專利名稱:函數(shù)產(chǎn)生電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用于使用石英振蕩頻率的溫度補(bǔ)償石英振蕩電路的函數(shù)產(chǎn)生電路、電子裝置和通信裝置。
背景技術(shù):
近來(lái),對(duì)于便攜式電子裝置的需求顯著增加,對(duì)于這樣的電子裝置,產(chǎn)生基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)的緊湊、精確的石英振蕩器是必不可少的。
作為溫度特性,被包括在石英振蕩裝置中的石英振蕩器的振蕩頻率具有由于用于石英振蕩器的晶體單元而導(dǎo)致的三次和一次溫度成分(element)。具體地說(shuō),當(dāng)如圖17A所示橫軸表示環(huán)境溫度Ta并且縱軸表示振蕩頻率f時(shí),不進(jìn)行溫度補(bǔ)償時(shí)的石英振蕩器的振蕩頻率f的特性大致如三次曲線101A所示,其中,在相對(duì)最大值和相對(duì)最小值之間存在大約10ppm至30ppm的偏移。在此情況下,將環(huán)境溫度Ta限定為大約-30℃至+80℃。因此,當(dāng)如圖17B所示橫軸表示環(huán)境溫度Ta并且縱軸表示控制電壓Vc時(shí),產(chǎn)生理想的控制電壓曲線102A。并且,當(dāng)如圖17C所示將電壓施加到石英振蕩器上時(shí),得到df/dTa=0,并且振蕩頻率f基本上與溫度無(wú)關(guān)。
目前可用的是示例溫度補(bǔ)償方法,其中,將作為頻率調(diào)節(jié)元件的變?nèi)荻O管(=可變電容二極管)連接到石英振蕩器,并且其中,為了穩(wěn)定振蕩頻率,將用于補(bǔ)償石英振蕩器的溫度特性的、具有三次和一次溫度特性的控制電壓施加到變?nèi)荻O管。
實(shí)際上,在技術(shù)上難以產(chǎn)生圖17B所示的具有理想溫度特性的控制電壓Vc,并且,通常,通過(guò)使用各種方法來(lái)產(chǎn)生具有偽三次溫度特性的控制電壓,以便提供對(duì)于石英振蕩裝置的溫度補(bǔ)償。
圖18是示出包括溫度補(bǔ)償功能的傳統(tǒng)石英振蕩裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。根據(jù)此石英振蕩裝置的溫度補(bǔ)償方法,劃分石英振蕩器的三次和一次溫度特性二者,以便獲得多個(gè)溫度區(qū),并且對(duì)于每個(gè)溫度區(qū),通過(guò)將作為溫度函數(shù)的電壓電平用作線性溫度線來(lái)獲得交叉近似(approximation)。
具體地說(shuō),對(duì)于各個(gè)電壓線區(qū)域,將通過(guò)劃分溫度特性獲得的溫度區(qū)、溫度區(qū)中的線性溫度線的溫度系數(shù)(比例因子)、以及沿著線性溫度線的正常溫度處的電壓值存儲(chǔ)在圖18所示的存儲(chǔ)器電路111A中,并且選擇性地從存儲(chǔ)器電路111A讀出與溫度傳感器電路112A所檢測(cè)的環(huán)境溫度相對(duì)應(yīng)的電壓線數(shù)據(jù)。放大電路113A基于所讀取的控制電壓數(shù)據(jù)產(chǎn)生預(yù)定控制電壓,并且將所產(chǎn)生的控制電壓施加到壓控石英振蕩器114A。以這一方式,提供了對(duì)于石英振蕩裝置的溫度補(bǔ)償,并且穩(wěn)定了振蕩頻率。
專利文檔1JP-A-8-288741然而,由于配備有溫度補(bǔ)償功能的傳統(tǒng)石英振蕩裝置使用A/D轉(zhuǎn)換來(lái)獲得用來(lái)產(chǎn)生用于溫度補(bǔ)償?shù)目刂齐妷旱慕徊娼疲虼顺霈F(xiàn)量化噪聲,并且基本上不能避免頻率跳躍問(wèn)題。此外,由于需要時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路,因此存在關(guān)于時(shí)鐘噪聲混合的問(wèn)題以及以下問(wèn)題,即當(dāng)電源接通時(shí),由于采樣保持電路115A的時(shí)間常數(shù)而耗費(fèi)時(shí)間來(lái)穩(wěn)定振蕩頻率。
此外,在測(cè)量和調(diào)節(jié)溫度特性的過(guò)程中,通過(guò)離散地改變環(huán)境溫度來(lái)測(cè)量由石英振蕩裝置振蕩的頻率的溫度特性,并且執(zhí)行對(duì)于石英振蕩裝置的溫度補(bǔ)償。因此,出現(xiàn)調(diào)節(jié)誤差。為了減小這一誤差,必須增大通過(guò)劃分溫度特性而獲得的區(qū)的數(shù)目;然而,在此情況下,增大了存儲(chǔ)器電路111A的存儲(chǔ)器容量。
當(dāng)考慮到這些問(wèn)題時(shí),本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種函數(shù)產(chǎn)生電路,其使得能夠獲得精確的TCXO(溫控石英振蕩器),在大溫度區(qū)內(nèi),其基本頻率波動(dòng)誤差為±0.5ppm。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的另一目的是提供一種函數(shù)產(chǎn)生電路,其使得溫度補(bǔ)償電路能夠執(zhí)行對(duì)溫度(包括壓控振蕩電路的溫度特性和晶體單元的溫度特性)的補(bǔ)償。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面,一種對(duì)石英振蕩裝置執(zhí)行溫度補(bǔ)償?shù)暮瘮?shù)產(chǎn)生電路包括第一模擬信號(hào)產(chǎn)生電路,用于產(chǎn)生和輸出不受環(huán)境溫度影響的預(yù)定模擬信號(hào);第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路,用于產(chǎn)生和輸出受環(huán)境溫度影響并且近似一次函數(shù)的模擬信號(hào);
三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路,用于從第一模擬信號(hào)產(chǎn)生電路和第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),以及產(chǎn)生和輸出m個(gè)控制信號(hào)(m是3或更大的整數(shù)),所述m個(gè)控制信號(hào)與通過(guò)劃分可用于環(huán)境溫度的范圍而獲得的、從低溫側(cè)延伸到高溫側(cè)的m個(gè)鄰接的溫度區(qū)相對(duì)應(yīng);一次函數(shù)產(chǎn)生電路,用于從第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),并且產(chǎn)生受環(huán)境溫度影響的一次函數(shù)控制信號(hào);零次函數(shù)產(chǎn)生電路,用于從第一模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),并且產(chǎn)生不受環(huán)境溫度影響的零次函數(shù)控制信號(hào);峰值改變點(diǎn)調(diào)節(jié)電路,用于從第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),以及調(diào)節(jié)峰值改變點(diǎn)處的溫度,并且將結(jié)果輸出到三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路和一次函數(shù)產(chǎn)生電路;四次和五次近似函數(shù)產(chǎn)生電路,用于使用第g控制信號(hào)(g是1或更大且m或更小的整數(shù))和第h控制信號(hào)(h是不同于g的、1或更大且m或更小的整數(shù)),并且產(chǎn)生近似于四次函數(shù)和五次函數(shù)的控制信號(hào),其中所述第g控制信號(hào)和第h控制信號(hào)二者是由三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路分別根據(jù)第g溫度區(qū)和第h溫度區(qū)輸出的;以及加法器,用于合成由三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路輸出的信號(hào)、由一次函數(shù)產(chǎn)生電路輸出的模擬信號(hào)、由零次函數(shù)產(chǎn)生電路輸出的零次函數(shù)控制信號(hào)、以及由四次和五次近似函數(shù)產(chǎn)生電路輸出的控制信號(hào),并且輸出所得到的信號(hào)。
為了產(chǎn)生與特定工作溫度區(qū)相符的控制信號(hào),僅必須指定用于恒壓電路的輸出的預(yù)定輸出電平以便設(shè)置該特定工作溫度區(qū),這是因?yàn)闇囟葌鞲衅鬏敵龅哪M信號(hào)帶有一次溫度特性。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的配置,三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路輸出的信號(hào)包括近似于下面的三次函數(shù)的溫度特性。
V3=A(T-Ti)3+B(T-Ti)+C在此表達(dá)式(1)中,V3表示三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路輸出的控制信號(hào),T表示環(huán)境溫度,A表示三次系數(shù),B表示一次系數(shù),C表示零次系數(shù),并且Ti表示函數(shù)V3的峰值改變點(diǎn)。此外,三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路連接到圖1所示的PROM電路13,并且可以調(diào)節(jié)溫度補(bǔ)償參數(shù)A和B,所述PROM電路13將在后面描述。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的配置,三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路可以通過(guò)將所述范圍劃分為第1到第m溫度區(qū)來(lái)產(chǎn)生控制信號(hào)。因此,由于溫度區(qū)的數(shù)目m增大,可以通過(guò)在寬溫度區(qū)域內(nèi)精確地進(jìn)行三次函數(shù)近似來(lái)產(chǎn)生控制信號(hào)。
