JPWO2006090831A1 - クロック信号出力装置及びその制御方法、電子機器及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
一方、電子時計の基準発振器に原子発振器を使用しようとすると、原子発振器は、その消費電力が水晶発振器に比して高いため、電池の持続期間が短くなってしまう。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、比較的消費電力が高い高精度発振器を用いても、全体の消費電力の増大を回避しつつクロック信号の精度を高めることが可能なクロック信号出力装置及びその制御方法、電子機器及びその制御方法を提供することを目的としている。
この構成によれば、基準発振器の動作に影響を与える基準発振器影響情報を検出した場合に、高精度発振器を駆動させて補正データを得るので、上記基準発振器影響情報により生じた周波数変化を迅速に補正することができ、出力用クロック信号の精度をより高めることができる。
この構成によれば、検出された基準発振器影響情報が補正データ更新期間内に初めて検出された値でない場合は高精度発振器を非駆動状態に保持するので、低消費電力化を図ることができると共に、検出された基準発振器影響情報が補正データ更新期間内に初めて検出された値の場合は高精度発振器を駆動するので、補正データ更新期間が経過する毎に新たな補正データを得て格納済みの補正データを更新することができる。これにより、基準発振器のエージング特性等による周波数変化に合わせて補正データを更新することができ、出力用クロック信号の精度をより高めることができる。
上記構成において、前記基準発振器影響情報は、温度変化量、湿度変化量、電源電力、当該クロック信号出力装置の姿勢又は重力方向の少なくともいずれかを含むことが好ましい。
上記構成において、前記基準発振器は、前記高精度発振器よりも消費電力が小さいことが好ましく、前記基準発振器に水晶発振器、CR発振器又はMEMS発振器を使用してもよい。また、前記高精度クロック信号は、前記基準クロック信号よりも周波数が高い信号であってもよく、前記高精度発振器を、原子発振器、温度補償発振器、恒温槽制御水晶発振器、ATカット振動子を用いた発振器のいずれかを使用してもよい。
また、上記構成において、前記間欠駆動部は、前記基準発振器のエージング特性に合わせて間欠駆動周期を段階的に長くすることが好ましい。この構成によれば、エージングによる周波数変化を抑制しつつ高精度発振器の駆動回数を減らすことができ、低消費電力化を図ることができる。
また、本発明は、基準発振器の動作に影響を与える基準発振器影響情報を検出した場合に、高精度発振器を駆動させて補正データを得るので、上記基準発振器影響情報により生じた周波数変化を迅速に補正することができ、出力用クロック信号の精度をより高めることができる。
また、本発明は、検出された基準発振器影響情報が予め定めた補正データ更新期間内に初めて検出された値の場合、高精度発振器を駆動し、検出された基準発振器影響情報が補正データ更新期間内に初めて検出された値でない場合、高精度発振器を非駆動状態に保持するので、高精度発振器の駆動回数を低減して低消費電力化を図ることができる。この場合、補正データ更新期間が経過する毎に、高精度発振器の駆動により新たな補正データを得るので、基準発振器のエージング特性等による周波数変化に合わせて補正データを更新することができ、出力用クロック信号の精度をより高めることができる。
また、本発明は、高精度発振器の動作に影響を与える高精度発振器影響情報を検出する間は、高精度発振器を非駆動状態に保持するので、高精度発振器を動作不安定の状態で駆動してしまう場合を回避することができる。
(第1実施形態)
図1は、本発明の一実施形態に係る腕時計の構成を示すブロック図である。この腕時計(電子時計)10は、時計モジュールを構成する運針機構11及び駆動部12と、この時計モジュールに動作電力を供給する電源部13とを備えて構成されている。
運針機構11は、秒針21、分針22及び時針23を駆動して時刻を表示する時刻表示部を構成し、同図に示すように、秒車24、2番車25及び筒車26が互いに連動するように中間車27、28を介して連結された歯車輪列29を有している。秒車24の回転軸には、秒針21の一端が取り付けられ、2番車25の回転軸には、分針22の一端が取り付けられ、また、筒車26の回転軸には、時針23の一端が取り付けられている。秒車24には、駆動モータ30の駆動歯車31が噛み合い、駆動モータ30の回転によって秒車24が回転駆動され、この回転が2番車25及び筒車26に伝達されて、秒針21、分針22及び時針23の各々が回転駆動され、これら針21〜23によって時刻が表示される。
