CN111886803A - 振荡装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在使用石英振子，根据外部时钟信号来使频率稳定的振荡装置中，即便当外部时钟已中断时，也使被输出的振荡频率稳定的技术。在根据石英振子10的振荡频率及频率设定值来输出频率信号的振荡装置中，设置有求出与振荡装置的输出频率和外部时钟信号的频率差对应的差值的频率差检测部207、及温度检测部。而且，在正获取外部时钟信号的期间中，根据由频率差检测部207所求出的差值的经时变化、及检测温度的经时变化，求出老化系数(a1)与温度特性系数(a2)。进而，在延期期间中，使用老化系数(a1)与温度特性系数(a2)来算出频率校正值，并将所述频率校正值与频率设定值相加。

Description

振荡装置
技术领域
本发明涉及一种使用石英振子的振荡装置。
背景技术
例如在手机的移动体通信或地面广播系统等的基站等中，要求高的频率稳定性。关于此点，作为生成稳定性更高的频率信号的技术，例如在专利文献1中记载有一种从全球定位系统(Global Positioning System，GPS)获取频率稳定性高的外部时钟信号(同步信号)，在使用石英振荡器所生成的频率信号(倍增后的修正频率信号)的校准中使用的振荡装置(振动时钟电路)(在括号内一并记载专利文献1中记载的用语)。
另外，在利用此种外部时钟信号来谋求频率稳定性的振荡装置中，当在机器或传送路径中产生不良情况时等，存在无法接收外部时钟信号(延期(holdover))的情况。若如所述那样产生延期，则无法利用外部时钟信号，因此在生成稳定性高的频率信号方面产生障碍。
因此，在专利文献1中记载的振荡装置中，着眼于成为对频率信号的稳定性造成影响的因素的温度变化或经时变化。而且，在延期期间中，使用将石英振荡器的经过年数或周围的温度作为参数所算出的校准信号来代替外部时钟信号，对温度变化或经时变化的影响进行补偿，由此获得稳定的频率信号。
另外，在专利文献2中记载有一种在进行了温度调整的环境下使石英振子振荡，获得对应于频率设定值的振荡频率的恒温晶体振荡器(Oven Controlled CrystalOscillator，OCXO)。所述OCXO根据所述石英振子的振荡开始后的振荡的累积经过时间与振荡频率的对应关系，算出用于消除振荡频率的经时变化的频率校正值，并对频率设定值进行校正，由此获得稳定的振荡频率。
进而，在专利文献3中记载有一种根据已从GPS获取的外部时钟信号使第一振荡电路振荡，获得对应于频率设定值的频率的振荡装置。另外，与第一振荡电路分开设置用于获得对应于频率设定值的频率的第二振荡电路。而且，当正接收外部时钟信号时，根据与所述外部时钟信号的频率和已从第二振荡电路获得的频率的频率差对应的差值的时间序列数据，求出预测频率的经时变化的影响的近似式。进而，记载有如下的技术：当外部时钟信号已中断时，将利用通过所述近似式与经过时间所算出的校正值对所述频率设定值进行校正所获得的第二振荡电路的频率用作内部时钟信号，使第一振荡电路振荡。
如此，提出有各种在延期期间中也获得稳定性高的频率信号的技术，另一方面，对于此期间中的频率稳定性的要求越来越高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特表2004-516740号公报
专利文献2：日本专利特开2016-46582号公报
专利文献3：日本专利特开2017-5594号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明是在此种情况下形成的发明，其提供一种在使用石英振子，根据外部时钟信号来使频率稳定的振荡装置中，即便当外部时钟信号已中断时，也获得稳定性更高的频率的技术。
解决问题的技术手段
本发明的振荡装置是包括根据频率设定值输出频率信号的振荡部的振荡装置，所述振荡部使用石英振子，其特征在于包括：
频率差检测部，求出与已从外部获取的外部时钟信号和已从所述振荡部输出的频率信号的频率差对应的差值；
温度检测部，检测配置有所述石英振子的环境的温度；
校正值算出部，为了使对应于所述频率设定值的频率与频率信号的频率一致，算出与所述频率设定值相加的频率校正值；
加法部，将被输入所述振荡部中的频率设定值与已从所述校正值算出部获取的频率校正值相加；以及
