(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023103894
(43)【公開日】2023-07-27
(54)【発明の名称】発振回路および発振回路の温度補償方法
(51)【国際特許分類】
H03B 5/32 20060101AFI20230720BHJP
【ＦＩ】
H03B5/32 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022004683
(22)【出願日】2022-01-14
(71)【出願人】
【識別番号】303046277
【氏名又は名称】旭化成エレクトロニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100165951
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 憲悟
(74)【代理人】
【識別番号】100213333
【弁理士】
【氏名又は名称】鹿山 昌代
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 貴之
(72)【発明者】
【氏名】浜田 剛志
【テーマコード（参考）】
5J079
【Ｆターム（参考）】
5J079AA04
5J079BA02
5J079BA47
5J079CA04
5J079CA12
5J079CB01
5J079FB02
(57)【要約】
【課題】周波数安定度の高い発振回路を提供する。
【解決手段】共振子１０および集積回路４０の温度変化に起因する周波数変動を補償する発振回路１００は、発振回路１００の内部温度を検出する第１温度検出部３０と、内部温度と目標温度とが一致するように、ヒータ電流を生成する電流生成部４１と、ヒータ電流に基づいて、共振子１０を加熱する第１ヒータ２０と、ヒータ電流に基づいて、集積回路４０を加熱する第２ヒータ４２と、集積回路４０の温度を検出する第２温度検出部４３と、集積回路４０の温度に基づいて、集積回路４０の温度変化に起因する第１周波数変動を補償するための第１補償電圧を生成する第１補償電圧生成回路４４と、内部温度に基づいて、共振子の温度変化に起因する第２周波数変動を補償するための第２補償電圧を生成する第２補償電圧生成回路４５と、第１補償電圧および第２補償電圧に基づいて、発振信号を生成する発振器４６とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】共振子１０および集積回路４０の温度変化に起因する周波数変動を補償する発振回路１００は、発振回路１００の内部温度を検出する第１温度検出部３０と、内部温度と目標温度とが一致するように、ヒータ電流を生成する電流生成部４１と、ヒータ電流に基づいて、共振子１０を加熱する第１ヒータ２０と、ヒータ電流に基づいて、集積回路４０を加熱する第２ヒータ４２と、集積回路４０の温度を検出する第２温度検出部４３と、集積回路４０の温度に基づいて、集積回路４０の温度変化に起因する第１周波数変動を補償するための第１補償電圧を生成する第１補償電圧生成回路４４と、内部温度に基づいて、共振子の温度変化に起因する第２周波数変動を補償するための第２補償電圧を生成する第２補償電圧生成回路４５と、第１補償電圧および第２補償電圧に基づいて、発振信号を生成する発振器４６とを備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
共振子および集積回路の温度変化に起因する周波数変動を補償する発振回路であって、
前記発振回路の内部温度を検出する第１温度検出部と、
前記内部温度と目標温度とが一致するように、ヒータ電流を生成する電流生成部と、
前記ヒータ電流に基づいて、前記共振子を加熱する第１ヒータと、
前記ヒータ電流に基づいて、前記集積回路を加熱する第２ヒータと、
前記集積回路の温度を検出する第２温度検出部と、
前記集積回路の温度に基づいて、前記集積回路の温度変化に起因する第１周波数変動を補償するための第１補償電圧を生成する第１補償電圧生成回路と、
前記内部温度に基づいて、前記共振子の温度変化に起因する第２周波数変動を補償するための第２補償電圧を生成する第２補償電圧生成回路と、
前記第１補償電圧および前記第２補償電圧に基づいて、発振信号を生成する発振器と、
を備える、発振回路。
前記発振回路の内部温度を検出する第１温度検出部と、
前記内部温度と目標温度とが一致するように、ヒータ電流を生成する電流生成部と、
前記ヒータ電流に基づいて、前記共振子を加熱する第１ヒータと、
前記ヒータ電流に基づいて、前記集積回路を加熱する第２ヒータと、
前記集積回路の温度を検出する第２温度検出部と、
前記集積回路の温度に基づいて、前記集積回路の温度変化に起因する第１周波数変動を補償するための第１補償電圧を生成する第１補償電圧生成回路と、
前記内部温度に基づいて、前記共振子の温度変化に起因する第２周波数変動を補償するための第２補償電圧を生成する第２補償電圧生成回路と、
前記第１補償電圧および前記第２補償電圧に基づいて、発振信号を生成する発振器と、
を備える、発振回路。
【請求項2】
前記第２ヒータは、抵抗値が変化する可変抵抗である、
請求項１に記載の発振回路。
請求項１に記載の発振回路。
【請求項3】
前記電流生成部は、
ヒータオン領域にて、環境温度が変化している状態で、該環境温度に対する前記第２周波数変動を補償するような前記目標温度を生成する目標温度生成回路を備える、
請求項１または２に記載の発振回路。
ヒータオン領域にて、環境温度が変化している状態で、該環境温度に対する前記第２周波数変動を補償するような前記目標温度を生成する目標温度生成回路を備える、
請求項１または２に記載の発振回路。
【請求項4】
境界温度が、前記共振子の温度と前記第２周波数変動との関係を示すグラフにおいて、前記第２周波数変動が極小となる前記共振子の温度である極小温度と一致し、
前記第２補償電圧生成回路は、
前記第２周波数変動がゼロとなるような前記第２補償電圧を生成する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の発振回路。
前記第２補償電圧生成回路は、
前記第２周波数変動がゼロとなるような前記第２補償電圧を生成する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の発振回路。
【請求項5】
境界温度が、前記共振子の温度と前記第２周波数変動との関係を示すグラフにおいて、前記第２周波数変動が極小となる前記共振子の温度である極小温度と一致せず、
前記第２補償電圧生成回路は、
前記第２周波数変動がゼロとなるような前記第２補償電圧を生成する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の発振回路。
前記第２補償電圧生成回路は、
前記第２周波数変動がゼロとなるような前記第２補償電圧を生成する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の発振回路。
【請求項6】
前記境界温度は、環境温度の最大値と一致する、
請求項４または５に記載の発振回路。
請求項４または５に記載の発振回路。
【請求項7】
共振子および集積回路の温度変化に起因する周波数変動を補償する発振回路であって、
前記発振回路の内部温度を検出する第１温度検出部と、
前記内部温度と目標温度とが一致するように、ヒータ電流を生成する電流生成部と、
前記ヒータ電流に基づいて、前記共振子を加熱する第１ヒータと、
抵抗値が変化する可変抵抗であり、前記ヒータ電流に基づいて、前記集積回路を加熱する第２ヒータと、
前記集積回路の温度を検出する第２温度検出部と、
前記集積回路の温度に基づいて、前記集積回路の温度変化に起因する周波数変動を補償するための補償電圧を生成する補償電圧生成回路と、
前記補償電圧に基づいて、発振信号を生成する発振器と、
を備える、発振回路。
前記発振回路の内部温度を検出する第１温度検出部と、
前記内部温度と目標温度とが一致するように、ヒータ電流を生成する電流生成部と、
前記ヒータ電流に基づいて、前記共振子を加熱する第１ヒータと、
抵抗値が変化する可変抵抗であり、前記ヒータ電流に基づいて、前記集積回路を加熱する第２ヒータと、
前記集積回路の温度を検出する第２温度検出部と、
