JP6534200B2 - Reference signal generator - Google Patents
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Description
本発明は、恒温槽で覆われた発振部を有する基準信号発生装置に関する。 The present invention relates to a reference signal generator having an oscillating unit covered by a thermostat.
従来から、携帯電話の基地局やデジタル放送の送信局等では、信号を送信するタイミングや周波数の同期を行うために、基準信号発生装置が発生させた基準信号が用いられる。基準信号発生装置は、発振器が出力した信号と、ＧＮＳＳ受信機等から得られる高精度なリファレンス信号と、を比較して位相差を求める。基準信号発生装置は、この位相差をゼロに近づけるように発振器を制御することで高精度な基準信号を発生させる。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a base station of a mobile phone, a transmitting station of digital broadcasting, or the like, a reference signal generated by a reference signal generator is used to synchronize timing and frequency of transmitting a signal. The reference signal generator compares the signal output from the oscillator with the high-precision reference signal obtained from the GNSS receiver or the like to obtain the phase difference. The reference signal generator generates a high-precision reference signal by controlling the oscillator so that the phase difference approaches zero.
基準信号発生装置には、例えば特許文献１に示すように、電圧制御発振器が用いられる。電圧制御発振器は、入力される制御電圧に応じて発振周波数が異なるように構成されている。また、電圧制御発振器は、制御電圧が同一であっても、周囲の温度や時間の経過等に伴って、発振周波数が変化する。 For example, as shown in Patent Document 1, a voltage control oscillator is used for the reference signal generator. The voltage controlled oscillator is configured such that the oscillation frequency is different according to the input control voltage. Further, in the voltage controlled oscillator, even if the control voltage is the same, the oscillation frequency changes with the passage of ambient temperature, time, and the like.
このように発振周波数は変動するため、上記のようにリファレンス信号に基づく制御を行っている場合であっても、基準信号の周波数が一時的に安定しないことがある。また、リファレンス信号を用いずに発振器を制御する自走制御を行う場合についても、基準信号の周波数が安定しないことがある。この点を考慮し、従来から、発振器を恒温槽で覆い、恒温槽内が一定の温度となるように制御を行う構成の恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ）が知られている。 Since the oscillation frequency fluctuates in this manner, the frequency of the reference signal may not be temporarily stabilized even when the control based on the reference signal is performed as described above. In addition, even in the case of performing free-running control for controlling the oscillator without using the reference signal, the frequency of the reference signal may not be stable. In view of this point, there has conventionally been known a thermostat-equipped crystal oscillator (OCXO) configured to cover an oscillator with a thermostat and perform control so that the temperature in the thermostat becomes a constant temperature.
ＯＣＸＯは、恒温槽内に温度センサとヒータとを備え、温度センサが検出した温度と目標温度との差がゼロになるようにヒータを制御する。これにより、恒温槽内を目標温度に維持することができる。 The OCXO includes a temperature sensor and a heater in a thermostatic chamber, and controls the heater such that the difference between the temperature detected by the temperature sensor and the target temperature is zero. Thereby, the inside of the thermostatic chamber can be maintained at the target temperature.
しかし、ＯＣＸＯは、温度差が生じてからヒータを加熱させるため、特に外部の温度変化が大きい環境では、恒温槽内の温度が目標温度から数度ズレてしまうことが考えられる。この場合、リファレンス信号に基づく制御又は自走制御を行っていても、基準信号の周波数が安定しないことがある。 However, since OCXO heats the heater after a temperature difference occurs, it is conceivable that the temperature in the thermostatic chamber deviates from the target temperature by several degrees, particularly in an environment where the external temperature change is large. In this case, even if control based on the reference signal or free-running control is performed, the frequency of the reference signal may not be stable.
また、外部の温度が目標温度に近い又は超えている場合、ヒータを制御しても目標温度に近づけることができない。従って、このような環境では基準信号発生装置を利用することができなかった。 In addition, when the external temperature is close to or exceeds the target temperature, even if the heater is controlled, the target temperature can not be approached. Therefore, the reference signal generator could not be used in such an environment.
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、恒温槽内の温度の変化に起因する基準信号の精度の低下を防止した基準信号発生装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object thereof is to provide a reference signal generating device which prevents a decrease in accuracy of a reference signal caused by a change in temperature in a thermostatic chamber.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above, and next, means for solving the problem and its effect will be described.
