JP2000223948A - 周波数調整装置及び調整方法 - Google Patents

周波数調整装置及び調整方法

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JP2000223948A
JP2000223948A JP11026981A JP2698199A JP2000223948A JP 2000223948 A JP2000223948 A JP 2000223948A JP 11026981 A JP11026981 A JP 11026981A JP 2698199 A JP2698199 A JP 2698199A JP 2000223948 A JP2000223948 A JP 2000223948A
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deviation
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Takeshi Fukuju
武 福寿
Katsushi Miyawaki
勝志 宮脇
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】構内交換機に要求される時計の月差の規格を実
現するために、発振周波数を周波数カウンターを利用し
て、希望する発振周波数の測定と調整を行っているが、
周波数カウンターは、発振周波数を測定するのに時間が
かかる欠点がある。 【解決手段】0.5Hzの信号(114)の半周期の時間を2
0MHzの信号(108)でカウントすることにより、測定
時間1秒という短時間で発振周波数が測定できる発振周
波数調整装置及び調整方法を考案することにある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高精度な水晶発振
器を利用し、コンデンサの容量を変化させることによ
り、被調整水晶発振器の発振周波数を目標周波数に調整
する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、構内交換機(PBX)の年・月・
日・曜日など時計の月差を高精度にする目的で、水晶発
振器から出力される発振周波数を調整するには、周波数
カウンター等の測定装置を利用して発振周波数を測定
し、その測定結果により水晶発振器に外付けされている
コンデンサの容量値を変化させて、目標周波数に調整し
ている。
【0003】あるいは、特開平9−36732号公報の
様に発振器からの発振周波数の信号と、基準周波数信号
発振器からの基準周波数の信号とを混合させてビート信
号を生成し、ビート信号の周波数又は周期を、オフセッ
ト周波数の周波数又は周期と等しくなるように、マイコ
ンを利用してモーターを回転制御し、調整器を回転させ
る方法がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】構内交換機(PBX)
の時計・カレンダー機能を実現する水晶発振器の発振周
波数の周波数偏差(製品バラツキ)は±20 ppmあるた
め、当該水晶発振器の発振周波数を調整せずに、当該P
BXに使用すると時計の月差は最大約50秒になる(図
10参照)。しかし、PBXに要求される時計の月差は
最大15秒であるため、対策を行わねばならない。そこ
で、周波数偏差の小さい水晶発振器を構内交換機(PB
X)に内蔵すれば、高精度の月差を実現できるが、その
水晶発振器は、高価な部品である為、それを使用するこ
とはできず、解決策にはならない。
【0005】従来、周波数カウンター等の測定器を利用
して、発振周波数の測定と調整を行っているが、当該周
波数カウンターは、発振周波数を測定するのに時間がか
かる(約1分間)欠点があった。
【0006】従って、本発明の目的は、測定が簡単で、
測定時間の短縮という目的で発振周波数の調整ができる
発振周波数調整装置と調整方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明では、被調整水晶発振器に外付けしているコ
ンデンサの容量を調整ピンを利用して変化させて、該水
晶発振器からの発振周波数を、目標周波数に調整する周
波数調整方法において、発振周波数調整装置内に周波数
偏差の小さい高精度水晶発振器を備える。まず、被測定
周波数信号を0.5Hzに分周する。分周した周波数信号
の立上がりで開始パルスを生成し、立下がりで終了パル
スを生成する。前記開始パルスから前記終了パルスまで
の時間を前記高精度水晶発振器の発振周波数でカウント
する。つまり0.5Hzの半周期の時間(1秒間)を前記
高精度な水晶発振器でカウントすることにより周波数偏
差を短時間(1秒間)で測定できる。周波数偏差が増減
すると0.5Hzの半周期の時間(1秒間)の時間も増減