前記集積回路の温度に基づいて、前記集積回路の温度変化に起因する周波数変動を補償するための補償電圧を生成する補償電圧生成回路と、
前記補償電圧に基づいて、発振信号を生成する発振器と、
を備える、発振回路。
【請求項8】
共振子および集積回路の温度変化に起因する周波数変動を補償する発振回路が備える温度制御回路であって、
前記発振回路の内部温度を検出する第１温度検出部と、
前記内部温度と目標温度とが一致するように、ヒータ電流を生成し、ヒータオン領域にて、環境温度が変化している状態で、該環境温度に対する前記共振子の温度変化に起因する周波数変動を補償するような前記目標温度を生成する電流生成部と、
前記ヒータ電流に基づいて、前記共振子を加熱する第１ヒータと、
前記ヒータ電流に基づいて、前記集積回路を加熱する第２ヒータと、
を備える、温度制御回路。
前記発振回路の内部温度を検出する第１温度検出部と、
前記内部温度と目標温度とが一致するように、ヒータ電流を生成し、ヒータオン領域にて、環境温度が変化している状態で、該環境温度に対する前記共振子の温度変化に起因する周波数変動を補償するような前記目標温度を生成する電流生成部と、
前記ヒータ電流に基づいて、前記共振子を加熱する第１ヒータと、
前記ヒータ電流に基づいて、前記集積回路を加熱する第２ヒータと、
を備える、温度制御回路。
【請求項9】
共振子および集積回路の温度変化に起因する周波数変動を補償し、
発振回路の内部温度を検出する第１温度検出部と、
前記内部温度と目標温度とが一致するように、ヒータ電流を生成する電流生成部と、
前記ヒータ電流に基づいて、前記共振子を加熱する第１ヒータと、
前記ヒータ電流に基づいて、前記集積回路を加熱する第２ヒータと、
前記集積回路の温度を検出する第２温度検出部と、
前記集積回路の温度に基づいて、前記集積回路の温度変化に起因する第１周波数変動を補償するための第１補償電圧を生成する第１補償電圧生成回路と、
前記内部温度に基づいて、前記共振子の温度変化に起因する第２周波数変動を補償するための第２補償電圧を生成する第２補償電圧生成回路と、
前記第１補償電圧および前記第２補償電圧に基づいて、発振信号を生成する発振器と、
を備える発振回路の温度補償方法であって、
ヒータオン領域にて、環境温度が一定の状態で、前記電流生成部が、前記内部温度と前記目標温度とが一致するように、前記ヒータ電流を生成するステップと、
前記第２ヒータにおける可変抵抗の抵抗値が、第１抵抗値に設定され、前記集積回路の温度が検出されるステップと、
前記第２ヒータにおける可変抵抗の抵抗値が、前記第１抵抗値より小さい第２抵抗値に設定され、前記集積回路の温度が検出されるステップと、
第１補償電圧生成回路が、前記抵抗値が前記第１抵抗値であるときの前記集積回路の温度および前記抵抗値が前記第２抵抗値であるときの前記集積回路の温度に基づいて、前記第１周波数変動を補償するための前記第１補償電圧を生成するステップと、
ヒータオフ領域にて、前記環境温度が変化している状態で、前記第２補償電圧生成回路が、前記内部温度に対する前記第２周波数変動の変化に基づいて、前記第２周波数変動を補償するための前記第２補償電圧を生成するステップと、
前記ヒータオン領域にて、前記環境温度が変化している状態で、前記電流生成部が、該環境温度に対する前記第２周波数変動を補償するような前記目標温度を生成するステップと、
を含む、温度補償方法。
発振回路の内部温度を検出する第１温度検出部と、
前記内部温度と目標温度とが一致するように、ヒータ電流を生成する電流生成部と、
前記ヒータ電流に基づいて、前記共振子を加熱する第１ヒータと、
前記ヒータ電流に基づいて、前記集積回路を加熱する第２ヒータと、
前記集積回路の温度を検出する第２温度検出部と、
前記集積回路の温度に基づいて、前記集積回路の温度変化に起因する第１周波数変動を補償するための第１補償電圧を生成する第１補償電圧生成回路と、
前記内部温度に基づいて、前記共振子の温度変化に起因する第２周波数変動を補償するための第２補償電圧を生成する第２補償電圧生成回路と、
前記第１補償電圧および前記第２補償電圧に基づいて、発振信号を生成する発振器と、
を備える発振回路の温度補償方法であって、
ヒータオン領域にて、環境温度が一定の状態で、前記電流生成部が、前記内部温度と前記目標温度とが一致するように、前記ヒータ電流を生成するステップと、
前記第２ヒータにおける可変抵抗の抵抗値が、第１抵抗値に設定され、前記集積回路の温度が検出されるステップと、
前記第２ヒータにおける可変抵抗の抵抗値が、前記第１抵抗値より小さい第２抵抗値に設定され、前記集積回路の温度が検出されるステップと、
第１補償電圧生成回路が、前記抵抗値が前記第１抵抗値であるときの前記集積回路の温度および前記抵抗値が前記第２抵抗値であるときの前記集積回路の温度に基づいて、前記第１周波数変動を補償するための前記第１補償電圧を生成するステップと、
ヒータオフ領域にて、前記環境温度が変化している状態で、前記第２補償電圧生成回路が、前記内部温度に対する前記第２周波数変動の変化に基づいて、前記第２周波数変動を補償するための前記第２補償電圧を生成するステップと、
前記ヒータオン領域にて、前記環境温度が変化している状態で、前記電流生成部が、該環境温度に対する前記第２周波数変動を補償するような前記目標温度を生成するステップと、
を含む、温度補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、発振回路および発振回路の温度補償方法に関する。
【背景技術】
【0002】
水晶振動子は、温度変化に起因して共振周波数が変動することが知られている。例えば、特許文献１には、環境温度が高温（７０℃～１００℃）となり、ヒータがオフする領域Ｐで、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated XTAL Oscillator）により、共振周波数の変動を補償するオーブン制御型水晶発振器（ＯＣＸＯ：Oven Controlled XTAL Oscillator）が開示されている（図１４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１３－２４３６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来の発振回路は、環境温度が高温となり、ヒータがオフする領域における共振周波数の変動を補償することは可能であったものの、環境温度が低温となり、ヒータがオンする領域において、水晶振動子の温度変化に起因する発振周波数の変動、あるいは、水晶振動子との温度差が生じる集積回路の温度変化に起因する発振周波数の変動を、十分に補償するものではなかった。このため、発振回路の周波数安定度が低いという問題が生じていた。
【0005】
かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、周波数安定度の高い発振回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
一実施形態に係る発振回路は、共振子および集積回路の温度変化に起因する周波数変動を補償する発振回路であって、前記発振回路の内部温度を検出する第１温度検出部と、前記内部温度と目標温度とが一致するように、ヒータ電流を生成する電流生成部と、前記ヒータ電流に基づいて、前記共振子を加熱する第１ヒータと、前記ヒータ電流に基づいて、前記集積回路を加熱する第２ヒータと、前記集積回路の温度を検出する第２温度検出部と、前記集積回路の温度に基づいて、前記集積回路の温度変化に起因する第１周波数変動を補償するための第１補償電圧を生成する第１補償電圧生成回路と、前記内部温度に基づいて、前記共振子の温度変化に起因する第２周波数変動を補償するための第２補償電圧を生成する第２補償電圧生成回路と、前記第１補償電圧および前記第２補償電圧に基づいて、発振信号を生成する発振器と、を備えることを特徴とする。
【0007】
