JP4314982B2

JP4314982B2 - 温度補償型圧電発振器

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Publication number: JP4314982B2
Application number: JP2003402098A
Authority: JP
Inventors: 匡亨石川
Original assignee: Miyazaki Epson Corp
Current assignee: Miyazaki Epson Corp
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2023-12-01
Also published as: JP2005167510A

Description

本発明は、水晶振動子等の圧電振動子を使用した圧電発振器に関し、特にＭＯＳ容量素子を使用して温度補償を行う圧電発振器において、ＭＯＳ容量素子のＣ−Ｖ特性における不安定領域を回避する回路構成に関するものである。

近年、水晶振動子等の圧電振動子に対して発振回路、温度補償回路等を付加した圧電発振器では周波数安定度は勿論のこと、小型化、低価格化等の要求が厳しく要求されている。圧電発振器の出力周波数は種々の要因で変化するが、比較的周波数の安定度が高い水晶発振器においても、周囲温度、電源電圧及び出力負荷等の条件変化による周波数変動があり、これ等に対応する手段は種々のものが提案されている。例えば温度変化に関しては水晶発振器に温度補償回路を付加し、この温度補償水晶発振器（以下、ＴＣＸＯと記す）の発振ループの負荷容量を変化させて、水晶振動子固有の温度−周波数特性変動を相殺するように前記負荷容量を温度変化に対して制御するものがあり、大きく分けて直接温度補償方式、間接温度補償方式及びデジタル型補償方式の３つの補償方法がある。
特に、間接温度補償方式としてＭＯＳ型バラクタを用いて温度補償回路を構成しているものがあり、このＭＯＳ型バラクタには幾つかの構造が存在する。例えば、アキュムレーション型やＰチャントランジスタ型等があげられる。Ｐチャントランジスタ型のＭＯＳ型バラクタを用いる方法について、同一出願人から、特願２００３−２８７１５３として出願されている。
図６は従来のＭＯＳ型バラクタを用いた温度補償回路の一例を示す図である。これは、低温補償用ＭＯＳ型バラクタＭＬ４３と、高温補償用ＭＯＳ型バラクタＭＨ４６を用い、ＭＯＳ型バラクタの両端には一方に基準電圧Ｖｒｅｆ、他方に制御電圧ＶＬ、ＶＨが抵抗４４、４１、４５を介して印加される。このような構成にすることで、水晶振動子の３次の温度特性を補償するために、温度に対する３次の容量変化を得ている。またこのようなＭＯＳ型バラクタを用いた構成の間接温度補償方式においては、補償電圧ＶＬ、ＶＨがリニア変化させることが可能な点が大きな特徴である。
特願２００３−２８７１５３

しかしながらアキュムレーション型の場合、その構造的な理由から図７に示すようにＭＯＳ型バラクタに印加する電位差と容量の関係（以下、Ｃ−Ｖ特性と記す）４０におけるＣｍｉｎ付近（Ａ部）が、電圧印加後に安定するまで時間がかかるといった問題があった。このＣｍｉｎ付近は間接温度補償方式において、高温補償回路の常温付近で使用するため、Ｃｍｉｎの不安定さは発振器の常温時の周波数安定に影響を及ぼす。即ち、Ｃｍｉｎ付近は電圧印加時の安定時間が遅いことから、発振器としての周波数起動時間に影響を与えることになり、高速起動を要求される現在の仕様を満足できない場合がある。
また、特許文献１はＰチャントランジスタのソース及びドレイン領域に形成されたＰ型引出し電極と、Ｎ−Ｗｅｌｌ領域に形成されたＮ型引出し電極との間にバイアスをかけることによりＣ−Ｖ特性における容量最小値（Ｃｍｉｎ）付近の不安定領域を回避するものであり、新たに半導体プロセスの開発が必要となり、開発コストと多大な開発時間を要するといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑み、ＭＯＳ型バラクタのＣ−Ｖ特性における容量最小値（Ｃｍｉｎ）付近の不安定領域を回避するために、温度補償電圧が容量最小値のときの電位差にならないようにして、高温時の負荷容量変動を抑制した温度補償型圧電発振器を提供することを目的する。
また他の目的は、従来のアキュムレーション型ＭＯＳ型バラクタの課題を外部の回路構成により解決することにより、新たな半導体プロセスの開発の必要がなくなり、開発費の大幅な削減を行うことである。