四次和五次近似函數(shù)產(chǎn)生電路輸出的信號(hào)具有近似于下面的五次函數(shù)的溫度特性。
V45=D(T-Ti)5+E(T-Ti)4在此表達(dá)式(2)中,V45表示四次和五次近似函數(shù)產(chǎn)生電路輸出的控制信號(hào),T表示環(huán)境溫度,D表示五次系數(shù),E表示四次系數(shù),Ti表示函數(shù)V45和V3的峰值改變點(diǎn)。此外,四次和五次近似函數(shù)產(chǎn)生電路連接到圖1所示的PROM電路13,并且可以調(diào)節(jié)溫度補(bǔ)償參數(shù)D和E,所述PROM電路13將在后面描述。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的配置,四次和五次近似函數(shù)產(chǎn)生電路使用第g控制信號(hào)和第h控制信號(hào),所述第g控制信號(hào)和第h控制信號(hào)二者是由三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路分別根據(jù)第g溫度范圍和第h溫度范圍輸出的。因此,可以通過(guò)峰值改變點(diǎn)調(diào)節(jié)電路來(lái)共同地調(diào)節(jié)四次和五次近似函數(shù)產(chǎn)生電路使用的峰值改變點(diǎn),并且可以防止電路尺寸的增大。
在此情況下,g代表低溫度區(qū),并且為1或更大以及m或更小的值。h代表高溫度區(qū),并且為1或更大以及m或更小的值。此外,除了第g溫度區(qū)和第h溫度區(qū)之外的溫度區(qū),即第(g+1)溫度區(qū)至第(h-1)溫度區(qū)不受四次和五次近似函數(shù)產(chǎn)生電路影響,并且第二溫度區(qū)至第(m-1)溫度區(qū)中的噪聲與四次和五次近似函數(shù)產(chǎn)生電路不存在時(shí)相同。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面,一種對(duì)石英振蕩裝置執(zhí)行溫度補(bǔ)償?shù)暮瘮?shù)產(chǎn)生電路包括第一模擬信號(hào)產(chǎn)生電路,用于產(chǎn)生和輸出不受環(huán)境溫度影響的預(yù)定模擬信號(hào);第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路,用于產(chǎn)生和輸出受外界溫度影響并且將近似于一次函數(shù)的模擬信號(hào);三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路,用于從第一模擬信號(hào)產(chǎn)生電路和第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),并且輸出信號(hào);一次函數(shù)產(chǎn)生電路,用于從第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),并且產(chǎn)生受環(huán)境溫度影響的一次函數(shù)控制信號(hào);零次函數(shù)產(chǎn)生電路,用于從第一模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),并且產(chǎn)生不受環(huán)境溫度影響的零次函數(shù)控制信號(hào);第一峰值改變點(diǎn)調(diào)節(jié)電路,用于從第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào)并且調(diào)節(jié)峰值改變點(diǎn)處的溫度,以及將結(jié)果輸出到三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路和一次函數(shù)產(chǎn)生電路;低溫工作區(qū)調(diào)節(jié)電路,用于從第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),并且調(diào)節(jié)輸出與低溫度區(qū)相對(duì)應(yīng)的低溫度區(qū)控制信號(hào)的低溫度區(qū)控制電路的工作溫度區(qū);高溫工作區(qū)調(diào)節(jié)電路,用于調(diào)節(jié)輸出與高溫度區(qū)相對(duì)應(yīng)的高溫度區(qū)控制信號(hào)的高溫度區(qū)控制電路的工作溫度區(qū);n次函數(shù)近似函數(shù)產(chǎn)生電路,用于從低溫工作區(qū)調(diào)節(jié)電路、高溫工作區(qū)調(diào)節(jié)電路、以及第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收信號(hào),并且產(chǎn)生和輸出與低溫度區(qū)相對(duì)應(yīng)的低溫度區(qū)控制信號(hào)以及與高溫度區(qū)相對(duì)應(yīng)的高溫度區(qū)控制信號(hào);第二峰值改變點(diǎn)調(diào)節(jié)電路,用于從第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),調(diào)節(jié)峰值改變點(diǎn)處的溫度,并且將信號(hào)輸出到n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路;以及加法器,用于合成由三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路、一次函數(shù)產(chǎn)生電路、零次函數(shù)產(chǎn)生電路以及n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路輸出的信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明第二方面的配置,由三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路輸出的信號(hào)包括如表達(dá)式(1)所示的溫度特性。此外,根據(jù)本發(fā)明的第二方面,由于n次函數(shù)近似函數(shù)產(chǎn)生電路可以分別調(diào)節(jié)低溫度區(qū)內(nèi)的工作點(diǎn)和高溫度區(qū)內(nèi)的工作點(diǎn),因此不僅提供近似于四次或五次近似函數(shù)的溫度特性,還提供近似于n次函數(shù)的溫度特性。
Vn=Dn+1(T-T2)n+1+Dn(T-T2)n在此表達(dá)式(3)中,Vn表示n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路輸出的控制信號(hào),T表示環(huán)境溫度,Dn表示n次系數(shù),T2表示函數(shù)Vn的峰值改變點(diǎn),n表示實(shí)數(shù),其絕對(duì)值為4或更大。
根據(jù)本發(fā)明第二方面的配置,n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路在從第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收到模擬信號(hào)時(shí)產(chǎn)生和輸出控制信號(hào),所述第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生和輸出受環(huán)境溫度影響的預(yù)定模擬信號(hào),并且不同于產(chǎn)生和輸出不受環(huán)境溫度影響的預(yù)定模擬信號(hào)的第一模擬信號(hào)產(chǎn)生電路。因此,分別地,三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路和零次函數(shù)產(chǎn)生電路的峰值改變點(diǎn)Ti可由第一峰值改變點(diǎn)調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié),并且n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路的峰值改變點(diǎn)T2可由第二峰值改變點(diǎn)調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)。
此外,n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路連接到圖13所示的PROM電路13,并且可以調(diào)節(jié)在表達(dá)式(3)中表示出的多個(gè)溫度補(bǔ)償參數(shù)Dn、Dn-1、...和D4,所述PROM電路13將在后面描述。