校正系数算出部，根据由所述频率差检测部所求出的差值的经时变化、及由所述温度检测部所检测到的检测温度的经时变化，算出表示每单位时间的所述频率校正值的变化率的老化系数、及表示每单位温度的所述频率校正值的变化率的温度特性系数；
所述校正值算出部在正获取所述外部时钟信号的期间中，根据由所述频率差检测部所检测到的差值来算出频率校正值，在所述外部时钟信号正中断的期间中，使用所述老化系数及温度特性系数来算出频率校正值。
发明的效果
本发明在使用石英振子，包括根据频率设定值来输出频率信号的振荡部的振荡装置中，设置有求出与从外部输入的外部时钟信号和从振荡部输出的频率信号的频率差对应的差值的频率差检测部、及检测配置有石英振子的环境的温度的温度检测部。而且，在正获取外部时钟信号的期间中，根据由频率差检测部所求出的差值的经时变化、及检测温度的经时变化，求出表示每单位时间的频率校正值的变化率的老化系数、及表示每单位温度的频率校正值的变化率的温度特性系数。进而，关于无法获取外部时钟信号的期间，根据老化系数与温度特性系数来求出频率校正值，并将所述频率校正值与频率设定值相加。因此，即便在无法接收外部时钟信号时，也可以使振荡部输出的频率信号稳定。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的振荡装置的框图。
图2是表示用于算出校正系数的学习动作的流程图。
图3是与所述校正系数的算出时的动作相关的时序图。
图4是表示对频率设定值进行校正的动作的流程的流程图。
图5是与在GPS信号已中断的期间中对频率设定值进行校正的动作相关的时序图。
图6是表示另一实施方式的振荡装置的例子的框图。
具体实施方式
[实施方式的概要]
在对本发明的实施方式的详细情况进行说明前，先对本实施方式的概略进行简单叙述。图1是表示实施方式的振荡装置的整体结构的框图。图1中由符号200表示的部分是利用锁相环(Phase Locked Loop，PLL)的具有振荡功能的PLL电路部。符号201是输出用于PLL的参照用的频率信号(参照信号)的直接数字合成器(Direct Digital Synthesizer，DDS)。
用于使所述DDS 201运行的基准时钟使用图1中由符号1表示的第一振荡电路1的振荡输出。因此，作为结果，为了提升从作为振荡部的电压控制振荡器(电压控制晶体振荡器(Voltage-Controlled crystal Oscillator，VCXO))100输出的频率信号的频率稳定性，必须使所述基准时钟稳定。
因此，在实施方式的振荡装置中，检测放置设置在第一振荡电路1的第一石英振子10的环境的温度，使用检测温度来算出校正值，并使频率设定值与被输入DDS 201中的基准时钟的频率设定值相加。由此，以使从DDS 201输出的参照信号稳定的方式构成。
另外，在本实施方式中，为了使放置第一石英振子10的环境的温度固定化而设置加热器电路(加热器部)5，将相当于检测温度的后述的振荡频率差检测部3的输出ΔF用于加热器电路5的控制。
进而，在本实施方式的振荡装置中，具备从GPS获取1脉冲/秒(pulse per second，pps)的信号(以下，也称为GPS信号)作为外部时钟信号的功能。而且，在正获取GPS信号的期间中，进行GPS信号与从PLL电路部200输出的频率信号的频率比较，根据对应于所得的频率差的差值来算出频率校正值，将所述频率校正值用于被输入DDS 201中的频率设定值的校正。如此，通过使用频率稳定性高的GPS信号，可使从PLL电路部200输出的频率信号的频率(以下，也称为输出频率)更稳定。
另外，本例的振荡装置在正获取GPS信号的期间中，学习由从第一石英振子10的使用开始起的时间的经过所引起的频率变化(老化)、及由配置有第一石英振子10的环境的温度变化所引起的频率变化。而且，分别获取用于对这些频率变化进行补偿的校正系数。另外，以如下方式构成：即便在无法获取GPS信号的延期期间中，也根据已学习的校正系数来算出频率校正值，并将所述频率校正值与频率设定值相加，由此使DDS 201输出的参照信号稳定。
[实施方式的整体说明]
以下，对本实施方式的振荡装置的详细结构进行说明。如图1所示，振荡装置包括第一石英振子10及第二石英振子20。所述第一石英振子10及第二石英振子20例如成为如下的结构：在共同的长条状的石英片Xb设置两个分割区域，在各分割区域(振动区域)的表背两面设置有激振用的电极11、电极12(电极21、电极22)。