本発明の第１の観点によれば、以下の構成の基準信号発生装置が提供される。即ち、この基準信号発生装置は、発振部と、加熱部と、内部温度センサと、外部温度センサと、加熱制御部と、制御部と、を備える。前記発振部は、恒温槽内に配置される。前記加熱部は、恒温槽内を加熱する。前記内部温度センサは、恒温槽内の温度である内部温度を検出する。前記外部温度センサは、恒温槽外の温度である外部温度を検出する。前記加熱制御部は、前記内部温度センサが検出した前記内部温度と、設定された目標温度と、を比較して温度差を求め、当該温度差に基づいて前記加熱部を制御する。前記制御部は、リファレンス信号と、前記発振部が出力する信号と、を比較して位相差又は周波数差を求め、当該位相差又は周波数差と、前記内部温度センサが検出した前記内部温度と、前記外部温度センサが検出した前記外部温度と、に基づいて、前記位相差又は周波数差をゼロに近づけるように前記発振部を制御する。前記制御部は、前記目標温度と前記内部温度の温度差を考慮して、前記発振部を制御する。前記制御部は、前記外部温度センサが検出した前記外部温度の上昇変化量が所定の基準を超えた場合、前記位相差又は周波数差をゼロに近づける速度である追従速度を上昇させる。 According to a first aspect of the present invention, a reference signal generator having the following configuration is provided. That is, this reference signal generator includes an oscillating unit, a heating unit, an internal temperature sensor, an external temperature sensor, a heating control unit, and a control unit. The oscillation unit is disposed in a constant temperature bath. The heating unit heats the inside of the thermostatic chamber. The internal temperature sensor detects an internal temperature which is a temperature in a constant temperature bath. The external temperature sensor detects an external temperature which is a temperature outside the constant temperature bath. The heating control unit compares the internal temperature detected by the internal temperature sensor with a set target temperature to obtain a temperature difference, and controls the heating unit based on the temperature difference. The control unit compares a reference signal with a signal output from the oscillating unit to obtain a phase difference or frequency difference, and the phase difference or frequency difference and the internal temperature detected by the internal temperature sensor. The oscillation unit is controlled such that the phase difference or the frequency difference approaches zero based on the external temperature detected by the external temperature sensor . The control unit controls the oscillation unit in consideration of a temperature difference between the target temperature and the internal temperature. The control unit increases a following speed, which is a speed at which the phase difference or frequency difference approaches zero, when the amount of change in increase of the external temperature detected by the external temperature sensor exceeds a predetermined reference.
これにより、恒温槽の外部に温度センサを設置する構成と比較して、発振部の周囲の温度を正確に取得できるので、発振部をより的確に制御して、発振部が出力する周波数の精度を向上させることができる。 Thus, compared to the configuration in which the temperature sensor is installed outside the thermostatic chamber, the temperature around the oscillating unit can be acquired more accurately, so the oscillating unit is more accurately controlled and the accuracy of the frequency output by the oscillating unit Can be improved.
前記の基準信号発生装置においては、恒温槽内には目標温度が設定されており、前記制御部は、前記目標温度と、前記内部温度センサが検出した前記内部温度と、の差を考慮して、前記発振部を制御することが好ましい。 In the reference signal generator, the target temperature is set in the thermostatic chamber, and the control unit takes into consideration the difference between the target temperature and the internal temperature detected by the internal temperature sensor. Preferably, the oscillation unit is controlled.
一般的に、ヒータ等により内部温度を目標温度に近づけるように制御されている場合であっても、制御の遅れ等により内部温度は目標温度からズレてしまう。そのため、このズレを考慮して発振部を制御することで、発振部が出力する周波数の精度を向上させることができる。 Generally, even when the internal temperature is controlled to be close to the target temperature by a heater or the like, the internal temperature deviates from the target temperature due to a delay in control or the like. Therefore, the accuracy of the frequency output from the oscillating unit can be improved by controlling the oscillating unit in consideration of the deviation.
前記の基準信号発生装置においては、前記制御部は、前記リファレンス信号と、前記発振部が出力する信号と、が同期しているときに、前記内部温度の変化に基づく前記発振部の周波数の変化である温度特性を求めることが好ましい。 In the reference signal generator, the control unit changes the frequency of the oscillating unit based on the change of the internal temperature when the reference signal and the signal output from the oscillating unit are synchronized. It is preferable to determine the temperature characteristic which is
これにより、内部温度を検出することで、発振部の周囲の温度を的確に取得できる。また、リファレンス信号と発振部が出力する信号とが同期している場合は、正確な周波数を把握することができる。以上により、正確な温度特性を求めることができる。 Thus, by detecting the internal temperature, the temperature around the oscillation unit can be accurately obtained. In addition, when the reference signal and the signal output from the oscillation unit are synchronized, it is possible to grasp an accurate frequency. Thus, accurate temperature characteristics can be obtained.
前記の基準信号発生装置においては、前記制御部は、求めた前記温度特性に基づいて、前記温度特性を示す関数が極値をとるときの温度である頂点温度を求めることが好ましい。 In the reference signal generator, preferably, the control unit determines a vertex temperature which is a temperature at which the function indicating the temperature characteristic takes an extreme value, based on the determined temperature characteristic.
これにより、正確な頂点温度を求めることができる。また、この頂点温度を用いて発振部を制御することで、周波数変化の少ない安定な温度で発振部を動作させることができるので、周波数の変化を小さくすることができる。 This makes it possible to obtain an accurate vertex temperature. Further, by controlling the oscillating unit using this peak temperature, the oscillating unit can be operated at a stable temperature with little change in frequency, so that the change in frequency can be reduced.