発振部40は、水晶発振器41の基準クロック信号CL1を分周する分周回路43を備え、この分周回路43は、緩急量付与部として機能するデータセット機能付き1/2分周回路43aを含む複数の分周器を多段に接続して構成され、基準クロック信号CL1を1Hzまで分周し、1Hzのクロック信号CL0を出力する。このクロック信号CL0は、発振部40の出力として外部出力される他、比較用信号CL4として、発振部40内の比較回路45に出力される。
比較回路45は、水晶発振器41の基準クロック信号CL1の分周信号である1Hzの比較用信号CL4と、原子発振器42のクロック信号CL2の分周信号である1Hzのクロック信号CL3との位相比較を行う回路であり、具体的には、図3に示すように、比較用信号CL4とクロック信号CL3との立ち上がりタイミングを、原子発振器42の分周信号(分周回路44の分周段のいずれかから取得したクロック信号、例えば100Hzの信号)で測定することにより、クロック信号CL2に対する比較用信号CL4の位相差ΔFを示す補正データD1を補正部46に出力する。
なお、比較用信号CL4とクロック信号CL3との位相差ΔFを、原子発振器42の9.2GHzのクロック信号CL2で測定することも可能であるが、消費電力低減の観点から、原子発振器42のクロック信号CL2の分周信号で測定して高周波構成回路網を減らすことが好ましい。また、比較回路45に入力する比較用信号CL4は、出力クロック信号の周期でなくても、例えば16Hzなど、クロック信号CL3と設計上の周波数が同じ周波数であれば分周の中間周波数を用いてもよい。
そこで、本実施形態では、発振部40が、図2に示すように、間欠時間管理部(間欠駆動部)47を備え、この間欠時間管理部47が、原子発振器42を時間間隔を空けて間欠駆動させるように構成されている。
発振部40において、間欠時間管理部47は、カウンタ47aをリセットして計時を開始させ(ステップS1)、カウンタ47aのカウント値に基づいて駆動停止期間(3時間)が経過したか否かを判定する(ステップS2)。間欠時間管理部47は、駆動停止期間(3時間)が経過するまで上記ステップS2の判定を繰り返し(ステップS2:n)、駆動停止期間(3時間)が経過したと判定すると(ステップS2:y)、原子発振器42を含む間欠被駆動部49に電力を供給し、原子発振器42の発振を開始させる(ステップS3)。
また、図6(C)において、基準温度T0のライン(図中符号α)と周波数偏差のライン(図中符号β)とにより囲まれる面積が1日当たりの時計誤差(日差)に相当することとなる。本実施形態では、1日のうちで比較的高温となる昼間時間帯又は比較的低温となる夜間時間帯より短い周期(3時間)で、原子発振器42の精度に補正するので、昼間時間帯のプラス側の周波数ずれと、夜間時間帯のマイナス側の周波数ずれとを互いに相殺させることができ、腕時計10の日差、月差及び年差を小さくすることができる。例えば、水晶発振器41の温度特性に依存する周波数偏差が0.1ppmであった場合には、1日当たり8回補正することで周波数偏差を約1/8、つまり、0.0125ppm程度(年差約0.4秒に相当)にすることができる。また、原子発振器42の消費電力が0.1Wの場合には、3時間(10800秒)当たり10秒しか駆動させないため、原子発振器42で消費される電力を、10/10800倍、つまり、約1/1000倍の消費電力(10-4W)に抑えることができる。
第2実施形態に係る腕時計10Aは、図8に示すように、センサ部65を備え、このセンサ部65が、水晶発振器(基準発振部)41等の動作に影響を与える第1情報(基準発振器影響情報)を検出する第1検出部(基準発振器影響情報検出部)70と、原子発振器(高精度発振器)42等の動作に影響を与える第2情報(高精度発振器影響情報)を検出する第2検出部(高精度発振器影響情報検出部)80とを有している。以下、第1実施形態と略同一の構成については同一の符号を付して詳細な説明は省略し、異なる部分を詳述する。
また、第2検出部80は、地磁気等の磁界(変化磁束)を検出する磁界検出部81を備え、磁界は、許容レベルを超えると原子発振器42の動作不安定を招く要因となるものである。
以下、この臨時補正処理について説明する。図10はこの場合の動作を示すフローチャートである。なお、この臨時補正処理は、所定の割り込み周期で継続的に実行される処理である。
