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技術 デジタル制御型発振回路の周波数補正方法

出願人 京セラ株式会社
発明者 野中要司石田裕司諏訪洋二平本寿一
出願日 1994年11月16日 (26年1ヶ月経過) 出願番号 1994-308131
公開日 1996年6月7日 (24年6ヶ月経過) 公開番号 1996-148936
状態 特許登録済
技術分野 電気機械共振器を用いた発振回路
主要キーワード 可変容量ダイオ 一次係数 選別作業 一次式 対照表 発信回路 補正電圧 周波数精度
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この項目の情報は公開日時点(1996年6月7日)のものです。
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図面 (9)

目的

温度補償に使用する可変容量ダイオ−ド毎に周波数偏差制御電圧一次式を求め電圧を制御することにより、周波数精度の向上を図ったデジタル制御型発振回路周波数補正方法を提供すること。

構成

可変容量ダイオ−ドの制御電圧を調整することにより温度変化による水晶振動子共振周波数の変化を補正し、一定周波数を出力するデジタル制御型発振回路の周波数補正方法において、予め、使用する可変容量ダイオ−ド毎に制御電圧に対する周波数偏差特性を周波数偏差=0の点を含む直線部分の一次式で表し、その一次係数及び前記水晶振動子の温度特性メモリに格納しておき、温度センサの検出した温度に応じて前記水晶振動子の温度特性から周波数偏差を計算し、前記一次係数で表される一次式より可変容量ダイオ−ドの制御電圧を求め出力することにより出力周波数を所定の一定周波数に制御することを特徴とする。

概要

背景

概要

温度補償に使用する可変容量ダイオ−ド毎に周波数偏差制御電圧一次式を求め電圧を制御することにより、周波数精度の向上を図ったデジタル制御型発振回路周波数補正方法を提供すること。

可変容量ダイオ−ドの制御電圧を調整することにより温度変化による水晶振動子共振周波数の変化を補正し、一定周波数を出力するデジタル制御型発振回路の周波数補正方法において、予め、使用する可変容量ダイオ−ド毎に制御電圧に対する周波数偏差特性を周波数偏差=0の点を含む直線部分の一次式で表し、その一次係数及び前記水晶振動子の温度特性メモリに格納しておき、温度センサの検出した温度に応じて前記水晶振動子の温度特性から周波数偏差を計算し、前記一次係数で表される一次式より可変容量ダイオ−ドの制御電圧を求め出力することにより出力周波数を所定の一定周波数に制御することを特徴とする。

目的

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、上記問題点を除去するために温度補償に使用する可変容量ダイオ−ド毎に周波数偏差と制御電圧の一次式を求め電圧を制御することにより周波数精度の向上を図ったデジタル制御型発振回路の周波数補正方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

CPU、メモリ温度センサ水晶振動子可変容量ダイオ−ドを具備し、該可変容量ダイオ−ドの制御電圧を調整することにより温度変化による水晶振動子の共振周波数の変化を補正し、一定周波数を出力するデジタル制御型発振回路周波数補正方法において、予め、可変容量ダイオ−ドの制御電圧に対する周波数偏差特性周波数偏差=0の点を含む直線部分の一次式で表し、その一次係数及び前記水晶振動子の温度特性を前記メモリに格納しておき、前記CPUは前記温度センサの検出した温度に応じて前記水晶振動子の温度特性から周波数偏差を計算し、前記一次係数で表される一次式から可変容量ダイオ−ドの制御電圧を求め印加することにより出力周波数を所定の一定周波数に制御することを特徴とするデジタル制御型発振回路の周波数補正方法。

技術分野

0001

本発明は、携帯電話機デジタル制御型発振回路周波数補正方法に関するもので、特に温度補償に使用する可変容量ダイオ−ドの制御電圧周波数偏差一次式で表し、制御することにより周波数精度の向上を図ったデジタル制御型発振回路の周波数補正方法に関するものである。

0002

図4は一般に使用されるデジタル温度補償水晶発振器ブロック構成例を示す図である。図示するように、デジタル温度補償水晶発振器60は水晶振動子を使用した発振回路61、温度センサ62、A/D変換器63、CPU(中央処理装置)64、D/A変換器65、積分回路66、メモリ67で構成される。

0003

前記発信回路61に使用される水晶振動子は温度変化により発振周波数が変化する温度特性をもっているが、発振回路61(詳細は図5参照)は温度変化に対応した制御電圧で補正することにより一定の出力周波数を保持している。予め、メモリ67に水晶振動子の温度変化による共振周波数のずれを補正する制御情報を格納しておく。温度センサ62は発振回路61の温度を検出し、A/D変換器63でデジタル値に変換してCPU64へ出力する。CPU64は前記メモリ67に格納している前記制御情報を参照し、温度に相当する制御信号デジタル信号)をD/A変換器65へ出力し、D/A変換器65はそれをアナログ値に変換して積分回路66を介して発振回路61へ出力し、出力周波数を所定の一定周波数に保持する。

