[发明专利]温度控制电路、振荡控制电路以及温度控制方法

说明书

本发明提供一种温度控制电路、振荡控制电路以及温度控制方法，更高精度地进行封装体内的温度控制。为此，温度控制电路具备：温度传感器，其配置于封装体内，检测封装体内的温度；加热器电流检测电路，其检测加热器的驱动量；指标温度生成电路，其根据谐振器的目标温度和通过加热器电流检测电路检测出的驱动量检测值来生成指标温度；加热器电流驱动器，其控制加热器，以使通过温度传感器检测出的检测温度与指标温度一致；以及N阶校正电路，其被输入通过加热器电流检测电路检测出的驱动量检测值或者基于指标温度的信号，来消除通过加热器电流检测电路产生的二阶以上的变动分量对谐振器的温度的影响。

技术领域

本发明涉及一种温度控制电路、振荡控制电路以及温度控制方法。

背景技术

一般来说，对于面向基站的基准时钟，要求将频率温度变动抑制到数十～数百ppb的数量级。一般使用利用了晶体振子(Xtal)的晶体振荡器(XO)作为基准时钟的时钟源，但是晶体振子的频率温度变动例如在-40℃～85℃的范围内为数十ppm这种大小。

因此，一般使用将晶体振子的温度保持恒定的OCXO(恒温晶体振荡器、OvenControlled Xtal Oscillator)，从而实现了对晶体振子的频率温度变动的抑制。

OCXO例如图17所示，为了使通过温度传感器101检测出的温度Vsens与为恒定电压的指标温度Vgt一致，设置差分放大器102来形成热反馈环，根据差分放大器102的输出来控制作为电流驱动器103的PMOS元件，由此使规定的加热器电流Ih流动。由此，加热器发热，通过该发热使包括晶体振子104的封装体105内的温度恒定。另外，温度传感器101、差分放大器102、电流驱动器103以及控制晶体振荡器中的晶体振子104的控制电路构成为集成电路IC。

在此，在图17所示的热控制中，相对于环境温度的变化而言恒定的是温度传感器101的输出温度，而不是晶体振子104的温度。因此，晶体振子104的温度在现实中以数[℃]的数量级变化。关于该原理，说明图18所示的热阻模型。

在图18所示的封装体105内的热阻模型中，针对环境温度Ta[℃]，将搭载了加热器的电流驱动器103、晶体振子104的控制电路等的集成电路IC的温度(下面，也称为IC温度。)设为Ti[℃]，将晶体振子104的温度(下面，也称为晶体振子温度。)设为Tx[℃]，将集成电路IC的功耗设为Pi[W]。另外，作为热阻，将外部空气～IC之间设为θai[℃/W]，将外部空气～晶体振子104之间设为θax[℃/W]，将集成电路IC～晶体振子104之间设为θix[℃/W]。

首先，IC温度Ti通过热反馈而被控制为目标值Tgt，因此Ti＝Tgt(恒定)。

另一方面，对于晶体振子温度Tx，通过将IC温度Ti(＝Tgt)和环境温度Ta根据热阻θix和θax进行分割，能够通过下面的式(1)表示。

Tx＝{(θax/(θix+θax)}×Tgt+{θix/(θix+θax)}×Ta……(1)

也就是说，针对环境温度Ta的变动，晶体振子温度Tx示出1阶变化。例如在Tgt＝98[℃]、θai＝300[℃/W]、θax＝295[℃/W]、θix＝5[℃/W]的情况下，晶体振子104的温度变动达到约2[℃]。

假设，作为晶体振子104，即使使用了在其频率温度特性为极值的拐点温度附近的频率温度变动小的SC-cut型Xtal，该SC-cut型Xtal的频率温度特性也在相对于极值偏离数[℃]的温度处例如为100[ppb/℃]左右。因此，通过约2[℃]的晶体振子温度变动产生的频率变动为约200[ppb]。例如在符合Stratum3E的基准时钟中自运行时频率变动(延迟特性)的要求为每天10[ppb]，在图18所示的热阻模型中无法满足。这样在一般的OCXO中，晶体振子温度示出1阶变动，存在频率温度变动变大这样的问题。