JP2006033747A - 基準周波数発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 障害時に現用系原子発振器から予備系原子発振器に切り替える際の不整合を簡易な構成で防止する基準周波数発生装置を提供する。
【解決手段】 原子の共鳴周波数に応じた周波数の発振出力を行う現用系原子発振器と、原子の共鳴周波数に応じた周波数を制御信号に基づいて制御して発振出力を行う予備系原子発振器と、前記現用系原子発振器の発振出力と該予備系原子発振器の発振出力との差を検出し、この差に応じた前記制御信号を予備系原子発振器に入力することで、前記予備系原子発振器の発振周波数を前記現用系原子発振器の発振周波数と同期させる制御信号入力部と、前記現用系原子発振器の正常時には該現用系原子発振器の出力を基準周波数信号として外部へ出力し、前記現用系原子発振器の障害時には前記予備系原子発振器の出力を基準周波数信号として外部へ出力する切替器とを備えた。
【選択図】 図４

Description

本発明は、原子共鳴周波数に基づいて基準周波数を発生させる技術に関する。例えば、ディジタル／アナログ放送用基準周波数源等として用いられる放送機システム用基準周波数発生装置に関する。

近年市場では、ディジタル地上波放送の立上げ等により、低価格で高精度な放送機システム用基準周波数発生装置が要求されている。

図１３に従来の放送機システム用基準周波数発生装置の構成例を示す。公共の放送に使用される放送機システムでは、周波数基準源としてルビジウム原子発振器を使用するよう規定されており、さらには高信頼度化のために冗長構成を採ることが一般的に行われている。例えば図１３のごとく、現用系原子発振器９０と予備系原子発振器８０の出力を切替器５１で切替えられる構成としている。以下に動作概要を説明する。

電圧制御発振器（Voltage Controlled Xtal Oscillator、以下ＶＣＸＯとも称す）９３の出力周波数は、周波数合成器９２にてルビジウム原子の共鳴周波数帯（６．８３４６９・・・ＧＨｚ）に変換される。周波数合成器出力のマイクロ波（６．８３４６９・・・ＧＨｚ）は、原子共鳴器（Optical Microwave Unit、以下ＯＭＵと称す）９１内のルビジウム原子に照射され、その周波数に応じて位相及びレベルが変化する共鳴度信号が発生する。周波数制御回路９４はＯＭＵ９１から出力される共鳴度信号を同期検波して、ＶＣＸＯ９３の制御電圧を出力する。ＶＣＸＯ９３は、この制御電圧の印加によって所定の出力周波数にフィードバック制御される。即ち、その出力は常にＯＭＵ９１の原子共鳴周波数安定度に追従した高い周波数安定度で制御される。なお、予備系原子発振器８０のＯＭＵ８１、周波数合成器８２、ＶＣＸＯ８３、周波数制御回路８４についても前記現用系原子発振器９０のＯＭＵ９１、周波数合成器９２、ＶＣＸＯ８３、周波数制御回路８４とそれぞれ同様の構成となっている。

また、ＶＣＸＯ９３，８３の出力は、通常システム基準周波数として利用しやすい１０ＭＨｚ、またはそのＮ逓倍（２０ＭＨｚ，４０ＭＨｚ等）の周波数となっている。このＶＣＸＯ９３，８３の出力は、切替器５１に入力されており、ここでいずれかの入力が選択され基準周波数として出力される。切替器５１では外部からの制御信号によるマニュアル切り替えと、ＶＣＸＯ９３，８３の出力周波数の異常を示すアラーム（ＡＬＭ）１，２出力およびＶＣＸＯ９３，８３の出力断検出によるオート切替機能を有している。通常は現用系であるＶＣＸＯ９３の出力を基準周波数出力として選択している。

運用時において、ＶＣＸＯ９３の異常やＡＬＭが発生した際および外部制御信号でＶＣＸＯ８３出力を選択する入力が入ると、切替器５１はＶＣＸＯ８３を基準周波数出力として選択する。
これにより、現用系原子発振装置９０に障害が発生した場合でも予備系原子発振装置８０に切り替えて運用を継続できる。

しかし、図１３に示した従来の装置では、現用系原子発振装置９０の出力周波数と予備系原子発振装置８０の出力周波数とが完全には一致しておらず、切替時に問題を生じることがあった。

この出力周波数の差は、各々のＯＭＵ９１，８１の公差によるもので、そのバラツキの
偏差は一般的なルビジウム原子発振器（出荷時、定常状態）で０．５〜１．０Ｅ−１０（出荷時、定常状態）くらいである。

このため従来の基準周波数発生装置では、切替器５１におけるＶＣＸＯ９３とＶＣＸＯ８３の出力選択切替時において、出力の周波数ジャンプおよび位相の不連続な変化が発生し、この基準周波数に基づいてデータの送信等を行う後段の装置に不都合を生じさせてしまう。従来の地上波ＴＶ放送（アナログ方式）システムではこのような現象は問題とされることが少なかったが、近年立ち上げられている地上波ディジタル放送システムでは、このような周波数ジャンプや位相不連続性の回避を要求されている。

この要求に対応するようにしたものが図１４の構成である。図１３の従来構成との相違は切替器出力後段にクロックバッファとなるＰＬＬ（Phase Locked Loop）７０を備えて
いる点である。これにより、切替器５１でＶＣＸＯ９３とＶＣＸＯ８３の出力選択が行なわれた際に差が生じても、このＰＬＬ７０のループ特性に応じて周波数が緩やかに変化し、位相も連続的に変化し、基準周波数出力を利用する後段のシステムへの影響を緩和できる。

