JP4118142B2 - エージングおよび温度の自動補償を有する基準オシレータ - Google Patents

Description

（背景）
（発明の分野）
本発明は電子回路に関し、より詳細には、基準オシレータを調整する電子回路に関する。

（関連技術の説明）
利用可能な電磁スペクトルは、限られた資源であるために、政府機関は、その使用および開発を規制している。例えば、米国では、連邦通信委員会（Ｆｅｄｅｒａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）（ＦＦＣ）は、使用可能な電磁スペクトルを周波数範囲または帯域に分割している。各帯域は、特定の機能に割り当てられてもよいし、将来の使用のために確保されてもよい。数帯域のみが特定の機能（携帯通信等）に割り当てられるために、帯域が効率的に利用されることが重要である。

従って、無線通信に割り当てられた周波数帯域は、多くの無線ユーザに適応されるべきである。各周波数帯域が多くのユーザに適応することを可能にするためには、無線通信デバイスは、その特定の基地局によって使用されたキャリア周波数を正確に見出すために典型的には基準オシレータを使用する。特定の使用では、無線デバイスは、１つ以上の基地局と通信するように構成されたモバイルハンドセットである。

キャリア周波数を見出すためには、無線通信デバイスにおいて動作する基準オシレータは、典型的には、高精度の周波数基準を発生する。低コストのオシレータは、実質的な初期エラー、大きい個々の変動、および経時的な性能低下を受ける傾向があるために、そのオシレータは、このような正確な周波数基準を発生させるために使用されなかった。従って、公知の無線通信デバイスは、高価な高精度基準オシレータおよび関連した精密な回路構成を使用して、必要な精度および再現性を獲得する。

一般的に、無線通信デバイスまたはモバイルハンドセットにおける精密回路構成は、電圧制御された温度補償結晶オシレータ（ＶＣ−ＴＣＸＯ）を含む。ＶＣ−ＴＣＸＯは、ハンドセットによって使用され、キャリア周波数を見出すか、またはこれを絞り込む（ｌｏｃｋ ｏｎｔｏ）ために使用される基準周波数を提供する。ハンドセットの現在の温度に依存して、ＶＣ−ＴＣＸＯは、その同調を調整して一定の基準周波数出力を維持する。しかし、このようなＶＣ−ＴＣＸＯは、比較的高価であり、ハンドセットのコストに著しく加算される。さらに、ＶＣ−ＴＣＸＯの出費にもかかわらず、結局、基準周波数出力は経時的にドリフトする。さらに、典型的には、ＶＣ−ＴＣＸＯは、ハンドセットの設計を複雑化する製造許容差の結果生じる中間初期精度を有する。

さらに、ＶＣ−ＴＣＸＯに対する従来の温度補償回路構成は、極限の温度では精度を低下させる。この低下された精度にもかかわらず、ユーザは、ハンドセットが有線電話の通信を模倣または改良する信頼性のある通信を提供することを期待する。期待を満たすために、ハンドセットは、許容可能な期間で一貫して通信を確立し、受信器の広範な温度範囲にわたって通信を確立しなければならない。例えば、ハンドセットは、準極寒の（ｓｕｂ−Ａｒｃｔｉｃ）条件で動作し、夏季において車のダッシュボードの過剰な熱を受けた後でもさらに動作することが期待される。結果として、ハンドセットＶＣ−ＴＣＸＯは、典型的には、温度範囲−３０℃〜＋８５℃にわたって、約＋／−２ｐｐｍ（百万分の１）より良好な周波数精度を維持するべきであることが望ましい。

冒頭で一般的に説明されたように、ＶＣ−ＴＣＸＯは経時的に安定ではない。ＶＣ−ＴＣＸＯモジュールは、１年毎に約１ｐｐｍドリフトし得るが、しばしば、長年にわたって動作することが期待される。ＶＣ−ＴＣＸＯモジュールを調整するために使用された典型的なＡＦＣ（自動周波数制御）ループは、その所望の基準周波数に対して約＋／−４ｐｐｍ以下のオフセットを処理し得る。従って、わずか数年間で、このようなＶＣ−ＴＣＸＯモジュールは、それが基地局のキャリアを獲得または捕獲する際に支援することができないかもしれない点にドリフトされる。

ＶＣ−ＴＣＸＯのエージングを説明するためのシステムが開発されてきた。例えば、米国特許第６，０６４，２７０号は、基地局のビーコンキャリアがキャプチャを妨げる場合、ＶＣ−ＴＣＸＯの基準周波数を＋／−４ｐｐｍ（またはいくつかの他の適切な量）だけ調整することによってキャリアのランダム検索を実行する。キャリアが獲得される場合、オフセットが将来の使用のために記憶される。高価なＶＣ−ＴＣＸＯに接続された場合、このシステムは許容可能な経時補償を提供し得るが、より多くの実質的なドリフトおよび対応する大きいオフセットを有するあまり高価でないオシレータを用いてインプリメントされない。キャリア周波数を盲目的に検索するこのような大きいオフセットを有するシステムは、ユーザに対して許容不可能な遅延を生成する。さらに、検索は、エージングの間に遭遇した総オフセットを説明するだけであり、高価なＶＣ−ＴＣＸＯの継続的な使用を必要とする。

