In order to achieve this object, the present invention provides a temperature sensor for detecting an ambient temperature, a piezoelectric vibrator serving as a frequency determining element, and a reactance that is controlled by a DC control voltage. A variable reactance element that changes, an oscillation circuit that includes the piezoelectric vibrator and the variable reactance element in a feedback loop, and a voltage generation circuit that supplies a desired control voltage to the variable reactance element according to an output from the temperature sensor In a piezoelectric oscillation circuit comprising: a first voltage curve in which the output frequency of the piezoelectric oscillation circuit is substantially constant with respect to temperature as an output control voltage of the voltage generation circuit; The second voltage curve obtained by adding the correction voltage that changes linearly with the above is a voltage approximated by a plurality of straight lines. If configuration, it performs temperature compensation only in discrete temperature compensation data so linear approximation,
The temperature can be compensated for the curve in a simple and optimal manner.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、周囲の温度を検知する温度センサと、周波数決定素
子となる圧電振動子と、直流の制御電圧によりリアクタ
ンスが変化する可変リアクタンス素子と、前記圧電振動
子および前記可変リアクタンス素子を帰還ループ内に含
む発振回路と、前記温度センサからの出力に応じて前記
可変リアクタンス素子に所望の制御電圧を発生させる電
圧発生回路を具備した圧電発振回路において、前記電圧
発生回路の出力制御電圧として、前記圧電発振回路の出
力周波数が温度に対して略一定となる第一の電圧曲線
に、温度に対して所望の傾きと切片で線形に変化する補
正電圧を加算して得られる第二の電圧曲線を複数の直線
で近似した電圧としたことを特徴とした構成であって、
この構成であれば、直線近似なので離散的な温度補償デ
ータのみで温度補償が行えるとともに、曲線を簡便かつ
最適な形で温度補償ができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention according to claim 1 of the present invention provides a temperature sensor for detecting an ambient temperature, a piezoelectric vibrator serving as a frequency determining element, and a variable reactance whose reactance changes by a DC control voltage. A piezoelectric element comprising: an element; an oscillation circuit including the piezoelectric vibrator and the variable reactance element in a feedback loop; and a voltage generation circuit for generating a desired control voltage to the variable reactance element in accordance with an output from the temperature sensor. In the oscillation circuit, as the output control voltage of the voltage generation circuit, the output frequency of the piezoelectric oscillation circuit changes linearly with a desired slope and intercept with respect to temperature to a first voltage curve where the output frequency is substantially constant with respect to temperature. A second voltage curve obtained by adding the correction voltage to be a voltage approximated by a plurality of straight lines,
With this configuration, temperature compensation can be performed only with discrete temperature compensation data because of linear approximation, and temperature compensation can be performed in a simple and optimal form on a curve.

【0008】本発明の請求項2に記載の発明は、まず温
度に対して圧電発振回路の出力周波数が略一定となる第
一の電圧曲線を検出し、この第一の電圧曲線に、温度に
対して所望の傾きと切片で線形に変化する電圧を加算し
て第二の電圧曲線を算出し、この第二の電圧曲線を複数
の直線で近似したことを特徴とする請求項1に記載の圧
電発振回路の温度補償方法であって、この方法で温度補
償を行えば、電圧曲線を理想的に直線近似することがで
きる。
According to a second aspect of the present invention, first, a first voltage curve at which the output frequency of the piezoelectric oscillation circuit becomes substantially constant with respect to temperature is detected, and the first voltage curve is added to the temperature. The second voltage curve is calculated by adding a voltage that changes linearly with a desired slope and an intercept, and the second voltage curve is approximated by a plurality of straight lines. This is a temperature compensation method for a piezoelectric oscillation circuit. If temperature compensation is performed by this method, a voltage curve can be ideally linearly approximated.

【0009】本発明の請求項3に記載の発明は、第二の
電圧曲線を近似する複数の直線の交点を、前記第二の電
圧曲線上にしたことを特徴とする請求項1もしくは2に
記載の圧電発振回路の温度補償方法であって、この方法
によれば、近似する複数の直線を算出するに簡単で高速
となる。
According to a third aspect of the present invention, the intersection of a plurality of straight lines approximating the second voltage curve is set on the second voltage curve. This is a temperature compensation method for a piezoelectric oscillation circuit as described above. According to this method, it is easy and fast to calculate a plurality of approximate straight lines.

