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(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】P2024158158
(43)【公開日】2024-11-08
(54)【発明の名称】発振器
(51)【国際特許分類】
H03B 5/32 20060101AFI20241031BHJP
H03L 7/197 20060101ALI20241031BHJP
H03L 1/02 20060101ALI20241031BHJP
【ＦＩ】
H03B5/32 A
H03B5/32 D
H03L7/197
H03L1/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023073119
(22)【出願日】2023-04-27
(71)【出願人】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100090387
【弁理士】
【氏名又は名称】布施 行夫
(74)【代理人】
【識別番号】100090398
【弁理士】
【氏名又は名称】大渕 美千栄
(74)【代理人】
【識別番号】100148323
【弁理士】
【氏名又は名称】川▲崎▼ 通
(74)【代理人】
【識別番号】100168860
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 充史
(72)【発明者】
【氏名】野宮 崇
(72)【発明者】
【氏名】瀬尾 顕太郎
【テーマコード（参考）】
5J079
5J106
【Ｆターム（参考）】
5J079AA04
5J079BA02
5J079BA22
5J079BA41
5J079CB01
5J079EA06
5J079FA01
5J079FB35
5J079FB38
5J079FB39
5J079FB48
5J079GA12
5J079HA03
5J079HA07
5J079JA06
5J106AA04
5J106CC53
5J106GG09
5J106HH06
5J106KK13
5J106QQ02
(57)【要約】
【課題】用途や環境などが異なる様々な状況に応じて振動素子の温度を適切に制御することが可能な発振器を提供すること。
【解決手段】前記振動素子の温度を検出する第１温度センサーと、前記振動素子の温度を制御する温度制御素子と、前記温度制御素子の動作を制御する制御信号を生成する温度制御回路と、を備え、前記温度制御回路は、設定温度と前記第１温度センサーが検出した第１検出温度との差に利得を乗じた値に基づいて前記制御信号を生成し、前記利得が可変である、発振器。
【選択図】図５
【解決手段】前記振動素子の温度を検出する第１温度センサーと、前記振動素子の温度を制御する温度制御素子と、前記温度制御素子の動作を制御する制御信号を生成する温度制御回路と、を備え、前記温度制御回路は、設定温度と前記第１温度センサーが検出した第１検出温度との差に利得を乗じた値に基づいて前記制御信号を生成し、前記利得が可変である、発振器。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
振動素子と、
前記振動素子の温度を検出する第１温度センサーと、
前記振動素子の温度を制御する温度制御素子と、
前記温度制御素子の動作を制御する制御信号を生成する温度制御回路と、を備え、
前記温度制御回路は、設定温度と前記第１温度センサーが検出した第１検出温度との差に利得を乗じた値に基づいて前記制御信号を生成し、
前記利得が可変である、発振器。
前記振動素子の温度を検出する第１温度センサーと、
前記振動素子の温度を制御する温度制御素子と、
前記温度制御素子の動作を制御する制御信号を生成する温度制御回路と、を備え、
前記温度制御回路は、設定温度と前記第１温度センサーが検出した第１検出温度との差に利得を乗じた値に基づいて前記制御信号を生成し、
前記利得が可変である、発振器。
【請求項2】
請求項１において、
前記温度制御回路は、
前記温度制御素子が動作を開始してからの起動期間において、前記設定温度と前記第１検出温度との差が第１温度差以下になったとき、前記利得を第１の値から前記第１の値よりも小さい第２の値に切り替える、発振器。
前記温度制御回路は、
前記温度制御素子が動作を開始してからの起動期間において、前記設定温度と前記第１検出温度との差が第１温度差以下になったとき、前記利得を第１の値から前記第１の値よりも小さい第２の値に切り替える、発振器。
【請求項3】
請求項２において、
前記温度制御回路は、
前記起動期間において、前記設定温度と前記第１検出温度との差が前記第１温度差よりも小さい第２温度差以下になったとき、前記利得を前記第２の値から前記第２の値よりも小さい第３の値に切り替える、発振器。
前記温度制御回路は、
前記起動期間において、前記設定温度と前記第１検出温度との差が前記第１温度差よりも小さい第２温度差以下になったとき、前記利得を前記第２の値から前記第２の値よりも小さい第３の値に切り替える、発振器。
【請求項4】
請求項１において、
前記温度制御回路は、
前記温度制御素子が動作を開始してからの起動期間において、前記温度制御素子による消費電力をあらかじめ定められた上限値以下に制限する、発振器。
前記温度制御回路は、
前記温度制御素子が動作を開始してからの起動期間において、前記温度制御素子による消費電力をあらかじめ定められた上限値以下に制限する、発振器。
【請求項5】
請求項１において、
前記振動素子を発振させて生成される発振信号の周波数を温度補償する温度補償回路をさらに備え、
前記温度補償回路は、
前記温度制御素子が動作を開始した初期期間における、前記制御信号及び前記第１検出温度に基づいて、温度補償係数を推定する推定回路と、
前記推定回路が推定した前記温度補償係数及び前記第１検出温度に基づいて、前記発振信号の周波数を温度補償するための第１温度補償値を算出する第１温度補償演算回路を含む、発振器。
前記振動素子を発振させて生成される発振信号の周波数を温度補償する温度補償回路をさらに備え、
前記温度補償回路は、
前記温度制御素子が動作を開始した初期期間における、前記制御信号及び前記第１検出温度に基づいて、温度補償係数を推定する推定回路と、
前記推定回路が推定した前記温度補償係数及び前記第１検出温度に基づいて、前記発振信号の周波数を温度補償するための第１温度補償値を算出する第１温度補償演算回路を含む、発振器。
【請求項6】
請求項５において、
前記発振信号が入力されるＰＬＬ回路をさらに備え、
前記温度補償回路は、
前記第１温度補償値に基づいて、前記ＰＬＬ回路の分周比を計算する分周比演算回路をさらに含む、発振器。
前記発振信号が入力されるＰＬＬ回路をさらに備え、
前記温度補償回路は、
前記第１温度補償値に基づいて、前記ＰＬＬ回路の分周比を計算する分周比演算回路をさらに含む、発振器。
【請求項7】
請求項５において、
前記第１温度補償演算回路は、前記温度制御素子が動作を開始してからの起動期間が終了した後は、動作を停止する、発振器。
前記第１温度補償演算回路は、前記温度制御素子が動作を開始してからの起動期間が終了した後は、動作を停止する、発振器。
【請求項8】
請求項５において、
第２温度センサーをさらに備え、
前記温度補償回路は、
前記第１検出温度と前記第２温度センサーが検出した第２検出温度との差分に基づいて前記発振信号の周波数を温度補償するための第２温度補償値を算出する第２温度補償演算回路をさらに含み、
前記振動素子と前記第２温度センサーとの距離は、前記振動素子と前記第１温度センサーとの距離よりも大きい、発振器。
第２温度センサーをさらに備え、
前記温度補償回路は、
前記第１検出温度と前記第２温度センサーが検出した第２検出温度との差分に基づいて前記発振信号の周波数を温度補償するための第２温度補償値を算出する第２温度補償演算回路をさらに含み、
前記振動素子と前記第２温度センサーとの距離は、前記振動素子と前記第１温度センサーとの距離よりも大きい、発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発振器に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、水晶発振器が収容された恒温槽を構成するパッケージから外部に漏洩する熱量を検出し、検出した漏洩熱量に基づき水晶発振器の発振周波数を補正する恒温槽型水晶発振器が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１６－１０５５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
水晶発振器に含まれる振動素子は温度特性を有するため、水晶発振器の発振周波数を所望の発振周波数にするためには、振動素子の温度を所定の温度で安定させることが必要である。しかしながら、特許文献１に記載の恒温槽型水晶発振器では、恒温槽の温度を制御するための利得が固定されているため、発振器の用途や動作環境によっては利得が適切でなく、振動素子の温度を適切に制御できないおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明に係る発振器の一態様は、
振動素子と、
前記振動素子の温度を検出する第１温度センサーと、
前記振動素子の温度を制御する温度制御素子と、
前記温度制御素子の動作を制御する制御信号を生成する温度制御回路と、を備え、
前記温度制御回路は、設定温度と前記第１温度センサーが検出した第１検出温度との差に利得を乗じた値に基づいて前記制御信号を生成し、
前記利得が可変である。
振動素子と、
前記振動素子の温度を検出する第１温度センサーと、
前記振動素子の温度を制御する温度制御素子と、
前記温度制御素子の動作を制御する制御信号を生成する温度制御回路と、を備え、
前記温度制御回路は、設定温度と前記第１温度センサーが検出した第１検出温度との差に利得を乗じた値に基づいて前記制御信号を生成し、
前記利得が可変である。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】本実施形態の発振器の断面図。
【図2】本実施形態の発振器の平面図。
【図3】発振器が有する内側パッケージおよびその内部を示す断面図。
【図4】発振器が有する電圧制御発振器を示す断面図。
【図5】発振器の機能ブロック図。
【図6】第１実施形態における温度制御素子に対する制御量の時間変化の概要を示す図。
【図7】第１実施形態における振動素子の温度の時間変化の概要を示す図。
【図8】第１実施形態における温度制御回路の構成例を示す図。
【図9】第１実施形態における温度補償回路の構成例を示す図。
