JP2009188659A - 電圧制御装置およびクロック出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ）から出力される信号の周波数をより高精度に制御することができる電圧制御装置２０を提供する。
【解決手段】本発明の電圧制御装置２０は、電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ）の温度毎の制御電圧値を、異なる条件下で予め２種類測定しておき、実際に温度補正を行う際には、現在のＶＣＸＯの温度に対応する制御電圧値を、それぞれの測定条件毎に１つずつ抽出し、抽出した制御電圧値を平均したものを現在の温度における制御電圧としてＶＣＸＯに供給する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、ＶＣＸＯ（Voltage Controlled Xtal Oscillator）に供給される制御電圧を温度に応じて制御する技術に関する。

特許文献１には、外部から供給される基準クロックに基づいて所望の周波数のクロックを生成するＰＬＬ（Phase Locked Loop）において、基準クロックの供給が停止した場合に、直前にＶＣＯ（(voltage controlled oscillator）に供給されていた制御電圧を維持することにより、クロックの生成を継続する技術が開示されている。また、当該特許文献１では、ＶＣＯの温度特性を補償するデータを予め登録しておき、現在の温度に応じてＶＣＯに供給される電圧が制御される旨が開示されている。

また、水晶振動子には、温度に対する周波数の変動を示す特性がヒステリシス特性を示すことが知られている。

特開平７−２４０６８４号公報

所望のクロックとの周波数誤差の許容範囲が数ｐｐｍ（part per million）程度の場合には、上記特許文献１の技術は有効である。この場合、ＶＣＯには、ＶＣＸＯが用いられる場合が多い。しかし、この許容範囲を数ｐｐｂ（part per billion）程度とする必要があるような装置（例えば携帯電話システムにおける基地局等）に適用する場合には、水晶振動子のヒステリス特性の影響が大きくなり、上記特許文献１の技術では所望の特性を満足することができない。

ＶＣＸＯとして、高精度の周波数安定性を実現することができるダブルオーブン型のＯＣＸＯ（Oven Controlled Xtal Oscillator）やルビジウム発振器を用いることも考えられるが、これらの装置は高価な場合があり、装置全体のコストが高くなってしまう場合がある。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ＶＣＸＯから出力される信号の周波数をより高精度に制御することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ）の温度毎の制御電圧値を、異なる条件下で予め２種類測定しておき、実際に温度補正を行う際には、現在のＶＣＸＯの温度に対応する制御電圧値を、それぞれの測定条件毎に１つずつ抽出し、抽出した制御電圧値を平均したものを現在の温度における制御電圧としてＶＣＸＯに供給する。

例えば、本発明は、ＶＣＸＯ（Voltage Controlled Xtal Oscillator）に制御電圧を供給する電圧制御装置であって、ＶＣＸＯの温度毎に、当該ＶＣＸＯの出力周波数が予め定められた周波数となる制御電圧の値であって、予め定められた条件下で測定された制御電圧の値を示す第１の制御電圧値を格納する第１の制御電圧値格納手段と、ＶＣＸＯの温度毎に、当該ＶＣＸＯの出力周波数が予め定められた周波数となる制御電圧の値であって、第１の制御電圧値が測定されたときの条件とは異なる条件下で測定された制御電圧の値を示す第２の制御電圧値を格納する第２の制御電圧値格納手段と、ＶＣＸＯの現在の温度に対応する第１の制御電圧値を第１の制御電圧値格納手段から抽出すると共に、ＶＣＸＯの現在の温度に対応する第２の制御電圧値を第２の制御電圧値格納手段から抽出し、抽出した第１の制御電圧値と第２の制御電圧値とを平均して、ＶＣＯＸの現在の温度における制御電圧を算出する制御電圧算出手段と、制御電圧算出手段によって算出された制御電圧をＶＣＸＯに供給する制御電圧供給手段とを備えることを特徴とする電圧制御装置を提供する。

本発明の電圧制御装置によれば、ＶＣＸＯから出力される信号の周波数をより高精度に制御することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るクロック出力装置１０の機能構成を示すブロック図である。クロック出力装置１０は、位相比較器（ＰＤ）１１、ループフィルタ（ＬＰ）１２、切替部１３、電流センサ１４、ＯＣＸＯ１５、分周器１６、および電圧制御装置２０を備える。

クロック出力装置１０は、例えば携帯電話システムの基地局装置等のように、比較的高い周波数精度の動作クロックを必要とする装置内に組み込まれ、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から提供されるＰＰＳ（Pulse Per Second）等の基準クロックに基づいて、予め定められた周波数の出力クロックを基地局装置内の各ブロックへ出力する。