前記の基準信号発生装置においては、前記制御部は、前記内部温度の時間変化率に基づく周波数の変化が除去されるように、前記発振部を制御することが好ましい。 In the reference signal generator, preferably, the control unit controls the oscillation unit such that a change in frequency based on a time change rate of the internal temperature is removed.
これにより、時間変化に基づく周波数の変化は発振部の周囲の温度を精度良く取得する必要があるが、上記の構成では外部温度ではなく内部温度を検出可能であるので、時間変化に基づく周波数の変化を適切に除去することができる。 Thus, although it is necessary to accurately obtain the temperature around the oscillation unit with the change of the frequency based on the time change, the above configuration can detect the internal temperature instead of the external temperature. Changes can be properly eliminated.
前記の基準信号発生装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、この基準信号発生装置は、恒温槽外の温度である外部温度を検出する外部温度センサを備える。前記制御部は、前記外部温度センサが検出した前記外部温度を取得するとともに、前記内部温度センサが検出した前記内部温度を取得し、前記外部温度の変化に基づく前記内部温度の変化を考慮して、前記発振部を制御する。 The above-described reference signal generator preferably has the following configuration. That is, the reference signal generator includes an external temperature sensor that detects an external temperature which is a temperature outside the constant temperature bath. The control unit acquires the external temperature detected by the external temperature sensor, acquires the internal temperature detected by the internal temperature sensor, and takes into consideration changes in the internal temperature based on changes in the external temperature. And controlling the oscillating unit.
これにより、外部温度の変化に基づいて内部温度の変化を見積もることができるので、例えば外部温度が急激に変化した場合であっても、発振部を適切に制御することができる。 Thus, the change in the internal temperature can be estimated based on the change in the external temperature, so that it is possible to appropriately control the oscillator even if the external temperature changes rapidly, for example.
本発明の第２の観点によれば、以下の構成の基準信号発生装置が提供される。即ち、この基準信号発生装置は、発振部と、加熱部と、内部温度センサと、外部温度センサと、加熱制御部と、制御部と、を備える。前記発振部は、恒温槽の内部に配置される。前記加熱部は、恒温槽の内部を加熱する。前記内部温度センサは、恒温槽内の温度である内部温度を検出する。前記外部温度センサは、恒温槽外の温度である外部温度を検出する。前記加熱制御部は、前記内部温度センサが検出した前記内部温度と、設定された目標温度と、を比較して温度差を求め、当該温度差に基づいて前記加熱部を制御する。前記制御部は、リファレンス信号と、前記発振部が出力する信号と、を比較して位相差又は周波数差を求め、当該位相差又は周波数差に基づいて前記発振部を制御する。前記加熱制御部は、前記外部温度センサが検出した前記外部温度が閾値以上となったときに、前記目標温度を上昇させる。 According to a second aspect of the present invention, a reference signal generator having the following configuration is provided. That is, this reference signal generator includes an oscillating unit, a heating unit, an internal temperature sensor, an external temperature sensor, a heating control unit, and a control unit. The oscillation unit is disposed inside a thermostatic chamber. The heating unit heats the inside of the thermostatic chamber. The internal temperature sensor detects an internal temperature which is a temperature in a constant temperature bath. The external temperature sensor detects an external temperature which is a temperature outside the constant temperature bath. The heating control unit compares the internal temperature detected by the internal temperature sensor with a set target temperature to obtain a temperature difference, and controls the heating unit based on the temperature difference. The control unit compares a reference signal with a signal output from the oscillating unit to obtain a phase difference or frequency difference, and controls the oscillating unit based on the phase difference or frequency difference. The heating control unit raises the target temperature when the external temperature detected by the external temperature sensor is equal to or higher than a threshold.
これにより、例えば外部温度が高くなって内部温度が正確に制御できなくなった場合であっても、目標温度を上げることで、内部温度を一定に保つことができる。従って、周波数の変化の発生を防止することができる。 Thus, even if, for example, the external temperature becomes high and the internal temperature can not be accurately controlled, the internal temperature can be kept constant by raising the target temperature. Therefore, the occurrence of frequency change can be prevented.
前記の基準信号発生装置においては、前記閾値は、前記目標温度よりも高い温度であることが好ましい。 In the reference signal generator, the threshold is preferably a temperature higher than the target temperature.
これにより、外部温度が目標温度を超えると内部温度を目標温度に合わせることが困難となるので、上記の方法を有効に活用することができる。 As a result, when the external temperature exceeds the target temperature, it becomes difficult to adjust the internal temperature to the target temperature, so that the above method can be effectively used.