【図10】第２実施形態における温度制御素子に対する制御量の時間変化の概要を示す図。
【図11】第２実施形態における振動素子の温度の時間変化の概要を示す図。
【図12】第２実施形態における温度制御回路の構成例を示す図。
【図13】第３実施形態における温度制御素子に対する制御量の時間変化の概要を示す図。
【図14】第３実施形態における振動素子の温度の時間変化の概要を示す図。
【図15】第３実施形態における温度制御回路の構成例を示す図。
【図16】第４実施形態における温度補償回路の構成例を示す図。
【図17】第１テーブルの一例を示す図。
【図18】第２テーブルの一例を示す図。
【図19】起動期間における発振信号の周波数及びフラクショナルＮ－ＰＬＬ回路の分周比の時間変化の一例を示す図。
【図20】起動期間における発振信号の周波数及びフラクショナルＮ－ＰＬＬ回路の分周比の時間変化の他の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【0008】
１．第１実施形態
１－１．発振器の構造
図１は、本実施形態の発振器を示す断面図である。図２は、発振器を上面側から見た平面図である。図３は、発振器が有する内側パッケージおよびその内部を示す断面図である。図４は、発振器が有する電圧制御発振器を示す断面図である。
１－１．発振器の構造
図１は、本実施形態の発振器を示す断面図である。図２は、発振器を上面側から見た平面図である。図３は、発振器が有する内側パッケージおよびその内部を示す断面図である。図４は、発振器が有する電圧制御発振器を示す断面図である。
【0009】
図１および図２に示す発振器１は、恒温槽型水晶発振器であり、外側パッケージ２と、内側パッケージ３と、制御ＩＣ４と、電圧制御発振器５と、を備える。内側パッケージ３、制御ＩＣ４及び電圧制御発振器５は、外側パッケージ２に収容されている。
【0010】
図１に示すように、外側パッケージ２は、外側ベース２１と、外側リッド２２と、を有
する。外側ベース２１は、基板２７と、基板２７の上面の縁部から上側に向けて立設する枠状の壁部２８と、基板２７の下面の縁部から下側に向けて立設する枠状の脚部２９と、を有する。基板２７の上面と壁部２８とによって外側ベース２１の上面２１ａに開口する上側凹部２１１が形成され、基板２７の下面と脚部２９とによって外側ベース２１の下面２１ｂに開口する下側凹部２１２が形成されている。そのため、外側ベース２１は、断面視において略Ｈ型となっている。
する。外側ベース２１は、基板２７と、基板２７の上面の縁部から上側に向けて立設する枠状の壁部２８と、基板２７の下面の縁部から下側に向けて立設する枠状の脚部２９と、を有する。基板２７の上面と壁部２８とによって外側ベース２１の上面２１ａに開口する上側凹部２１１が形成され、基板２７の下面と脚部２９とによって外側ベース２１の下面２１ｂに開口する下側凹部２１２が形成されている。そのため、外側ベース２１は、断面視において略Ｈ型となっている。
【0011】
上側凹部２１１は、上面２１ａに開口する第１上側凹部２１１ａと、第１上側凹部２１１ａの底面に開口し、第１上側凹部２１１ａよりも開口が小さい第２上側凹部２１１ｂと、第２上側凹部２１１ｂの底面に開口し、第２上側凹部２１１ｂよりも開口が小さい第３上側凹部２１１ｃと、を有する。そして、第１上側凹部２１１ａの底面に制御ＩＣ４が配置され、第３上側凹部２１１ｃの底面に内側パッケージ３が配置されている。
【0012】
外側リッド２２は、上側凹部２１１の開口を塞ぐようにして、シールリング、低融点ガラス等の封止部材２３を介して外側ベース２１の上面２１ａに接合されている。これにより、上側凹部２１１が気密封止され、外側パッケージ２内に収容空間としての外側収容空間Ｓ２が形成される。一方、下側凹部２１２の開口は、封止されておらず、外側パッケージ２の外部に臨んでいる。そして、外側収容空間Ｓ２に内側パッケージ３および制御ＩＣ４が収容され、下側凹部２１２に電圧制御発振器５が配置されている。
【0013】
外側ベース２１には、第１上側凹部２１１ａの底面に配置された複数の内部端子２４１と、第２上側凹部２１１ｂの底面に配置された複数の内部端子２４２と、下側凹部２１２の底面に配置された複数の内部端子２４３と、下面２１ｂすなわち脚部２９の頂面に配置された複数の外部端子２４４と、が配置されている。各内部端子２４１は、ボンディング
ワイヤーＢＷ１を介して制御ＩＣ４と電気的に接続され、各内部端子２４２は、ボンディングワイヤーＢＷ２を介して内側パッケージ３と電気的に接続され、各内部端子２４３は、導電性の接合部材Ｂ１を介して電圧制御発振器５と電気的に接続されている。
ワイヤーＢＷ１を介して制御ＩＣ４と電気的に接続され、各内部端子２４２は、ボンディングワイヤーＢＷ２を介して内側パッケージ３と電気的に接続され、各内部端子２４３は、導電性の接合部材Ｂ１を介して電圧制御発振器５と電気的に接続されている。
【0014】
これらの各端子２４１、２４２、２４３、２４４は、外側ベース２１内に形成された内部配線２５を介して適宜電気的に接続され、制御ＩＣ４、内側パッケージ３、電圧制御発振器５および外部端子２４４を電気的に接続している。内部配線２５は、脚部２９の内部を通って外部端子２４４に接続されている。そして、外部端子２４４において図示しない外部装置との接続が行われる。脚部２９の側面には、外部端子２４４と接続された側面端子２４５が配置されている。側面端子２４５は、キャスタレーションである。そのため、半田Ｈが側面端子２４５に濡れ広がってフィレットを形成し、外部装置との機械的および電気的な接合がより強固なものとなる。ただし、これに限定されず、例えば、側面端子２４５を省略してもよい。
【0015】
図３に示すように、内側パッケージ３は、内側ベース３１と、内側リッド３２と、を有する。内側ベース３１は、下面３１ｂに開口する凹部３１１を有する。
【0016】
凹部３１１は、下面３１ｂに開口する第１凹部３１１ａと、第１凹部３１１ａの底面に開口し、第１凹部３１１ａよりも開口が小さい第２凹部３１１ｂと、第２凹部３１１ｂの底面に開口し、第２凹部３１１ｂよりも開口が小さい第３凹部３１１ｃと、を有する。そして、第１凹部３１１ａの底面に振動素子６が配置され、第３凹部３１１ｃの底面に発熱ＩＣ７及び発振ＩＣ８がＸ軸方向に並んで配置されている。
【0017】
内側リッド３２は、凹部３１１の開口を塞ぐようにして、シールリング、低融点ガラス等の封止部材３３を介して内側ベース３１の下面３１ｂに接合されている。これにより、凹部３１１が気密封止され、内側パッケージ３内に内側収容空間Ｓ３が形成される。そして、内側収容空間Ｓ３に振動素子６、発熱ＩＣ７及び発振ＩＣ８が収容されている。
【0018】
このような内側収容空間Ｓ３は、気密であり、減圧状態、好ましくはより真空に近い状態となっている。これにより、内側収容空間Ｓ３の粘性抵抗が減り、振動素子６の振動特性が向上する。ただし、内側収容空間Ｓ３の雰囲気は、特に限定されない。
【0019】
内側ベース３１には、第１凹部３１１ａの底面に配置された複数の内部端子３４１と、第２凹部３１１ｂの底面に配置された複数の内部端子３４２、３４３と、内側ベース３１の上面３１ａに配置された複数の外部端子３４４と、が配置されている。各内部端子３４１は、導電性の接合部材Ｂ２およびボンディングワイヤーＢＷ３を介して振動素子６と電気的に接続され、各内部端子３４２は、ボンディングワイヤーＢＷ４を介して発熱ＩＣ７と電気的に接続され、各内部端子３４３は、ボンディングワイヤーＢＷ５を介して発振ＩＣ８と電気的に接続されている。
【0020】
これらの各端子３４１、３４２、３４３、３４４は、内側パッケージ３内に形成された図示しない内部配線を介して適宜電気的に接続されており、振動素子６、発熱ＩＣ７、発振ＩＣ８および外部端子３４４を電気的に接続している。このような内側パッケージ３においては、外部端子３４４を介してその内外が電気的に接続される。
【0021】
以上のような内側パッケージ３は、内側リッド３２において、熱伝導率が十分に低い接合部材Ｂ３を介して第３上側凹部２１１ｃの底面に固定されている。
【0022】
図３に示すように、発熱ＩＣ７は、能動面を下側（内側リッド３２側）に向けて第３凹部３１１ｃの底面に配置され、ボンディングワイヤーＢＷ４を介して複数の内部端子３４
２と電気的に接続されている。発振ＩＣ８は、能動面を下側（内側リッド３２側）に向けて第３凹部３１１ｃの底面に配置され、ボンディングワイヤーＢＷ５を介して複数の内部端子３４３と電気的に接続されている。
２と電気的に接続されている。発振ＩＣ８は、能動面を下側（内側リッド３２側）に向けて第３凹部３１１ｃの底面に配置され、ボンディングワイヤーＢＷ５を介して複数の内部端子３４３と電気的に接続されている。
【0023】
電圧制御発振器５は、入力電圧に応じて周波数が変化する発振信号を出力する発振器である。図４に示すように、電圧制御発振器５は、パッケージ５１と、パッケージ５１に収容された振動素子５５および発振ＩＣ５９と、を有する。
【0024】
パッケージ５１は、ベース５２およびリッド５３を有する。ベース５２は、下面５２ｂに開口する凹部５２１を有する。凹部５２１は、下面５２ｂに開口する第１凹部５２１ａと、第１凹部５２１ａの底面に開口し、第１凹部５２１ａよりも開口が小さい第２凹部５２１ｂと、第２凹部５２１ｂの底面に開口し、第２凹部５２１ｂよりも開口が小さい第３凹部５２１ｃと、を有する。そして、第１凹部５２１ａの底面に振動素子５５が配置され、第３凹部５２１ｃの底面に発振ＩＣ５９が配置されている。
【0025】
リッド５３は、凹部５２１の開口を塞ぐようにして、シールリング、低融点ガラス等の封止部材５４を介してベース５２の下面５２ｂに接合されている。これにより、凹部５２１が気密封止され、パッケージ５１内に収容空間Ｓ５が形成される。そして、収容空間Ｓ５に振動素子５５および発振ＩＣ５９が収容されている。収容空間Ｓ５は、気密であり、減圧状態、好ましくはより真空に近い状態となっている。これにより、収容空間Ｓ５の粘性抵抗が減り、振動素子５５の振動特性が向上する。ただし、収容空間Ｓ５の雰囲気は、特に限定されない。
【0026】
ベース５２には、第１凹部５２１ａの底面に配置された複数の内部端子５６１と、第２凹部５２１ｂの底面に配置された複数の内部端子５６２と、ベース５２の上面５２ａに配置された複数の外部端子５６４と、が配置されている。各内部端子５６１は、導電性の接合部材Ｂ４を介して振動素子５５と電気的に接続され、各内部端子５６２は、ボンディングワイヤーＢＷ６を介して発振ＩＣ５９と電気的に接続されている。これらの各端子５６１、５６２、５６４は、ベース５２内に形成された図示しない内部配線を介して適宜電気的に接続されており、振動素子５５、発振ＩＣ５９および外部端子５６４を電気的に接続している。このようなパッケージ５１においては、外部端子５６４を介してその内外が電気的に接続される。