本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、所定の周波数で励振される圧電素子を備えた圧電振動子と、該圧電素子に電流を流して励振させる発振用増幅器と、温度変化による発振周波数の変化を補償する周波数温度補償回路と、を備えた圧電発振器であって、前記周波数温度補償回路は、周囲温度によりパラメータが変化する温度検出部と、該温度検出部により変化したパラメータに基づいて電圧を発生する温度補償用電圧発生部と、該温度補償用電圧発生部により発生された温度補償用電圧と基準電圧の電位差に基づいて容量が変化するＭＯＳ容量素子と、前記温度補償用電圧を、前記ＭＯＳ容量素子のＣ−Ｖ特性における低容量値領域の電位差以下にならないようクリップするクリップ電圧発生手段とを備えたことを特徴とする。
基本的に温度補償回路は、周囲温度を検出する温度検出部と、例えば温度検出部がサーミスタにより構成されていれば、抵抗分圧により電圧変化として取り出し、その電圧変化に基づいて電圧を発生する温度補償用電圧発生部と、その電圧と基準電圧との電位差により３次の容量特性を有するＭＯＳ容量素子により構成される。しかし、ＭＯＳ容量素子は低電位側での容量値が不安定になる特性があり、この不安定さが周波数変動の要因となっていた。そこで本発明では、さらにクリップ電圧発生手段を備え、ＭＯＳ容量素子の容量値が不安定になる電位にならないように、温度により直線的に変化する温度補償用電圧発生部の出力を常温近傍でクリップして一定電位以下にならないようにしたものである。
かかる発明によれば、温度補償回路に更にクリップ電圧発生手段を備え、温度により直線的に変化する温度補償用電圧発生部の出力を常温近傍でクリップするので、ＭＯＳ容量素子の容量値が不安定になる領域を回避して、高温側での周波数の安定度を更に高めることができる。
なお、本明細書において、圧電素子とは、圧電基板の主面に励振電極、リード端子を形成した素子を指称し、圧電振動子とは、この圧電素子自体、或いは圧電素子を気密封止した電子部品を指称する。

