JP5893924B2 - 発振装置 - Google Patents
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Description
図13はTCXOの一般的な構成を示している。90は水晶振動子、91は発振回路であり、制御電圧発生部93から電圧可変容量素子92に供給される制御電圧を変えることにより、電圧可変容量素子92の容量をコントロールして発振周波数(出力周波数)が調整される。
更に温度検出器94と水晶振動子90とは、配置位置が異なることから、水晶振動子90の実際の温度情報を正確に得ることができないため、この点からも周波数精度の向上が期待できない。
しかしながらこの手法は、段落0019に記載されているように、所望の出力周波数f0と、2つの水晶振動子の夫々の周波数f1、f2と、について、f0≒f1≒f2の関係となるように水晶振動子の調整を行う必要があるため、水晶振動子の製造工程が複雑になる上、高い歩留まりが得られないという課題がある。更にまた図4に示されているように、各水晶振動子からの周波数信号であるクロックを一定時間カウントしてその差分(f1−f2)を求めているため、検出精度に検出時間が直接影響し、高精度な温度補償が困難である。
水晶片に第1の電極を設けて構成した第1の水晶振動子と、
水晶片に第2の電極を設けて構成した第2の水晶振動子と、
これら第1の水晶振動子及び第2の水晶振動子に夫々接続された第1の発振回路及び第2の発振回路と、
第1の発振回路の発振周波数をf1、基準温度における第1の発振回路の発振周波数をf1r、第2の発振回路の発振周波数をf2、基準温度における第2の発振回路の発振周波数をf2rとすると、f1とf1rとの差分に対応する値と、f2とf2rとの差分に対応する値と、の差分値に対応する値を求める周波数差検出部と、
この周波数差検出部にて検出された前記差分値に対応する値と、前記差分値に対応する値と第1の発振回路の発振周波数f1の周波数補正値との関係と、に基づいて、環境温度が基準温度と異なることに起因するf1の周波数補正値を取得する補正値取得部と、を備え、
前記f1とf1rとの差分に対応する値と、f2とf2rとの差分に対応する値と、の差分値に対応する値は、{(f2−f2r)/f2r}−{(f1−f1r)/f1r}であり、
発振装置の出力は、前記第1の発振回路の出力を利用して生成され、
前記補正値取得部にて求めた前記周波数補正値に基づいて前記出力周波数の設定値を補正するように構成したことを特徴とする。
また他の発明は、環境温度の検出結果に基づいて出力周波数の設定値を補正する発振装置において、
水晶片に第1の電極を設けて構成した第1の水晶振動子と、
水晶片に第2の電極を設けて構成した第2の水晶振動子と、
これら第1の水晶振動子及び第2の水晶振動子に夫々接続された第1の発振回路及び第2の発振回路と、
第1の発振回路の発振周波数をf1、基準温度における第1の発振回路の発振周波数をf1r、第2の発振回路の発振周波数をf2、基準温度における第2の発振回路の発振周波数をf2rとすると、f1とf1rとの差分に対応する値と、f2とf2rとの差分に対応する値と、の差分値に対応する値を求める周波数差検出部と、
この周波数差検出部にて検出された前記差分値に対応する値と、前記差分値に対応する値と第1の発振回路の発振周波数f1の周波数補正値との関係と、に基づいて、環境温度が基準温度と異なることに起因するf1の周波数補正値を取得する補正値取得部と、を備え、
前記周波数差検出部は、
前記f1とf2との差分周波数のパルスを作成するパルス作成部と、入力された直流電圧の大きさに応じた周波数で時間と共に信号値が増加、減少を繰り返す周波数信号を出力するDDS回路部と、このDDS回路部から出力された周波数信号を前記パルス作成部にて作成されたパルスによりラッチするラッチ回路と、このラッチ回路にてラッチされた信号値を積分してその積分値を前記差分値に対応する値として出力するループフィルタと、このループフィルタの出力とf1rとf2rとの差分に対応する値との差分を取り出して、前記DDS回路部に入力値とする加算部と、を備え、
発振装置の出力は、前記第1の発振回路の出力を利用して生成され、
前記補正値取得部にて求めた前記周波数補正値に基づいて前記出力周波数の設定値を補正するように構成したことを特徴とする。
ワンショット回路32の後段にはPLL(Phase Locked Loop)が設けられ、このPLLは、ラッチ回路33、積分機能を有するループフィルタ34、加算部35及びDDS回路部36により構成されている。ラッチ回路33はDDS回路部36から出力された鋸波をワンショット回路32から出力されるパルスによりラッチするためのものであり、ラッチ回路33の出力は、前記パルスが出力されるタイミングにおける前記鋸波の信号レベルである。ループフィルタ34は、この信号レベルである直流電圧を積分し、加算部35はこの直流電圧とΔfrに対応する直流電圧と加算する。Δfrに対応する直流電圧に対応するデータは図2に示すメモリ30に格納されている。