前記の基準信号発生装置においては、前記制御部は、前記外部温度センサが検出した前記外部温度を取得するとともに、前記内部温度センサが検出した前記内部温度を取得し、前記外部温度の変化に基づく前記内部温度の変化を考慮して、前記発振部を制御することが好ましい。 In the reference signal generator, the control unit acquires the external temperature detected by the external temperature sensor, and acquires the internal temperature detected by the internal temperature sensor, and is based on a change in the external temperature. It is preferable to control the oscillation unit in consideration of a change in the internal temperature.
これにより、外部温度の変化に基づいて内部温度の変化を見積もることができるので、例えば外部温度が急激に変化した場合であっても、発振部を適切に制御することができる。 Thus, the change in the internal temperature can be estimated based on the change in the external temperature, so that it is possible to appropriately control the oscillator even if the external temperature changes rapidly, for example.
次に発明の実施の形態について説明する。初めに、図１を参照して、第１実施形態に係る基準信号発生装置１０の全体構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る基準信号発生装置１０の構成を示すブロック図である。
Next, an embodiment of the invention will be described. First, the entire configuration of the
本実施形態の基準信号発生装置１０は、携帯電話の基地局、地上デジタル放送の送信局及びＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）の通信設備等に用いられるものであり、接続されるユーザ側の機器に基準タイミング信号や基準周波数信号を提供するものである。以下に、基準信号発生装置１０の各部の構成について説明する。
The reference
図１に示すように、本実施形態の基準信号発生装置１０は、ＧＰＳ受信部２１と、制御部２２と、ＶＣＸＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、電圧制御発振器、発振部）２３と、内部温度センサ２４と、ヒータ（加熱部）２５と、加熱制御部２６と、分周部２７と、を備える。また、制御部２２、ＶＣＸＯ２３、及び分周部２７は、ＰＬＬ回路４４を構成している。
As shown in FIG. 1, the reference
基準信号発生装置１０の入力部４１には、ＧＰＳアンテナ（ＧＮＳＳアンテナ）１１が接続されている。ＧＰＳアンテナ１１がＧＰＳ衛星（ＧＮＳＳ衛星）から受信した測位用信号は、この入力部４１を介して、ＧＰＳ受信部２１へ入力される。ＧＰＳ受信部２１は、この測位用信号に基づいて測位計算を行うことで、リファレンス信号（１秒に１回のパルス信号）を生成する。このリファレンス信号は、協定世界時（ＵＴＣ）の１秒に正確に同期するように適宜較正されている。
A GPS antenna (GNSS antenna) 11 is connected to the
ＶＣＸＯ２３、内部温度センサ２４、及びヒータ２５は、恒温槽３０の内部に配置されている。ＶＣＸＯ２３は、外部から印加される電圧のレベルによって出力する周波数を変更可能な発振器である。ＶＣＸＯ２３が出力する信号は、基準信号として出力部４２から外部の機器へ供給される。
The
内部温度センサ２４は、恒温槽３０内の温度（内部温度）を検出するセンサである。ヒータ２５は、電熱線等によって恒温槽３０内を加熱する。
The
加熱制御部２６は、目標温度を設定可能に構成されており、目標温度を設定することで、恒温槽３０内が目標温度になるようにヒータ２５を制御する。具体的には、加熱制御部２６には、内部温度センサ２４が検出した内部温度が入力される。加熱制御部２６は、この内部温度と目標温度との差を求め、この温度差に応じてヒータ２５を加熱する。以上の構成により、ＶＣＸＯ２３の周囲を目標温度に保つことができる。
The
なお、ＶＣＸＯ等を恒温槽で覆い、恒温槽内を一定温度に保つ発振器はＯＣＸＯとして従来から知られている。しかし、本実施形態では、内部温度センサ２４が検出した内部温度を制御部２２へ出力する点で、従来のＯＣＸＯと異なる。なお、内部温度を利用して制御部２２が行う制御については様々な制御について後述する。
Note that an oscillator for covering VCXO or the like with a constant temperature bath and keeping the temperature in the constant temperature bath at a constant temperature is conventionally known as OCXO. However, the present embodiment differs from the conventional OCXO in that the internal temperature detected by the
分周部２７は、ＶＣＸＯ２３から入力される基準周波数信号を分周して高い周波数から低い周波数に変換し、得られた位相比較用信号を制御部２２へ出力するように構成されている。また、この位相比較用信号は、基準タイミング信号（１ＰＰＳ信号）として出力部４３から外部のユーザ側のシステムに対しても出力される。例えば、ＶＣＸＯ２３が出力する基準周波数が１０ＭＨｚである場合、分周部２７は、ＶＣＸＯ２３が出力する１０ＭＨｚの信号を分周比１／１０００００００で分周して、１Ｈｚの位相比較用信号を生成する。