請求項２は、前記温度補償用電圧発生部は、所定の電位を有する基準電圧を発生する基準制御電圧発生部と、前記圧電素子の温度特性の常温を中心として低温側の温度特性を補償する電圧を発生する低温制御電圧発生部と、前記圧電素子の温度特性の常温を中心として高温側の温度特性を補償する電圧を発生する高温制御電圧発生部と、を備えたものであり、前記ＭＯＳ容量素子は、前記低温制御電圧発生部の出力電圧が供給される低温部補償用ＭＯＳ容量素子と、前記高温制御電圧発生部の出力電圧が供給される高温部補償用ＭＯＳ容量素子と、を備えたものであり、前記クリップ電圧発生手段は、前記低温制御電圧発生部の出力電圧をクリップする第１のクリップ電圧発生手段と、前記高温制御電圧発生部の出力電圧をクリップする第２のクリップ電圧発生手段と、を備えたものであり、前記第２のクリップ電圧発生手段が、前記高温制御電圧発生部の出力電圧を、前記高温部補償用ＭＯＳ容量素子のＣ−Ｖ特性における低容量値領域の電位差以下にならないようにクリップすることを特徴とする請求項１に記載の温度補償型圧電発振器である。
基本的に温度補償回路は、周囲温度を検出する温度検出部と、例えば温度検出部がサーミスタにより構成されていれば、抵抗分圧により電圧変化として取り出し、その電圧変化に基づいて常温より低い温度範囲で電圧が上昇するように制御する低温制御電圧発生部と、逆に常温より高い温度範囲で電圧が上昇するように制御する高温制御電圧発生部とがある。そして、本発明ではクリップ電圧発生手段により、これらの出力が温度変化により直線的に変化する特性を、常温近傍で所定の電圧以下にならないようにクリップすることにより、特に、高温制御電圧発生部の電圧が低温側で一定電圧として、ＭＯＳ容量素子のＣ−Ｖ特性における低容量値領域の不安定領域を回避することができる。
かかる発明によれば、クリップ電圧発生手段は、低温制御電圧発生部及び高温制御電圧発生部の各出力を、ＭＯＳ容量素子のＣ−Ｖ特性における低容量値領域の電位差以下にならないようにクリップするので、ＭＯＳ容量素子の低容量値領域での電位変化に対する容量値の不安定さを回避することができる。
請求項３は、前記第１のクリップ電圧発生手段及び前記第２のクリップ電圧発生手段は、前記低温制御電圧発生部及び高温制御電圧発生部の各出力を、常温近傍を中心として高温側及び低温側に亘って前記基準電圧との電位差が所定の一定電圧になるように制御することを特徴とする請求項２に記載の温度補償型圧電発振器である。
例えば、クリップ電圧発生手段がない場合、低温制御電圧発生部の電圧は低温側から直線的に降下する電圧であり、高温制御電圧発生部の電圧は逆に高温側から直線的に上昇する電圧であり、ほぼ常温で交差する。このままの電圧をＭＯＳ容量素子に印加すると、特に高温制御電圧発生部の電圧が低くなる低温側で、ＭＯＳ容量素子の容量値が不安定となり、結果的に高温側での周波数が不安定となる。
かかる発明によれば、クリップ電圧発生手段は、低温制御電圧発生部及び高温制御電圧発生部の各出力を、常温近傍を中心として高温側及び低温側に亘って基準電圧との電位差が所定の一定電圧になるように制御するので、ＭＯＳ容量素子の容量値が不安定となる電位を避けて、結果的に高温側での周波数を更に安定にすることができる。

請求項４は、前記第１のクリップ電圧発生手段及び前記第２のクリップ電圧発生手段は、クリップ電圧を発生するクリップ電圧発生源と、ダイオードとを備え、前記クリップ電圧発生源の電圧値を任意に設定可能としたことを特徴とする請求項２に記載の温度補償型圧電発振器である。
クリップ電圧発生手段の一例として、クリップ電圧発生源とダイオードのアノードを接続し、そのカソード側を低温制御電圧発生部及び高温制御電圧発生部の各出力に接続する。この回路構成により制御電圧がクリップ電圧より高い場合は、逆バイアスとして働いて制御電圧がそのまま出力されるが、制御電圧がクリップ電圧より低くなると、順バイアスとなりクリップ電圧がそのまま出力される。従って、クリップ電圧を任意に設定できるようにしておけば、各種の電圧でクリップ電圧を設定することができる。
かかる発明によれば、クリップ電圧発生手段は、クリップ電圧発生源の電圧値を任意に設定可能としたので、各種の電圧でクリップ電圧を設定することができる。
請求項５は、前記低温部補償用ＭＯＳ容量素子は常温近傍及びそれ以下の温度において、前記圧電発振器の負荷容量が減少するように前記温度補償用電圧発生手段により制御されると共に、前記高温部補償用ＭＯＳ容量素子は常温近傍及びそれ以上の温度において、前記圧電発振器の負荷容量が増加するように前記温度補償用電圧発生部により制御されることを特徴とする請求項２に記載の温度補償型圧電発振器である。
ＭＯＳ容量素子の特性は、印加電圧の上昇と共に非線形に容量値が増加する特性を持っている。従って、常温を基準として低温側に対しては温度が低下すると出力電圧が上昇し、高温側に対しては温度が上昇すると出力電圧が上昇するようにして、その電圧をＭＯＳ容量素子に印加すれば、常温を基準として温度が低下すれば容量が減少して周波数を高めるように働き、逆に常温を基準として温度が上昇すれば容量が増加して周波数を低めるように働く。
かかる発明によれば、ＭＯＳ容量素子を周波数温度補償回路に組み込むことにより、温度変化を電圧変化として可変容量素子に印加するので、水晶振動子の温度特性をより細かく補償することができる。