此外,由于n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路不影響除了此電路的工作溫度區(qū)之外的溫度區(qū),因此由函數(shù)產(chǎn)生電路引起的電壓噪聲與n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路不存在時(shí)的電壓噪聲相同。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面,一種對(duì)石英振蕩裝置執(zhí)行溫度補(bǔ)償?shù)暮瘮?shù)產(chǎn)生電路包括第一模擬信號(hào)產(chǎn)生電路,用于產(chǎn)生和輸出不受環(huán)境溫度影響的預(yù)定模擬信號(hào);第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路,用于產(chǎn)生和輸出受環(huán)境溫度影響并且將近似于一次函數(shù)的模擬信號(hào);三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路,用于從第一模擬信號(hào)產(chǎn)生電路和第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),并且輸出信號(hào);一次函數(shù)產(chǎn)生電路,用于從第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),并且產(chǎn)生受環(huán)境溫度影響的一次函數(shù)控制信號(hào);零次函數(shù)產(chǎn)生電路,用于從第一模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),并且產(chǎn)生不受環(huán)境溫度影響的零次函數(shù)控制信號(hào);第一峰值改變點(diǎn)調(diào)節(jié)電路,用于從第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),調(diào)節(jié)峰值改變點(diǎn)處的溫度,并且將結(jié)果輸出到三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路和一次函數(shù)產(chǎn)生電路;低溫工作區(qū)調(diào)節(jié)電路,用于從第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),并且調(diào)節(jié)輸出與低溫度區(qū)相對(duì)應(yīng)的低溫度區(qū)控制信號(hào)的低溫度區(qū)控制電路的工作溫度區(qū);高溫工作區(qū)調(diào)節(jié)電路,用于調(diào)節(jié)輸出與高溫度區(qū)相對(duì)應(yīng)的高溫度區(qū)控制信號(hào)的高溫度區(qū)控制電路的工作溫度區(qū);n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路,用于從低溫工作區(qū)調(diào)節(jié)電路、高溫工作區(qū)調(diào)節(jié)電路、以及第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收信號(hào),并且產(chǎn)生和輸出s個(gè)低溫度區(qū)控制信號(hào)(s是2或更大的整數(shù))以及t個(gè)高溫度區(qū)控制信號(hào)(t是2或更大的整數(shù)),其分別對(duì)應(yīng)于通過(guò)劃分可用于環(huán)境溫度的低溫度范圍和高溫度范圍而獲得的s個(gè)鄰接的溫度區(qū)和t個(gè)鄰接的溫度區(qū);第二峰值改變點(diǎn)調(diào)節(jié)電路,用于從第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),調(diào)節(jié)峰值改變點(diǎn),并且將信號(hào)輸出到n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路;以及加法器,用于合成由三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路、一次函數(shù)產(chǎn)生電路、零次函數(shù)產(chǎn)生電路以及n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路輸出的信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明第三方面的配置,三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路輸出的信號(hào)具有由表達(dá)式(1)表示的溫度特性,并且n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路輸出的信號(hào)具有由表達(dá)式(3)表示的溫度特性。
根據(jù)本發(fā)明第三方面的配置,n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路在從第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收到模擬信號(hào)時(shí)產(chǎn)生和輸出控制信號(hào),所述第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生和輸出受環(huán)境溫度影響的預(yù)定模擬信號(hào),并且不同于產(chǎn)生和輸出不受環(huán)境溫度影響的預(yù)定模擬信號(hào)的第一模擬信號(hào)產(chǎn)生電路。因此,分別地,三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路和零次函數(shù)產(chǎn)生電路的峰值改變點(diǎn)Ti可由第一峰值改變點(diǎn)調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié),n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路的峰值改變點(diǎn)T2可由第二峰值改變點(diǎn)調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)。
此外,n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路連接到圖13所示的PROM電路13,并且可以調(diào)節(jié)在表達(dá)式(3)中表示出的多個(gè)溫度補(bǔ)償參數(shù)Dn、Dn-1、...和D4,所述PROM電路13將在后面描述。
根據(jù)本發(fā)明第三方面的配置,n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路產(chǎn)生與s個(gè)鄰接的溫度區(qū)以及t個(gè)鄰接的溫度區(qū)相符的控制信號(hào),所述s個(gè)鄰接的溫度區(qū)和t個(gè)鄰接的溫度區(qū)分別是通過(guò)劃分可用于環(huán)境溫度的低溫度范圍和高溫度范圍而獲得的。因此,當(dāng)將所述溫度范圍劃分為區(qū)s和t時(shí),可以產(chǎn)生近似于n次函數(shù)的控制信號(hào)。
此外,由于n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路不影響除了此電路的工作溫度區(qū)之外的溫度區(qū),因此由函數(shù)產(chǎn)生電路引起的電壓噪聲與n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路不存在時(shí)的電壓噪聲相同。
根據(jù)本發(fā)明的函數(shù)產(chǎn)生電路,可以提供精確的TCXO,在大溫度范圍內(nèi),其基本頻率波動(dòng)誤差僅為±0.5ppm。
圖1是用于解釋根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的圖。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的溫控石英振蕩器(TCXO)的配置的框圖。
圖3是示出根據(jù)先前提交的發(fā)明的溫度補(bǔ)償電路A的框圖。
圖4是示出根據(jù)先前提交的發(fā)明的溫度補(bǔ)償電路B的框圖。
圖5A至圖5D是示出當(dāng)先前的發(fā)明中的溫度補(bǔ)償電路B調(diào)節(jié)了溫度補(bǔ)償參數(shù)時(shí)的特性改變的特性曲線圖。
圖6A至圖6C是示出由先前的發(fā)明中的溫度補(bǔ)償電路B輸出的信號(hào)Vc的特性、輸出信號(hào)Vc和理想三次曲線之間的電壓誤差、以及輸出頻率的基本頻率波動(dòng)誤差的特性曲線圖。
圖7A和圖7B是示出用于本發(fā)明第一實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的溫度傳感器電路的電路圖。
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的恒壓電路的電路圖。
圖9A和圖9B是示出用于第一實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的示例三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路的電路圖。
圖9C和圖9D是示出用于第一實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的示例三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路的電路圖和特性圖。
圖10是示出用于第一實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的示例三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路的電路圖。
圖11是示出用于第一實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的示例四次和五次近似函數(shù)產(chǎn)生電路的電路圖。
圖12A至圖12C是示出在使用用于第一實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路以及四次和五次近似函數(shù)產(chǎn)生電路的情況下獲得的溫度補(bǔ)償電路的特性的曲線圖。
圖13A是用于解釋根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的圖。