電圧が閾値Z1以下の場合(ステップS11:YES)、間欠時間管理部47は、原子発振器42の駆動等に要する電力消費を回避すべく、水晶発振器41のクロック補正を停止状態に設定する(ステップS20)。この停止状態に設定されている場合、発振部40は、駆動停止時間STが経過しても原子発振器42の駆動やクロック補正を行わず、これにより、電力消費を抑え、腕時計10Aの駆動時間を確保することができる。なお、この停止状態の設定は、電圧が閾値Z1を超えると解消される。
しかも、本構成では、原子発振器42の駆動停止時間STを、水晶のエージング特性γに合わせて段階的に長く設定するので、エージングによる水晶発振器41の周波数変化が大きい前半期間(図9に示す使用開始から略半年以内)は、比較的短い周期でクロック補正処理を行う一方で、エージングにより周波数変化が少ない後半期間(図9に示す略半年以降)は長い周期でクロック補正処理を行うので、エージングによる周波数変化を抑制しつつ原子発振器42等の駆動回数を減らすことができ、消費電力を低減することができる。これらにより、第1実施形態に比して、時計誤差をより低減し、かつ、低消費電力化を図ることが可能になる。
第3実施形態に係る腕時計10Bは、図11に示すように、温度(基準発振器影響情報)を検出する温度検出部71を備え、この温度検出部71が、発振部40の間欠時間管理部47に接続されている。この間欠時間管理部47は、補正データの更新期間P1を計時するためのカウンタ47a1と、温度検出間隔P2を計時するためのカウンタ47b2とを備え、更新期間P1と温度検出間隔P2とを計時可能に構成されている。
また、メモリ46aには、図12に示すように、各温度に対応した補正データD1(k)(k=温度)が格納されている。なお、この図では補正データD1(k)を1度刻みで設定する場合を示しているが、データ量削減の観点から例えば5度刻みといったように荒く設定してもよく、この場合、補正データが設定されていない中間温度の補正データD1(n)については、前後の温度に対応する補正データD1(m)、D1(m+1)(なお、m<n<m+1)等から補完演算処理等で特定すればよく、また、精度向上の観点から例えば0.5度刻みといったように細かく設定してもよい。
まず、間欠時間管理部47は、補正データD1(k)の更新期間P1として30日を設定すると共に、温度検出間隔P2として10分を設定し(ステップS31)、カウンタ47a1による更新期間P1の計時を開始し(ステップS32)、更新期間P1が経過したか否かを判定する(ステップS33)。
そして、間欠時間管理部47は、更新期間P1が経過した場合には(ステップS33:YES)、更新期間P1の計時を最初から開始する一方、更新期間P1が経過していなければ(ステップS33:NO)、カウンタ47a2による温度検出の温度検出間隔P2の計時を開始し(ステップS34)、温度検出間隔P2が経過するまで待機する(ステップS35)。
温度検出間隔P2が経過すると(ステップS35:YES)、間欠時間管理部47は、温度検出部71により温度Tを測定し(ステップS36)、測定温度Tが現在の更新期間P1の計時中に初めて検出された温度か否かを判定する(ステップS37)。
一方、測定温度Tが現在の更新期間P1の計時中に初めて検出された温度でない場合(ステップS37:YES)、メモリ46aに格納済みの上記測定温度Tに対応する補正データD1(T)に基づいてクロック信号CL0の位相ずれ量を補正する処理を実施した後(ステップS43)、ステップS33の処理に移行し、ステップS33〜S43の処理を繰り返し実行する。
従って、更新期間P1の計時中に、温度検出間隔P2で温度Tが測定され、この温度Tが初めて検出された温度の場合にのみ、原子発振器42を含む間欠被駆動部49を駆動してその測定温度Tに対応する補正データD1(T)を得て、メモリ46a内の補正データD1(k)を最新の値に更新することができる。これにより、エージング等によって水晶発振器41の温度に対する周波数が変動しても、この変動に合わせてメモリ46a内の補正データD1(k)を更新することができ、クロック信号CL0の周波数ずれを回避することができる。
しかも、更新期間P1が経過すると、次の更新期間P1内に初めて検出された温度T毎に、その温度Tに対応する補正データD1(T)を得てメモリ46a内の補正データを更新するので、水晶のエージング特性等による周波数変動に合わせてメモリ46a内の補正データを適切に更新することができ、時計誤差がより一層低減される。