請求項６は、前記低温部補償用ＭＯＳ容量素子と前記高温部補償用ＭＯＳ容量素子とを極性を異なるように並列接続した並列回路を、前記発振器の発振ループに挿入し、前記低温部補償用ＭＯＳ容量素子と高温部補償用ＭＯＳ容量素子との接続点に前記基準制御電圧発生部の出力端を抵抗を介して接続し、前記低温部補償用ＭＯＳ容量素子の他端に前記低温制御電圧発生部の出力端と前記クリップ電圧発生手段とを抵抗を介して接続すると共に、前記高温部補償用ＭＯＳ容量素子の他端に前記高温制御電圧発生部の出力端と前記クリップ電圧発生手段とを抵抗を介して接続することを特徴とする請求項２に記載の温度補償型圧電発振器である。
温度補償の基本は、発振ループ内にＭＯＳ容量素子を挿入し、そのＭＯＳ容量素子の素子容量が温度によって変化するようにし、その容量変化が発振ループの負荷容量の一部として働くようにすることである。本発明のＭＯＳ容量素子は、低温側を補償するものと、高温側を補償するものを２つ用意して、夫々の極性を逆にして並列に接続すると共に、夫々の端子に抵抗を介してクリップ電圧発生手段を接続するものである。
かかる発明によれば、ＭＯＳ容量素子に低温側を補償するものと、高温側を補償するものを２つ用意して、夫々の極性を逆にして並列に接続すると共に、夫々の端子に抵抗を介してクリップ電圧発生手段を接続するので、低温側と高温側の制御電圧を常温を基準として対照的に構成することができるばかりでなく、常温を中心として低温側及び高温側の電圧を一定とすることができる。
請求項７は、前記低温部補償用ＭＯＳ容量素子と前記高温部補償用ＭＯＳ容量素子とを極性を異なるように並列接続した並列回路の何れか一方のＭＯＳ容量素子に直列に容量素子を接続し、前記低温制御電圧発生部の出力電圧と前記高温制御電圧発生部の出力電圧を直流的に分離することを特徴とする請求項６に記載の温度補償型圧電発振器である。
低温側と高温側何れかのＭＯＳ容量素子に直列に固定容量素子を接続することにより、高温側の電圧と低温側の電圧を直流的にカットする役目を持たせることができる。
かかる発明によれば、基準電圧に対して低温側と高温側の電圧を直流的にカットして個別に印加できるので、温度変化に対して正確な制御電圧を印加することができる。