一実施形態に係る発振回路の温度補償方法は、共振子および集積回路の温度変化に起因する周波数変動を補償し、発振回路の内部温度を検出する第１温度検出部と、前記内部温度と目標温度とが一致するように、ヒータ電流を生成する電流生成部と、前記ヒータ電流に基づいて、前記共振子を加熱する第１ヒータと、前記ヒータ電流に基づいて、前記集積回路を加熱する第２ヒータと、前記集積回路の温度を検出する第２温度検出部と、前記集積回路の温度に基づいて、前記集積回路の温度変化に起因する第１周波数変動を補償するための第１補償電圧を生成する第１補償電圧生成回路と、前記内部温度に基づいて、前記共振子の温度変化に起因する第２周波数変動を補償するための第２補償電圧を生成する第２補償電圧生成回路と、前記第１補償電圧および前記第２補償電圧に基づいて、発振信号を生成する発振器と、を備える発振回路の温度補償方法であって、ヒータオン領域にて、環境温度が一定の状態で、前記電流生成部が、前記内部温度と前記目標温度とが一致するように、前記ヒータ電流を生成するステップと、前記第２ヒータにおける可変抵抗の抵抗値が、第１抵抗値に設定され、前記集積回路の温度が検出されるステップと、前記第２ヒータにおける可変抵抗の抵抗値が、前記第１抵抗値より小さい第２抵抗値に設定され、前記集積回路の温度が検出されるステップと、第１補償電圧生成回路が、前記抵抗値が前記第１抵抗値であるときの前記集積回路の温度および前記抵抗値が前記第２抵抗値であるときの前記集積回路の温度に基づいて、前記第１周波数変動を補償するための前記第１補償電圧を生成するステップと、ヒータオフ領域にて、前記環境温度が変化している状態で、前記第２補償電圧生成回路が、前記内部温度に対する前記第２周波数変動の変化に基づいて、前記第２周波数変動を補償するための前記第２補償電圧を生成するステップと、前記ヒータオン領域にて、前記環境温度が変化している状態で、前記電流生成部が、該環境温度に対する前記第２周波数変動を補償するような前記目標温度を生成するステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、周波数安定度の高い発振回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１実施形態に係る発振回路の構成の一例を示す図である。
【図2】第１実施形態に係る温度と共振子の温度変化に起因する周波数変動との関係および温度と集積回路の温度変化に起因する周波数変動との関係の一例を示す図である。
【図3A】第１実施形態に係る環境温度と目標温度との関係の一例を示す図である。
【図3B】第１実施形態に係る環境温度と発振回路における周波数変動の合計との関係の一例を示す図である。
【図4A】第１実施形態に係る発振回路における温度制御回路の構成の一例を示す図である。
【図4B】第１実施形態に係る熱抵抗モデルの一例を示す図である。
【図5A】第１実施形態に係る発振回路の構成の一例を示す図である。
【図5B】第１実施形態に係る発振回路の構成の一例を示す図である。
【図6】第１実施形態に係る発振回路の内部温度と共振子の温度変化に起因する周波数変動との関係の一例を示す図である。
【図7】第１実施形態に係る発振回路の温度補償方法の一例を示すフローチャートである。
【図8A】第２実施形態に係る環境温度と共振子の温度との関係および環境温度と発振回路の内部温度との関係の一例を示す図である。
【図8B】第２実施形態に係る共振子の温度と共振子の温度変化に起因する周波数変動との関係および発振回路の内部温度と温度補償成分との関係の一例を示す図である。
【図9A】第２実施形態に係る熱抵抗モデルの一例を示す図である。
【図9B】第２実施形態に係る環境温度と電力との関係の一例を示す図である。
【図10A】第２実施形態に係る環境温度と共振子の温度との関係および環境温度と発振回路の内部温度との関係の一例を示す図である。
【図10B】第２実施形態に係る共振子の温度と共振子の温度変化に起因する周波数変動との関係および発振回路の内部温度と温度補償成分との関係の一例を示す図である。
【図11】第３実施形態に係る不連続点が発生しない場合における温度補償の様子の一例を示す図である。
【図12】第３実施形態に係る不連続点が発生する場合における温度補償の様子の一例を示す図である。
【図13A】第３実施形態に係る環境温度と共振子の温度との関係および環境温度と発振回路の内部温度との関係の一例を示す図である。
【図13B】第４実施形態に係る環境温度と共振子の温度との関係および環境温度と発振回路の内部温度との関係の一例を示す図である。
【図14】従来に係る水晶振動子の温度と周波数安定度との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、重複する説明を省略する。
【0011】
本明細書において、「ゼロ」とは、実質的なゼロのみならず、実質的なゼロに近い略ゼロの数値範囲も含むものとする。
【0012】
また、本明細書において、「環境温度」とは、発振回路の周囲の雰囲気温度を意味するものとする。「目標温度」とは、ヒータを用いた加熱により発振回路の内部温度を制御する際に狙う温度を意味するものとする。「境界温度」とは、ヒータオン領域とヒータオフ領域との境界の温度を意味するものとする。「ヒータオン領域」とは、ヒータがオンする領域であり、環境温度が境界温度以下である領域を意味するものとする。「ヒータオフ領域」とは、ヒータがオフする領域であり、環境温度が境界温度より高い領域を意味するものとする。ただし、これらの用語は、便宜的に定められたものに過ぎず、限定的に解釈すべきものではない。
【0013】
＜第１実施形態＞
【0014】
【0015】
発振回路１００は、共振子１０および集積回路４０の温度変化に起因する周波数変動を補償する回路である。本明細書において、共振子１０の温度変化に起因する周波数変動を、ΔＦｘｔｌ[ｐｐｍ]で表す。また、集積回路４０の温度変化に起因する周波数変動を、ΔＦＩＣ[ｐｐｍ]で表す。また、発振回路１００における周波数変動の合計を、ΔＦｔｏｔａｌ[ｐｐｍ]で表す。また、温度補償成分を、ΔＦＣ[ｐｐｍ]で表す。
【0016】
共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌ[ｐｐｍ]は、例えば、共振子１０が水晶振動子である場合、次式のような３次関数で表される（図２参照）。
【0017】
【数1】
【0018】
集積回路４０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦＩＣ[ｐｐｍ]は、次式のような１次関数で近似できる（図２参照）。
【0019】
【数2】
【0020】
温度補償後の発振回路１００における周波数変動の合計ΔＦｔｏｔａｌ[ｐｐｍ]は、次式で表される。
【0021】
【数3】
【0022】
発振回路１００は、共振子１０と、第１ヒータ２０と、第１温度検出部３０と、集積回路４０と、を備える。発振回路１００は、入出力端子ＤＡＴＡおよび入力端子ＣＬＫを介して、発振回路１００の外部に設けられる制御部２００と接続されている。
【0023】
集積回路４０は、電流生成部４１と、第２ヒータ４２と、第２温度検出部４３と、第１温度補償電圧生成回路４４と、第２温度補償電圧生成回路４５と、発振器４６と、インターフェース部４７と、記憶部５０と、インターフェース部６０と、を備える。集積回路４０は、この他にも、温度検出部モニタ用テストパスなどを備えていてよい。集積回路４０は、端子ＲＨを介して、第１ヒータ２０と接続され、端子ＴＨＭを介して、第１温度検出部３０と接続されている。
【0024】
共振子１０は、例えば、ＳＣカット型水晶振動子、ＡＴカット型水晶振動子、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子、セラミック振動子であってよい。共振子１０は、接続端子Ｘ１および接続端子Ｘ２を介して、発振器４６と接続されている。
【0025】
第１ヒータ２０は、電流生成部４１から供給されるヒータ電流に基づいて、共振子１０を加熱する。第１ヒータ２０は、共振子１０に近接して設けられることが好ましい。第１ヒータ２０は、一端がグランドと接続され、他端が端子ＲＨを介して、第２ヒータ４２および電流生成部４１と接続されている。第１ヒータ２０は、例えば、抵抗Ｒｘのヒータ抵抗であってよい。
【0026】
第１温度検出部３０は、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍを検出する。第１温度検出部３０は、共振子１０に近接して設けられることが好ましい。第１温度検出部３０は、一端がグランドと接続され、他端が端子ＴＨＭを介して、インターフェース部４７と接続されている。第１温度検出部３０は、例えば、温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタ、白金抵抗素子、温度に応じて電位が変化する熱電対であってよい。