圖13B是用于解釋圖13A中的函數(shù)產(chǎn)生電路的特性(m=9的情況)的圖。
圖14是示出用于根據(jù)第二實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路的電路圖。
圖15是示出用于根據(jù)第二實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路的電路圖。
圖16A和圖16B是示出用于根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路的電路圖和曲線圖。
圖16C是示出根據(jù)第三實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路的圖。
圖17A至圖17C是示出石英振蕩器的振蕩頻率的溫度特性的曲線圖。
圖18是示出配備有溫度補(bǔ)償功能的傳統(tǒng)石英振蕩裝置的配置的框圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在,將在參照附圖的同時(shí)描述根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的特定示例函數(shù)產(chǎn)生電路。
(第一實(shí)施例)圖1是用于解釋根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的圖。在此實(shí)施例中,由虛線指示的函數(shù)產(chǎn)生電路充當(dāng)溫度補(bǔ)償電路9。當(dāng)參照?qǐng)D1時(shí),恒壓電路1從調(diào)壓器電路8接收控制信號(hào),并且產(chǎn)生不受環(huán)境溫度影響的模擬信號(hào)。而溫度傳感器電路2輸出受環(huán)境溫度影響的模擬信號(hào)。
三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路3從恒壓電路1和溫度傳感器電路2接收信號(hào),并且產(chǎn)生與三次溫度特性參數(shù)相對(duì)應(yīng)的三次近似函數(shù)控制信號(hào)V3。一次函數(shù)產(chǎn)生電路4從溫度傳感器電路2接收信號(hào),并且產(chǎn)生受環(huán)境溫度影響的一次函數(shù)控制信號(hào)V1。
零次函數(shù)產(chǎn)生電路5從恒壓電路1接收信號(hào),并且產(chǎn)生不受環(huán)境溫度影響的零次控制信號(hào)V0。四次和五次近似函數(shù)產(chǎn)生電路從溫度傳感器電路2和三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路3接收信號(hào),并且產(chǎn)生受環(huán)境溫度影響的四次和五次函數(shù)控制信號(hào)V45。
峰值改變點(diǎn)調(diào)節(jié)電路6輸出用于調(diào)節(jié)三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路3、一次函數(shù)產(chǎn)生電路4、以及四次和五次近似函數(shù)產(chǎn)生電路7的峰值改變點(diǎn)溫度Ti的值的信號(hào),并且輸出信號(hào)。通過(guò)將控制信號(hào)V0、V1、V3和V45相加,溫度補(bǔ)償電路9輸出控制信號(hào)Vc。
PROM電路13存儲(chǔ)用于補(bǔ)償控制信號(hào)Vc的溫度特性的溫度補(bǔ)償參數(shù),使得可以相對(duì)于溫度補(bǔ)償電路9輸出的控制信號(hào)Vc而優(yōu)化由包括晶體單元15的壓控振蕩電路12輸出的振蕩頻率的溫度特性。為了獲得輸出頻率,石英單元15和壓控振蕩電路12對(duì)溫度補(bǔ)償電路9輸出的控制信號(hào)Vc進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換。
圖2是示出合并了本實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的溫度補(bǔ)償石英振蕩器(在下文中稱為TCXO)的配置的示意圖。此實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路被應(yīng)用于溫度補(bǔ)償電路9。如圖2所示,TCXO 14是溫度補(bǔ)償石英振蕩器,其振蕩用于電子裝置的基準(zhǔn)頻率,并且包括壓控振蕩電路12,包括晶體單元15和可變電容器件11;電路9,用于對(duì)晶體振蕩頻率執(zhí)行溫度補(bǔ)償;以及PROM電路13,其存儲(chǔ)晶體的溫度補(bǔ)償數(shù)據(jù)。
壓控振蕩電路12包括可變電容器件11和放大器10。溫度補(bǔ)償電路9輸出的控制信號(hào)Vc被傳送給可變電容器件11??勺冸娙萜骷?1將所接收的控制信號(hào)Vc轉(zhuǎn)換為放大器10的負(fù)載電容,即,使用控制信號(hào)Vc來(lái)改變放大器10的負(fù)載電容,從而改變壓控振蕩電路的輸出頻率。
晶體單元15具有近似于以下三次函數(shù)的溫度特性。
Fc=a(T-T0)3+b(T-T0)+c在表達(dá)式(4)中,F(xiàn)c表示晶體單元的輸出頻率,T表示環(huán)境溫度,a表示三次系數(shù),b表示一次系數(shù),c表示零次系數(shù),T0表示函數(shù)Fc的峰值改變點(diǎn)。
此外,包括可變電容器件的壓控振蕩電路具有近似于以下一次函數(shù)的溫度特性。
Fo=d(T-T1)+e在表達(dá)式(5)中,F(xiàn)o表示壓控振蕩電路的輸出頻率,所述壓控振蕩電路包括不具有溫度特性的晶體單元,T表示環(huán)境溫度,d表示一次系數(shù),e表示零次系數(shù),T1表示函數(shù)Fo的峰值改變點(diǎn)。
通過(guò)參照表達(dá)式(4)和(5),包括晶體單元和可變電容器件的壓控振蕩電路的整體溫度特性具有近似于下面的三次函數(shù)的溫度特性。
F=α(T-T0)3+β(T-T0)+γ在表達(dá)式(6)中,F(xiàn)表示包括晶體單元的壓控振蕩電路的輸出頻率,T表示環(huán)境溫度,α表示三次系數(shù),β表示一次系數(shù),γ表示零次系數(shù),并且F=Fc+Fo,α=a,β=b+d,γ=c+d(T0-T1)+e。
根據(jù)此TCXO的配置,由于溫度補(bǔ)償電路補(bǔ)償包括晶體單元和可變電容器件的整個(gè)壓控振蕩電路的溫度特性,因此可以在任何類型的環(huán)境中輸出預(yù)定振蕩頻率。
為了檢測(cè)外部環(huán)境中的環(huán)境溫度,溫度補(bǔ)償電路主要包括采用與帶隙基準(zhǔn)(band gap reference)Vt成比例的電流的溫度傳感器、使用電阻器的溫度特性的溫度傳感器、或者使用二極管的溫度特性的溫度傳感器。
通過(guò)使用這些溫度傳感器之一來(lái)提供三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路,并且通過(guò)向變?nèi)荻O管施加控制電壓來(lái)使用包括晶體單元的壓控振蕩電路。利用這一配置,對(duì)晶體單元的溫度特性進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
溫度補(bǔ)償電路9產(chǎn)生的控制信號(hào)被傳送給壓控振蕩電路12的可變電容器件11并且被轉(zhuǎn)換為電容。這一電容被晶體單元15和壓控振蕩電路12轉(zhuǎn)換為頻率,并且該頻率被輸出。
由于由溫度補(bǔ)償電路9產(chǎn)生的控制信號(hào)和輸出頻率之間的關(guān)系近似于具有比例常數(shù)K的一次函數(shù),因此將由溫度補(bǔ)償電路9產(chǎn)生的控制信號(hào)和比例常數(shù)K的乘積作為輸出頻率輸出。
圖3是示出本發(fā)明人先前提交的溫度補(bǔ)償電路A(JP-A-11-508441)的配置的示意圖。此實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的特征在于在該先前的發(fā)明中公開的溫度補(bǔ)償電路所輸出的信號(hào)中包括四次或更高次的溫度特性參數(shù)。首先,將描述在該先前的發(fā)明中公開的溫度補(bǔ)償電路。
當(dāng)參照?qǐng)D3時(shí),恒壓電路17和溫度傳感器電路18產(chǎn)生控制信號(hào)y1、y2、y3、y4和y5,所述控制信號(hào)y1、y2、y3、y4和y5與通過(guò)劃分環(huán)境溫度的可用范圍而獲得的、從低溫側(cè)到高溫側(cè)的5個(gè)鄰接的溫度區(qū)(即,第一、第二、第三、第四和第五溫度區(qū))相符。將控制信號(hào)y1至y5傳送給包括MAX電路19a和MIN電路19b的信號(hào)合成電路19,并且產(chǎn)生受環(huán)境溫度影響且近似于三次函數(shù)的控制信號(hào)y7。
如上所述,配備有溫度補(bǔ)償功能的石英振蕩裝置16包括恒壓電路17,其充當(dāng)?shù)谝荒M信號(hào)產(chǎn)生電路,用于產(chǎn)生和輸出不受環(huán)境溫度影響的預(yù)定電壓值;溫度傳感器電路1,其充當(dāng)?shù)诙M信號(hào)產(chǎn)生電路,用于產(chǎn)生和輸出與環(huán)境溫度成比例的電壓值;控制電路19,其接收由恒壓電路17輸出的電壓、以及由溫度傳感器電路18產(chǎn)生的與溫度成比例的電壓,并且產(chǎn)生控制電壓Vc,利用所述控制電壓Vc,使用連續(xù)線來(lái)對(duì)負(fù)三次曲線進(jìn)行交叉近似,以便在環(huán)境溫度的整個(gè)溫度區(qū)內(nèi)補(bǔ)償晶體單元的溫度特性;壓控石英振蕩電路(以下簡(jiǎn)稱為VCXO)20,其從控制電路19接收控制電壓Vc,并且,基于控制電壓Vc而將其振蕩頻率調(diào)節(jié)為預(yù)定值;以及ROM/RAM電路21,其存儲(chǔ)用來(lái)補(bǔ)償控制電壓Vc的溫度特性的溫度補(bǔ)償參數(shù),使得可以相對(duì)于控制電路19輸出的控制電壓Vc而優(yōu)化VCXO 20輸出的振蕩頻率。在此情況下,環(huán)境溫度可以是VCXO 20中的溫度或者石英振蕩裝置16中的溫度。