以上記載のごとく請求項１の発明によれば、温度補償回路に更にクリップ電圧発生手段を備え、温度により直線的に変化する温度補償用電圧発生部の出力を常温近傍でクリップするので、ＭＯＳ容量素子の容量値が不安定になる領域を回避して、高温側での周波数の安定度を更に高めることができる。
また請求項２では、クリップ電圧発生手段は、低温制御電圧発生部及び高温制御電圧発生部の各出力を、ＭＯＳ容量素子のＣ−Ｖ特性における低容量値領域の電位差以下にならないようにクリップするので、ＭＯＳ容量素子の低容量値領域での電位変化に対する容量値の不安定さを回避することができる。
また請求項３では、クリップ電圧発生手段は、低温制御電圧発生部及び高温制御電圧発生部の各出力を、常温近傍を中心として高温側及び低温側に亘って基準電圧との電位差が所定の一定電圧になるように制御するので、ＭＯＳ容量素子の容量値が不安定となる電位を避けて、結果的に高温側での周波数を更に安定にすることができる。
また請求項４では、クリップ電圧発生手段は、クリップ電圧発生源の電圧値を任意に設定可能としたので、各種の電圧でクリップ電圧を設定することができる。
また請求項５では、ＭＯＳ容量素子を周波数温度補償回路に組み込むことにより、温度変化を電圧変化として可変容量素子に印加するので、水晶振動子の温度特性をより細かく補償することができる。
また請求項６では、ＭＯＳ容量素子に低温側を補償するものと、高温側を補償するものを２つ用意して、夫々の極性を逆にして並列に接続すると共に、夫々の端子に抵抗を介してクリップ電圧発生手段を接続するので、低温側と高温側の制御電圧を常温を基準として対照的に構成することができるばかりでなく、常温を中心として低温側及び高温側の電圧を一定とすることができる。
また請求項７では、基準電圧に対して低温側と高温側の電圧を直流的にカットして個別に印加できるので、温度変化に対して正確な制御電圧を印加することができる。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
まず、本発明の実施形態を説明する前に、図４及び図５を参照して本発明の最も主となる技術原理について説明をしておく。図４（ａ）はＭＯＳ型バラクタのＣ−Ｖ特性を表す図である。この図から温度補償の原理を概略的に説明すると、ＭＯＳ型バラクタのＣ−Ｖ特性５０の立ち上がる領域（Ｂ領域）と立ち下がる領域（Ａ領域）を利用して、それぞれ低温と高温の補償を行う構成である。図４（ｂ）は図４（ａ）の特性を有するＭＯＳ型バラクタを使用したときの負荷容量と温度の関係（補償容量カーブ）を表す図である。低温領域Ｃは後述する低温部補償用のＭＯＳ型バラクタＭＬにより生成され、高温領域Ｄは後述する高温部補償用のＭＯＳ型バラクタＭＨにより生成され、その結果、水晶振動子の周波数を温度補償するための容量カーブ５１の特性を得ることができる。即ち、低温用と高温用にそれぞれＭＯＳ型バラクタが必要となる。
図５（ａ）は高温補償電圧と温度との関係を示す図である。即ち、高温補償には図５（ｂ）に示すようにＭＯＳ型バラクタのＣ−Ｖ特性の立ち上がりカーブ３１における左側領域（使用領域）部分を利用するので、温度補償を必要としない低温及び常温近傍の温度領域では、ＶＨ３３をリミッタ制御して一定電圧として、温度補償を必要とする高温領域に達した時、温度上昇に伴って電圧が上昇するようにＶＨ３３を制御し、これにより、Ｖｒｅｆ３２とＶＨ３３が等しい（電位差＝０）ところＰ点が補償温度の高温部になるようにする。尚、従来の補償電圧３４は図５（ａ）に示す破線に示すように補償範囲外の温度領域であっても直線変化するものであった。この場合Ｃ−Ｖ特性のＣｍｉｎ部（図５（ｂ）の２９の領域）を広域に使用するため、先に延べた問題が発生していた。そこでこの問題解決するには図５（ｂ）の３０の領域だけを使用することが有用であり、そのために、図５（ａ）のＱ点まで一定電圧になるように、電圧リミット機能（電圧クリップ機能）を設けた。