在第一石英振子10及第二石英振子20分别连接有第一振荡电路1及第二振荡电路2。所述第一振荡电路1及第二振荡电路2的振荡输出例如为第一石英振子10、第二石英振子20的谐波(overtone)。在本例中，想要将相当于两振荡输出的频率的差的信号用作温度检测信号，可以说第一石英振子10及第二石英振子20是温度检测部的一部分。如后述那样，所述温度检测部用于振荡装置所包括的加热器电路5的供给电力的控制、或延期期间中的频率校正值的算出。另外，如已述那样，将来自第一振荡电路1的振荡输出用作DDS 201的基准时钟。
在第一振荡电路1、及第二振荡电路2的后段侧设置有振荡频率差检测部3。概言之，所述振荡频率差检测部3是用于取出第一振荡电路1的振荡频率f1和第二振荡电路2的振荡频率f2的差与Δfr的差，即频率差检测值f2－f1－Δfr(＝ΔF)的电路部。Δfr是基准温度例如25℃下的f1(f1r)与f2(f2r)的差。
此处，若列举f1与f2的差的一例，则例如为几MHz。在本例中，通过利用振荡频率差检测部3计算ΔF而成立，所述ΔF是对应于f1和f2的差的值(f2－f1)、与对应于基准温度例如25℃下的f1和f2的差的值(f2r－f1r)的差。在本实施方式的情况下，更详细而言，通过振荡频率差检测部3所获得的值为{(f2－f1)/f1}－{(f2r－f1r)/f1r}。但是，在附图中略记振荡频率差检测部3的输出的表示。
在振荡频率差检测部3的后段设置有加法部6。加法部6从后述的微型计算机90获取温度设定值(目标温度)，对温度设定值与频率差检测值ΔF的差进行运算。如图1所示，在加法部6的后段设置有相当于积分电路部的环路滤波器61。进而，在环路滤波器61的后段设置有将数字信号转换成固定时间的脉冲信号的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)内插部62。另外，在PWM内插部62的后段设置有低通滤波器(Low Pass Filter，LPF)63，将来自PWM内插部62的输出平均化，将与作为所述输出的脉冲数对应的直流电压输入加热器电路5中。另外，以从环路滤波器61输出的相当于检测温度的数字信号被输入后述的微型计算机90中的方式构成。从振荡频率差检测部3至LPF 63的环路构成本例的加热器控制部。
PLL电路部200通过相位比较部205来对从DDS 201输出的参照信号的相位、与利用分频器204将VCXO 100的输出分频所得的时钟的相位进行比较，并通过电荷泵202来对作为所得的比较结果的相位差进行模拟化。经模拟化的信号被输入环路滤波器206中，以PLL稳定的方式得到控制。DDS 201将来自第一振荡电路1的振荡输出作为基准时钟而输入。另外，如后述那样，DDS 201以输入通过加法部42而加上了频率校正值的校正后的频率设定值的方式构成。
本实施方式的振荡装置例如包括频率差检测部207，所述频率差检测部207检测作为外部时钟信号的1pps的GPS信号与从VCXO 100输出的输出频率的频率差。频率差检测部207例如以如下方式构成：将从VCXO 100输出的频率信号分频，将分频后的频率信号与GPS信号的频率差作为差值而输出至微型计算机90。例如在频率设定值为10MHz的情况下，将来自VCXO 100的频率信号分频成十万分之一，并进行与GPS信号(1pps)的频率差检测。另外，若可获得足够的分辨率，则频率差检测部207也可以将GPS信号例如倍增至10MHz来代替频率信号的分频，并进行频率差的检测。
如图1所示，微型计算机90包括：校正值算出部92、校正系数算出部93、存储器94、以及计时器95。图1中的符号91为总线。本例的振荡装置根据已从GPS获取的GPS信号来算出频率校正值，并进行频率设定值的校正，但如已述那样，存在产生GPS信号中断的延期的情况。
另一方面，对于在延期期间中也使输出频率稳定的要求越来越高。例如，当如已述那样输出频率为10MHz时，要求即便在延期持续了24小时的情况下，也可以实现相位偏移量为1.5μs以下程度的稳定性。这相当于输出频率相对于频率设定值(更详细而言，“与频率设定值对应的频率”)的变化率为17.35ppt/秒以下。