従って、高価なＶＣ−ＴＣＸＯを使用することなく、温度およびエージング効果に対してロバストである基準周波数を提供することができる改良された受信器に対して、当該分野における必要性が存在する。

（要旨）
低コストオシレータを用いて基準周波数信号を正確に生成することが望ましい。従って、初期許容差、温度およびエージング効果にもかかわらず、低コストのオシレータが基準信号を正確に発生させることを可能にすることが本発明の目的である。このようなオシレータがそれに従って再較正することによって温度およびエージング効果に適応して調整することが可能であることが本発明のさらなる目的である。

従来技術の欠点を克服するためおよび本発明の目的を満たすためには、計算デバイスは、適応アルゴリズムをインプリメントする。この適応アルゴリズムは、基準オシレータを補償するために格納された周波数補正情報を調整する。この補償の間、基準オシレータは、格納された周波数補正情報に応答してマスター基準信号を調整する。このアルゴリズムは、初期周波数エラー、エージング、および温度効果を適応的に説明するために、低コストＶＣＸＯは、基準オシレータとして使用され得る。

本発明の一局面に従って、周波数補正情報は、温度範囲にわたる複数の所定の周波数補正因子を含む。計算デバイスは、計算デバイスが周波数補正因子から現在の周波数補正因子を導くことを可能にする現在の温度情報を受信し得る。基準オシレータは、現在の周波数補正因子に従って、その基準信号の周波数を同調または調整する。基準信号周波数が所望された周波数からオフセットされる場合、計算デバイスは、周波数オフセットに従って、１つ以上の格納された周波数補正因子を調整し得る。このような態様では、格納された補正因子は、優れた周波数精度を提供する必要がある場合に調整される。

Ｑ因子（ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ）は、周波数補正因子に関連付けられ得る。本実施形態では、現在の周波数補正因子が計算される場合、現在のＱ因子はまた、Ｑ因子から決定される。温度補正因子が更新される前に、受信された信号のＱ因子が現在のＱ因子と比較される。このような態様では、より古いがより高い質の温度補償は、より新しいがより低い温度補償因子によって置換されない。

有利にも、本発明は、通信デバイスが基準オシレータとして低コストオシレータを使用することを可能にし、それによりＶＣ−ＴＣＸＯのコストを妨げる。本発明は、周波数補正因子の適応調整を提供するために、低コストオシレータもまたオシレータエージングを系統的に補償する。

本発明のさらなる局面および特徴は、添付図面と共に以下の説明において説明される。

異なる図における同じ基準符号の使用は、同様または同一の用語を示す。

（詳細な説明）
ここで図１を参照すると、ブロック図は、低コストオシレータ２４を使用する受信器１０を示す。低コストであるにもかかわらず、基準オシレータ２４は、無線通信に対する十分な精度の正確な基準周波数信号２６を発生する。受信器１０は、高価なＶＣ−ＴＣＸＯを必要としないので、受信器１０は、モバイルハンドセットなどの無線通信デバイスにおける使用が所望される。

示された例において、受信器１０は、温度効果および精度の低いオシレータ２４などの初期周波数エラーを適応的に考慮する。スーパーヘテロダイン受信器１０である。より具体的には、受信器１０は、周波数補正情報を記憶し、予測し、適合させるための論理ブロック４３を組み込む。周波数補正情報は、アナログまたはデジタル形式のメモリ４４に格納され得る。デジタル形式において、周波数補正情報は、複数の温度補正因子を生成するためにサンプリングされ得る。これらの補正因子は、例えば、温度変動、初期エラー状態、および、エイジング効果に対応し得る。低コストオシレータ２４は、ローカルオシレータブロック１５において使用するために十分に繰り返し可能であり正確な周波数信号を提供する。

論理ブロック４３の説明を進める前に、受信器１０が一般的に説明される。受信器１０は、基地局搬送信号などの送信された信号を受信するアンテナ１２を含む。アンテナ信号１３は、中間周波数（ＩＦ）信号３４を形成するためのミキサ１４におけるローカルオシレータ（ＬＯ）信号１１でダウンコンバートされる。ローカルオシレータブロック１５によるＬＯ信号１１の発生は、本明細書でさらに示される。

ＩＦ利得および選択ブロック１６は、ミキサ１４によって生成されるＩＦ信号３４を増幅かつ、フィルタリングする。周波数ディスクリミネータ１８の周波数は、復調される信号１９を生成するために増幅されフィルタリングされたＩＦ信号を周波数復調する。復調された信号１９は、ＡＦＣ信号２１を形成するために自動周波数制御（ＡＦＣ）ループフィルタ２０によってローパスフィルタリングされる。ＡＦＣ信号２１は、基準信号２６の周波数をチューニングするために基準オシレータ２４に接続する。基準信号は、ローカルオシレータブロック１５の一部である位相固定ループ（ＰＬＬ）２８につながる。次いで、ループフィルタ３０は、ＰＬＬ出力をＬＯ信号１１を生成する電圧制御オシレータ（ＶＣＯ）３２に接続する。

