JP5556342B2 - 圧電発振器、ｇｐｓ受信装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、圧電発振器、ＧＰＳ受信装置及び電子機器に関する。

人工衛星を利用した測位システムとして、ＧＰＳ（Global Positioning System）が広く知られており、カーナビゲーション装置等で利用されている。ＧＰＳでは、地球周回軌道を周回する複数のＧＰＳ衛星からそれぞれ送信される１．５ＧＨｚ帯の電波信号をＧＰＳ受信装置で受信し、受信した電波信号に重畳されている軌道情報と時刻情報を基に現在位置を算出する処理（測位計算処理）や時刻修正処理を行う。

ＧＰＳ受信装置では、ＧＰＳの電波を受信して中間周波数帯の信号に変換するＲＦ信号処理と、中間周波数帯の信号からベースバンド信号を復調し、ベースバンド信号に基づき測位計算等を行うベースバンド信号処理とが行われる。ベースバンド信号処理は周波数誤差が±１００ｐｐｍ程度の周波数精度のクロック信号で行っても問題ないが、ＲＦ信号処理ではＧＰＳの電波信号に正確にロックするために周波数誤差が±０．５ｐｐｍ以内の極めて高い周波数精度のクロック信号が必要とされる。そのため、ＧＰＳ受信装置では高い周波数精度のクロック信号が得られる温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated X’tal Oscillator）が広く使用されている。温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）は、所定の温度範囲で水晶振動子の発振周波数の所望の周波数（公称周波数）からのずれ（周波数偏差）をキャンセルすることにより温度に関係なくほぼ一定の周波数のクロック信号を出力するものである。

特開２００３−１６３５４２号公報

ところで、近年では、カーナビゲーション装置のような設置型の電子機器のみならず、携帯電話機や腕時計等の携帯型の電子機器にもＧＰＳ受信装置が組み込まれるようになっており、ＧＰＳ受信装置の低消費電力化が要求されるようになっている。特に、技術の進歩によりＲＦ信号処理やベースバンド信号処理を行う回路の消費電力が大幅に削減され、その結果、ＧＰＳ受信装置全体の消費電力に占める温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）の消費電力の割合が非常に大きくなってきている。そのため、特に携帯型の電子機器に組み込まれるＧＰＳ受信装置では、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）の消費電力を低減することが重要な課題になっている。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、外部からの制御信号に基づいて消費電力の低減と周波数精度の向上のいずれかを択一的に実現可能な圧電発振器を提供することができる。また、本発明の他のいくつかの態様によれば、この圧電発振器を用いて低消費電力化を実現するＧＳＰ受信装置及び電子機器を提供することができる。

（１）本発明は、圧電振動子と、前記圧電振動子の周波数温度特性を特定するための温度補償データを記憶する記憶部と、温度情報を取得し、取得した前記温度情報と前記温度補償データとに基づいて、前記圧電振動子の周波数温度特性を補償するための温度補償電圧を発生させる温度補償回路と、前記圧電振動子を発振させるとともに、発振制御電圧に基づいて前記圧電振動子の発振周波数を制御する電圧制御発振回路と、外部からの制御信号に基づいて、前記温度補償回路に電源電圧を供給するか又は前記温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧を供給しないように制御する電源制御部と、を含み、前記温度補償回路に電源電圧が供給される期間と同期して、前記電圧制御発振回路に前記発振制御電圧として前記温度補償電圧が供給される、圧電発振器である。

本発明の圧電発振器は、外部からの制御信号に基づいて温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧を供給しないようにすれば、その分だけ消費電力を低減させることができる。一方、この圧電発振器は、外部からの制御信号に基づいて温度補償回路に電源電圧を供給すれば温度補償型の発振器として動作するので、周波数精度を向上させることができる。従って、本発明によれば、外部からの制御信号に基づいて、消費電力の低減と周波数精度の向上のいずれかを択一的に実現可能な圧電発振器を提供することができる。

（２）この圧電発振器は、前記制御信号に基づいて、前記電圧制御発振回路に前記発振制御電圧として前記温度補償電圧を供給するか固定電圧を供給するかを制御する、温度補償電圧制御部をさらに含み、前記温度補償電圧制御部は、前記温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧が供給されない時は、前記電圧制御発振回路に前記発振制御電圧として前記固定電圧を供給するようにしてもよい。

このようにすれば、温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧が供給されない時は、電圧制御発振回路の発振制御電圧を固定することで圧電発振器の発振周波数の変動幅を温度変化分の変動幅に抑えることができる。

（３）この圧電発振器において、前記温度補償電圧制御部は、前記温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧が供給されなくなると同時に又はその前に前記温度補償電圧を保持し、前記温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧が供給されない時は、前記固定電圧として当該保持した前記温度補償電圧を前記電圧制御発振回路に供給するようにしてもよい。

このようにすれば、温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧が供給されなくなった後も、電圧制御発振回路にはその直前の温度補償電圧が固定的に供給されるので、温度補償回路への電源電圧の供給を停止する前後で圧電発振器の発振周波数が変化しないようにすることができる。

（４）この圧電発振器において、前記温度補償電圧制御部は、前記温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧が供給されない時は、前記固定電圧として所定の一定電圧を前記電圧制御発振回路に供給するようにしてもよい。

このようにすれば、所定の一定電圧を発生させる簡単な構成の回路（例えば、抵抗分圧回路）を付加することで、コストの増加を抑えながら、温度補償回路への電源電圧の供給が停止される時の圧電発振器の発振周波数の変動幅を温度変化分の変動幅に抑えることができる。

（５）この圧電発振器において、前記温度補償回路は、前記温度情報と前記温度補償データとに基づいて、前記圧電振動子の周波数温度特性を近似する多項式の各次数の項を補償するための電圧をそれぞれ発生させる複数の電圧発生回路と、当該複数の電圧発生回路が発生させる電圧に基づいて前記温度補償電圧を生成する温度補償電圧生成回路と、を含み、前記電源制御部は、前記制御信号に基づいて、前記多項式の１次以上の項を補償するための電圧を発生させる前記電圧発生回路に電源電圧を供給するか否かを制御し、前記温度補償電圧生成回路は、前記多項式の１次以上の項を補償するための電圧を発生させる前記電圧発生回路に電源電圧が供給されない時は、前記多項式の０次の項を補償するための電圧を前記発振制御電圧として前記電圧制御発振回路に供給するようにしてもよい。

このようにすれば、電圧制御発振回路の発振制御電圧となる一定電圧を発生させる回路（例えば、抵抗分圧回路）を新たに付加する必要もなく、コストの増加を抑えながら、温度補償回路への電源電圧の供給が停止される時の圧電発振器の発振周波数の変動幅を温度変化分の変動幅に抑えることができる。

（６）この圧電発振器は、前記温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧が供給されていない状態から前記温度補償回路に電源電圧が供給される状態に切り替わってから前記電圧制御発振回路に前記温度補償電圧が供給されるまでの遅延時間を制御する遅延制御部をさらに含むようにしてもよい。

このようにすれば、温度補償回路に電源電圧が供給されて温度補償回路が安定動作をするようになるまでの期間は、電圧制御発振回路に温度補償電圧が供給されないようにすることができ、この期間における圧電発振器の発振周波数の揺らぎを抑制することができる。

（７）本発明は、上記のいずれかの圧電発振器と、ＧＰＳ衛星から送信された電波信号を受信する受信部と、前記圧電発振器の発振信号に基づいて、前記電波信号から中間周波数帯の信号を復調するＲＦ処理部と、前記圧電発振器の発振信号に基づいて、前記中間周波数帯の信号からベースバンド信号を復調し、当該ベースバンド信号から所定の情報を抽出して所定の計算処理を行うベースバンド処理部と、を含み、前記ベースバンド処理部は、前記ＲＦ処理部が前記電波信号から前記中間周波数帯の信号を復調する期間は、前記圧電発振器の前記温度補償回路に電源電圧が供給されるように制御するとともに、前記計算処理を行う期間と同期させて前記圧電発振器の前記温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧が供給されないように制御するための前記制御信号を生成して前記圧電発振器に供給する、ＧＰＳ受信装置である。

このようにすれば、ＲＦ処理部が電波信号から中間周波数帯の信号を復調する期間は、圧電発振器を温度補償型の圧電発振器として動作させて極めて高い周波数精度のクロック信号をＲＦ処理部に供給することができる。一方、ベースバンド処理部が所定の計算処理を行う期間は、それほど高い周波数精度のクロック信号が要求されないため、温度補償回路の動作を停止することでその分だけ圧電発振器の消費電力を低減することができる。従って、本発明によれば、低消費電力化を実現するＧＳＰ受信装置を実現することができる。