また、特許文献１に記載の原子発振装置では、外部制御情報に応じて発振周波数が変化する第１（現用系）の原子発振器と第２（予備系）の原子発振器との出力差を検出して誤差信号を生成し、この誤差信号を周波数制御情報として第２の原子発振器に入力して該第２の原子発振器の出力と第１の原子発振器の出力とを通常時に予め同期させておき、障害発生時に第１の原子発振器の出力から第２の原子発振器の出力に切り替えた場合にも位相跳躍が生じない構成にしている。

特開平０２−１６６８３４号公報

しかしながら、上述の図１４に示した装置では、ＰＬＬ７０を構成する部品において、ＶＣＸＯ７３は原子共鳴器で安定化されたＶＣＸＯ９３，８３の特性を損なわないようにする為、安価なものは特性上不適当であり少なくともＶＣＸＯ９３，８３と同等か、それ以上の特性のものが必要である。また本方式においても、ＶＣＸＯ９３，ＶＣＸＯ８３の出力周波数差は生じるため、その周波数差が極力小さいものとなるよう、従来よりもより厳しいＯＭＵ９１，ＯＭＵ８１の原子共鳴周波数バラツキ、特性変化（電源，温度，経時変化等）を補う構成，製造手番が要求されるという問題点があった。従ってこの構成では、従来の基準周波数発生装置からのコストアップも問題になっている。

また、特許文献１の装置においても第１の原子発振器と第２の原子発振器の出力周波数差は生じるため、障害発生時に、第２の原子発振器の周波数制御情報を誤差信号から外部制御情報に切り替えても、出力周波数が同じになるように原子共鳴周波数バラツキ、特性変化（電源，温度，経時変化等）を補う構成，製造手番が要求されるという問題点があった。

そこで、本発明は、障害時に現用系原子発振器から予備系原子発振器に切り替える際の不整合を簡易な構成で防止する技術の提供を目的とする。

本発明は、従来の問題点を解決するため下記の構成を採用した。
即ち、本発明の基準周波数発生装置は、図１に示すように、
原子の共鳴周波数に応じた周波数の発振出力を行う現用系原子発振器１０と、
原子の共鳴周波数に応じた周波数を制御信号に基づいて制御して発振出力を行う予備系原子発振器２０と、
前記現用系原子発振器の発振出力と該予備系原子発振器の発振出力との差を検出し、この差に応じた前記制御信号を予備系原子発振器に入力することで、前記予備系原子発振器の発振周波数を前記現用系原子発振器の発振周波数と同期させる制御信号入力部３０と、
前記現用系原子発振器１０の正常時には該現用系原子発振器１０の出力を基準周波数信号として外部へ出力し、前記現用系原子発振器１０の障害時には前記予備系原子発振器２０の出力を基準周波数信号として外部へ出力する切替器５１と、を備えた。

これにより、現用系原子発振器１０の発信出力と予備系原子発振器２０の発振出力が常に同期しているので、現用系原子発振器１０に障害が発生して予備系原子発振器２０に切り替えた際の周波数（位相）の跳躍が防止される。

また、前記予備系原子発振器１０が、
磁場発生用電流の制御により原子共鳴周波数の変化を可能とする原子共鳴器２１と、
該原子共鳴周波数に応じた周波数で前記予備系原子発振器の発振出力を行う発振部２３とを備え、
前記制御信号入力部３０が、前記制御信号を原子共鳴器２１に入力して前記磁場発生用電流を変化させることにより、前記発振出力の周波数を変えて前記現用系原子発振器１０の発振出力と同期させても良い。

また、図２に示すように、前記予備系原子発振器２０が、
前記発振出力を生成する発振部２３と、
該発振出力の周波数を所定係数倍して前記原子の共鳴周波数帯の共鳴用信号に変換する周波数合成器２２と、
前記共鳴用信号を前記原子に加えて共鳴させ、この共鳴度合いに応じて共鳴度信号を出力する原子共鳴器２１とを備え、
前記制御情報入力部３０が前記制御信号を前記周波数合成器２２に入力し、前記周波数合成器２２がこの制御信号に基づいて共鳴用信号の値を調整することにより、原子共鳴部２１がこの調整された共鳴用信号に応じた共鳴度信号を出力し、前記発信部２３がこの共鳴度信号に基づいて発振出力の周波数を変化させて前記現用系原子発振器１０の発振出力と同期させても良い。

また、図３に示すように、前記予備系原子発振器２０が、
前記発振出力を生成する発振部２３と、
前記前記発振出力に基づく共鳴用信号を前記原子に加えて共鳴させ、この共鳴度合いに応じて共鳴度信号を出力する原子共鳴器２１と、
前記共鳴度信号に基づいて前記発振部２３への制御電圧を出力する周波数制御回路２４とを備え、
前記制御信号入力部３０が前記制御信号を前記周波数制御回路２４に入力し、前記周波数制御回路２４がこの制御信号に基づいて前記制御電圧の値を調整することにより、前記発信部２３がこの制御電圧に応じて発振出力の周波数を変化させて前記現用系原子発振器１０の発振出力と同期させても良い。

