JPH0787368B2 - 外部制御型原子発振器 - Google Patents

外部制御型原子発振器

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JPH0787368B2
JPH0787368B2 JP19838687A JP19838687A JPH0787368B2 JP H0787368 B2 JPH0787368 B2 JP H0787368B2 JP 19838687 A JP19838687 A JP 19838687A JP 19838687 A JP19838687 A JP 19838687A JP H0787368 B2 JPH0787368 B2 JP H0787368B2
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 外部信号の周波数と原子発振器の周波数の差Δfを表す
正負極性の直流電圧Aを固定バイアス電圧Voに加算し
て、加算された出力電圧Vにより原子発振器のC磁界コ
イルの電流icを制御して、原子発振器の発振周波数を外
部信号の周波数に同期させるPLL制御の外部制御型原子
発振器の改良であって、前記直流電圧Aの正入力と負入
力に対する出力電圧Vの比を異なる値にして出力する制
御電圧補正回路を設けることにより、該直流電圧Aの正
負の変化に対して発振周波数の変化Δfが正しく比例し
て均一となるようにして、PLL制御ループの安定度を改
良した外部制御型原子発振器。
〔産業上の利用分野〕
本発明は外部信号の周波数に同期した周波数の信号を発
振する原子発振器、即ち外部制御型原子発振器の改良に
関する。
原子や分子の共鳴周波数を利用して内蔵の水晶発振器の
周波数を制御する原子発振器は、高い周波数安定度が得
られるため、色々の分野で高精度の周波数源として用い
られている。これまでは、原子発振器は全て規準発振
器、即ち周波数の固定された発振器として用いられて来
たが、近年、通信放送の分野で原子発振器の発振周波数
を、周波数が僅か異なる外部信号の周波数に位相同期さ
せて利用する必要が高まっている。この需要に応えるに
は、外部からの制御信号によって、発振周波数を制御す
ることの可能な原子発振器を実現することが不可欠であ
り、その実現方法として幾つかの方法があるが、本発明
はその方法の1つである原子発振器の所謂C磁界コイル
の電流icを外部信号による所謂PLL制御により制御する
方法に関する。PLL制御によりC磁界電流icを外部信号
により制御する外部制御型原子発振器としては、誤差信
号であるC磁界電流icを流す制御電圧Vの正側および負
側の一定変化に対して、原子発振器の発振周波数が正し
く比例して変化することがPLL制御の安定度上望まれて
いる。
〔従来の技術〕
外部制御型原子発振器の従来の回路構成を第4図に示
す。
周波数f±Δfを発振する原子発振器1の発振信号は、
周波数fの外部信号と乗算器10で乗算され、原子発振器
1の発振周波数f±Δfと外部信号の周波数fとの差周
波数Δfを表すディジタル信号Dを発生する。ディジタ
ル信号Dは、ディジタル/アナログ変換器20において、
一定振幅の正負の直流電圧のアナログの制御信号電圧A
に変換されたのち、加算器2へ入力される。加算器2へ
入力される。加算器2は、入力された正負の一定電圧A
に固定バイアスの直流電圧Voを加算し、出力電圧V(=
Vo±A)を出力し、該出力電圧Vを抵抗を通してC磁界
コイル3に印加し所定のC磁界電流icを流す。そしてC
磁界電流icの変化値が原子発振器1の発振信号の周波数
の変化量Δfを決定する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、C磁界コイル3に流れるC磁界電流icと原子
発振器1の発振周波数fの関係は、原子物理の原理によ
り、第5図Aに示す如く、発振周波数の変化量Δf/fの
値がicの自乗に比例する関係となっている。
このため、正負の制御信号電圧Aと、C磁界コイル3に
C磁界電流icを流す加算器2の出力電圧Vとの比(直流
ゲイン)を単純に1とする従来例の構成では、加算器2
の出力電圧Vが、固定バイアス電圧Voに正負の制御信号
電圧Aが加算され出力する時、即ち正の制御信号電圧A
を加算してC磁界電流icを増加する時と、負の制御信号
電圧Aを加算する、つまり減算して、C磁界電流icを減
少する時に、同じC磁界電流icを中心とする場合でも、
原子発振器1の発振周波数fの変化量Δfは、第5図B
に示す如く、異る値になる。このため、原子発振器1と
乗算器10とD/A変換器20と加算器2とC磁界コイル3で
構成する位相同期ループPLLのループ利得、即ち制御信
号電圧Aの一定変化に対する原子発振器1の発振周波数