因此，如已述那样，在本例的振荡装置中，在正获取GPS信号的期间内，在校正系数算出部93中算出校正系数，所述校正系数用于算出在未获取GPS信号的延期期间中使用的频率校正值。此时，以往实施伴随老化的频率变化的补偿。但是，已知为了进行1ppt/秒以下的极高精度的频率校正，必须算出如下的频率校正值，所述频率校正值即便在正通过加热器电路5来进行温度控制的环境下，也可以对与由控制的迟缓或摇动等所引起的微小的温度变化相伴的频率变化进行补偿。
就所述观点而言，本例的校正系数算出部93具备求出用于补偿由第一石英振子10的老化所引起的频率校正值的变化的老化系数(a1)、及用于补偿由第一石英振子10的温度变化所引起的频率校正值的变化的温度特性系数(a2)的功能。由校正系数算出部93所算出的所述老化系数(a1)、及温度特性系数(a2)被存储在存储器94中。
校正值算出部92在正获取GPS信号的期间中，根据从频率差检测部207输出的差值来算出频率校正值。另外，校正值算出部92在未获取GPS信号的延期期间中，利用已被存储在存储器94内的老化系数(a1)、温度特性系数(a2)，已从环路滤波器61获取的检测温度T及由计时器95所测量的经过时间τ，算出频率校正值。
另外，微型计算机90对加法部6输出温度设定值。
继而，对包括以上所说明的结构的振荡装置的作用进行说明。首先，对正获取GPS信号的期间中的动作进行说明。若接通振荡装置的电源来启动振荡装置，则第一石英振子10及第二石英振子20振荡并分别获得振荡输出。从微型计算机90输出频率设定值，DDS 201根据来自第一振荡电路1的振荡输出(基准时钟)与频率设定值而运转，从DDS 201输出参照信号。而且，根据对来自DDS 201的参照信号与来自VCXO 100的频率信号进行相位比较的结果，进行VCXO 100的频率控制。
此处，本例的振荡装置利用频率差检测部207，进行已从PLL电路部200输出的频率信号(实际是将所述频率信号分频所得的分频信号)与1pps的GPS信号的频率比较。此时，在虽然正通过PLL电路部200来实施频率控制，但检测到频率差的情况下，存在与所述频率信号进行比较的参照信号从对应于频率设定值的频率偏移的担忧。作为产生此种现象的理由，可列举：用于基准时钟的输出的第一石英振子10中的老化的进行、或由利用加热器电路5的温度控制的迟缓等所引起的振荡频率的变化的影响。
另一方面，在正获取GPS信号的期间中，可利用极其稳定的1pps的GPS信号，确定与来自PLL电路部200的频率信号(的分频信号)的频率差。因此，根据所述频率差(差值)，求出正从PLL电路部200输出的频率信号的实际的频率，根据所述实际的频率与对应于频率设定值的频率的偏移量，以偏移量被消除的方式对频率设定值进行校正。由此，能够与第一石英振子10侧的老化或温度变化的影响无关地获得稳定的频率信号。
校正值算出部92根据所述见解，算出频率校正值，并朝加法部42输出。在加法部42中，使频率设定值与频率校正值相加，并输入DDS 201中。其结果，基准时钟侧的频率偏移的影响被消除，可输出对应于频率设定值的正确的频率的频率信号。
与所述动作相比，在无法获取GPS信号的延期期间中，若不正确地掌握在基准时钟侧产生频率偏移的因素、及各因素的影响程度，则无法算出精度高的频率校正值。因此，本例的振荡装置在正获取GPS信号的期间中，执行先获取用于算出延期期间中的频率校正值的校正系数(老化系数(a1)及温度特性系数(a2))的学习动作。
本例的校正值算出部例如使用下述的式(1)中所示的一次式(线性和)来算出频率校正值。
Δh＝(a1)×(Δτ)+(a2)×(ΔT)…(1)
其中，Δh为频率校正值的变化量，a1为老化系数(每单位时间的频率校正值的变化率)，Δτ为经过时间，a2为温度特性系数(每单位温度的频率校正值的变化率)，ΔT为检测温度的变化量(温度变化量)。
本例的校正系数算出部93在温度变化的影响少的老化测定期间中进行老化系数(a1)的学习。进而，将产生了温度变化的期间设为温度特性测定期间，利用已在老化测定期间中学习的老化系数进行温度特性系数的学习。
以下，按照图2的流程图对学习动作进行说明。首先若启动振荡装置，则为了初期老化，不进行校正系数的学习而待机例如6小时(步骤S11)。如式(1)所示，校正值算出部92在算出频率校正值时，使用校正系数(老化系数、温度特性系数)与各变数(经过时间、温度变化量)的一次式。另一方面，在刚接通振荡装置的电源之后，存在取决于第一石英振子10的老化的经过时间与频率校正值的关系不会成为如由一次式表示的关系的情况。因此，在接通电源后，待机6小时左右(初期老化待机期间)。
