CN1130773C - 函数发生电路 - Google Patents
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Abstract
发生与周围温度Ta和基准温度To之差的3次方成比例的电流以实现晶振频率的高精度温度补偿。为此，设置了第1二极管列、第2二极管列、第3二极管列、第4二极管列、使第1二极管列流入恒定电流的电流源、使第3二极管列流出恒定电流的电流源、使得第2二极管列在Ta≥To时流入与Ta-To成比例的电流而且使第4二极管列在Ta＜To时流出与|Ta-To|成比例的电流的电流源、集电极分别连接到输出端子的NPN晶体管和PNP晶体管以及用于分别向这2个晶体管供给电压的2个运算放大器。
Description
本发明涉及适用了晶体振荡频率的温度补偿的函数发生电路。
近年，在电子机器方面要求机器小开型化、轻量化，希望更高的可靠性、更高的精度。在这样的背景下，各种电子机器中在时钟信号生成等方面多使用晶体振子。从而，希望使用了晶振的晶体振荡电路的振荡频率也高度稳定，特别是要求对于周围温度的变化振荡频率高度稳定。这样的晶振中被应用最多的有厚度移动振子。
使用了厚度移动振子的晶体振荡电路的振荡频率如果没有温度补偿，已知对于周围温度Ta变化显示以大略3次函数表示的很大变化。例如，振荡频率f(周围温度Ta)对于基准频率f。(基准温度To：室温)的比率在-30℃到+80℃的周围温度Ta的范围内显示n+ppm(百万分之几)的变动。另外，基准频率fo也有分散性。这种振荡频率的变动和分散性在高精度的电子机器中成为严重的问题。从而，希望振荡频率更稳定的晶体振荡电路。例如，要求频率比f/fo的变动是2.5ppm以内，而且基准频率fo的分散性是3ppm以内。
于是，在高精度的电子机器中一般是进行晶振频率的温度补偿。例如在晶体振子上串联变容二极管(varicap diode)，把相应于周围温度Ta的补偿电压加到变容二极管上。为使振荡频率f不随周围温度Ta而变的补偿电压Vin由(1)式给出。
Vin＝-A(Ta-To)3+B(Ta-To)+C (1)这里，A、B、C均为非0的常数。即，式(1)的补偿电压Vin以周围温度Ta和基准温度To之差的3次函数表示。对应于该3次函数的3次曲线是在Ta＝To的位置具有拐点的对称曲线。
若依据以往的技术，把各温度的离散补偿电压数据预先存入可编程序ROM中，从可编和序ROM读出对应于由温度传感器检测出的周围温度Ta的数据，在D/A变换器中把该读出的数据变换为模拟信号，把对应于该模拟信号的补偿电压Vin给予变容二极管。然而，在该以往技术中，存在着在补偿电压Vin中发生数字方式特有的量化噪声并且在振荡频率f上表现为相位噪声的问题。另外，在为提高温度补偿精度而要求大容量可编程ROM和高分解力的D/A变换器之点上也存在问题。
本发明的目的在于提供不使用大容量可编程ROM和高分解力的D/A变换器而能够实现晶振频率的高精度补偿的函数发生电路。
为达到该目的，本发明把用于发生与周围温度和基准温度之差的幂成比例的电流的函数发生电路用多个二极管列和为在其各二极管中流过电流的多个电源源构成。具体地讲，与本发明有关的函数发生电路构成为具有：与由第1个数的二极管构成的基准电位部分连接的第1二极管列，使不依赖于周围温度的恒定电流流过上述第1二极管列那样地连接的第1电流源，与由多于上述第1个数的第2个数的二极管构成的上述基准电位部分连接的第2二极管列，使与周围温度和基准温度之差成比例的电流流过第2二极管列那样地连接的第2电流源，用于输出电流的输出端子，具有与该输出端子连接的收集极的输出晶体管，和用于将上述第1二极管列产生的电压和上述第2二极管列产生的电压的差电压供给上述输出晶体管的基极和发射极之间的电压供给装置构成的。此外，上述各二极管列能够通过利用例如在晶体管的基极和其它端子上得到的二极管特性，顺次地连接多个晶体管进行构成。
若依据上述本发明的函数发生电路，例如，在分别把构成第1串联电路的二极管数设定为2，把构成第2串联电路的二极管数设定为3时，则发生与周围温度和基准温度之差的3次方成比例的输出电流。若用NPN晶体管构成输出晶体管则经由输出端子在该NPN晶体管的集电极能够吸收电流，若用PNP晶体管构成输出晶体管则经由输出端子能够从该PNP晶体管的集电极排出电流。从而，若采用互补结构，则能够构成3次函数发生电路，使得例如在周围温度等于基准温度或高于基准温度时经由输出端子吸收与该周围温度和基准温度之差的3次方成比例的电流，而且在周围温度低于基准温度时经由输出端子排出与该周围温度和基准温度之差的3次方成比例的电流。进而，通过利用该3次函数发生电路能够实现发生用于晶振电路的以上述(1)式表示的补偿电压的模拟式温度补偿电路。
图1是与本发明有关的函数发生电路结构例的电路图。
图2是与本发明有关的函数发生电路其它结构例的电路图。
图3是与本发明有关的函数发生电路又一结构例的电路图。
图4是与本发明有关的函数发生电路又一结构例的电路图。
图5是与本发明有关的函数发生电路又一结构例的电路图。
图6是与本发明有关的函数发生电路又一结构例的电路图。