根據(jù)圖3所示的電路配置,產(chǎn)生與溫度成比例的輸出電壓y1、y2、y3、y4和y5,并且ROM/RAM電路對(duì)溫度補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。利用這一電路配置,在ROM/RAM電路對(duì)溫度補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行了調(diào)節(jié)之后,產(chǎn)生輸出電壓y1、y2、y3、y4和y5,并且經(jīng)由MAX電路和MIN電路將其輸出。因此,由于MAX電路和MIN電路的性質(zhì),溫度補(bǔ)償電路的輸出根據(jù)輸出電壓y1、y2、y3、y4和y5的溫度特性中的比例因子而可能不會(huì)精確地反映溫度補(bǔ)償參數(shù)。
圖4是示出在先前的發(fā)明(JP-A-11-508441)中描述的溫度補(bǔ)償電路B的配置的示意圖。圖4所示的溫度補(bǔ)償電路40具有與圖3中的控制電路19相同的配置。也就是說(shuō),溫度補(bǔ)償電路40包括MAX/MIN電路25,其接收恒壓電路17和溫度傳感器電路18的輸出,并且產(chǎn)生三次控制電壓αVc,所述三次控制電壓αVc與溫度補(bǔ)償控制電壓Vc的預(yù)定溫度范圍中的第三溫度特性參數(shù)α相符;一次溫度特性產(chǎn)生電路22,其接收溫度傳感器電路18的輸出,并且產(chǎn)生一次控制電壓βVc,所述一次控制電壓βVc與溫度補(bǔ)償控制電壓Vc的預(yù)定溫度范圍內(nèi)的一次溫度特性參數(shù)β相符;零次溫度特性產(chǎn)生電路23,其接收恒壓電路17的輸出,并且產(chǎn)生零次控制電壓γVc,所述零次控制電壓γVc與溫度補(bǔ)償控制電壓Vc的預(yù)定溫度范圍內(nèi)的零次溫度特性參數(shù)γ相符,即不受預(yù)定溫度范圍內(nèi)的溫度影響;以及Ti調(diào)節(jié)電路24,其接收溫度傳感器電路18的輸出,以及調(diào)節(jié)峰值改變點(diǎn)溫度Ti的值并且將調(diào)節(jié)后的值輸出到MAX/MIN電路25和一次溫度特性電路22。
提供圖4中的溫度補(bǔ)償電路B以便消除在圖3的溫度補(bǔ)償電路A中出現(xiàn)的問(wèn)題。根據(jù)圖4中的配置,MAX/MIN電路25調(diào)節(jié)輸出電壓y1、y2、y3、y4和y5的三次溫度特性參數(shù)和峰值改變點(diǎn)參數(shù),并且產(chǎn)生輸出電壓αVc。
此外,一次溫度特性產(chǎn)生電路輸出通過(guò)調(diào)節(jié)一次溫度特性參數(shù)獲得的一次控制電壓βVc,并且零次溫度特性電路輸出通過(guò)調(diào)節(jié)零次溫度特性參數(shù)獲得的零次控制電壓γVc。當(dāng)將這些輸出αVc、βVc和γVc加到一起時(shí),可以輸出精確地反映溫度補(bǔ)償參數(shù)的控制信號(hào)Vc。
然而,在此配置中,由于精確反映溫度補(bǔ)償參數(shù)的控制電壓Vc仍然受到壓控振蕩電路的溫度特性影響,并且在晶體單元的溫度特性中包括三次或更高次的溫度特性參數(shù),因此仍然不可能提供在±0.5ppm內(nèi)的基本頻率波動(dòng)誤差。
圖5A至5B是示出先前的發(fā)明(JP-A-11-508441)的溫度補(bǔ)償電路B的、相對(duì)于溫度補(bǔ)償參數(shù)變化的Vc特性變化的圖。溫度補(bǔ)償電路的輸出Vc具有近似于下面的三次函數(shù)的溫度特性。
Vc=αc(T-Tc)3+βc(T-Tc)+γc在表達(dá)式(7)中,Vc表示溫度補(bǔ)償電路輸出的信號(hào),T表示環(huán)境溫度,αc表示三次系數(shù),βc表示一次系數(shù),γc表示零次系數(shù),并且Tc表示函數(shù)Vc的峰值改變點(diǎn)。
圖5A是示出相對(duì)于表達(dá)式(7)中的三次溫度補(bǔ)償參數(shù)αc的變化的Vc特性變化的曲線圖。圖5B是示出相對(duì)于表達(dá)式(7)中的一次溫度補(bǔ)償參數(shù)βc的變化的Vc特性變化的曲線圖。圖5C是示出相對(duì)于表達(dá)式(7)中的零次溫度補(bǔ)償參數(shù)γc的變化的Vc特性變化的曲線圖。圖5D是示出相對(duì)于表達(dá)式(7)中的峰值改變點(diǎn)的溫度補(bǔ)償參數(shù)Tc的變化的Vc特性變化的曲線圖。
圖6A至圖6C是示出圖4中的先前的發(fā)明(JP-A-11-508441)的溫度補(bǔ)償電路B的特性的曲線圖。圖6A中的曲線圖示出圖5中的Vc的特性,圖6B中的曲線圖示出在Vc和通過(guò)近似Vc獲得的理想三次曲線之間的差ΔVc的特性。
Vc是用于產(chǎn)生三次近似函數(shù)的溫度補(bǔ)償電路輸出的信號(hào);然而,在這里,與理想的三次曲線相比,出現(xiàn)了小誤差。導(dǎo)致這一誤差的因素可能是半導(dǎo)體IC制造工藝中的擴(kuò)散(dispersion)變化或者IC芯片的布局。圖6C中的曲線圖示出了相對(duì)于通過(guò)溫度補(bǔ)償獲得的輸出頻率的頻率誤差Δf。由于控制信號(hào)的誤差ΔVc、壓控振蕩電路的相對(duì)于理想一次近似的誤差、以及晶體單元的相對(duì)于理想三次近似的誤差,誤差Δf大約為±1ppm。
如上所述,圖4中的溫度補(bǔ)償電路40的控制信號(hào)Vc具有圖6A所示的特性。使用三次函數(shù)來(lái)近似控制信號(hào)Vc,并且在圖6B中示出相對(duì)于該三次函數(shù)而獲得的誤差。對(duì)圖6B所示的誤差進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換,并且在圖6C中示出所獲得的結(jié)果。根據(jù)圖4中的溫度補(bǔ)償電路,作為溫度補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果而出現(xiàn)的基本頻率波動(dòng)誤差大約為±1.0ppm。
與信息技術(shù)的發(fā)展相呼應(yīng),電子裝置的用途已經(jīng)變得更加多樣化。因此,對(duì)于TCXO要求的精度隨著GPS的廣泛使用而提高,并且由于這種使用所必需的精密度,TCXO僅在基本頻率波動(dòng)誤差被限制為±0.5ppm時(shí)才是可以接受的。
此外,由于TCXO被安裝在包括很多其它類型的設(shè)備的電子裝置中,因此TCXO所產(chǎn)生的噪聲不僅可能不利地影響其它設(shè)備的運(yùn)行,還可能產(chǎn)生該電子裝置的特性的惡化,從而使其發(fā)生故障或執(zhí)行錯(cuò)誤操作。
如上所述,根據(jù)先前的發(fā)明(JP-A-11-508441),由于溫度補(bǔ)償電路(圖3和圖4)輸出的電壓近似于三次或更低的函數(shù),因此當(dāng)溫度補(bǔ)償電路補(bǔ)償了在壓控振蕩電路中使用的晶體單元的溫度特性時(shí),輸出振蕩頻率具有大約±1.0ppm的基本頻率波動(dòng)誤差。
晶體單元的溫度特性通常近似于在表達(dá)式(4)中表示的三次函數(shù)。為了精確地近似函數(shù),必須考慮更高次。此外,也使用一次函數(shù)來(lái)近似包括可變電容器件的壓控振蕩電路的溫度特性。然而,由于不能忽略一次函數(shù)導(dǎo)致的精度誤差,因此也必須精確地執(zhí)行近似函數(shù)。也就是說(shuō),溫度補(bǔ)償電路應(yīng)當(dāng)對(duì)溫度特性進(jìn)行溫度補(bǔ)償,以便包括壓控振蕩電路的溫度特性和晶體單元的溫度特性。
當(dāng)通過(guò)使用諸如先前描述的溫度補(bǔ)償電路的三次或更低次函數(shù)產(chǎn)生電路來(lái)近似晶體單元的溫度特性時(shí),不能滿足對(duì)于±0.5ppm的基本頻率波動(dòng)誤差的精度要求。此外,為了同樣滿足對(duì)于壓控振蕩電路的溫度特性的精度要求,不能忽略所述誤差。
因此,取代產(chǎn)生近似于三次或更低次函數(shù)的控制電壓,溫度補(bǔ)償電路必須產(chǎn)生近似于四次函數(shù)、五次函數(shù)和k次函數(shù)成分的控制電壓,而不引起諸如功率電流特性和噪聲特性的其它特性的惡化。在此情況下,k是絕對(duì)值為1或更大的實(shí)數(shù)。
圖7A和圖7B是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的用于函數(shù)產(chǎn)生電路的示例溫度傳感器電路的圖。圖7A中的電路示例是使用二極管的溫度特性的溫度傳感器。每個(gè)二極管具有大約-4mV/℃的一次溫度特性,并且,與二極管的數(shù)目一致地改變?cè)摐囟葌鞲衅鞯妮敵銎煤鸵淮螠囟忍匦缘男倍?。圖7B中的電路示例是使用兩類電阻器的溫度特性的溫度傳感器。通過(guò)使用所述電阻器的溫度特性來(lái)改變電流鏡電路的鏡像比(mirror ratio)。
圖8是示出用于根據(jù)第一實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的示例恒壓電路的圖。此電路80可以使用電阻器來(lái)指定由調(diào)壓器電路8產(chǎn)生的恒定電壓VREG作為期望的恒定電壓。此外,此電路允許PROM電路13執(zhí)行調(diào)節(jié),以便獲得期望的恒定電壓值。
圖9A和圖9B是示出用于根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的示例三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路的圖。圖9A中的電路示例是單調(diào)遞減電壓產(chǎn)生電路90a,其包括圖4所示的恒壓電路17和溫度傳感器電路18,并且其產(chǎn)生和輸出第一控制電壓y1或第五控制電壓y5,所述第一控制電壓y1或第五控制電壓y5的值響應(yīng)于環(huán)境溫度Ta的上升而成比例地降低。