当業者は、図１の受信器１０がワイヤレスハンドセットにおける使用のための理想化されたバージョンであることをよく理解する。実際のハンドセット受信器において、多重周波数変換は、さらなるミキシングステージを必要とし得る。さらに、ＡＦＣループフィルタ２０は、ＩおよびＱチャンネル（図示せず）を含み得る。このように生成されたＩおよびＱ信号は、ＡＦＣループフィルタ２０によってフィルタリングされる前に、デジタル化され得かつ処理され得る。ここで、受信器の論理ブロック４３が示される。

論理ブロック４３は、計算エンジン４６を含む。計算エンジン４６は、基準オシレータの初期のエラー状況、ならびに、温度およびエイジング効果を自己習得しかつ考慮する適応アルゴリズム４８をインプリメントして、受信器１０が正確なＴＣ−ＶＣＸＯｓの使用を必要とすることなしに信号をキャプチャすることを可能にする計算エンジン４６は、このアルゴリズム４８による現在の補正因子４０を提供する。当業者は、図１における残りの要素とは異なり、アルゴリズム４８は、構造ではなくて受信器１０に対するその関連を象徴的に示すように図示されることを理解する。補正因子４０は、例えば、初期許容差（ｉｎｉｔｉａｌ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）エラー、エイジング効果および現在温度を補正し得る。計算エンジン４６は、マイクロプロセッサ（図示せず）または状態機械（図示せず）を含み、この因子４０を生成するためにプログラムされ得る。論理ブロック４３はまた、好ましくは、メモリデバイス４４を含む。メモリデバイス４４は計算的なデバイス４６が代替的に内蔵され得ることが理解される。

現在温度補正因子４０は、基準オシレータ補正信号２２を生成するために加算器２３においてＡＦＣ信号２１と結合される。この基準オシレータ補正信号２２は、ＬＯ信号１１を調整するためにＬＯオシレータブロック１５を接続する。この態様において、受信器１０は、そのマスタ基準信号２６および、究極的には、ＬＯ信号の「粗さ」および「精細さ」の両方の制御を有する。粗い制御は、現在の温度補正因子４０を介して論理ブロック４３によって提供される。望ましくは、粗い制御は、ＡＦＣループにより提供される精細な制御が、送信される周波数をキャプチャし得るように操作され、典型的には、粗い制御は、必要とされる周波数のおよそ＋／−４ｐｐｍの範囲である必要がある。この様態において、論理ブロック４３によって提供される粗い制御は、効果的には、低コストＶＣＸＯがより高い精密さのＴＣ−ＶＣＸＯによって便利に提供されるパフォーマンスのレベルを提供することを可能にする。しかしながら、従来のＴＣ−ＶＣＸＯの使用の受信器とは異なり、受信器１０は、温度およびエイジングにおける変化によって命令されるように低コストＶＣＸＯを連続的に再較正する。

適応アルゴリズム４８は、どんな特定のＶＣＸＯが基準オシレータ２４として使用されても、所定の周波数オフセットプロフィールを使用する。このプロフィールは、その操作する温度範囲にわたり基準オシレータ２４を調整するために必要である周波数補償を提供する。したがって、周波数オフセットプロフィールはまた、温度補正プロフィールとして示され得る。

図２を参照して、低コストオシレータに対する図解のプロフィール５０が示される。いくつかの技術は、低コストＶＣＸＯのコンポーネント対コンポーネントの変化を考慮するためにプロフィール５０を導くように利用され得る。１実施形態において、所与のＶＣＸＯはＶＣＸＯの特定の振る舞いに正確にプロフィール５０を較正するために予想される受信器の温度範囲にわたり個々にテストされる。しかしながら、このような個々のテストは、製造コストを増加させ、正確なＴＣ−ＶＣＸＯの代わりに低コストＶＣＸＯを使用することによって、導入される倹約（ｓａｖｉｎｇ）を下げる。したがって、別の実施形態において、全ての予想される捜査範囲にわたって所与のＶＣＸＯをテストするのではなく、各々のＶＣＸＯが単一周囲温度でのみ初期に較正される。この較正の前に、予想されるプロフィールは製造データから決定され得、一般的には、多くの個々のＶＣＸＯの平均を表わす。予想されるプロフィールは、その名前が暗示するように、予想されるのみであり、所与の個々のＶＣＸＯとはかなり離れてい得る。例えば、１０ｐｐｍ変化は、所与のＶＣＸＯ製造業者により予期される予想されるプロフィールから観察され得る。所与のＶＣＸＯに対して、その製造業者は、概して、予想される周波数オフセットプロフィールを示すデータシートを発行する。代替的に、このようなプロフィールは、予想される受信器の温度範囲（一般的には、−３０℃〜＋１２０℃）にわたり所与のバッチからのいくつかのＶＣＸＯのテスト結果を平均することによって導き出され得る。