（８）このＧＰＳ受信装置において、前記ベースバンド処理部は、前記ＲＦ処理部が前記電波信号から前記中間周波数帯の信号を復調する処理を開始する所定時間前に前記温度補償回路に電源電圧が供給されるように制御するための前記制御信号を生成するようにしてもよい。

このようにすれば、例えば、圧電発振器の温度補償回路に電源電圧が供給された後、当該温度補償回路から発生する熱が圧電振動子に伝わって当該温度補償回路と圧電振動子の温度差がなくなるまでは、圧電発振器の電圧制御発振回路に温度補償電圧を供給しないようにすることができる。従って、このＧＳ受信装置によれば、当該温度差に起因する圧電発振器の周波数誤差の影響を抑制し、ＲＦ処理部の動作開始直後の処理を無駄にしないようにすることができる。

（９）本発明は、上記のいずれかのＧＰＳ受信装置を含む、電子機器である。

本発明によれば、ＧＳＰ受信装置を含む電子機器の低消費電力化を実現することができる。

第１実施形態の圧電発振器の構成例を示す図。 温度補償回路の構成例を示す図。 第２実施形態の圧電発振器の構成例を示す図。 第３実施形態の圧電発振器の構成例を示す図。 温度補償回路の構成例を示す図。 第４実施形態の圧電発振器の構成例を示す図。 ＧＰＳの概要について説明するための図。 本実施形態のＧＰＳ受信装置及びこれを含む電子機器の構成例を示す機能ブロック図。 本実施形態のＧＰＳ受信装置の具体的な処理の一例を示すフローチャート図。 本実施形態のＧＰＳ受信装置の具体的な処理の他の一例を示すフローチャート図。

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。

１．圧電発振器
１−１．第１実施形態
図１は、第１実施形態の圧電発振器の構成例を示す図である。図１に示すように、第１実施形態の圧電発振器１Ａは、温度補償回路１０、サンプルホールド回路２０、電圧制御発振回路３０、圧電振動子４０、出力バッファー５０、スイッチ回路６０、プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ：Programmable ROM）７０、レギュレーター８０等を含んで構成されている。なお、本実施形態の圧電発振器は、これらの構成要素の一部を省略した構成としてもよい。

圧電振動子４０は、逆圧電効果を利用して振動する圧電素子であり、例えば、水晶振動子やセラミック振動子、ニオブ酸リチウム振動子、タンタル酸リチウム振動子などの単結晶材料を用いた振動子や、酸化亜鉛圧電薄膜振動子、酸化アルミニウム圧電薄膜振動子などの圧電性薄膜を用いた振動子等である。

特に、ＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性（Δｆ／ｆ：ｆは公称周波数、Δｆは周波数誤差）は広い温度範囲に亘って近似３次曲線の極めて良好な特性を示すことが知られており、圧電振動子４０としてＡＴカット水晶振動子を使用することで、周波数精度が極めて高い温度補償水晶発振器を実現することができる。そのため、高精度のクロックが必要になる電子機器では、圧電振動子４０としてＡＴカット水晶振動子を用いた温度補償水晶発振器が広く利用されている。

さらに、ＧＰＳの電波受信等の特定の処理では、周波数誤差が±０．５ｐｐｍ程度の極めて高い周波数精度のクロック信号が要求されるため、ＧＰＳ受信装置では、圧電振動子４０としてＡＴカット水晶振動子を用い、その周波数温度特性（Δｆ／ｆ）を例えば次式（１）に示す５次関数で近似することで近似の精度を高めることで極めて正確に温度補償を行う温度補償水晶発振器が採用される場合がある。式（１）において、ｆは公称周波数、Δｆは周波数誤差、Ｔは温度変数、ｔ_０は基準温度（例えば２５℃）を示す。

電圧制御発振回路３０は、発振制御電圧に応じて圧電振動子４０の負荷容量を変化させることにより、圧電振動子４０を発振制御電圧に応じた周波数で発振させて発振信号を生成する。本実施形態では、電圧制御発振回路３０は、インバーター３２、抵抗３４、キャパシター３６、バリキャップ３８を含んでおり、これらの素子により圧電振動子４０を発振させる発振ループが形成されている。バリキャップ３８の一端に発振制御電圧が印加され、そのレベルに応じてバリキャップ３８の容量が変動し、その容量に応じて圧電振動子４０の発振周波数が変化する。例えば、発振制御電圧が高いほどバリキャップ３８の容量が小さくなる（又は大きくなる）ため、発振制御電圧を調整することで、圧電振動子４０の発振周波数を調整することができる。従って、圧電振動子４０の周波数温度特性に応じて、現在の温度に基づき発振制御電圧をリアルタイムに調整することで圧電振動子４０の発振周波数を温度に関係なくほぼ一定にすることができる。

出力バッファー５０は、電圧制御発振回路３０の発振信号を、後段で要求される所望のレベルに増幅し、外部端子７を介して外部に出力する。

ＰＲＯＭ７０は、圧電振動子４０の周波数温度特性を特定するための温度補償データが記憶されており、本発明における記憶部として機能する。具体的には、この温度補償データは、圧電振動子４０の周波数温度特性を表す曲線を特定するためのパラメーターである。例えば、式（１）に示す周波数温度特性は、基準温度ｔ_０を固定すると、５次係数Ａ_５，４次係数Ａ_４，３次係数Ａ_３，１次係数Ａ_１、定数Ａ_０によって特定することができる。そこで、本実施形態では、ＰＲＯＭ７０には、温度補償データとして、５次係数データ（Ａ_５），４次係数データ（Ａ_４），３次係数データ（Ａ_３），１次係数データ（Ａ_１）、定数データ（０次係数データ）（Ａ_０）が記憶されている。

ＰＲＯＭ７０は、外部端子２、３からそれぞれクロック信号とデータ信号を供給することで、２線式のインターフェース（Ｉ^２Ｃインターフェース等）を介してメモリー素子にデータを書き込むことができるようになっている。このインターフェースは、イネーブル信号を供給する外部端子を追加して３線式のインターフェースとすることもできる。そして、圧電発振器１Ａの検査工程等において、圧電振動子４０の周波数温度特性を測定し、この測定データから温度補償データを作成し、外部端子２、３を介してＰＲＯＭ７０に温度補償データが書き込まれる。この温度補償データにより、圧電振動子４０の周波数温度特性の個体間ばらつきを吸収することができる。

ＰＲＯＭ７０は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）やヒューズ型等のＯＴＰＲＯＭ（One Time Programmable ROM）で実現することができる。

なお、ＰＲＯＭ７０は、温度補償データとともに、圧電振動子４０の特性に応じてインバーター３２の能力を調整するための調整データ等を記憶するようにしてもよい。

温度補償回路１０は、温度情報を取得し、取得した温度情報とＰＲＯＭ７０に記憶された温度補償データとに基づいて、圧電振動子４０の周波数温度特性を補償するための温度補償電圧を発生させる。図２は、温度補償回路１０の構成例を示す図である。図２に示すように、本実施形態の温度補償回路１０は、温度センサー１１、５次関数電圧発生回路１２、４次関数電圧発生回路１３、３次関数電圧発生回路１４、１次関数電圧発生回路１５、基準電圧発生回路１６、電圧加算回路１７を含んで構成されている。

温度センサー１１は、温度に応じた電圧を出力するセンサーであり、例えば、電気抵抗の変化として温度変化を捉えるサーミスターによって実現することができる。

５次関数電圧発生回路１２は、ＰＲＯＭ７０に記憶されている５次係数データＡ_５と温度センサー１１の出力電圧に基づいて、式（１）の５次の項であるＡ_５（Ｔ−ｔ_０）^５を補償する電圧（５次関数電圧）を発生させる。

４次関数電圧発生回路１３は、ＰＲＯＭ７０に記憶されている４次係数データＡ_４と温度センサー１１の出力電圧に基づいて、式（１）の４次の項であるＡ_４（Ｔ−ｔ_０）^４を補償する電圧（４次関数電圧）を発生させる。

３次関数電圧発生回路１４は、ＰＲＯＭ７０に記憶されている３次係数データＡ_３と温度センサー１１の出力電圧に基づいて、式（１）の３次の項であるＡ_３（Ｔ−ｔ_０）^３を補償する電圧（３次関数電圧）を発生させる。