如圖9A所示,單調(diào)遞減電壓產(chǎn)生電路90a包括恒壓電路91、充當(dāng)溫度傳感器電路的帶隙基準(zhǔn)電路92、以及電流鏡電路93。帶隙基準(zhǔn)電路92產(chǎn)生不受環(huán)境溫度Ta影響的大約1.25V的基準(zhǔn)電壓V0,恒壓電路91基于基準(zhǔn)電壓V0而產(chǎn)生恒定電流I0。
此外,帶隙基準(zhǔn)電路92產(chǎn)生受環(huán)境溫度Ta影響的電流IT0,而電流鏡電路93產(chǎn)生與環(huán)境溫度Ta成比例的電流IT、以及在恒壓電路91與電流鏡電路93的接合點(diǎn)處提取的差分電流I0-IT,所述差分電流是恒定電流I0和與環(huán)境溫度Ta成比例的電流IT之間的差。然后,使用電阻器94來(lái)進(jìn)行電流-電壓轉(zhuǎn)換,以便產(chǎn)生第一控制電壓y1或第五控制電壓y5,所述第一控制電壓y1或第五控制電壓y5是與環(huán)境溫度Ta的增大相一致地單調(diào)遞減的電壓。
此時(shí),通過(guò)調(diào)節(jié)被施加了電源電壓Vcc的恒壓電路91中的電阻器91a的絕對(duì)值,來(lái)指定第一控制電壓y1或第五控制電壓y5的絕對(duì)值。
圖9B中的電路示例是單調(diào)遞增電壓產(chǎn)生電路91b,其包括圖4中的恒壓電路17和溫度傳感器電路18,并且產(chǎn)生和輸出第三控制電壓y3,所述第三控制電壓y3的值與環(huán)境溫度Ta的增大成比例地單調(diào)遞增。
如圖9B所示,單調(diào)遞增電壓產(chǎn)生電路91b包括恒壓電路95、充當(dāng)溫度傳感器電路的帶隙基準(zhǔn)電路、以及電流鏡電路87。帶隙基準(zhǔn)電路96產(chǎn)生不受環(huán)境溫度Ta影響的大約1.25V的基準(zhǔn)電壓V0,并且恒壓電路95基于基準(zhǔn)電壓V0產(chǎn)生恒定電流I0。
此外,帶隙基準(zhǔn)電路96產(chǎn)生受環(huán)境溫度Ta影響的電流IT0,而電流鏡電路97產(chǎn)生與環(huán)境溫度Ta成比例的電流IT、以及從恒壓電路95和電流鏡電路97的接合點(diǎn)提取的差分電流IT-I0,所述差分電流是恒定電流I0和與環(huán)境溫度Ta成比例的電流IT之間的差。然后,使用電阻器98來(lái)進(jìn)行電流-電壓轉(zhuǎn)換,以便產(chǎn)生與環(huán)境溫度Ta成比例的第三控制電壓y3。
此時(shí),通過(guò)調(diào)節(jié)恒壓電路95中的電阻器95a的電阻,來(lái)指定在第三控制電壓y3和用于對(duì)位移(displacement)點(diǎn)溫度提供基準(zhǔn)頻率的電壓之間的、正常溫度下的電壓差。
圖9C是示出用于合成電壓y1、y2、y3、y4和y5并且輸出結(jié)果的示例信號(hào)合成電路(MIN/MAX電路)的電路圖。首先,從輸入電壓y1、y2和y3中選擇最大電壓(MAX值),并且將其作為電壓y6輸出。然后,從電壓y6、y4和y5中選擇最小電壓(MIN值)并且將其作為電壓y7輸出,如圖9D所示。
圖10是示出用于根據(jù)第一實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的示例三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路的圖。在圖10的三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路中,恒壓電路1輸出不受環(huán)境溫度影響的第一、第三和第四模擬信號(hào),溫度傳感器電路8輸出受環(huán)境溫度影響并且近似于第一函數(shù)的第二模擬信號(hào)。放大電路101接收第一模擬信號(hào)和第二模擬信號(hào),并且輸出模擬信號(hào)y1。放大電路102接收第三模擬信號(hào)和第二模擬信號(hào),并且輸出模擬信號(hào)y3。放大電路103接收第四模擬信號(hào)和第二模擬信號(hào),并且輸出模擬信號(hào)y5。信號(hào)合成電路104接收并合成模擬信號(hào)y1、y3和y5,并且產(chǎn)生近似于三次溫度特性的輸出電壓V3。
圖11是示出用于根據(jù)所述實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的示例四次和五次近似函數(shù)產(chǎn)生電路的圖。在圖11中,恒壓電路1輸出不受環(huán)境溫度影響的第一模擬信號(hào)和第三模擬信號(hào),溫度傳感器電路8輸出受環(huán)境溫度影響并且近似于第一函數(shù)的第二模擬信號(hào)。在三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路111中,放大電路112接收第一模擬信號(hào)和第二模擬信號(hào)并且輸出模擬信號(hào)b11和b12,放大電路113接收第三模擬信號(hào)和第二模擬信號(hào)并且輸出模擬信號(hào)b51和b52。
通過(guò)從三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路111接收信號(hào)b11、b12、b21和b22來(lái)提供四次和五次近似函數(shù)產(chǎn)生電路114。此外,當(dāng)通過(guò)PROM電路13控制開關(guān)時(shí),可以對(duì)由四次和五次近似函數(shù)產(chǎn)生電路114輸出的控制信號(hào)V45調(diào)節(jié)溫度補(bǔ)償參數(shù)。
如上所述,根據(jù)第一實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路,可以提供執(zhí)行精確溫度補(bǔ)償?shù)腡CXO,而不會(huì)使正常溫度附近的噪聲狀況變差,并且可以避免電路尺寸增大。
圖12A至圖12C是示出根據(jù)第一實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的示例特性的曲線圖。圖12A中的曲線圖示出了三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路輸出的信號(hào)V3的特性。圖12B中的曲線圖示出了四次和五次近似函數(shù)產(chǎn)生電路輸出的信號(hào)V45的特性。如圖1所示,通過(guò)將信號(hào)V3加到信號(hào)V45上來(lái)獲得由圖12C中的溫度補(bǔ)償電路輸出的信號(hào)Vc。
(第二實(shí)施例)圖13A是用于解釋根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的圖。在圖13A中,恒壓電路1從調(diào)壓器電路8接收控制信號(hào),并且產(chǎn)生不受環(huán)境溫度影響的模擬信號(hào)。溫度傳感器電路2輸出受環(huán)境溫度影響的模擬信號(hào)。
三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路3從恒壓電路1和溫度傳感器電路2接收信號(hào),并且產(chǎn)生與三次溫度特性參數(shù)相符的三次近似函數(shù)控制信號(hào)V3。并且,一次函數(shù)產(chǎn)生電路4從溫度傳感器電路2接收信號(hào),并且產(chǎn)生受環(huán)境溫度影響的一次函數(shù)控制信號(hào)V1。
零次函數(shù)產(chǎn)生電路5從恒壓電路1接收信號(hào),并且產(chǎn)生不受環(huán)境溫度影響的零次控制信號(hào)V0。并且,n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路26從恒壓電路1和溫度傳感器電路2接收信號(hào),并且產(chǎn)生與低溫度區(qū)相符的控制信號(hào)V45和與高溫度區(qū)相符的控制信號(hào)。
峰值改變點(diǎn)調(diào)節(jié)電路6a和6b輸出用于調(diào)節(jié)三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路3和一次函數(shù)產(chǎn)生電路4的峰值改變點(diǎn)溫度Ti的值、以及n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路26的峰值改變點(diǎn)溫度T2的值的信號(hào)。溫度補(bǔ)償電路9將控制信號(hào)V0、V1、V3和V45相加,并且輸出控制信號(hào)Vc。
工作溫度區(qū)調(diào)節(jié)電路6c調(diào)節(jié)高溫度區(qū)控制電路的工作溫度區(qū)、以及低溫度區(qū)控制電路的工作溫度區(qū),所述高溫度區(qū)控制電路是在n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路26中提供的,并且輸出與高溫度區(qū)域相符的高溫度區(qū)控制信號(hào),所述低溫度區(qū)控制電路是在n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路26中提供的,并且輸出與低溫度區(qū)域相符的低溫度區(qū)控制信號(hào)。
PROM電路13存儲(chǔ)用于補(bǔ)償控制信號(hào)Vc的溫度特性的溫度補(bǔ)償參數(shù),使得可以相對(duì)于溫度補(bǔ)償電路9輸出的控制電壓Vc而優(yōu)化壓控振蕩電路12輸出的振蕩頻率。當(dāng)晶體單元15和壓控振蕩電路12對(duì)溫度補(bǔ)償電路9輸出的控制信號(hào)Vc進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換時(shí),獲得輸出頻率。