【0010】本発明の請求項4に記載の発明は、電圧補
償回路の中に記憶回路が含まれ、その中に前記可変リア
クタンス素子に出力する制御電圧を所望の値とするため
のデータを記憶させたことを特徴とする請求項1から3
の何れか一つに記載の圧電発振回路の温度補償方法であ
って、記憶装置を搭載することによって、モジュール品
として構成することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, the voltage compensating circuit includes a storage circuit for storing data for setting the control voltage output to the variable reactance element to a desired value. 4. The method according to claim 1, wherein
It is a temperature compensation method for a piezoelectric oscillation circuit according to any one of the above, and can be configured as a module product by mounting a storage device.

【0011】本発明の請求項5に記載の発明は、第二の
電圧曲線を直線で近似する際に、3本から8本の直線を
用いて近似したことを特徴とする請求項1から4の何れ
か一つに記載の圧電発振回路の温度補償方法であって、
上記の本数で直線近似をすれば、メモリ容量も大きくな
らず、かつ高性能な温度補償特性が得られる。
According to a fifth aspect of the present invention, when the second voltage curve is approximated by a straight line, the second voltage curve is approximated by using three to eight straight lines. A temperature compensation method for a piezoelectric oscillation circuit according to any one of the above,
If linear approximation is performed with the above number, the memory capacity does not increase and high-performance temperature compensation characteristics can be obtained.

【0012】本発明の請求項6に記載の発明は、圧電振
動子として、水晶振動子を用いたことを特徴とする請求
項1から5の何れか一つに記載の圧電発振回路の温度補
償方法であって、水晶振動子を用いることにより、信号
純度の優れた発振回路について簡便でかつ高性能な温度
補償方法を得ることができる。
According to a sixth aspect of the present invention, a quartz oscillator is used as the piezoelectric vibrator, and the temperature compensation of the piezoelectric oscillation circuit according to any one of the first to fifth aspects is performed. By using a quartz oscillator, a simple and high-performance temperature compensation method can be obtained for an oscillation circuit having excellent signal purity.

【0013】本発明の請求項7に記載の発明は、第一の
電圧曲線に加算するための補正電圧直線の温度に対する
傾きを正としたことを特徴とする請求項1から6の何れ
か一つに記載の圧電発振回路の温度補償方法であって、
このように構成することによって、温度に対して正の3
次曲線をもつ圧電素子(たとえば水晶振動子)に対し
て、最適な直線近似を行うことができる。
According to a seventh aspect of the present invention, the slope of the correction voltage straight line to be added to the first voltage curve with respect to the temperature is made positive. A temperature compensation method for a piezoelectric oscillation circuit according to
With this configuration, the positive 3
Optimal linear approximation can be performed for a piezoelectric element (for example, a quartz oscillator) having a next curve.

【0014】本発明の請求項8に記載の発明は、第一の
電圧曲線に加算するための補正電圧直線の温度に対する
切片を負としたことを特徴とする請求項1から7の何れ
か一つに記載の圧電発振回路の温度補償方法であって、
温度に対して特性の編曲点が0℃より高い温度にある圧
電素子(たとえば水晶振動子)に対して、最適な直線近
似を行うことができる。
The invention according to claim 8 of the present invention is characterized in that the intercept with respect to the temperature of the correction voltage straight line to be added to the first voltage curve is negative. A temperature compensation method for a piezoelectric oscillation circuit according to
Optimal linear approximation can be performed for a piezoelectric element (for example, a quartz oscillator) whose characteristic inflection point is higher than 0 ° C. with respect to temperature.

【0015】本発明の請求項9に記載の前記第一の電圧
曲線に加算するための補正電圧直線の温度に対する傾き
fを、近似する直線の本数をxとして、概ね f(x)=−0.13x+1.18 なる関数で表される値としたことを特徴とする請求項1
から8の何れか一つに記載の圧電発振回路の温度補償方
法であって、特に水晶振動子を用いた場合、上記の補正
電圧直線を用いることによって、簡便にかつ高性能な温
度補償方法を得ることができる。
According to a ninth aspect of the present invention, the slope f with respect to the temperature of the correction voltage straight line to be added to the first voltage curve is approximately f (x) =-0, where x is the number of straight lines approximating the slope. .13x + 1.18, wherein the value is represented by a function:
8. The temperature compensation method for a piezoelectric oscillation circuit according to any one of items 1 to 8, wherein, particularly when a quartz oscillator is used, a simple and high-performance temperature compensation method can be realized by using the correction voltage straight line. Obtainable.