ＯＣＸＯ１５は、供給される電圧により出力信号の周波数の微調整が可能なシングルオーブン型のＯＣＸＯであり、切替部１３から周波数制御用端子に供給された制御電圧に従った周波数のクロックを出力する。分周器１６は、予め定められた比率で分周して位相比較器１１に供給する。位相比較器１１は、外部から供給された基準クロックと分周器１６から供給された信号との位相差に基づく制御信号をループフィルタ１２へ出力する。ループフィルタ１２は、位相比較器１１から出力された制御信号をフィルタリングして切替部１３へ出力する。

切替部１３は、外部からクロック出力装置１０に基準クロックが供給されている場合に、ループフィルタ１２の出力をＯＣＸＯ１５の周波数制御用端子に供給する。外部からクロック出力装置１０に基準クロックが供給されている場合、位相比較器１１、ループフィルタ１２、ＯＣＸＯ１５、および分周器１６は、当該基準クロックに基づいて予め定められた周波数の信号を出力するＰＬＬを構成する。また、切替部１３は、基準クロックがクロック出力装置１０に供給されていない場合に、電圧制御装置２０から出力される制御電圧をＯＣＸＯ１５の周波数制御用端子に供給する。

電流センサ１４は、ＯＣＸＯ１５に供給される電源電流を測定し、測定結果を電流値として電圧制御装置２０に提供する。電圧制御装置２０は、電流センサ１４から提供されたＯＣＸＯ１５の電源電流の値に基づいて、クロック出力装置１０の温度を推定し、推定した温度に応じたＯＣＸＯ１５の制御電圧を算出し、算出した制御電圧を切替部１３に供給する。これにより、電圧制御装置２０は、基準クロックがクロック出力装置１０に供給されていない場合に、ＯＣＸＯ１５の出力クロックの周波数誤差を適切な範囲内に抑えることができる。

ここで、電圧制御装置２０がクロック出力装置１０の温度を推定するために必要なデータ、および、電圧制御装置２０がクロック出力装置１０の温度に応じたＯＣＸＯ１５の制御電圧を算出するために必要なデータの収集方法について説明する。

図２は、電圧制御装置２０に設定されるデータを収集するための測定システムの構成の一例を示す図である。クロック出力装置１０は恒温槽３１に入れられ、基準クロック発生器３０からの出力がクロック出力装置１０の位相比較器１１に入力される。

データ収集装置３４は、ＯＣＸＯ１５の出力クロック、および、温度センサ３２から出力される恒温槽３１内の温度を示す情報に基づいて、恒温槽３１内の温度を制御する制御部３３を制御し、電流センサ１４からの電流値および切替部１３の出力信号の電圧値を収集する。

ここで、ＯＣＸＯ１５は、内部にヒータを備え、内部の水晶振動子の温度を一定値（例えば８０℃）に保つ。ＯＣＸＯ１５は、ＯＣＸＯ１５の外部の温度が高い場合に、ヒータの電流を下げてヒータの熱を下げ、ＯＣＸＯ１５の外部の温度が低い場合に、ヒータの電流を上げてヒータの熱を上げることにより、内部の温度を一定に保つ。

つまり、これは、ＯＣＸＯ１５の電源電流がＯＣＸＯ１５の外部の温度に反比例し、ＯＣＸＯ１５の電源電流をモニタすれば、ＯＣＸＯ１５の外部の温度を推定できることを意味する。本実施形態で用いられる電流センサ１４によって測定されたＯＣＸＯ１５の電源電流の値と、ＯＣＸＯ１５の外部の温度との関係の概略を図示すると、例えば図３のようになる。なお、本実施形態において、電流センサ１４は、１０ビットのディジタルデータとして電流値を出力し、図３において、電流値Ｉ_１は例えば１８０（１０進数）であり、電流値Ｉ_２は例えば８００（１０進数）である。

また、データの収集に先立って、電圧制御装置２０に持たせる温度補正データの温度範囲を設定する。本実施形態では、０℃〜＋６５℃を電圧制御装置２０に持たせる温度補正データの温度範囲とする。ここで、Ｔ_２＝０℃、Ｔ_３＝＋６５℃とする。

また、データの収集過程では、上記のＴ_２よりも低い温度からデータ収集の処理を開始し、Ｔ_３よりも高い温度までクロック出力装置１０を加熱する。本実施形態では、データの収集を開始する温度をＴ_１＝−５℃とし、加熱する最高温度をＴ_４＝＋７０℃とする。本実施形態において、データ収集装置３４は、恒温槽３１を用いて、クロック出力装置１０を、例えば図４に示すような温度プロファイルで加熱または冷却しながら、必要なデータを収集する。

また、上記の温度範囲を何個のセグメントに分けるかを予め決める。セグメントの数を多くすることにより、ＯＣＸＯ１５の特性をより精度よく再現することができるが、データ量が多くなる。どれくらいのセグメント数に分けるかは、メモリ容量や、クロック出力装置１０の出力クロックに求められる周波数誤差範囲、ＯＣＸＯ１５の特性等により、設計者により決定される。本実施形態では、０℃〜＋６５℃の温度範囲に３２個のセグメントに均等に分割する。１つのセグメントにおいて、隣り合う他のセグメントとの境界間の温度差ΔＴは、ΔＴ＝６５℃÷３１≒２．１℃となる。

