專利名稱：基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對振蕩器進(jìn)行控制以使基準(zhǔn)頻率信號與參考信號同步的基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置。
背景技術(shù)：
例如，在便攜電話的基站或數(shù)字廣播的發(fā)送站等中，使用基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置，供給用于進(jìn)行發(fā)送信號的定時或頻率的同步所需的高精度的基準(zhǔn)頻率信號。并且，這種基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置中，例如有的對壓控振蕩器進(jìn)行控制以使其與從GPS接收機(jī)得到的高精度的參考信號同步并輸出上述基準(zhǔn)頻率信號。
壓控振蕩器構(gòu)成為按照被輸入的控制電壓產(chǎn)生不同的頻率，例如，能夠列舉將水晶振子用作諧振器的結(jié)構(gòu)。該類型的壓控振蕩器的控制電壓相對于輸出頻率的特性(以下稱作F — V特性)因時間的經(jīng)過或溫度的變化而稍有變化。此外，如上所述的基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置中，由于GPS衛(wèi)星的位置、障礙物、妨礙電波等各種原因，有時GPS接收機(jī)不能接收來自GPS衛(wèi)星的信號，不能生成參考信號。所以，提出了具備自由運行控制功能的基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置，該自由運行控制功能用于在不能取得參考信號的情況下也繼續(xù)輸出高精度的基準(zhǔn)頻率信號。這種基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置構(gòu)成為在取得了參考信號的狀況下，能夠存儲對壓控振蕩器進(jìn)行控制時使用的數(shù)據(jù)。并且，若不能取得參考信號，則基于所存儲的過去的數(shù)據(jù)，自由運行控制上述壓控振蕩器，由此能夠長時間輸出高精度的基準(zhǔn)頻率信號。例如有專利文獻(xiàn)I公開了這種基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置。專利文獻(xiàn)I公開了考慮水晶振蕩器的F — V特性隨著溫度的變化而變化(頻率溫度特性)的性質(zhì)來生成自由運行用的控制電壓的基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :特許第4050618號公報發(fā)明概要發(fā)明要解決的問題但是，在對壓控振蕩器進(jìn)行自由運行控制時，若僅將老化以及溫度變化用于頻率變動的預(yù)測，則尤其在溫度急劇變化等情況下，存在基準(zhǔn)頻率信號的頻率從設(shè)定值偏離的情況。因此，要求能夠進(jìn)行更高精度的自由運行控制的基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于以上情況而作出的，其目的在于提供一種即使不能取得參考信號也能夠繼續(xù)輸出高精度的基準(zhǔn)頻率信號的基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置。用于解決問題的手段及效果本發(fā)明要解決的問題如上所述，下面說明用于解決該問題的手段及其效果。
根據(jù)本發(fā)明的觀點，提供以下結(jié)構(gòu)的基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置。即，該基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置具備同步回路、溫度檢測部以及控制部。上述同步回路根據(jù)基于參考信號得到的控制信號，對由振蕩器輸出的基準(zhǔn)頻率信號進(jìn)行控制。上述溫度檢測部檢測上述振蕩器的使用溫度。上述控制部若不能取得參考信號，則基于使用溫度的溫度梯度的時間變化率，進(jìn)行考慮到上述振蕩器的老化特性的特性變化的修正，基于該修正內(nèi)容生成自由運行用控制信號并控制上述振蕩器。S卩，例如若從使用溫度大為變化的狀態(tài)急劇轉(zhuǎn)移到溫度一定的狀態(tài)，則由于熱沖擊等的影響，上述振蕩器的老化特性發(fā)生特性變化。針對這一點，在上述結(jié)構(gòu)中，考慮到在狀態(tài)轉(zhuǎn)移時溫度梯度大為變化，能夠基于溫度梯度的時間變化率進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?。