また、図９に示すように、前記制御信号入力部３０が、
前記現用系原子発振器１０の障害を検知する検知回路３１６と、
該現用系原子発振器の正常時の発振出力に基づく制御信号を記憶するメモリ３１３と、
前記検知回路の検知結果に基づき、前記現用系原子発振器の正常時には該現用系原子発振器の発振出力と予備系原子発振器の発振出力との差に応じた前記制御信号を予備系原子発振器に入力させ、前記現用系原子発振器の障害発生時には前記メモリに記憶した制御信
号を予備系原子発振器に入力させるスイッチ３１５と、
を備えても良い。

また、図１０に示すように、前記制御信号入力部３０ａが、
前記現用系原子発振器１０の発振出力と該予備系原子発振器２０の発振出力との差を検出する比較器３１１と、
この比較器３１１からの比較値をディジタル値に変換するＡＤ変換回路３１２と、
このディジタル値に変換された比較値をディジタルＬＰＦ処理するマイコン３１７と、
このＬＰＦ処理値をアナログ値に変換し、制御信号として出力するＤＡ変換回路３１４と、
現用系原子発振器１０の発振出力の有無により障害を検知する検知回路３１６と、を備え、
前記マイコン３１７が、前記検知回路３１６の検知結果に基づき現用系原子発振器１０の正常時の出力値を記憶し、前記現用系原子発振器１０の障害発生時には、正常時に記憶した出力値で出力を行っても良い。

また、図１２に示すように、現用系原子発振器１０の発振出力の有無により障害を検知する検知回路３１６を更に備え、
前記予備系原子発振器２０の周波数制御回路２４ｂが、
前記原子共鳴器からの共鳴度信号をディジタル化するＡＤ変換器２４６と、
前記共鳴度信号と前記制御信号とに基づいて前記発振部の制御電圧を出力するマイコン２４７と、を備え、
前記マイコン２４７が、前記検知回路３１６の検知結果に基づき現用系原子発振器１０の正常時の制御信号を記憶し、前記現用系原子発振器１０の障害発生時には、正常時に記憶した制御信号に基づいて出力を行っても良い。

本発明は、障害時に現用系原子発振器から予備系原子発振器に切り替える際の不整合を簡易な構成で防止する技術を提供できる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。以下の実施の形態の構成は例示であり、本発明は実施の形態の構成に限定されない。
〈実施形態１〉
図１は、本発明に係る実施形態１の概略構成図である。図１に示すように、本実施形態の基準周波数発生装置は、原子の共鳴周波数に応じて発振周波数を制御する現用系原子発振器１０や、原子の共鳴周波数に応じた発振周波数を制御信号に基づいて制御する予備系原子発振器２０、前記現用系原子発振器１０の発振出力と該予備系原子発振器２０の発振出力との差に応じた前記制御信号を予備系原子発振器２０に入力する制御信号入力部７０、基準周波数として外部へ出力する信号を障害時に前記現用系原子発振器１０の出力から予備系原子発振器の出力へ切り替える切替器５１を備えている。

現用系原子発振器１０は、原子共鳴器（ＯＭＵ）１１、周波数合成器１２、電圧制御発振器（ＶＣＸＯ）１３、周波数制御回路１４を備えている。
ＶＣＸＯ１３は、周波数制御回路１４からの制御電圧に応じて発振出力の周波数を変更する。
周波数合成器１２は、このＶＣＸＯ１３からの発振出力の周波数を所定係数倍してルビジウム原子の共鳴周波数帯（６．８３４６９・・・ＧＨｚ）の信号に変換する。

ＯＭＵ１１は、周波数合成器出力のマイクロ波（６．８３４６９・・・ＧＨｚ）をルビ
ジウム原子に照射し、その周波数に応じて位相及びレベルが変化する共鳴度信号を出力する。

周波数制御回路１４は、ＯＭＵ１１から出力される共鳴度信号を同期検波して、ＶＣＸＯ１３の制御電圧を出力する。また、周波数制御回路１４は、障害検出部としての機能も有しており、共鳴度信号の周波数が所定の範囲から外れた場合や、信号断となった場合に、障害が発生したと判断して警告信号（ＡＬＭ）を切替器５１に出力する。

ＶＣＸＯ１３は、この制御電圧の印加によって所定の出力周波数にフィードバック制御される。即ち、その出力は常にＯＭＵ１１の原子共鳴周波数安定度に追従した高い周波数安定度で制御される。

なお、予備系原子発振器２０のＯＭＵ２１、周波数合成器２２、ＶＣＸＯ２３、周波数制御回路２４についても前記現用系原子発振器１０のＯＭＵ１１、周波数合成器１２、ＶＣＸＯ１３、周波数制御回路１４とそれぞれ同様の構成となっている。

また、制御信号入力部３０は、位相比較器３１とＬＰＦ（low-pass filter）３２から
なっている。制御信号入力部３０からの制御信号は、定電流回路２１０を介してＯＭＵ２１に入力される。

図５は、ＯＭＵ１１，２１の内部概略図である。

ＯＭＵ内部にはルビジウム原子（Ｒｂ８５＋８７）が封入された光吸収セル（Absorption Cell）２１１を収容したマイクロ波共振器（Cavity Oven）２１２がある。この共振器２１２は磁器シールド材で覆われ、周囲にはコイル２１３が巻かれている。そして光源部（Lamp Oven）２１４が、所定周波数の光束を一定の光量で光吸収セル２１１に照射し、
光検出部（Photo Detector）２１５が該光吸収セル２１１を介した光束を受光し、この光量に応じた共鳴度信号を出力する。これらの構成により、周波数合成器１２，２２から入力されたマイクロ波をルビジウム原子に照射した場合に、このマイクロ波が共振周波数と一致していれば、光吸収セル２１１での吸収が最大となり、光検出部２１５に到達する光量が最小となる。そして、周波数合成器１２，２２からのマイクロ波が共振周波数から乖離するに伴って光検出部の受光量が増加する。即ち、ＶＣＸＯ１３，２３の出力に基づく周波数合成器出力の変動が、共鳴度信号として出力される。