图7是与本发明有关的函数发生电路又一结构例的电路图。
图8是与本发明有关的函数发生电路又一结构例的电路图。
图9是图1～图8中各种电流源的详细结构的电路图。
图10是与本发明有关的温度补偿型晶体振荡器结构例的框图。
图11是图10中1次函数发生电路内部结构的框图。
图12是图11中禁带型电流电压发生电路详细结构的电路图。
图13是图11中第1电流供给电路详细结构的电路图。
图14是图11中第2电流供给电路详细结构的电路图。
图15是图11中第3电流供给电路详细结构的电路图。
图16是图10中0次函数发生电路详细结构的电路图。
图17是图10中晶振电路详细结构的电路图。
下面参照附图说明与本发明有关的函数发生电路的具体例。
图1中示出与本发明有关的函数发生电路的结构例。图1的电路在把N取为1以上的整数时，具有用分别在集电极上连接基极的NPN晶体管构成的N个二极管2的串联电路组成的二极管列11、用分别在集电极上连接基极的NPN晶体管构成的N+1个二极管3的串联电路组成的二极管列12。两二极管列11、12的各阴级端子的电压分别固定在接地电压。图1的电路还具有为使不依赖周围的温度的恒定电流流入二极管列11而向该二极管列11的阳极端子排出电流的电流源6、为使与周围温度和基准温度之差成比例的电流流入二极管列12而向该二极管列12的阳极端子排出电流的电流源7、用于输出电流的输出端子1、用于经由该输出端子1吸收电流的输出电路18。两电流源6、7上被供给电源电压Vcc。输出电路18由输出NPN晶体管8和运算放大器15构成。输出NPN晶体管8的集电极连接到输出端子1，输出NPN晶体管8的基极连接到二极管列12的阳极端子。运算放大器15起到电压跟随器的作用，使得把与二极管列11的阳极端子电压相等的电压供给输出NPN晶体管8的发射集。从而，二极管列12的阳极端子的电压和二极管列11的阳极端子的电压的差电压供到输出NPN晶体管8的基、射极之间。
设图1的电路中从电流源6排出的电流为Io、从电流源7排出的电流为IT、二极管列11的阳极端子电压为V1、二极管列12的阳极端子电压为V2。另外，设各二极管及晶体管的饱和电流为Is。这时，
V1＝NVTLn(Io/Is) (2)
V2＝(N+1)VTLn(IT/Is) (3)
VT＝kTa/q (4)这里，k是玻尔兹曼常数，q是电子的电荷量。若设输出NPN晶体管8的集电极电流为I，则
I＝Is·exp{(V2-V1)/VT} (5)从式(2)、(3)、(5)，可得到
I＝Io(IT/Io)N+1 (6)这里，若Ta≥To，则
IT＝{(Ta-To)/To}Io (7)而若Ta＜To，则
IT＝0 (8)即，电流源7在周围温度Ta等于基准温度To或小于基准温度To时阻断电流向二极管列12的流入，在周围温度Ta高于基准温度时把随周围温度Ta升高而增加的电流(与Ta-To成比例的电流)IT排出到二极管列12。这时，或(6)、(7)，在Ta≥To时可得到
I＝Io{(Ta-To)/To}N+1 (9)从而，经由输出端子1被吸收到输出NPN晶体管8的集电极中的电流I与Ta-To的幂成比例。例如，若N＝2，则电流I与Ta-To的3次方成比例。
另外，若假定依据图1的电路，则下列等式分别成立。如果Ta≥To，
IT＝0 (10)而如果Ta＜To，
IT＝{|Ta-To|/To}Io (11)在Ta＜To时，可得到
I＝Io{|Ta-To|/To}N+1 (12)
如以上所述，若依据图1的电路，则能够把与周围温度Ta和基准温度To之差的幂成比例的电流吸收到输出端子1中。
图2示出与本发明有关的函数发生电路的其它结构例。图2的电路具有用分别在集电极上连接了基极的PNP晶体管构成的N个二极管4的串联电路组成的二极管列13、用分别在集电极上连接于基极的PNP晶体管构成的N+1个二极管5的串联电路组成的二极管列14。两个二极管列13、14的各阳极端子的电压被分别固定为电源电压Vcc。图2的电路还具有使得从二极管列13流出不依赖周围温度的恒定电流那样从该二极管列13的阴极端子吸收电流的电流源16、使得从二极管列14流出与周围温度和基准温度之差成比例的电流那样从该二极管列14的阴极端吸收电流的电流源17、用于输出电流的输出端子1、用于经由该输出端子1排出电流的输出电路28。输出电路28由输出PNP晶体管9和运算放大器25构成。输出PNP晶体管9的集电极连接输出端子1，输出PNP晶体管9的基极分别连接二极管列14的阴极。运算放大器25起到电压跟随器的作用，把与二极管列13的阴极端子电压相同的电压供给到输出PNP晶体管9的发射极。从而，形成为二极管列13的阴极端子电压和二极管列14的阴极端子电压的差电压供给到输出PNP晶体管9的基、射极之间。
设在图2的电路中，被电流源16吸收的电流为Io、被电流源17吸收的电流为IT、二极管列13的阴极端子电压为V1、二极管列14的阴极端子电压为V2。另外，设各二极管及晶体管的饱和电流为Is。这时，
V1＝NVTLn(Io/Is) (13)
V2＝(N+1)VTLn(IT/Is) (14)
VT＝kTa/q (15)若设输出晶体管9的集电极电流为I，则