またフリップフロップ回路31においてf2をf1によりラッチする動作は非同期であることから、メタステーブル(入力データをクロックのエッジでラッチする際、ラッチするエッジの前後一定時間は入力データを保持する必要があるが、クロックと入力データとがほぼ同時に変化することで出力が不安定になる状態)など不定区間が生じる可能性もあり、ループフィルタ34の出力には瞬間誤差が含まれる可能性がある。上記のPLLではループフィルタ34の出力を、温度に対応する値であるΔfrと(f2−f1)との差分として取り扱っていることから、ループフィルタ34の出力側に、予め設定した時間における入力値の移動平均を求める平均化回路37を設け、前記瞬間誤差が生じても取り除くようにしている。平均化回路37を設けることにより、最終的に変動温度分の周波数ずれ情報を高精度に取得することができる。
(1)式においてXは周波数差検出情報、Yは補正データ、P1〜P9は多項近似式係数である。
補正値演算部4にて演算を実行するためのブロック図の一例を図11に示す。図11中、401〜409は(1)式の各項の演算を行う演算部、400は加算部、410は丸め処理を行う回路である。なお、補正値演算部4は、例えば1個の掛け算部を用い、この掛け算部にて9乗項の値を求め、次に当該掛け算部にて8乗項の値を求めるといった具合に、当該掛け算部をいわば使いまわして最終的に各乗項の値を加算するようにしてもよい。また補正値の演算式は9次の多項近似式を用いることに限定されるものではなく、要求される精度に応じた次数の近似式を用いてもよい。
図1に戻って、制御部200の入力側の加算部60には、電圧制御発振器100の出力周波数を設定するための設定値に対応するディジタル値からなる周波数データが入力されており、前記温度補正データである周波数補正分は、加算部60にて周波数データに加算される。このためDDS201の動作クロックの周波数温度変化分が補償されることとなる。
〔変動比率計算〕
100Hz/10MHz=0.00001
〔ppm換算〕
0.00001*1e6=10〔ppm〕
〔DDS設定精度換算〕
0.00001*2^34≒171,799〔ratio−34bit(仮称)〕となる。
1×〔ratio−34bit〕=10M〔Hz〕/2^34≒0.58m〔Hz/bit〕 ……(2)
従って100〔Hz〕/0.58m〔Hz/bit〕≒171,799〔bit(ratio−34bit)〕となる。
また、0.58mHzは10MHzに対して、次の(3)式のように計算できる。
0.58m〔Hz〕/10M〔Hz〕*1e9≒0.058〔ppb〕…(3)
従って(2)、(3)式から、(4)式の関係が成り立つ。
即ちDDS回路部36で処理した周波数は消え、ビット数のみの関係となる。
また周波数差検出部3としては、f1とf2とをカウンタによりカウントし、そのカウント値の差分値からΔfrに相当する値を差し引いて、得られたカウント値に対応する値を出力するようにしてもよい。
この場合には、第1の発振回路1の出力周波数の温度特性がそのまま発振出力の温度特性となる。従って図13に示す温度検出器94の出力に代えて周波数差検出部3で得られた周波数差情報を用い、この情報に基づいて周波数補正量に見合う制御電圧(周波数を設定する設定信号に相当する)の補償分を求め、制御電圧発生部93にて前記補償分と基準温度における周波数を出力するための基準電圧とを加算して制御電圧としてもよい。周波数差情報から周波数補正量を求める手法は、先の実施形態のように多項近似式に限らず、メモリに予め周波数差情報と周波数補正量との関係を示すテーブルを格納して、このテーブルを参照する手法であってもよい。
周波数差検出部にて検出された前記差分値に対応する値と、前記差分値に対応する値と第1の発振回路の発振周波数f1の周波数補正値と、の関係に基づいて、f1の周波数補正値を取得することに代えて、
周波数差検出部にて検出された前記差分値に対応する値と、前記差分値に対応する値と第1の水晶振動子及び第2の水晶振動子とは異なる他の水晶振動子を発振させる他の発振回路の発振周波数f0の周波数補正値と、の関係に基づいて、f0の周波数補正値を取得するものであるということができる。
2 第2の発振回路
10 第1の水晶振動子
20 第2の水晶振動子
3 周波数差検出部
31 フリップフロップ回路
32 ワンショット回路
33 ラッチ回路
34 ループフィルタ
35 加算部