低コストＶＣＸＯのためのコンポーネント対コンポーネントの耐性が大きいと、実際の温度補償プロファイルは、同一の生産一括処理内であってでさえ、各ＶＣＸＯからＶＣＸＯへ広範囲に変化し得ることが理解される。従って、プロファイル５０は、広範囲の耐性のために、所与のＶＣＸＯに対してそれぞれ較正されることが望ましい。受信側が通常、周囲の温度にあり、かつ、この温度が製造プラントに対して正常であると、各較正は、周囲の温度で実行され得る。別の温度が、較正のために選択され得ることが理解される。

較正の前に、プロファイル５０のデータ表示は、不揮発性メモリ４４にプロファイルのサンプル５２を格納することによって、メモリ内に配置され得る。各サンプル５２は、個別の温度およびそれに関連する周波数オフセット／温度補償値に対応する。従って、サンプル５２は、初期温度補正因子を表す。

オフセットプロファイル５０の温度補正因子５２は、示される規則的な温度間隔で取られ得る。もしくは、プロファイル５０は、勾配が変化している領域においてより多くサンプルが取られ、比較的小さな勾配変化の領域ではより少ないサンプルが取られ得る。サーミスタ（図１に示されない）または別の適切な温度感知デバイスは、受信側の温度４９を提供する。論理ブロック４３は、温度補正因子５２のサブセットを受信側の温度４９と相関させ得、現在の補正因子信号４０を提供する。動作中、受信側の温度が温度補正因子５２の１つと対応する温度と整合する場合、「補正」は、単に現在の補正因子信号４０と整合した因子５２の周波数オフセットを利用するステップを含む。このような場合、相関のために利用されるサンプルのサブセットは、単に１つのメンバを有する。

しかし、より典型的には、受信側の温度は、温度適正因子５２のために利用される任意の温度に対応しない。この場合の受信側の温度と相関する１つのサンプル方法は、受信側の温度を直ちにフレーミングする隣接するサンプル間の線形の勾配を前提とすることである。例えば、受信側の温度が９０℃であり、かつ、２つの最も近い温度補正因子が１００℃で＋１０ｐｐｍかつ８０℃で＋５ｐｐｍの値を示すことを仮定する。これらの２つの温度補正因子間の線形の勾配を前提とすることは、現在の補正因子を９０℃の受信側の温度に対応する７．５ｐｐｍとする。このような場合、相関のために利用されるサンプルのサブセットは、２つのメンバを含む。あるいは、３つ以上のサンプルは、受信側の温度におけるプロファイル５０のための二次式またはより高次の勾配を予測するために利用され得る。

これらの予期されるプロファイル５０が与えられると、各ＶＣＸＯは、受信側がそのＡＦＣループで送信信号をキャプチャすることを保証するために、周囲の温度で、強力な送信信号と相関され得る。先に述べられたように、従来のＡＦＣループは、信号対ノイズ率の典型的な操作における周波数オフセットで、約＋／−４ｐｐｍのみを制御し得る。しかし、信号対ノイズ率が通常大きくあるべきときは、これらの従来のＡＦＣループは、＋／−１０ｐｐｍ等のより大きなオフセットを調整し得る。そのような状況は、移動性のユーザが送信基地局の近くにいる場合に発生し、その場合、研究所において標識周波数を受信するか、または、設定を製造する。従って、たとえ、較正されたＶＣＸＯが、周囲の温度における予期されたプロファイルから１０ｐｐｍ離れていようとも、ＡＦＣループは、十分に高い信号対ノイズ率（制御された設定で容易に確立される発生率（ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ））が与えられた信号をキャプチャする。

較正を開始するために、論理ブロック４３は、現在の温度補正因子４０を生成するためにちょうど述べられた態様で、受信側の温度４９を温度補正因子５２のサブセットと相関させる。従って、基準オシレータ２４はチューニングし、ＡＦＣループフィルタ２０は、必要であれば、送信信号をキャプチャするためにＡＦＣ信号２１を生成する。例えば、基準信号の周波数が高すぎる場合、ＡＦＣ信号２１は、基準信号２６の周波数を低下させるように基準オシレータ２４をチューニングする。逆に、基準信号の周波数が低すぎる場合、ＡＦＣ信号２１は、基準信号２６の周波数を増加させるように基準オシレータ２４をチューニングする。どちらの場合も、基準信号２６は、基地局の搬送周波数によって決定されるような所望の周波数の信号からの周波数のオフセットを有する。この周波数オフセットに対応する結果として生じるＡＦＣ信号２１は、予期されるプロファイルを再較正するために利用され得、調整されたプロファイルを生成する。言い換えると、ＡＦＣ信号２１は、あるｐｐｍ周波数オフセットと相関する。