fの変化量Δfの値が変動する。従って、一定の正負の
電圧Aを制御信号とするディジタル制御のPLLの場合
は、制御信号1ビットの1ステップで制御され変化する
原子発振器1の発振周波数の変化量Δfが、制御信号の
正側と負側で不均一となり、位相同期ループPLLの周波
数安定度に悪い影響を及ぼすという問題を生じる。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点は本発明により第1図に示す如く、原子発振
器(1)の発振周波数と外部信号の周波数との差Δfを
表わすデイジタル信号Dを、D/A変換器(20)で一定の
直流電圧が正と負に変換するアナログの制御信号電圧A
に変換し、この制御信号電圧Aに加算器(2)で一定の
直流の固定バイアス電圧V0を加算し、加算された出力電
圧Vを原子発振器(1)のC磁界コイル(3)に印加し
て電流icを流し、電流icの発生するC磁界により原子発
振器(1)の発振周波数と外部信号の周波数との差Δf
が零になるように制御する外部制御型原子発振器におい
て、 D/A変換器(20)と加算器(2)との間に制御電圧補正
回路(4)を設け、 制御電圧補正回路は、入力する制御信号電圧Aの正又は
負の電圧値を、 固定バイアス電圧が加算された状態で制御電圧と発振周
波数の変化量を示す曲線上において、 正側の制御電圧による発振周波数の変化量が、負側の制
御電圧による発振周波数の変化量と等しくなる如く補正
することを特徴とする外部制御型原子発振器によって解
決される。
第1図の原理ブロック図において、 1は、周波数f±Δfを発振する原子発振器、 10は、原子発振器1の発振信号と外部から与えられる周
波数fの外部信号とを乗算し、原子発振器1の発振周波
数f±Δfと外部信号の周波数fの差周波数Δfを表す
ディジタル信号Dを出力する乗算器、 20は、乗算器10の出力のディジタル信号Dをアナログの
正負極性の制御信号電圧Aに変換するD/A変換器、 2は、D/A変換器20の正負の制御信号電圧Aを入力し固
定バイアス電圧Voと加算して、出力電圧V(=Vo±A)
を出力する加算器、 3は、加算器2の出力電圧Vにより所定の電流icを流し
所定の強さのC磁界を発生して原子発振器1に結合する
C磁界コイル、 4は、D/A変換器20の出力の制御信号電圧Aの正入力に
対する出力電圧Cの比を制御信号電圧Aの負入力に対す
る出力電圧Cの比と異なるようにして出力電圧Cを出力
する制御電圧補正回路であって、 制御電圧補正回路4の出力電圧Cを前記加算器2に入力
するように構成する。
〔作用〕
原子発振器1は、周波数f±Δfを発振し、原子発振器
1の発振信号は外部から与えられる周波数fの外部信号
と、乗算器10において乗算され、原子発振器1の発振周
波数f±Δfと外部信号の周波数fの差周波数Δfを表
すディジタル信号Dを誤差信号として出力する。
D/A変換器20は、乗算器10の出力のディジタル信号Dを
アナログの正極性と負極性の制御信号電圧Aに変換し
て、その正負の制御電圧Aを制御電圧補正回路4に入力
する。
制御電圧補正回路4は、D/A変換器20からの正負の信号
電圧Aを入力して、正入力Aに対する出力電圧Cの比と
負入力Aに対する出力電圧Cの比が異なるようにして出
力電圧Cを出力する。
正入力Aに対する出力電圧Cと、負入力Aに対する出力
電圧Cは異なる値となる。
加算器2は、制御電圧補正回路4からの出力電圧Cを入
力し固定の直流電圧Voと加算して出力電圧Vを出力する
が、制御電圧補正回路4からの出力電圧Cが、制御信号
電圧Aの正負で異なる値なので、加算器2の出力電圧V
も、制御信号電圧Aの正負で異なる値となる。従って、
加算器2の出力電圧VによりC磁界コイル3に流れる電
流icも制御信号電圧Aの正負で異なる値となる。
従って、C磁界コイル3に流れる電流icの自乗で定まる
原子発振器1の発振周波数の変化量Δfは、従来例と異
なって、制御信号電圧Aの正負で同じ値になし得て、PL
L制御の安定度の問題は解決される。
〔実施例〕
第2図は、本発明の実施例の外部制御型原子発振器の構
成を示すブロック図であって、第3図はその動作を説明
するための説明図である。
第2図において、原子発振器1と乗算器10とD/A変換器2
0と加算器2とC磁界コイル3は従来技術の項で従来例
の第3図のブロック図により説明した同一番号のものと
同じ機能をもつ。
本発明の実施例で新設される第2図の制御電圧補正回路
4は、ダイオード回路41と圧縮器42と加算器43から成
り、ダイオード回路41は、第3図(b)の動作説明図に
示す如く、D/A変換器20からの制御信号電圧Aの正負入
力Aの負側の電圧を理想的にカットし、残った正側の入
力Aを反転して反転出力を出力する反転型理想ダイオー
ド回路であって、圧縮器42は、ダイオード回路41の出力