The dividing
制御部２２には、前記リファレンス信号と、この位相比較用信号と、が入力される。制御部２２は、これらの信号の位相を比較して位相差を求め、その位相差に基づく信号（位相差信号、周波数制御量）を生成する。
The
また、制御部２２は、この周波数制御量の高周波成分の遮断及び雑音の除去を行った後に、周波数制御量をＶＣＸＯ２３へ出力する。これにより、位相差をゼロに近づけるようにＶＣＸＯ２３を制御することができる。なお、制御部２２は、ＶＣＸＯ２３の出力信号又はそれに基づく信号とリファレンス信号の比較結果を出力する構成であれば良く、信号の処理方法は任意である。
The
以上に説明した構成によって、ＰＬＬ回路４４のループが構成され、リファレンス信号としての１ＰＰＳ信号に出力信号が同期するようにＶＣＸＯ２３が制御される。従って、ＧＰＳ受信部２１が１ＰＰＳ信号を生成して基準信号発生装置１０に供給し、当該１ＰＰＳ信号に対してＰＬＬロックしている限り、経時変化や周囲の温度変化等に起因してＶＣＸＯ２３の特性の変動が生じたとしても、基準信号発生装置１０の基準信号を高精度に保つことができる。
With the configuration described above, the loop of the
次に、恒温槽３０内の目標温度を決定する方法について説明する。初めに、水晶発振器の一般的な特性について説明する。図２（ａ）は、水晶及びＯＣＸＯの温度特性を示すグラフである。
Next, a method of determining the target temperature in the
図２（ａ）に示すグラフは、横軸が発振器の周囲の温度を示しており、縦軸が温度変化による周波数の変化量を示している。図２（ａ）に示すように、水晶自体は一般的には３次関数に類似する温度特性を有しており、８０℃から９０℃位で極値（ゼロ温度係数点）をとる。以下では極値をとるときの温度を頂点温度と称する。 In the graph shown in FIG. 2A, the horizontal axis indicates the temperature around the oscillator, and the vertical axis indicates the amount of change in frequency due to temperature change. As shown in FIG. 2A, the crystal itself generally has a temperature characteristic similar to a cubic function, and takes an extreme value (zero temperature coefficient point) at about 80 ° C. to 90 ° C. The temperature at which an extreme value is taken is hereinafter referred to as the peak temperature.
従って、発振器の周囲の温度が頂点温度の近傍である場合、温度変化に伴う周波数変化は小さい（温度特性が安定）。一方、発振器の周囲の温度が頂点温度から離れている場合、温度変化に伴う周波数変化は大きい（温度特性が不安定）。 Therefore, when the temperature around the oscillator is near the peak temperature, the frequency change associated with the temperature change is small (the temperature characteristics are stable). On the other hand, when the temperature around the oscillator is apart from the peak temperature, the frequency change accompanying the temperature change is large (the temperature characteristic is unstable).
以上により、この頂点温度を目標温度にすることで、恒温槽３０内の温度（内部温度）が変化した場合であっても、周波数の変化を抑えることができる。
As described above, by setting the peak temperature to the target temperature, it is possible to suppress the change in frequency even when the temperature (internal temperature) in the
また、頂点温度は発振器毎に個体差があるため、発振器毎に頂点温度を求める必要がある。従来のＯＣＸＯでは、温度を変化させたときの発振周波数の変化をユニバーサルカウンタ等で測定し、その測定結果に基づいて頂点温度を求めている。この方法では、様々な検査装置が必要となる。 Further, since the peak temperature has individual differences among the oscillators, it is necessary to obtain the peak temperature for each oscillator. In the conventional OCXO, the change of the oscillation frequency when the temperature is changed is measured by a universal counter or the like, and the peak temperature is obtained based on the measurement result. This method requires various inspection devices.