若待机规定时间，则与经过时间对应的频率校正值的变化部分大致表示通过一次式来近似的关联。
其次，进行是否正获取GPS信号的判断(步骤S12)。此时，在未获取GPS信号的情况下，待机至可获取GPS信号为止(步骤S12；否(NO))。
继而，若可获取GPS信号(步骤S12；是(YES))，则判断是否经过了规定的老化测定期间Δt(步骤S13)。在未经过老化测定期间Δt的情况下(步骤S13；否)，一边确认正获取GPS信号的状态，一边待机(步骤S12；是→步骤S13；否)。
此处，关于步骤S13以后，也参照图3进行说明。图3是表示获取GPS信号后的频率校正值及检测温度的时间变化的时序图。图3中时刻t0表示步骤S13的开始时刻。
如图2所示，若经过了老化测定期间Δt(图3中，记作Δt1)(步骤S13；是)，则求出所述期间(老化测定期间Δt中的每单位时间的检测温度的变化率(|ΔT/Δt|)，并判断是否超过了成为阈值的最小温度变化率Tmin(步骤S14)。
最小温度变化率Tmin是能够判断为几乎可忽略检测温度的变化的每单位时间的温度变化率，例如存储在存储器94中。可例示将最小温度变化率Tmin例如设定成0.1℃/小时以下的值的情况。而且，在每单位时间的检测温度的变化率未超过最小温度变化率Tmin的情况(|ΔT/Δt|＜Tmin)下(步骤S14；否)，算出老化系数(步骤S15)。
老化系数(a1)例如如图3所示，使用从时刻t0至时刻ta为止的时间Δt1的期间中的频率校正值Δh1来算出。在从时刻t0至时刻ta为止的区间1中，判断为几乎可忽略检测温度的变化(老化测定期间)。因此，即便在第一石英振子10的振荡频率已变化的情况下，也可以判断为所述振荡频率的变化由老化引起。因此，可以说区间1的期间中的频率校正值的变化Δh1也由第一石英振子10的老化引起。
如式(1)所示，在本例中，通过将经过时间及检测温度的变化量作为变量的一次式来近似取决于老化的第一石英振子10的频率校正值。如已述那样，在老化测定期间中，可忽略检测温度的变化。因此，将频率校正值的变化量Δh1、经过时间Δt1代入式(1)中，将右边第二项设为零来进行变形，由此可根据下述的式(2)来算出表示每单位时间的频率校正值的变化率的老化系数(a1)。
a1＝Δh1/Δt1…(2)
校正系数算出部93执行所述计算，并更新例如已被存储在存储器94中的老化系数(a1)(步骤S15)。而且，获取GPS信号，只要检测温度的变化率不超过最小温度变化率(|ΔT/Δt|＜Tmin)，则重复所述动作(步骤S12；是→步骤S13；是→步骤S14；否→步骤S15)。
而且，在判断为检测温度的变化率为最小温度变化率以上的情况(|ΔT/Δt|≧Tmin)下，视为温度特性测定期间的开始，执行温度特性系数的学习(步骤S14；是)。例如，在图3中的从时刻ta至时刻tb为止的区间2中，产生了检测温度的变化，因此成为|ΔT1/Δt1|≧Tmin，因此相当于温度特性测定期间。
另一方面，也存在放置第一石英振子10的环境的温度变化依存于外部环境的温度变化的情况，因此也存在无法预测温度特性测定期间何时结束的情况。在此情况下，例如在待机规定的测量待机时间Δt'后(步骤S16)，求出所述测量待机时间Δt'中的每单位时间的检测温度的变化率(|ΔT/Δt'|)，并判断是否超过了最小温度变化率Tmin(步骤S17)。
而且，在为最小温度变化率Tmin以上的情况(|ΔT/Δt'|≧Tmin)下(步骤S17；是)，放置第一石英振子10的环境的温度变化继续，温度特性测定期间继续，因此维持待机(步骤S17；是→步骤S16)。
不久，如图3所示，例如从时刻ta经过时间Δt2，在时刻tb处检测温度固定。在此情况下，最小温度变化率低于Tmin，温度特性测定期间结束(步骤S17；否)。然后，使用已在区间2的温度特性测定期间中获取的频率校正值的变化量Δh2，算出温度特性系数(a2)(步骤S18)。
另外，在放置第一石英振子10的环境的温度的上升与下降连续地产生的环境下，不仅可进行与所述检测温度的变化率相关的判断，也可辨别温度变化量(ΔT)的正负并在温度上升过程、温度下降过程的各个时机算出温度特性系数。