図５および図６は、データ収集装置３４の動作の一例を示すフローチャートである。図２に示すような測定システムが構築され、ユーザからデータ収集が指示された場合、データ収集装置３４は、恒温槽３１内の温度をＴ_１（本例では−５℃）にするよう恒温槽３１の制御部３３に指示することにより、本フローチャートに示す動作を開始する。

まず、データ収集装置３４は、温度センサ３２からの恒温槽３１内の温度を示す情報を参照し、恒温槽３１内の温度ＴがＴ_１となったか否かを判定する（Ｓ１００）。恒温槽３１内の温度ＴがＴ_１となっていない場合（Ｓ１００：Ｎｏ）、データ収集装置３４は、恒温槽３１内の温度ＴがＴ_１となるまでステップＳ１００に示した処理を繰り返す。恒温槽３１内の温度ＴがＴ_１となった場合（Ｓ１００：Ｙｅｓ）、すなわち図４の時刻ｔ_１において、データ収集装置３４は、恒温槽３１内の温度を上げるよう制御部３３に指示する（Ｓ１０１）。

次に、データ収集装置３４は、温度センサ３２からの恒温槽３１内の温度を示す情報を参照し、恒温槽３１内の温度ＴがＴ_２（本例では０℃）となったか否かを判定する（Ｓ１０２）。恒温槽３１内の温度ＴがＴ_２となっていない場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）、データ収集装置３４は、再びステップＳ１０１に示した処理を実行する。恒温槽３１内の温度ＴがＴ_２となった場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、すなわち図４の時刻ｔ_２において、データ収集装置３４は、データの順番を示す変数ｎを１に初期化する（Ｓ１０３）。

次に、データ収集装置３４は、ＯＣＸＯ１５から出力されたクロックの周波数誤差が所定範囲内（例えば５ＭＨｚ±０．０５Ｈｚ）となっているか否かを判定する（Ｓ１０４）。ＯＣＸＯ１５から出力されたクロックの周波数誤差が所定範囲内となっていない場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）、データ収集装置３４は、当該誤差が所定範囲内となるまでステップＳ１０４を繰り返す。

ＯＣＸＯ１５から出力されたクロックの周波数誤差が所定範囲内となっている場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、データ収集装置３４は、電流センサ１４からＯＣＸＯ１５の電源電流の電流値を読み出し、ｎ番目の電流値として、現在の恒温槽３１内の温度を示す情報と共にデータ収集装置３４内の電流情報テーブルに登録する。電流情報テーブル４０の一例を図７に示す。電流情報テーブル４０には、それぞれのデータの順番を示す番号４００に対応付けて、温度を示す温度情報４０１および電流値４０２が登録される。

次に、データ収集装置３４は、切替部１３からＯＣＸＯ１５の周波数制御用端子に供給されている制御電圧を、ｎ番目の第１の制御電圧値として、現在の恒温槽３１内の温度を示す情報と共にデータ収集装置３４内の第１の制御電圧テーブルに登録する。第１の制御電圧テーブル４１の一例を図８に示す。第１の制御電圧テーブル４１には、それぞれのデータの順番を示す番号４１０に対応付けて、温度を示す温度情報４１１および第１の制御電圧値４１２が登録される。

次に、データ収集装置３４は、温度センサ３２からの恒温槽３１内の温度を示す情報を参照し、恒温槽３１内の温度ＴがＴ_３（本例では＋６５℃）となったか否かを判定する（Ｓ１０７）。恒温槽３１内の温度ＴがＴ_３となっていない場合（Ｓ１０７：Ｎｏ）、データ収集装置３４は、変数ｎを１増加させ（Ｓ１０８）、恒温槽３１内の温度を上げるよう制御部３３に指示する（Ｓ１０９）。

次に、データ収集装置３４は、温度センサ３２からの恒温槽３１内の温度を示す情報を参照し、恒温槽３１内の温度ＴがＴ_２＋ｎ×ΔＴとなったか否かを判定する（Ｓ１１０）。本実施形態において、ΔＴはおよそ２．１℃である。恒温槽３１内の温度ＴがＴ_２＋ｎ×ΔＴとなっていない場合（Ｓ１１０：Ｎｏ）、データ収集装置３４は、再びステップＳ１０９に示した処理を実行する。恒温槽３１内の温度ＴがＴ_２＋ｎ×ΔＴとなった場合（Ｓ１１０：Ｙｅｓ）、データ収集装置３４は、再びステップＳ１０４に示した処理を実行する。