なお、更新期間P1を固定にする場合に限らず、更新期間P1を可変させてもよく、より好ましくは、更新期間P1を水晶のエージング特性γ(図9参照)に合わせて段階的に長く設定してもよい。更新期間P1をエージング特性γに合わせて可変すれば、エージングによる周波数変化を抑制しつつ原子発振器42等の駆動回数を減らすことができ、消費電力をより一層低減することが可能になる。これらにより、本構成では、全体精度については原子発振器の精度に近く、消費電力については水晶発振器の消費電力に近い発振器を提供することが可能となる。
図14は、発振周波数を補正する場合の発振部40の構成例を示すブロック図である。なお、この図において、図1と同様の構成は同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この発振部40において、水晶発振器41aは、図15に一例を示すように、水晶振動子X、発振用のインバータINV1、帰還抵抗Rf、ドライブ調整抵抗Rd、ゲート側のコンデンサCg及びドレイン側のコンデンサCdに加えて、コンデンサCgに並列に、コンデンサC1、C2・・・CnとスイッチSW1、SW2・・・SWnの直列回路からなる周波数調整部41bを備えて構成されている。また、補正部46cは、図14に示すように、メモリ46aと、上記スイッチSW1〜SWnを制御する容量可変回路46dから構成される。なお、分周回路43bは、データセット機能付き1/2分周回路43aの代わりに、データセット機能を持たない1/2分周回路を備える点だけが異なる。
また、上述の実施形態では、原子発振器42等の駆動停止期間を3時間に設定し、駆動期間を10秒に設定する場合を例示したが、これに限らず、任意の時間でよく、また、間欠駆動周期を等間隔にせずに、例えば、駆動停止期間を昼間時間帯は短くし(例えば2時間)、夜間時間帯は長くする(例えば4時間)等、間欠駆動周期を不等間隔にしてもよい。
なお、電波時計に適用した場合、電波を受信できない状況、例えば、電波が届かない場所(ビルの中、地下、水中、ノイズ源の近く)であったり、電波のない場所(標準時報局のない場所、宇宙等)であったり、アンテナの向きが不適切、電波の定期点検中、電波周波数やタイムコードが異なっていたり、気象上の電界強度低下等の状況が生じている場合でも、十分に正確な時刻を表示することが可能になり、様々な状況下でも高精度な電波時計を提供することが可能になる。また、携帯電話機等のデータ通信機器に適用した場合には、発振部40からのクロック信号を通信ビットレート用決定用基準信号として使用することで、高信頼でかつ高速な通信を行うことができる。
Claims (18)
- 基準クロック信号を生成する基準発振器を備え、基準クロック信号から所定周波数の出力用クロック信号を生成して出力するクロック信号出力装置において、
前記基準発振器よりも高精度な高精度クロック信号を生成する高精度発振器と、
この高精度発振器を間欠的に駆動させる間欠駆動部と、
前記高精度発振器が駆動される毎に、前記高精度クロック信号を基準に前記出力用クロック信号のずれ量を補正する補正データを得て、この補正データに基づき前記出力用クロック信号を補正する補正部と
を備えることを特徴とするクロック信号出力装置。 - 前記基準発振器の動作に影響を与える基準発振器影響情報を検出する基準発振器影響情報検出部を備え、前記基準発振器影響情報を検出した場合、前記間欠駆動部が前記高精度発振器を駆動させて前記補正部が前記補正データを得ることを特徴とする請求項1に記載のクロック信号出力装置。
- 前記基準発振器の動作に影響を与える基準発振器影響情報を検出する基準発振器影響情報検出部と、前記基準発振器影響情報の各値に対応する補正データが格納される格納部とを備え、
前記基準発振器影響情報を検出し、検出した前記基準発振器影響情報が初めて検出された値の場合、前記間欠駆動部が前記高精度発振器を駆動させて前記補正部が前記補正データを得、この補正データを前記格納部に格納し、この補正データに基づき前記出力クロック信号を補正し、検出した前記基準発振器影響情報が初めて検出された値でない場合、前記格納部に格納された前記基準発振器影響情報の値に対応する補正データに基づき前記出力クロック信号を補正することを特徴とする請求項1に記載のクロック信号出力装置。 - 前記間欠駆動部は、検出された前記基準発振器影響情報が予め定めた補正データ更新期間内に初めて検出された値の場合、前記高精度発振器を駆動し、検出された前記基準発振器影響情報が前記補正データ更新期間内に初めて検出された値でない場合、前記高精度発振器を非駆動状態に保持することを特徴とする請求項3に記載のクロック信号出力装置。