１次関数電圧発生回路１５は、ＰＲＯＭ７０に記憶されている１次係数データＡ_１と温度センサー１１の出力電圧に基づいて、式（１）の１次の項であるＡ_１（Ｔ−ｔ_０）を補償する電圧（１次関数電圧）を発生させる。

基準電圧発生回路１６は、ＰＲＯＭ７０に記憶されている定数データ（０次係数データ）Ａ_０と温度センサー１１の出力電圧に基づいて、式（１）の定数項（０次の項）であるＡ_０を補償する電圧（基準電圧）を発生させる。この基準電圧は、例えば、基準温度ｔ_０（例えば２５℃）において圧電振動子４０の発振周波数が公称周波数になる電圧である。

電圧加算回路１７は、５次関数電圧発生回路１２の出力電圧（５次関数電圧）、４次関数電圧発生回路１３の出力電圧（４次関数電圧）、３次関数電圧発生回路１４の出力電圧（３次関数電圧）、１次関数電圧発生回路１５の出力電圧（１次関数電圧）、基準電圧発生回路１６の出力電圧（基準電圧）を加算し、温度補償電圧を生成する。

レギュレーター８０は、外部端子５から供給される電源電圧を所定のレベルの電圧にするとともに安定化して、温度補償回路１０、電圧制御発振回路３０、出力バッファー５０の電源電圧として供給する。一方、温度補償回路１０、サンプルホールド回路２０、電圧制御発振回路３０、出力バッファー５０等のグラウンド電位（接地電位）は、外部端子６を介して供給される。

本実施形態では、電圧制御発振回路３０と出力バッファー５０には、レギュレーター８０が出力する電源電圧が常に供給される。一方、温度補償回路１０には、レギュレーター８０が出力する電源電圧が供給されるか否かがスイッチ回路６０の開閉に従って制御される。すなわち、スイッチ回路６０は、外部端子４から入力される制御信号に基づいて、温度補償回路１０に電源電圧を供給するか否かを制御するものであり、本発明における電源制御部として機能する。本実施形態では、外部端子４はプルアップ抵抗８を介して電源電位にプルアップされており、外部端子４がハイレベルもしくはオープンの時はスイッチ回路６０が閉じて温度補償回路１０に電源電圧が供給される。一方、外部端子４がローレベルの時はスイッチ回路６０が開いて温度補償回路１０に電源電圧が供給されない。

サンプルホールド回路２０は、外部端子４からの制御信号に基づいて、温度補償回路１０に電源電圧が供給されなくなると同時に又はその前に温度補償回路１０の出力電圧（温度補償電圧）を保持し、温度補償回路１０に電源電圧が供給されない時は、当該保持した温度補償電圧を電圧制御発振回路３０に供給する。本実施形態では、サンプルホールド回路２０は、３端子のスイッチ回路２２と一端が接地されたキャパシター２４を含んで構成されている。スイッチ回路２２は、外部端子４の電圧レベルに応じて、キャパシター２４の他端を温度補償回路１０の出力と接続するかオープンにするかを制御し、キャパシター２４の両端にかかる電圧が発振制御電圧として電圧制御発振回路３０に供給される。

本実施形態では、スイッチ回路２２は、外部端子４がハイレベルもしくはオープンの時は温度補償回路１０とキャパシター２４を接続し、外部端子４がローレベルの時はキャパシター２４をオープンにする。従って、外部端子４がハイレベルもしくはオープンの時は温度補償回路１０の出力電圧（温度補償電圧）がそのまま電圧制御発振回路３０の発振制御電圧となる。一方、外部端子４がハイレベル又はオープンからローレベルに変化すると、その変化の直前の温度補償電圧がキャパシター２４に保持されるので、外部端子４がローレベルの時は、この保持された温度補償電圧が電圧制御発振回路３０の発振制御電圧となる。

このように、サンプルホールド回路２０は、外部端子４からの制御信号に基づいて、電圧制御発振回路３０に温度補償電圧を供給するか固定電圧（キャパシター２４に保持された電圧）を供給するかを制御するものであり、本発明における温度補償電圧制御部として機能する。

このような構成の第１実施形態の圧電発振器１Ａは、外部端子４がハイレベルもしくはオープンの時は、温度補償回路１０に電源電圧を供給し、温度補償圧電発振器として動作することで、高い周波数精度の発振信号を出力することができる。一方、外部端子４がローレベルの時は、圧電発振器１Ａは、温度補償回路１０への電源電圧の供給を停止し、キャパシター２４に保持された固定電圧で発振周波数が制御される単純な圧電発振器として動作することで、温度補償回路の分だけ消費電力を削減することができる。すなわち、本実施形態によれば、外部からの制御信号に基づいて、消費電力の低減と周波数精度の向上のいずれかを択一的に実現可能な圧電発振器を提供することができる。

一例として、圧電発振器全体の消費電力に対して、温度補償回路１０の消費電力が約５０％、電圧制御発振回路３０と圧電振動子４０の消費電力が約２０％、出力バッファーの消費電力が約３０％を占めるとすると、温度補償回路１０への電源電圧の供給を停止している期間は約５０％の消費電力を削減することができる。さらに、温度補償回路１０への電源電圧の供給を停止する期間が全体の９０％であるとすると、全体として約４５％（＝５０％×９０％）の消費電力を削減することができる。

また、第１実施形態の圧電発振器１Ａによれば、温度補償回路１０に電源電圧が供給されなくなった後も、電圧制御発振回路３０にはその直前の温度補償電圧が固定的に供給されるので、温度補償回路１０への電源電圧の供給を停止する前後で発振周波数が変化しないようにすることができる。

１−２．第２実施形態
図３は、第２実施形態の圧電発振器の構成例を示す図である。図３に示すように、第２実施形態の圧電発振器１Ｂは、温度補償回路１０、電圧制御発振回路３０、圧電振動子４０、出力バッファー５０、スイッチ回路６０、ＰＲＯＭ７０、レギュレーター８０、スイッチ回路９０、定電圧発生回路１００等を含んで構成されている。なお、本実施形態の圧電発振器は、これらの構成要素の一部を省略した構成としてもよい。

第２実施形態の圧電発振器１Ｂは、第１実施形態の圧電発振器１Ａに対して、サンプルホールド回路２０がスイッチ回路９０と定電圧発生回路１００に置き換わっている。

定電圧発生回路１００は、レギュレーター８０が出力する電源電圧を抵抗１０２と抵抗１０４の抵抗比により抵抗分圧した一定電圧を発生させる。この一定電圧は、例えば、式（１）の定数項Ａ_０を補償する基準電圧、すなわち、基準温度ｔ_０（例えば２５℃）において圧電振動子４０の発振周波数が公称周波数になる電圧又はその付近の一定電圧であってもよい。

スイッチ回路９０は、外部端子４の電圧レベルに応じて、温度補償回路１０の出力電圧（温度補償電圧）又は定電圧発生回路１００による一定電圧を選択し、発振制御電圧として電圧制御発振回路３０に供給する。本実施形態では、スイッチ回路９０は、外部端子４がハイレベルもしくはオープンの時（スイッチ回路６０が閉じる時）は温度補償電圧を選択し、外部端子４がローレベルの時（スイッチ回路６０が開く時）は一定電圧を選択する。すなわち、スイッチ回路９０は、温度補償回路１０に電源電圧が供給される時は温度補償電圧を選択し、温度補償回路１０に電源電圧が供給されない時は一定電圧を選択し、発振制御電圧として電圧制御発振回路３０に供給する。

このように、スイッチ回路９０は、外部端子４からの制御信号に基づいて、電圧制御発振回路３０に温度補償電圧を供給するか固定電圧（定電圧発生回路１００による一定電圧）を供給するかを制御するものであり、本発明における温度補償電圧制御部として機能する。

図３におけるその他の構成は図１と同じであるため、それぞれ同じ符号を付しており、その説明を省略する。

このような構成の第２実施形態の圧電発振器１Ｂは、外部端子４がハイレベルもしくはオープンの時は、温度補償回路１０に電源電圧を供給し、温度補償圧電発振器として動作することで、高い周波数精度の発振信号を出力することができる。一方、外部端子４がローレベルの時は、圧電発振器１Ｂは、温度補償回路１０への電源電圧の供給を停止し、定電圧発生回路１００による一定電圧で発振周波数が制御される単純な圧電発振器（圧電振動子４０の周波数温度特性に従う周波数変動を有する圧電発振器）として動作することで、温度補償回路の分だけ消費電力を削減することができる。すなわち、本実施形態によれば、外部からの制御信号に基づいて、消費電力の低減と周波数精度の向上のいずれかを択一的に実現可能な圧電発振器を提供することができる。