【0027】
振動素子５５は、ＡＴカット水晶振動素子である。ただし、振動素子５５は、ＡＴカット水晶振動素子でなくてもよく、例えば、ＳＣカット水晶振動素子、ＢＴカット水晶振動素子、音叉型水晶振動素子、弾性表面波共振子、その他の圧電振動素子、ＭＥＭＳ共振素子等であってもよい。
【0028】
発振ＩＣ５９は、能動面を下側に向けて第３凹部５２１ｃの底面に配置され、ボンディングワイヤーＢＷ６を介して複数の内部端子５６２と電気的に接続されている。
【0029】
図４に示すように、電圧制御発振器５は、導電性の接合部材Ｂ１を介して下側凹部２１２の底面に固定されている。また、接合部材Ｂ１を介して外部端子５６４と内部端子２４３とが電気的に接続されている。
【0030】
１－２．発振器の機能的構成
図５は、本実施形態の発振器１の機能ブロック図である。図５において、図１～図４に示したのと同じ構成要素には同じ符号が付されている。図５に示すように、本実施形態の発振器１は、制御ＩＣ４と、電圧制御発振器５と、振動素子６と、発熱ＩＣ７と、発振ＩＣ８とを含む。
図５は、本実施形態の発振器１の機能ブロック図である。図５において、図１～図４に示したのと同じ構成要素には同じ符号が付されている。図５に示すように、本実施形態の発振器１は、制御ＩＣ４と、電圧制御発振器５と、振動素子６と、発熱ＩＣ７と、発振ＩＣ８とを含む。
【0031】
発振ＩＣ８は、発振回路８１と、温度センサー８２とを含み、制御ＩＣ４から電源電圧ＶＯＳＣが供給されて動作する。発振回路８１は、振動素子６の両端と電気的に接続されており、振動素子６の出力信号を増幅して振動素子６にフィードバックすることにより、振動素子６を発振させ、発振信号ＯＳＣＯを出力する回路である。例えば、発振回路８１は、増幅素子としてインバーターを用いた発振回路であってもよいし、増幅素子としてバイポーラトランジスターを用いた発振回路であってもよい。発振回路８１から出力される発振信号ＯＳＣＯは、制御ＩＣ４に入力される。
【0032】
温度センサー８２は、温度を検出し、検出した温度に応じた電圧レベルを有する温度検出信号ＴＳ１を出力する感温素子である。温度センサー８２は、発振ＩＣ８に内蔵されており、発振ＩＣ８の温度を検出する。温度センサー８２から出力される温度検出信号ＴＳ１は、制御ＩＣ４に入力される。温度センサー８２は、例えば、ダイオードのＰＮ接合の順方向電圧の温度依存性を利用したセンサーであってもよい。
【0033】
発熱ＩＣ７は、温度制御素子７１と、温度センサー７２とを含む。温度制御素子７１は、制御ＩＣ４から出力される温度制御信号ＯＶＣに基づいて振動素子６の温度を制御する素子であり、発熱素子であってもよい。例えば、温度制御素子７１は、ＣＭＯＳトランジスターであり、ゲートに入力される温度制御信号ＯＶＣの電圧に応じて発熱量が変化する。温度制御素子７１の発熱量が大きいほど振動素子６の温度が高くなり、制御ＩＣ４により、振動素子６の温度が目標となる設定温度で一定となるように温度制御素子７１の発熱量が制御される。例えば、設定温度は、８０℃等の固定値でもよいし、７０℃以上１２５℃の範囲等の所定の範囲で任意に設定可能であってもよい。
【0034】
温度センサー７２は、温度を検出し、検出した温度に応じた電圧レベルを有する温度検出信号ＴＳ２を出力する感温素子である。温度センサー７２は、発熱ＩＣ７に内蔵されており、発熱ＩＣ７の温度を検出する。発熱ＩＣ７には温度制御素子７１も内蔵されているため、温度センサー７２は、温度制御素子７１の温度を検出することになる。温度センサー７２から出力される温度検出信号ＴＳ２は、制御ＩＣ４に入力される。温度センサー７２は、例えば、ダイオードのＰＮ接合の順方向電圧の温度依存性を利用したセンサーであってもよい。
【0035】
図３に示したように、振動素子６、発熱ＩＣ７及び発振ＩＣ８は、内側パッケージ３に収容されており、振動素子６の温度が一定に保たれるように、制御ＩＣ４によって発熱ＩＣ７の発熱が制御される。発熱ＩＣ７が発熱源であり、発熱ＩＣ７からの放射熱が振動素子６や発振ＩＣ８に伝わるため、振動素子６や発振ＩＣ８の温度と、発熱ＩＣ７の温度との間に差が生じる。これに対して、振動素子６及び発振ＩＣ８は、発熱ＩＣ７と離間して配置されており、発熱ＩＣ７と振動素子６との熱的な距離が発熱ＩＣ７と発振ＩＣ８との熱的な距離とほぼ同じであると見做すと、発振ＩＣ８の温度は振動素子６の温度に近いと言える。すなわち、発熱ＩＣ７に内蔵されている温度センサー７２が検出する温度よりも、発振ＩＣ８に内蔵されている温度センサー８２が検出する温度の方が、振動素子６の温度に近い。そのため、後述するように、制御ＩＣ４は、温度センサー８２から出力される温度検出信号ＴＳ１に基づいて、発熱ＩＣ７の発熱を制御する。ただし、振動素子６、発熱ＩＣ７及び発振ＩＣ８の配置によっては、発熱ＩＣ７の温度が発振ＩＣ８の温度よりも振動素子６の温度に近い場合もあり、その場合は、制御ＩＣ４は、温度センサー７２から出力される温度検出信号ＴＳ２に基づいて、発熱ＩＣ７の発熱を制御してもよい。
【0036】
なお、温度センサー８２は「第１温度センサー」の一例であり、温度センサー８２が検出する温度は「第１検出温度」の一例である。あるいは、温度センサー７２は「第１温度センサー」の他の一例であり、温度センサー７２が検出する温度は「第１検出温度」の他
の一例である。
の一例である。
【0037】
制御ＩＣ４は、デジタル信号処理回路１０、セレクター４１、温度センサー４２、Ａ／Ｄ変換器４３、Ｄ／Ａ変換器４４、フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路４５、ＰＬＬ回路４６、スイッチ回路４７、電源回路４８、インターフェース回路４９、メモリー９０及びレジスター９４を含む。ＰＬＬは、Phase Locked Loopの略である。
【0038】
電源回路４８は、発振器１の外部から供給される電源電圧ＶＤＤとグラウンド電圧ＶＳＳとに基づいて、電源電圧ＶＤＤよりも低い一定電圧である電源電圧ＶＯＳＣを生成する。例えば、電源回路４８は、バンドギャップリファレンス回路の出力電圧に基づいて一定電圧である電源電圧ＶＯＳＣを生成する。電源電圧ＶＯＳＣは、発振ＩＣ８に供給される。
【0039】
フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路４５は、発振ＩＣ８から出力される発振信号ＯＳＣＯが入力され、発振信号ＯＳＣＯの周波数ｆＯＳＣＯを、分周比制御信号ＤＩＶＣによって指示される分周比に応じた周波数ｆＣＫ１に変換したクロック信号ＣＫ１を出力する。フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路４５は、発振信号ＯＳＣＯの位相と、分周比制御信号ＤＩＶＣで指定される分周比でクロック信号ＣＫ１を分周した信号の位相とが一致するようにフィードバック制御することにより、クロック信号ＣＫ１を生成する。分周比制御信号ＤＩＶＣはデルタシグマ変調されており、分周比制御信号ＤＩＶＣで指定される分周比は、複数の整数分周比の間で切り替わり、平均化すると分数の分周比になる。したがって、周波数ｆＣＫ１は周波数ｆＯＳＣＯの非整数倍である。フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路４５は、分周比制御信号ＤＩＶＣに応じて、周波数ｆＯＳＣＯとは異なり、かつ、外気温度によらずほぼ一定の周波数ｆＣＫ１のクロック信号ＣＫ１を出力してもよい。
【0040】
ＰＬＬ回路４６は、フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路４５から出力されるクロック信号ＣＫ１が入力され、クロック信号ＣＫ１の周波数ｆＣＫ１と同じ周波数である周波数ｆＣＫ２のクロック信号ＣＫ２を出力する。ＰＬＬ回路４６は、クロック信号ＣＫ１の位相と電圧制御発振器５から出力されるクロック信号ＣＫ２の位相とが一致するように、電圧制御発振器５の入力電圧をフィードバック制御することにより、クロック信号ＣＫ２を生成する。
【0041】
フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路４５から出力されるクロック信号ＣＫ１は、その周波数ｆＣＫ１が発振信号ＯＳＣＯの周波数ｆＯＳＣＯの非整数倍であり、ジッターが大きい。これに対して、ＰＬＬ回路４６から出力されるクロック信号ＣＫ２は、その周波数ｆＣＫ２がクロック信号ＣＫ１の周波数ｆＣＫ１と同じであり、かつ、周波数安定性が高い振動素子５５を用いた電圧制御発振器５から出力されるので、クロック信号ＣＫ１よりもジッターが小さい。
【0042】
スイッチ回路４７は、レジスター９４から出力されるスイッチ制御信号ＳＷＣの論理レベルに応じて、クロック信号ＣＫ１及びクロック信号ＣＫ２のいずれかを選択したクロック信号ＣＫを出力する。クロック信号ＣＫは、発振器１の外部に出力される。クロック信号ＣＫは、外部装置１００に供給されてもよいし、外部装置１００とは異なる装置に供給されてもよい。例えば、発振器１の通常動作時は、クロック信号ＣＫとしてジッターの小さいクロック信号ＣＫ２が選択され、クロック信号ＣＫ１の検査時に、クロック信号ＣＫとしてクロック信号ＣＫ１が選択されてもよい。
【0043】
温度センサー４２は、温度を検出し、検出した温度に応じた電圧レベルを有する温度検出信号ＴＳ３を出力する感温素子である。温度センサー４２は、制御ＩＣ４に内蔵されており、制御ＩＣ４の温度を検出する。図１に示したように、制御ＩＣ４は、外側リッド２
２に近い場所に配置されており、振動素子６と温度センサー４２との距離は、振動素子６と発振ＩＣ８に含まれる温度センサー８２との距離よりも大きく、制御ＩＣ４の温度は発振器１の外気の温度の影響を受けやすい。そのため、制御ＩＣ４の発熱量がほぼ一定であるとすると、温度センサー４２は、発振器１の外気の温度変化を検出することができる。温度センサー７２から出力される温度検出信号ＴＳ２は、制御ＩＣ４に入力される。温度センサー７２は、例えば、ダイオードのＰＮ接合の順方向電圧の温度依存性を利用したセンサーであってもよい。
２に近い場所に配置されており、振動素子６と温度センサー４２との距離は、振動素子６と発振ＩＣ８に含まれる温度センサー８２との距離よりも大きく、制御ＩＣ４の温度は発振器１の外気の温度の影響を受けやすい。そのため、制御ＩＣ４の発熱量がほぼ一定であるとすると、温度センサー４２は、発振器１の外気の温度変化を検出することができる。温度センサー７２から出力される温度検出信号ＴＳ２は、制御ＩＣ４に入力される。温度センサー７２は、例えば、ダイオードのＰＮ接合の順方向電圧の温度依存性を利用したセンサーであってもよい。