ステップＳ１０７において、恒温槽３１内の温度ＴがＴ_３となった場合（Ｓ１０７：Ｙｅｓ）、すなわち図４の時刻ｔ_３において、データ収集装置３４は、恒温槽３１内の温度を上げるよう制御部３３に指示する（図６のＳ１１１）。そして、データ収集装置３４は、温度センサ３２からの恒温槽３１内の温度を示す情報を参照し、恒温槽３１内の温度ＴがＴ_４（本例では＋７０℃）となったか否かを判定する（Ｓ１１２）。恒温槽３１内の温度ＴがＴ_４となっていない場合（Ｓ１１２：Ｎｏ）、データ収集装置３４は、再びステップＳ１１１に示した処理を実行する。

恒温槽３１内の温度ＴがＴ_４となった場合（Ｓ１１２：Ｙｅｓ）、すなわち図４の時刻ｔ_４において、データ収集装置３４は、恒温槽３１内の温度を下げるよう制御部３３に指示する（Ｓ１１３）。そして、データ収集装置３４は、温度センサ３２からの恒温槽３１内の温度を示す情報を参照し、恒温槽３１内の温度ＴがＴ_３となったか否かを判定する（Ｓ１１４）。恒温槽３１内の温度ＴがＴ_３となっていない場合（Ｓ１１４：Ｎｏ）、データ収集装置３４は、再びステップＳ１１３に示した処理を実行する。

恒温槽３１内の温度ＴがＴ_３となった場合（Ｓ１１４：Ｙｅｓ）、すなわち図４の時刻ｔ_５において、データ収集装置３４は、変数ｎを再び１に初期化する（Ｓ１１５）。そして、データ収集装置３４は、ＯＣＸＯ１５から出力されたクロックの周波数誤差が所定範囲内となっているか否かを判定する（Ｓ１１６）。ＯＣＸＯ１５から出力されたクロックの周波数誤差が所定範囲内となっていない場合（Ｓ１１６：Ｎｏ）、データ収集装置３４は、当該誤差が所定範囲内となるまでステップＳ１１６を繰り返す。

ＯＣＸＯ１５から出力されたクロックの周波数誤差が所定範囲内となっている場合（Ｓ１１６：Ｙｅｓ）、データ収集装置３４は、切替部１３からＯＣＸＯ１５の周波数制御用端子に供給されている制御電圧を、（３３−ｎ）番目の第２の制御電圧値として、現在の恒温槽３１内の温度を示す情報と共にデータ収集装置３４内の第２の制御電圧テーブルに登録する。第２の制御電圧テーブル４２の一例を図９に示す。第２の制御電圧テーブル４２には、それぞれのデータの順番を示す番号４２０に対応付けて、温度を示す温度情報４２１および第２の制御電圧値４２２が登録される。

次に、データ収集装置３４は、温度センサ３２からの恒温槽３１内の温度を示す情報を参照し、恒温槽３１内の温度ＴがＴ_２となったか否かを判定する（Ｓ１１８）。恒温槽３１内の温度ＴがＴ_２となった場合（Ｓ１１８：Ｙｅｓ）、すなわち図４の時刻ｔ_５において、データ収集装置３４は、本フローチャートに示す動作を終了する。恒温槽３１内の温度ＴがＴ_２となっていない場合（Ｓ１１８：Ｎｏ）、データ収集装置３４は、変数ｎを１増加させ（Ｓ１１９）、恒温槽３１内の温度を下げるよう制御部３３に指示する（Ｓ１２０）。

次に、データ収集装置３４は、温度センサ３２からの恒温槽３１内の温度を示す情報を参照し、恒温槽３１内の温度ＴがＴ_３−ｎ×ΔＴとなったか否かを判定する（Ｓ１２１）。恒温槽３１内の温度ＴがＴ_３−ｎ×ΔＴとなっていない場合（Ｓ１２１：Ｎｏ）、データ収集装置３４は、再びステップＳ１２０に示した処理を実行する。恒温槽３１内の温度ＴがＴ_３−ｎ×ΔＴとなった場合（Ｓ１２１：Ｙｅｓ）、データ収集装置３４は、再びステップＳ１１６に示した処理を実行する。

以上のようにしてデータ収集装置３４により収集された第１の制御電圧値と第２の制御電圧値とを、温度に対応付けて図示すると、例えば図１０のようになる。第１の制御電圧値は、クロック出力装置１０の温度を低い温度から高い温度へ上昇させながら収集されたデータであり、第２の制御電圧値は、クロック出力装置１０の温度を高い温度から低い温度へ下降させながら収集されたデータである。

図１０に示すように、クロック出力装置１０の温度を上げた場合と下げた場合とで、所望の周波数を出力するためにＯＣＸＯ１５に供給されるべき制御電圧の値が異なる。これは、ＯＣＸＯ１５内の水晶振動子の温度に対する周波数特性が、ヒステリシス特性を有するためである。