また、第２実施形態の圧電発振器１Ｂによれば、簡単な構成の定電圧発生回路（抵抗分圧回路）を付加することで、コストの増加を抑えながら、温度補償回路１０への電源電圧の供給が停止される時の発振周波数の変動幅を温度変化分の変動幅（例えば、圧電振動子４０が水晶振動子であれば±１００ｐｐｍ以内）に抑えることができる。

１−３．第３実施形態
図４は、第３実施形態の圧電発振器の構成例を示す図である。図４に示すように、第３実施形態の圧電発振器１Ｃは、温度補償回路１１０、電圧制御発振回路３０、圧電振動子４０、出力バッファー５０、スイッチ回路６０、ＰＲＯＭ７０、レギュレーター８０等を含んで構成されている。なお、本実施形態の圧電発振器は、これらの構成要素の一部を省略した構成としてもよい。

第３実施形態の圧電発振器１Ｃは、第１実施形態の圧電発振器１Ａに対して、サンプルホールド回路２０が削除されるとともに、温度補償回路１１０の構成が温度補償回路１０と異なる。

図５は、温度補償回路１１０の構成例を示す図である。図５に示すように、温度補償回路１１０は、第１実施形態における温度補償回路１０に対して、５次関数電圧発生回路１２、４次関数電圧発生回路１３、３次関数電圧発生回路１４、１次関数電圧発生回路１５と電圧加算回路１７との間にそれぞれ、スイッチ回路１１２、１１３、１１４、１１５が追加されている。

温度補償回路１１０は、外部端子４がハイレベルもしくはオープンの時（スイッチ回路６０が閉じる時）は、スイッチ回路１１２、１１３、１１４、１１５はすべて閉じ、電圧加算回路１７により、５次関数電圧、４次関数電圧、３次関数電圧、１次関数電圧、基準電圧を加算して温度補償電圧を出力する。この時、スイッチ回路６０が閉じるので、５次関数電圧発生回路１２、４次関数電圧発生回路１３、３次関数電圧発生回路１４、１次関数電圧発生回路１５に電源電圧が供給される。一方、外部端子４がローレベルの時（スイッチ回路６０が開く時）は、スイッチ回路１１２、１１３、１１４、１１５はすべて開き、式（１）の定数項Ａ_０を補償する基準電圧を出力する。この時、スイッチ回路６０が開くので、５次関数電圧発生回路１２、４次関数電圧発生回路１３、３次関数電圧発生回路１４、１次関数電圧発生回路１５には電源電圧が供給されない。なお、スイッチ回路６０の開閉にかかわらず、基準電圧発生回路１６には常に電源電圧が供給される。

このように、スイッチ回路１１２、１１３、１１４、１１５と電圧加算回路１７は、式（１）の１次以上の項を補償するための電圧を発生させる電圧発生回路１２、１３、１４、１５に電源電圧が供給されない時は、式（１）の定数項（０次の項）を補償するための基準電圧を電圧制御発振回路３０に供給するものであり、本発明における温度補償電圧生成回路として機能する。

図４におけるその他の構成は図１と同じであるため、それぞれ同じ符号を付しており、その説明を省略する。

このような構成の第３実施形態の圧電発振器１Ｃは、外部端子４がハイレベルもしくはオープンの時は、温度補償回路１０の内部の５次関数電圧発生回路１２、４次関数電圧発生回路１３、３次関数電圧発生回路１４、１次関数電圧発生回路１５に電源電圧を供給し、温度補償圧電発振器として動作することで、高い周波数精度の発振信号を出力することができる。一方、外部端子４がローレベルの時は、圧電発振器１Ｂは、温度補償回路１０の内部の５次関数電圧発生回路１２、４次関数電圧発生回路１３、３次関数電圧発生回路１４、１次関数電圧発生回路１５への電源電圧の供給を停止し、基準電圧発生回路１６による一定電圧で発振周波数が制御される単純な圧電発振器（圧電振動子４０の周波数温度特性に従う周波数変動を有する圧電発振器）として動作することで、５次関数電圧発生回路１２、４次関数電圧発生回路１３、３次関数電圧発生回路１４、１次関数電圧発生回路１５の分だけ消費電力を削減することができる。すなわち、本実施形態によれば、外部からの制御信号に基づいて、消費電力の低減と周波数精度の向上のいずれかを択一的に実現可能な圧電発振器を提供することができる。

また、第３実施形態の圧電発振器１Ｃによれば、定電圧発生回路（抵抗分圧回路）を新たに付加する必要もなく、コストの増加を抑えながら、温度補償回路１０への電源電圧の供給が停止される時の発振周波数の変動幅を温度変化分の変動幅（例えば、圧電振動子４０が水晶振動子であれば±１００ｐｐｍ以内）に抑えることができる。

１−４．第４実施形態
図６は、第４実施形態の圧電発振器の構成例を示す図である。図６に示すように、第４実施形態の圧電発振器１Ｄは、温度補償回路１０、サンプルホールド回路２０、電圧制御発振回路３０、圧電振動子４０、出力バッファー５０、スイッチ回路６０、ＰＲＯＭ７０、レギュレーター８０、遅延制御回路１２０等を含んで構成されている。なお、本実施形態の圧電発振器は、これらの構成要素の一部を省略した構成としてもよい。

第４実施形態の圧電発振器１Ｄは、第１実施形態の圧電発振器１Ａに対して、遅延制御回路１２０が追加されている。

遅延制御回路１２０は、温度補償回路１０に電源電圧が供給されていない状態から電源電圧が供給される状態に切り替わってから電圧制御発振回路３０に温度補償電圧が供給されるまでの遅延時間（固定であってよいし、可変であってもよい）を制御するものであり、本発明における遅延制御部として機能する。本実施形態では、遅延制御回路１２０は、外部端子４がローレベルからハイレベル又はオープンになった時（スイッチ回路６０が閉じた時）から所定時間をカウントし、所定の遅延時間の経過前はキャパシター２４の端子をオープンにし、所定の遅延時間が経過後にキャパシター２４の端子を温度補償回路１０の出力と接続するように、サンプルホールド回路２０のスイッチ回路２２の開閉動作を制御する。一方、外部端子４がハイレベル又はオープンからローレベルになった時（スイッチ回路６０が開いた時）は、直ちにキャパシター２４の端子をオープンにするようにスイッチ回路２２を制御する。

図６におけるその他の構成は図１と同じであるため、それぞれ同じ符号を付しており、その説明を省略する。

このような構成の第４実施形態の圧電発振器１Ｄは、第１実施形態の圧電発振器１Ａと同様の効果に加えて、遅延時間をあらかじめ調整しておくことで、温度補償回路１０に電源電圧が供給されて温度補償回路１０が安定動作をするようになるまでの期間は、電圧制御発振回路３０に温度補償電圧が供給されないようにすることができ、この期間における発振周波数の揺らぎを抑制することができる。

２．ＧＰＳ受信装置、電子機器
２−１．ＧＰＳの概要
図７は、ＧＰＳの概要について説明するための図である。

ＧＰＳ衛星１５０は、地球の上空の所定の軌道上を周回しており、１．５７５４２ＧＨｚの電波（Ｌ１波）に航法メッセージを重畳させた信号（以下、「ＧＰＳ衛星信号」という）を地上に送信している。ＧＰＳ受信装置２００は、このＧＰＳ衛星信号を受信して航法メッセージを復調する機能を有する装置である。

現在、約３０個のＧＰＳ衛星が存在しており、ＧＰＳ衛星信号がどのＧＰＳ衛星から送信されたかを識別するために、各ＧＰＳ衛星はＣ／Ａコード（Coarse/Acquisition Code）と呼ばれる１０２３ｃｈｉｐ（１ｍｓ周期）の固有のパターンをＧＰＳ衛星信号に重畳する。Ｃ／Ａコードは、各ｃｈｉｐが＋１又は−１のいずれかでありランダムパターンのように見える。従って、ＧＰＳ衛星信号と各Ｃ／Ａコードのパターンの相関をとることにより、ＧＰＳ衛星信号に重畳されているＣ／Ａコードを検出することができる。

ＧＰＳ衛星１５０は原子時計を搭載しており、ＧＰＳ衛星信号には原子時計で計時された極めて正確な時刻情報が含まれている。また、地上のコントロールセグメントにより各ＧＰＳ衛星に搭載されている原子時計のわずかな時刻誤差が測定されており、ＧＰＳ衛星信号にはその時刻誤差を補正するための時刻補正パラメータも含まれている。そのため、ＧＰＳ受信装置２００は、１つのＧＰＳ衛星から送信されたＧＰＳ衛星信号を受信し、その中に含まれる時刻情報と時刻補正パラメータを使用して内部時刻を正確な時刻に修正することができる。