この周波数オフセットは、正であろうが負であろうが、適用され得、予期されるプロファイル内の温度補正因子のサブセットを較正する。例えば、ＡＦＣ信号２１が、周囲の温度での較正が＋１０ｐｐｍ周波数オフセットと相関している間に製造される信号をキャップチャするために利用される場合、相関のために利用されるサンプルのサブセットは、サブセットの各サンプルに１０ｐｐｍを付加することによって較正され得る。もしくは、サブセットは、図３に示されるような初期相関への寄与に応じて、直線に較正され得る。ここで、受信側の温度は、６３℃であり、従って、直線の相関を仮定すると、６０℃での温度補正因子から８０％寄与、および、７５℃での温度補正因子から２０％寄与を要求する。結果として生じるＡＦＣ信号２１は、＋１０ｐｐｍシフトに対応し、サブセットを較正するために、６０℃での温度補正因子は、８ｐｐｍ上方にシフトされ、かつ、７５℃での温度補正因子は、２ｐｐｍ上方にシフトされる。

さらに、この初期の較正の結果として、図３に関連して説明された８ｐｐｍ等、十分大きくシフトされる場合、残りの全ての温度補正因子は、例えば、１ｐｐｍシフトすることによって、シフトされ得る。説明されたように、ＡＦＣ信号２１の値は、周波数オフセットと相関する。計算エンジン４６は、ＡＦＣ信号２１を受信し、この信号をルックアップテーブルを利用して対応する周波数オフセットに相関させ得る。

もしくは、現在の温度補正因子４０は、ＡＦＣ信号２１が最小化される、または、「ゼロにされる」まで、計算エンジン４６によって調整され得る。この点では、現在の温度補正要因４０は、周波数オフセットを捕らえ、かつ、排除する。周囲の温度がこの初期較正のために利用されると仮定すると、プロファイル５０は、周囲の温度での温度補正因子５２を有し得、１つ以上の温度補正因子５２と相関させるための任意の要件を排除し、現在の温度補正因子４０を導き出す（利用される因子のサブセットは、ちょうど１つのメンバを有する）。

正確に較正される因子５２を正確に較正されない因子から区別するために、各因子５２は、１から１００まで等の任意のスケールを有するＱ因子５５を割り当てられ得る。Ｑ因子５５は、名前が示すように、例えば信号対ノイズ率によって決定されるような受信側を較正するために利用される受信信号の品質を表わす。もしくは、Ｑ因子は、受信信号によって決定される自動利得制御信号を示し得る。図２に示されるプロファイルに対して、３０°に対する温度補正因子は、９５のＱ因子に関連し、４５°に対する温度補正因子は、９０のＱ因子に関連し、かつ、６０°に対する温度補正因子は、９５のＱ因子に関連する。

最初の較正前に、全ての温度補正因子５２は、低Ｑ因子、例えば、５０の値に関連付けられる。最初の較正後、図３に関して説明されたように較正される温度補正因子５２の部分集合は、１００の値等の高Ｑ因子に割り当てられる。この研究室設定内の送信された信号が、非常に高い信号ノイズ比が受信器内で確実にされるものだからである。なお、図３に例示されるような状況では、上記部分集合内の温度補正因子５２に関連付けられるＱ因子は、電流温度補正因子４０へのＱ因子の寄与に比例して更新される。あるいは、部分集合が較正温度に相当する一つのメンバーのみから構成される場合、まさにこの因子が高Ｑ因子を受け取る。

最初の較正が一般に周囲の温度で生じるので、受信器の温度は、受信器が移動される、例えば、消費者によって使用中に内から外の位置へと移動される場合、周囲の温度から徐々に変化する傾向にある。受信器が加熱するか、冷却するために、受信器の温度は、最初に較正されていなかった温度補正因子５２と相関する。したがって、受信器は、周波数基準として送信された信号を用いて、上記の因子５２を「自己学習」するか、適切に調節する。

最初の較正中に、受信器の温度は、温度補正因子５２の部分集合に相関して、電流温度補正因子４０を生成する。次いで、送信された信号は、受信器のＡＦＣループによって取り込まれる。周波数オフセットを示すＡＦＣ信号２１が存在する場合、部分集合は、まさに図３に関して説明された態様で較正される。したがって、無線受信器において、基準発信機は、基地局の送信される周波数に固定される。しかしながら、この較正が、現実世界の送信された信号についての最初の較正条件を越えて生じているために、受信器は、ノイズのある送信された信号について、不十分に較正し得る危険があることが留意される。したがって、計算エンジン４６は、有効な信号指標５１に応答し得る。モバイルハンドセット内では、計算エンジン４６は、有効な信号指標５１として役に立つパイロット信号の識別、または、いくつかの他の適切なトラフィック指標を使用し得る。