I＝Ia·exp{(V1-V2)/VT} (16)从式(13)、(14)、(15)，可得到
I＝Io(IT/Io)N+1 (17)
这里，若Ta≥To，则
IT＝0 (18)成立，而若Ta＜To，则
IT＝{|Ta-To|/To}Io (19)成立。即，电流源17在周围温度Ta在与基准温度To相等或高于基准温度To时阻断电流从二极管列14流出，而且在周围温度Ta低于基准温度时从二极管到14吸收伴随周围温度Ta降低而增加的电流(与|Ta-To|成比例的电流)ITo这时，从式(17)、(19)，在Ta＜To时，可得到
I＝Io{|Ta-To|/To}N+1 (20)从而，经由输出端子1从输出PNP晶体管9的集电极排出的电流I与|Ta-To|的幂成比例。例如，若N＝2，则电流I与|Ta-To|的3次方成比例。
还有，若依据图2的电路，则如果Ta≥To，
IT＝{(Ta-To)/To}Io (21)成立，而如果Ta＜To，
IT＝0 (22)成立，在Ta≥To时，可得到
I＝Io{(Ta-To)/To}N+1 (23)
如以上所述，若依据图2的电路，则能够从输出端子1排出与周围温度Ta和基准温度To之差的幂成比例的电流。
图3示出与本发明有关的函数发生电路的又一结构例。图3的电路是变更了图1中输出电路18的结构的电路。图3中的输出电路28由输出PNP晶体管9和运算放大器25构成。输出PNP晶体管9的集电极连接输出端子1，输出PNP晶体管9的基极连接二极管列11的阳极端子。运算放大器25起到电压跟随器的作用，把与二极管列12阳极端子的电压相等的电压供给到输出PNP晶体管9的发射极。从而，形成为二极管列12的阳极端子电压和二极管列11的阳极端子电压的差电压供给到输出PNP晶体管9的基、射极之间。若依据图3的电路，则和图2相同，能够从输出端子1排出与周围温度Ta和基准温度To之差的幂成比例的电流。
另外，如果把图2中的输出电路28置换为由输出NPN晶体管和运算放大器构成的输出电路，则和图1的情况相同，能够把与周围温度Ta和基准温度To之差的幂成比例的电流吸收到输出端子1。这种情况下，输出NPN晶体管的集电极连接输出端子1，该输出NPN晶体管的基极连接二极管列13的阴极，运算放大器起到电压跟随器的作用，把与二极管列14阴极端子电压相等的电压供给到输出NPN晶体管的射极。
图4示出与本发明有关的函数发生电路又一实施例。图4的电路具有用分别在集电极连接基极的NPN晶体管构成的N个二极管2的串联电路组成的二极管列11、用分别在集电极连接基极的NPN晶体管构成的N+2个二极管3的串联电路组成的二极管列12。两个二极管列11、12的各阴极端子的电压分别被固定在接地电压。图4的电路还具有使得不依赖周围温度的恒定电流流入二极管列11而向该二极管列11的阳极端子排出的电流源6、使得与周围温度和基准温度之差成比例的电流流入二极管列12而向该二极管列12的阳极端子排出电流的电流源7、用于输出电流的输出端子1、用于经由该输出端子1吸收电流的输出电路18。输出电路18由以2个NPN晶体管8、19的达林顿连接电路构成的输出晶体管、用于构成电流反射镜电路的NPN晶体管20、起电压跟随器作用的运算放大器15构成。详细地讲，NPN晶体管8的集电极连接输出端子1、NPN晶体管19的发射极连接NPN晶体管8的基极、NPN晶体管19的基极连接二极管列12的阳极端子。NPN晶体管19的集电极上供给电源电压Vcc。NPN晶体管20从NPN晶体管19的发射极引出与流过二极管列11的电流相等的电流。运算放大器15把与二极管列11阳极端子电压相等的电压供给NPN晶体管8的发射极。
设在图4的电路中，从电流源6排出的电流为Io、从电流源7排出的电流为IT、二极管列11的阳极端子电压为V1、二极管列12的阳极端子电压为V2、NPN晶体管19的基、射极间电压为V19。还有，设各二极管及晶体管的饱和电流为Is。这时，
V1＝NVTLn(Io/Is) (24)
V2＝(N+2)VTLn(IT/Is) (25)
V19＝NVTLn(Io/Is) (26)
VT＝kTa/q (27)若设NPN晶体管8的集电极电流为I，则
I＝Is·exp{(V2-V1-V19)/VT} (28)从式(24)、(25)、(26)、(28)，可得到
I＝Io(IT/Io)N+2 (29)
这里，设若Ta≥To，则
IT＝{(Ta-To)/To}Io (30)成立，若Ta＜To，则
IT＝0 (31)成立时，从式(29)、(30)，可得到在Ta≥To时，
I＝Io{(Ta-To)/To}N+2 (32)从而，经由输出端子1被NPN晶体管8的集电极吸收的电流I与Ta-To的幂成比例。例如，若N＝1，则电流I与Ta-To的3次方成比例。
还有，若依据图4的电路，设如果Ta≥To
IT＝0 (33)成立，如果Ta＜To
IT＝{|Ta-To|/To}Io (34)成立，则在Ta＜To时可以得到
I＝Io{|Ta-To|/To}N+2 (35)
如以上所述，若依据图4的电路，则能够把与周围温度Ta和基准温度To之差的幂成比例的电流吸收到输出端子1中。