【0027】
インターフェース部４７は、第１温度検出部３０と電流生成部４１との間および第１温度検出部３０と第２温度補償電圧生成回路４５との間に設けられる。例えば、インターフェース部４７は、端子ＴＨＭを介して、第１温度検出部３０から入力された抵抗値を、電圧信号に変換し、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍを示すデータ（例えば、電圧信号）Ｓ１を生成し、電流生成部４１および第２温度補償電圧生成回路４５へ出力する。
【0028】
電流生成部４１は、目標温度生成回路４１１と、差動増幅器４１２と、ヒータドライバ４１３と、を備える。電流生成部４１は、インターフェース部４７から入力された発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍを示すデータＳ１に基づいて、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍと目標温度Ｔｇｔとが一致するように、ヒータ電流（例えば、数百［ｍＡ］程度）を生成する。電流生成部４１は、ヒータ電流を、第１ヒータ２０および第２ヒータ４２へ供給する。目標温度Ｔｇｔは、環境温度Ｔａより１５℃程度高い温度で設定されることが好ましく、例えば、環境温度Ｔａが１０５℃程度である場合、目標温度Ｔｇｔは、１２０℃程度で設定される。
【0029】
目標温度生成回路４１１は、環境温度Ｔａを表す端子ＲＨの電圧Ｖｈに基づいて、目標温度Ｔｇｔを生成する。目標温度生成回路４１１は、目標温度Ｔｇｔを示すデータ（例えば、電圧信号）Ｓ２を生成し、差動増幅器４１２へ出力する。目標温度生成回路４１１は、例えば、近似N次関数発生回路、近似双曲線関数発生回路、近似シグモイド関数発生回路などであってよい。なお、近似N次関数発生回路の詳細については、特許第４０７０１３９号を参照できる。また、近似双曲線関数発生回路および近似シグモイド関数発生回路の詳細については、米国特許第１０７９０８３１号を参照できる。
【0030】
例えば、目標温度生成回路４１１は、ヒータオン領域にて、環境温度Ｔａが変化している状態で、該環境温度Ｔａに対する発振回路１００における周波数変動の合計ΔＦｔｏｔａｌ（＝ΔＦｘｔｌ＋ΔＦＩＣ－ΔＦｃ）がゼロとなるように、目標温度Ｔｇｔ（＝発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍ）を生成する。
【0031】
図３Ａに示されるような発振回路１００における周波数変動の合計ΔＦｔｏｔａｌがゼロとなるように目標温度Ｔｇｔがキャリブレーションされた場合における、環境温度Ｔａと目標温度Ｔｇｔとの関係を示すデータは、記憶部５０に記憶される。また、図３Ｂに示されるような発振回路１００における周波数変動の合計ΔＦｔｏｔａｌがゼロとなるように目標温度Ｔｇｔがキャリブレーションされた場合における、環境温度Ｔａと発振回路１００における周波数変動の合計ΔＦｔｏｔａｌとの関係を示すデータは、記憶部５０に記憶される。
【0032】
目標温度Ｔｇｔが適切にキャリブレーションされることで、ヒータオン領域にて、環境温度Ｔａが変化している状態で、共振子１０の温度Ｔｘｔｌおよび発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍの両者が変化しつつも、発振回路１００における周波数変動の合計ΔＦｔｏｔａｌをゼロとすることができる。
【0033】
【0034】
発振回路１００の内部電力Ｐ［Ｗ］は、電源電圧Ｖｄｄ［Ｖ］と、電流生成部４１から第１ヒータ２０へ供給されるヒータ電流と電流生成部４１から第２ヒータ４２へ供給されるヒータ電流との和Ｉｈ［Ａ］と、の積となる。このため、熱抵抗モデルを参照すると、次式が成立する。
【0035】
【数4】
【0036】
θａは、第１温度検出部３０から環境温度Ｔａへ向けての熱抵抗［℃／Ｗ］である。
【0037】
ここで、電流生成部４１から第１ヒータ２０へ供給されるヒータ電流と電流生成部４１から第２ヒータ４２へ供給されるヒータ電流との和Ｉｈは、第１ヒータ２０の抵抗Ｒｘ、第２ヒータ４２の可変抵抗ＲＩＣ、端子ＲＨの電圧Ｖｈを用いて、次式で表せる。
【0038】
【数5】
【0039】
式（４）および式（５）から、Ｉｈを消去してＶｈについて解くと、次式が成立する。
【0040】
【数6】
【0041】
式（６）から、端子ＲＨの電圧Ｖｈは、環境温度Ｔａの１次式となることがわかる。つまり、目標温度生成回路４１１が、端子ＲＨの電圧Ｖｈに基づいて、目標温度Ｔｇｔを生成することは、目標温度生成回路４１１が、環境温度Ｔａに基づいて、目標温度Ｔｇｔを生成することと等価であることがわかる。
【0042】
なお、目標温度生成回路４１１は、端子ＲＨの電圧Ｖｈに関して１次の目標温度Ｔｇｔを生成するのみならず、端子ＲＨの電圧Ｖｈに関してＮ（Ｎ≧１）次の目標温度Ｔｇｔを生成してもよい。
【0043】
差動増幅器４１２は、インターフェース部４７から入力された発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍを示すデータＳ１と目標温度生成回路４１１から入力された目標温度Ｔｇｔを示すデータＳ２との差分を増幅し、増幅信号（例えば、電圧信号）Ｓ３を生成する。差動増幅器４１２は、増幅信号Ｓ３を、ヒータドライバ４１３へ出力する。
【0044】
ヒータドライバ４１３は、差動増幅器４１２から入力された増幅信号Ｓ３に基づいて、ヒータ電流を生成し、該ヒータ電流を、第１ヒータ２０および第２ヒータ４２へ供給する。
【0045】
例えば、ヒータドライバ４１３は、第１ヒータ２０および第２ヒータ４２をオンさせる場合、第１ヒータ２０および第２ヒータ４２へヒータ電流を供給する。この場合、第１ヒータ２０および第２ヒータ４２は、発熱する。
【0046】
例えば、ヒータドライバ４１３は、第１ヒータ２０および第２ヒータ４２をオフさせる場合、第１ヒータ２０および第２ヒータ４２へヒータ電流を供給しない。この場合、第１ヒータ２０および第２ヒータ４２は、発熱しない。ヒータをオフさせる手段は、例えば、ヒータドライバ４１３の出力電流をゼロとするものでもよく、第１ヒータ２０および第２ヒータ４２の電流経路にスイッチを付加して、そのスイッチをオフとするものでもよい。
【0047】
第２ヒータ４２は、電流生成部４１から供給されるヒータ電流に基づいて、集積回路４０を加熱する。第２ヒータ４２は、集積回路４０に内蔵または近接して設けられることが好ましい。第２ヒータ４２は、一端がグランドと接続され、他端が端子ＲＨを介して、電流生成部４１と接続されている。第２ヒータ４２は、例えば、抵抗値が変化する可変抵抗ＲＩＣのヒータ抵抗であってよい。
【0048】
可変抵抗ＲＩＣの抵抗値は、その値が特に限定されるものではなく、制御部２００により、任意の値に設定されてよい。可変抵抗ＲＩＣの抵抗値は、記憶部５０に記憶される。可変抵抗ＲＩＣの抵抗値が変化することで、共振子１０および集積回路４０に分配される電力の分配比も変化する。
【0049】
例えば、図５Ａに示すように、環境温度Ｔａが一定の状態で、可変抵抗ＲＩＣの抵抗値が大きい値（例えば、２０Ω程度）に設定された場合、電流生成部４１から第２ヒータ４２へ供給されるヒータ電流の割合は、電流生成部４１から第１ヒータ２０へ供給されるヒータ電流の割合と比較して小さくなる。また、第２ヒータ４２が集積回路４０を加熱する割合（例えば、３０％）も、第１ヒータ２０が共振子１０を加熱する割合（例えば、７０％）と比較して小さくなる。この場合、発振回路１００は、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍおよび共振子１０の温度Ｔｘｔｌを目標温度Ｔｇｔに一致させつつ、集積回路４０の温度ＴＩＣを低くするような温度制御を行うことができる。
【0050】