するので、カウント数も増減する。従って、カウント数
から周波数偏差を知ることができる。周波数偏差の測定
結果をLEDランプで表示し、周波数偏差が仕様を満足す
るように被調整水晶発振器に外付けされているコンデン
サの容量を変えることで目標周波数に調整することがで
きる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図1から
図11を用いて説明する。
【0009】本発明は、構内交換機(PBX)の時計・
カレンダー機能を実現する被調整水晶発振器101の発
振周波数の周波数偏差を±6.1 ppm以内に調整するこ
とを目的に実施されている。
【0010】図1は、本発明となる発振周波数調整装置
501の機能ブロック図である。101は、PBXのタ
イマー機能ボードに実装される被調整水晶発振器、10
2はタイマー機能ボードに実装されている被調整水晶発
振器101から出力される周波数32.768kHz周波
数偏差±20ppmの信号、103はクロック分周部、1
04は接続チェックランプ部、105は同期化部、10
6は測定開始・終了パルス生成部、107は高精度水晶
発振器、108は周波数20MHz周波数偏差±2ppmの信
号、109はカウンタ部、110はラッチ部、111は
デコード部、112は精度表示LED部である。
【0011】113はクロック分周部103で、1.0
Hzに分周された信号、114は、クロック分周部104
で、0.5Hzに分周された信号、115は、被測定水晶
発振器101の発振周波数を調整するためのコンデン
サ、116は開始パルス、117は終了パルスである。
また、103〜114までが発振周波数調整装置700
内の機能ブロックである。
【0012】まず、調整をする周波数32.768kHz
の信号102をクロック分周部103に入力する。この
周波数は、最大±20ppmの周波数偏差がある。
【0013】クロック分周部103は、周波数32.7
68kHzの信号102を2の15乗だけ分周した周波数
1.0Hzの信号113を生成し、その信号を接続チェッ
クランプ部104へ入力する。また、周波数32.76
8kHzの信号102を2の16乗だけ分周した周波数
0.500Hzの信号114を同期化部105へ入力す
る。
【0014】接続チェックランプ部104は、周波数3
2.768 kHzの信号102が、発振周波数調整装置7
00に正確に入力されているか確認する為のLEDラン
プを備えている。正確に入力されていれば、クロック分
周部103で生成された1.00Hzの信号113によ
り、LEDランプが1秒周期で点滅を繰り返す。
【0015】同期化部105は、クロック分周部103
で生成された周波数0.500Hzの信号114を高精度
水晶発振器107から出力される20Mhz108の信号
で同期化する。
【0016】測定開始・終了パルス生成部106は、同
期化部105で同期化された周波数0.500Hzの立上
がりで、開始パルス116を生成し、立下がりで終了パ
ルス117を生成する。
【0017】高精度水晶発振器107は、周波数20MH
z、周波数偏差±2 ppmの発振器である。
【0018】カウンタ部109は、開始パルス116と
終了パルス117までの期間(0.500Hzの半周期=
1秒間)を高精度水晶発振器107から出力される20
MHzの信号でカウントを行う。開始パルス116が生成
されると、カウンタ部109はカウントを開始し、周波
数偏差が0ppmの場合、カウント数は20M回である。
周波数偏差がαppmの場合、カウント数は、20M×2
15/(32768+0.032768α)回である。
例えば、α=−20ppmの時、カウント数は20.00
04M回である。図11に周波数偏差に対するカウント
数をグラフに示す。
【0019】ラッチ部110は、終了パルス117が発
生したら、カウンタ部109のカウント数を取り込み、
そのカウント数をデコード部711へ送る。
【0020】デコード部111は、カウント数を精度表
示LED部112へ表示する為のデータに変換する。
【0021】精度表示LED部112は、LEDを17個備え
ており、被調整水晶発振器32.768kHzの周波数偏
差に応じて−8〜+8まで17段階でLED表示する。LED
表示が−4〜+4の範囲を越えている場合、コンデンサ
115の容量値を変化させて、再度調整を行う。
【0022】図2は、図1の機能ブロック図のフローチ
ャートである。
【0023】図3と図4は、発振周波数調整装置501
の機能ブロック図のタイミングチャートを示す。本図
は、周波数測定の原理を示す。図3は、被調整水晶発振
器の周波数偏差が0ppmの時、図4は、周波数偏差が+
20ppmの時である。
【0024】図3の被調整周波数32.768kHz 周波
数偏差0ppm102を、2の16乗だけ分周すると周波
数0.5000Hz114になり、半周期の時間は、1.