また、このコイル２１３には定電流回路２１０から電流（Ｃ−Ｆｉｅｌｄ電流）が加えられており、Ｃ−Ｆｉｅｌｄという直流磁場が光吸収セル内のルビジウム原子に印加されている。ルビジウム原子の共鳴周波数はこのＣ−Ｆｉｅｌｄ磁場、すなわち磁場を発生するＣ−ｆｉｌｅｄ電流により変化する。Ｃ−Ｆｉｅｌｄ電流が大きく（＝磁場が大きく）なるほど共鳴周波数は高い方向にシフトする。

図６は、このＣ−Ｆｉｅｌｄ電流をマイクロ波共振器２１２に加える定電流回路２１０の具体例を示す。
増幅器（ＯＰＡＭＰ）３３１の入力にはＣ−Ｆｉｅｌｄ電流出力を高精度抵抗Ｒ１で変換した電圧と、ＬＰＦ３２からの出力電圧が加えられている。ＯＰＡＭＰ３３１の出力電圧はＣ−Ｆｉｅｌｄ電流を供給するＴＲ１のベース端子に加える。これにより、ＯＰＡＭＰ１の両入力電圧の値が一致するよう、ＴＲ１の出力電流はフィードバック制御される。

また、上記ＶＣＸＯ１３の出力とＶＣＸＯ２３の出力は、制御信号入力部３０の位相比較器３１に入力される。
位相比較器３１では、ＶＣＸＯ１３の出力位相を基準とし、２入力間の差（周波数差・
位相差）に応じた電圧を発生する。すなわち、ＶＣＸＯ２３とＶＣＸＯ１３の出力位相（＝周波数）が一致しているときの値を基準値とすると、ＶＣＸＯ２３の位相がＶＣＸＯ１３よりも進んでいる際は基準値よりも低い電圧を、ＶＣＸＯ２３の位相がＶＣＸＯ１３よりも遅れている際は基準値よりも高い電圧を発生する。位相比較器３１の出力電圧はＬＰＦ３２を経由して、ＯＭＵ２１のマイクロ波共振器２１２にＣ−Ｆｉｌｅｄ電流を供給する定電流回路２１０に入力される。

この結果、ＶＣＸＯ２３の位相が進んでいる際はＣ−Ｆｉｅｌｄ電流が減少し、ＶＣＸＯ２３の位相が遅れている際はＣ−Ｆｉｌｅｄ電流が増加する。すなわちＯＭＵ２１の原子共鳴周波数は、ＯＭＵ１１の原子共鳴周波数に追従するよう制御される。これによってＶＣＸＯ２３の出力位相（＝周波数）はＶＣＸＯ１３の出力位相（＝周波数）に同期した状態となる。

そして、現用系原子発振器１０の障害が発生した場合、周波数制御回路１４がこれを検出して切替器５１にＡＬＭ１を出力し、切替器５１がこのＡＬＭ１に応じて外部への基準周波数出力をＶＣＸＯ１３の出力からＶＣＸＯ２３の出力に切り替える。

このように本実施形態によれば、通常時に現用系原子発振器１０のＶＣＸＯ出力と予備系原子発振器２０のＶＣＸＯ出力とを同期させておくため、切替器５１においてＶＣＸＯ１３の出力からＶＣＸＯ２３の出力に切り替えても周波数ジャンプや位相の不連続変化を発生させずにこれを行なうことが出来る。

また、本実施形態は、従来の装置と比べてクロックバッファを排することができ、簡易な構成で上記切替を達成できる。

〈実施形態２〉
図７に本発明に係る実施形態２の構成図を示す。本実施形態は、前述の実施形態１と比べ、制御信号入力部３０からの制御信号をＯＭＵ２１に入力するのに代えて、該制御信号を周波数合成器２２ａに入力し、ＶＣＸＯ出力を逓倍して原子共鳴周波数帯のマイクロ波を得る際のオフセット値を調整してＶＣＸＯ１３出力とＶＣＸＯ２３出力とを同期させる点が異なっており、その他の構成は同じである。このため、同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態の周波数合成器２２aは、ＶＣＸＯ２３の出力周波数を
逓倍する周波数逓倍器２２１や、設定データに基づいて出力波形を生成するＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）２２２、ＤＤＳ２２２からの出力のうち所定帯域の周波数を通過させるＢＰＦ（Band pass filter）２２３、該周波数逓倍器２２１出力とＢＰＦ２２３出力とを加算する周波数ミキサ２２４、ＤＤＳ２２２の設定データを制御するマイコン２２５、制御信号入力部３０からの制御信号をＡ／Ｄ変換してＤＤＳ２２２に入力するＡ／Ｄ変換器２２６を備えている。また、本実施形態の原子共鳴器２１は、定電流回路２１０により予め設定した一定のＣ−Ｆｉｅｌｄ電流がマイクロ波共振器２１２のコイル２１３に加えられている点が、前述の実施形態と異なっている。