例えば、ＯＣＸＯ１５に供給する温度毎の制御電圧値として第１の制御電圧値のみを採用するとすれば、ＯＣＸＯ１５の出力クロックの周波数を所望の周波数にするためには第２の制御電圧値でなければならない場合、ＯＣＸＯ１５には、水晶振動子のヒステリシスに起因する誤差分だけ誤った制御電圧が供給されることになる。そのため、ＯＣＸＯ１５の出力クロックの周波数は、所望の周波数から大きくずれることになる。

これを回避するために、本実施形態の電圧制御装置２０は、ＯＣＸＯ１５に供給する温度毎の制御電圧値として、第１の制御電圧値と第２の制御電圧値の平均を用いる。これにより、本実施形態の電圧制御装置２０は、ＯＣＸＯ１５の出力クロックの周波数と、所望の周波数とのずれ量を低く抑えることができる。

次に、電圧制御装置２０の内部構成について説明する。図１１は、電圧制御装置２０の機能構成の一例を示すブロック図である。電圧制御装置２０は、第１の制御電圧値格納部２１、第２の制御電圧値格納部２２、電流情報格納部２３、制御電圧算出部２４、および制御電圧供給部２５を備える。

第１の制御電圧値格納部２１には、図２で説明した測定システムによって収集された第１の制御電圧値を含む第１の制御電圧テーブル４１（図８参照）が格納されている。第２の制御電圧値格納部２２には、図２で説明した測定システムによって収集された第２の制御電圧値を含む第２の制御電圧テーブル４２（図９参照）が格納されている。電流情報格納部２３には、図２で説明した測定システムによって収集された電流値を含む電流情報テーブル４０（図７参照）が格納されている。

制御電圧算出部２４は、電流センサ１４から出力された電流値に基づいて電流情報格納部２３を参照し、当該電流値に対応する温度情報を取得する。電流センサ１４から出力された電流値と同一の電流値が電流情報テーブル４０に格納されていない場合、制御電圧算出部２４は、当該電流値に最も近い電流値と２番目に近い電流値とを電流情報テーブル４０から抽出し、抽出した２つの電流値を、直線、曲線、または折れ線等によって補間することにより、電流センサ１４から出力された電流値に対応する温度情報を取得する。

そして、制御電圧算出部２４は、第１の制御電圧値格納部２１を参照して、電流情報格納部２３から取得した温度情報に対応する第１の制御電圧値を特定する。電流情報格納部２３から取得した温度情報と同一の温度情報が第１の制御電圧値格納部２１内に存在しない場合、制御電圧算出部２４は、当該温度情報に最も近い温度情報と２番目に近い温度情報とを第１の制御電圧値格納部２１から抽出し、抽出した２つの温度情報を、直線、曲線、または折れ線等によって補間することにより、電流情報格納部２３から取得した温度情報に対応する第１の制御電圧値を特定する。

また、制御電圧算出部２４は、第２の制御電圧値格納部２２を参照して、電流情報格納部２３から取得した温度情報に対応する第２の制御電圧値を特定する。電流情報格納部２３から取得した温度情報と同一の温度情報が第２の制御電圧値格納部２２内に存在しない場合、制御電圧算出部２４は、当該温度情報に最も近い温度情報と２番目に近い温度情報とを第２の制御電圧値格納部２２から抽出し、抽出した２つの温度情報を、直線、曲線、または折れ線等によって補間することにより、電流情報格納部２３から取得した温度情報に対応する第２の制御電圧値を特定する。

そして、制御電圧算出部２４は、特定した第１の制御電圧値と第２の制御電圧値とを平均することにより、現在の温度におけるＯＣＸＯ１５の制御電圧値を算出し、算出した制御電圧値を制御電圧供給部２５に提供する。

制御電圧供給部２５は、例えばＤＡＣ（Digital to Analog Converter）であり、制御電圧算出部２４から提供された制御電圧値に対応する電圧を生成し、生成した電圧を制御電圧として切替部１３に供給する。

図１２は、実使用時のクロック出力装置１０の動作の一例を示すフローチャートである。例えば、電源が投入される等の所定のタイミングで、クロック出力装置１０は、本フローチャートに示す動作を開始する。

まず、切替部１３は、基準クロックがクロック出力装置１０に入力されているか否かを判定する（Ｓ２００）。基準クロックがクロック出力装置１０に入力されている場合（Ｓ２００：Ｙｅｓ）、切替部１３は、ループフィルタ１２の出力をＯＣＸＯ１５の周波数制御用端子に供給し、位相比較器１１、ループフィルタ１２、ＯＣＸＯ１５、および分周器１６にＰＬＬを構成させ（Ｓ２０１）、再びステップＳ２００に示した処理を実行する。

基準クロックがクロック出力装置１０に入力されていない場合（Ｓ２００：Ｎｏ）、切替部１３は、電圧制御装置２０から出力される制御電圧がＯＣＸＯ１５の周波数制御用端子に供給されるようにスイッチを切り替える。そして、電圧制御装置２０の制御電圧算出部２４は、電流センサ１４から電流値を取得する（Ｓ２０２）。そして、制御電圧算出部２４は、取得した電流値に基づいて電流情報格納部２３を参照し、当該電流値に対応する温度情報を特定する（Ｓ２０３）。