の正側の反転出力を入力レベルに対して出力レベルを一
定傾斜で圧縮して出力電圧Bを出力する。第3図(b)
は、圧縮器42の出力電圧Bを示し、ダイオード回路41と
圧縮器42の特性の和の回路特性を示す。第3図(a)
は、制御電圧補正回路4に入力する正負の入力Aを入力
Aの正負で等しく変換される出力電圧Dを示す。
制御電圧補正回路4の加算器43は、圧縮器42の出力Bと
D/A変換器20の出力Aの変換出力Dを入力して加算して
第3図(c)に示す出力電圧Cを出力するが、出力電圧
Cは、制御信号電圧の正入力Aと負入力Aで出力傾斜
(直流ゲイン)の異なる出力電圧Vc1と出力電圧Vc2を出
力する。
制御電圧補正回路4の出力する電圧Vc1と電圧Vc2は、加
算器2において、制御信号電圧Aの正入力と負入力で、
夫々固定のバイアス電圧Voと加算、減算され、加算器2
は出力電圧Vを出力する。即ち加算器2の出力電圧V
は、固定のバイアス電圧Voを中心として正側では電圧Vc
1だけ増加し、また、負側では電圧Vc2だけ減少して、抵
抗Rを通してC磁界コイル3に加えられ、所定のC磁界
電流icを流す。そしてそのC磁界電流icの値により原子
発振器1の発振周波数が決定される。
制御電圧補正回路4の出力する電圧Vc1と電圧Vc2は、制
御信号電圧Aの正入力と負入力で異なる直流ゲインによ
り変換された出力電圧なので互に異なった値をとる。従
って、C磁界コイル3に流れるC磁界電流icも制御信号
電圧Aが正入力Aの時と負入力Aの時とで変化分が異な
る。そのため、原子発振器1の発振周波数の変化量Δf
は、従来例の自乗比例の関係と異なり直線比例の関係に
なり、制御信号電圧Aの入力の正側と負側でΔfが同じ
値となる。
第3図(d)は、本実施例のC磁界コイル3に印加する
制御電圧Vに対する原子発振器1の発振周波数の周波数
変化Δf/fの関係を示すもので、横軸と縦軸の交点の制
御電圧Vの起点は、固定バイアス電圧Voに選んである。
固定バイアス電圧Voを中心として制御信号電圧Aの正側
において、原子発振器1の発振周波数の周波数変化Δf/
fが略同じ値となり均一化される。
従って、原子発振器1、乗算器10、D/A変換器20、制御
電圧補正回路4、加算器2、C磁界コイル3の構成する
PLL制御ループのループ利得がほぼ一定になるので、原
子発振器1の発振周波数の周波数制御の安定度が良くな
り問題は無い。
〔発明が効果〕
以上説明した如く、本発明によれば、原子発振器の発振
周波数を位相同期ループにより外部信号の周波数に同期
させる外部制御型原子発振器の制御ループの安定度を良
くすることが出来るので、外部制御型原子発振器の応用
を拡げる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の外部制御型原子発振器の構成を示す原
理ブロック図、 第2図は本発明の実施例の外部制御型原子発振器の構成
を示すブロック図、 第3図は本発明の実施例の外部制御型原子発振器の動作
を説明するための動作説明図、 第4図は従来例の外部制御型原子発振器のブロック図、 第5図は従来例の外部制御型原子発振器の動作説明図で
ある。 第1図、第2図、第4図において、 1は原子発振器、 2は加算器、 3はC磁界コイル、 4は制御電圧補正回路、 41はダイオード回路、 42は圧縮器、 43は加算器、 10は乗算器、 20はD/A変換器である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】原子発振器(1)の発振周波数と外部信号
    の周波数との差Δfを表わすデイジタル信号Dを、D/A
    変換器(20)で一定の直流電圧が正と負に変換するアナ
    ログの制御信号電圧Aに変換し、この制御信号電圧Aに
    加算器(2)で一定の直流の固定バイアス電圧V0を加算
    し、加算された出力電圧Vを原子発振器(1)のC磁界
    コイル(3)に印加して電流icを流し、電流icの発生す
    るC磁界により原子発振器(1)の発振周波数と外部信
    号の周波数との差Δfが零になるように制御する外部制
    御型原子発振器において、 D/A変換器(20)と加算器(2)との間に制御電圧補正
    回路(4)を設け、 制御電圧補正回路は、入力する制御信号電圧Aの正又は
    負の電圧値を、 固定バイアス電圧が加算された状態で制御電圧と発振周
    波数の変化量を示す曲線上において、 正側の制御電圧による発振周波数の変化量が、負側の制
    御電圧による発振周波数の変化量と等しくなる如く補正
    することを特徴とする外部制御型原子発振器。
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