JP2014200011A - 発振装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この発振装置は、一方の水晶振動子の発振出力であるパルスを他方の水晶振動子の発振出力であるパルスによりラッチしたタイミングでパルスを発生させ、このパルスの列をPLLに取り込んで温度検出値をディジタル値として生成している。
なお、設定周波数の補正値を演算する後段の回路において、位相雑音の劣化を避けるための構成を採用する場合には、回路規模が大きくなる不具合がある。
発振器出力用の水晶振動子に接続された発振器出力用の発振回路と、
前記雰囲気温度を検出して温度検出値に対応するディジタル値を出力する温度検出部と、
前記ディジタル値を、指定された累積数に応じて累積する累積部と、
前記累積部にて累積されたディジタル値に対して、指定されたまるめ量に応じてまるめ処理を行うまるめ処理部と、
前記まるめ処理部にて得られたディジタル値が入力され、ステップ応答が0から徐々に増大して、入力値であるステップ値に収束するように構成されたディジタルフィルタと、
前記ディジタルフィルタの出力値に基づいて、前記雰囲気温度が基準温度と異なることに起因する前記発振回路の発振周波数の周波数補正値を取得する補正値取得部と、を備え、
前記補正値取得部にて求めた前記周波数補正値に基づいて前記出力周波数の設定値を補正するように構成したことを特徴とする。
本発明の実施形態の詳細を説明する前に、この実施形態の概略を簡単に述べておく。図1にて符号200にて示す部分は、この明細書では制御回路部と呼ぶが、実際には一般的にPLLを利用した発振機能を有する回路である。符号201はPLLに用いられるリファレンス信号を出力するDDS(Direct Digital Synthesizer)である。
このDDSを動作させるためのクロック信号は、図1にて符号1で示す第1の発振回路の発振出力が用いられる。従って結果として電圧制御発振器100からの出力(この出力がこの例では製品である発振出力に相当する)を安定させるためには、前記クロック信号を安定させることが必要である。
温度検出信号としては、2つの水晶振動子10及び20の発振周波数の差分に相当する値と温度との関係を事前に把握しておくことで、この差分に相当する値を用いている。前記発振周波数の差分に相当する値については後述するが、用語の煩雑さを避けるために、この値を求める部分を周波数差検出部3という用語を用いている。
そしてこの実施形態は、周波数差検出部3にて温度検出値に相当する既述のΔFを後述のようにPLLを利用して生成した後、生成された温度検出値に対して累積平均処理を行い、更にディジタルフィルタにより整流化している。
次に本発明の実施形態の全体を詳しく説明する。図1は本発明の実施形態にかかる水晶発振器を適用して構成した発振装置の全体を示すブロック図である。この発振装置は、設定された周波数の周波数信号を出力する周波数シンセサイザとして構成され、水晶振動子を用いた電圧制御発振器100と、この電圧制御発振器100におけるPLLを構成する制御回路部200と、前記PLLの参照信号を生成するためのDDS201を動作させるためのクロック信号を生成する水晶発振器(符号は付していない)と、この水晶発振器における水晶振動子10、20の置かれる雰囲気の温度を調整するための加熱部であるヒータ回路5と、を備えている。
制御回路部200は、DDS回路部201から出力するリファレンス(参照用)クロックと、電圧制御発振器100の出力を分周器204で分周したクロックの位相とを位相周波数比較部205にて比較し、その比較結果である位相差がチャージポンプ204によりアナログ化される。アナログ化された信号はループフィルタ206に入力され、PLL(Phase locked loop)が安定するように制御される。従って制御回路部200は、PLL部であると言うこともできる。ここでDDS回路部201は、後述の第1の発振回路1から出力される周波数信号を基準クロックとして用い、目的とする周波数の信号を出力するための周波数データ(ディジタル値)が入力されている。
ワンショット回路32の後段にはPLL(Phase Locked Loop)が設けられ、このPLLは、ラッチ回路33、積分機能を有する第1のループフィルタ34、加算部35及びDDS回路部36により構成されている。
そしてまるめ処理されたディジタル値とまるめ処理される前のディジタル値とが加算されて、その加算値が前段の加算部71にて累積平均化処理部37からのディジタル値と加算される。