圖13B是用于解釋圖13A中的三次函數(shù)產(chǎn)生電路的特性(m=9的情況)的圖。三次函數(shù)產(chǎn)生電路3從第一模擬信號(hào)產(chǎn)生電路(恒壓電路1)以及第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路(溫度傳感器2)接收信號(hào)。然后,通過(guò)使用恒壓電路1和溫度傳感器2的輸出,產(chǎn)生圖13B所示的三次函數(shù)產(chǎn)生電路的特性。此外,通過(guò)信號(hào)合成電路進(jìn)行信號(hào)合成,并且輸出結(jié)果。
圖14是示出用于根據(jù)第二實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的示例n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路的圖。在圖14中,恒壓電路1輸出不受環(huán)境溫度影響的第一模擬信號(hào)和第三模擬信號(hào),溫度傳感器電路8輸出受環(huán)境溫度影響并且近似于第一函數(shù)的第二模擬信號(hào)。放大電路142接收第一模擬信號(hào)和第二模擬信號(hào),并且產(chǎn)生與低溫度區(qū)中的一次溫度特性參數(shù)相符的第一函數(shù)控制信號(hào)。放大電路143接收第三模擬信號(hào)和第二模擬信號(hào),并且產(chǎn)生與高溫度區(qū)中的一次溫度特性參數(shù)相符的第一函數(shù)控制信號(hào)。通過(guò)將放大電路142和143輸出的控制信號(hào)相加,獲得近似于n次近似函數(shù)的控制信號(hào)Vn。
圖15是示出示例三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路的圖,所述三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路在本發(fā)明人先前提交的發(fā)明(JP-A-10-362689)中描述、并且被用作根據(jù)第二實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路。如上所述,根據(jù)本發(fā)明的函數(shù)產(chǎn)生電路,可以提供執(zhí)行精確溫度補(bǔ)償?shù)腡CXO,而不會(huì)使正常溫度附近的噪聲狀況變差。
(第三實(shí)施例)圖16是示出用于根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路的示例n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路的圖。當(dāng)如圖16B所示通過(guò)劃分低溫度區(qū)域而排列三個(gè)鄰接的溫度區(qū)TL1、TL2和TL3時(shí),放大電路162產(chǎn)生與區(qū)TL1的一次溫度特性參數(shù)相符的一次函數(shù)控制信號(hào);放大電路163產(chǎn)生與區(qū)TL2的一次溫度特性參數(shù)相符的一次函數(shù)控制信號(hào);并且放大電路164產(chǎn)生與區(qū)TL3的一次溫度特性參數(shù)相符的一次函數(shù)控制信號(hào)。
當(dāng)將放大電路162、163和164輸出的控制信號(hào)加到一起時(shí),可以獲得近似于n次近似函數(shù)的控制信號(hào)Vn的低溫側(cè)控制信號(hào)VnL。
當(dāng)為放大電路162、163和164附加地提供用于改變電流鏡比率的開關(guān)時(shí),可以控制n次溫度特性參數(shù)。
將相同的結(jié)構(gòu)用于高溫度區(qū)域。也就是說(shuō),通過(guò)劃分高溫度區(qū)域而排列三個(gè)鄰接的溫度區(qū)TH1、TH2和TH3,第四放大電路產(chǎn)生與區(qū)TH1的一次溫度特性參數(shù)相符的一次函數(shù)控制信號(hào);第五放大電路產(chǎn)生與區(qū)TH2的一次溫度特性參數(shù)相符的一次函數(shù)控制信號(hào);并且第六放大電路產(chǎn)生與區(qū)TH3的一次溫度特性參數(shù)相符的一次函數(shù)控制信號(hào)。
當(dāng)將第四、第五和第六放大電路輸出的控制信號(hào)加到一起時(shí),可以獲得近似于n次近似函數(shù)的控制信號(hào)Vn的高溫度區(qū)域控制信號(hào)VnH。
如上所述,根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的函數(shù)產(chǎn)生電路,可以提供在寬溫度區(qū)域內(nèi)執(zhí)行精確溫度補(bǔ)償?shù)腡CXO,而不會(huì)使正常溫度附近的噪聲狀況變差。
本發(fā)明的函數(shù)產(chǎn)生電路提供了確保可以以較少的噪聲執(zhí)行精確溫度補(bǔ)償?shù)男Ч?,并且可用于具有高溫度補(bǔ)償精度的無(wú)噪聲TCXO。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)石英振蕩裝置執(zhí)行溫度補(bǔ)償?shù)暮瘮?shù)產(chǎn)生電路,包括第一模擬信號(hào)產(chǎn)生電路,用于產(chǎn)生和輸出不受環(huán)境溫度影響的預(yù)定模擬信號(hào);第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路,用于產(chǎn)生和輸出受環(huán)境溫度影響并且近似于一次函數(shù)的模擬信號(hào);三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路,用于從第一模擬信號(hào)產(chǎn)生電路和第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),并且產(chǎn)生和輸出m個(gè)控制信號(hào)(m是3或更大的整數(shù)),所述m個(gè)控制信號(hào)與通過(guò)劃分可用于環(huán)境溫度的范圍而獲得的、從低溫度側(cè)延伸到高溫度側(cè)的m個(gè)鄰接的溫度區(qū)相對(duì)應(yīng);一次函數(shù)產(chǎn)生電路,用于從第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),并且產(chǎn)生受環(huán)境溫度影響的一次函數(shù)控制信號(hào);零次函數(shù)產(chǎn)生電路,用于從第一模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),并且產(chǎn)生不受環(huán)境溫度影響的零次函數(shù)控制信號(hào);峰值改變點(diǎn)調(diào)節(jié)電路,用于從第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),以及調(diào)節(jié)峰值改變點(diǎn)處的溫度并且將結(jié)果輸出到三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路和一次函數(shù)產(chǎn)生電路;四次和五次近似函數(shù)產(chǎn)生電路,用于使用第g控制信號(hào)(g是1或更大且m或更小的整數(shù))和第h控制信號(hào)(h是不同于g的、1或更大且m或更小的整數(shù)),并且產(chǎn)生近似于四次函數(shù)和五次函數(shù)的控制信號(hào),其中所述第g控制信號(hào)和第h控制信號(hào)二者是由三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路分別根據(jù)第g溫度區(qū)和第h溫度區(qū)輸出的;以及加法器,用于合成由三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路輸出的信號(hào)、由一次函數(shù)產(chǎn)生電路輸出的模擬信號(hào)、零次函數(shù)產(chǎn)生電路輸出的零次函數(shù)控制信號(hào)、以及由四次和五次近似函數(shù)產(chǎn)生電路輸出的控制信號(hào),并且輸出所得到的信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的函數(shù)產(chǎn)生電路,其中,使用二極管的正向電壓來(lái)產(chǎn)生要由第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路輸出的第二模擬信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的函數(shù)產(chǎn)生電路,其中,使用第一電阻器組和第二電阻器組之間的溫度系數(shù)差來(lái)產(chǎn)生要由第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路輸出的第二模擬信號(hào)。