受信された信号が有効であること自体を確認すると、次いで、計算エンジンは、受信された信号のＱ因子を計算し得る。例えば、論理ブロック４３は、ルックアップテーブルを有し得る。このルックアップテーブルは、受信された信号についての電流キャリアノイズ比を１〜１００のスケールでのＱ因子に相関させる。この受信されたＱ因子は、温度補正因子５２の部分集合によって与えられるＱ因子と比較される。温度補正因子５２は、電流温度補正因子４０を引き出すために用いられる。受信されたＱ因子がより大きい場合、部分集合は、最初の較正に関して議論されるように較正される。しかしながら、受信されたＱ因子が、最初の較正のように１００に必ずしも等しくないので、部分集合が周波数オフセットに応じて更新される量は、受信されるＱ因子に比例して低減され得る。例えば、周波数オフセットが部分集合の１０ｐｐｍ更新に相関する場合、１０ｐｐｍの丁度９０％が部分集合に適用され得る。この方法では、保存された温度補正因子５２は、受信器が受信器の温度について変位するように適応するにつれて、段々とより精密になる。他の方法が、周波数オフセットを比例して適用するように用いられ得ることが理解される。

基準発振子２４が古くなるにつれて、同様に、基準発振子２４の期待されるプロファイル５０が同様に変化し得る。このエージング効果を補償するために、温度補正因子５２に関連付けられたＱ因子は、時間が経つと系統的に減少され得る。例えば、Ｑ因子が１〜１００のスケールを相当する場合、Ｑ因子が３ヶ月で５だけ低減され得る。この方法では、温度補正因子５２が、エージング効果を説明するために、時間が経過するにつれ、より迅速に再較正される。エージング効果を説明するために低減される割合は、所与の受信器内の個々の基準発振子２４の特性に依存する。

なお、一旦較正されると、低コストのＶＣＸＯでさえヒステリシスをほとんど示さないので、同一の電流温度補正因子４０と同一の温度にて受信器の繰り返される使用により、ＡＦＣ補正信号２１から必要とされる追加のオフセットがほとんど無く、信号取り込みが生じることに留意されたい。したがって、エージングを説明するＱ因子の調整は非常に漸進的であり得る。

受信器が、前回の較正なしで、温度の極値を経験し得るために、ＡＦＣループによって提供される「僅かな」制御は、論理ブロック４３によって電流温度補正因子４０を介して提供される「粗い」制御に関わらず、送信される信号を取り込むことを不可能にする可能性がある。このような状況では、論理ブロック４３は、電流温度補正因子４０を増加または減少させることによって送信される信号を探すように、構成され得る。必要とされる増分は、従来のＡＦＣループによって提供される僅かな制御量に依存する。例えば、このＡＦＣループが、マスター基準信号（ｍａｓｔｅｒ ｒｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌ）２６に＋／−４ｐｐｍの周波数エラーを含むことが可能な、増分または減少分は４ｐｐｍより大きくはない。盲目的に探すのではなく、論理ブロック４３は、温度補正因子５２の正または負の較正の累積的な記録を保存する。受信器の温度が、ｐｐｍ単位で正の増分によって何回か再較正されてきたある温度補正因子と相関する場合、電流温度補正因子４０の必要とされる増分が負ではなく正であることを確実にすることが論理的である。

さらに、論理ブロック４３は、この履歴によって増分のスケールを評価できる。例えば、最近の再較正が全て著しい（例えば５ｐｐｍより大きい）場合、電流温度補正因子についての通常の増分は、例えば、４ｐｐｍ〜５ｐｐｍに増加され得る。論理ブロック４３は、研究目的のために、較正の履歴に関連する他のパラメータを保存し得る。上記のパラメータは、それぞれの較正の時間、および、それぞれの温度補正因子５２が更新されてきた回数を含む。

ここで図４を参照すると、保存された周波数補正情報を較正する方法１００が示される。方法１００は、好適には、通信デバイス、例えば、モバイル無線ハンドセット上で実施される。方法１００は、広範な通信設備上で用いられ得ることが理解される。

方法１００では、ブロック１０２に示されるように、最初に、通信デバイス内のメモリに、周波数オフセットまたは温度補償プロファイルを保存する。前半に説明されたように、周波数オフセットプロファイルは、離散的な温度補償因子の形式か、アナログ形式であり得る。あるいは、このプロファイルは、多項式関数およびメモリに保存された必要な多項式因子により、近似され得る。必要に応じて、Ｑ因子は、前述されたように、補正情報に関連付けられ得る。ブロック１１２に示されるように、Ｑ因子はまた、通信デバイス内に保存され得る。

ブロック１０３において、電流温度信号が提供される。電流温度が、サーミスタ等の任意のいくつかの周知のデバイスによって検出され得、温度信号が、電圧または電流信号等の幾分知られている形式の一つを取り得ることが理解される。

ブロック１０４において、電流温度に応答して、電流温度に相当する電流補正信号は、保存された周波数補正情報から検索される。周波数補正情報が複数の温度補正因子として保存される場合、電流温度は、前述されたように、上記因子の部分集合と相関される。

補正信号は、ブロック１０６において基準オシレータを調整する。理想的には、ブロック１０６において実施される調整は、オシレータを正確に所望の周波数に調整する。しかしながら、より多くの場合、基準オシレータの調整における周波数エラーが、ブロック１０８において検出され得る。このようなエラーは、例えば、ＡＦＣループにおいて検出および測定され得る。