【0016】本発明の請求項10に記載の発明は、第一
の電圧曲線に加算するための補正電圧直線の温度に対す
る切片gを、近似する直線の本数をyとして、概ね g(y)=4.79y−39.69 なる関数で表される値としたことを特徴とする請求項1
から9の何れか一つに記載の圧電発振回路の温度補償方
法であって、特に水晶振動子を用いた場合、上記の補正
電圧直線を用いることによって、簡便にかつ高性能な温
度補償方法を得ることができる。
According to a tenth aspect of the present invention, the intercept g with respect to the temperature of the correction voltage straight line to be added to the first voltage curve is approximately g (y) = g, where y is the number of approximating straight lines. 4. A value represented by a function of 4.79y-39.69.
9. The temperature compensation method for a piezoelectric oscillation circuit according to any one of items 1 to 9, wherein a simple and high-performance temperature compensation method is provided by using the above-described correction voltage straight line, particularly when a quartz oscillator is used. Obtainable.

【0017】本発明の請求項11に記載の発明は、第二
の電圧曲線を近似する複数の直線それぞれを、前記温度
センサの出力を正または負に増幅もしくは減衰するアン
プを用いて形成したことを特徴とする請求項1から10
の何れか一つに記載の圧電発振回路の温度補償方法であ
って、上記の構成とすることにより、デジタル信号をア
ナログ変換することなく周波数を制御することになるの
で、デジタル雑音や量子化誤差による性能の劣化がな
い。
According to an eleventh aspect of the present invention, each of the plurality of straight lines approximating the second voltage curve is formed by using an amplifier for amplifying or attenuating the output of the temperature sensor positively or negatively. 11. The method according to claim 1, wherein
In the temperature compensation method for a piezoelectric oscillation circuit according to any one of the above, the frequency is controlled without converting a digital signal into an analog signal by adopting the above configuration, so that digital noise and quantization error can be controlled. No performance degradation due to

【0018】以下本発明の一実施形態を、図面を参照し
ながら説明する。図1において、1は温度センサで、2
は電圧増幅器、3は電圧加算器、4は電圧によって周波
数を変化させることができる電圧制御水晶発振器(以後
VCXOと記す)、5は制御量を記憶しているメモリ、
6はデジタル/アナログ変換器(以後D/A変換器と記
す)、7はオフセット電圧を発生させる電圧発生回路で
ある。温度センサ1からは、温度情報としてメモリ5に
その出力がなされ、メモリ5にて温度情報に基づいてデ
ジタル信号が出力される。そのデジタル信号はD/A変
換器6によって、アナログ量、たとえば抵抗や電圧など
に変換され、電圧増幅器2ならびに電圧発生回路7に出
力される。電圧増幅器2はD/A変換器6の出力に応じ
て、温度センサ1の出力電圧を所定の増幅率で増幅し、
電圧加算器3に出力される。また、D/A変換器6の出
力によってオフセット量を調整する電圧発生回路7の出
力電圧がきまり、電圧加算器3に出力される。電圧加算
器3は、電圧増幅器2からの出力電圧ならびに電圧発生
回路7からの出力電圧を加算し、VCXO4に出力す
る。上記の温度センサ1、電圧増幅器2、電圧加算器
3、VCXO4、メモリ5、D/A変換器6および電圧
発生回路7がモジュール化されて、温度補償水晶発振器
を構成している。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a temperature sensor;
Is a voltage amplifier, 3 is a voltage adder, 4 is a voltage-controlled crystal oscillator (hereinafter referred to as VCXO) that can change the frequency by voltage, 5 is a memory that stores a control amount,
Reference numeral 6 denotes a digital / analog converter (hereinafter referred to as a D / A converter), and reference numeral 7 denotes a voltage generation circuit for generating an offset voltage. The temperature sensor 1 outputs the temperature information to the memory 5 as temperature information, and the memory 5 outputs a digital signal based on the temperature information. The digital signal is converted by a D / A converter 6 into an analog amount, for example, a resistance or a voltage, and output to the voltage amplifier 2 and the voltage generation circuit 7. The voltage amplifier 2 amplifies the output voltage of the temperature sensor 1 at a predetermined gain according to the output of the D / A converter 6,
Output to the voltage adder 3. Further, the output voltage of the voltage generation circuit 7 for adjusting the offset amount based on the output of the D / A converter 6 is determined and output to the voltage adder 3. Voltage adder 3 adds the output voltage from voltage amplifier 2 and the output voltage from voltage generation circuit 7 and outputs the result to VCXO 4. The temperature sensor 1, the voltage amplifier 2, the voltage adder 3, the VCXO 4, the memory 5, the D / A converter 6, and the voltage generating circuit 7 are modularized to constitute a temperature compensated crystal oscillator.