【0044】
セレクター４１は、発振ＩＣ８から出力される温度検出信号ＴＳ１、発熱ＩＣ７から出力される温度検出信号ＴＳ２及び温度センサー４２から出力される温度検出信号ＴＳ３のいずれか１つを選択して出力する。本実施形態では、セレクター４１は、温度検出信号ＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３を時分割に選択して周期的に出力する。
【0045】
Ａ／Ｄ変換器４３は、セレクター４１から時分割に出力されるアナログ信号である温度検出信号ＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３を、それぞれデジタル信号である温度コードＤＴＳ１，ＤＴＳ２，ＤＴＳ３に変換する。Ａ／Ｄ変換器４３は、温度検出信号ＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３を抵抗分圧等によって電圧レベルを変換した後に、温度コードＤＴＳ１，ＤＴＳ２，ＤＴＳ３に変換してもよい。
【0046】
デジタル信号処理回路１０は、温度制御回路１１と、温度補償回路１２とを含む。
【0047】
温度制御回路１１は、発熱ＩＣ７に内蔵されている温度制御素子７１の動作を制御する制御信号を生成する。具体的には、温度制御回路１１は、温度コードＤＴＳ１と、不揮発性のメモリー９０に記憶されている温度制御データ９１とに基づいて、温度制御素子７１の発熱量を制御するための温度制御コードＤＯＶＣを出力する。例えば、温度制御データ９１は、振動素子６の温度の目標となる設定温度の情報や、温度制御素子７１の発熱量の制御のための利得の情報を含んでもよい。あるいは、振動素子６の温度の目標となる設定温度が外気温度によって変動する場合は、温度制御データ９１は、温度コードＤＴＳ３と設定温度との関係を示す情報を含んでもよい。この場合、温度制御回路１１は、温度コードＤＴＳ１，ＤＴＳ３と温度制御データ９１とに基づいて、温度制御コードＤＯＶＣを出力する。
【0048】
温度補償回路１２は、発振ＩＣ８に内蔵されている発振回路８１が振動素子６を発振させて生成される発振信号ＯＳＣＯの周波数を温度補償する。具体的には、温度補償回路１２は、温度コードＤＴＳ３と、メモリー９０に記憶されている温度補償データ９２とに基づいて、フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路４５に、温度によらず周波数が一定となるクロック信号ＣＫ１を出力させるための分周比制御信号ＤＩＶＣを出力する。例えば、温度補償データ９２は、温度コードＤＴＳ３と発振信号ＯＳＣＯの周波数との関係を示すテーブル情報であってもよいし、当該関係を示す数式の各次数の係数値の情報であってもよい。あるいは、温度補償データ９２は、温度コードＤＴＳ３と発振信号ＯＳＣＯの周波数との関係から算出される、温度コードＤＴＳ３とフラクショナルＮ－ＰＬＬ回路４５の分数分周比の値との関係を示す情報であってもよい。
【0049】
なお、温度制御回路１１は、温度制御素子７１の動作を制御する温度制御処理を行うハードウェア回路であってもよい。同様に、温度補償回路１２は、発振信号ＯＳＣＯの周波数を温度補償する温度補償処理を行うハードウェア回路であってもよい。あるいは、デジタル信号処理回路１０は、ＣＰＵと、不揮発性のメモリーとを含み、ＣＰＵが、当該メモリーに記憶されている温度制御プログラムに基づいて、温度制御素子７１の動作を制御する温度制御処理を行ってもよい。ＣＰＵは、Central Processing Unitの略である。すなわち、ＣＰＵが、温度制御プログラムを実行することにより、温度制御回路１１として機
能してもよい。同様に、ＣＰＵが、メモリーに記憶されている温度補償プログラムに基づいて、発振信号ＯＳＣＯの周波数を温度補償する温度補償処理を行ってもよい。すなわち、ＣＰＵが、温度補償プログラムを実行することにより、温度補償回路１２として機能してもよい。デジタル信号処理回路１０による温度制御処理及び温度補償処理の詳細については後述する。
能してもよい。同様に、ＣＰＵが、メモリーに記憶されている温度補償プログラムに基づいて、発振信号ＯＳＣＯの周波数を温度補償する温度補償処理を行ってもよい。すなわち、ＣＰＵが、温度補償プログラムを実行することにより、温度補償回路１２として機能してもよい。デジタル信号処理回路１０による温度制御処理及び温度補償処理の詳細については後述する。
【0050】
Ｄ／Ａ変換器４４は、温度制御回路１１から出力されるデジタル信号である温度制御コードＤＯＶＣを、アナログ信号である温度制御信号ＯＶＣに変換する。温度制御信号ＯＶＣは、発熱ＩＣ７の温度制御素子７１に供給される。
【0051】
インターフェース回路４９は、発振器１と接続される外部装置１００との間でデータ通信を行うための回路である。具体的には、インターフェース回路４９は、外部装置１００からの要求に応じて、メモリー９０又はレジスター９４に対するデータの書き込みや読み出しを行う。インターフェース回路４９は、例えば、Ｉ２Ｃバスに対応したインターフェース回路であってもよいし、ＳＰＩバスに対応したインターフェース回路であってもよい。Ｉ２Ｃは、Inter-Integrated Circuitの略である。また、ＳＰＩは、Serial Peripheral Interfaceの略である。
【0052】
発振器１の製造時の検査工程において、外部装置１００である検査装置は、インターフェース回路４９を介して、スイッチ回路４７にクロック信号ＣＫ１を選択させるためのスイッチ制御信号ＳＷＣを設定し、クロック信号ＣＫ１を検査してもよい。また、外部装置１００である検査装置は、インターフェース回路４９を介して、メモリー９０に温度制御データ９１及び温度補償データ９２を書き込む。なお、温度制御データ９１及び温度補償データ９２は、発振器１の起動時に外部装置１００がレジスター９４に設定してもよい。
【0053】
１－３．デジタル信号処理回路による温度制御処理
本実施形態では、デジタル信号処理回路１０は、温度制御回路１１により、振動素子６の温度の目標となる設定温度と振動素子６の温度との差分をゼロに近づけるように、温度制御素子７１の発熱量を制御する温度制御処理を行う。図６及び図７は、それぞれ、温度制御処理における温度制御素子７１に対する制御量及び振動素子６の温度の時間変化の概要を示す図である。
本実施形態では、デジタル信号処理回路１０は、温度制御回路１１により、振動素子６の温度の目標となる設定温度と振動素子６の温度との差分をゼロに近づけるように、温度制御素子７１の発熱量を制御する温度制御処理を行う。図６及び図７は、それぞれ、温度制御処理における温度制御素子７１に対する制御量及び振動素子６の温度の時間変化の概要を示す図である。
【0054】
例えば、設定温度が８０℃であるとすると発振器１の起動時は振動素子６の温度は外気温度に近いので、図６及び図７に示すように、温度制御素子７１を発熱させるために制御量が上昇していき、これに伴い、振動素子６の温度が上昇していく。振動素子６の温度が設定温度に達すると、その後、温度制御素子７１の制御量がピークに達して減少していく。これにより、振動素子６の温度は、設定温度を超えてピークに達した後、減少していく。そして、振動素子６の温度が設定温度に近づくにつれて、制御量は、その減少率が小さくなっていき一定値になる。これに伴い、振動素子６の温度も設定温度に収束する。
【0055】
【0056】
減算器１１１は、設定温度コードＤＴＳＥＴから温度コードＤＴＳ１を減算した値を出力する。設定温度コードＤＴＳＥＴは、設定温度に対応するデジタルコードであり、温度制御データ９１に含まれている。また、前述の通り、温度コードＤＴＳ１は、発振ＩＣ８から出力される温度検出信号ＴＳ１の電圧に対応するデジタルコードである。
【0057】
乗算器１１２は、減算器１１１の出力値と利得ｋｐとの積を出力する。また、乗算器１
１３は、減算器１１１の出力値と利得ｋｉとの積を出力する。利得ｋｐ，ｋｉは、温度制御データ９１に含まれている。
１３は、減算器１１１の出力値と利得ｋｉとの積を出力する。利得ｋｐ，ｋｉは、温度制御データ９１に含まれている。
【0058】
加算器１１４は、乗算器１１３の出力値と遅延素子１１５の出力値とを加算した値を出力する。遅延素子１１５は、加算器１１４の出力値を所定時間遅延させて出力する。例えば、所定時間は、Ａ／Ｄ変換器４３が温度コードＤＴＳ１を更新する周期に相当する時間であってもよい。
【0059】
加算器１１６は、乗算器１１２の出力値と加算器１１４の出力値とを加算して温度制御コードＤＯＶＣを出力する。
【0060】
このような構成の温度制御回路１１は、ＰＩ制御により、温度制御素子７１に対する発熱量の制御を実現している。乗算器１１２の出力値が比例項Ｐの値に相当し、加算器１１４の出力値が積分項Ｉの値に相当する。
【0061】
なお、図８の例では、発熱ＩＣ７の温度よりも発振ＩＣ８の温度の方が振動素子６の温度に近いものとして、減算器１１１には温度コードＤＴＳ１が入力されている。ただし、発振ＩＣ８の温度よりも発熱ＩＣ７の温度の方が振動素子６の温度に近い場合は、減算器１１１に、発熱ＩＣ７から出力される温度検出信号ＴＳ２の電圧に対応する温度コードＤＴＳ２が入力されてもよい。
【0062】
このように、温度制御回路１１は、設定温度と温度センサー８２あるいは温度センサー７２が検出した検出温度との差に利得を乗じた値に基づいて温度制御素子７１の動作を制御する制御信号である温度制御コードＤＯＶＣを出力する。この温度制御コードＤＯＶＣがＤ／Ａ変換器４４によって変換された温度制御信号ＯＶＣにより、振動素子６の温度が一定に保たれるように温度制御素子７１の発熱量が制御される。
【0063】
ここで、温度制御素子７１の発熱量の制御のための利得ｋｐ，ｋｉは、メモリー９０に記憶されている温度制御データ９１に含まれており、外部装置１００は、インターフェース回路４９を介して温度制御データ９１を設定可能である。すなわち、利得ｋｐ，ｋｉが可変である。したがって、発振器１の使用環境等に応じて、利得ｋｐ，ｋｉが最適な値に設定可能であるので、振動素子６の温度の安定性が確保され、発振信号ＯＳＣＯの周波数精度が向上する。
【0064】
１－４．デジタル信号処理回路による温度補償処理
本実施形態では、デジタル信号処理回路１０は、温度補償回路１２により、発振器１の外気温度の影響により振動素子６の温度がわずかに変動することに起因して生じる発振信号ＯＳＣＯの周波数の変動を補正する温度補償処理を行う。
本実施形態では、デジタル信号処理回路１０は、温度補償回路１２により、発振器１の外気温度の影響により振動素子６の温度がわずかに変動することに起因して生じる発振信号ＯＳＣＯの周波数の変動を補正する温度補償処理を行う。