如已述那样，本例的振荡装置利用加热器电路5对放置有第一石英振子10的环境进行加热并进行温度控制，由此使第一振荡电路的振荡频率稳定。尽管如此，也存在因产生了周围的温度的急剧的温度变化的情况等下的温度控制的迟缓等，而导致放置有第一石英振子10的环境的温度变化的情况。其结果，当第一振荡电路1的振荡频率(DDS 201的基准时钟)已变化时，也存在输出频率的分频频率信号与1pps的GPS信号之间产生频率差，并产生频率校正值的变化的情况。可理解为在图3中所示的区间2(温度特性测定期间)中的频率校正值的变化量中，包含由第一石英振子10的老化所引起的频率校正值的变化量(老化因素频率校正量)、及由所述温度变化所引起的频率校正值的变化量(温度变化因素频率校正量)。
此处，例如在几小时或几天左右的比较短的期间中，存在老化系数(a1)的值不会大幅度变化，在时间上稳定的情况。在图3中所示的区间1～区间2的期间也相当于此种老化系数在时间上稳定的期间的情况下，可使用在区间1中所算出的老化系数，推断区间2的期间中的老化因素频率校正量。因此，从区间2中的频率校正值的变化量Δh2减去所述期间中的老化因素频率校正量，由此求出时刻ta与时刻tb之间的温度变化因素频率校正量。
具体而言，只要将已被存储在存储器94中的在区间1中得到更新的老化系数(a1)与区间2的时间Δt2相乘，便求出区间2的老化因素频率校正量。进而，若利用式(1)的关系，则区间2的温度变化因素频率校正量成为从所述期间中的频率校正量Δh2减去老化因素频率校正量(Δt2)×(a1)所得的值。若将这些值代入式(1)来进行变形，则温度特性系数(a2)通过下述的式(3)来求出。
a2＝{Δh2－(Δt2)×(a1)}/ΔT…(3)
校正系数算出部93执行所述计算，并更新已被存储在存储器94中的温度特性系数(a2)。
其后，在图3中所示的时刻tb～时刻tc的区间3中，检测温度大致固定，因此判断为老化测定期间，执行已述的算出老化系数的动作(步骤S12～步骤S15)。
根据以上所说明的动作，利用基于与GPS信号进行比较的结果所获得的频率校正值，算出在延期期间中使用的老化系数、及温度特性系数。
继而，一边参照图4的流程图及图5的时序图，一边对包含所述老化系数、温度特性系数的利用的来自振荡装置的频率信号的输出动作进行说明。
振荡装置的启动后(开始)，在可获取GPS信号的期间中(步骤S21；是)，根据由从PLL电路部200输出的频率信号与1pps的GPS信号所获得的频率差(差值)，算出频率校正值，并将所述频率校正值与频率设定值相加(步骤S27)。
另一方面，若成为无法获取GPS信号的延期期间(步骤S21；否)，则确认是否可使用在正获取GPS信号的期间中所算出的各校正系数(老化系数、温度特性系数)(步骤S22)。是否可使用的判断基准例如进行是否在存储器94内存储有校正系数的判断。另外，在如后述那样利用已多次算出的校正系数的平均值的情况下，进行用于平均值的算出的校正系数的个数是否达到事先设定的个数的判断等。
而且，在判断为无法使用老化系数、温度特性系数的情况(步骤S22；否)下，例如进行使用在即将成为无法获取GPS信号的期间之前所获取的频率校正值的频率设定值的校正(步骤S28)，并回到GPS信号的获取确认(步骤S21)。
另一方面，在可使用老化系数、温度特性系数的情况(步骤S22；是)下，在规定的校正值调整时间(即经过时间)Δτ的经过之前，进行GPS信号的获取确认、校正系数的能否使用确认(步骤S23；否→步骤S21；否→步骤S22；是)。而且，若经过校正值调整时间(经过时间)Δτ，则根据所述校正值调整时间(经过时间)Δτ中的检测温度的变化量ΔT，判断每单位时间的检测温度的变化率(|ΔT/Δτ|)是否超过了最小温度变化率Tmin(步骤S24)。
例如，图5中所示的从时刻td至时刻te为止的区间4是“|ΔT/Δτ|＜Tmin”，检测温度的变化小，可将ΔT看作零。另外，可将校正值调整时间Δτ设定成比已述的老化测定期间、温度系数测定期间Δt短的期间，一点一点地重复频率校正值的算出、设定动作。但是，为了容易掌握频率校正值算出的见解，图5中所示的校正值调整时间(经过时间)Δτ4～校正值调整时间(经过时间)Δτ6以与使用图3所说明的老化测定期间、温度系数测定期间Δt1～老化测定期间、温度系数测定期间Δt3相同程度的间隔来表示。