因此，能夠考慮老化特性的特性變化來生成自由運行用控制信號。因而，在自由運行狀態(tài)下也能夠 輸出高精度的基準(zhǔn)頻率信號。在上述基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置中，優(yōu)選為以下的結(jié)構(gòu)。即，上述控制部對時間和與該時間建立了對應(yīng)的使用溫度之間的對應(yīng)關(guān)系適用近似曲線，由此求出溫度近似函數(shù)。此外，上述控制部在時間上對溫度近似函數(shù)進(jìn)行二階微分，由此求出溫度梯度的時間變化率。由此，通過使用近似曲線，能夠準(zhǔn)確地檢測使用溫度的局部的變動。因此，能夠在更準(zhǔn)確的時刻進(jìn)行考慮到老化特性的特性變化的修正。此外，僅通過在時間上對溫度近似函數(shù)進(jìn)行二階微分就能夠得到溫度梯度的時間變化率，因此能夠使運算處理簡單。在上述基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置中，優(yōu)選的是，上述控制部在生成自由運行用控制信號并進(jìn)行自由運行控制的期間，在溫度梯度的絕對值為比第I規(guī)定值小的值或溫度梯度的絕對值為比第2規(guī)定值大的值、并且溫度梯度的時間變化率的絕對值為超過閾值的值時，開始進(jìn)行考慮到老化特性的特性變化的修正。由此，能夠在老化特性產(chǎn)生特性變化時，準(zhǔn)確地掌握溫度梯度以及溫度梯度的時間變化率所表示的特征。因此，能夠準(zhǔn)確地檢測出老化特性產(chǎn)生了特性變化，并進(jìn)行修正。在上述基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置中，優(yōu)選為以下的結(jié)構(gòu)。即，上述控制部在生成自由運行用控制信號并進(jìn)行自由運行控制的期間，在從使用溫度大致一定的第I狀態(tài)經(jīng)由使用溫度變化的狀態(tài)成為了使用溫度大致一定的第2狀態(tài)時，基于第I狀態(tài)下的使用溫度即第I使用溫度、第2狀態(tài)下的使用溫度即第2使用溫度、以及第I使用溫度與第2使用溫度的差量中的至少某一個，決定對老化特性的特性變化進(jìn)行修正時的修正量。S卩，由于熱沖擊等的影響而產(chǎn)生的老化特性的特性變化容易受上述使用溫度及其差量的影響。針對這一點，通過進(jìn)行上述控制，能夠以考慮到使用溫度及其差量的影響的準(zhǔn)確的修正量進(jìn)行修正。在上述基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置中，優(yōu)選的是，上述控制部在對老化特性的特性變化進(jìn)行修正時，使修正量隨著時間的經(jīng)過而變化。S卩，由于該熱沖擊等的影響而產(chǎn)生的老化特性的特性變化隨著時間經(jīng)過而逐漸減小。針對這一點，通過進(jìn)行上述控制，能夠進(jìn)行考慮到該性質(zhì)的修正。在上述基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置中，優(yōu)選的是，控制部在生成自由運行用控制信號并進(jìn)行自由運行控制的期間，不僅進(jìn)行考慮到老化特性的特性變化的修正，而且還進(jìn)行考慮到頻率溫度特性的修正以及考慮到具有滯后性的頻率特性的修正中的至少一方。由此，在進(jìn)行考慮到頻率溫度特性的修正的情況下，能夠進(jìn)行考慮到因溫度的影響而產(chǎn)生的頻率溫度特性的變化的修正。此外，在進(jìn)行考慮到具有滯后性的頻率特性的修正的情況下，能夠進(jìn)行考慮到水晶等的記憶效果的修正。


圖I是概略地表示本發(fā)明的一個實施方式所涉及的基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置的框圖。圖2是表示基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置的控制的一例的流程圖。圖3是說明開始進(jìn)行考慮到老化特性畸變的修正的定時的坐標(biāo)圖。