图5示出与本发明有关的函数发生电路又一结构例。图5的电路是从图4的结构中除去了NPN晶体管20的电路。若依据图5的电路，则式(26)置换为
V19＝VTLn{I/(hFE·Is)} (36)这里，hFE是NPN晶体管8、19的各电流放大率。从而，从式(24)、(25)、(36)、(28)，可以得到
I＝Io(IT/Io)(N+2)/2·(hFE)1/2 (37)
这里，若设如果Ta≥To
IT＝{(Ta-To)/To}Io (38)成立，而如果Ta＜To
IT＝0 (39)成立时，从式(37)、(38)，可得到在Ta≥To时，
I＝Io{(Ta-To)/To}(N+2)/2·(hFE)1/2 (40)从而，经由输出端子1被NPN晶体管8的集电极吸收的电流I与Ta-To的幂成比例。例如，若N＝4，则电流I与Ta-To的3次方成比例。
还有，若依据图5的电路，设如果Ta≥To
IT＝0 (41)成立，而如果Ta＜To
IT＝{|Ta-To|/To}Io (42)成立，则可得到在Ta＜To时
I＝Io{|Ta-To|/To}(N+2)/2·(hFE)1/2 (43)
如以上所述，若依据图5的电路，则能够把与周围温度Ta和基准温度To之差的幂成比例的电流吸收到输出端子1中。
图6示出与本发明有关的函数发生电路又一结构例。图6的电路是组合图1的电路和图2的电路构成的。但，N＝2。这里，设从电流源6排出的电流及被电流源16吸收的电流分别为Io，从电流源7排出的电流为IT1，被电流源17吸收的电流为IT2。
若依据图6的电路，设如果Ta≥To
IT1＝{(Ta-To)/To}Io (44)
IT2＝0 (45)成立，而如果Ta＜To
IT1＝0 (46)
IT2＝{|Ta-To|/To}Io (47)成立时，则可得到在Ta≥To时
I＝Io{(Ta-To)/To}3 (48)在Ta在＜To时
I＝Io{|Ta-To|/To}3 (49)从而，在Ta≥To时经由输出端子1被输出NPN晶体管8的集电极吸收的式(48)的电流I与Ta-To的3次方成比例，而且在Ta＜To时经由输出端子1从输出PNP晶体管9排出的式(49)的电流I与|Ta-To|的3次方成比例。
还有，若依据图6的电路，设如果Ta≥To
IT1＝0 (50)
IT2＝{(Ta-To)/To}Io (51)成立，而如果Ta＜To
IT1＝{|Ta-To|/To}Io (52)
IT2＝0 (53)成立时，则可得到在Ta≥To时
I＝Io{(Ta-To)/To}3 (54)在Ta＜To时
I＝Io{|Ta-To|/To}3 (55)从而，在Ta≥To时经由输出端子1从输出PNP晶体管9的集电极排出的式(54)的电流I与Ta-To的3次方成比例，而且在Ta＜To时经由输出端子1被输出NPN晶体管8的集电极吸收的式(55)的电流I与|Ta-To|的3次方成比例。
如以上所述，若依据图6的电路，则能够根据周围温度Ta的范围，把与周围温度Ta和基准温度To之差的3次方成比例的电流吸收到输出端子1，并且把与周围温度Ta和基准温度To之差的3次方成比例的电流从输出端子1排出。
图7示出与本发明有关的函数发生电路又一实施例。图7的电路是把图6的2个电流源7、17置换为共同的电流源10的电路。图7中的电流源10是被构成为在Ta≥To时排出随周围温度Ta升高而增加的电流(与Ta-To成比例的电流)，并且在Ta＜To时吸收随周围温度Ta降低而增加的电流(与|Ta-To成比例的电流)的双极性电流源。从而，在Ta≥To时经由输出端子1被输出NPN晶体管8的集电极吸收的电流与Ta-To的3次方成比例，并且在Ta＜To时经由输出端子1从输出PNP晶体管9的集电极排出的电流与|Ta-To|的3次方成比例。另外，若设置为在Ta≥To时电流源10吸收与Ta-To成比例的电流，而在Ta＜To时电流源10排出与|Ta-To|成比例的电流，则在Ta≥To时经由输出端子1从输出PNP晶体管9的集电极排出的电流与Ta-To的3次方成比例，而且在Ta＜To时经由输出端子1被NPN晶体管8的集电极吸收的电流与|Ta-To|的3次方成比例。
图8示出与本发明有关的函数发生电路又一实施例。示于图8的3次函数发生电路30是变更了图7中4个二极管列11、12、13、14及2个输出电路18、28的结构的电路。图8中，3个二极管列11、13、14中的各2个、2个和3个二极管2、4、5每一个都用NPN晶体管构成。二极管列12中3个二极管内2个用NPN晶体管、1个用PNP晶体管构成。输出电路18用5个NPN晶体管31、32、33、35、36和1个PNP晶体管34构成，输出电路28用5个PNP晶体管41、42、43、45、46和1个NPN晶体管44构成。
若依据图8的电路，则在PNP晶体管34的基、射极间被供给二极管列12的阳极端子电压和二极管列11的阳极端子电压的差电压，对应于该PNP晶体管34的集电极电流的电流经由输出端子1被吸收。还有，NPN晶体管44的基、射极间被供给二极管列13的阴极端子电压和二极管列14的阴极端子电压的差电压，对应于该NPN晶体管44的集电极电流的电流经由输出端子1被排出。图8中的120表示流过输出端子1的电流。