さらに、ＧＰＳ衛星信号にはＧＰＳ衛星１５０の軌道上の位置を示す軌道情報が含まれている。ＧＰＳ受信装置２００は、時刻情報と軌道情報を使用して測位計算を行うことができる。ＧＰＳ受信装置２００の３次元の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を特定する場合、３つ以上のＧＰＳ衛星からそれぞれ送信されたＧＰＳ衛星信号を受信し、その中に含まれる時刻情報と軌道情報を使用して測位計算を行う。また、ＧＰＳ受信装置２００の内部時刻にある程度の誤差が含まれていることを前提とすると、ｘ，ｙ，ｚパラメータに加えて時刻誤差も未知数になるため、ＧＰＳ受信装置２００は、４つ以上のＧＰＳ衛星からそれぞれ送信されたＧＰＳ衛星信号を受信し、その中に含まれる時刻情報と軌道情報を使用して測位計算を行う場合もある。

２−２．ＧＰＳ受信装置の構成
図８は、本実施形態のＧＰＳ受信装置及びこれを含む電子機器の構成例を示す機能ブロック図である。本実施形態の電子機器４００は、ＧＰＳ受信装置２００、ホストＣＰＵ３００、操作部３１０、表示部３２０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３３０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３４０、通信部３５０を含んで構成されている。

ホストＣＰＵ３００は、ＲＯＭ３３０に記憶されているプログラムに従って、各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、ホストＣＰＵ３００は、ＧＰＳ受信装置２００に対して各種の制御コマンドを送信してＧＰＳ受信装置２００の動作を制御したり、ＧＰＳ受信装置２００からの測位データを受け取って各種の計算処理をする。また、ホストＣＰＵ３００は、操作部３１０からの操作信号に応じた各種の処理、表示部３２０に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理、外部とデータ通信を行うために通信部３５０を制御する処理等を行う。

操作部３１０は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号をホストＣＰＵ３００に出力する。この操作部３１０の操作により、測位の開始や終了等の各種指示が入力される。

表示部３２０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成される表示装置であり、ホストＣＰＵ３００から入力される表示信号に基づいて各種の情報（例えば、ナビゲーション情報や時刻情報等）を表示する。

ＲＯＭ３３０は、ホストＣＰＵ３００が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムや、ナビゲーション機能等を実現するための各種プログラムやデータ等を記憶している。

ＲＡＭ３４０は、ホストＣＰＵ３００の作業領域として用いられ、ＲＯＭ３３０から読み出されたプログラムやデータ、操作部３１０から入力されたデータ、ホストＣＰＵ３００が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。

通信部３５０は、ＣＰＵ３００と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。

ＧＰＳ受信装置２００は、ＧＰＳアンテナ２０２、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：表面弾性波）フィルター２０４、ＲＦ回路２１０、ベースバンド回路２２０、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）２３０を含んで構成されており、ＧＰＳ衛星信号の受信、時刻情報や軌道情報の取得、測位計算等の処理を行う。

ＧＰＳアンテナ２０２は、ＧＰＳ衛星信号を含む各種の電波を受信するアンテナである。ＳＡＷフィルター２０４は、ＧＰＳアンテナ２０２が受信した電波からＧＰＳ衛星信号を抽出する処理を行う。すなわち、ＳＡＷフィルター２０４は、１．５ＧＨｚ帯の信号を通過させるバンドパスフィルターとして構成される。ＧＰＳアンテナ２０２及びＳＡＷフィルター２０４は、本発明における受信部として機能する。

ＲＦ回路２１０は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）２１１、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）２１２、ミキサー２１３、ＩＦアンプ２１４、ＩＦ（Intermediate Frequency：中間周波数）フィルター２１５、ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）２１６を含んで構成されている。

ＰＬＬ２１１は、数十ＭＨｚ程度で発振するＴＣＸＯ２３０の発振信号を１．５ＧＨｚ帯の周波数に逓倍したクロック信号を生成する。

ＳＡＷフィルター２０４が抽出したＧＰＳ衛星信号は、ＬＮＡ２１２で増幅される。ＬＮＡ２１２で増幅されたＧＰＳ衛星信号は、ミキサー２１３でＰＬＬ２１１が出力するクロック信号とミキシングされて中間周波数帯（例えば、数ＭＨｚ）の信号（ＩＦ信号）にダウンコンバートされる。ミキサー２１３でミキシングされた信号は、ＩＦアンプ２１４で増幅される。

ミキサー２１３でのミキシングにより、ＩＦ信号とともにＧＨｚオーダーの高周波信号も生成されるため、ＩＦアンプ２１４はＩＦ信号とともにこの高周波信号も増幅する。ＩＦフィルター２１５は、ＩＦ信号を通過させるとともに、この高周波信号を除去する（正確には、所定のレベル以下に減衰させる）。ＩＦフィルター２１５を通過したＩＦ信号はＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）２１６でデジタル信号に変換される。

このように、ＲＦ回路２１０は、ＴＣＸＯ２３０の発振信号に基づいて、ＧＰＳ衛星信号からＩＦ信号を復調するものであり、本発明におけるＲＦ処理部として機能する。

ベースバンド回路２２０は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）２２１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２２２、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）２２３、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）２２４を含んで構成されており、ＴＣＸＯ２３０の発振信号をクロック信号として各種処理を行う。

ＤＳＰ２２１とＣＰＵ２２２は、協働しながら、ＩＦ信号からベースバンド信号を復調し、ベースバンド信号に対して各種処理を行い航法メッセージに含まれる時刻情報や軌道情報を取得し、測位計算を行う。

ＳＲＡＭ２２３は、取得した時刻情報や軌道情報を記憶するためのものである。ＲＴＣ２２４は、ベースバンド処理を行うためのタイミングを生成するものである。このＲＴＣ２２４は、ＴＣＸＯ２３０からのクロック信号でカウントアップされる。

ベースバンド回路２２０は、ベースバンド信号の処理として、例えば、後述する衛星検索工程において、各Ｃ／Ａコードと同一のパターンのローカルコードを発生し、ベースバンド信号に含まれる各Ｃ／Ａコードとローカルコードの相関をとる処理を行う。そして、ベースバンド回路２２０は、各ローカルコードに対する相関値がピークになるようにローカルコードの発生タイミングを調整し、相関値が閾値以上となる場合にはそのローカルコードのＧＰＳ衛星に同期（ＧＰＳ衛星を捕捉）したものと判断する。なお、ＧＰＳでは、すべてのＧＰＳ衛星が異なるＣ／Ａコードを用いて同一周波数の衛星信号を送信するＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式を採用している。従って、受信したＧＰＳ衛星信号に含まれるＣ／Ａコードを判別することで、捕捉可能なＧＰＳ衛星を検索することができる。

また、ベースバンド回路２２０は、捕捉したＧＰＳ衛星の時刻情報や軌道情報を取得するために、当該ＧＰＳ衛星のＣ／Ａコードと同一のパターンのローカルコードとベースバンド信号をミキシングする処理を行う。ミキシングされた信号には、捕捉したＧＰＳ衛星の時刻情報や軌道情報を含む航法メッセージが復調される。そして、ベースバンド回路２２０は、航法メッセージに含まれる軌道情報や時刻情報を取得し、ＳＲＡＭ２２３に記憶する処理を行う。

また、ベースバンド回路２２０は、時刻情報や軌道情報に基づいて測位計算を行い、測位計算により得られた位置情報（測位データ）をホストＣＰＵ３００に送信する処理を行う。

ところで、ＲＦ回路２１０は、ＧＰＳ衛星信号の周波数に正確にロックさせるために、周波数誤差が±０．５ｐｐｍ以内の極めて正確なクロック信号を必要とする。これに対して、ベースバンド回路２２０は、すべての処理をデジタル処理で行うため、周波数誤差が±１００ｐｐｍ程度（水晶振動子の周波数温度特性の変動幅程度）のクロック信号でも正常に動作することができる。そこで、特に本実施形態では、ＴＣＸＯ２３０は、温度補償を行って周波数精度が極めて高い発振信号を生成するモード（ＴＣＸＯモード）と、温度補償を行わず周波数精度が低い発振信号を生成するモード（ＳＰＸＯモード）のいずれかを、外部端子（モード選択端子）を介して選択できるようになっている。ＴＣＸＯモードは消費電力が大きいが極めて高い周波数精度のクロック信号を得ることができ、ＳＰＸＯモードはクロック信号の周波数精度は低いが消費電力を低減することができる。このようなＴＣＸＯ２３０は、例えば、前述した第１実施形態〜第４実施形態のいずれかの圧電発振器として実現することができる。