このように周波数合成器２２ａでは、ＶＣＸＯ２３の出力を周波数逓倍器２２１によりＮ逓倍したマイクロ波（例：６．８４ＧＨｚ＝ＶＣＸＯ２３周波数２０ＭＨｚ×３４２）周波数と、ＤＤＳ２２２で生成した原子共鳴周波数とＮ逓倍マイクロ波周波数との差分（例：５．３１・・・ＭＨｚ＝６．８４ＧＨｚ−６．８３４６９・・・ＧＨｚ）周波数を周波数ミキサ２２４で合成し、ルビジウム原子の共鳴周波数帯のマイクロ波を出力する。尚、前述の実施形態では、ＤＤＳ２２２の出力周波数設定が、所定の値となるようにマイコン２２５により設定されていたのに対し、本実施形態では、ＤＤＳ２２２の出力周波数設
定が、制御信号入力部３０からの制御信号に応じてマイコン２２５等から入力されるシリアルデータ（設定データ）によって行なわれる。ここでシリアルデータの値をΔφとすると、原子共鳴周波数Ｆｒにて安定化された際のＶＣＸＯ２３の周波数Ｆｏは下式で表される。

Ｆｏ＝Ｆｒ／（Ｎ−Δφ／２＾Ｍ） ・・・（式１）
上記式１において、Ｎは逓倍回路の逓倍次数、ＭはＤＤＳの出力周波数設定分解能ｂｉｔ数である。これらの構成・機能は従来と同じものである。

本実施形態においては、制御信号入力部３０からの制御信号が、Ａ／Ｄ変換器２２６を介してマイコン２２５に入力され、マイコン２２５においてＤＤＳ２２２の出力周波数設定データの基準値に加算される。位相比較器３１での位相差検出の結果、ＶＣＸＯ２３の位相が進んでいる場合はＤＤＳ２２２の出力周波数設定データの値が小さく、逆にＶＣＸＯ２３の位相が遅れている場合はＤＤＳ２２２の出力周波数設定データの値が大きくなる方向で加算するようマイコンを設定する。

前記加算処理をされた周波数設定データΔφがＤＤＳ２２２に加えられる事により、ＶＣＸＯ２３の出力位相（＝周波数）はＶＣＸＯ１３の出力位相（＝周波数）に同期した状態となる。

これにより実施形態１と同様に、通常時のＶＣＸＯ１３出力とＶＣＸＯ２３出力とが同期し、障害発生時に切替器５１で出力を切り替えたとしても、周波数ジャンプや位相の不連続変化を発生が防止する事が出来る。

〈実施形態３〉
図８に本発明の実施形態３の構成図を示す。本実施形態は、前述の実施形態１と比べ、制御信号入力部３０からの制御信号をＯＭＵ２１に入力するのに代えて、該制御信号を周波数制御回路２４ａに入力し、制御信号のオフセット値を調整してＶＣＸＯ１３出力とＶＣＸＯ２３出力とを同期させる点が異なっており、その他の構成は同じである。このため、同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。

本実施形態の周波数制御回路２４ａは、ＯＭＵ２１からの共鳴度信号を増幅する増幅器（ＡＭＰ）２４１や、同期検波器２４２、積分器２４３、予備系原子発振器２０の障害を検出してＡＬＭ２を出力するＡＬＭ検出回路２４４を有している。

該周波数制御回路において、ＯＭＵ２１より入力された共鳴度信号はＡＭＰ２４１にて適当なレベルに増幅され、同期検波器２４２およびＡＬＭ検出回路２４４へ入力される。ＡＬＭ検出回路２４４ではＡＭＰ２４１からの共鳴度信号の値或は共鳴度信号の有無により、予備系原子発振器２０が原子共鳴周波数で安定化されているかの判別を行い、共鳴度信号の値が所定のレベルよりも低下した場合にＡＬＭ信号を発生する。

同期検波器２４２では、共鳴度信号の同期検波が行われ、ＯＭＵ２１へ入力されたマイクロ波周波数が、ＯＭＵ２１の原子共鳴周波数より低い際は基準電圧値より低い電圧値を、ＯＭＵ２１の原子共鳴周波数より高い際は基準電圧値より高い電圧値を出力する。この同期検波器出力は積分器１を通して、ＶＣＸＯ２３の制御電圧として印加される。これらの構成・機能は実施形態１の周波数制御回路２４と同じものである。

この実施形態１の周波数制御回路構成においては、積分器１の一方の入力が固定の基準電圧を入力としていた。これに対し、本実施形態では、ＶＣＸＯ１３とＶＣＸＯ２３の出力差に応じて変化する電圧が印加される。積分器１の制御電圧出力は、位相比較器３１で
の位相差検出の結果、ＶＣＸＯ２３の位相が進んでいる場合は本来の制御電圧値よりもマイナス方向に、逆にＶＣＸＯ２３の位相が遅れている場合は本来の制御電圧値よりもプラス方向にオフセットする。

前記制御電圧がＶＣＸＯ２３に印加されることにより、その出力位相（＝周波数）はＶＣＸＯ１３の出力位相（＝周波数）に同期した状態となる。

これにより前述の実施形態１，２と同様に、通常時のＶＣＸＯ１３出力とＶＣＸＯ２３出力とが同期し、障害発生時に切替器５１で出力を切り替えたとしても、周波数ジャンプや位相の不連続変化を発生が防止する事が出来る。

〈実施形態４〉
図９は、本発明の実施形態４の要部説明図である。本実施形態は、前述の実施形態１〜３の構成において、現用系のＶＣＸＯ１３が故障により出力断になった際の動作を位相比較器３１ａにおいて保証する例である。なお、その他の構成は、前述の実施形態と同じであるため、同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。