【0065】
【0066】
減算器１２１は、温度コードＤＴＳ１から温度コードＤＴＳ３を減算して温度コードＤＴＳＸを出力する。前述の通り、温度コードＤＴＳ１は、発振ＩＣ８から出力される温度検出信号ＴＳ１の電圧に対応するデジタルコードである。また、温度コードＤＴＳ３は、温度センサー４２から出力される温度検出信号ＴＳ３の電圧に対応するデジタルコードである。
【0067】
温度補償演算回路１２２は、減算器１２１から出力される温度コードＤＴＳＸに基づいて、発振信号ＯＳＣＯの周波数を温度補償するための温度補償コードＤＣＭＰを算出する
。温度補償演算回路１２２は、減算器１２１から出力される温度コードＤＴＳＸを変数とする、式（１）で示される多項式によって温度補償コードＤＣＭＰを算出してもよい。具体的には、温度補償演算回路１２２は、温度コードＤＴＳＸを式（１）に代入して温度補償コードＤＣＭＰを算出する。式（１）の係数ａｎ～ａ０は、温度補償データ９２に含まれている。ｎは２以上の整数であり、発振信号ＯＳＣＯの周波数を高い精度で温度補償するために、ｎが３以上であることが好ましい。
。温度補償演算回路１２２は、減算器１２１から出力される温度コードＤＴＳＸを変数とする、式（１）で示される多項式によって温度補償コードＤＣＭＰを算出してもよい。具体的には、温度補償演算回路１２２は、温度コードＤＴＳＸを式（１）に代入して温度補償コードＤＣＭＰを算出する。式（１）の係数ａｎ～ａ０は、温度補償データ９２に含まれている。ｎは２以上の整数であり、発振信号ＯＳＣＯの周波数を高い精度で温度補償するために、ｎが３以上であることが好ましい。
【0068】
【数1】
【0069】
分周比演算回路１２８は、温度補償演算回路１２２が算出した温度補償コードＤＣＭＰに基づいて、フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路４５の分周比を計算する。具体的には、分周比演算回路１２３は、温度補償演算回路１２２が算出した温度補償コードＤＣＭＰに基づいてフラクショナルＮ－ＰＬＬ回路４５の分周比を計算し、当該分周比をデルタシグマ変調して分周比制御信号ＤＩＶＣを生成する。そして、フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路４５により発振信号ＯＳＣＯの周波数が温度補償され、高い周波数精度のクロック信号ＣＫ１が得られる。
【0070】
このように、温度補償回路１２は、温度センサー８２が検出した検出温度と温度センサー４２が検出した検出温度との差分に基づいて発振信号ＯＳＣＯの周波数を温度補償する。
【0071】
なお、図９の例では、発熱ＩＣ７の温度よりも発振ＩＣ８の温度の方が振動素子６の温度に近いものとして、減算器１２１には温度コードＤＴＳ１が入力されている。ただし、発振ＩＣ８の温度よりも発熱ＩＣ７の温度の方が振動素子６の温度に近い場合は、減算器１２１に、発熱ＩＣ７から出力される温度検出信号ＴＳ２の電圧に対応する温度コードＤＴＳ２が入力されてもよい。
【0072】
１－５．作用効果
以上に説明したように、第１実施形態の発振器１では、振動素子６の温度を制御する温度制御素子７１の動作を制御するための利得ｋｐ，ｋｉは、メモリー９０に記憶されており、可変である。特に、振動素子６の温度を制御する温度制御回路１１がデジタル信号処理回路１０によって実現されているので、利得ｋｐ，ｋｉの変更が容易である。したがって、第１実施形態の発振器１によれば、用途や動作環境などの様々な状況に応じた適切な利得ｋｐ，ｋｉがメモリー９０に設定されることにより、振動素子６の温度を適切に制御することができる。例えば、外気温度が低い環境では利得ｋｐ，ｋｉが高い値に設定され、外気温度が低い環境では利得ｋｐ，ｋｉが低い値に設定されることにより、振動素子６の温度変動を小さくすることができる。そして、振動素子６の温度変動が小さいほど振動素子６の温度特性に起因する発振周波数の変動が小さいので、発振信号ＯＳＣＯの周波数精度が向上する。
以上に説明したように、第１実施形態の発振器１では、振動素子６の温度を制御する温度制御素子７１の動作を制御するための利得ｋｐ，ｋｉは、メモリー９０に記憶されており、可変である。特に、振動素子６の温度を制御する温度制御回路１１がデジタル信号処理回路１０によって実現されているので、利得ｋｐ，ｋｉの変更が容易である。したがって、第１実施形態の発振器１によれば、用途や動作環境などの様々な状況に応じた適切な利得ｋｐ，ｋｉがメモリー９０に設定されることにより、振動素子６の温度を適切に制御することができる。例えば、外気温度が低い環境では利得ｋｐ，ｋｉが高い値に設定され、外気温度が低い環境では利得ｋｐ，ｋｉが低い値に設定されることにより、振動素子６の温度変動を小さくすることができる。そして、振動素子６の温度変動が小さいほど振動素子６の温度特性に起因する発振周波数の変動が小さいので、発振信号ＯＳＣＯの周波数精度が向上する。
【0073】
２．第２実施形態
以下、第２実施形態について、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、第１実施形態と同様の説明は省略又は簡略し、主として第１実施形態と異なる内容について説明する。
以下、第２実施形態について、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、第１実施形態と同様の説明は省略又は簡略し、主として第１実施形態と異なる内容について説明する。
【0074】
【0075】
第２実施形態では、デジタル信号処理回路１０は、温度制御回路１１により、発振器１が起動した後、振動素子６の温度の目標となる設定温度と振動素子６の温度との差分を高速にゼロに近づけるように、温度制御素子７１の発熱量を制御する高速起動制御を行う。図１０及び図１１は、それぞれ、第２実施形態における温度制御素子７１に対する制御量及び振動素子６の温度の時間変化の概要を示す図である。
【0076】
図１０及び図１１に示すように、温度制御素子７１が動作を開始してからの起動期間において、温度制御素子７１を発熱させるために制御量が上昇していき、これに伴い、振動素子６の温度が上昇していく。起動期間の開始時には、温度制御素子７１を制御するための利得が通常制御時よりも大きい第１の値に設定されており、図６及び図７に示した通常制御の場合と比較して、制御量や温度の上昇率が大きい。そのため、振動素子６の温度は、早期に設定温度に達し、その後、温度制御素子７１の制御量がピークに達して減少していく。これにより、振動素子６の温度は、設定温度を超えてピークに達した後、減少していく。高速起動制御では、図６及び図７に示した通常制御の場合と比較して、制御量や温度の減少率も大きい。その後、利得が第１の値ｋ１よりも小さい第２の値ｋ２に切り替わり、さらに、利得が第２の値ｋ２よりも小さい第３の値ｋ３に切り替わり、振動素子６の温度が設定温度に近づくにつれて、制御量は、その減少率が小さくなっていき一定値になる。これに伴い、振動素子６の温度も設定温度に収束し、起動期間が終了する。例えば、第３の値ｋ３は、通常制御時の利得の値と同じである。なお、図１０及び図１１では、仮に起動期間において利得が第１の値ｋ１を維持した場合の温度制御素子７１に対する制御量及び振動素子６の温度の時間変化がそれぞれ破線で示されている。仮に起動期間において利得が第１の値ｋ１を維持した場合、利得が大きすぎるため、制御量や温度が一定値に収束するのに時間がかかることになる。
【0077】
図１２は、高速起動制御を実現するための温度制御回路１１の構成例を示す図である。図１２において、図８と同様の構成要素には同じ符号が付されている。図１２に示すように、温度制御回路１１は、減算器１１１、乗算器１１２，１１３、加算器１１４、遅延素子１１５、加算器１１６及び利得切替回路１１７を含む。減算器１１１、乗算器１１２，１１３、加算器１１４、遅延素子１１５及び加算器１１６の動作は、前述の通りであるため、その説明を省略する。
【0078】
利得切替回路１１７は、設定温度コードＤＴＳＥＴと温度コードＤＴＳ１との差分である減算器１１１の出力値に基づいて、利得ｋｐ，ｋｉをそれぞれ第１の値ｋｐ１，ｋｉ１から第２の値ｋｐ２，ｋｉ２に切り替え、その後、さらに第２の値ｋｐ２，ｋｉ２から第３の値ｋｐ３，ｋｉ３に切り替える。例えば、利得切替回路１１７は、減算器１１１の出力値が、最大となった後に所定の第１閾値以下になったときに、利得ｋｐ，ｋｉをそれぞれ第１の値ｋｐ１，ｋｉ１から第２の値ｋｐ２，ｋｉ２に切り替える。ここで、設定温度と温度センサー８２あるいは温度センサー７２が検出した温度との差が第１温度差のときに、減算器１１１の出力値が第１閾値と一致する。また、利得切替回路１１７は、利得ｋｐ，ｋｉをそれぞれ第１の値ｋｐ１，ｋｉ１から第２の値ｋｐ２，ｋｉ２に切り替えた後、減算器１１１の出力値が所定の第２閾値以下になったときに、利得ｋｐ，ｋｉをそれぞれ第２の値ｋｐ２，ｋｉ２から第３の値ｋｐ３，ｋｉ３に切り替える。ここで、設定温度と温度センサー８２あるいは温度センサー７２が検出した温度との差が第１温度差よりも小さい第２温度差のときに、減算器１１１の出力値が第２閾値と一致する。第１閾値及び第２閾値は、温度制御素子７１の制御量や振動素子６の温度が、図１０及び図１１に破線で示した時間変化をせずに実線で示した時間変化をするように、シミュレーション結果や評価結果に基づいて適宜決められる。
【0079】
【0080】
このように、温度制御回路１１は、温度制御素子７１が動作を開始してからの起動期間において、設定温度と温度センサー８２あるいは温度センサー７２が検出した温度との差が第１温度差以下になったとき、利得ｋｐ，ｋｉを、それぞれ第１の値ｋｐ１，ｋｉ１から第１の値ｋｐ１，ｋｉ１よりも小さい第２の値ｋｐ２，ｋｉ２に切り替える。また、温度制御回路１１は、温度制御素子７１が動作を開始してからの起動期間において、設定温度と温度センサー８２あるいは温度センサー７２が検出した温度との差が第１温度差よりも小さい第２温度差以下になったとき、利得ｋｐ，ｋｉを、それぞれ第２の値ｋｐ２，ｋｉ２から第２の値ｋｐ２，ｋｉ２よりも小さい第３の値ｋｐ３，ｋｉ３に切り替える。
【0081】
なお、温度制御回路１１は、起動期間の終了後は第１実施形態と同様の通常制御を行う。温度制御回路１１は、起動期間において高速起動制御を行うことにより、起動期間においても通常制御を行う場合と比較して、振動素子６の温度が設定温度に収束するまでの時間を短くすることができる。
【0082】
第２実施形態の発振器１のその他の構成及び機能は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【0083】