【0019】前記VCXO4は図2に示すように、前記
電圧加算器3の出力が印加される制御端子9、緩衝抵抗
10、可変容量ダイオード11、DCカット用コンデン
サ12、帰還コンデンサ13、水晶振動子14、能動素
子15、帰還抵抗16、出力端子17とにより構成され
ている。
As shown in FIG. 2, the VCXO 4 is a control terminal 9 to which the output of the voltage adder 3 is applied, a buffer resistor 10, a variable capacitance diode 11, a DC cut capacitor 12, a feedback capacitor 13, a crystal oscillator. 14, an active element 15, a feedback resistor 16, and an output terminal 17.

【0020】また、温度センサ1は図3に示すように、
3つの直列接続されたダイオード18と抵抗19とDC
3Vの印加端子20と出力端子21とにより構成され、
ダイオード18のジャンクション電圧が温度によって変
動するので、出力端子21からの出力は図4に示すよう
に直線的に下降するようになっている。
The temperature sensor 1 is, as shown in FIG.
Three series-connected diodes 18, a resistor 19 and a DC
A 3V application terminal 20 and an output terminal 21;
Since the junction voltage of the diode 18 varies depending on the temperature, the output from the output terminal 21 falls linearly as shown in FIG.

【0021】ここで、VCXO4より得られる周波数偏
差は、用いる水晶振動子14の周波数偏差によって決ま
る。通常用いられる水晶振動子14は、ATカットと呼
ばれる角度で切り出したものである。ATカット水晶振
動子の温度特性を図5に示す。図5に示すように、AT
カット水晶振動子の温度特性は、温度に対してほぼ三次
曲線となることが知られている。従って、VCXO4よ
り得られる特性も同様に三次曲線となり、周波数を温度
に対して一定にするために制御端子9に印加する制御電
圧はその逆特性となる。その様子を図6に示す。図6に
おいては、A〜Cはそれぞれ発振出力周波数が±0pp
m、+1ppmおよび−1ppmとなるときの制御電圧
も示している。
Here, the frequency deviation obtained from the VCXO 4 is determined by the frequency deviation of the quartz oscillator 14 used. The commonly used quartz oscillator 14 is cut out at an angle called an AT cut. FIG. 5 shows the temperature characteristics of the AT-cut quartz resonator. As shown in FIG.
It is known that the temperature characteristics of a cut quartz resonator have a substantially cubic curve with respect to temperature. Accordingly, the characteristic obtained from the VCXO 4 also becomes a cubic curve, and the control voltage applied to the control terminal 9 to keep the frequency constant with respect to temperature has the opposite characteristic. FIG. 6 shows this state. In FIG. 6, A to C each have an oscillation output frequency of ± 0 pp.
The control voltages at m, +1 ppm and -1 ppm are also shown.

【0022】図6に示した制御電圧を発生させるため
に、本発明の構成では図6の曲線を複数の直線で近似す
る方式をとる。すなわち、図1に示した温度センサ1に
温度に対し出力電圧が線形に変化する回路、たとえば、
図3に示すような回路を用い、その出力を電圧増幅器で
傾きや切片を最適化して複数本の直線を生成するのであ
る。ただしここで、図6に示す曲線を単純に直線で近似
すると、図7に示すようになる。一般に、曲線の直線近
似は、近似する直線のつなぎ目(折れ曲がるところ)
が、近似される曲線上にあると、非常に簡便な数式で得
られ、下記(数1)から求められる。すなわち座標(x
1,y1)と(x2,y2)が近似される曲線上にある
とすると、
In order to generate the control voltage shown in FIG. 6, the configuration of the present invention employs a method of approximating the curve of FIG. 6 with a plurality of straight lines. That is, a circuit in which the output voltage changes linearly with temperature in the temperature sensor 1 shown in FIG.
Using a circuit as shown in FIG. 3, the output is optimized by a voltage amplifier for slope and intercept to generate a plurality of straight lines. However, here, when the curve shown in FIG. 6 is simply approximated by a straight line, the result is as shown in FIG. In general, a straight line approximation of a curve is based on the joint of the approximating straight lines (where it bends)
Is on a curve to be approximated, it can be obtained by a very simple mathematical formula, and is obtained from the following (Equation 1). That is, the coordinates (x
If (1, y1) and (x2, y2) are on the approximated curve, then

【0023】[0023]

【数1】 (Equation 1)

【0024】がその2座標を通る直線の式となる。以
下、本発明では(数1)の式を用いて近似する直線を求
めることにする。
Is an equation of a straight line passing through the two coordinates. Hereinafter, in the present invention, an approximate straight line will be obtained using the equation (Equation 1).