また図14は周波数差検出部3の出力信号である34ビットのディジタル値と温度との関係を示している。従って(OSC2−OSC1)は基準温度からの温度変動ずれ分に対応していることが分かる。
PLLのループフィルタ34にて得られた変動温度分の周波数ずれ情報は、図1に示す補正値取得部である補正値演算部4に入力され、ここで周波数の補正値が演算される。変動温度分の周波数ずれ情報とは、水晶振動子10が基準温度におかれたときの第1の発振回路1の発振周波数と、水晶振動子10の雰囲気温度(水晶振動子10を収納している容器内の温度)における第1の発振回路1の発振周波数と、の差分に対応する値である。
次に上述の実施の形態の全体の動作についてまとめる。第1の水晶振動子10と第1の発振回路1とは、DDS201などのクロックとして使用されていることから、これらを発振器として見ることもできる。即ち、周波数シンセサイザである発振装置の中に水晶発振器が含まれているということになる。そこでこの水晶発振器に着目すると、水晶発振器の出力は第1の発振回路1から出力される周波数信号に相当する。
以上のように上述実施の形態は、2つの水晶振動子10,20を用い、その発振周波数差に対応する値を温度検出値として取り扱うと共にディジタル値として求め、このディジタル値を累積し、その累積値を平均化(まるめ処理)している。そして累積平均化処理されたディジタル値を更にディジタルフィルタ7を通して、ディジタル値群からなる波形を整流し、整流後の値に基づいて発振装置の周波数の設定値を補正している。このため後段の回路規模を小さく抑えながら、ディジタル値の変動に起因する発振出力の位相雑音の劣化を抑えることができる。
更にまた上述の例では第1の水晶振動子10及び第2の水晶振動子20とは共通の水晶片Xbを用いているが、水晶片Xbが共通化されていなくてもよい。この場合、例えば共通の筐体の中に第1の水晶振動子10及び第2の水晶振動子20を配置する例を挙げることができる。このような構成によれば、実質同一の温度雰囲気下に置かれるため、同様の効果が得られる。
本発明は、周波数シンセサイザとして構成することに限られず、第1の発振回路1の発振出力を、本発明の発振装置の出力とする構成、つまり制御回路部200を用いない構成としてもよい。
2 第2の発振回路
10 第1の水晶振動子
20 第2の水晶振動子
3 周波数差検出部
31 フリップフロップ回路
32 ワンショット回路
33 ラッチ回路
34 ループフィルタ
35 加算部
36 DDS回路部
37 累積平均化処理部
4 補正値演算部(補正値取得部)
5 ヒータ回路
6 加算部
7 ディジタルフィルタ
100 電圧制御発振器
200 制御回路部
Claims (3)
- 水晶振動子が置かれる雰囲気温度の検出結果に基づいて出力周波数の設定値を補正する発振装置において、
発振器出力用の水晶振動子に接続された発振器出力用の発振回路と、
前記雰囲気温度を検出して温度検出値に対応するディジタル値を出力する温度検出部と、
前記ディジタル値を、指定された累積数に応じて累積する累積部と、
前記累積部にて累積されたディジタル値に対して、指定されたまるめ量に応じてまるめ処理を行うまるめ処理部と、
前記まるめ処理部にて得られたディジタル値が入力され、ステップ応答が0から徐々に増大して、入力値であるステップ値に収束するように構成されたディジタルフィルタと、
前記ディジタルフィルタの出力値に基づいて、前記雰囲気温度が基準温度と異なることに起因する前記発振回路の発振周波数の周波数補正値を取得する補正値取得部と、を備え、
前記補正値取得部にて求めた前記周波数補正値に基づいて前記出力周波数の設定値を補正するように構成したことを特徴とする発振装置。 - 前記温度検出部は、
温度検出用の第1の水晶振動子及び第2の水晶振動子に夫々接続された第1の発振回路及び第2の発振回路と、
前記第1の発振回路の発振周波数をf1、基準温度における第1の発振回路の発振周波数をf1r、第2の発振回路の発振周波数をf2、基準温度における第2の発振回路の発振周波数をf2rとすると、f1とf1rとの差分に対応する値と、f2とf2rとの差分に対応する値と、の差分値に対応するディジタル値を温度検出値として求める周波数差検出部と、を備えたことを特徴とする請求項1記載の発振装置。 - 前記発振器出力用の水晶振動子が置かれる雰囲気の温度の一定化を図るための加熱部と、前記温度検出部にて検出された温度検出値と目標温度に対応する温度設定値との差分値を求める差分演算部と、前記差分値に基づいて前記加熱部を制御する加熱制御部と、を備えたことを特徴とする請求項1または2記載の発振装置。
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