これに対し、本実施形態の基準信号発生装置１０は、リファレンス信号に同期している間は高精度な周波数を出力することができる。従って、リファレンス信号に同期している間に頂点温度の近傍で温度を変化させ、そのときに制御部２２が出力した制御電圧に基づいて、温度特性を求めることができる。
On the other hand, the
なお、基準信号発生装置１０は、温度特性が安定している部分でＶＣＸＯ２３を使用するため、使用時には内部温度を頂点温度の近傍で維持する。従って、温度特性を求める際には、頂点温度の近傍の温度特性のみを求めれば良い。従って、使用可能温度の全体にわたって温度特性を求める方法と比較して、記憶部の記憶容量を抑える（又は同一の記憶部で詳細な温度特性を記憶させる）ことができる。
In addition, since the
次に、内部温度センサ２４が検出した内部温度に基づいて制御部２２が行う制御について説明する。制御部２２は、内部温度に基づいて、（１）内部温度と目標温度の差に基づく補正と、（２）温度の時間変化率を考慮した補正と、を行う。
Next, control performed by the
上述のように、恒温槽３０内は、ヒータ２５と加熱制御部２６とによって目標温度（頂点温度）に維持されているが、温度差が生じてからヒータ２５による加熱が始まるまでの時間や、ヒータ２５による加熱が始まってから恒温槽３０内の温度が上昇するまでの時間等があるため、内部温度と目標温度とは数度ズレてしまう。
As described above, the interior of the
もちろん、ＶＣＸＯ２３が出力する信号とリファレンス信号とが同期している場合は、この温度差に基づく周波数差を解消する方向に制御電圧が調整される。しかし、位相差を急激にゼロに近づけることは困難であり、一時的ではあるが基準信号の周波数の精度が低下してしまう。そのため、本実施形態の制御部２２は、内部温度センサ２４が検出した内部温度と、目標温度と、に差がある場合、この温度差を考慮して、制御電圧を作成する。これにより、基準信号の周波数の精度が低下することを抑制することができる。なお、同様の制御は自走制御中（詳細は後述の変形例を参照）においても実施することができる。
Of course, when the signal output from the
次に、温度の時間変化率を考慮した補正について説明する。水晶発振器は、ヒステリシスを有する周波数特性を有することが知られている。つまり、上記では、温度を変化させることで周波数が変動することを述べたが、詳細には、温度が同じであっても、温度を上昇させて当該温度に到達したか、温度を下降させて当該温度に到達したかで温度特性は微妙に異なる（図２（ｂ）を参照）。なお、ヒステリシスを有する周波数特性を考慮した補正を行うためには、発振器の周囲の温度変化を詳細に把握する必要がある。そのため、本実施形態のように内部温度を正確に検出可能な構成は、この補正を適切に行うことができる。 Next, correction in consideration of the temporal change rate of temperature will be described. Crystal oscillators are known to have frequency characteristics with hysteresis. That is, in the above, it has been described that the frequency fluctuates by changing the temperature, but in detail, even if the temperature is the same, the temperature is raised to reach the temperature or the temperature is lowered The temperature characteristics slightly differ depending on whether the temperature has been reached (see FIG. 2 (b)). In order to perform correction in consideration of the frequency characteristic having hysteresis, it is necessary to grasp the temperature change around the oscillator in detail. Therefore, the configuration that can accurately detect the internal temperature as in the present embodiment can appropriately perform this correction.
このように、内部温度センサ２４が検出した内部温度を利用して制御部２２が制御を行うことで、より高精度な基準信号を出力することができる。なお、基準信号発生装置を製造するメーカは、ＯＣＸＯを一体として購入することが多い。従って、ＯＣＸＯの内部にある温度センサが検出した内部温度を取り出すことは困難であり、容易に想到し得ないことである。この点、本願の出願人は、恒温槽３０及び内部温度センサ２４等を自ら用意して組み立てることで、本願の構成に想到することができた。
As described above, the
次に、第２実施形態について図３を参照して説明する。図３は、第２実施形態に係る基準信号発生装置１０の構成を示すブロック図である。なお、第２実施形態の基準信号発生装置１０の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a
第２実施形態の基準信号発生装置１０は、第１実施形態と異なり、内部温度センサ２４が検出した内部温度が制御部２２へ出力されない。また、第１実施形態の構成に加え、新たに外部温度センサ２８を備える構成である。
Unlike the first embodiment, the reference
外部温度センサ２８は、恒温槽３０の外側の温度（外部温度）を検出する。外部温度センサ２８が検出した外部温度は加熱制御部２６へ出力される。
The
加熱制御部２６は、外部温度に基づいて、目標温度を変更する制御を行う。以下、具体的に説明する。上述のように、加熱制御部２６は、ヒータ２５を制御して加熱を行うことで、内部温度を目標温度に近づけることができる。しかし、外部温度が目標温度と同等又は目標温度より高い場合、ヒータ２５による加熱では内部温度の調整ができないため、内部温度を目標温度に近づけることができない。なお、ペルチェ素子等を用いて恒温槽３０を冷却することは不可能ではないが、コストの観点から現実的ではない。そのため、このような高温環境では、内部温度が安定しないためＶＣＸＯ２３の発振周波数も安定しない。
The
この点、第２実施形態の基準信号発生装置１０では、外部温度センサ２８が検出した外部温度が閾値以上である場合に、目標温度を上昇させる制御を行う。閾値となる温度は任意だが、例えば頂点温度（目標温度）を閾値とすることができる。目標温度を上昇させることにより、ヒータ２５及び加熱制御部２６によって内部温度の変動を小さくすることができる。もちろん、図２（ａ）に示す温度特性の安定性は低下するが、内部温度の変動が小さいため、基準信号の周波数を比較的安定させることができる。
In this respect, in the reference
なお、自走制御を行っているときにも目標温度を上昇させる制御を行うことは可能だが、基準信号の精度の観点から、リファレンス信号と同期しているときにこの制御を行うことが好ましい。 Although it is possible to perform control to raise the target temperature even when performing self-running control, it is preferable to perform this control in synchronization with the reference signal from the viewpoint of the accuracy of the reference signal.