例えば、図５Ｂに示すように、環境温度Ｔａが一定の状態で、可変抵抗ＲＩＣの抵抗値が小さい値（例えば、３．７Ω程度）に設定された場合、電流生成部４１から第１ヒータ２０へ供給されるヒータ電流の割合は、電流生成部４１から第１ヒータ２０へ供給されるヒータ電流の割合と比較して大きくなる。また、第２ヒータ４２が集積回路４０を加熱する割合（例えば、７０％）も、第１ヒータ２０が共振子１０を加熱する割合（例えば、３０％）と比較して大きくなる。この場合、発振回路１００は、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍおよび共振子１０の温度Ｔｘｔｌを目標温度Ｔｇｔに一致させつつ、集積回路４０の温度ＴＩＣを高くするような温度制御を行うことができる。
【0051】
つまり、発振回路１００において、第２ヒータ４２における可変抵抗ＲＩＣの抵抗値を適宜変化させることで、ヒータオン領域にて、環境温度Ｔａが一定の状態で、共振子１０の温度Ｔｘｔｌを略変化させずに、集積回路４０の温度ＴＩＣを大きく変化させることができる。これにより、発振回路１００は、発振回路１００における周波数変動の合計ΔＦｔｏｔａｌ(＝ΔＦｘｔｌ＋ΔＦＩＣ)のうち、集積回路４０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦＩＣのみを独立して補償するような温度補償成分を生成することができる。
【0052】
第２温度検出部４３は、集積回路４０の温度ＴＩＣを検出する。第２温度検出部４３は、集積回路４０に内蔵または近接して設けられることが好ましい。第２温度検出部４３は、集積回路４０の温度ＴＩＣを示すデータ（例えば、電圧信号）Ｓ４を生成し、第１温度補償電圧生成回路４４へ出力する。第２温度検出部４３は、例えば、公知の温度センサであってよい。
【0053】
第１温度補償電圧生成回路４４は、第２温度検出部４３から入力された集積回路４０の温度ＴＩＣを示すデータＳ４に基づいて、集積回路４０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦＩＣを補償するための温度補償成分である第１補償電圧Ｖ１を生成する。第１温度補償電圧生成回路４４は、第１補償電圧Ｖ１を、発振器４６へ出力する。
【0054】
例えば、ヒータオン領域にて、環境温度Ｔａが一定の状態で、第１温度補償電圧生成回路４４は、第２ヒータ４２における可変抵抗ＲＩＣの抵抗値が大きい値に設定された場合に、実測された発振器４６における発振信号の周波数Ｆ１を示すデータ、第１温度検出部３０により検出された発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍ１を示すデータＳ１、第２温度検出部４３により検出された集積回路４０の温度ＴＩＣ１を示すデータＳ４を取得する。発振器４６における発振信号の周波数Ｆ１は、集積回路４０の温度ＴＩＣ１に対する１次温度係数α、共振子１０の温度Ｔｘｔｌ１に対する１次温度係数βを用いて、次式で表される。
【0055】
【数7】
【0056】
例えば、ヒータオン領域にて、環境温度Ｔａが一定の状態で、第１温度補償電圧生成回路４４は、第２ヒータ４２における可変抵抗ＲＩＣの抵抗値が小さい値に設定された場合に、実測された発振器４６における発振信号の周波数Ｆ２を示すデータ、第１温度検出部３０により検出された発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍ２を示すデータＳ１、第２温度検出部４３により検出された集積回路４０の温度ＴＩＣ２を示すデータＳ４を取得する。発振器４６における発振信号の周波数Ｆ２は、集積回路４０の温度ＴＩＣ２に対する１次温度係数α、共振子１０の温度Ｔｘｔｌ２に対する１次温度係数βを用いて、次式で表される。
【0057】
【数8】
【0058】
第２ヒータ４２における可変抵抗ＲＩＣの抵抗値が、大きい値あるいは小さい値に切り替えられる際において、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍの変化は微小であることから、共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌは、１次であるものと近似できる。したがって、集積回路４０の温度ＴＩＣに対する１次温度係数αは、式（７）および式（８）の連立方程式を解くことで、次式のように表される。
【0059】
【数9】
【0060】
第１温度補償電圧生成回路４４は、式（９）に基づいて、集積回路４０の温度ＴＩＣに対する１次温度係数αを算出し、集積回路４０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦＩＣを補償（ΔＦＩＣ＝０）するための第１補償電圧Ｖ１を生成する。これにより、集積回路４０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦＩＣが最適調整される。
【0061】
なお、第２ヒータ抵抗における可変抵抗ＲＩＣの抵抗値の切り替えは、２通りに限定されるものではなく、Ｎ（Ｎ≧２）通りであってもよい。Ｎ通りである場合、第１温度補償電圧生成回路４４は、集積回路４０の温度ＴＩＣに対するＮ次温度係数αＮを算出し、集積回路４０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦＩＣを補償するための第１補償電圧Ｖ１を生成すればよい。
【0062】
第２温度補償電圧生成回路４５は、インターフェース部４７から入力された発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍを示すデータＳ１に基づいて、共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌを補償するための温度補償成分である第２補償電圧Ｖ２を生成する。第２温度補償電圧生成回路４５は、第２補償電圧Ｖ２を、発振器４６へ出力する。
【0063】
例えば、ヒータオフ領域にて、環境温度Ｔａが変化している状態で、第２温度補償電圧生成回路４５は、温度補償前に実測された発振器４６における発振信号の周波数Ｆを示すデータ、第１温度検出部３０により検出された発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍを示すデータＳ１、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍと共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌとの関係を示すデータ（図６参照）を取得する。そして、第２温度補償電圧生成回路４５は、次式で表される温度補償成分ΔＦＣを生成する。図６に示されるような発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍと共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌとの関係を示すデータは、記憶部５０に記憶される。
【0064】
【数10】
【0065】
第２温度補償電圧生成回路４５は、式（１０）に基づいて、共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌを補償（ΔＦｘｔｌ＝０）するための第２補償電圧Ｖ２を生成する。これにより、共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌが最適調整される。
【0066】
発振器４６は、第１温度補償電圧生成回路４４から入力された第１補償電圧Ｖ１、あるいは、第２温度補償電圧生成回路４５から入力された第２補償電圧Ｖ２に基づいて、共振子１０を発振させるための発振信号を生成する。発振器４６は、供給される電圧に応じて、発振周波数を変化させる発振器であり、例えば、電圧制御水晶発振器(ＶＣＸＯ：Voltage Controlled XTAL Oscillator)であってよい。発振器４６が、第１温度補償電圧生成回路４４から入力された第１補償電圧Ｖ１、あるいは、第２温度補償電圧生成回路４５から入力された第２補償電圧Ｖ２に基づいて、発振信号を生成することで、発振回路１００は、共振子１０および集積回路４０の温度変化に起因する周波数変動が補償された高精度な発振周波数を有する発振信号を出力することができる。
【0067】