ＶＣＸＯ１３の出力は、位相比較回路３１１に入力されると共に、入力検出回路３１６に入力される。

位相比較回路３１１の出力は出力部に設けられたアナログＳＷ３１５のｃｈ１に入力されるとともにＡ／Ｄ変換回路３１２に入力される。このＡ／Ｄ変換回路３１２でディジタル化された位相比較出力値は、メモリ３１３に書き込まれ、随時その値は更新されてＤ／Ａ変換回路３１４を介してアナログＳＷ３１５のｃｈ２に入力される。

また、入力検出回路３１６は、ＶＣＸＯ１３からの入力信号の有無を検出し、この検出結果に応じてアナログＳＷ３１５にｃｈの選択信号を入力する（ＳＥＬ入力）。例えば、入力検出回路３１６は、ＶＣＸＯ１３からの入力信号を正常に検出している際には、ｃｈ１を選択する信号をアナログＳＷ３１５に入力する。すなわち位相比較回路３１１の出力を選択する。この場合、上述の実施形態で示したようにＶＣＸＯ１３の出力にＶＣＸＯ２３の出力が位相同期した状態で動作する。

そして、入力検出回路３１６がＶＣＸＯ１３の入力断を検出した際は、メモリ３１３におけるＡ／Ｄ変換回路３１２の出力値の更新を停止すると共に、アナログＳＷの出力選択としてｃｈ２を選択する選択信号を入力する。即ち、Ｄ／Ａ変換回路３１４の出力を選択する。

Ｄ／Ａ変換回路３１４からは、メモリに保持されたＶＣＸＯ１３の出力断検出前の位相比較回路の出力値が、アナログ値として出力される。これにより、位相比較器の出力電圧が、ＶＣＸＯ１３の正常動作時の値で保持されるので、ＶＣＸＯ２３の安定化周波数も同様に保持される。

以上の構成の位相比較器３１としたことにより、現用系のＶＣＸＯ１３に故障が発生して制御信号入力部からの入力が得られなくなった場合でも、直前の値を用いて制御信号を出力し続けることができるので、前述の実施形態１〜３の効果に加え、ＶＣＸＯ１３の出力断の場合にも周波数ジャンプや位相の不連続変化の発生を防止する事が出来る。

〈実施形態５〉
図１０は、本発明の実施形態５の要部説明図である。本実施形態は、前述の実施形態１〜３における位相比較器後段のＬＰＦとしてマイコン等によるディジタルフィルタを適用
した際の制御信号入力部３０ａの構成例である。本構成により、実施形態４と同様に現用系ＶＣＸＯ１３が故障になった際の動作保証を行なう。

位相比較回路３１１の出力は、Ａ／Ｄ変換回路３１２でディジタル値に変換された後、マイコン３１７にてディジタルＬＰＦ処理演算が行なわれる。この演算結果をＤ／Ａ変換回路３１４でアナログ電圧値に変換し、これをＯＭＵ２１、周波数合成器２２ａ、又は周波数制御回路２４ａに加えることで実施例１〜３に記述した例と同等の効果が得られる。

入力検出回路３１６は、ＶＣＸＯ１３出力の有無を検出し、この検出結果をマイコン３１７に入力する。例えば、入力検出回路３１６が、ＶＣＸＯ１３出力を正常に検出している場合、マイコン３１７が、上述のとおり、ディジタルＬＰＦ処理を行い、Ｄ／Ａ変換回路３１４を介して制御情報を出力する。なお、マイコン３１７は、この正常時の値を障害時に読出し可能となるように保持しておく。一方、入力検出回路３１６が、ＶＣＸＯ１３の入力断を検出した場合、断検出信号をマイコン３１７に入力する。そしてマイコン３１７は、入力検出回路３１６からの断検出信号により、ディジタルＬＰＦ処理の演算処理を停止し、断検出信号前の値に基づき、Ｄ／Ａ変換回路３１４を介して制御情報を出力する。

これにより、Ｄ／Ａ変換回路３１４（制御信号入力部３０ａ）の出力電圧は、ＶＣＸＯ１３が正常動作時の値で保持されるので、前述の実施形態４と同様にＶＣＸＯ２３出力をＶＣＸＯ１３と同期できる。

以上の構成により、現用系原子発振器１０に故障が発生してＶＣＸＯ１３の出力断となった場合にも、周波数ジャンプや位相の不連続変化の発生を防止する事が出来る。

〈実施形態６〉
図１１は、本発明の実施形態６の要部説明図である。本実施形態は、実施形態２と同様の構成において周波数合成器の周波数設定データを入力検出回路の出力で制御する例である。

入力検出回路３１６は、ＶＣＸＯ１３からの入力の有無を検出し、この検出結果をマイコン２２５に入力している。このＶＣＸＯ１３の入力が有る旨の入力がなされた場合、マイコン２２５は、実施形態２で示したとおりＤＤＳ２２２の設定データを制御する。また、マイコン２２５は、この正常時のデータの最新の値を障害時に読出し可能に保持しておく。そして入力検出回路３１６からＶＣＸＯ１３の入力断の入力がなされた場合、マイコン２２５は、ＤＤＳ２２２の出力周波数設定データを断検出前の値で設定する。

従って、ＶＣＸＯ１３の入力断により、制御信号入力部３０からの入力が得られなくなった場合であっても、実施形態４，５のように制御信号入力部３０にメモリ３１３やマイコン３１７を用いずに、周波数合成器２２ａのマイコン２２５を有効に利用した比較的簡易な構成で実施形態４，５と同等の効果が得られる。