如此，在温度的变化小的情况(步骤S24；否)下，将校正值调整时间(经过时间)Δτ4仅代入使用已从存储器94读出的老化系数(a1)、温度特性系数(a2)所获得的已述的式(1)的第一项中，算出频率校正值。由此，算出仅使用老化系数的频率校正值(图5中的Δh4)，并将所述频率校正值用于频率设定值的校正(步骤S25)。
另一方面，在如图5中所示的从时刻te至时刻tf为止的区间5那样第一石英振子10的环境温度变化的情况下，判断为每单位时间的检测温度的变化率为最小温度变化率以上(|ΔT2/Δτ5|≧Tmin)(步骤S24；是)。在此情况下，将校正值调整时间(经过时间)Δτ5、温度变化量ΔT2两者代入使用已从存储器94读出的老化系数(a1)、温度特性系数(a2)所获得的式(1)中，算出频率校正值。
由此，算出使用老化系数、温度特性系数两者的频率校正值(图5中的Δh5)，并将所述频率校正值发送至加法部42来用于频率设定值的校正。
进而，在图5中所示的从时刻tf至时刻tg为止的区间6中，温度固定，因此将温度变化量ΔT看作零，根据区间6的校正值调整时间(经过时间)Δτ6、老化系数(a1)来算出频率校正值Δh6。
根据所述实施方式，在将第一石英振子10的振荡频率用作基准时钟，根据频率设定值来输出频率信号的振荡装置中，设置有求出与振荡装置的输出频率(的分频信号)和1pps的GPS信号的频率差对应的差值的频率差检测部207。进而，以检测放置第一石英振子10的环境的温度的方式构成。而且，在正获取GPS信号的期间中，求出用于算出对由第一石英振子10的老化所引起的频率变动进行校正的校正值的老化系数(a1)、及用于算出对由第一石英振子10的温度变化所引起的频率变动进行校正的校正值的温度特性系数(a2)。另外，在延期期间中，使用老化系数与温度特性系数来算出频率校正值，并将所述频率校正值与频率设定值相加。因此，即便在无法获取GPS信号的延期期间中，也可以使输出频率稳定。
此处，在使用图2所说明的老化系数或温度特性系数的学习时，在校正系数(老化系数、温度特性系数)的算出步骤(步骤S15、步骤S18)中，也可以将过去反复算出的校正系数(a2)分别各存储最近的多次。而且，也可以使用包含新算出的校正系数与过去算出的校正系数的多个校正系数的平均值，算出频率校正值。可使用已多次算出的老化系数及温度特性系数的平均值来算出频率校正值，因此可提升输出频率的校正精度。
另外，本发明并不限定于使用图1～5所说明的实施方式，只要是使用石英振子，根据频率设定值来获得振荡输出的振荡装置，便可应用。
图6表示另一实施方式的振荡装置500的一例。本例的振荡装置500使用设置有未图示的石英振子的振荡器(振荡部)501，输出对应于已被输入的频率设定值的频率信号。在振荡器501，通过加热器电路(加热器部)502来将放置有石英振子的环境加热至固定的温度。因此，包含所述振荡器501的振荡装置500是OCXO。
作为振荡器501的一例，例如可列举：包括包含科尔皮兹电路(Colpitts circuit)的振荡电路，经由可变电容二极管而输入所述科尔皮兹电路的控制电压的振荡器。在此情况下，控制电压相当于频率设定值，对应于控制电压来调整振荡器501的输出频率。另外，振荡装置500包括具备已述的校正值算出部、校正系数算出部的功能的微型计算机90，及频率差检测部207。
例如，频率差检测部207获取已从振荡器501输出的频率信号(分频信号)与1pps的GPS信号的频率差(差值)，并将所述频率差输入微型计算机90中。另外，振荡器501包括温度检测部503，由温度检测部503所获取的检测温度被输入微型计算机90中。微型计算机90根据检测温度来调整加热器电路502的输出，使振荡器的温度固定。在此种结构的振荡装置500中，也执行使用图2所说明的校正系数(老化系数、温度特性系数)的学习动作、使用图4所说明的频率校正值的算出、设定动作，由此可输出稳定的频率信号。
另外，本发明也能够以如下方式构成：当求出温度特性系数(a2)时，例如可通过已述的加热器部(图1、6的加热器电路502)等调温机构，使放置有石英振子(图)的环境的温度变动。当求出温度特性系数(a2)时，在石英振子的温度变化小的情况下，也存在已求出的温度特性系数的精度变差的担忧。进而，在相对于温度变化的频率变化的分辨率高的振荡装置中，也存在相对于微小的温度变化，频率信号看起来像是在摇动，已算出的温度特性系数的精度变差的担忧。因此，也可以对石英振子赋予固定的温度差以上，例如利用已述的调温机构等赋予1℃以上的温度变化来求出温度特性系数，由此提高温度特性系数的精度。