以上に説明したように、第２実施形態の発振器１では、起動期間の初期において利得ｋｐ，ｋｉを第１の値ｋｐ１，ｋｉ１に設定することにより、振動素子６の温度が短時間で設定温度に近づき、振動素子６の温度が設定温度にある程度近づいたら利得ｋｐ，ｋｉを第２の値ｋｐ２，ｋｉ２に下げることにより、振動素子６の温度が短時間で設定温度に収束する。したがって、第２実施形態の発振器１によれば、振動素子６の温度が設定温度で安定するまでの時間を短くすることができる。また、振動素子６の温度が設定温度にさらに近づいたら利得ｋｐ，ｋｉを第２の値ｋｐ２，ｋｉ２から第３の値ｋｐ３，ｋｉ３に下げることにより、振動素子６の温度がさらに短時間で設定温度に収束する。したがって、振動素子６の温度が設定温度で安定するまでの時間をさらに短くすることができる。その結果、発振信号ＯＳＣＯの周波数が目標周波数で安定するまでの時間が短くなる。
【0084】
また、第２実施形態の発振器１では、温度制御回路１１は、起動期間において利得ｋｐ，ｋｉを切り替えることにより、シンプルなＰＩ制御によって振動素子６の温度を短時間で設定温度に収束させることができる。したがって、第２実施形態の発振器１によれば、温度制御回路１１による微分制御（Ｄ制御）を必要としないので、制御ＩＣ４の回路規模が低減され、小型化や低コスト化に有利である。
【0085】
３．第３実施形態
以下、第３実施形態について、第１実施形態又は第２実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、第１実施形態又は第２実施形態と同様の説明は省略又は簡略し、主として第１実施形態及び第２実施形態と異なる内容について説明する。
以下、第３実施形態について、第１実施形態又は第２実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、第１実施形態又は第２実施形態と同様の説明は省略又は簡略し、主として第１実施形態及び第２実施形態と異なる内容について説明する。
【0086】
【0087】
第３実施形態では、デジタル信号処理回路１０は、温度制御回路１１により、発振器１が起動した後、温度制御素子７１による消費電力をあらかじめ定められた上限値以下に制限するように、温度制御素子７１の発熱量を制御する最大電力抑制制御を行う。図１３及
び図１４は、それぞれ、第３実施形態における温度制御素子７１に対する制御量及び振動素子６の温度の時間変化の概要を示す図である。
び図１４は、それぞれ、第３実施形態における温度制御素子７１に対する制御量及び振動素子６の温度の時間変化の概要を示す図である。
【0088】
図１３及び図１４に示すように、温度制御素子７１が動作を開始してからの起動期間において、温度制御素子７１を発熱させるために制御量が上昇していき、これに伴い、振動素子６の温度が上昇していく。温度制御素子７１を制御するための利得は通常制御時と同じ値に設定されており、制御量や温度の上昇率は、図６及び図７に示した通常制御の場合と同じである。その後、制御量は、あらかじめ定められた上限値に達すると上限値を維持する。制御量が上限値を維持する期間は、振動素子６の温度の上昇率が低下する。その後、振動素子６の温度が設定温度に達するとともに、温度制御素子７１の制御量が上限値から減少していく。これにより、振動素子６の温度は、設定温度を超えてピークに達した後、減少していく。この制御量や温度の減少率は、図６及び図７に示した通常制御の場合と同じである。その後、振動素子６の温度が設定温度に近づくにつれて、制御量は、その減少率が小さくなっていき一定値になる。これに伴い、振動素子６の温度も設定温度に収束し、起動期間が終了する。
【0089】
図１５は、最大電力抑制制御を実現するための温度制御回路１１の構成例を示す図である。図１５において、図８と同様の構成要素には同じ符号が付されている。図１５に示すように、温度制御回路１１は、減算器１１１、乗算器１１２，１１３、加算器１１４、遅延素子１１５、加算器１１６及び出力制限回路１１８を含む。減算器１１１、乗算器１１２，１１３、加算器１１４、遅延素子１１５及び加算器１１６の動作は、前述の通りであるため、その説明を省略する。
【0090】
出力制限回路１１８は、加算器１１６の出力値を所定の上限値と比較し、加算器１１６の出力値が上限値以下の場合は加算器１１６の出力値を温度制御コードＤＯＶＣとして出力し、加算器１１６の出力値が上限値よりも大きい場合は上限値を温度制御コードＤＯＶＣとして出力する。上限値は、温度制御素子７１による消費電力があらかじめ定められた上限値となるように、シミュレーション結果や評価結果に基づいて適宜決められる。
【0091】
このように、温度制御回路１１は、温度制御素子７１が動作を開始してからの起動期間において、温度制御素子７１による消費電力をあらかじめ定められた上限値以下に制限する。なお、温度制御回路１１は、起動期間の終了後は通常制御を行う。
【0092】
以上に説明した第３実施形態の発振器１によれば、温度制御回路１１は、起動期間において最大電力抑制制御を行うことにより、起動期間においても通常制御を行う場合と比較して、振動素子６の温度が設定温度に収束するまでの時間が長くなるが、発振器１を用いた各種のシステムの安定動作を確保することができ、当該システムの設計自由度が向上する。
【0093】
４．第４実施形態
以下、第４実施形態について、第１実施形態～第３実施形態のいずれかと同様の構成については同じ符号を付し、第１実施形態～第３実施形態のいずれかと同様の説明は省略又は簡略し、主として第１実施形態～第３実施形態のいずれとも異なる内容について説明する。
以下、第４実施形態について、第１実施形態～第３実施形態のいずれかと同様の構成については同じ符号を付し、第１実施形態～第３実施形態のいずれかと同様の説明は省略又は簡略し、主として第１実施形態～第３実施形態のいずれとも異なる内容について説明する。
【0094】
【0095】
第４実施形態では、デジタル信号処理回路１０は、温度補償回路１２により、発振器１
が起動してから振動素子６の温度が安定するまでの起動期間において、温度コードＤＴＳ１に基づいて、発振信号ＯＳＣＯの周波数を目標周波数に高速に近づけるように第１温度補償を行う。さらに、デジタル信号処理回路１０は、温度補償回路１２により、温度コードＤＴＳ１と温度コードＤＴＳ３との差分に基づいて、発振信号ＯＳＣＯの周波数の目標周波数からの変動を抑制する第２温度補償を行う。
が起動してから振動素子６の温度が安定するまでの起動期間において、温度コードＤＴＳ１に基づいて、発振信号ＯＳＣＯの周波数を目標周波数に高速に近づけるように第１温度補償を行う。さらに、デジタル信号処理回路１０は、温度補償回路１２により、温度コードＤＴＳ１と温度コードＤＴＳ３との差分に基づいて、発振信号ＯＳＣＯの周波数の目標周波数からの変動を抑制する第２温度補償を行う。
【0096】
図１６は、第４実施形態における温度補償回路１２の構成例を示す図である。図１６に示すように、第４実施形態における温度補償回路１２は、減算器１２４、推定回路１２５、第１温度補償演算回路１２６、第２温度補償演算回路１２７及び分周比演算回路１２８を含む。
【0097】
第１温度補償演算回路１２６は、温度コードＤＴＳ１に基づいて、発振信号ＯＳＣＯの周波数に対する第１温度補償を行うための第１温度補償コードＤＣＭＰ１を算出する。第１温度補償演算回路１２６は、温度コードＤＴＳ１を変数とする、式（２）で示される多項式によって第１温度補償コードＤＣＭＰ１を算出してもよい。具体的には、第１温度補償演算回路１２６は、温度コードＤＴＳ１を式（２）に代入して第１温度補償コードＤＣＭＰ１を算出する。式（２）の係数ｂｍ～ｂ０は、推定回路１２５によって推定される。ｍは２以上の整数であり、発振信号ＯＳＣＯの周波数を高い精度で温度補償するために、ｍが３以上であることが好ましい。
【0098】
【数2】
【0099】
このように、第１温度補償演算回路１２６は、推定回路１２５が推定した温度補償係数ｂｍ～ｂ０及び温度センサー８２が検出した温度に基づいて、発振信号ＯＳＣＯの周波数を温度補償するための第１温度補償値として第１温度補償コードＤＣＭＰ１を算出する。第１温度補償演算回路１２６が起動期間において動作することにより、発振信号ＯＳＣＯの周波数を目標周波数に高速に近づけることができる。
【0100】
前述の通り、温度制御回路１１は、振動素子６の温度の目標となる設定温度と振動素子６の温度との差分をゼロに近づけるように、温度制御素子７１の発熱量を制御する。具体的には、温度制御回路１１は、温度センサー８２が検出する温度が振動素子６の温度に近いものとして、設定温度と温度センサー８２が検出する温度との差分をゼロに近づけるように、温度制御素子７１の発熱量を制御する。したがって、温度制御素子７１が動作を開始してからの起動期間において温度制御素子７１の発熱量が制御され、起動期間の終了後、温度センサー８２が検出する温度が設定温度で安定する。しかしながら、温度センサー８２が検出する温度と振動素子６の温度は正確に一致しているわけではなく、起動期間の終了後の振動素子６の温度は、起動時の外気温度に応じた温度で安定する。具体的には、振動素子６は、起動時の外気温度が低いほど低い温度で安定し、起動時の外気温度が高いほど高い温度で安定する。すなわち、起動時の外気温度によって、振動素子６が安定する温度と設定温度とに差が生じ、その結果、仮に温度補償係数ｂｍ～ｂ０が固定値であれば、起動期間において発振信号ＯＳＣＯの周波数と目標周波数とに差が生じることになる。
【0101】
そこで、本実施形態では、推定回路１２５が最適な温度補償係数ｂｍ～ｂ０を推定する。具体的には、推定回路１２５は、温度制御素子７１が動作を開始した初期期間における温度制御コードＤＯＶＣ及び温度コードＤＴＳ１に基づいて、温度補償係数ｂｍ～ｂ０を推定する。
【0102】
例えば、推定回路１２５は、第１テーブルを参照して温度補償係数ｃｍ～ｃ０を選択し、第２テーブルを参照して追加温度補償係数ｄｍ～ｄ０を選択し、温度補償係数ｃｍ～ｃ０と追加温度補償係数ｄｍ～ｄ０とをそれぞれ掛け合わせた係数ｃｍｄｍ～ｃ０ｄ０を温度補償係数ｂｍ～ｂ０としてもよい。第１テーブルは、初期期間における温度制御コードＤＯＶＣの変化量及び温度コードＤＴＳ１の変化量と温度補償係数ｃｍ～ｃ０との対応関係が規定されたテーブルである。また、第２テーブルは、初期期間における温度コードＤＴＳ１の累積値と追加温度補償係数ｄｍ～ｄ０との対応関係が規定されたテーブルである。第１テーブル及び第２テーブルは、温度補償データ９２に含まれており、シミュレーション結果や評価結果に基づいて適宜決められる。
【0103】