次に、第３実施形態について図４を参照して説明する。図４は、第３実施形態に係る基準信号発生装置１０の構成を示すブロック図である。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a
第３実施形態の基準信号発生装置１０は、内部温度センサ２４が検出した内部温度が制御部２２へ出力される。また、外部温度センサ２８が検出した外部温度が制御部２２及び加熱制御部２６へ出力される。
In the
このように、制御部２２に内部温度及び外部温度が出力されることで、制御部２２は、詳細な制御を行うことができる。外部温度が変化した場合、その影響を受けてやや遅れて内部温度が変化する。つまり、外部温度を参照することで内部温度の変化を推測することができる。そのため、例えば外部温度が大きく上昇した場合は内部温度も大きく上昇して発振周波数の誤差が大きくなることが考えられる。この場合、制御部２２は、追従速度を上昇させることで、発振周波数の誤差を素早くゼロにすることができる。
As described above, when the internal temperature and the external temperature are output to the
次に、第４実施形態について図５を参照して説明する。図５は、第４実施形態に係る基準信号発生装置１０の構成を示すブロック図である。
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a
第４実施形態の基準信号発生装置１０は、自走制御（ホールドオーバー制御）を実行可能に構成されている。自走制御とは、ＧＰＳ受信部２１から適切なリファレンス信号が取得できない場合に行われ、リファレンス信号を利用せずに高精度な基準信号を出力する制御である。
The reference
基準信号発生装置１０は、自走制御を行うための構成として、自走制御部（制御部）５１と、スイッチ５２と、を備えている。
The reference
自走制御部５１には、制御部２２が出力する周波数制御量が入力される。自走制御部５１は、第１実施形態で制御部２２が行ったように、同期状態である場合は、内部温度センサ２４が検出した温度と、ＶＣＸＯ２３が出力した信号の周波数と、の対応関係（温度特性）を記憶する。自走制御部５１は、内部温度センサ２４が検出した内部温度と、上記で求めた温度特性と、を考慮して、制御部２２が出力した周波数制御量を補正する。このように、内部温度センサ２４が検出した内部温度を用いることで、内部温度が目標温度からズレていた場合であっても、適切に周波数制御量を補正することができる。
The frequency control amount output from the
スイッチ５２には、制御部２２が出力した周波数制御量と、自走制御部５１が補正した周波数制御量と、が入力される。スイッチ５２は、適切なリファレンス信号が利用できるときは、制御部２２が出力した周波数制御量を出力し、適切なリファレンス信号が利用できないときは、自走制御部５１が出力した周波数制御量を出力する。
The frequency control amount output from the
自走制御部５１が出力する周波数制御量は、環境の変化（具体的には温度の変化）を考慮して定められているので、自走状態において環境が変化した場合であっても、高精度な基準信号を出力し続けることができる。
Since the frequency control amount output by the free-running
また、本実施形態の自走制御部５１は、第１実施形態で説明した、温度の時間変化率を考慮した補正を行うこともできる。また、本実施形態の加熱制御部２６は、第２実施形態で説明した、外部温度に基づいて目標温度を上昇させる制御を行うこともできる。また、本実施形態の自走制御部５１は、第３実施形態で説明した、外部温度に基づいて内部温度を予測して追従速度等を変化させる制御を行うことができる。
Further, the self-running
以上に説明したように、本実施形態の基準信号発生装置１０はＶＣＸＯ２３と、内部温度センサ２４と、制御部２２と、を備える。ＶＣＸＯ２３は、恒温槽３０内に配置される。内部温度センサ２４は、恒温槽３０内の温度である内部温度を検出する。制御部２２は、リファレンス信号と、発振部が出力する信号と、を比較して位相差を求め、当該位相差と、内部温度センサ２４が検出した内部温度と、に基づいてＶＣＸＯ２３を制御する。
As described above, the reference
これにより、恒温槽３０の外部に温度センサを設置する構成と比較して、ＶＣＸＯ２３の周囲の温度を正確に取得できるので、ＶＣＸＯ２３をより的確に制御して、ＶＣＸＯ２３が出力する基準信号の周波数の精度を向上させることができる。
Thereby, compared with the structure which installs a temperature sensor outside the
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。 The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the above-described configuration can be modified, for example, as follows.
基準信号発生装置１０を構成する発振部は、ＶＣＸＯ２３でなくても良い。例えば、ＴＣＸＯ（温度補償型水晶発振器）又はＯＣＸＯであっても良い。この場合、頂点温度に代えて性能上限温度を必要に応じて求め（又は仕様書等に基づいて性能上限温度を調べ）、加熱制御部２６に目標温度として設定する。なお、発振部は、水晶以外の原子発振器（ルビジウム発振器）やＮＣＯ（数値制御発振器）等のＤＣＯ（デジタル制御発振器）であっても良い。
The oscillating unit constituting the
上記実施形態では、位相差を比較するＰＬＬ回路を用いているが、周波数差を比較するＦＬＬ回路を用いることもできる。この場合、追従速度とは周波数差をゼロに近づける速度を示すこととなる。 Although the PLL circuit that compares the phase difference is used in the above embodiment, it is also possible to use an FLL circuit that compares the frequency difference. In this case, the following speed indicates the speed at which the frequency difference approaches zero.