〈実施形態７〉
図１２は、本発明の実施形態７の要部説明図である。本実施形態は、ディジタル処理によりＶＣＸＯ２３の制御電圧を制御する例であり、前述の実施形態３と比較して、周波数制御回路の構成と、該周波数制御回路のオフセット値を入力検出回路３１６の出力で制御する構成が異なり、その他の構成は同じである。このため、同一の要素に同符号を付すなどして再度の説明を省略している。

本実施形態の周波数制御回路２４ｂでは、ＯＭＵ２１からの共鳴度信号入力をＡＭＰ２
４５で増幅後、ＡＤ変換器２４６にてディジタル化し、マイコン２４７で同期検波及び積分処理を行う。マイコン２４７は、この共鳴度信号に基づく同期検波の処理により、ＯＭＵ２１へ入力されたマイクロ波周波数が、ＯＭＵ２１の原子共鳴周波数より低い際は基準電圧値より低い電圧値を、ＯＭＵ２１の原子共鳴周波数より高い際は基準電圧値より高い電圧値を求める。そして電圧値を積分処理し、ＶＣＸＯ２３の制御電圧として出力する。また、この積分処理の際、マイコン２４７は、制御信号入力部３０（ＬＰＦ３２）からの入力値に基づいてこの制御電圧をオフセットする。即ち、位相比較器３１での位相差検出の結果、ＶＣＸＯ２３の位相が進んでいる場合は本来の制御電圧値よりもマイナス方向に、逆にＶＣＸＯ２３の位相が遅れている場合は本来の制御電圧値よりもプラス方向にオフセットする。これにより実施形態３と同様にＶＣＸＯ２３出力をＶＣＸＯ１３出力と同期できる。また、マイコン２４７は、この正常に同期しているときの制御信号（周波数差）を保持し、所定周期毎に更新しておく。

一方、入力検出回路３１６は、ＶＣＸＯ１３からの入力の有無を検出し、この検出結果をマイコン２４７に入力している。これによりＶＣＸＯ１３の入力が無い（入力断）を検出した旨の入力がなされた場合、マイコン２４７は、制御信号入力部３０からの入力に基づいてオフセットするのを止め、正常時に保持しておいた最新の制御信号を読み出し、この制御信号に基づいて固定的にオフセットする。

従って、ＶＣＸＯ１３の入力断により、制御信号入力部からの入力が得られなくなった場合であっても、実施形態４，５のように制御信号入力部３０にメモリ３１３やマイコン３１７を用いずに、周波数制御回路２４ｂのマイコン２４７を有効に利用した比較的簡易な構成で実施形態４，５と同等の効果が得られる。

以上の実施形態によれば、クロックバッファを構成するための高価なＶＣＸＯを追加する必要がなく、また製造時におけるＯＭＵの原子共鳴周波数バラツキや、経時変化に対する耐性を緩和できるので、製造コストを抑制しつつ、近年のディジタル地上波放送システムにも対応可能な（出力周波数ジャンプ，位相の不連続性の無い）放送機システム用基準周波数発生装置を実現出来る。

〈その他の実施形態〉
本発明は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば、以下に付記した構成であっても上述の実施形態と同様の効果が得られる。また、これらの構成要素は可能な限り組み合わせることができる。

（付記１）
原子の共鳴周波数に応じた周波数の発振出力を行う現用系原子発振器と、
原子の共鳴周波数に応じた周波数を制御信号に基づいて制御して発振出力を行う予備系原子発振器と、
前記現用系原子発振器の発振出力と該予備系原子発振器の発振出力との差を検出し、この差に応じた前記制御信号を予備系原子発振器に入力することで、前記予備系原子発振器の発振周波数を前記現用系原子発振器の発振周波数と同期させる制御信号入力部と、
前記現用系原子発振器の正常時には該現用系原子発振器の出力を基準周波数信号として外部へ出力し、前記現用系原子発振器の障害時には前記予備系原子発振器の出力を基準周波数信号として外部へ出力する切替器と、
を備えた基準周波数発生装置。

（付記２）
前記予備系原子発振器が、
磁場発生用電流の制御により原子共鳴周波数の変化を可能とする原子共鳴器と、
該原子共鳴周波数に応じた周波数で前記予備系原子発振器の発振出力を行う発振部とを備え、
前記制御信号入力部が、前記制御信号を原子共鳴器に入力して前記磁場発生用電流を変化させることにより、前記発振出力の周波数を変えて前記現用系原子発振器の発振出力と同期させる付記１に記載の基準周波数発生装置。

（付記３）
前記予備系原子発振器が、
前記発振出力を生成する発振部と、
該発振出力の周波数を所定係数倍して前記原子の共鳴周波数帯の共鳴用信号に変換する周波数合成器と、
前記共鳴用信号を前記原子に加えて共鳴させ、この共鳴度合いに応じて共鳴度信号を出力する原子共鳴器とを備え、
前記制御情報入力部が前記制御信号を前記周波数合成器に入力し、前記周波数合成器がこの制御信号に基づいて共鳴用信号の値を調整することにより、原子共鳴部がこの調整された共鳴用信号に応じた共鳴度信号を出力し、前記発信部がこの共鳴度信号に基づいて発振出力の周波数を変化させて前記現用系原子発振器の発振出力と同期させる付記１に記載の基準周波数発生装置。