4.一種對(duì)石英振蕩裝置執(zhí)行溫度補(bǔ)償?shù)暮瘮?shù)產(chǎn)生電路,包括第一模擬信號(hào)產(chǎn)生電路,用于產(chǎn)生和輸出不受環(huán)境溫度影響的預(yù)定模擬信號(hào);第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路,用于產(chǎn)生和輸出受環(huán)境溫度影響并且將近似于一次函數(shù)的模擬信號(hào);三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路,用于從第一模擬信號(hào)產(chǎn)生電路和第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),并且輸出信號(hào);一次函數(shù)產(chǎn)生電路,用于從第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),并且產(chǎn)生受環(huán)境溫度影響的一次函數(shù)控制信號(hào);零次函數(shù)產(chǎn)生電路,用于從第一模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),并且產(chǎn)生不受環(huán)境溫度影響的零次函數(shù)控制信號(hào);第一峰值改變點(diǎn)調(diào)節(jié)電路,用于從第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),并且調(diào)節(jié)峰值改變點(diǎn)處的溫度,以及將結(jié)果輸出到三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路和一次函數(shù)產(chǎn)生電路;低溫度工作區(qū)調(diào)節(jié)電路,用于從第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),并且調(diào)節(jié)輸出與低溫度區(qū)相對(duì)應(yīng)的低溫度區(qū)控制信號(hào)的低溫度區(qū)控制電路的工作溫度區(qū);高溫度工作區(qū)調(diào)節(jié)電路,用于調(diào)節(jié)輸出與高溫度區(qū)相對(duì)應(yīng)的高溫度區(qū)控制信號(hào)的高溫度區(qū)控制電路的工作溫度區(qū);n次函數(shù)近似函數(shù)產(chǎn)生電路,用于從低溫度工作區(qū)調(diào)節(jié)電路、高溫度工作區(qū)調(diào)節(jié)電路以及第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收信號(hào),并且產(chǎn)生和輸出與低溫度區(qū)相對(duì)應(yīng)的低溫度區(qū)控制信號(hào)以及與高溫度區(qū)相對(duì)應(yīng)的高溫度區(qū)控制信號(hào);第二峰值改變點(diǎn)調(diào)節(jié)電路,用于從第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),調(diào)節(jié)峰值改變點(diǎn)處的溫度,并且將信號(hào)輸出到n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路;以及加法器,用于合成由三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路、一次函數(shù)產(chǎn)生電路、零次函數(shù)產(chǎn)生電路以及n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路輸出的信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的函數(shù)產(chǎn)生電路,其中,使用二極管的正向電壓來(lái)產(chǎn)生要由第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路輸出的第二模擬信號(hào)。
6.如權(quán)利要求4所述的函數(shù)產(chǎn)生電路,其中,使用第一電阻器組和第二電阻器組之間的溫度系數(shù)差來(lái)產(chǎn)生要由第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路輸出的第二模擬信號(hào)。
7.如權(quán)利要求4所述的函數(shù)產(chǎn)生電路,其中,三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路從第一模擬信號(hào)產(chǎn)生電路和第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收信號(hào),并且產(chǎn)生和輸出m個(gè)控制信號(hào),所述m個(gè)控制信號(hào)與通過(guò)劃分可用于環(huán)境溫度的范圍而獲得的、從低溫度側(cè)到高溫度側(cè)的m個(gè)鄰接的溫度區(qū)相符。
8.一種對(duì)石英振蕩裝置執(zhí)行溫度補(bǔ)償?shù)暮瘮?shù)產(chǎn)生電路,包括第一模擬信號(hào)產(chǎn)生電路,用于產(chǎn)生和輸出不受環(huán)境溫度影響的預(yù)定模擬信號(hào);第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路,用于產(chǎn)生和輸出受環(huán)境溫度影響并且將近似于一次函數(shù)的模擬信號(hào);三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路,用于從第一模擬信號(hào)產(chǎn)生電路和第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),并且輸出信號(hào);一次函數(shù)產(chǎn)生電路,用于從第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),并且產(chǎn)生受環(huán)境溫度影響的一次函數(shù)控制信號(hào);零次函數(shù)產(chǎn)生電路,用于從第一模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),并且產(chǎn)生不受環(huán)境溫度影響的零次函數(shù)控制信號(hào);第一峰值改變點(diǎn)調(diào)節(jié)電路,用于從第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),調(diào)節(jié)峰值改變點(diǎn)處的溫度,并且將結(jié)果輸出到三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路和一次函數(shù)產(chǎn)生電路;低溫度工作區(qū)調(diào)節(jié)電路,用于從第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),并且調(diào)節(jié)輸出與低溫度區(qū)相對(duì)應(yīng)的低溫度區(qū)控制信號(hào)的低溫度區(qū)控制電路的工作溫度區(qū);高溫度工作區(qū)調(diào)節(jié)電路,用于調(diào)節(jié)輸出與高溫度區(qū)相對(duì)應(yīng)的高溫度區(qū)控制信號(hào)的高溫度區(qū)控制電路的工作溫度區(qū);n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路,用于從低溫度工作區(qū)調(diào)節(jié)電路、高溫度工作區(qū)調(diào)節(jié)電路、以及第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收信號(hào),并且產(chǎn)生和輸出s個(gè)低溫度區(qū)控制信號(hào)(s是2或更大的整數(shù))以及t個(gè)高溫度區(qū)控制信號(hào)(t是2或更大的整數(shù)),其分別對(duì)應(yīng)于通過(guò)劃分可用于環(huán)境溫度的低溫度范圍和高溫度范圍而獲得的s個(gè)鄰接的溫度區(qū)和t個(gè)鄰接的溫度區(qū);第二峰值改變點(diǎn)調(diào)節(jié)電路,用于從第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路接收模擬信號(hào),調(diào)節(jié)峰值改變點(diǎn),并且將信號(hào)輸出到n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路;以及加法器,用于合成由三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路、一次函數(shù)產(chǎn)生電路、零次函數(shù)產(chǎn)生電路以及n次近似函數(shù)產(chǎn)生電路輸出的信號(hào)。
9.如權(quán)利要求8所述的函數(shù)產(chǎn)生電路,其中,使用二極管的正向電壓來(lái)產(chǎn)生要由第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路輸出的第二模擬信號(hào)。
10.如權(quán)利要求8所述的函數(shù)產(chǎn)生電路,其中,使用第一電阻器組和第二電阻器組之間的溫度系數(shù)差來(lái)產(chǎn)生要由第二模擬信號(hào)產(chǎn)生電路輸出的第二模擬信號(hào)。
全文摘要
一次函數(shù)產(chǎn)生電路從溫度傳感器電路接收信號(hào),并且產(chǎn)生受環(huán)境溫度影響的一次函數(shù)控制信號(hào)V1。四次和五次近似函數(shù)產(chǎn)生電路從溫度傳感器電路和三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路接收信號(hào),并且產(chǎn)生受環(huán)境溫度影響的四次和五次近似函數(shù)控制信號(hào)V45。峰值改變點(diǎn)調(diào)節(jié)電路輸出用于調(diào)節(jié)三次近似函數(shù)產(chǎn)生電路、一次函數(shù)產(chǎn)生電路、以及四次和五次近似函數(shù)產(chǎn)生電路的峰值改變點(diǎn)溫度Ti的值的信號(hào)。溫度補(bǔ)償電路將控制信號(hào)V0、V1、V3和V5加到一起,并且輸出所得到的信號(hào)Vc。
文檔編號(hào)H03B5/04GK101083449SQ20071010873
公開日2007年12月5日 申請(qǐng)日期2007年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月1日
發(fā)明者長(zhǎng)友圭, 竹內(nèi)久人, 新宮圭悟 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社