0004

図5図4の発振回路61の構成例を示す図である。発振回路61の発振周波数は水晶振動子45、コンデンサ43、44、46、47と可変容量ダイオ−ド42の静電容量で決定される。水晶振動子45で発振した周波数信号トランジスタ50で増幅され、コンデンサ56を通して出力端子から出力される。水晶振動子45は温度変化により共振周波数が変化(±10ppm程度)する温度特性を有し、前記可変容量ダイオ−ド42は印加電圧により静電容量が変化する素子である。従って、水晶振動子45の温度が変化した場合、CPU64(図4)は発振回路61の入力端子電圧を前記の方法で制御して出力端子から出力される出力周波数を一定に制御することができる。

0005

図6図5の発振回路61で使用する水晶振動子45の温度特性を示す図である。図示するように水晶振動子45は各素子によりバラツキはあるが、温度25℃を中心として−30℃から75℃まで変化させた場合、その共振周波数は基準周波数を中心として最大−12〜+7ppm程度変化するものを使用してた。この周波数偏差を補正するために可変容量ダイオ−ド42の制御電圧を調整する。

0006

図7は種々の可変容量ダイオ−ドの制御電圧(Vcont)−周波数偏差特性を示す図である。図示するように周波数偏差は略制御電圧の一次式で表される。この可変容量ダイオ−ド42の傾きをKとする。

0007

従って周波数偏差は次式で表す制御電圧(補正電圧)Viを与えることにより補正することが出来る。
Vi=V0−Δfi・K ・・・・・・・・・(1)
ここでV0は周波数偏差=0の時の制御電圧、Δfiは各温度での周波数偏差、Viはその時の制御電圧(補正電圧)、Kは可変容量ダイオ−ド42の傾きである。

0008

従って、従来の周波数補正方法は水晶振動子45の温度特性(温度変化と周波数偏差Δfiの関係式又は、対照表)及び、可変容量ダイオ−ド42の傾きKの値を予めメモリ67に格納しておき、温度センサ62が検出した温度に応じてCPU64は一次式(1)により制御電圧(補正電圧)Viを計算し、可変容量ダイオ−ド42に印加し出力周波数のずれを補正していた。

発明が解決しようとする課題

0009

しかしながら、図7に示すように可変容量ダイオ−ド42の傾きKには種々の傾きがある。従来は或る一定の傾きKに近似した可変容量ダイオ−ド42を選別し、その値を可変容量ダイオ−ド42の傾きKとして予め設定してメモリ67に格納していたため、選別に非常に時間を要し、しかも正確な傾きではないために制御電圧(補正電圧)Viに誤差が生じると云う問題がある。例えば図8に示すように傾きKのバラツキの為に制御電圧の誤差が最大約0.15V、周波数偏差に換算すると最大約5ppmの誤差が生じる。

0010

また、図7に示すような直線の傾きKは、制御電圧全域で一様ではなく略一次式であり傾きKが異なる部分がある。従って、適切な電圧の範囲内で求めた傾きKにより一次式で与えられる制御電圧(補正電圧)Viで補正しないと誤差が生じる。これらの誤差は水晶振動子45のその他の誤差要因等を合わせるとRCR−STD(RCRスタンダ−ド)に決められた−20℃〜60℃の温度範囲周波数誤差が1ppm以内を超えると云う問題がある。

0011

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、上記問題点を除去するために温度補償に使用する可変容量ダイオ−ド毎に周波数偏差と制御電圧の一次式を求め電圧を制御することにより周波数精度の向上を図ったデジタル制御型発振回路の周波数補正方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0012

上記課題を解決するため本発明は、CPU、メモリ、温度センサ、水晶振動子、可変容量ダイオ−ドを具備し、該可変容量ダイオ−ドの制御電圧を調整することにより温度変化による水晶振動子の共振周波数の変化を補正し、一定周波数を出力するデジタル制御型発振回路の周波数補正方法において、図1に示すように、予め、使用する可変容量ダイオ−ド毎に制御電圧に対する周波数偏差特性を周波数偏差=0の点を含む直線部分の一次式で表し、その一次係数及び前記水晶振動子の温度特性を前記メモリに格納しておき、前記CPUは前記温度センサの検出した温度に応じて前記水晶振動子の温度特性から周波数偏差を計算し、前記一次係数で表される一次式より可変容量ダイオ−ドの制御電圧を求め印加することにより出力周波数を所定の一定周波数に制御することを特徴とする。

0013

本発明は、図1に示すように使用する可変容量ダイオ−ド毎に制御電圧に対する周波数偏差特性を周波数偏差=0の点を含む直線部分の一次式で表し、傾きKを実測値に基づいて設定するので従来のようにバラツキによる誤差はなくなり正確な周波数制御が可能となる。また、全区間を一本の直線で表すので測定も簡単で従来の選別作業無用になる。