【0025】図7は、一例として5本の直線で近似した
場合を示している。図7から、与えられる直線は、曲線
の内側を通る事が理解される。すなわち、曲線が下側に
凸の領域(概−25℃以下)では、近似する直線が曲線
の上側を通り、また曲線が上側に凸の領域(概−25℃
以上)では、近似する直線が曲線の下側を通っているの
である。
FIG. 7 shows a case in which approximation is made by five straight lines as an example. From FIG. 7, it is understood that the given straight line passes through the inside of the curve. That is, in an area where the curve is convex downward (approximately −25 ° C. or less), an approximate straight line passes above the curve, and an area where the curve is convex upward (approximately −25 ° C.).
In the above, the approximate straight line passes below the curve.

【0026】そこで、本発明では与えられた理想制御曲
線(図6)に、所定の補正直線を加えて、その加えた後
の曲線に対して直線近似を行うことにした。それを示し
たのが、図8である。図8において、A線は図6および
図7でも示した理想制御曲線であり、A線に温度をt、
加算電圧(補正電圧)をVaddとして(数2)とな
る。
Therefore, in the present invention, a predetermined correction straight line is added to the given ideal control curve (FIG. 6), and a straight line approximation is performed on the added curve. FIG. 8 shows this. 8, the line A is the ideal control curve shown also in FIGS. 6 and 7, and the temperature on the line A is t,
The added voltage (correction voltage) is Vadd, and becomes (Equation 2).

【0027】[0027]

【数2】 (Equation 2)

【0028】加算電圧を加えたのがB線であり、さらに
B線について図7と同じ手法で5本の直線で近似したの
がC線である。ここで、重要なことは、C線がB線に対
しての直線近似であるにも関わらず、結局A線にとって
最適な直線近似となっていることである。本発明では、
上記の加算電圧Vaddは、図1において電圧発生回路
7より発生させることができ、さらに、図1では示して
いないが、温度センサ1が温度に対して線形に変化する
電圧を発生する場合には、その出力を利用して、適当に
増幅もしくは減衰させて用いることができる。
The line B to which the added voltage is applied is the line B, and the line C is an approximation of the line B by five straight lines in the same manner as in FIG. What is important here is that although the C-line is a linear approximation to the B-line, the C-line is ultimately an optimal linear approximation to the A-line. In the present invention,
The above-mentioned added voltage Vadd can be generated by the voltage generation circuit 7 in FIG. 1, and is not shown in FIG. 1, but when the temperature sensor 1 generates a voltage that changes linearly with temperature, The output can be used to amplify or attenuate appropriately.

【0029】上記の内容をさらに詳しく調べていくと、
(数2)におけるtの係数と近似に用いる直線の本数に
重要な関係があることがわかった。その内容について以
下説明する。
When the above contents are examined in more detail,
It was found that there is an important relationship between the coefficient of t in (Equation 2) and the number of straight lines used for approximation. The contents will be described below.

【0030】補正電圧直線の傾きaと近似に用いる直線
の本数の関係を図9(a)、補正電圧直線の切片bと近
似に用いる直線の本数の関係を図9(b)にそれぞれ示
す。両図とも直線の本数が増大すれば、指数関数的にa
もbも0に漸近していくが、現実的な本数として3から
8本の直線で近似する際には、aおよびbと近似する直
線の本数Lとの関係は、それぞれ(数3)および(数
4)となる。
FIG. 9A shows the relationship between the slope a of the correction voltage straight line and the number of straight lines used for approximation, and FIG. 9B shows the relationship between the intercept b of the correction voltage straight line and the number of straight lines used for approximation. In both figures, if the number of straight lines increases, a
And b asymptotically approach 0, but when approximating by 3 to 8 straight lines as a realistic number, the relationship between a and b and the number L of approximate straight lines is expressed by (Equation 3) and (Equation 4)

【0031】[0031]

【数3】 (Equation 3)

【0032】[0032]

【数4】 (Equation 4)

【0033】上記の本発明の方法を用いて、近似する直
線を3から8本とした際の対温度周波数安定度の結果
を、図10(a)〜(f)に示す。なお、比較のため各
図において、(数3)および(数4)から得られる補正
電圧を用いない場合も示した。補正電圧を用いると、用
いないときに比べ、最大周波数偏差範囲が小さくなって
いることがわかり、より高性能化が図れる。
FIGS. 10 (a) to 10 (f) show the results of the temperature frequency stability when the number of approximate straight lines is changed from 3 to 8 using the method of the present invention. For comparison, each drawing also shows a case where the correction voltage obtained from (Equation 3) and (Equation 4) is not used. When the correction voltage is used, it can be seen that the maximum frequency deviation range is smaller than when the correction voltage is not used, and higher performance can be achieved.