36 DDS回路部
4 補正値演算部(補正値取得部)
100 電圧制御発振器
200 制御回路部
Claims (5)
- 環境温度の検出結果に基づいて出力周波数の設定値を補正する発振装置において、
水晶片に第1の電極を設けて構成した第1の水晶振動子と、
水晶片に第2の電極を設けて構成した第2の水晶振動子と、
これら第1の水晶振動子及び第2の水晶振動子に夫々接続された第1の発振回路及び第2の発振回路と、
第1の発振回路の発振周波数をf1、基準温度における第1の発振回路の発振周波数をf1r、第2の発振回路の発振周波数をf2、基準温度における第2の発振回路の発振周波数をf2rとすると、f1とf1rとの差分に対応する値と、f2とf2rとの差分に対応する値と、の差分値に対応する値を求める周波数差検出部と、
この周波数差検出部にて検出された前記差分値に対応する値と、前記差分値に対応する値と第1の発振回路の発振周波数f1の周波数補正値との関係と、に基づいて、環境温度が基準温度と異なることに起因するf1の周波数補正値を取得する補正値取得部と、を備え、
前記f1とf1rとの差分に対応する値と、f2とf2rとの差分に対応する値と、の差分値に対応する値は、{(f2−f2r)/f2r}−{(f1−f1r)/f1r}であり、
発振装置の出力は、前記第1の発振回路の出力を利用して生成され、
前記補正値取得部にて求めた前記周波数補正値に基づいて前記出力周波数の設定値を補正するように構成したことを特徴とする発振装置。 - 環境温度の検出結果に基づいて出力周波数の設定値を補正する発振装置において、
水晶片に第1の電極を設けて構成した第1の水晶振動子と、
水晶片に第2の電極を設けて構成した第2の水晶振動子と、
これら第1の水晶振動子及び第2の水晶振動子に夫々接続された第1の発振回路及び第2の発振回路と、
第1の発振回路の発振周波数をf1、基準温度における第1の発振回路の発振周波数をf1r、第2の発振回路の発振周波数をf2、基準温度における第2の発振回路の発振周波数をf2rとすると、f1とf1rとの差分に対応する値と、f2とf2rとの差分に対応する値と、の差分値に対応する値を求める周波数差検出部と、
この周波数差検出部にて検出された前記差分値に対応する値と、前記差分値に対応する値と第1の発振回路の発振周波数f1の周波数補正値との関係と、に基づいて、環境温度が基準温度と異なることに起因するf1の周波数補正値を取得する補正値取得部と、を備え、
前記周波数差検出部は、
前記f1とf2との差分周波数のパルスを作成するパルス作成部と、入力された直流電圧の大きさに応じた周波数で時間と共に信号値が増加、減少を繰り返す周波数信号を出力するDDS回路部と、このDDS回路部から出力された周波数信号を前記パルス作成部にて作成されたパルスによりラッチするラッチ回路と、このラッチ回路にてラッチされた信号値を積分してその積分値を前記差分値に対応する値として出力するループフィルタと、このループフィルタの出力とf1rとf2rとの差分に対応する値との差分を取り出して、前記DDS回路部に入力値とする加算部と、を備え、
発振装置の出力は、前記第1の発振回路の出力を利用して生成され、
前記補正値取得部にて求めた前記周波数補正値に基づいて前記出力周波数の設定値を補正するように構成したことを特徴とする発振装置。 - 前記補正値取得部は、前記差分値に対応する値と第1の発振回路の発振周波数f1の周波数補正値との関係を規定した関係式に基づいて、f1の周波数補正値を演算により取得することを特徴とする請求項1または2記載の発振装置。
- 第1の水晶振動子の水晶片と第2の水晶振動子の水晶片とは、共通化されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一つに記載の発振装置。
- 前記補正値取得部は、
周波数差検出部にて検出された前記差分値に対応する値と、前記差分値に対応する値と第1の発振回路の発振周波数f1の周波数補正値と、の関係に基づいて、f1の周波数補正値を取得することに代えて、
周波数差検出部にて検出された前記差分値に対応する値と、前記差分値に対応する値と第1の水晶振動子及び第2の水晶振動子とは異なる他の水晶振動子を発振させる他の発振回路の発振周波数f0の周波数補正値と、の関係に基づいて、f0の周波数補正値を取得するものであり、
発振装置の出力は、前記第1の発振回路の出力を利用して生成されることに代えて、前記他の水晶振動子を発振させる他の発振回路の出力を利用して生成されることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の発振装置。
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