00000sであるが、図4の被調整周波数32.76
8kHz周波数偏差+20ppm102を、2の16乗だけ分
周すると周波数は.0.4999Hz114になり、半周
期の時間は、1.000020sになる。従って、図3
の様に周波数偏差が0ppmの時、カウンターパルス10
8は、1.0000s×20 MHz = 20.000M回カウントするが、
図4の様に周波数偏差が+20ppmの時、カウンターパ
ルス108は、1.00020s×20 MHz =20.0004M回カウント
する。周波数偏差が+0ppmと+20ppmの時では、400
回のカウント数の差が発生する。このカウント数の差の
データをもとに、精度表示LED部のランプ表示を行
う。
【0025】図5は、発振周波数調整装置501とタイ
マー機能ボード506の接続図である。
【0026】発振周波数調整装置501には、図1の機
能ブロック図の回路が利用されている。タイマー機能ボ
ード506には、図1の機能ブロック図の被測定水晶発
振器101とコンデンサ115が、実装されている。
【0027】発振周波数調整装置501は、前面に、1
7個の精度表示LEDランプ503、発振周波数の測定用
プローブ510、電源供給用のAC100Vケーブル504を
備えている。発振周波数調整装置501内部には、AC 1
00VをDC +5Vに変換する電源装置が内蔵されている。
【0028】又、タイマー機能ボード装着台502は、
タイマー機能ボード506を装着するコネクタ509と
タイマー機能ボード506を動作させる電源 +5V、
Eの端子を備えている。
【0029】タイマー機能ボード506は、構内交換機
(PBX)の時計・カレンダー機能を実現する為の被調
整水晶発振器101と発振周波数を調整するコンデンサ
115が実装されている。
【0030】まず、被調整水晶発振器101の発振周波
数の調整の方法を順に説明する。
【0031】1.接続チェックLED104が約1秒間
隔で点滅していることを確認する。
【0032】2.タイマー機能ボード506をタイマー
機能ボード装着台502に装着する。
【0033】3.タイマー機能ボード506の調整ピン
701の3−6番にジャンパー端子701を挿入する。
【0034】4.測定用プローブ510を測定用プロー
ブ接続端子に接続する。
【0035】5.精度表示LED503のランプの点灯
位置が規格(−4〜+4の範囲)から外れている場合
は、以下の手順でコンデンサの容量を調整する。プラス
方向に規格から外れている場合は、コンデンサの容量を
大きくする。マイナス方向に規格から外れている場合
は、コンデンサの容量を小さくする。コンデンサの容量
の設定方法は、図7に示す様に、調整ピン701のジャ
ンパー端子702の接続組み合わせによって決めること
ができる。
【0036】6.精度表示LED503のランプの点灯
位置が、-4 〜+4の範囲であれば、被調整水晶発振器1
01から出力される周波数偏差が規格を満足している。
【0037】以上が、被調整水晶発振器101の周波数
の調整方法である。
【0038】図6は、発振周波数調整装置501の精度
表示LED503の図である。測定する周波数32.76
8kHzに対して、周波数偏差を−8から+8まで17段
階で表示を行う。接続チェックランプ104は、測定す
る信号が正しく入力されている時、ランプが点滅をす
る。
【0039】図7(a),(b)は、タイマー機能ボー
ド506に実装されている被調整水晶発振器101の発
振周波数32.768kHzを調整する為の調整ピン70
1とジャンパー端子702である。ジャンパー端子70
2を調整ピン701の挿入位置の組み合わせにより、被
調整水晶発振器101の周波数偏差を変化させることが
できる。周波数偏差が変化する理由は、ジャンパー端子
702の挿入位置を変えることで、被調整水晶発振器1
01に外付けしているコンデンサの容量が変わる為であ
る。
【0040】図8は、タイマー機能ボード506内の時
計・カレンダ機能部の回路図である。101は32.7
68kHzの被調整水晶発振器、801は時計・カレンダ
ー機能LSI、802〜804は被調整水晶発振器に外付
けされるコンデンサ、701は調整ピンである。805
は発振周波数調整装置501の接続点である。前記接続
点805には、被調整水晶発振器101と同じ周波数
(32.768kHz)の信号が出力されている為、前記接
続点805に発振周波数調整装置501の測定用プロー