図１は本発明の温度補償型圧電発振器の部分構成を示すブロック図である。この温度補償型圧電発振器１００は、大きく分けて所定の周波数で励振される圧電素子を備えた圧電振動子（水晶振動子）Ｘと、この圧電素子に電流を流して励振させる発振用増幅器からなる発振回路１２と、温度変化による発振周波数の変化を補償する周波数温度補償回路１とを備えて構成される。尚、発振回路１２は図ではコルピッツ発振回路であるが、他の発振回路でも構わない。
そして周波数温度補償回路１は、周囲温度によりパラメータが変化する温度検出部３と、この温度検出部３により変化したパラメータに基づいて電圧を発生する温度補償用電圧発生回路（温度補償用電圧発生部）２と、この温度補償用電圧発生回路２により発生された温度補償用電圧（ＶＨ、ＶＬ）と基準電圧（Ｖｒｅｆ）の電位差に基づいて容量が変化するＭＯＳ容量素子ＭＨ１０、ＭＬ１１と、温度補償用電圧を所定の電圧にクリップするクリップ電圧発生回路（クリップ電圧発生手段）４、５と、直流阻止用コンデンサ７、９と、固定抵抗６、８とを備えて構成されている。
そしてＭＬ（低温部補償用ＭＯＳ容量素子）１１の対向電極とコンデンサ７との接続点Ｐには抵抗６を介して低温制御電圧端子（以下、ＶＬと記す）に接続され、さらにクリップ電圧発生回路４が接続されている。またコンデンサ７の他端はコンデンサ９を介して接地され、その接続中点ＱがＭＨ（高温部補償用ＭＯＳ容量素子）１０の対向電極と接続され、且つ抵抗８を介して高温制御電圧端子（以下、ＶＨと記す）に接続され、さらにクリップ電圧発生回路５が接続されている。また、ＭＬとＭＨの対向電極同士を接続した接続中点Ｒを圧電振動子（水晶振動子）Ｘに接続すると共に、抵抗１３を介してＶｒｅｆに接続されている。尚、本実施形態のクリップ電圧発生回路４は、ダイオードＤとクリップ電源Ｖｃｌ１が直列に接続され、ダイオードＤのカソードがＶＬに接続されている。またクリップ電圧発生回路５は、ダイオードＤとクリップ電源Ｖｃｌ２が直列に接続され、ダイオードＤのカソードがＶＨに接続されている。更に、クリップ電源Ｖｃｌ１、及びクリップ電源Ｖｃｌ２は電圧が調整できるようになっている。

図２は本発明の補償電圧の温度特性を表す図である。縦軸は補償電圧を表し、横軸は周囲温度を表す。図１を参照しながら説明する。温度補償用電圧発生回路２から発生されるＶｒｅｆは例えばプラスの一定の電圧２１であり、抵抗１３を介して接続点Ｒに供給する。接続点ＲはＭＬとＭＨの異なる極性同士が接続されているので、ＭＬに対しては逆バイアスとなり、ＭＨに対しては順バイアスとなる。その状態でまず電圧ＶＬ２０の動作を温度が−４０℃から＋９０℃まで連続して変化したとして説明する。ＶＬ２０は−４０℃のときＶｒｅｆとの交点Ｒ’にあり、そのときのＭＬ１１の容量は、ＭＬ１１の端子間電圧が０Ｖであるときの所定の容量となる（図４（ｂ）電位差０Ｖのときの容量）。そして温度が上昇するとＶＬ２０は直線的に低下し、それに伴ってＭＬ１１の電位差が大きくなり容量が増加する。そして＋２５℃付近になると、クリップ電圧発生回路４のクリップ電圧Ｖｃｌ１よりＶＬが低くなるので、クリップ電圧発生回路４のダイオードＤが順バイアスとなり接続中点Ｐ’の電圧はクリップ電圧Ｖｃｌ１の電圧となる。その後も温度が上昇するとＶＬ２０は更に低下するが、接続中点Ｐの電圧はクリップ電圧Ｖｃｌ１によりクリップされて一定となる。