記憶部５０は、例えば、不揮発性メモリ、ワンタイムメモリであってよい。記憶部５０は、例えば、第２ヒータ４２における可変抵抗ＲＩＣの抵抗値、端子ＲＨの電圧Ｖｈを記憶してよい。記憶部５０は、例えば、環境温度Ｔａと目標温度Ｔｇｔとの関係を示すデータ、環境温度Ｔａと発振回路１００における周波数変動の合計ΔＦｔｏｔａｌとの関係を示すデータを記憶してよい。記憶部５０は、例えば、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍと共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌとの関係を示すデータを記憶してよい。記憶部５０は、上述したデータの他、発振回路１００の動作に用いられる任意のデータを記憶してよい。記憶部５０は、インターフェース部６０を介して、これらのデータが制御部２００から入力される。なお、記憶部５０に記憶される各種のデータは、適切に利用されることが好ましい。
【0068】
インターフェース部６０は、記憶部５０と制御部２００との間に設けられ、通信インターフェースを提供する。インターフェース部６０は、例えば、Ｉ２Ｃインターフェース、ＳＰＩインターフェースなどのシリアルインターフェースであってよい。
【0069】
制御部２００は、各種のデータを設定する。例えば、制御部２００は、可変抵抗ＲＩＣの抵抗値を設定する。例えば、制御部２００は、目標温度生成回路の出力ゲイン、２つの温度補償電圧生成回路の出力ゲインを設定する。制御部２００は、インターフェース部６０を介して、各種のデータを、記憶部５０へ出力する。なお、温度センサモニタ用テストパスを通じて、端子ＲＨの電圧Ｖｈ、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍ、集積回路４０の温度ＴＩＣ、目標温度Ｔｇｔなどについては、制御部２００を介して、モニタ可能である。
【0070】
第１実施形態に係る発振回路１００は、電流生成部４１、第１ヒータ２０、第２ヒータ４２、第１温度検出部３０などを利用することにより、適切な温度制御を行い、２つの温度補償電圧生成回路を利用することにより、共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌおよび集積回路４０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦＩＣを補償するための温度補償成分を生成する。これにより、ヒータオフ領域のみならず、共振子１０の温度Ｔｘｔｌ、集積回路４０の温度ＴＩＣ、および発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍが互いに一致しなくなるヒータオン領域においても、共振子１０および集積回路４０の温度変化に起因する周波数変動を十分に補償することができるため、周波数安定度の高い発振回路１００を実現できる。
【0071】
〔発振回路の動作〕
図７を参照して、第１実施形態に係る発振回路１００における温度補償方法の一例について説明する。
図７を参照して、第１実施形態に係る発振回路１００における温度補償方法の一例について説明する。
【0072】
＜ヒータオン領域でのΔＦＩＣの補償＞
ヒータオン領域にて、環境温度Ｔａは一定の状態となっている。
ヒータオン領域にて、環境温度Ｔａは一定の状態となっている。
【0073】
ステップＳ１０１において、第１ヒータ２０および第２ヒータ４２は、オンする。電流生成部４１は、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍと目標温度Ｔｇｔとが一致するように、ヒータ電流を生成する。
【0074】
ステップＳ１０２において、第２ヒータ４２は、可変抵抗ＲＩＣの抵抗値が大きい値に設定される。第１温度補償電圧生成回路４４は、集積回路４０の温度ＴＩＣ１を示すデータを、第２温度検出部４３から取得する。
【0075】
ステップＳ１０３において、第２ヒータ４２は、可変抵抗ＲＩＣの抵抗値が小さい値に設定される。第１温度補償電圧生成回路４４は、集積回路４０の温度ＴＩＣ２を示すデータを、第２温度検出部４３から取得する。
【0076】
ステップＳ１０４において、第１温度補償電圧生成回路４４は、発振器４６における発振信号の周波数Ｆ１を示すデータ、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍ１を示すデータ、集積回路４０の温度ＴＩＣ１を示すデータ、発振器４６における発振信号の周波数Ｆ２を示すデータ、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍ２を示すデータ、集積回路４０の温度ＴＩＣ２を示すデータに基づいて、集積回路４０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦＩＣがゼロとなるように、第１補償電圧Ｖ１を生成する。
【0077】
上述したステップＳ１０１からステップＳ１０４までの処理を経ることにより、集積回路４０の温度変動因による周波数変動ΔＦＩＣを補償することができる。
【0078】
＜ヒータオフ領域でのΔＦｘｔｌの補償＞
ヒータオフ領域にて、環境温度Ｔａは変化している状態となっている。
ヒータオフ領域にて、環境温度Ｔａは変化している状態となっている。
【0079】
ステップＳ１０５において、第１ヒータ２０および第２ヒータ４２は、オフする。第２温度補償電圧生成回路４５は、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍを示すデータを、インターフェース部４７から取得する。また、第２温度補償電圧生成回路４５は、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍ(＝共振子１０の温度Ｔｘｔｌ)と共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌとの関係を示すデータを、記憶部５０から取得する。
【0080】
ステップＳ１０６において、第２温度補償電圧生成回路４５は、発振器４６における発振信号の周波数Ｆを示すデータ、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍを示すデータ、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍに対する共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌの変化に基づいて、共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌがゼロとなるように、第２補償電圧Ｖ２を生成する。
【0081】
上述したステップＳ１０５からステップＳ１０６までの処理を経ることにより、共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌを補償することができる。
【0082】
＜ヒータオン領域でのΔＦｔｏｔａｌの補償＞
ヒータオン領域にて、環境温度Ｔａは変化している状態となっている。
ヒータオン領域にて、環境温度Ｔａは変化している状態となっている。
【0083】
ステップＳ１０７において、第１ヒータ２０および第２ヒータ４２は、オンする。目標温度生成回路４１１は、発振回路１００における周波数変動の合計ΔＦｔｏｔａｌがゼロとなるように目標温度Ｔｇｔがキャリブレーションされた場合における、環境温度Ｔａと目標温度Ｔｇｔとの関係（Ｔａ－Ｔｇｔ特性）を示すデータを、記憶部５０から取得する。
【0084】
ステップＳ１０８において、発振回路１００は、環境温度Ｔａを表す端子ＲＨの電圧Ｖｈに基づいて、Ｔａ－Ｔｇｔ特性を用いて、目標温度Ｔｇｔを生成する。
【0085】
上述したステップＳ１０７からステップＳ１０８までの処理を経ることにより、ヒータを起点とした温度勾配発生によりＴｘｔｌ≠Ｔｔｈｍであっても、発振回路１００における周波数変動の合計ΔＦｔｏｔａｌ（＝ΔＦｘｔｌ＋ΔＦＩＣ－ΔＦｃ）を補償することができる。
【0086】
第１実施形態に係る発振回路１００における温度補償方法を適用することで、周波数安定度の高い発振回路１００を実現できる。
【0087】
【0088】
第２実施形態に係る発振回路１００における温度補償方法が、第１実施形態に係る発振回路１００における温度補償方法と異なる点は、第２実施形態に係る発振回路１００における温度補償方法は、任意の環境温度で、共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌを完全補償（ΔＦｘｔｌ＝ΔＦＣ）できる点である。なお、その他の方法は第１実施形態に係る発振回路１００における温度補償方法と同じであるため、重複した説明を省略する。