具體實施例方式下面對發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明。首先，參照圖I說明基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置10的整體結(jié)構(gòu)。圖I是概略地表示本實施方式的基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置10的框圖。 本實施方式的基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置10用于便攜電話的基站、地面數(shù)字廣播的發(fā)送站以及 WiMAX (Worldwide Interoper ability for Microwave Access)通信設(shè)備等，對所連接的用戶側(cè)的設(shè)備提供基準(zhǔn)頻率信號。以下，說明基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置10的各部的結(jié)構(gòu)。如圖I所示，本實施方式的基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置10具備壓控振蕩器15、分頻器16、相位比較器12、環(huán)路濾波器13、溫度傳感器17、控制部11以及開關(guān)回路14?；鶞?zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置10與由GPS接收機(jī)20以及GPS天線21構(gòu)成的GPS接收部連接，該GPS接收部對基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置10供給參考信號。更具體而言，GPS接收機(jī)20構(gòu)成為基于由GPS天線21從GPS衛(wèi)星接收到的電波所包含的測位用信號，生成作為上述參考信號的IPPS信號(I秒周期信號)，并向基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置10輸出。如圖I所示，由GPS接收機(jī)20生成并供給到基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置10中的參考信號輸入至控制部11以及相位比較器12。壓控振蕩器15構(gòu)成為能夠根據(jù)從外部施加的電壓的電平而變更所輸出的頻率。作為該壓控振蕩器15，例如能夠使用將水晶振子用作諧振器的TCXO (TemperatureCompensated Crystal Oscillator,溫度補(bǔ)償型水晶振蕩器)。由該壓控振蕩器15輸出的基準(zhǔn)頻率信號輸出至外部的用戶側(cè)的系統(tǒng)，并且輸入至分頻器16。分頻器16構(gòu)成為對從壓控振蕩器15輸入的基準(zhǔn)頻率信號進(jìn)行分頻而從高頻率變換為低頻率，將得到的相位比較用信號向相位比較器12輸出。此外，該相位比較用信號作為定時脈沖信號(IPPS信號)還輸出至外部的用戶側(cè)的系統(tǒng)。例如,在壓控振蕩器15輸出的基準(zhǔn)頻率是IOMHz的情況下，分頻器16以分頻比I / 10000000對壓控振蕩器15輸出的IOMHz的信號進(jìn)行分頻而生成IHz的相位比較用信號。相位比較器12檢測參考信號與由分頻器16分頻后的上述位相比較用信號的相位差，輸出基于該相位差的信號(相位差信號)。相位比較器12輸出的相位差信號輸入至環(huán)路濾波器13。環(huán)路濾波器13由低通濾波器等構(gòu)成，通過在時間上對上述相位差信號的電壓電平進(jìn)行平均而變換為控制電壓信號。該控制電壓信號經(jīng)由開關(guān)回路14輸入至壓控振蕩器15。壓控振蕩器15輸出基于從該環(huán)路濾波器13輸出的控制電壓信號的頻率。這樣,壓控振蕩器15的輸出頻率被適當(dāng)調(diào)整，以使上述相位比較用信號的相位與參考信號的相位一致。溫度傳感器(溫度檢測部)17用于檢測壓控振蕩器15的使用溫度，配置在壓控振蕩器15的附近。此外，溫度傳感器17檢測出的使用溫度輸出至控制部11。控制部11用于進(jìn)行基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置10的各部的控制，由作為運算部的CPU等構(gòu)成。并且，控制部11監(jiān)視是否正從GPS接收機(jī)20供給上述參考信號。并且在判斷為正供給參考信號的情況下，控制部11將切換控制信號發(fā)送給開關(guān)回路14，使環(huán)路濾波器13與壓控振蕩器15連接。通過由開關(guān)回路14連接環(huán)路濾波器13與壓控振蕩器15，形成相位同步回路(Phase Locked Loop, PLL回路，鎖相環(huán)回路)30的環(huán)路，控制壓控振蕩器15以使基準(zhǔn)頻率信號同步于參考信號。因此，只要GPS接收機(jī)20生成參考信號并向基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置10供給，且PLL針對該參考信號鎖定，則即使因老化或周圍的溫度變化等而產(chǎn)生壓控振蕩器15的F — V特性的變動，從基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置10輸出的基準(zhǔn)頻率也保持一定。另外，在以下說明中，有將基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置10如上所述地取得參考信號、并基