图8电路的动作和图7的情况相同。从而若设置为Ta≥To时电流源10排出随周围温度Ta升高而增加的电流(与Ta-To成比例的电流)，而且在Ta＜To时电流源10吸收随周围温度Ta降低而增加的电流(与|Ta-To|成比例的电流)，则在Ta≥To时经由输出端子1吸收的电流与Ta-To的3次方成比例，而且在Ta＜To时经由输出端子1排出的电流与|Ta-To|成比例。
图9示出图1～图8中电流源6、7、10、16、17的详细结构。图9的电路由禁带型电流电压发生电路50、第1电流供给电路60、第2电流供给电路80、第3电流供给电路90构成。
禁带(带隙)型电流电压发生电路50由2个PNP晶体管51、57、5个NPN晶体管52、53、54、55、59、2个电阻56、58构成，在PNP晶体管51中发生与周围温度Ta成比例增加的集电极电流。构成电流反射镜电路的2个PNP晶体管51、57的共同的基极电压Vbt以周围温度Ta的1次函数表示。从而，PNP晶体管57的集电极电流It与周围温度Ta成比例增加，使用电阻58及NPN晶体管59生成的电压Vt同样地与周围温度Ta成比例增加。
第1电流供给电路60由运算放大器61、3个晶体管62、67、68、3个PNP晶体管64、65、66、1个电阻63构成。由运算放大器61、NPN晶体管62和电阻63构成的电路在NPN晶体管62内从由禁带型电流电压发生电路50供给的电压Vt中产生不依赖周围温度Ta的恒定集电极电流。该NPN晶体管62的集电极电流经由PNP晶体管64、66被传输到端子69，而且，经由PNP晶体管64、65及NPN晶体管67、68被传输到端子70。即，端子69起到排出不依赖于周围温度Ta的恒定电流的电流源6的端子的作用，端子70起到吸收不依赖于周围温度Ta的恒定电流的电流源16的作用。这里构成电流反射镜电路的2个NPN晶体管67、68的共同基极电压Vbc是不依赖于周围温度Ta的恒定值。
第2电流供给电路80由带隙型电流电压发生电路50的共有基极电压Vbt的3个PNP晶体管81、83、85和第1电流供给电路70的3个共有基极电压Vbc的3个NPN晶体管82、84、86构成。从而，3个PNP晶体管81、83、85的各集电极电流与周围温度Ta成比例增加，而相反3个NPN晶体管82、84、86的各集电极电流不依赖于周围温度是恒定的。PNP晶体管81的集电极电流和NPN晶体管82的集电极电流通过管脚连在一起而成为端子87的输出电流。从而，通过调整电阻63的值，端子87起到在Ta≥To时排出随周围温度Ta升高而增加的电流(与Ta-To成比例的电流)，而且在Ta＜To时吸收随周围温度Ta的降低而增加的电流(与|Ta-To|成比例的电流)的双极性电流源10的端子的作用。同样PNP晶体管83及NPN晶体管84组成的晶体管对、PNP晶体管85及NPN晶体管86组成的晶体管对向第3电流供给电路90供给各个双极性电流。
第3电流供给电路90由5个PNP晶体管91、92、93、99、100和5个NPN晶体管94、95、96、97、98构成。通过这些晶体管的电流传输作用及电流阻断作用，连接到PNP晶体管100集电极的端子101起到Ta≤To时阻断电流输出而在Ta＞To时排出随周围温度Ta的升高而增加的电流的电流源7的端子的作用，与NPN晶体管98的集电极连接的端子102起到在Ta≥To时阻断电流输出，而在Ta＜To时吸收随周围温度Ta的降低而增加的电流的电流源17的端子的作用。还有，与PNP晶体管93的休电极连接的端子103起到在Ta≥To时阻断电流输出而在Ta＜To时排出随周围温度Ta的降低而增加的电流的电流源7a的端子的作用，与PNP晶体管95的集电极连接的端子104起到在Ta≤To时阻断电流输出而在Ta＞To时吸收随周围温度Ta升高而增加的电流的电流源17a的端子的作用。另外，如果连接端子103和104，则能够构成Ta≥To时吸收随周围温度Ta升高而增加的电流，而且在Ta＜To时排出随周围温度Ta的降低而增加的电流的双极性电流源。
图10示出具备图8的3次函数发生电路30的本发明的温度补偿型晶体振荡器的结构例。图10的结构还具有控制器110、1次函数发生电路200、0次函数发生电路300、2个电阻111、112、变容二极管113和晶振电路400。控制器110是用23个触发器构成的1个位移寄存器，接受串行数据信号Din及位移时钟信号CLK的输入，供给表示上述或(1)中4个常数A、B、C及To的信号。信号A、B、C及To分别是4比特、6比特、8比特及5比特的信号。1次函数发生电路200兼有接受信号A、B及To的输入，为电流传输而供给不依赖于周围温度Ta的恒定基极电压Vbc的功能、排出不依赖于周围温度Ta的恒定电流的电流源6的功能、吸收不依赖于周围温度Ta的恒定电流的电流源16的功能、在Ta≥To时排出与Ta-To成比例的电流而且在Ta＜To时吸收与|Ta-To|成比例的电流的电流源10的功能、在Ta≥To时排出与Ta-To成比例的电流而且在Ta＜To时吸收与|Ta-To|成比例的电流的电流源10a的功能。