次に、制御電圧算出部２４は、特定した温度情報に対応する第１の制御電圧値を第１の制御電圧値格納部２１から取得し（Ｓ２０４）、特定した温度情報に対応する第２の制御電圧値を第２の制御電圧値格納部２２から取得する（Ｓ２０５）。

次に、制御電圧算出部２４は、取得した第１の制御電圧値と第２の制御電圧値とを平均することにより、現在の温度におけるＯＣＸＯ１５の制御電圧値を算出し（Ｓ２０６）、算出した制御電圧値を制御電圧供給部２５に提供する。制御電圧供給部２５は、制御電圧算出部２４から提供された制御電圧値に対応する電圧を生成し、生成した電圧を制御電圧として切替部１３に供給し（Ｓ２０７）、切替部１３は、再びステップＳ２００に示した処理を実行する。

以上、本発明の実施の形態について説明した。

上記説明から明らかなように、本実施形態のクロック出力装置１０によれば、ＯＣＸＯから出力される信号の周波数をより高精度に制御することができる。

なお、上記した実施形態の電圧制御装置２０は、例えば図１３に示すような構成のマイクロプロセッサ５０によって実現される。マイクロプロセッサ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１、ＲＡＭ（Random Access Memory）５２、ＲＯＭ（Read Only Memory）５３、入力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）５４、およびＤＡＣ（Digital to Analog Converter）を備える。

ＲＯＭ５３には、ＣＰＵ５１によって実装されるプログラムや、当該プログラムによって参照されるデータ等が格納されている。ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５３に格納されているプログラムをＲＡＭ５２上にロードし、ロードしたプログラムを実行する。

ＣＰＵ５１は、入力インターフェイス５４を介して、電流センサ１４から電流値を示すデータを受け取る。ＤＡＣ５５は、ＣＰＵ５１から制御電圧値を受け取った場合に、当該制御電圧値に応じた電圧を生成して切替部１３へ出力する。

マイクロプロセッサ５０内のＣＰＵ５１は、ＲＡＭ５２上にロードされたプログラムを実行することにより、第１の制御電圧値格納部２１、第２の制御電圧値格納部２２、電流情報格納部２３、制御電圧算出部２４、および制御電圧供給部２５の各機能を実現する。なお、ＲＯＭ５３には、第１の制御電圧値格納部２１、第２の制御電圧値格納部２２、および電流情報格納部２３内のデータが格納される。

また、上記した実施形態のデータ収集装置３４は、例えば図１４に示すような構成の汎用コンピュータ６０等によって実現される。コンピュータ６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１、ＲＡＭ（Random Access Memory）６２、ＲＯＭ（Read Only Memory）６３、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）６４、通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）６５、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）６６、およびメディアインターフェイス（Ｉ／Ｆ）６７を備える。

ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６３またはＨＤＤ６４に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。ＲＯＭ６３は、コンピュータ６０の起動時にＣＰＵ６１が実行するブートプログラムや、コンピュータ６０のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。ＨＤＤ６４は、ＣＰＵ６１によって実行されるプログラムを格納する。

通信インターフェイス６５は、通信回線を介して基準クロック発生器３０、恒温槽３１、およびクロック出力装置１０からデータを受信してＣＰＵ６１へ送ると共に、ＣＰＵ６１が生成したデータを、通信回線を介して基準クロック発生器３０、恒温槽３１、およびクロック出力装置１０へ送信する。

ＣＰＵ６１は、入出力インターフェイス６６を介して、モニタやキーボード等の入出力装置を制御する。ＣＰＵ６１は、入出力インターフェイス６６を介して、入出力装置からデータを取得する。また、ＣＰＵ６１は、生成したデータを、入出力インターフェイス６６を介して入出力装置へ出力する。

メディアインターフェイス６７は、記録媒体６８に格納されたプログラムまたはデータを読み取り、ＲＡＭ６２を介してＣＰＵ６１に提供する。ＣＰＵ６１は、当該プログラムを、メディアインターフェイス６７を介して記録媒体６８からＲＡＭ６２上にロードし、ロードしたプログラムを実行する。記録媒体６８は、例えばＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＰＤ（Phase change rewritable Disk）等の光学記録媒体、ＭＯ（Magneto-Optical disk）等の光磁気記録媒体、テープ媒体、磁気記録媒体、または半導体メモリ等である。

コンピュータ６０内のＣＰＵ６１は、ＲＡＭ６２上にロードされたプログラムを実行することにより、データ収集装置３４の各機能を実現する。ＲＯＭ６３またはＨＤＤ６４には、図７〜９を用いて説明した電流情報テーブル４０、第１の制御電圧テーブル４１、および第２の制御電圧テーブル４２が格納される。コンピュータ６０は、これらのプログラムを、記録媒体６８から読み取って実行するが、他の例として、他の装置から、通信回線等を介してこれらのプログラムを取得してもよい。