次に電圧ＶＨ２２の動作を温度が＋９０℃から−４０℃まで連続して変化したとして説明する。ＶＨ２２は＋９０℃のときＶｒｅｆとの交点Ｓにあり、そのときのＭＨ１０の容量はＭＨ１０の端子間電圧が０Ｖであるときの所定の容量となる（図４（ｂ）電位差０Ｖの容量）。そして温度が低下するとＶＨ２２は直線的に低下し、それに伴ってＭＨ１０の電位差が大きくなり容量が減少する。そして＋２５℃付近になると、クリップ電圧発生回路５のクリップ電圧Ｖｃｌ２よりＶＨ２２が低くなるので、クリップ電圧発生回路５のダイオードＤが順バイアスとなり接続中点Ｑの電圧はクリップ電圧Ｖｃｌ２の電圧となる。その後も温度が低下するとＶＨ２２は更に低下するが、接続中点Ｑの電圧はクリップ電圧Ｖｃｌ２によりクリップされて一定となる。
尚、低温補償に関してはＭＯＳ型バラクタのＣ−Ｖ特性におけるＣｍａｘ側を使用するので（図４（ａ）参照）、Ｃ−Ｖ特性の不安定領域（Ｃｍｉｎ）による問題は発生しないが、本実施形態のようにＶＬもクリップさせることで、常温付近の電圧を不変のものにすることができる。即ち、従来ではＭＯＳ型バラクタのＣ−Ｖ特性における飽和領域では、ＶＨ、ＶＬが変化しても容量が変わらない（＝周波数が安定）ということで、図２の破線のような電圧（補償温度範囲外でも電圧変化する特性）を使用していた。しかし実際は素子固体間における特性バラツキによっては、常温付近でも大きく容量変化（感度をもっている）がおこるなど完全な飽和領域でない場合があったが、本発明に基づく温度補償型圧電発振器の場合では、温度補償範囲外に対してＭＯＳ型バラクタの固体間の特性のバラツキ等による負荷容量の不要な変動を防止することができるので、特に常温近傍における周波数の安定度が優れたものとなる。またさらに、ＴＣＸＯとして温度補償する時、従来ではＶＨ、ＶＬ電圧に関しては図３（ａ）のように電圧オフセット調整や図３（ｂ）のようにＧａｉｎ調整を行うため、常温付近（Ａ領域、Ｂ領域）の電圧が変化してしまう。この時、容量値が変化しなければ問題ないが、ＶＬ２５、２９、ＶＨ２６、３０が変化してしまう。従って、基準となる常温の周波数が温度補償することでずれてしまう結果となり、非常に温度補償しにくい状態が発生していた。そこで本実施形態では、クリップ電圧発生回路４、５を設けることにより、常温付近の電圧をクリップして一定な値とするため、容量（周波数）的に安定するので、基準周波数を不要に変動させることなく上述した電圧オフセットやゲイン調整を行うことができる。

本発明の温度補償型圧電発振器の部分構成を示すブロック図。本発明の補償電圧の温度特性を表す図である。ＴＣＸＯとして温度補償する時、ＶＨ、ＶＬ電圧に関して電圧オフセット調整やＧａｉｎ調整を行うため、常温付近の電圧が変化してしまう様子を表す図。本発明の最も主となる技術原理について説明する図。本発明の最も主となる技術原理について説明する図。従来のＭＯＳ型バラクタを用いた温度補償回路の一例を示す図。ＭＯＳ型バラクタに印加する電位差と容量の関係を表す図。

符号の説明

１周波数温度補償回路、２温度補償用電圧発生回路、３温度検出部、４、５クリップ電圧発生回路、６、８、１３抵抗、７、９直流阻止用コンデンサ、１０、１１ＭＯＳ容量素子、Ｘ水晶振動子