本実施形態では、ベースバンド回路２２０が、ＴＣＸＯ２３０のモード選択端子に制御信号を供給することで、ＴＣＸＯモードとＳＰＸＯモードを任意のタイミングで切り替えることができるようになっており、この２つのモードの切替タイミングはアプリケーションに応じて適切に設定される。例えば、１秒毎に位置情報を更新するナビゲーションを考えた場合、１秒間のうち、ＲＦ回路２１０は最初の１００ｍｓのみ処理を行い、ベースバンド回路２２０はその後の９００ｍｓで処理を行うようにすることができる。この場合、ベースバンド回路２２０は、ＲＦ回路２１０が処理を行う期間はＴＣＸＯモードを選択し、ベースバンド回路２２０が処理を行う期間はＳＰＸＯモードを選択するようにしてもよい。

このように、ベースバンド回路２２０は、ＲＦ回路２１０がＧＰＳ衛星信号からＩＦ信号を復調する期間は、ＴＣＸＯ２３０の温度補償回路に電源電圧が供給されるように制御するとともに、測位計算処理を行う期間と同期させてＴＣＸＯ２３０の温度補償回路の少なくとも一部（たとえば温度補償回路を構成する複数の能動回路のうち少なくとも一部）に電源電圧が供給されないように制御するための制御信号を生成するものであり、本発明におけるベースバンド処理部として機能する。

なお、電子機器４００としては、携帯電話機、携帯型ナビゲーション装置（ＰＮＤ：Portable Navigation Device）、ＰＤＡ（Personal Data Assistance）、携帯型音楽プレイヤー、腕時計等が挙げられる。

２−３．ＧＰＳ受信装置の処理
図９は、本実施形態のＧＰＳ受信装置の具体的な処理の一例を示すフローチャート図である。

ＧＰＳ受信装置２００は、ホストＣＰＵ３００から測位処理の指示を受けると、ベースバンド処理回路２２０により、ＴＣＸＯ２３０の温度補償機能をＯＮ（ＴＣＸＯモードに設定）し（ステップＳ１０）、測位処理を開始する（ステップＳ２０）。

ＧＰＳ受信装置２００は、まず、衛星検索工程（衛星サーチ工程）を開始する（ステップＳ３０）。衛星検索工程において、ＧＰＳ受信装置２００は、捕捉可能なＧＰＳ衛星を検索する処理を行う。具体的には、衛星検索工程において、ＲＦ回路２１０がＧＰＳ衛星信号を受信してＩＦ信号を生成し、ベースバンド回路２２０が、ＩＦ信号からベースバンド信号を復調するとともに、各衛星番号のＣ／Ａコードと同一のパターンのローカルコードを発生させ、ベースバンド信号に含まれるＣ／Ａコードと各ローカルコードの相関値を計算する。ベースバンド信号に含まれるＣ／Ａコードとローカルコードが同じコードであれば相関値は所定のタイミングでピークを持つが、異なるコードであれば相関値はピークをもたず常にほぼゼロとなる。ベースバンド回路２２０は、ベースバンド信号に含まれるＣ／Ａコードとローカルコードの相関値が最大になるようにローカルコードの発生タイミングを調整し、相関値が所定の閾値以上であればＧＰＳ衛星を捕捉したものと判断する。そして、ベースバンド回路２２０は、捕捉した各ＧＰＳ衛星の情報（衛星番号等）をＳＲＡＭ２２３に記憶する。

ＧＰＳ受信装置２００は、少なくとも１つのＧＰＳ衛星を捕捉する前にタイムアウト時間が経過した場合（ステップＳ４０でＹｅｓの場合）、ホストＣＰＵ３００から測位処理の終了指示を受けなければ（ステップＳ１５０でＮｏの場合）、衛星検索工程を継続する（ステップＳ３０）。電子機器４００が受信できない環境にある場合、例えば、屋内にあるような場合には、すべてのＧＰＳ衛星のサーチを行っても捕捉できるＧＰＳ衛星が存在せず、タイムアウトが発生する。

一方、タイムアウト時間が経過する前にＧＰＳ衛星を捕捉することができた場合（ステップＳ５０でＹｅｓの場合）、ＧＰＳ受信装置２００は、捕捉したＧＰＳ衛星の衛星情報（時刻情報や軌道情報等）の取得を開始する（ステップＳ６０）。具体的には、ベースバンド回路２２０が、捕捉した各ＧＰＳ衛星からの航法メッセージをそれぞれ復調して時刻情報や軌道情報を取得し、取得した時刻情報や軌道情報をＳＲＡＭ２２３に記憶する。

ＧＰＳ受信装置２００がＮ個（例えば３個又は４個）以上のＧＰＳ衛星の衛星情報を取得する前にタイムアウト時間が経過した場合（ステップＳ７０でＹｅｓの場合）、ホストＣＰＵ３００から測位処理の終了指示を受けなければ（ステップＳ１５０でＮｏの場合）、衛星検索工程を継続する（ステップＳ３０）。ＧＰＳ受信装置２００がＮ個（例えば３個又は４個）以上のＧＰＳ衛星を捕捉することができない場合や捕捉したＧＰＳ衛星からのＧＰＳ衛星信号の受信レベルが小さすぎる場合には、Ｎ個（例えば３個又は４個）以上のＧＰＳ衛星の衛星情報を正しく復調することができないままタイムアウトが発生する。

一方、タイムアウト時間が経過する前にＮ個（例えば３個又は４個）以上のＧＰＳ衛星の衛星情報を取得することができた場合（ステップＳ８０でＹｅｓの場合）、衛星サーチ開始後所定時間Ｔ_１が経過すると（ステップＳ９０でＹｅｓの場合）、ＧＰＳ受信装置２００は、ベースバンド処理回路２２０により、ＴＣＸＯ２３０の温度補償機能をＯＦＦ（ＳＰＸＯモードに設定）し（ステップＳ１００）、測位計算を開始する（ステップＳ１１０）。具体的には、ベースバンド回路２２０が、捕捉したＧＰＳ衛星からＮ個（例えば３個又は４個）のＧＰＳ衛星を選択し、選択したＮ個（例えば３個又は４個）のＧＰＳ衛星の衛星情報（時刻情報及び軌道情報）をＳＲＡＭ２２３から読み出して測位計算（位置情報の生成）を開始する（ステップＳ１１０）。

具体的には、ベースバンド回路２２０は、内部時刻と時刻情報の差及び時刻補正データに基づいて、Ｎ個（例えば３個又は４個）のＧＰＳ衛星と電子機器４００との距離をそれぞれ計算し、軌道情報に基づいてＮ個のＧＰＳ衛星の位置をそれぞれ計算し、Ｎ個のＧＰＳ衛星と電子機器４００との距離及びＮ個のＧＰＳ衛星の位置に基づいて、電子機器４００の位置情報を生成することができる。

ＧＰＳ受信装置２００は、測位計算の終了後、測位データ（測位計算結果、具体的には位置情報）をホストＣＰＵ３００に送信する（ステップＳ１２０）。

そして、測位計算開始後所定時間Ｔ_２が経過すると（ステップＳ１３０でＹｅｓの場合）、ＧＰＳ受信装置２００は、ベースバンド処理回路２２０により、ＴＣＸＯ２３０の温度補償機能をＯＮ（ＴＣＸＯモードに設定）し（ステップＳ１４０）、ホストＣＰＵ３００から測位処理の終了指示を受けなければ（ステップＳ１５０でＮｏの場合）、次の測位計算のために新たに衛星検索工程を開始する（ステップＳ３０）。

ＧＰＳ受信装置２００は、ホストＣＰＵ３００から測位処理の終了指示を受けるまで（ステップＳ１５０でＹｅｓになるまで）、ステップＳ３０以降の処理を繰り返す。

このフローチャートによれば、ＲＦ回路２１０がＧＰＳ衛星信号からＩＦ信号を復調する期間は、ＴＣＸＯ２３０をＴＣＸＯモードで動作させることで±０．５ｐｐｍ程度の極めて高い周波数精度のクロック信号をＲＦ回路２１０に供給することができる。一方、ベースバンド回路２２０が測位計算処理を行う期間は、±１００ｐｐｍ程度の周波数精度のクロック信号でも十分であり、ＴＣＸＯ２３０をＳＰＸＯモードで動作させることで消費電力を低減することができる。