また、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

例えば、上記した実施形態では、発振器の一例としてＯＣＸＯを用いたクロック出力装置１０について説明したが、本発明はこれに限られず、発振器は、電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ）であれば、ＯＣＸＯ以外にＶＣ−ＴＣＸＯ（Voltage Controlled - Temperature Compensated X'tal Oscillator）等であってもよい。

また、上記した実施形態では、電流情報テーブル４０、第１の制御電圧テーブル４１、および第２の制御電圧テーブル４２に、それぞれ温度情報を登録したが、本発明はこれに限られず、電流情報テーブル４０、第１の制御電圧テーブル４１、および第２の制御電圧テーブル４２には温度情報が登録されていなくてもよい。この場合、所定の温度範囲（上記の実施形態では０℃〜６５℃）を所定数（上記の実施形態では３２個）のセグメントに均等に分割するため、隣り合う他のセグメントとの境界間の温度差ΔＴがわかれば、セグメントの番号から、それぞれの境界における温度がわかる。従って、電流情報テーブル４０、第１の制御電圧テーブル４１、および第２の制御電圧テーブル４２では、「番号」が温度に対応する情報となる。

例えば、図１２のステップＳ２０３において、制御電圧算出部２４は、電流センサ１４から出力された電流値に基づいて電流情報格納部２３を参照し、当該電流値に対応する番号を取得する。電流センサ１４から出力された電流値と同一の電流値が電流情報テーブル４０に格納されていない場合、制御電圧算出部２４は、当該電流値に最も近い電流値と２番目に近い電流値とを電流情報テーブル４０から抽出し、抽出した２つの電流値を、直線、曲線、または折れ線等によって補間することにより、電流センサ１４から出力された電流値に対応する番号（この場合、小数点以下の情報が加わる）を取得する。

次に、図１２のステップＳ２０４において、制御電圧算出部２４は、第１の制御電圧値格納部２１を参照して、電流情報格納部２３から取得した番号に対応する第１の制御電圧値を特定する。電流情報格納部２３から取得した番号と同一の番号が第１の制御電圧値格納部２１内に存在しない場合、制御電圧算出部２４は、当該番号に最も近い番号と２番目に近い番号とを第１の制御電圧値格納部２１から抽出し、抽出した２つの番号を、直線、曲線、または折れ線等によって補間することにより、電流情報格納部２３から取得した番号に対応する第１の制御電圧値を特定する。

図１２のステップＳ２０５においても同様である。これにより、第１の制御電圧値格納部２１、第２の制御電圧値格納部２２、および電流情報格納部２３内のデータ量を少なくすることができる。

また、上記した実施形態において、クロック出力装置１０は、ＰＬＬによるＯＣＸＯ１５の制御と電圧制御装置２０によるＯＣＸＯ１５の制御とを、基準クロックの有無に応じて切り替えるが、本発明はこれに限られない。例えば、電圧制御装置２０によって制御されるＯＣＸＯ１５の周波数誤差が少なければ、クロック出力装置１０は、ＰＬＬを有さずに、電流センサ１４、ＯＣＸＯ１５、および電圧制御装置２０を有するように構成されてもよい。

また、上記した実施形態では、電流センサ１４から出力された電流値に基づいてＯＣＸＯ１５の外側の温度を推定したが、本発明はこれに限られず、電流センサ１４に代えて、クロック出力装置１０内に温度センサを設け、電流センサ１４から出力される電流値に代えて、温度センサから出力されるディジタル値を用いるようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係るクロック出力装置１０の機能構成を示すブロック図である。 電圧制御装置２０に設定されるデータを収集するための測定システムの構成の一例を示す図である。 電流センサ１４から出力される電流値の一例を示す概念図である。 電圧制御装置２０に設定されるデータが収集される際の恒温槽３１内の温度変化の一例を示す概念図である。 データ収集装置３４の動作の一例を示すフローチャートである。 データ収集装置３４の動作の一例を示すフローチャートである。 データ収集装置３４によって収集される電流情報テーブル４０の構造の一例を示す図である。 データ収集装置３４によって収集される第１の制御電圧テーブル４１の構造の一例を示す図である。 データ収集装置３４によって収集される第２の制御電圧テーブル４２の構造の一例を示す図である。 第１の制御電圧値と第２の制御電圧値の関係を示す概念図である。 電圧制御装置２０の機能構成の一例を示すブロック図である。 実使用時のクロック出力装置１０の動作の一例を示すフローチャートである。 電圧制御装置２０の機能を実現するマイクロプロセッサ５０の一例を示すハードウェア構成図である。 データ収集装置３４の機能を実現するコンピュータ６０の一例を示すハードウェア構成図である。