当赋予强制的温度变化来求出温度特性系数(a2)时，例如在图1中所示的振荡装置中，从微型计算机90输出用于使配置有第一石英振子10的环境的温度变化1℃以上的温度特性系数(a2)的算出用的温度设定值。而且，可例示在温度正变化的期间中执行图2的步骤S14、步骤S16～步骤S18的动作的情况。
另外，在所述例子中，当在延期期间中算出频率校正值时，采用使用老化系数(a1)及温度特性系数(a2)的一次式，但在算出频率校正值时使用的式子并不限定于一次式。在更适当的情况下，也可以根据经过时间(Δτ)或温度变化量(ΔT)的对数函数或指数函数与各校正系数的线性和，算出频率校正值。

Claims (9)

1.一种振荡装置，是包括根据频率设定值输出频率信号的振荡部的振荡装置，所述振荡部使用石英振子，其特征在于，包括：
频率差检测部，求出与已从外部获取的外部时钟信号和已从所述振荡部输出的所述频率信号的频率差对应的差值；
温度检测部，检测配置有所述石英振子的环境的温度；
校正值算出部，为了使对应于所述频率设定值的频率与所述频率信号的频率一致，算出与所述频率设定值相加的频率校正值；
加法部，将被输入所述振荡部中的所述频率设定值与已从所述校正值算出部获取的所述频率校正值相加；以及
校正系数算出部，根据由所述频率差检测部所求出的所述差值的经时变化、及由所述温度检测部所检测到的检测温度的经时变化，算出表示每单位时间的所述频率校正值的变化率的老化系数、及表示每单位温度的所述频率校正值的变化率的温度特性系数；
所述校正值算出部在正获取所述外部时钟信号的期间中，根据由所述频率差检测部所检测到的所述差值来算出所述频率校正值，在所述外部时钟信号正中断的期间中，使用所述老化系数及所述温度特性系数来算出所述频率校正值。
2.根据权利要求1所述的振荡装置，其特征在于，
所述振荡部包括包含电压控制振荡器的锁相环电路部、以及通过输入所述频率设定值及基准时钟来输出对应于所述频率设定值的所述锁相环电路部的参照用的频率信号的直接数字合成器，
所述石英振子设置在输出所述直接数字合成器的所述基准时钟的振荡电路中。
3.根据权利要求1所述的振荡装置，其特征在于，
所述振荡部包括设置有所述石英振子的振荡电路。
4.根据权利要求1所述的振荡装置，其特征在于包括：
加热器部，对设置有所述石英振子的环境进行加热；以及加热器控制部，以由所述温度检测部所检测到的温度达到事先设定的目标温度的方式，调节所述加热器部的输出。
5.根据权利要求1所述的振荡装置，其特征在于，
所述频率信号的频率相对于与所述频率设定值对应的频率的变化率为1ppt/秒以下。
6.根据权利要求1所述的振荡装置，其特征在于，
所述校正系数算出部根据老化测定期间中的所述频率校正值的变化量，算出所述老化系数，所述老化测定期间是事先设定的时间内的所述检测温度的变化率为事先设定的最小温度变化率以下的期间。
7.根据权利要求6所述的振荡装置，其特征在于，
所述校正系数算出部根据温度变化因素频率校正量，算出所述温度特性系数，所述温度变化因素频率校正量是从温度特性测定期间中的所述频率校正值的变化量减去老化因素频率校正量所得的值，所述温度特性测定期间是所述检测温度的变化率比所述最小温度变化率大的期间，所述老化因素频率校正量根据已在所述温度特性测定期间开始前的所述老化测定期间中算出的所述老化系数与所述温度特性测定期间的经过时间来求出。
8.根据权利要求1所述的振荡装置，其特征在于，
所述校正系数算出部按照时间的经过而重复进行所述老化系数及所述温度校正系数的算出，获取多个老化系数及多个温度校正系数，所述校正值算出部根据所述多个老化系数的平均值与所述多个老化系数的平均值，算出所述频率校正值。
9.根据权利要求1所述的振荡装置，其特征在于，
包括用于使配置有所述石英振子的环境的温度变化的调温机构，
所述调温机构在为了通过所述校正系数算出部来算出所述温度校正系数而获取所述差值的经时变化及所述检测温度的经时变化的期间中，使配置有所述石英振子的环境的温度变化。
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