例えば、１秒毎に位置情報を更新するナビゲーションであれば、Ｔ_１＝１００ｍｓ、Ｔ_２＝９００ｍｓに設定すれば、１秒間のうちの最初の１００ｍｓで衛星情報を取得し、残りの９００ｍｓで測位計算を行うようにすることができる。つまり、ＴＣＸＯ２３０は、最初の１００ｍｓはＴＣＸＯモードであり、残りの９００ｍｓはＳＰＸＯモードである。従って、ＳＰＸＯモードにすることでＴＣＸＯ２３０の消費電力を５０％削減することができるとすると、ＴＸＯ２３０がＳＰＸＯモードで動作する時間が９０％であるので、全体としてＴＣＸＯ２３０の消費電力を４５％削減することができる。

図１０は、本実施形態のＧＰＳ受信装置の具体的な処理の他の一例を示すフローチャート図である。図９のフローチャートでは、衛星検索工程を再開する直前にＴＣＸＯ２３０をＴＣＸＯモードに設定している。その場合、ＴＣＸＯモードになると温度補償回路に電源電圧が供給されて動作を開始するとＴＣＸＯ２３０の回路部分が発熱するが、この熱が水晶振動子に伝わって回路部分と水晶振動子の温度差がなくなるまでに若干の時間がかかる。そのため、ＴＣＸＯ２３０をＴＣＸＯモードに設定した後、所定時間は、温度センサーの検出温度と水晶振動子の実際の温度にずれが生じ、ＴＣＸＯ２３０の周波数精度が劣化する。従って、ＧＰＳ受信装置２００は、衛星検索工程を再開しても、ＧＰＳ衛星信号にすぐにロックすることができず、無駄な処理を行うことになる。そこで、図１０のフローチャートでは、ＧＰＳ受信装置２００が衛星検索工程を再開する所定時間前からＴＣＸＯ２３０をＴＣＸＯモードに設定する。図１０のフローチャートにおいて、図９と同じ処理には同じ符号を付しており、その説明を省略する。

図１０のフローチャートにおいて、ステップＳ１０〜Ｓ１１０の処理は、図９のフローチャートと同じである。図１０のフローチャートでは、ＧＰＳ受信装置２００は、測位計算を開始した後所定時間Ｔ_３が経過すると（ステップＳ１１２でＹｅｓの場合）、ベースバンド処理回路２２０により、ＴＣＸＯ２３０の温度補償機能をＯＮ（ＴＣＸＯモードに設定）する（ステップＳ１１４）。

そして、ＧＰＳ受信装置２００は、測位計算の終了後、測位データ（測位計算結果、具体的には位置情報）をホストＣＰＵ３００に送信し（ステップＳ１２０）、測位計算開始後所定時間Ｔ_２が経過すると（ステップＳ１３０でＹｅｓの場合）、ホストＣＰＵ３００から測位処理の終了指示を受けなければ（ステップＳ１５０でＮｏの場合）、次の測位計算のために新たに衛星検索工程を開始する（ステップＳ３０）。

このフローチャートによれば、ＲＦ回路２１０が処理を開始するＴ_２−Ｔ_３時間だけ前からＴＣＸＯ２３０をＴＣＸＯモードで動作させることで±０．５ｐｐｍ程度の極めて高い周波数精度のクロック信号をＲＦ回路２１０に供給することができる。従って、Ｔ_２−Ｔ_３を適切に設定することで、ＴＣＸＯ２３０の温度補償回路に電源電圧が供給された後、当該温度補償回路から発生する熱が水晶振動子に伝わって温度センサーの検出温度と水晶振動子の温度の差がなくなった後に、ＲＦ回路２１０の処理を開始させることができる。従って、温度センサーの検出温度と水晶振動子の温度の差に起因するＴＣＸＯ２３０の周波数誤差の影響を抑制し、ＲＦ回路２１０の動作開始直後の処理を無駄にしないようにすることができる。

例えば、１秒毎に位置情報を更新するナビゲーションであれば、Ｔ_１＝１００ｍｓ、Ｔ_２＝９００ｍｓ、Ｔ_３＝８００ｍｓに設定することで、ＲＦ回路２１０が処理を開始する１００ｍｓ前からＴＣＸＯ２３０がＴＣＸＯモードになる。この１００ｍｓの間に温度センサーの検出温度と水晶振動子の温度の差が無くなれば、ＲＦ回路２１０が衛星検索工程を開始した直後からＧＰＳ衛星信号にロックすることができるようになる。

なお、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。

例えば、第４実施形態の圧電発振器１Ｄでは、第１実施形態の圧電発振器１Ａに対して遅延制御回路１２０を付加した構成であるが、第２実施形態の圧電発振器１Ｂや第３実施形態の圧電発振器１Ｃに対して遅延制御回路１２０を付加した圧電発振器を構成することもできる。第２実施形態の圧電発振器１Ｂに対して遅延制御回路１２０を付加する場合、遅延制御回路１２０は、外部端子４がローレベルからハイレベル又はオープンになった時（スイッチ回路６０が閉じた時）から所定時間をカウントし、所定の遅延時間の経過前は電圧制御発振回路３０に定電圧発生回路１００による一定電圧が供給され、所定の遅延時間が経過後に電圧制御発振回路３０に温度補償電圧が供給されるように、スイッチ回路９０を制御するとともに、外部端子４がハイレベル又はオープンからローレベルになった時（スイッチ回路６０が開いた時）は、電圧制御発振回路３０に直ちに一定電圧が供給されるようにスイッチ回路９０を制御すればよい。また、第３実施形態の圧電発振器１Ｃに対して遅延制御回路１２０を付加する場合、遅延制御回路１２０は、外部端子４がローレベルからハイレベル又はオープンになった時（スイッチ回路６０が閉じた時）から所定時間をカウントし、所定の遅延時間の経過前は温度補償回路１１０の内部のスイッチ回路１１２、１１３、１１４、１１５をすべて開き、所定の遅延時間が経過後にスイッチ回路１１２、１１３、１１４、１１５をすべて閉じるように制御するとともに、外部端子４がハイレベル又はオープンからローレベルになった時（スイッチ回路６０が開いた時）は、スイッチ回路１１２、１１３、１１４、１１５を直ちに開くように制御すればよい。

また、例えば、第１実施形態〜第４実施形態の圧電発振器において、ＰＲＯＭ７０に温度補償データのみが記憶されている場合は、温度補償回路１０への電源電圧の供給停止と同期させてＰＲＯＭ７０への電源電圧の供給も停止するようにしてもよい。このようにすれば、圧電発振器の消費電力をさらに低減することができる。ただし、これらの圧電発振器を本実施形態のＧＰＳ受信装置２００に用いる場合、温度補償回路１０への電源電圧の供給停止期間（ＲＦ回路２１０の動作停止期間）もベースバンド回路２２０にクロック信号を供給する必要があるため、ＰＲＯＭ７０に温度補償データとともにインバーター３２の能力の調整データ等が記憶されている場合は温度補償回路１０への電源電圧の供給停止期間もＰＲＯＭ７０への電源電圧の供給を停止しないほうがよい。

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。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 圧電発振器、２，３，４，５，６，７ 外部端子、８ プルアップ抵抗、１０ 温度補償回路、１１ 温度センサー、１２ ５次関数電圧発生回路、１３ ４次関数電圧発生回路、１４ ３次関数電圧発生回路、１５ １次関数電圧発生回路、１６ 基準電圧発生回路、１７ 電圧加算回路、２０ サンプルホールド回路、２２ スイッチ回路、２４ キャパシター、３０ 電圧制御発振回路、３２ インバーター、３４ 抵抗、３６ キャパシター、３８ バリキャップ、４０ 圧電振動子、５０ 出力バッファー、６０ スイッチ回路、７０ プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、８０ レギュレーター、９０ スイッチ回路、１００ 定電圧発生回路、１０２，１０４ 抵抗、１１０ 温度補償回路、１１２，１１３，１１４，１１５ スイッチ回路、１２０ 遅延制御回路、１５０ ＧＰＳ衛星、２００ ＧＰＳ受信装置、３００ ホストＣＰＵ、３１０ 操作部、３２０ 表示部、３３０ ＲＯＭ、３４０ ＲＡＭ、３５０ 通信部、２０２ ＧＰＳアンテナ、２０４ ＳＡＷフィルター、２１０ ＲＦ回路、２１１ ＰＬＬ、２１２ ＬＮＡ、２１３ ミキサー、２１４ ＩＦアンプ、２１５ ＩＦフィルター、２１６ ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）、２２０ ベースバンド回路、２２１ ＤＳＰ、２２２ ＣＰＵ、２２３ ＳＲＡＭ、２２４ ＲＴＣ（リアルタイムクロック）、２３０ 温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）