于該參考信號輸出基準(zhǔn)頻率信號的狀態(tài)稱作“通常狀態(tài)”的情況。相對于此，有將基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置10不能取得參考信號、控制部11輸出自由運行用的控制電壓信號而輸出基準(zhǔn)頻率信號的狀態(tài)稱作“自由運行狀態(tài)”的情況。接著，參照圖2說明在通常狀態(tài)下控制部11進(jìn)行的處理。圖2是表示基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置10的控制的一例的流程圖。控制部11判斷是否取得了參考信號(S101)，在取得了參考信號的情況下，基于該參考信號對壓控振蕩器15進(jìn)行控制(S102)。并且，在該通常狀態(tài)期間，控制部11計算自由運行控制所需的各種數(shù)據(jù)，以便能夠在成為自由運行狀態(tài)時輸出適當(dāng)?shù)目刂齐妷盒盘杹韺嚎卣袷幤?5進(jìn)行控制。以下，作為該數(shù)據(jù)的例子，說明使用溫度和控制電壓信號的電平值(DAC值)的處理。控制部11中被輸入使用溫度以及DAC值。并且，若成為規(guī)定的更新定時(S103)，則基于該被輸入的值，計算需要的數(shù)據(jù)。首先，說明有關(guān)使用溫度的處理?？刂撇?1基于從啟動基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置10起的經(jīng)過時間(以下簡稱為經(jīng)過時間)、以及對應(yīng)于該經(jīng)過時間的使用溫度，計算表示經(jīng)過時間與使用溫度之間的關(guān)系的溫度近似函數(shù)(S104)。本實施方式中，為了求出該溫度近似函數(shù)，使用將加權(quán)最小二乘法和迭代最小二乘法合并而成的加權(quán)迭代最小二乘法。為了適用加權(quán)最小二乘法，在求出溫度近似函數(shù)時，對所存儲的使用溫度設(shè)定與經(jīng)過時間相應(yīng)的權(quán)重(weight)。該權(quán)重設(shè)定成越向過去追溯則越小,構(gòu)成為越是過去計測的使用溫度，則對求出的溫度近似函數(shù)的影響越小。另外，如何設(shè)定該權(quán)重是任意的，也可以是能夠根據(jù)環(huán)境而調(diào)整權(quán)重的結(jié)構(gòu)。此外，通過使用迭代最小二乘法，在更新溫度近似函數(shù)時，基于在求出最近的溫度近似函數(shù)時使用的數(shù)據(jù)以及新檢測出的使用溫度，計算新的溫度近似函數(shù)。因此，不需要積蓄過去檢測的使用溫度。此外，能夠在此次的推定運算時反復(fù)反映過去的運算時設(shè)定的權(quán)重。這樣，通過使用加權(quán)迭代最小二乘法，與過去的環(huán)境相比相對重視現(xiàn)在的環(huán)境，不用設(shè)置用于存儲使用溫度的存儲部就能夠求出溫度近似函數(shù)。并且，控制部11構(gòu)成為在每個規(guī)定的更新定時，更新溫度近似函數(shù)。此外，控制部11針對DAC值也在每規(guī)定的更新定時進(jìn)行運算。具體而言，基于到上次為止的DAC值，推定下次的DAC值(S105 )。另外，在以下的說明中，有將該推定出的DAC值稱為“推定DAC值”的情況。推定DAC值的推定中可以使用適當(dāng)?shù)姆椒?。例如，能夠使用以下方法，即，僅計算DAC值的特征中的基于基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置10的老化特性的特征，基于該老化特性來推定下次的DAC值。此時，還可以利用上述的加權(quán)迭代最小二乘法對推定DAC值進(jìn)行推定。另外，作為推定DAC值，還可以直接使用最近的DAC值。在該情況下，雖然無法考慮老化特性等來進(jìn)行自由運行控制，但能夠使控制部11進(jìn)行的運算處理簡單。該方法在其他特性的影響比老化特性的影響大、且老化特性的影響幾乎可以忽視時有效。并且，控制部11構(gòu)成為在成為了自由運行狀態(tài)時，基于該推定DAC值、以及用于修正推定DAC值的修正式,決定向壓控振蕩器15輸出的控制電壓信號。另外，關(guān)于該修正式的詳情，留待后述。接著，參照圖2及圖3，說明在自由運行狀態(tài)中控制部11進(jìn)行的控制。