连接电流源6、10、16的3次函数发生电路30如上述，在Ta≥To时吸收与Ta-To的3次方成比例的电流，而且在Ta＜To时排出与|Ta-To|的3次方成比例的电流。图10中的120表示3次函数发生电路30的双极性输出电流。0次函数发生发生电路300接受基极电压Vbc及信号C的输入，发生不依赖于周围温度Ta的恒定电压Vc。2个电阻111、112和变容二极管113的串联电路构成用于把作为1次函数发生电路200一种功能的电流源10a的输出电流与3次函数发生电路30的输出电流120之和变换为电压，而且把由该变换得到的电压和0次函数电路300的输出电压Vc之和作为补偿电压Vin供给晶振电路400的装置。该补偿电压Vin由上述(1)给出。Vout是晶振电路400的输出电压。
图11示出1次函数发生电路200的内部结构。1次函数发生电路由禁带(带隙)型电流电压发生电路250、第1电流供给电路260、第2电流供给电路280和第3电流供给电路290构成。
图12示出禁带(带隙)型电流电压发生电路250的详细结构。图12的电路和图8中的禁带(带隙)型电流电压发生电路50一样，由2个PNP晶体管251、257、5个NPN晶体管252、253、254、255、259、2个电阻256、258构成。Vbt是用于传输以周围温度Ta的1次函数表示的电流的基极电压，It是与周围温度Ta成比例增加的电流，Vt是与周围温度Ta成比例增加的电压。
图13示出第1电流供给电路260的详细结构。图13的电路和图9中的第1电流供给电路60相同，具有运算放大器261、3个NPN晶体管262、267、268、3个PNP晶体管264、265、266、1个电阻263。Vbc是不依赖于周围温度Ta的恒定基极电压，供给电流传输。图13的电路还具有对应于5比特信号To共有基极电压Vbc的5个PNP晶体管269、用于向NPN晶体管262的发射极电流反馈的5个PNP晶体管270、用于开关的5个NPN晶体管271。若根据5比特信号To变更5个NPN晶体管271中导通晶体管的个数，则相应地改变电流源6、16的输出电流。
图14示出第2电流供给电路280的详细结构。图14的电路由对应于4比特信号A共有基极电压Vbt的4个PNP晶体管281、用于排出电流的4个PNP晶体管282、用于开关的4个NPN晶体管283、共有基极电压Vbc的4个PNP晶体管284、构成用于吸收电流的4个电流反射镜电路的8个晶体管285、用于开关的4个NPN晶体管286构成。若根据4比特信号A变更4个NPN晶体管283中导通晶体管的个数和4个NPN晶体管286中导通晶体管的个数，则相应地改变电流源10的输出电流。
图15示出第3电流供给电路290的详细结构。图15的电路由对应于6比特信号B共有基极电压Vb1的6个PNP晶体管291、用于排出电流的6个PNP晶体管292、用于开关的6个NPN晶体管293、共有基极电压Vbc的6个PNP晶体管294、构成用于吸收电流的6个电流反射镜电路的12个NPN晶体管295、用于开关的6个NPN晶体管296构成。若根据6比特信号B变更6个NPN晶体管293中导通晶体管的个数和6个NPN晶体管296中导通晶体管的个数，则相应地改变电流源10a的输出电流。
图16示出图10中0次函数发生电路300的详细结构、图16的电路具有由对应于8比特信号共有基极电压Vbc的8个PNP晶体管301、用于排出电流的8个PNP晶体管302、用于开关的8个NPN晶体管303构成的电流源。图16的电路还具有用于供给不依赖于周围温度的恒定电压Vc的NPN晶体管304、2个电阻305、306、恒压源307。若根据8比特信号C变更8个NPN晶体管303中导通晶体管的个数，则相应地改变电压Vc。
图17示出晶振电路400的详细结构。图17的电路是科尔皮兹型晶振电路，由晶体振子401、NPN晶体管402、恒压源403、4个电阻404、405、406、407、2个电容器408、409和1个耦合电容器410构成。图17中从NPN晶体管402的集电极导出输出电压Vout，也可以从该晶体管402的发射极导出输出电压Vout。
若依据使用图10～图17说明的上述温度补偿型晶体振荡器，则不用大容量的可编程ROM和高分解力的D/A变换器就能够实现晶振频率的高精度的温度补偿。
Claims (22)
1.函数发生电路，这是用于发生与周围温度和基准温度之差的幂成比例的电流的函数发生电路，特征在于：具有
与包括由第1个数的二极管构成的基准电位部分连接的第1二极管列；
使得不依赖于周围温度的恒定电流流过上述第1二极管列那样地连接的第1电流源；
与包括由多于上述第1个数的第2个数的二极管构成的上述基准电位部分连接的第2二极管列；
使得与周围温度和基准温度之差成比例的电流流过上述第2二极管列那样地连接的第2电流源；
用于输出电流的输出端子；
具有连接到上述输出端子的集电极的输出晶体管；
用于把上述第1二极管列产生的电压和上述第2二极管列产生的电压的差电压供给上述输出晶体管的基极和发射极之间的电压供给装置。
2.权利要求1记述的函数发生电路，特征在于：
上述基准电位部分供给接地电压；