ブ510を接続する。また、図8の回路図は、時計・カ
レンダー機能LSI801を使用する際には、ごく一般的
な回路図である。図9は、タイマー機能ボード506に
実装されている被調整水晶発振器101の負荷容量に対
する周波数特性をグラフの一例である。時計の月差を0
秒にするには、周波数偏差を0にするのだが、被調整水
晶発振器101の負荷容量を約8pFにすればよいことが
わかる。
【0041】図10は、タイマー機能ボード506に実
装されている被調整水晶発振器101の周波数偏差に対
する構内交換機(PBX)の時計の月差(秒)をグラフ
に示す。
【0042】図11は、タイマー機能ボード506に実
装されている被調整水晶発振器101の周波数偏差に対
するカウンタ部109におけるカウント数をグラフに示
す。
【0043】
【発明の効果】本発明は、水晶発振器の周波数を利用し
て、年・月・日・曜日などの時計、カレンダー機能を実
現している構内交換機(PBX)において、従来、周波
数カウンターで測定する方法と比較して短時間(1秒間)
で発振周波数の調整ができる発振周波数調整装置を使用
することによって、月差に関して品質の向上のみなら
ず、コストの低減につながることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における発振周波数調整装置の機能ブロ
ック図。
【図2】本発明における発振周波数調整方法のフローチ
ャート図。
【図3】本発明における発振周波数調整方法のタイミン
グチャート図(周波数偏差0ppm時)。
【図4】本発明における発振周波数調整方法のタイミン
グチャート図(周波数偏差−20ppm時)。
【図5】本発明における発振周波数調整装置の接続を示
す斜視図。
【図6】本発明における精度表示LEDを示す正面図。
【図7】調整ピンとジャンパー端子の接続組合せによる
コンデンサの容量を示す斜視図及び同図(3)の組合せ
を示す図。
【図8】時計・カレンダー機能部 発振周波数調整回
路。
【図9】水晶発振器の周波数負荷容量特性を示す図。
【図10】周波数偏差に対する構内交換器(PBX)の
時計月差を示す特殊図。
【図11】周波数偏差に対するカウンター部におけるカ
ウンター数を示す特殊図。
フロントページの続き Fターム(参考) 2F002 AA04 AA11 AB04 AD03 CA01 CA05 CA06 CB04 CB16 5J079 AA04 BA13 BA53 DA16 FA14 FA21 FB48 JA02 KA02

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水晶発振器の発振周波数を、目標の周波数
    偏差に調整する周波数調整方法において、前記発振周波
    数を調整する周波数調整装置内に、周波数偏差が高精度
    な水晶発振器を備え、被測定周波数を分周し、分周信号
    の立上がりで開始パルスを生成し、立下がりで終了パル
    スを生成し、前記高精度な水晶発振器の周波数信号を用
    いて、前記開始パルスの発生でカウントを開始し、前記
    終了パルスの発生でカウントを終了し、カウント数の結
    果を周波数偏差としてLED表示して、表示結果が目標
    とする周波数偏差になるように、前記水晶発振器に外付
    けしているコンデンサの容量を調整することを特徴とす
    る周波数調整方法。
  2. 【請求項2】前記周波数調整装置において、被調整水晶
    発振器の発振周波数を分周し、分周信号の周期の差異を
    利用して、周波数偏差を求めることを特徴とする周波数
    調整装置。
  3. 【請求項3】前記周波数調整装置において、被調整水晶
    発振器の発振周波数を分周し、分周信号の周期を高精度
    な水晶発振器でカウントして、周波数を求めることを特
    徴とする周波数調整装置。
  4. 【請求項4】水晶発振器の周波数信号を利用して、年・
    月・日・曜日などの時計、カレンダー機能を実現してい
    る構内交換機(PBX)において、原価低減の目的で、
    周波数偏差の精度が低い安価な水晶発振器を前記構内交
    換機に用い、前記発振周波数調整装置により、周波数を
    調整する構内交換機であることを特徴とする周波数調整
    装置。
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