0014

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。本発明の周波数補正方法を実施するデジタル温度補償水晶発振器のブロック構成及び発振回路は図4及び図5に示す通りで、従来技術で説明したので説明は省略する。

0015

本発明の周波数補正方法を説明する。図1は本発明の周波数補正方法に使用する可変容量ダイオ−ドの特性を示す図である。図示するように可変容量ダイオ−ド42の特性は実測値aに示すように中心から離れるに従って直線から外れるが、本発明は可変容量ダイオ−ド42の傾きKを周波数偏差=0の点を含む直線bで近似する。傾きKは式(2)で表される。
K=(V−V0)/Δf・・・・・・・・・(2)
ここでV0は周波数偏差=0の時の制御電圧、Vは制御電圧、Δfは制御電圧Vの時の周波数偏差を表す。可変容量ダイオ−ド42の制御電圧(補正電圧)は前記式(1)(Vi=V0−Δfi・K)で計算され印加される。

0016

また、水晶振動子45は図6に示すような温度特性を示し一般に温度に対して三次式で表される。これらの可変容量ダイオ−ド42の傾き及び、水晶振動子45の温度特性(三次式)を予めメモリ67に格納しておく。CPU64は温度センサ62の検出した温度と、水晶振動子45の温度特性から周波数偏差を計算し可変容量ダイオ−ド42の傾きKを用いて制御電圧を式(1)で計算し印加する。

0017

図2は本発明の周波数補正方法による温度に対する制御電圧(Vcont)の変化の状態を示す図である。図7に示すような制御電圧−周波数偏差で略一次式の特性を持つ可変容量ダイオードであり、図6MINで示す温度特性を持つ水晶振動子を使用した場合で、温度に対する制御電圧を図2に示すように変化させることにより、周波数偏差(誤差)は最大で0.6ppm以内に抑えることが出来る。図3は本発明の周波数補正方法による温度に対する制御電圧(Vcon)の変化の状態を示す図である。図7に示すような制御電圧−周波数偏差で略一次式の特性を持つ可変容量ダイオードであり、図6のMAXで示す温度特性を持つ水晶振動子を使用した場合で、温度に対する制御電圧を図2、3に示すように変化させることにより、周波数偏差(誤差)もまた最大で0.5ppm以内に抑えることが出来る。

0018

上記説明したように使用する可変容量ダイオ−ド42毎に制御電圧に対する周波数偏差特性を周波数偏差=0の点を含む直線部分の一次式で表し、傾きKを実測値に基づいて設定するので従来のようにバラツキによる誤差はなくなり正確な周波数制御が可能となる。また、全区間を一本の直線で表すので測定も簡単で従来の選別作業も無用になる。なお、傾きKを求める最適な範囲として、1.8V〜3.5Vであればよい結果が得られる。

発明の効果

0019

以上、詳細に説明したように本発明によれば、下記のような優れた効果が期待される。
(1)本発明の補正方法は使用する可変容量ダイオ−ド毎に制御電圧に対する周波数偏差特性を周波数偏差=0の点を含む直線部分の一次式で表し、傾きKを実測値に基づいて設定するので従来のようにバラツキによる誤差はなくなり正確な周波数制御が可能となる。また、全区間を一本の直線で表すので測定も簡単で従来の選別作業も無用になる。

0020

(2)また、従来のハ−ドをそのまま使用し係数をメモリに格納するだけで済むので費用がかからず、更に、フィドバック制御ではないので動作も早く安定し携帯電話に最も適している。

図面の簡単な説明

0021

図1本発明の周波数補正方法に使用する可変容量ダイオ−ドの特性を示す図である。
図2本発明の周波数補正方法による温度に対する制御電圧(Vcon)の変化を示す図である。
図3本発明の周波数補正方法による温度に対する制御電圧(Vcon)の変化を示す図である。
図4デジタル温度補償水晶発振器のブロック構成例を示す図である。
図5図4で使用する発振回路の例を示す図である。
図6水晶振動子の温度特性を示す図である。
図7種々の可変容量ダイオ−ドの制御電圧−周波数偏差特性を示す図である。
図8従来の周波数補正方法による温度特性の例を示す図である。

--

0022

40コンデンサ
41抵抗器
42可変容量ダイオ−ド
43 コンデンサ
44 コンデンサ
45水晶振動子
46 コンデンサ
47 コンデンサ
48 抵抗器
49 抵抗器
50トランジスタ
51 抵抗器
52 抵抗器
53 コンデンサ
54 コンデンサ
55 抵抗器
56 コンデンサ
57 コンデンサ
60デジタル温度補償水晶発振器
61発振回路
62温度センサ
63 A/D変換器
64 CPU(中央処理装置)
65 D/A変換器
66積分回路
67 メモリ

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