上述第1及第2电流源使得电流分别流入上述第1及第2二极管列。
3.权利要求1记述的函数发生电路，特征在于：
上述基准电位部分供给电源电压；
上述第1及第2电流源使得分别从上述第1及第2二极管列流出电流。
4.权利要求1记述的函数发生电路，特征在于：
把构成上述第1二极管列的二极管数设定为2，把构成上述第2二极管列的二极管数设定为3。
5.权利要求1记述的函数发生电路，特征在于：上述输出晶体管由NPN晶体管构成；
上述电压供给装置具有
用于把上述第1二极管列产生的电压和上述第2二极管列产生的电压之中从接地电压测出的较高一方的电压供给上述输出晶体管的基极的装置；
用于把上述第1二极管列产生的电压和上述第2二极管列产生的电压之中从接地电压测出的较低一方的电压相等的电压供给上述输出晶体管的发射极的起到电压跟随器作用的运算放大器。
6.权利要求1记述的函数发生电路，特征在于：
上述输出晶体管由PNP晶体管构成；
上述电压供给装置具有
用于把上述第1二极管列产生的电压和上述第2二极管列产生的电压之中从接地电压测出的较低一方的电压供给上述输出晶体管的装置；
用于把与上述第1二极管列产生的电压和上述第2二极管列产生的电压之中从接地电压测出的较高一方的电压相等的电压供给上述输出晶体管的发射极的起到电压跟随器作用的运算放大器。
7.权利要求1记述的函数发生装置，特征在于：
上述输出晶体管是用第1及第2同种晶体管构成的复合晶体管，上述第1晶体管的集电极连接到上述输出端子，上述第2晶体管的发射极连接到上述第1晶体管的基极，而且上述第2晶体管的集电极与基准电位部分连接。
8.权利要求7记述的函数发生电路，特征在于：
还具有用于使与流过上述第1二极管列的电流相等的电流流过上述第2晶体管的发射极的装置。
9.函数发生电路，这是用于发生与周围温度和基准温度之差的幂乘成比例的电流的函数发生电路，特征在于：具有
与由第1个数的二极管构成的第1基准电位部分连接的第1二极管列，
使得不依赖于周围温度的恒定电流流过上述第1二极管列那样地连接的第1电流源，
由多于上述第1个数的第2个数的二极管构成的与上述第1基准电位部分连接的第2二极管列，
使得与周围温度和基准温度之差成比例的电流流过上述第2二极管列那样地连接的第2电流源，
与由上述第1个数的二极管构成的第2基准电位部分连接的第3二极管列，
使得不依赖于周围温度的恒定电流流过上述第3二极管列那样地连接的第3电流源，
与由上述第2个数的二极管构成的第2基准电位部分连接的第4二极管列，
使得与周围温度和基准温度之差成比例的电流流过上述第4二极管列那样地连接的第4电流源，
用于输出电流的输出端子，
具有分别与上述输出端子连接的收集极的输出NPN晶体管和输出PNP晶体管，
用于为了通过上述输出NPN晶体管的收集极从上述输出端子吸收电流，将上述第1二极管列产生的电压与上述第2二极管列产生的电压的差电压供给上述输出NPN晶体管的基极和发射极之间的第1电压供给装置，和
用于为了通过上述输出PNP晶体管的收集极向上述输出端子排出电流，将上述第3二极管列产生的电压与上述第4二极管列产生的电压的差电压供给上述输出PNP晶体管的基极和发射极之间的第2电压供给装置。
10.权利要求项9记述的函数发生电路，特征在于：
上述第1个数是2，上述第2个数是3。
11.权利要求9记述的函数发生电路，特征在于：
上述第2电流源具有在周围温度与基准温度相同或低于基准温度时阻断电流向上述第2二极管列流入，而且在周围温度高于基准温度时把随周围温度升高而增加的电流排出到上述第2二极管列的功能；
上述第4电流源具有在周围温度与基准温度相同或高于基准温度时阻断电流从上述第4二极管列流出，而且在周围温度低于基准温度时从上述第4二极管列吸收随周围温度降低而增加的电流的功能。
12.权利要求9记述的函数发生电路，特征在于：
上述第2及第4二极管列连接共同连接点，连接到该共同连接点的上述第2及第4电流源由用于在周围温度等于或高于基准温度时把与周围温度和基准温度之差成比例的电流排出到上述共同连接点，而且在周围温度低于基准温度时从上述共同连接点吸收该与周转温度和基准温度之差成比例的电流的共同的电源源构成。
13.权利要求9记述的函数发生电路，特征在于：
上述第2电流源具有在周围温度等于或高于基准温度时阻断电流向上述第2二极管列流入，而且在周围温度低于基准温度时把随周围温度降低而增加的电流排出到上述第2二极管列的功能；
上述第4电流源具有在周转温度等于或低于基准温度时阻断电流从上述第4二极管列流出，而且在周围温度高于基准温度时把随周围温度升高而增加的电流从上述第4二极管列吸收进来的功能。
14.权利要求9记述的函数发生电路，特征在于：
上述第2及第4二极管列连接到共同连接点，连接到该共同连接点的上述第2及第4电流源由用于在周围温度等于或高于基准温度时从上述共同连接点吸收与该周围温度和基准温度之差成比例的电流，而且在周围温度低于基准温度时把与该周围温度和基准温度之差成比例的电流排出到上述共同连接点的共同的电流源构成。
15.函数发生电路，这是用于发生以周围温度和基准温度之差的3次函数表示的电压使得进行晶振电路的振荡频率的温度补偿的函数发生电路，特征在于：具有