【0089】
任意の環境温度で、共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌを完全補償するための必要条件は、境界温度Ｔｚと極小温度Ｔｐとが一致すること（Ｔｚ＝Ｔｐ）であり、これについて説明する。極小温度Ｔｐは、共振子の温度Ｔｘｔｌと共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌとの関係を示すグラフにおいて、共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌが極小となるときの共振子の温度Ｔｘｔｌを意味する。
【0090】
完全補償の解が、Ｔｐ＝Ｔｚとは限らず、Ｔｐ≠Ｔｚのつもりで、ΔＦｘｔｌ＝ΔＦＣとなる解を探す。図８Ａおよび図８Ｂに示すように、(a)→(b)→(c)→(d)，(a)’→(b)’→(c)’→(d)’の全てで、ΔＦｘｔｌ＝ΔＦＣが成立するように、式を解いていく。
【0091】
共振子１０の温度Ｔｘｔｌは、発振回路１００における温度制御により、極小温度Ｔｐの周辺において、極小温度Ｔｐ周辺の狭い範囲の温度となる。このため、共振子の温度Ｔｘｔｌと共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌとの関係を示すグラフは、偶関数（例えば、２次関数）で近似される。共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌは、次式のように表せる。
【0092】
【数11】
【0093】
ヒータオフ領域では、ヒータを中心とした温度勾配がゼロとなりＴｘｔｌ＝Ｔｔｈｍの状態で、ΔＦｘｔｌ＝ΔＦＣとなるように、温度補償成分が最適調整される。
【0094】
式（１１）の左辺のΔＦｘｔｌをΔＦＣに置き換え、式（１１）の右辺のＴｘｔｌをＴｔｈｍに置き換えると、温度補償成分ΔＦＣは、次式で表せる。
【0095】
【数12】
【0096】
【数13】
【0097】
【数14】
【0098】
【数15】
【0099】
ヒータオン領域にて、任意の環境温度Ｔａで、ΔＦｘｔｌ＝ΔＦＣを成立させるためには、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍは、Ｔｔｈｍ＜Ｔｚ＜Ｔｘｔｌを満たすように、温度制御されればよい。これは、第１ヒータ２０が第１温度検出部３０と比較して共振子１０に近く、ヒータオン領域では、必ず、Ｔｘｔｌ＞Ｔｔｈｍが成立するためである。式（１１）の右辺と式（１４）の右辺が等しいとして得られる等式に対して、両辺をＡ２で割ると、次式を得られる。
【0100】
【数16】
【0101】
【0102】
熱抵抗モデルより、（Ｔｔｈｍ－Ｔａ）：（Ｔｘｔｌ－Ｔｔｈｍ）＝θａ：α×θａが成立するため、Ｔｘｔｌについて解くと、次式を得られる。
【0103】
【数17】
【0104】
式（１７）を、式（１６）に代入して、Ｔｘｔｌを消去すると、次式を得られる。
【0105】
【数18】
【0106】
Ｔｔｈｍについて整理すると、次式を得られる。
【0107】
【数19】
【0108】
式（１９）は、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍに関する２次方程式となるため、これを解くと、次式を得られる。
【0109】
【数20】
【0110】
２つの解のうち、一方は式（２０）において、±を＋とした場合であり、Ｔｔｈｍ＝Ｔａとなる。しかしこれは、内部温度Ｔｔｈｍが環境温度Ｔａと一致しておりヒータによる発熱量がゼロである事を示す。すなわちヒータがオンである事と矛盾し、実際の解とはならない。もう一方の解が求めるべき解であり、次式を得られる。
【0111】
【数21】
【0112】
式（２１）を、式（１７）に代入すると、次式を得られる。
【0113】
【数22】
【0114】
式(２１)、式（２２）から、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍと共振子１０の温度Ｔｘｔｌとの平均値は、次式で表せる。
【0115】
【数23】
【0116】
図１０Ａに示すように、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍの環境温度Ｔａに対する傾きと共振子１０の温度Ｔｘｔｌの環境温度Ｔａに対する傾きとは、絶対値が等しく、極性が逆向きとなる。
【0117】
したがって、図１０Ｂに示すように、任意の環境温度で、共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌを完全補償（ΔＦｘｔｌ＝ΔＦＣ）するためには、境界温度Ｔｚと極小温度Ｔｐとが一致すること（Ｔｚ＝Ｔｐ）であることがわかる。発振回路１００は、境界温度Ｔｚと極小温度Ｔｐとが一致した状態で、環境温度Ｔａに対して、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍを１次で温度制御すればよい。
【0118】
第２実施形態に係る発振回路１００における温度補償方法によれば、任意の環境温度で、共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌを完全補償することができる。これにより、周波数安定度の非常に高い発振回路１００を実現できる。
【0119】
【0120】
第３実施形態に係る発振回路１００における温度補償方法が、第２実施形態に係る発振回路１００における温度補償方法と異なる点は、第３実施形態に係る発振回路１００における温度補償方法は、境界温度Ｔｚと極小温度Ｔｐとが一致しない点である。なお、その他の方法は第２実施形態に係る発振回路１００における温度補償方法と同じであるため、重複した説明を省略する。
【0121】
境界温度Ｔｚと極小温度Ｔｐとが一致しない場合において、共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌを補償する方法について説明する。
【0122】
図１１に示すように、ヒータオフ領域では（（ａ）→（ｂ））、発振回路１００は、共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌを補償するための温度補償成分ΔＦＣを生成する。
【0123】
図１１に示すように、ヒータオン領域では（（ｂ）→（ｃ））、発振回路１００は、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍと共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌとの関係を示すグラフが、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍが境界温度Ｔｚとなる（ｂ）点において滑らかな関数（例えば、３次関数）となるように、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍを温度制御する。そして、発振回路１００は、該関数に基づいて、温度補償成分ΔＦＣを生成する。
【0124】
ところで、図１２に示すように、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍと傾きｄΔＦc／ｄＴｔｈｍとの関係を示すグラフ上で、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍが境界温度Ｔｚとなる傾きｄΔＦc／ｄＴｔｈｍにおいて不連続点が発生すると、温度補償後に、大きな残差エラー成分が発生する、あるいは、温度変化に起因する周波数安定度が劣化するなどの不具合が生じる。しかしながら、第３実施形態に係る発振回路１００における温度補償方法によれば、図１１に示すように、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍと傾きｄΔＦc／ｄＴｔｈｍとの関係を示すグラフ上で、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍが境界温度Ｔｚとなる傾きｄΔＦc／ｄＴｔｈｍにおいて不連続点が発生しないため、このような不具合を回避することができる。