- 前記基準発振器影響情報は、温度変化量、湿度変化量、電源電力、当該クロック信号出力装置の姿勢又は重力方向の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載のクロック信号出力装置。
- 前記高精度発振器の動作に影響を与える高精度発振器影響情報を検出する高精度発振器影響情報検出部を備え、前記高精度発振器影響情報を検出する間は、前記高精度発振器を非駆動状態に保持することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のクロック信号出力装置。
- 前記高精度発振器影響情報は、磁界又は電源電力の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項6に記載のクロック信号出力装置。
- 前記基準発振器は、前記高精度発振器よりも消費電力が小さいことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のクロック信号出力装置。
- 前記基準発振器は、水晶発振器、CR発振器又はMEMS発振器であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載のクロック信号出力装置。
- 前記高精度クロック信号は、前記基準クロック信号よりも周波数が高い信号であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載のクロック信号出力装置。
- 前記高精度発振器は、原子発振器、温度補償発振器、恒温槽制御水晶発振器、ATカット振動子を用いた発振器のいずれかであることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載のクロック信号出力装置。
- 前記基準クロック信号と前記高精度クロック信号との位相比較あるいは周波数比較を行う比較部を備え、前記間欠駆動部は、前記高精度発振器を駆動する間だけ前記比較部を駆動させることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載のクロック信号出力装置。
- 前記間欠駆動部は、前記基準発振器のエージング特性に合わせて間欠駆動周期を段階的に長くすることを特徴とする請求項1乃至12に記載のクロック信号出力装置。
- 基準クロック信号を生成する基準発振器を備え、基準クロック信号から所定周波数の出力用クロック信号を生成して出力するクロック信号出力装置の制御方法において、
前記基準発振器よりも高精度な高精度クロック信号を生成する高精度発振器を間欠的に駆動し、この高精度発振器を駆動する毎に、前記高精度クロック信号を基準に前記出力用クロック信号のずれ量を補正する補正データを得て、この補正データに基づき前記出力用クロック信号を補正することを特徴とするクロック信号出力装置の制御方法。 - 基準発振器から出力される基準クロック信号から所定周波数の出力用クロック信号を生成して出力するクロック信号出力部を備える電子機器において、
前記基準発振器よりも高精度な高精度クロック信号を生成する高精度発振器と、
この高精度発振器を間欠的に駆動させる間欠駆動部と、
前記高精度発振器が駆動される毎に、前記高精度クロック信号を基準に前記出力用クロック信号のずれ量を補正する補正データを得て、この補正データに基づき前記出力用クロック信号を補正する補正部と
を備えることを特徴とする電子機器。 - 前記電子機器は、前記出力用クロック信号に基づいて時刻を表示する時刻表示部を有する時計として構成されていることを特徴とする請求項15に記載の電子機器。
- 前記電子機器は、当該電子機器に動作電力を供給する電源部を内蔵することを特徴とする請求項15又は16に記載の電子機器。
- 基準発振器から出力される基準クロック信号から所定周波数の出力用クロック信号を生成して出力するクロック信号出力部を備える電子機器の制御方法において、
前記基準発振器よりも高精度な高精度クロック信号を生成する高精度発振器を間欠的に駆動し、この高精度発振器を駆動する毎に、前記高精度クロック信号を基準に前記出力用クロック信号のずれ量を補正する補正データを得て、この補正データに基づき前記出力用クロック信号を補正することを特徴とする電子機器の制御方法。
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