用于输出与周围温度和基准温度之差成比例的电流的第1电路；
包含用于输出电流的输出端子，而且经由上述输出端子输出与周围温度和基准温度之差的3次方成比例的电流的第2电路；
用于发生不依赖于周围温度的恒定电压的第3电路；
用于把上述第1电路的输出电流和上述第2电路的输出电流之和变换为电压，而且供给由该变换得到的电压和上述第3电路的输出电压之和作为温度补偿电压的装置；
其中，上述第2电路具有
与包括2个二极管构成的第1基准电位部分连接的第1二极管列；
用于向上述使得在上述第1二极管列中流过不依赖于周围温度的恒定电流那样地连接的第1电流源；
与包括3个二极管构成的上述第1基准电位部分连接的第2二极管列；
使得在上述第2二极管列中流过与周围温度和基准温度之差成比例的电流那样地连接的第2电流源；
与包括2个二极管构成的上述第2基准电位部分连接的第3二极管列；
使得在上述第3二极管列流过不依赖于周围温度的恒定电流那样地连接的第3电流源；
与包括3个二极管构成的上述第2基准电位部分连接的第4二极管列；
使得在上述第4二极管列流过与周转温度和基准温度之差成比例的电流那样地连接的第4电流源；
分别把集电极连接到上述输出端子的输出NPN晶体管和输出PNP晶体管；
用于把上述第1二极管列产生的电压和上述第2二极管列产生的电压的差电压供给到上述输出NPN晶体管的基极和发射极之间使得经由上述输出NPN晶体管的集电极从上述输出端子吸收电流的第1电压供给装置；
用于把上述第3二极管列产生的电压和上述第4二极管列产生的电压的差电压供给到上述输出PNP晶体管的基极和发射极之间使得经由上述输出PNP晶体管的集电极向上述输出端子排出电流的第2电压供给装置。
16.权利要求15记述的函数发生电路，特征在于：
上述第2及第4二极管列连接到共同连接点，连接到该共同连接点的上述第2及第4电流源由用于在周围温度等于或高于基准温度时把与该周围温度和基准温度之差成比例的电流排出到上述共同连接点，而且在周围温度低于基准温度时从上述共同连接点吸收与该周围温度和基准温度之差成比例的电流的共同的电流源构成。
17.权利要求15记述的函数发生电路，特征在于：
还具有用于设定周围温度与基准温度之差的3次方、1次方及0次方的各系数和基准温度以便规定上述3次函数的控制器。
18.函数发生电路，这是用于发生与周围温度和基准温度之差的幂乘成比例的电流的函数发生电路，特征在于：具有
由第1个数的二极管构成的给出不依赖于周围温度的恒定电流那样地进行工作的第1二极管列，
由多于上述第1个数的第2个数的二极管构成的给出与周围温度和基准温度之差成比例的电流那样地进行工作的第2二极管列，
用于输出电流的输出端子，
收集极与上述输出端子连接，发射极与基准电位部分连接的输出晶体管，
用于将与上述第1二极管列产生的电压和上述第2二极管列产生的电压的差电压相对应的电压供给上述输出晶体管的基极和发射极之间的电压供给装置。
19.权利要求项18记述的函数发生电路，特征在于
上述电压供给装置备有流过数值大致相等的发射极电流的第1和第2晶体管，基极和发射极与这个第1和第2晶体管的各发射极连接的第3晶体管，和将这个第3晶体管的收集极电流变换成电压的有源元件，将在这个有源元件上产生的电压供给上述输出晶体管的基极和发射极之间。
20.函数发生电路，这是用于发生与周围温度和基准温度之差的幂乘成比例的电流的函数发生电路，特征在于：具有
由第1个数的二极管构成的给出不依赖于周围温度的恒定电流那样地进行工作的第1二极管列，
由多于上述第1个数的第2个数的二极管构成的给出与周围温度和基准温度之差成比例的电流那样地进行工作的第2二极管列，
由上述第1个数的二极管构成的给出不依赖于周围温度的恒定电流那样地进行工作的第3二极管列，
由上述第2个数的二极管构成的给出与周围温度和基准温度之差成比例的电流那样地进行工作的第4二极管列，
用于输出电流的输出端子，
具有分别与上述输出端子连接的收集极，发射极分别与第1和第2基准电位部分连接的第1和第2输出晶体管，
用于将与上述第1二极管列产生的电压和上述第2二极管列产生的电压的差电压相对应的电压供给上述第1输出晶体管的基极和发射极之间的第1电压供给装置，和
用于将与上述第3二极管列产生的电压和上述第4二极管列产生的电压的差电压相对应的电压供给上述第2输出晶体管的基极和发射极之间的第2电压供给装置。
21.权利要求项20记述的函数发生电路，特征在于
上述第1和第2电压供给装置备有流过数值大致相等的发射极电流的第1和第2晶体管，基极和发射极与这个第1和第2晶体管的各发射极连接的第3晶体管，和将这个第3晶体管的收集极电流变换成电压的有源元件，将在上述第1电压供给装置的上述有源元件上产生的电压供给上述第1输出晶体管的基极和发射极之间，将在上述第2电压供给装置的上述有源元件上产生的电压供给上述第2输出晶体管的基极和发射极之间。
22.权利要求项20记述的函数发生电路，特征在于上述第1个数是2，上述第2个数是3。
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