【0125】
なお、第３実施形態では、極小温度Ｔｐが境界温度Ｔｚより大きい場合を一例に挙げて説明したが、極小温度Ｔｐが境界温度Ｔｚ以下の場合であっても、同様の温度補償方法を適用できることは勿論である。
【0126】
第３実施形態に係る発振回路１００における温度補償方法によれば、境界温度Ｔｚと極小温度Ｔｐとを一致させなくても、発振回路１００における周波数変動の合計ΔＦｔｏｔａｌ（＝ΔＦｘｔｌ－ΔＦｃ）をゼロとすることができる。これにより、極小温度Ｔｐの個体ばらつきに対する耐性が上がるため、量産性を向上させることができる。
【0127】
【0128】
第４実施形態に係る発振回路１００における温度補償方法が、第３実施形態に係る発振回路１００における温度補償方法と異なる点は、第４実施形態に係る発振回路１００における温度補償方法は、境界温度Ｔｚが環境温度の最大値Ｔａ＿ＭＡＸと一致する点である。なお、その他の方法は第３実施形態に係る発振回路１００における温度補償方法と同じであるため、重複した説明を省略する。
【0129】
図１３Ａに示すように、第３実施形態に係る発振回路１００における温度補償方法では、境界温度Ｔｚが環境温度の最大値Ｔａ＿ＭＡＸより低くなるように設定されている。
【0130】
一方、図１３Ｂに示すように、第４実施形態に係る発振回路１００における温度補償方法では、境界温度Ｔｚが環境温度の最大値Ｔａ＿ＭＡＸと一致するように設定されている。
【0131】
第４実施形態に係る発振回路１００における温度補償方法によれば、境界温度Ｔｚが環境温度の最大値Ｔａ＿ＭＡＸと一致することで、通常動作する環境温度においてはヒータオン領域のみでの動作となる。これにより、境界温度Ｔｚ近傍における発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍの微調整などを回避することができるため、簡易な温度補償が可能な発振回路１００を実現できる。
【0132】
＜第５実施形態＞
第５実施形態では、共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌを利用して、任意の環境温度Ｔａにおける共振子１０の温度Ｔｘｔｌを推測する推測方法について説明する。
第５実施形態では、共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌを利用して、任意の環境温度Ｔａにおける共振子１０の温度Ｔｘｔｌを推測する推測方法について説明する。
【0133】
まず、集積回路４０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦＩＣの補償については、発振回路１００は、第１実施形態と同様の温度補償を行う。
【0134】
次に、発振回路１００は、ヒータオフ状態にて、環境温度Ｔａが変化している状態で、共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌを測定する。同時に、発振回路１００は、集積回路４０の温度ＴＩＣおよび発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍを測定し（ＴＩＣ＝Ｔｘｔｌ＝Ｔｔｈｍ）、共振子１０の温度Ｔｘｔｌと共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌとの関係に基づいて、Ｎ次関数などで近似関数を算出する。
【0135】
次に、発振回路１００は、ヒータオン状態にて、環境温度の最小値Ｔａ＿ｍｉｎにおいて、共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌを測定し、算出した近似関数に基づいて、共振子１０の温度Ｔｘｔｌを算出する。同時に、発振回路１００は、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍを測定し、熱抵抗モデル（図９Ａ参照）から導出される次式を用いることで、熱抵抗比αを算出する。
【0136】
【数24】
【0137】
環境温度の最小値Ｔａ＿ｍｉｎを用いるのは、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍと環境温度Ｔａとの差および共振子１０の温度Ｔｘｔｌと環境温度Ｔａとの差が最も大きくなるため、熱抵抗比αを精度良く算出することができるためである。
【0138】
発振回路１００は、式（２４）に基づいて算出された熱抵抗比αを用いることで、任意の環境温度Ｔａにおける共振子１０の温度Ｔｘｔｌを算出することができる。さらに、発振回路１００は、共振子１０の温度Ｔｘｔｌと共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌとの関係に基づいて算出された近似関数を用いることで、任意の環境温度Ｔａにおける共振子１０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦｘｔｌを算出することもできる。
【0139】
第５実施形態に係る推測方法によれば、任意の環境温度Ｔａにおける共振子１０の温度Ｔｘｔｌを推測することができる。第５実施形態に係る推測方法を、上述した各実施形態に係る発振回路１００における温度補償方法に適用することで、発振回路１００は、発振回路１００の内部温度Ｔｔｈｍの温度制御を簡易的に行うことができる。
【0140】
＜変形例＞
上述した各実施形態では、集積回路４０が、電流生成部４１と、第２ヒータ４２と、第２温度検出部４３と、第１温度補償電圧生成回路４４と、第２温度補償電圧生成回路４５と、発振器４６と、インターフェース部４７と、記憶部５０と、インターフェース部６０と、を備える構成を一例に挙げて説明したが、集積回路４０は、当該構成に限定されない。
上述した各実施形態では、集積回路４０が、電流生成部４１と、第２ヒータ４２と、第２温度検出部４３と、第１温度補償電圧生成回路４４と、第２温度補償電圧生成回路４５と、発振器４６と、インターフェース部４７と、記憶部５０と、インターフェース部６０と、を備える構成を一例に挙げて説明したが、集積回路４０は、当該構成に限定されない。
【0141】
例えば、集積回路４０は、電流生成部４１と、第２ヒータ４２と、第２温度検出部４３と、第１温度補償電圧生成回路４４と、発振器４６と、インターフェース部４７とを備える構成であってもよい。集積回路４０が当該構成を有する場合、発振回路１００は、集積回路４０の温度変化に起因する周波数変動ΔＦＩＣをゼロとするような温度補償を行うことができる。
【0142】
上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨および範囲内で、多くの変更および置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態の構成図に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。また、実施形態のフローチャートに記載の複数の工程を１つに組み合わせたり、あるいは１つの工程を分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【0143】
１０ 共振子
２０ 第１ヒータ
３０ 第１温度検出部
４０ 集積回路
４１ 電流生成部
４２ 第２ヒータ
４３ 第２温度検出部
４４ 第１温度補償電圧生成回路
４５ 第２温度補償電圧生成回路
４６ 発振器
４７ インターフェース部
５０ 記憶部
６０ インターフェース部
１００ 発振回路
４１１ 目標温度生成回路
４１２ 差動増幅器
４１３ ヒータドライバ
２０ 第１ヒータ
３０ 第１温度検出部
４０ 集積回路
４１ 電流生成部
４２ 第２ヒータ
４３ 第２温度検出部
４４ 第１温度補償電圧生成回路
４５ 第２温度補償電圧生成回路
４６ 発振器
４７ インターフェース部
５０ 記憶部
６０ インターフェース部
１００ 発振回路
４１１ 目標温度生成回路
４１２ 差動増幅器
４１３ ヒータドライバ
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14】