図１７は、第１テーブルの一例である。図１７の例では、初期期間における温度制御コードＤＯＶＣの変化量が小、中、大である３つの範囲と初期期間における温度コードＤＴＳ１の変化量が小、中、大である３つの範囲との組み合わせに対して、温度補償係数ｃｍ～ｃ０として３つの温度補償係数が規定されている。
【0104】
図１８は、第２テーブルの一例である。図１８の例では、初期期間における温度コードＤＴＳ１の累積値が小、中、大である３つの範囲に対して、追加温度補償係数ｄｍ～ｄ０として３つの追加温度補償係数が規定されている。
【0105】
例えば、初期期間における温度制御コードＤＯＶＣの変化量が小の範囲にあり、初期期間における温度コードＤＴＳ１の変化量が中の範囲にある場合、推定回路１２５は、図１７に示した第１テーブルを参照し、温度補償係数ｃｍ～ｃ０として温度補償係数１を選択する。また、初期期間における温度コードＤＴＳ１の累積値が大の範囲にある場合、推定回路１２５は、図１８に示した第２テーブルを参照し、追加温度補償係数ｄｍ～ｄ０として追加温度補償係数３を選択する。そして、推定回路１２５は、温度補償係数ｃｍ～ｃ０として選択した温度補償係数１と追加温度補償係数ｄｍ～ｄ０として選択した追加温度補償係数３とを掛け合わせた係数を温度補償係数ｂｍ～ｂ０とする。
【0106】
このように、推定回路１２５は、温度制御素子７１が動作を開始した初期期間における、温度制御素子７１の動作を制御する制御信号である温度制御コードＤＯＶＣ及び温度センサー８２が検出した温度に基づいて、温度補償係数ｂｍ～ｂ０を推定する。
【0107】
減算器１２４は、温度コードＤＴＳ１から温度コードＤＴＳ３を減算して温度コードＤＴＳＸを出力する。前述の通り、温度コードＤＴＳ１は、発振ＩＣ８から出力される温度検出信号ＴＳ１の電圧に対応するデジタルコードである。また、温度コードＤＴＳ３は、温度センサー４２から出力される温度検出信号ＴＳ３の電圧に対応するデジタルコードである。
【0108】
第２温度補償演算回路１２７は、減算器１２４から出力される温度コードＤＴＳＸに基づいて、発振信号ＯＳＣＯの周波数に対する第２温度補償を行うための第２温度補償コードＤＣＭＰ２を算出する。第２温度補償演算回路１２７は、減算器１２４から出力される温度コードＤＴＳＸを変数とする、式（３）で示される多項式によって第２温度補償コードＤＣＭＰ２を算出してもよい。具体的には、第２温度補償演算回路１２７は、温度コードＤＴＳＸを式（３）に代入して第２温度補償コードＤＣＭＰ２を算出する。式（３）の係数ａｎ～ａ０は、温度補償データ９２に含まれている。ｎは２以上の整数であり、発振信号ＯＳＣＯの周波数を高い精度で温度補償するために、ｎが３以上であることが好ましい。
【0109】
【数3】
【0110】
このように、第２温度補償演算回路１２７は、温度センサー８２が検出した温度と温度センサー４２が検出した温度との差分に基づいて発振信号ＯＳＣＯの周波数を温度補償するための第２温度補償値として第２温度補償コードＤＣＭＰ２を算出する。
【0111】
分周比演算回路１２８は、第１温度補償演算回路１２６が算出した第１温度補償コードＤＣＭＰ１及び第２温度補償演算回路１２７が算出した第２温度補償コードＤＣＭＰ２に基づいて、フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路４５の分周比を計算する。具体的には、分周比演算回路１２８は、第１温度補償コードＤＣＭＰ１及び第２温度補償コードＤＣＭＰ２に基づいてフラクショナルＮ－ＰＬＬ回路４５の分周比を計算し、当該分周比をデルタシグマ変調して分周比制御信号ＤＩＶＣを生成する。例えば、分周比演算回路１２８は、第１温度補償コードＤＣＭＰ１と第２温度補償コードＤＣＭＰ２とを重み付けして加算した温度補償コードに基づいて分周比を計算してもよい。そして、フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路４５により発振信号ＯＳＣＯの周波数が温度補償され、高い周波数精度のクロック信号ＣＫ１が得られる。
【0112】
振動素子６の温度が安定した後は、第２温度補償演算回路１２７が算出する第２温度補償コードＤＣＭＰ２に基づいて、発振信号ＯＳＣＯの周波数が目標周波数で一定になるように制御される。したがって、第１温度補償演算回路１２６は、温度制御素子７１が動作を開始してからの起動期間が終了した後は、動作を停止してもよい。例えば、温度制御回路１１が、設定温度コードＤＴＳＥＴと温度コードＤＴＳ１との差分が所定値以下になったときに起動期間が終了したと判断し、第１温度補償演算回路１２６の動作を停止させてもよい。
【0113】
第１温度補償演算回路１２６が動作を停止する場合、起動期間の終了後は、起動期間終了時の第１温度補償コードＤＣＭＰ１が保持され、分周比演算回路１２８は、保持された第１温度補償コードＤＣＭＰ１及び第２温度補償演算回路１２７が算出した第２温度補償コードＤＣＭＰ２に基づいて、分周比制御信号ＤＩＶＣを生成する。第１温度補償演算回路１２６が起動期間終了後に動作を停止することにより、デジタル信号処理回路１０の消費電力が低減される。ただし、第１温度補償演算回路１２６は、起動期間の終了後も動作を継続してもよい。
【0114】
このように、温度補償回路１２は、温度制御素子７１の動作を制御する制御信号及び温度センサー８２が検出した検出温度に基づいて推定した温度補償係数ｂｍ～ｂ０を用いて発振信号ＯＳＣＯの周波数を温度補償する第１温度補償と、温度センサー８２が検出した検出温度と温度センサー４２が検出した検出温度との差分に基づいて発振信号ＯＳＣＯの周波数を温度補償する第２温度補償とを行う。
【0115】
図１９及び図２０に、起動期間における発振信号ＯＳＣＯの周波数及びフラクショナルＮ－ＰＬＬ回路４５の分周比の時間変化の一例を示す。図２０の例では、図１９と比較して、起動時の外気温度が高く、振動素子６の温度変化が早い。図１９及び図２０では、比較のために仮に第１温度補償が行われなかった場合の発振信号ＯＳＣＯの周波数の時間変化も示されている。図１９及び図２０のいずれの場合でも、仮に第１温度補償が行われなかった場合は、発振信号ＯＳＣＯの周波数が安定するまでの時間が長いが、第１温度補償が行われることにより、発振信号ＯＳＣＯの周波数が安定するまでの時間が大幅に短縮されていることがわかる。
【0116】
なお、図１６の例では、発熱ＩＣ７の温度よりも発振ＩＣ８の温度の方が振動素子６の温度に近いものとして、減算器１２４には温度コードＤＴＳ１が入力されている。ただし、発振ＩＣ８の温度よりも発熱ＩＣ７の温度の方が振動素子６の温度に近い場合は、減算器１２４に、発熱ＩＣ７から出力される温度検出信号ＴＳ２の電圧に対応する温度コードＤＴＳ２が入力されてもよい。
【0117】
第４実施形態において、温度センサー８２は「第１温度センサー」の一例であり、温度センサー８２が検出する温度は「第１検出温度」の一例である。あるいは、温度センサー７２は「第１温度センサー」の他の一例であり、温度センサー７２が検出する温度は「第１検出温度」の他の一例である。また、温度センサー４２は「第２温度センサー」の一例であり、温度センサー４２が検出する温度は「第２検出温度」の一例である。また、フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路４５は、「ＰＬＬ回路」の一例である。
【0118】
以上に説明したように、第４実施形態の発振器１では、推定回路１２５は、温度制御素子７１が動作を開始した初期期間における温度制御素子７１に対する制御量及び振動素子６の温度に基づいて、定常状態に移行した後の振動素子６の温度に応じた適切な温度補償係数ｂｍ～ｂ０を推定することができる。したがって、第４実施形態の発振器１によれば、定常状態に移行する前に第１温度補償演算回路１２６が適切な第１温度補償を行うことができるので、発振信号ＯＳＣＯの周波数が目標周波数で安定するまでの時間を短くすることができる。
【0119】
また、第４実施形態の発振器１によれば、起動期間の終了後に第１温度補償演算回路１２６が動作を停止することにより、定常状態に移行した後のデジタル信号処理回路１０の消費電力を低減させることができる。
【0120】
また、第４実施形態の発振器１によれば、温度センサー４２が外気温度の変化を捉えることができるので、第２温度補償演算回路１２７が、外気温度の変化による振動素子６の温度変化を加味して適切な第２温度補償を行うことができる。その結果、外気温度の変化によらず、発振信号ＯＳＣＯの周波数が目標周波数で一定に保たれる。
【0121】
５．変形例
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【0122】
上記の各実施形態では、温度制御素子７１と温度センサー７２とが発熱ＩＣ７に内蔵されているが、温度制御素子７１と温度センサー７２とが別体として設けられていてもよい。また、上記の実施形態では、温度センサー８２が発振ＩＣ８に内蔵されているが、温度センサー８２と発振ＩＣ８とが別体として設けられていてもよい。また、上記の実施形態では、温度センサー４２が制御ＩＣ４に内蔵されているが、温度センサー４２と制御ＩＣ４とが別体として設けられていてもよい。これらの場合、例えば、温度センサー７２，８２，４２は、サーミスターや白金抵抗であってもよい。
【0123】
また、上記の各実施形態では、制御ＩＣ４は１つの温度センサー４２を含むが、複数の温度センサーを含んでもよい。この場合、例えば、Ａ／Ｄ変換器４３は、当該複数の温度センサーから出力される複数の温度検出信号を複数の温度コードに変換し、デジタル信号処理回路１０は、当該複数の温度コードに基づいて、温度制御や温度補償を行ってもよい。例えば、デジタル信号処理回路１０は、複数の温度コードの平均値を温度コードＤＴＳ３として、温度制御や温度補償を行ってもよい。
【0124】
また、上記の各実施形態では、デジタル信号処理回路１０が出力する分周比制御信号ＤＩＶＣに基づいてフラクショナルＮ－ＰＬＬ回路４５の分周比が制御されることで、温度補償が行われるが、温度補償の方式はこれに限定されない。例えば、発振ＩＣ８に内蔵されている発振回路８１が、容量アレイを有し、デジタル信号処理回路１０が算出した温度補償コードＤＣＭＰに基づいて容量アレイの容量値を選択することで温度補償を行ってもよい。また、例えば、発振回路８１が周波数を調整するための可変容量素子を有し、Ｄ／Ａ変換器によって、デジタル信号処理回路１０が算出する温度補償コードＤＣＭＰをアナログ信号に変換し、当該アナログ信号に基づいて可変容量素子の容量値を制御することで、温度補償を行ってもよい。
【0125】