（付記４）
前記予備系原子発振器が、
前記発振出力を生成する発振部と、
前記前記発振出力に基づく共鳴用信号を前記原子に加えて共鳴させ、この共鳴度合いに応じて共鳴度信号を出力する原子共鳴器と、
前記共鳴度信号に基づいて前記発振部への制御電圧を出力する周波数制御回路とを備え、
前記制御信号入力部が前記制御信号を前記周波数制御回路に入力し、前記周波数制御回路がこの制御信号に基づいて前記制御電圧の値を調整することにより、前記発信部がこの制御電圧に応じて発振出力の周波数を変化させて前記現用系原子発振器の発振出力と同期させる付記１に記載の基準周波数発生装置。

（付記５）
前記制御信号入力部が、
前記現用系原子発振器の障害を検知する検知回路と、
該現用系原子発振器の正常時の発振出力に基づく制御信号を記憶するメモリと、
前記検知回路の検知結果に基づき、前記現用系原子発振器の正常時には該現用系原子発振器の発振出力と予備系原子発振器の発振出力との差に応じた前記制御信号を予備系原子発振器に入力させ、前記現用系原子発振器の障害発生時には前記メモリに記憶した制御信号を予備系原子発振器に入力させるスイッチと、
を備えた付記１から４の何れかに記載の基準周波数発生装置。

（付記６）
前記制御信号入力部が、
前記現用系原子発振器の発振出力と該予備系原子発振器の発振出力との差を検出する比較器と、
この比較器からの比較値をディジタル値に変換するＡＤ変換回路と、
このディジタル値に変換された比較値をディジタルＬＰＦ処理するマイコンと、
このＬＰＦ処理値をアナログ値に変換し、制御信号として出力するＤＡ変換回路と、
現用系原子発振器の発振出力の有無により障害を検知する検知回路と、を備え、
前記マイコンが、前記検知回路の検知結果に基づき現用系原子発振器の正常時の出力値を記憶し、前記現用系原子発振器の障害発生時には、正常時に記憶した出力値で出力を行う付記１から４の何れかに記載の基準周波数発生装置。

（付記７）
現用系原子発振器の発振出力の有無により障害を検知する検知回路を更に備え、
前記予備系原子発振器の周波数制御回路が、
前記原子共鳴器からの共鳴度信号をディジタル化するＡＤ変換器と、
前記共鳴度信号と前記制御信号とに基づいて前記発振部の制御電圧を出力するマイコンと、を備え、
前記マイコンが、前記検知回路の検知結果に基づき現用系原子発振器の正常時の制御信号を記憶し、前記現用系原子発振器の障害発生時には、正常時に記憶した制御信号に基づいて出力を行う付記４に記載の基準周波数発生装置。

課題を解決する構成１の説明図 課題を解決する構成２の説明図 課題を解決する構成３の説明図 本発明に係る実施形態１の構成図 原子共鳴器の詳細構成図 定電流回路の具体例を示す図 実施形態２の構成図 実施形態３の構成図 実施形態４の構成図 実施形態５の構成図 実施形態６の構成図 実施形態７の構成図 従来の放送機システム用基準周波数発生装置を示す図 従来の放送機システム用基準周波数発生装置を示す図

符号の説明

１０ 現用系原子発振器
２０ 予備系原子発振器
２１ 原子共鳴部
２２ 周波数合成器
２３ 発振部
２４ 周波数制御回路
３０ 制御情報入力部

Claims (3)

1. 原子の共鳴周波数に応じた周波数の発振出力を行う現用系原子発振器と、
   原子の共鳴周波数に応じた周波数を制御信号に基づいて制御して発振出力を行う予備系原子発振器と、
   前記現用系原子発振器の発振出力と該予備系原子発振器の発振出力との差を検出し、この差に応じた前記制御信号を予備系原子発振器に入力することで、前記予備系原子発振器の発振周波数を前記現用系原子発振器の発振周波数と同期させる制御信号入力部と、
   前記現用系原子発振器の正常時には該現用系原子発振器の出力を基準周波数信号として外部へ出力し、前記現用系原子発振器の障害時には前記予備系原子発振器の出力を基準周波数信号として外部へ出力する切替器と、
   を備えた基準周波数発生装置。
2. 前記予備系原子発振器が、
   磁場発生用電流の制御により原子共鳴周波数の変化を可能とする原子共鳴器と、
   該原子共鳴周波数に応じた周波数で前記予備系原子発振器の発振出力を行う発振部とを備え、
   前記制御信号入力部が、前記制御信号を原子共鳴器に入力して前記磁場発生用電流を変化させることにより、前記発振出力の周波数を変えて前記現用系原子発振器の発振出力と同期させる請求項１に記載の基準周波数発生装置。
3. 前記予備系原子発振器が、
   前記発振出力を生成する発振部と、
   該発振出力の周波数を所定係数倍して前記原子の共鳴周波数帯の共鳴用信号に変換する周波数合成器と、
   前記共鳴用信号を前記原子に加えて共鳴させ、この共鳴度合いに応じて共鳴度信号を出力する原子共鳴器とを備え、
   前記制御情報入力部が前記制御信号を前記周波数合成器に入力し、前記周波数合成器がこの制御信号に基づいて共鳴用信号の値を調整することにより、原子共鳴部がこの調整された共鳴用信号に応じた共鳴度信号を出力し、前記発信部がこの共鳴度信号に基づいて発振出力の周波数を変化させて前記現用系原子発振器の発振出力と同期させる請求項１に記載の基準周波数発生装置。

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