【0034】上記したように、近似する直線の本数に応
じて理想制御電圧に所望の補正電圧直線を加算し、その
結果得られた曲線に対して直線近似を行うことによっ
て、大きなメモリ5が不要で、簡便にかつ高性能な温度
補償圧電発振器を得ることが可能になるのである。
As described above, by adding a desired correction voltage straight line to the ideal control voltage according to the number of approximating straight lines and performing linear approximation on the resulting curve, a large memory 5 is not required. Thus, it is possible to obtain a simple and high-performance temperature-compensated piezoelectric oscillator.

【0035】なお、電圧増幅器2としては、構成手段の
一例として図11に示すような演算増幅器を用いること
ができる。反転増幅器22の入力端子23に温度センサ
1の出力端子21を接続する。帰還抵抗として、n組の
抵抗(R1,R2……Rn)とスイッチ(Sw1,Sw
2……Sw3)が接続されており、どのスイッチSw1
〜Swnをオンにするかで出力端子24に現れる電圧の
傾きを変化させることができる。また、スイッチSw1
〜Swnの状態を記憶する方法は、EEPROMやフラ
ッシュメモリ、ヒューズROM等を用いることができ
る。なお23aは基準端子で、出力される電圧のオフセ
ット量を調整するためのものである。ヒューズROMを
用いるときには、図12に示すようなマルチプレクサー
を用いるのがよい。図12に示すマルチプレクサーはス
イッチ制御端子26によって電圧印加端子25の接続先
を変更することができ、所望のヒューズ(R1,R2,
Rn)に接続した後、過剰電圧を電圧印加端子25に印
加してヒューズ(R1,R2,Rn)を焼き切ることに
する。このようにすることによって、外部へ引き出す端
子の数を減らすことができる。また、最適な組み合わせ
を予め知る方法として、スイッチ(Sw1,Sw2,S
wn)を用いることが有効である。すなわち、ヒューズ
(R1,R2,Rn)に直列にデジタル信号によりon
/offできるスイッチ(Sw1,Sw2,Swn)を
接続することによって、ヒューズ(R1,R2,Rn)
で焼き切る前に最適なスイッチの状態を知ることができ
る。
As the voltage amplifier 2, an operational amplifier as shown in FIG. 11 can be used as an example of the constituent means. The output terminal 21 of the temperature sensor 1 is connected to the input terminal 23 of the inverting amplifier 22. As feedback resistors, n sets of resistors (R1, R2... Rn) and switches (Sw1, Sw)
2... Sw3) are connected, and which switch Sw1
傾 き Swn can be turned on to change the slope of the voltage appearing at the output terminal 24. Also, the switch Sw1
As a method for storing the states of Swn, an EEPROM, a flash memory, a fuse ROM, or the like can be used. Reference numeral 23a is a reference terminal for adjusting the offset amount of the output voltage. When using a fuse ROM, it is preferable to use a multiplexer as shown in FIG. In the multiplexer shown in FIG. 12, the connection destination of the voltage application terminal 25 can be changed by the switch control terminal 26, and a desired fuse (R1, R2,
Rn), an excess voltage is applied to the voltage application terminal 25 to burn out the fuses (R1, R2, Rn). By doing so, the number of terminals drawn out can be reduced. As a method of knowing the optimum combination in advance, a switch (Sw1, Sw2, S2
wn) is effective. That is, it is turned on by a digital signal in series with the fuses (R1, R2, Rn).
By connecting switches (Sw1, Sw2, Swn) capable of / off, fuses (R1, R2, Rn)
You can know the optimal switch status before burning out.

【0036】[0036]

【発明の効果】上記したように、本発明によれば、理想
制御電圧曲線を近似する直線の本数に応じて補正電圧直
線を加算し、得られる曲線に対して直線近似を行う圧電
発振器の温度補償方式であり、補正電圧直線ならびに直
線近似の方法が簡便な数式で得られるので、簡便でかつ
高性能な温度補償された圧電発振回路を得ることができ
る。
As described above, according to the present invention, the temperature of the piezoelectric oscillator which adds a correction voltage straight line according to the number of straight lines approximating the ideal control voltage curve and performs linear approximation on the obtained curve is obtained. This is a compensation method, and a correction voltage straight line and a method of linear approximation can be obtained by simple mathematical expressions. Therefore, a simple and high-performance temperature-compensated piezoelectric oscillation circuit can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態の回路構成を示すブロック
FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration according to an embodiment of the present invention.

【図2】同電圧制御水晶発振器の回路図FIG. 2 is a circuit diagram of the voltage-controlled crystal oscillator.

【図3】同温度センサの回路図FIG. 3 is a circuit diagram of the temperature sensor.