圖3是說 明，開始進(jìn)行考慮到老化特性的畸變的修正的定時的坐標(biāo)圖。控制部11若檢測到參考信號的輸入斷開，則向開關(guān)回路14發(fā)送用于連接該控制部11與壓控振蕩器15的切換控制信號，并轉(zhuǎn)移到自由運行控制。在該自由運行控制中，代替從環(huán)路濾波器13輸出的控制電壓信號而將控制部11生成的自由運行用的控制電壓信號經(jīng)由開關(guān)回路14向壓控振蕩器15發(fā)送。另外，上述輸入斷開意味著參考信號的脈沖固定在高(Hi)側(cè)或低(Low)側(cè)的現(xiàn)象、以及在參考不正確的定時繼續(xù)輸出信號的現(xiàn)象這兩者。自由運行控制時的控制電壓信號基于推定DAC值和修正式計算。以下，說明該修正式。該修正式由三個修正項構(gòu)成，例如能夠表示為式(I)。另外，式(I)中Fco表示DAC值的修正量。[式I]
權(quán)利要求
1.一種基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置，其特征在于，具備 同步回路，根據(jù)基于參考信號得到的控制信號，對由振蕩器輸出的基準(zhǔn)頻率信號進(jìn)行控制； 溫度檢測部，檢測上述振蕩器的使用溫度；以及 控制部，若不能取得參考信號，則基于使用溫度的溫度梯度的時間變化率，進(jìn)行考慮到上述振蕩器的老化特性的特性變化的修正，基于修正內(nèi)容生成自由運行用控制信號并對上述振蕩器進(jìn)行控制。
2.如權(quán)利要求I記載的基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置，其特征在干， 上述控制部對時間和與該時間建立了對應(yīng)的使用溫度之間的對應(yīng)關(guān)系適用近似曲線，由此求出溫度近似函數(shù)，并在時間上對溫度近似函數(shù)進(jìn)行2階微分，由此求出溫度梯度的時間變化率。
3.如權(quán)利要求I或2記載的基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置，其特征在干， 上述控制部在生成自由運行用控制信號并進(jìn)行自由運行控制的期間，在溫度梯度的絕對值為比第I規(guī)定值小的值或溫度梯度的絕對值為比第2規(guī)定值大的值、并且溫度梯度的時間變化率的絕對值為超過閾值的值時，開始進(jìn)行考慮到老化特性的特性變化的修正。
4.如權(quán)利要求I至3中任一項記載的基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置，其特征在干， 上述控制部在生成自由運行用控制信號并進(jìn)行自由運行控制的期間，在從使用溫度大致一定的第I狀態(tài)經(jīng)由使用溫度變化的狀態(tài)而成為了使用溫度大致一定的第2狀態(tài)時，基于第I狀態(tài)下的使用溫度即第I使用溫度、第2狀態(tài)下的使用溫度即第2使用溫度、以及第I使用溫度與第2使用溫度的差量中的至少某ー個，決定對老化特性的特性變化進(jìn)行修正時的修正量。
5.如權(quán)利要求I至4中任一項記載的基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置，其特征在干， 上述控制部在對老化特性的特性變化進(jìn)行修正吋，使修正量隨著時間的經(jīng)過而變化。
6.如權(quán)利要求I至5中任一項記載的基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置，其特征在干， 上述控制部在生成自由運行用控制信號并進(jìn)行自由運行控制的期間，不僅進(jìn)行考慮到老化特性的特性變化的修正，而且還進(jìn)行考慮到頻率溫度特性的修正以及考慮到具有滯后的頻率特性的修正中的至少一方。
全文摘要
基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生裝置(10)具備同步回路(30)、溫度檢測部(17)以及控制部(11)。同步回路根據(jù)基于參考信號得到的控制信號，對由壓控振蕩器(15)輸出的基準(zhǔn)頻率信號進(jìn)行控制。溫度檢測部檢測壓控振蕩器的使用溫度。控制部若不能取得參考信號，則基于使用溫度的溫度梯度的時間變化率，進(jìn)行考慮到壓控振蕩器的老化特性的畸變的修正，基于該修正內(nèi)容，生成自由運行用控制信號并對壓控振蕩器進(jìn)行控制。
文檔編號H03L1/02GK102714500SQ201180006039
公開日2012年10月3日 申請日期2011年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月13日
發(fā)明者小和田真也 申請人:古野電氣株式會社