決定された周波数エラーは、ブロック１１０において、現在の温度についての更新された周波数補正情報を発生させるために用いられる。一つのインプリメンテーションでは、本方法１００はまた、ブロック１１４に示されるように基準オシレータの調整にしたがって受信された信号の質を決定する。例えば、この受信されたＱ因子は、受信された信号のノイズ比に対する信号の強度に関連し得る。他の要因が受信されたＱ因子を決定するために用いられ得ることが理解される。

ブロック１１６では、更新された補正情報のために決定された、受信されたＱ因子は、現在の補正信号を引き出すために用いられた格納された周波数補正情報と関連付けられるＱ因子と比較され得る。ブロック１２０では、この補正に応答して、更新された補正情報を格納することを進めるかどうかの決定がなされ得る。例えば、現在の補正信号を引き出すために用いられる格納された周波数補正情報が７０の関連するＱ因子を有し、受信された信号が６０の関連するＱ因子のみを有する場合、更新された周波数補正情報は、より良いが、より古い格納された周波数補正情報を置き換えない。他方、受信されたＱ因子が、現在の補正信号を引き出すために用いられた格納された補正情報に関連するＱ因子より良好である場合、更新された周波数補正情報は、ブロック１２０において格納される。また、受信されたＱ因子は、さらに、更新された補正情報に関連付けられ、そして、ブロック１２２に示されるように格納される。

他の要因が、いつ更新された補正情報が格納されるかと決定するために用いられ得ることもまた理解される。このような要因は、高品質周波数補正情報が欠陥または低品質周波数補正情報によって置き換えられるリスクを低減するために用いられ得る。例えば、ブロック１１８は、確証信号が、更新された補正情報が格納されるかどうかを決定し得ることを示す。この確証信号は、有効な信号が受信されたかどうかを表示する。

確証信号は、例えば、所定の信号が肯定的に受信されかつ識別された場合に発生され得る。一つの特定の例では、確証信号は、パイロット信号が確認される場合に発生される。確証信号の発生は、他の要因に対して応答性であり得ることが理解される。

エイジング効果を説明するために、ブロック１２４は、格納されたＱ因子は、時間が経てばゆっくり劣化され得ることを示す。このようにして、最高品質を有していた周波数補正情報でさえも、一定期間経過後に補正を受けさせられ得る。

ここで、図５を参照すると、図４の方法１００を実行するように構成された通信デバイスの初期の較正のための方法１３０が示される。ブロック１３２では、基準オシレータに対する初期周波数補正情報が決定される。前述のように、この決定は、情報が提供された製造者に基づき得る。ブロック１３４では、この初期周波数補正情報は、メモリに格納される。低コストの基準オシレータを用いることによって、個々の許容度が大きくなるので、この初期周波数補正情報は、近似のみであり、必ずしも所与の個々の基準オシレータの挙動に対応しない。このため、この初期周波数補正情報は、テストされる基準オシレータの個々の挙動にしたがって較正されるべきである。そうするために、強い較正信号が発生され、そして、基準オシレータは、ブロック１３６において初期周波数補正情報にしたがって調整される。本明細書において用いられるように、この「強い」較正信号は、基準オシレータが大きな周波数オフセット（例えば、＋／−１０ｐｐｍ）であった場合でもこの較正信号を捕捉する従来のＡＦＣループを可能にするために十分にパワフルな信号を表わす。この周波数オフセットを除くために、更新または較正された周波数補正情報は、ブロック１４０において発生される。最終的に、ブロック１４２において、この更新された周波数補正情報が格納される。Ｑ因子は、ブロック１４４において、この格納された情報に関連付けられ得る。

受信器１０の寄与をより良好に理解するために、従来の受信器の動作が簡単に議論される。しかしながら、従来の受信器の動作が周知であることが理解される。従来技術の受信器では、ＡＦＣ信号は、典型的には、ＬＯ信号を提供するために高価な高性能基準（またはクリスタル）オシレータに直接結合される。ＡＦＣ信号に応答して、高コスト基準オシレータは、マスターの基準信号の周波数を調節する。

マスター基準信号は、典型的には、ローカルオシレータコントロールブロックの一部であるフェーズロックドループ（ＰＬＬ）に結び付く。次いで、ループフィルタは、一般に、ＰＬＬを、ＬＯ信号を生成する電圧制御オシレータ（ＶＯＯ）に結び付ける。ＬＯ信号は、アンテナから受信された信号をミックスして、ＩＦ信号を生成する。このＩＦ信号は、復調され、ＡＦＣローパスフィルタを通され、基準オシレータにフィードバックされる。これにより、従来のＡＦＣ「ループ」が形成される。

従来のＡＦＣローパスフィルタは、提供されたＡＦＣコントロールが即効性であり、マスター基準信号において＋／−４ｐｐｍの周波数の不正確さを補正し得るように設計される。万が一、高性能基準オシレータがマスター信号を要求された周波数で正確に生成すると、ＡＦＣループは、基準オシレータを調整することを決して必要とはしない。しかしながら、正確な基準オシレータでさえ、わずかに不正確である傾向があり、ＡＦＣループによる調整を必要とする。背景セクションにおいて記述したように、従来のＡＦＣループは、基準オシレータによって約＋／−４ｐｐｍの偏差を補正し得るが、それでも典型的な動作信号対ノイズ比で搬送信号を獲得する。