上記実施形態及び変形例は、ＧＰＳ衛星からの信号に基づいてリファレンス信号を生成する構成であるが、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）を利用する構成であれば、適宜変更することができる。例えば、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星やＧＡＬＩＬＥＯ衛星からの信号に基づいてリファレンス信号を生成する構成に変更することができる。また、外部装置からのリファレンス信号を取得する構成としても良い。 Although the said embodiment and modification are the structures which produce | generate a reference signal based on the signal from a GPS satellite, if it is the structure using GNSS (Global Navigation Satellite System), it can change suitably. For example, the configuration can be changed to generate a reference signal based on signals from GLONASS satellites and GALILEO satellites. In addition, a reference signal from an external device may be acquired.
ＧＰＳ受信部２１は、１ＰＰＳに代えて、ＰＰ２Ｓ等の１Ｈｚ以外の信号をリファレンス信号として生成する構成に変更することができる。また、ＧＰＳ受信部２１は、基準信号発生装置１０の内部ではなく外部に配置されていても良い。
The
基準信号発生装置１０が備える各部は、ハードウェアとして構成することに代えて、ソフトウェアにより構成することもできる。
Each component of the
１０ 基準信号発生装置
２１ ＧＰＳ受信部
２２ 制御部
２３ ＶＣＸＯ（発振部）
２４ 内部温度センサ
２５ ヒータ（加熱部）
２６ 加熱制御部
２７ 分周部
２８ 外部温度センサ
３０ 恒温槽
10
24
26
Claims (4)
恒温槽内を加熱する加熱部と、
恒温槽内の温度である内部温度を検出する内部温度センサと、
恒温槽外の温度である外部温度を検出する外部温度センサと、
前記内部温度センサが検出した前記内部温度と、設定された目標温度と、を比較して温度差を求め、当該温度差に基づいて前記加熱部を制御する加熱制御部と、
リファレンス信号と、前記発振部が出力する信号と、を比較して位相差又は周波数差を求め、当該位相差又は周波数差と、前記内部温度センサが検出した前記内部温度と、前記外部温度センサが検出した前記外部温度と、に基づいて、前記位相差又は周波数差をゼロに近づけるように前記発振部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記目標温度と前記内部温度の温度差を考慮して、前記発振部を制御し、
前記制御部は、前記外部温度センサが検出した前記外部温度の上昇変化量が所定の基準を超えた場合、前記位相差又は周波数差をゼロに近づける速度である追従速度を上昇させることを特徴とする基準信号発生装置。 An oscillating unit disposed in the thermostatic chamber;
A heating unit that heats the inside of the thermostatic chamber;
An internal temperature sensor that detects an internal temperature that is a temperature in a constant temperature bath;
An external temperature sensor that detects an external temperature that is a temperature outside the constant temperature bath;
A heating control unit that compares the internal temperature detected by the internal temperature sensor with a set target temperature to obtain a temperature difference, and controls the heating unit based on the temperature difference;
A phase difference or frequency difference is determined by comparing a reference signal and a signal output from the oscillation unit, the phase difference or frequency difference, the internal temperature detected by the internal temperature sensor, and the external temperature sensor A control unit configured to control the oscillation unit such that the phase difference or the frequency difference approaches zero based on the detected external temperature ;
Equipped with
The control unit controls the oscillation unit in consideration of a temperature difference between the target temperature and the internal temperature,
The controller is characterized in that when the amount of change in increase of the external temperature detected by the external temperature sensor exceeds a predetermined reference, the control portion increases a following speed which is a speed at which the phase difference or frequency difference approaches zero. Reference signal generator.
前記制御部は、前記リファレンス信号と、前記発振部が出力する信号と、が同期しているときに、前記内部温度の変化に基づく前記発振部の周波数の変化である温度特性を求めることを特徴とする基準信号発生装置。 The reference signal generator according to claim 1 , wherein
The control unit is characterized in that when the reference signal and the signal output from the oscillating unit are synchronized, a temperature characteristic that is a change in frequency of the oscillating unit based on a change in the internal temperature is obtained. Reference signal generator to be.
前記制御部は、求めた前記温度特性に基づいて、前記温度特性を示す関数が極値をとるときの温度である頂点温度を求めることを特徴とする基準信号発生装置。 The reference signal generator according to claim 2 , wherein
The reference signal generating device, wherein the control unit determines a vertex temperature which is a temperature when the function indicating the temperature characteristic takes an extreme value based on the determined temperature characteristic.
前記制御部は、前記内部温度の時間変化率に基づく周波数の変化が除去されるように、前記発振部を制御することを特徴とする基準信号発生装置。 The reference signal generator according to any one of claims 1 to 3 , wherein
The control unit controls the oscillation unit such that a change in frequency based on a time change rate of the internal temperature is removed.
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