【図4】図3に示した温度センサの特性図FIG. 4 is a characteristic diagram of the temperature sensor shown in FIG. 3;

【図5】同水晶振動子の温度特性図FIG. 5 is a temperature characteristic diagram of the crystal resonator.

【図6】同電圧制御水晶発振器の温度補償を行う際の理
想電圧曲線を示す特性図
FIG. 6 is a characteristic diagram showing an ideal voltage curve when performing temperature compensation of the voltage controlled crystal oscillator.

【図7】図6に示した理想電圧曲線を単純な方法で5本
の直線で近似した様子を示す特性図
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a state in which the ideal voltage curve shown in FIG. 6 is approximated by five straight lines by a simple method.

【図8】図6に示した理想制御電圧曲線に補正電圧直線
を加算した曲線について直線近似を行った様子を示す特
性図
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a state in which a curve obtained by adding a correction voltage straight line to the ideal control voltage curve shown in FIG. 6 is subjected to linear approximation;

【図9】(a)(b)はそれぞれ補正電圧直線の傾きお
よび切片と近似に用いる直線の本数との関係を示す特性
9A and 9B are characteristic diagrams showing the relationship between the slope and intercept of the correction voltage straight line and the number of straight lines used for approximation, respectively.

【図10】(a)〜(f)はそれぞれ本発明の方法を用
いて温度補償したときの水晶発振器の周波数温度特性図
FIGS. 10A to 10F are frequency-temperature characteristic diagrams of a crystal oscillator when temperature compensation is performed using the method of the present invention, respectively.

【図11】本発明で用いることができる電圧増幅器の一
例を示す回路図
FIG. 11 is a circuit diagram showing an example of a voltage amplifier that can be used in the present invention.

【図12】本発明のメモリとして用いることができるマ
ルチプレクサの一例を示す回路図
FIG. 12 is a circuit diagram illustrating an example of a multiplexer that can be used as a memory of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 温度センサ 2 電圧増幅器 3 電圧加算器 4 VCXO 5 メモリ 6 D/A変換器 7 電圧発生回路 8 温度補償水晶発振器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Temperature sensor 2 Voltage amplifier 3 Voltage adder 4 VCXO 5 Memory 6 D / A converter 7 Voltage generation circuit 8 Temperature compensation crystal oscillator