しかしながら、正確なＴＣ−ＶＣＸＯを用いることによる基準オシレータの従来の制御は、高価な高性能基準オシレータによってさえも、温度およびエージング効果の経験に対して適用するように調節することはできない。有利なことに、受信器１０は、基地局の搬送波等の正確な伝送信号に「ロックオン」するによって、低コスト基準オシレータが正確かつ信頼できるように、安定な基準周波数を提供することをイネーブルにする。さらに、受信器１０は、長い間に基準オシレータの性能を改善するために適用するように調整する。本発明は、製造されたローパスＶＣＸＯモジュールを使用することを必要としないことが理解される。例えば、ローパスＶＣＸＯソリューションを形成するように併用される別個のクリスタルおよびオシレータステージを使用し得る。さらに、従来の高コストＶＣ−ＴＣＸＯは、依然として、本発明間で用いられてもよいし、適応性のエージングおよび温度補償特徴からの利益になり得る。

本明細書に記載される受信器は、ＴＤＭＡおよびＣＤＭＡ等の全ての無線プロトコルに適している。さらに、スーパーヘテロダイン受信器に対して記載されるが、本発明は、伝送された信号を捕捉するように基準オシレータを調整しなければならない他のタイプの受信器に広く適用可能である。例えば、本発明は、直接変換受信器に適用できる。

このため、本発明は、特定の実施形態を参照して記載されるが、この記載は、本発明の用途の例示のみであり、制限としてとるべきでない。結論として、開示された実施形態の特徴の種々の適応および組み合わせは、添付の請求の範囲によって包含された本発明の範囲内である。

図１は、本発明の１実施形態によるアダプティブなＶＣ−ＴＣＸＯ補正ループを有する受信器を表す。 図２は、ＶＣＸＯに対する温度補正プロフィールを表す。 図３は、本発明の１実施形態により較正された図２のプロフィールの一部を表わす。 図４は、本発明の１実施形態による基準信号を提供するための方法のフローチャートである。 図５は、本発明の１実施形態による通信デバイスを較正するための方法のフローチャートである。

Claims (7)

1. 基準周波数信号を提供する方法であって、
   基準オシレータに対する複数の温度補償因子を格納する工程と、
   各温度補償因子に信号の品質因子を関連付け、該信号の品質因子を格納する工程と、
   信号を受信し、受信された信号の品質因子を該受信された信号に関連付ける工程と、
   現在の温度データを受信し、該現在の温度データと温度補償因子とを相互に関連付けることによって周波数補正信号を生成する工程と、
   該周波数補正信号を用いて、該基準オシレータを調整する工程であって、該基準オシレータは該基準周波数信号を出力する、工程と、
   該基準周波数信号における周波数エラーを決定する工程と、
   該周波数エラーに基づいて複数の更新された温度補償因子を生成する工程と、
   該格納された信号の品質因子と該受信された信号の品質因子とを比較する工程と、
   該比較に基づいて更新された温度補償因子を格納する工程と
   を包含し、
   該周波数補正信号を生成する工程および該基準オシレータを調整する工程は、該更新された温度補償因子を用いて繰り返され、
   該格納された品質因子は、時間の経過に比例して低減される、方法。
2. 前記更新された温度補償因子は、前記受信された信号の品質因子が前記格納された信号の品質因子を超過した場合にのみ格納される、請求項１に記載の方法。
3. 前記受信された信号の品質因子は、該受信された信号の搬送波対ノイズ比によって決定される、請求項１に記載の方法。
4. 前記受信された信号が基地局からの信号であると確認されているか否かを判定し、該受信された信号が基地局からの信号であると確認されている場合にのみ前記更新された温度補償因子を格納する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
5. 前記受信された信号が基地局からの信号であるか否かを確認するために基地局のパイロット信号が用いられる、請求項４に記載の方法。
6. 較正信号を受信する初期較正工程と、該較正信号に基づいて、前記基準周波数信号における初期周波数エラーを決定する工程と、該初期周波数エラーに基づいて前記複数の温度補償因子を較正する工程とをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
7. 受信器であって、該受信器は、
   基準周波数信号を生成する基準オシレータと、
   該基準オシレータに結合された論理手段であって、該受信器の温度に応じて該基準周波数信号を補償する論理手段と
   を備え、
   該論理手段は、温度範囲にわたる複数の温度補償因子と、各温度補償因子に関連付けられた品質因子とを格納するメモリを備え、
   該論理手段は、受信された信号の周波数オフセットに応じて該複数の温度補償因子を適応的に調整し、
   該受信された信号の品質因子が該温度補償因子に関連付けられた品質因子を超過する場合にのみ、温度補償因子が調整され、
   該格納された品質因子は、時間の経過に比例して低減される、受信器。

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