符号の説明

１０・・・クロック出力装置、１１・・・位相比較器、１２・・・ループフィルタ、１３・・・切替部、１４・・・電流センサ、１５・・・ＯＣＸＯ、１６・・・分周器、２０・・・電圧制御装置、２１・・・第１の制御電圧値格納部、２２・・・第２の制御電圧値格納部、２３・・・電流情報格納部、２４・・・制御電圧算出部、２５・・・制御電圧供給部、３０・・・基準クロック発生器、３１・・・恒温槽、３２・・・温度センサ、３３・・・制御部、３４・・・データ収集装置、４０・・・電流情報テーブル、４００・・・番号、４０１・・・温度情報、４０２・・・電流値、４１・・・第１の制御電圧テーブル、４１０・・・番号、４１１・・・温度情報、４１２・・・第１の制御電圧値、４２・・・第２の制御電圧テーブル、４２０・・・番号、４２１・・・温度情報、４２２・・・第２の制御電圧値、５０・・・マイクロプロセッサ、５１・・・ＣＰＵ、５２・・・ＲＡＭ、５３・・・ＲＯＭ、５４・・・入力インターフェイス、５５・・・ＤＡＣ、６０・・・コンピュータ、６１・・・ＣＰＵ、６２・・・ＲＡＭ、６３・・・ＲＯＭ、６４・・・ＨＤＤ、６５・・・通信インターフェイス、６６・・・入出力インターフェイス、６７・・・メディアインターフェイス、６８・・・記録媒体

Claims (5)

1. ＶＣＸＯ（Voltage Controlled Xtal Oscillator）に制御電圧を供給する電圧制御装置であって、
   前記ＶＣＸＯの温度毎に、当該ＶＣＸＯの出力周波数が予め定められた周波数となる制御電圧の値であって、予め定められた条件下で測定された制御電圧の値を示す第１の制御電圧値を格納する第１の制御電圧値格納手段と、
   前記ＶＣＸＯの温度毎に、当該ＶＣＸＯの出力周波数が予め定められた周波数となる制御電圧の値であって、前記第１の制御電圧値が測定されたときの条件とは異なる条件下で測定された制御電圧の値を示す第２の制御電圧値を格納する第２の制御電圧値格納手段と、
   前記ＶＣＸＯの現在の温度に対応する第１の制御電圧値を前記第１の制御電圧値格納手段から抽出すると共に、前記ＶＣＸＯの現在の温度に対応する第２の制御電圧値を前記第２の制御電圧値格納手段から抽出し、抽出した第１の制御電圧値と第２の制御電圧値とを平均して、前記ＶＣＯＸの現在の温度における制御電圧を算出する制御電圧算出手段と、
   前記制御電圧算出手段によって算出された制御電圧を前記ＶＣＸＯに供給する制御電圧供給手段と
   を備えることを特徴とする電圧制御装置。
2. 請求項１に記載の電圧制御装置であって、
   前記第１の制御電圧値は、前記ＶＣＸＯの温度を、低い方から高い方へ変化させながら測定された制御電圧の値であり、
   前記第２の制御電圧値は、前記ＶＣＸＯの温度を、高い方から低い方へ変化させながら測定された制御電圧の値であることを特徴とする電圧制御装置。
3. 請求項１または２に記載の電圧制御装置であって、
   前記ＶＣＸＯは、制御電圧により周波数の微調整が可能なシングルオーブン型のＯＣＸＯ（Oven Controlled Xtal Oscillator）であり、前記ＶＣＸＯの温度とは、前記ＯＣＸＯの外側の温度であることを特徴とする電圧制御装置。
4. 請求項３に記載の電圧制御装置であって、
   前記ＯＣＸＯの電源電流を測定する電流センサと、
   前記ＯＣＸＯの温度毎に、当該温度において前記ＯＣＸＯに供給される電源電流の値を格納する電流情報格納手段と
   をさらに備え、
   前記制御電圧算出手段は、
   前記電流センサによって測定された前記ＯＣＸＯの電源電流に基づいて、前記電流情報格納手段から、現在の前記ＯＣＸＯの温度を示す情報を取得することを特徴とする電圧制御装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の電圧制御装置を備え、前記ＶＣＸＯの出力信号をクロックとして出力するクロック出力装置であって、
   前記ＶＣＸＯの出力信号を分周する分周器と、
   基準クロックと前記分周器によって分周された出力信号との位相差に基づく制御信号を出力する位相比較器と、
   前記位相比較器からの制御信号をフィルタリングするループフィルタと、
   前記基準クロックが供給されている場合に、前記ループフィルタによってフィルタリングされた制御信号を制御電圧として前記ＶＣＸＯに供給し、前記基準クロックが供給されていない場合に、前記電圧制御装置から制御電圧を前記ＶＣＸＯに供給する切替手段と
   を備えることを特徴とするクロック出力装置。

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