また、上記の各実施形態では、１つのＡ／Ｄ変換器４３が、温度検出信号ＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３を、それぞれ温度コードＤＴＳ１，ＤＴＳ２，ＤＴＳ３に時分割に変換しているが、例えば、制御ＩＣ４が複数のＡ／Ｄ変換器を備え、当該複数のＡ／Ｄ変換器が、温度検出信号ＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３を、温度コードＤＴＳ１，ＤＴＳ２，ＤＴＳ３にそれぞれ変換してもよい。
【0126】
また、上記の各実施形態では、温度制御素子７１は、ＣＭＯＳトランジスター等の発熱素子であるが、温度制御素子７１は、振動素子６の温度を制御することが可能な素子であればよく、振動素子６の温度の目標となる設定温度と外気温度との関係によっては、ペルチェ素子等の吸熱素子であってもよい。
【0127】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【0128】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成、例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【0129】
上述した実施形態および変形例から以下の内容が導き出される。
【0130】
本発明に係る発振器の一態様は、
振動素子と、
前記振動素子の温度を検出する第１温度センサーと、
前記振動素子の温度を制御する温度制御素子と、
前記温度制御素子の動作を制御する制御信号を生成する温度制御回路と、を備え、
前記温度制御回路は、設定温度と前記第１温度センサーが検出した第１検出温度との差に利得を乗じた値に基づいて前記制御信号を生成し、
前記利得が可変である。
振動素子と、
前記振動素子の温度を検出する第１温度センサーと、
前記振動素子の温度を制御する温度制御素子と、
前記温度制御素子の動作を制御する制御信号を生成する温度制御回路と、を備え、
前記温度制御回路は、設定温度と前記第１温度センサーが検出した第１検出温度との差に利得を乗じた値に基づいて前記制御信号を生成し、
前記利得が可変である。
【0131】
この発振器によれば、振動素子の温度を制御する温度制御素子の動作を制御するための利得が可変であるので、用途や動作環境などの様々な状況に応じた適切な利得が設定されることにより、振動素子の温度を適切に制御することができる。
【0132】
前記発振器の一態様において、
前記温度制御回路は、
前記温度制御素子が動作を開始してからの起動期間において、前記設定温度と前記第１検出温度との差が第１温度差以下になったとき、前記利得を第１の値から前記第１の値よ
りも小さい第２の値に切り替えてもよい。
前記温度制御回路は、
前記温度制御素子が動作を開始してからの起動期間において、前記設定温度と前記第１検出温度との差が第１温度差以下になったとき、前記利得を第１の値から前記第１の値よ
りも小さい第２の値に切り替えてもよい。
【0133】
この発振器では、起動期間の初期において利得を第１の値に設定することにより、振動素子の温度が短時間で目標温度に近づき、振動素子の温度が目標温度にある程度近づいたら利得を第２の値に下げることにより、振動素子の温度が短時間で目標温度に収束する。したがって、この発振器によれば、振動素子の温度を目標温度で安定するまでの時間を短くすることができる。
【0134】
前記発振器の一態様において、
前記温度制御回路は、
前記起動期間において、前記設定温度と前記第１検出温度との差が前記第１温度差よりも小さい第２温度差以下になったとき、前記利得を前記第２の値から前記第２の値よりも小さい第３の値に切り替えてもよい。
前記温度制御回路は、
前記起動期間において、前記設定温度と前記第１検出温度との差が前記第１温度差よりも小さい第２温度差以下になったとき、前記利得を前記第２の値から前記第２の値よりも小さい第３の値に切り替えてもよい。
【0135】
この発振器では、振動素子の温度が目標温度にさらに近づいたら利得を第２の値から第３の値に下げることにより、振動素子の温度がさらに短時間で目標温度に収束する。したがって、この発振器によれば、振動素子の温度が目標温度で安定するまでの時間をさらに短くすることができる。
【0136】
前記発振器の一態様において、
前記温度制御回路は、
前記温度制御素子が動作を開始してからの起動期間において、前記温度制御素子による消費電力をあらかじめ定められた上限値以下に制限してもよい。
前記温度制御回路は、
前記温度制御素子が動作を開始してからの起動期間において、前記温度制御素子による消費電力をあらかじめ定められた上限値以下に制限してもよい。
【0137】
この発振器によれば、起動期間において温度制御素子による消費電力が制限されるので、この発振器を用いた各種のシステムの安定動作を確保することができ、当該システムの設計自由度が向上する。
【0138】
前記発振器の一態様は、
前記振動素子を発振させて生成される発振信号の周波数を温度補償する温度補償回路をさらに備え、
前記温度補償回路は、
前記温度制御素子が動作を開始した初期期間における、前記制御信号及び前記第１検出温度に基づいて、温度補償係数を推定する推定回路と、
前記推定回路が推定した前記温度補償係数及び前記第１検出温度に基づいて、前記発振信号の周波数を温度補償するための第１温度補償値を算出する第１温度補償演算回路を含んでもよい。
前記振動素子を発振させて生成される発振信号の周波数を温度補償する温度補償回路をさらに備え、
前記温度補償回路は、
前記温度制御素子が動作を開始した初期期間における、前記制御信号及び前記第１検出温度に基づいて、温度補償係数を推定する推定回路と、
前記推定回路が推定した前記温度補償係数及び前記第１検出温度に基づいて、前記発振信号の周波数を温度補償するための第１温度補償値を算出する第１温度補償演算回路を含んでもよい。
【0139】
この発振器では、初期期間における温度制御素子に対する制御量及び振動素子の温度に基づいて、定常状態に移行した後の振動素子の温度に応じた適切な温度補償係数を推定することができる。したがって、この発振器によれば、定常状態に移行する前に第１温度補償演算回路が適切な温度補償を行うことができるので、発振信号の周波数が目標周波数で安定するまでの時間を短くすることができる。
【0140】
前記発振器の一態様は、
前記発振信号が入力されるＰＬＬ回路をさらに備え、
前記温度補償回路は、
前記第１温度補償値に基づいて、前記ＰＬＬ回路の分周比を計算する分周比演算回路をさらに含んでもよい。
前記発振信号が入力されるＰＬＬ回路をさらに備え、
前記温度補償回路は、
前記第１温度補償値に基づいて、前記ＰＬＬ回路の分周比を計算する分周比演算回路をさらに含んでもよい。
【0141】
前記発振器の一態様において、
前記第１温度補償演算回路は、前記温度制御素子が動作を開始してからの起動期間が終了した後は、動作を停止してもよい。
前記第１温度補償演算回路は、前記温度制御素子が動作を開始してからの起動期間が終了した後は、動作を停止してもよい。
【0142】
この発振器によれば、起動期間が終了して定常状態に移行した後の消費電力を低減させることができる。
【0143】
前記発振器の一態様は、
第２温度センサーをさらに備え、
前記温度補償回路は、
前記第１検出温度と前記第２温度センサーが検出した第２検出温度との差分に基づいて前記発振信号の周波数を温度補償するための第２温度補償値を算出する第２温度補償演算回路をさらに含み、
前記振動素子と前記第２温度センサーとの距離は、前記振動素子と前記第１温度センサーとの距離よりも大きくてもよい。
第２温度センサーをさらに備え、
前記温度補償回路は、
前記第１検出温度と前記第２温度センサーが検出した第２検出温度との差分に基づいて前記発振信号の周波数を温度補償するための第２温度補償値を算出する第２温度補償演算回路をさらに含み、
前記振動素子と前記第２温度センサーとの距離は、前記振動素子と前記第１温度センサーとの距離よりも大きくてもよい。
【0144】
この発振器によれば、第２温度センサーが外気温度の変化を捉えることができるので、外気温度の変化による振動素子の温度変化を加味して発振信号の周波数を適切に温度補償することができる。その結果、外気温度の変化によらず、発振信号の周波数が目標周波数で一定に保たれる。
【符号の説明】
【0145】
１…発振器、２…外側パッケージ、３…内側パッケージ、４…制御ＩＣ、５…電圧制御発振器、６…振動素子、７…発熱ＩＣ、８…発振ＩＣ、１０…デジタル信号処理回路、１１…温度制御回路、１２…温度補償回路、２１…外側ベース、２１ａ…上面、２１ｂ…下面、２２…外側リッド、２３…封止部材、２５…内部配線、２７…基板、２８…壁部、２９…脚部、３１…内側ベース、３１ａ…上面、３１ｂ…下面、３２…内側リッド、３３…封止部材、４１…セレクター、４２…温度センサー、４３…Ａ／Ｄ変換器、４４…Ｄ／Ａ変換器、４５…フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路、４６…ＰＬＬ回路、４７…スイッチ回路、４８…電源回路、４９…インターフェース回路、５１…パッケージ、５２…ベース、５２ａ…上面、５２ｂ…下面、５３…リッド、５４…封止部材、５５…振動素子、５９…発振ＩＣ、７１…温度制御素子、７２…温度センサー、８１…発振回路、８２…温度センサー、９０…メモリー、９１…温度制御データ、９２…温度補償データ、９４…レジスター、１００…外部装置、１１１…減算器、１１２…乗算器、１１３…乗算器、１１４…加算器、１１５…遅延素子、１１６…加算器、１１７…利得切替回路、１１８…出力制限回路、１１９…設定温度切替回路、１２１…減算器、１２２…温度補償演算回路、１２３…分周比演算回路、１２４…減算器、１２５…推定回路、１２６…第１温度補償演算回路、１２７…第２温度補償演算回路、１２８…分周比演算回路、２１１…上側凹部、２１１ａ…第１上側凹部、２１１ｂ…第２上側凹部、２１１ｃ…第３上側凹部、２１２…下側凹部、２４１…内部端子、２４２…内部端子、２４３…内部端子、２４４…外部端子、２４５…側面端子、３１１…凹部、３１１ａ…第１凹部、３１１ｂ…第２凹部、３１１ｃ…第３凹部、３４１…内部端子、３４２…内部端子、３４３…内部端子、３４４…外部端子、５２１…凹部、５２１ａ…第１凹部、５２１ｂ…第２凹部、５２１ｃ…第３凹部、５６１…内部端子、５６２…内部端子、５６４…外部端子、Ｂ１…接合部材、Ｂ２…接合部材、Ｂ３…接合部材、Ｂ４…接合部材、ＢＷ１…ボンディングワイヤー、ＢＷ２…ボンディングワイヤー、ＢＷ３…ボンディングワイヤー、ＢＷ４…ボンディングワイヤー、ＢＷ５…ボンディングワイヤー、ＢＷ６…ボンディングワイヤー、Ｈ…半田、Ｓ２…外側収容空間、Ｓ３…内側収容空間、Ｓ５…収容空間
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】