Claims (14)

1. 圧電振動子と、
   前記圧電振動子の周波数温度特性を特定するための温度補償データを記憶する記憶部と、
   温度情報を取得し、取得した前記温度情報と前記温度補償データとに基づいて、前記圧電振動子の周波数温度特性を補償するための温度補償電圧を発生させる温度補償回路と、
   前記圧電振動子を発振させるとともに、発振制御電圧に基づいて前記圧電振動子の発振周波数を制御する電圧制御発振回路と、
   外部からの制御信号に基づいて、前記温度補償回路に電源電圧を供給するか又は前記温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧を供給しないように制御する電源制御部と、を含み、
   前記温度補償回路に電源電圧が供給される期間と同期して、前記電圧制御発振回路に前記発振制御電圧として前記温度補償電圧が供給され、
   前記温度補償回路は、
   前記温度情報と前記温度補償データとに基づいて、前記圧電振動子の周波数温度特性を近似する多項式の各次数の項を補償するための電圧をそれぞれ発生させる複数の電圧発生回路と、
   当該複数の電圧発生回路が発生させる電圧に基づいて前記温度補償電圧を生成する温度補償電圧生成回路と、を含み、
   前記電源制御部は、
   前記制御信号に基づいて、前記多項式の１次以上の項を補償するための電圧を発生させる前記電圧発生回路に電源電圧を供給するか否かを制御し、
   前記温度補償電圧生成回路は、
   前記多項式の１次以上の項を補償するための電圧を発生させる前記電圧発生回路に電源電圧が供給されない時は、前記多項式の０次の項を補償するための電圧を前記発振制御電圧として前記電圧制御発振回路に供給する、圧電発振器。
2. 請求項１において、
   前記温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧が供給されていない状態から前記温度補償回路に電源電圧が供給される状態に切り替わってから前記電圧制御発振回路に前記温度補償電圧が供給されるまでの遅延時間を制御する遅延制御部をさらに含む、圧電発振器。
3. 圧電振動子と、
   前記圧電振動子の周波数温度特性を特定するための温度補償データを記憶する記憶部と、
   温度情報を取得し、取得した前記温度情報と前記温度補償データとに基づいて、前記圧電振動子の周波数温度特性を補償するための温度補償電圧を発生させる温度補償回路と、
   前記圧電振動子を発振させるとともに、発振制御電圧に基づいて前記圧電振動子の発振周波数を制御する電圧制御発振回路と、
   外部からの制御信号に基づいて、前記温度補償回路に電源電圧を供給するか又は前記温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧を供給しないように制御する電源制御部と、
   前記温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧が供給されていない状態から前記温度補償回路に電源電圧が供給される状態に切り替わってから前記電圧制御発振回路に前記温度補償電圧が供給されるまでの遅延時間を制御する遅延制御部と、を含み、
   前記温度補償回路に電源電圧が供給される期間と同期して、前記電圧制御発振回路に前記発振制御電圧として前記温度補償電圧が供給される、圧電発振器。
4. 請求項３において、
   前記制御信号に基づいて、前記電圧制御発振回路に前記発振制御電圧として前記温度補償電圧を供給するか固定電圧を供給するかを制御する温度補償電圧制御部をさらに含み、
   前記温度補償電圧制御部は、
   前記温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧が供給されない時は、前記電圧制御発振回路に前記発振制御電圧として前記固定電圧を供給する、圧電発振器。
5. 請求項４において、
   前記温度補償電圧制御部は、
   前記温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧が供給されなくなると同時に又はその前に前記温度補償電圧を保持し、前記温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧が供給されない時は、前記固定電圧として当該保持した前記温度補償電圧を前記電圧制御発振回路に供給する、圧電発振器。
6. 請求項４において、
   前記温度補償電圧制御部は、
   前記温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧が供給されない時は、前記固定電圧として所定の一定電圧を前記電圧制御発振回路に供給する、圧電発振器。
7. 圧電振動子と、前記圧電振動子の周波数温度特性を特定するための温度補償データを記憶する記憶部と、温度情報を取得し、取得した前記温度情報と前記温度補償データとに基づいて、前記圧電振動子の周波数温度特性を補償するための温度補償電圧を発生させる温度補償回路と、前記圧電振動子を発振させるとともに、発振制御電圧に基づいて前記圧電振動子の発振周波数を制御する電圧制御発振回路と、外部からの制御信号に基づいて、前記温度補償回路に電源電圧を供給するか又は前記温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧を供給しないように制御する電源制御部と、を含み、前記温度補償回路に電源電圧が供給される期間と同期して、前記電圧制御発振回路に前記発振制御電圧として前記温度補償電圧が供給される圧電発振器と、
   ＧＰＳ衛星から送信された電波信号を受信する受信部と、
   前記圧電発振器の発振信号に基づいて、前記電波信号から中間周波数帯の信号を復調するＲＦ処理部と、
   前記圧電発振器の発振信号に基づいて、前記中間周波数帯の信号からベースバンド信号を復調し、当該ベースバンド信号から所定の情報を抽出して所定の計算処理を行うベースバンド処理部と、を含み、
   前記ベースバンド処理部は、
   前記ＲＦ処理部が前記電波信号から前記中間周波数帯の信号を復調する期間は、前記圧電発振器の前記温度補償回路に電源電圧が供給されるように制御するとともに、前記計算処理を行う期間と同期させて前記圧電発振器の前記温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧が供給されないように制御するための前記制御信号を生成して前記圧電発振器に供給する、ＧＰＳ受信装置。
8. 請求項７において、
   前記圧電発振器は、
   前記制御信号に基づいて、前記電圧制御発振回路に前記発振制御電圧として前記温度補償電圧を供給するか固定電圧を供給するかを制御する温度補償電圧制御部をさらに含み、
   前記温度補償電圧制御部は、
   前記温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧が供給されない時は、前記電圧制御発振回路に前記発振制御電圧として前記固定電圧を供給する、ＧＰＳ受信装置。
9. 請求項８において、
   前記温度補償電圧制御部は、
   前記温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧が供給されなくなると同時に又はその前に前記温度補償電圧を保持し、前記温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧が供給されない時は、前記固定電圧として当該保持した前記温度補償電圧を前記電圧制御発振回路に供給する、ＧＰＳ受信装置。
10. 請求項８において、
    前記温度補償電圧制御部は、
    前記温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧が供給されない時は、前記固定電圧として所定の一定電圧を前記電圧制御発振回路に供給する、ＧＰＳ受信装置。
11. 請求項７において、
    前記温度補償回路は、
    前記温度情報と前記温度補償データとに基づいて、前記圧電振動子の周波数温度特性を近似する多項式の各次数の項を補償するための電圧をそれぞれ発生させる複数の電圧発生回路と、
    当該複数の電圧発生回路が発生させる電圧に基づいて前記温度補償電圧を生成する温度補償電圧生成回路と、を含み、
    前記電源制御部は、
    前記制御信号に基づいて、前記多項式の１次以上の項を補償するための電圧を発生させる前記電圧発生回路に電源電圧を供給するか否かを制御し、
    前記温度補償電圧生成回路は、
    前記多項式の１次以上の項を補償するための電圧を発生させる前記電圧発生回路に電源電圧が供給されない時は、前記多項式の０次の項を補償するための電圧を前記発振制御電圧として前記電圧制御発振回路に供給する、ＧＰＳ受信装置。
12. 請求項７乃至１１のいずれか一項において、
    前記温度補償回路の少なくとも一部に電源電圧が供給されていない状態から前記温度補償回路に電源電圧が供給される状態に切り替わってから前記電圧制御発振回路に前記温度補償電圧が供給されるまでの遅延時間を制御する遅延制御部をさらに含む、ＧＰＳ受信装置。
13. 請求項７乃至１２のいずれか一項において、
    前記ベースバンド処理部は、
    前記ＲＦ処理部が前記電波信号から前記中間周波数帯の信号を復調する処理を開始する所定時間前に前記温度補償回路に電源電圧が供給されるように制御するための前記制御信号を生成する、ＧＰＳ受信装置。
14. 請求項７乃至１３のいずれか一項に記載のＧＰＳ受信装置を含む、電子機器。

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