Claims

所定の周波数で励振される圧電素子を備えた圧電振動子と、該圧電素子に電流を流して励振させる発振用増幅器と、温度変化による発振周波数の変化を補償する周波数温度補償回路と、を備えた圧電発振器であって、
前記周波数温度補償回路は、周囲温度によりパラメータが変化する温度検出部と、該温度検出部により変化したパラメータに基づいて電圧を発生する温度補償用電圧発生部と、該温度補償用電圧発生部により発生された温度補償用電圧と基準電圧の電位差に基づいて容量が変化するＭＯＳ容量素子と、前記温度補償用電圧を、前記ＭＯＳ容量素子のＣ−Ｖ特性における低容量値領域の電位差以下にならないようクリップするクリップ電圧発生手段とを備えたことを特徴とする温度補償型圧電発振器。
前記温度補償用電圧発生部は、所定の電位を有する基準電圧を発生する基準制御電圧発生部と、前記圧電素子の温度特性の常温を中心として低温側の温度特性を補償する電圧を発生する低温制御電圧発生部と、前記圧電素子の温度特性の常温を中心として高温側の温度特性を補償する電圧を発生する高温制御電圧発生部と、を備えたものであり、
前記ＭＯＳ容量素子は、前記低温制御電圧発生部の出力電圧が供給される低温部補償用ＭＯＳ容量素子と、前記高温制御電圧発生部の出力電圧が供給される高温部補償用ＭＯＳ容量素子と、を備えたものであり、
前記クリップ電圧発生手段は、前記低温制御電圧発生部の出力電圧をクリップする第１のクリップ電圧発生手段と、前記高温制御電圧発生部の出力電圧をクリップする第２のクリップ電圧発生手段と、を備えたものであり、
前記第２のクリップ電圧発生手段が、前記高温制御電圧発生部の出力電圧を、前記高温部補償用ＭＯＳ容量素子のＣ−Ｖ特性における低容量値領域の電位差以下にならないようにクリップすることを特徴とする請求項１に記載の温度補償型圧電発振器。
前記第１のクリップ電圧発生手段及び前記第２のクリップ電圧発生手段は、前記低温制御電圧発生部及び高温制御電圧発生部の各出力を、常温近傍を中心として高温側及び低温側に亘って前記基準電圧との電位差が所定の一定電圧になるように制御することを特徴とする請求項２に記載の温度補償型圧電発振器。
前記第１のクリップ電圧発生手段及び前記第２のクリップ電圧発生手段は、クリップ電圧を発生するクリップ電圧発生源と、ダイオードとを備え、前記クリップ電圧発生源の電圧値を任意に設定可能としたことを特徴とする請求項２に記載の温度補償型圧電発振器。
前記低温部補償用ＭＯＳ容量素子は常温近傍及びそれ以下の温度において、前記圧電発振器の負荷容量が減少するように前記温度補償用電圧発生手段により制御されると共に、前記高温部補償用ＭＯＳ容量素子は常温近傍及びそれ以上の温度において、前記圧電発振器の負荷容量が増加するように前記温度補償用電圧発生部により制御されることを特徴とする請求項２に記載の温度補償型圧電発振器。
前記低温部補償用ＭＯＳ容量素子と前記高温部補償用ＭＯＳ容量素子とを極性を異なるように並列接続した並列回路を、前記発振器の発振ループに挿入し、前記低温部補償用ＭＯＳ容量素子と高温部補償用ＭＯＳ容量素子との接続点に前記基準制御電圧発生部の出力端を抵抗を介して接続し、前記低温部補償用ＭＯＳ容量素子の他端に前記低温制御電圧発生部の出力端と前記クリップ電圧発生手段とを抵抗を介して接続すると共に、前記高温部補償用ＭＯＳ容量素子の他端に前記高温制御電圧発生部の出力端と前記クリップ電圧発生手段とを抵抗を介して接続することを特徴とする請求項２に記載の温度補償型圧電発振器。
前記低温部補償用ＭＯＳ容量素子と前記高温部補償用ＭＯＳ容量素子とを極性を異なるように並列接続した並列回路の何れか一方のＭＯＳ容量素子に直列に容量素子を接続し、前記低温制御電圧発生部の出力電圧と前記高温制御電圧発生部の出力電圧を直流的に分離することを特徴とする請求項６に記載の温度補償型圧電発振器。