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 周囲の温度を検知する温度センサと、周
波数決定素子となる圧電振動子と、直流の制御電圧によ
りリアクタンスが変化する可変リアクタンス素子と、前
記圧電振動子および前記可変リアクタンス素子を帰還ル
ープ内に含む発振回路と、前記温度センサからの出力に
応じて前記可変リアクタンス素子に所望の制御電圧を供
給する電圧発生回路を具備した圧電発振回路において、 前記電圧発生回路の出力制御電圧は、前記圧電発振回路
の出力周波数が温度に対して略一定となる第一の電圧曲
線に、温度に対して所望の傾きと切片で線形に変化する
補正電圧を加算して得られる第二の電圧曲線を複数の直
線で近似した電圧としたことを特徴とする圧電発振回路
の温度補償方法。
1. A temperature sensor for detecting an ambient temperature, a piezoelectric vibrator serving as a frequency determining element, a variable reactance element whose reactance changes according to a DC control voltage, and feedback of the piezoelectric vibrator and the variable reactance element. An oscillation circuit included in a loop, and a piezoelectric oscillation circuit including a voltage generation circuit that supplies a desired control voltage to the variable reactance element in accordance with an output from the temperature sensor, wherein an output control voltage of the voltage generation circuit is: A second voltage curve obtained by adding a correction voltage that changes linearly with a desired slope and intercept to temperature to a first voltage curve at which the output frequency of the piezoelectric oscillation circuit is substantially constant with temperature. A voltage approximated by a plurality of straight lines.
【請求項2】 まず温度に対して圧電発振回路の出力周
波数が略一定となる第一の電圧曲線を検出し、この第一
の電圧曲線に、温度に対して所望の傾きと切片で線形に
変化する電圧を加算して第二の電圧曲線を算出し、この
第二の電圧曲線を複数の直線で近似したことを特徴とす
る請求項1に記載の圧電発振回路の温度補償方法。
2. First, a first voltage curve at which the output frequency of the piezoelectric oscillation circuit becomes substantially constant with respect to temperature is detected, and the first voltage curve is linearly formed with a desired slope and intercept with respect to temperature. 2. The temperature compensation method for a piezoelectric oscillation circuit according to claim 1, wherein a second voltage curve is calculated by adding the changing voltages, and the second voltage curve is approximated by a plurality of straight lines.
【請求項3】 第二の電圧曲線を近似する複数の直線の
交点を、前記第二の電圧曲線上にしたことを特徴とする
請求項1もしくは2に記載の圧電発振回路の温度補償方
法。
3. The temperature compensation method for a piezoelectric oscillation circuit according to claim 1, wherein intersections of a plurality of straight lines approximating the second voltage curve are set on the second voltage curve.
【請求項4】 電圧補償回路の中に記憶回路が含まれ、
その中に前記可変リアクタンス素子に出力する制御電圧
を所望の値とするためのデータを記憶させたことを特徴
とする請求項1から3の何れか一つに記載の圧電発振回
路の温度補償方法。
4. The voltage compensating circuit includes a storage circuit,
4. A temperature compensation method for a piezoelectric oscillation circuit according to claim 1, wherein data for setting a control voltage output to said variable reactance element to a desired value is stored therein. .
【請求項5】 第二の電圧曲線を直線で近似する際に、
3本から8本の直線を用いて近似したことを特徴とする
請求項1から4の何れか一つに記載の圧電発振回路の温
度補償方法。
5. When approximating the second voltage curve with a straight line,
5. The temperature compensation method for a piezoelectric oscillation circuit according to claim 1, wherein the approximation is performed using three to eight straight lines.
【請求項6】 圧電振動子として、水晶振動子を用いた
ことを特徴とする請求項1から5の何れか一つに記載の
圧電発振回路の温度補償方法。
6. The temperature compensation method for a piezoelectric oscillation circuit according to claim 1, wherein a quartz oscillator is used as the piezoelectric oscillator.
【請求項7】 第一の電圧曲線に加算するための補正電
圧直線の温度に対する傾きを正としたことを特徴とする
請求項1から6の何れか一つに記載の圧電発振回路の温
度補償方法。
7. The temperature compensation of the piezoelectric oscillation circuit according to claim 1, wherein a slope of the correction voltage straight line to be added to the first voltage curve with respect to the temperature is made positive. Method.
【請求項8】 第一の電圧曲線に加算するための補正電
圧直線の温度に対する切片を負としたことを特徴とする
請求項1から7の何れか一つに記載の圧電発振回路の温
度補償方法。
8. The temperature compensation of a piezoelectric oscillation circuit according to claim 1, wherein an intercept with respect to a temperature of a correction voltage straight line to be added to the first voltage curve is negative. Method.
【請求項9】 第一の電圧曲線に加算するための補正電
圧直線の温度に対する傾きfを、近似する直線の本数を
xとして、概ね f(x)=−0.13x+1.18 なる関数で表される値としたことを特徴とする請求項1
から8の何れか一つに記載の圧電発振回路の温度補償方
法。
9. A function of approximately f (x) = − 0.13x + 1.18, where the slope f with respect to the temperature of the correction voltage line to be added to the first voltage curve is represented by x, where x is the number of approximate lines. 2. A value which is set to a value to be set.
9. The temperature compensation method for a piezoelectric oscillation circuit according to any one of items 1 to 8.
【請求項10】 第一の電圧曲線に加算するための補正
電圧直線の温度に対する切片gを、近似する直線の本数
をyとして、概ね g(y)=4.79y−39.69 なる関数で表される値としたことを特徴とする請求項1
から9の何れか一つに記載の圧電発振回路の温度補償方
法。
10. The intercept g with respect to the temperature of a correction voltage straight line to be added to the first voltage curve is represented by a function of approximately g (y) = 4.79y-39.69, where y is the number of approximating straight lines. 2. A value represented by the following expression:
10. The temperature compensation method for a piezoelectric oscillation circuit according to any one of items 1 to 9.
【請求項11】 第二の電圧曲線を近似する複数の直線
それぞれを、前記温度センサの出力を正または負に増幅
もしくは減衰するアンプを用いて形成したことを特徴と
する請求項1から10の何れか一つに記載の圧電発振回
路の温度補償方法。
11. The method according to claim 1, wherein each of the plurality of straight lines approximating the second voltage curve is formed by using an amplifier for amplifying or attenuating the output of the temperature sensor to positive or negative. A temperature compensation method for a piezoelectric oscillation circuit according to any one of the preceding claims.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100385587B1 (en) * 2000-08-25 2003-05-27 삼성전기주식회사 TCXO using PLL
JP2009267887A (en) * 2008-04-26 2009-11-12 Kyocera Kinseki Corp Temperature compensation type crystal oscillator
JP2018133816A (en) * 2018-04-19 2018-08-23 セイコーエプソン株式会社 Oscillator, electronic apparatus, and mobile object

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