JP2016119540A - Reference signal generation device and reference signal generation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主として、基準信号を外部へ供給する基準信号発生装置に関する。 The present invention mainly relates to a reference signal generator for supplying a reference signal to the outside.
従来から、携帯電話の基地局及びデジタル放送の送信局等の無線通信設備には、基準信号発生装置が設置されている。基準信号発生装置は、GNSS衛星から取得した信号に基づいて、周波数及びタイミングが非常に正確な基準信号を出力する。無線通信設備では、この基準信号に基づいて、信号を送信するタイミングを決定したり、信号の周波数の同期を行う。 Conventionally, reference signal generators have been installed in wireless communication facilities such as mobile phone base stations and digital broadcast transmission stations. The reference signal generator outputs a reference signal with very accurate frequency and timing based on the signal acquired from the GNSS satellite. In the wireless communication facility, based on the reference signal, the timing for transmitting the signal is determined and the frequency of the signal is synchronized.
特許文献1のGPS受信機は、基準周波数源と、周波数シンセサイザと、を備える。周波数シンセサイザは、基準周波数源が生成した信号に基づいて、GPSアンテナから取得したRF信号をダウンコンバートするためのローカル信号と、クロック信号と、を生成する。GPS受信機は、ダウンコンバートされたRF信号及びクロック信号に基づいて測位演算を行い、リファレンス信号(1PPS信号)を生成する。 The GPS receiver of Patent Document 1 includes a reference frequency source and a frequency synthesizer. The frequency synthesizer generates a local signal for down-converting the RF signal acquired from the GPS antenna and a clock signal based on the signal generated by the reference frequency source. The GPS receiver performs a positioning operation based on the down-converted RF signal and clock signal, and generates a reference signal (1PPS signal).
特許文献2の基準信号発生装置は、位相比較器と、電圧制御発振器と、ループフィルタと、を備える。位相比較器は、GPS受信機が生成したリファレンス信号と、電圧制御発振器が出力した基準信号と、を比較して位相差を出力する。ループフィルタは、位相比較器が出力した位相差に基づいて電圧制御発振器を制御する。これにより、正確な基準信号を外部へ出力することができる。
The reference signal generator of
ここで、電圧制御発振器を基板にハンダ付けしているハンダに含まれる不純物(フラックス等)にクラックが発生している場合、その影響により電圧制御発振器の発振周波数が急激に変化することがある(以下、圧電ノイズの発生等と称する)。また、振動又は急激な温度変化によって電圧制御発振器の発振周波数が急激に変化することもある。このような圧電ノイズ、振動、又は急激な温度変化が生じた場合、特許文献1の基準周波数源が出力するクロック信号の周波数が一時的にズレることが考えられる。クロック信号の周波数がズレた場合、このクロック信号を利用する処理を適切に行うことができないため、正確なリファレンス信号が出力されなくなる。その結果、位相比較器が出力する位相差が大きくなる。しかし、ここで発生した位相差は、基準周波数源の一時的な不具合に起因するものであるため、この位相差を小さくするように電圧制御発振器が制御されることで、基準信号の周波数が設定値からズレてしまう。 Here, when a crack is generated in an impurity (flux or the like) contained in the solder that solders the voltage controlled oscillator to the substrate, the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator may change abruptly due to the effect ( Hereinafter, it is referred to as generation of piezoelectric noise. In addition, the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator may change abruptly due to vibration or a rapid temperature change. When such piezoelectric noise, vibration, or rapid temperature change occurs, it is conceivable that the frequency of the clock signal output from the reference frequency source of Patent Document 1 is temporarily shifted. When the frequency of the clock signal is deviated, processing using this clock signal cannot be performed properly, and therefore an accurate reference signal is not output. As a result, the phase difference output from the phase comparator increases. However, since the phase difference generated here is due to a temporary malfunction of the reference frequency source, the frequency of the reference signal is set by controlling the voltage controlled oscillator so as to reduce this phase difference. Deviation from the value.
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、クロック信号を生成する発振器の周波数が一時的にズレた場合においても基準信号の精度を維持可能な基準信号発生装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its main object is to generate a reference signal generator capable of maintaining the accuracy of a reference signal even when the frequency of an oscillator that generates a clock signal is temporarily shifted. Is to provide.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。 The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems and the effects thereof will be described.
本発明の第1の観点によれば、以下の構成の基準信号発生装置が提供される。即ち、この基準信号発生装置は、クロック信号発振部と、測位演算部と、信号補正部と、基準信号発振部と、比較部と、制御部と、を備える。前記クロック信号発振部は、クロック信号又は当該クロック信号を生成するための信号を発振する。前記測位演算部は、GNSS信号に基づいて測位演算を行うことで前記クロック信号の周波数変動を示すクロックドリフトを検出する。前記信号補正部は、前記測位演算部が検出したクロックドリフトに基づいて前記クロック信号を補正する。前記基準信号発振部は、外部へ出力される基準信号を発振する。前記比較部は、補正された前記クロック信号と、前記基準信号発振部が出力した前記基準信号と、を比較する。前記制御部は、前記測位演算部が検出した前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えていない場合は、前記比較部の比較結果に基づいて前記基準信号発振部を制御し、前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えた場合は、前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えていない場合よりも前記比較結果が当該制御に及ぼす影響が小さくなるように前記基準信号発振部を制御する。 According to a first aspect of the present invention, a reference signal generator having the following configuration is provided. That is, the reference signal generation device includes a clock signal oscillation unit, a positioning calculation unit, a signal correction unit, a reference signal oscillation unit, a comparison unit, and a control unit. The clock signal oscillating unit oscillates a clock signal or a signal for generating the clock signal. The positioning calculation unit detects a clock drift indicating a frequency variation of the clock signal by performing a positioning calculation based on the GNSS signal. The signal correction unit corrects the clock signal based on the clock drift detected by the positioning calculation unit. The reference signal oscillating unit oscillates a reference signal output to the outside. The comparison unit compares the corrected clock signal with the reference signal output from the reference signal oscillation unit. The control unit controls the reference signal oscillating unit based on a comparison result of the comparison unit when the change amount of the clock drift detected by the positioning calculation unit does not exceed a threshold value, and changes the clock drift. When the amount exceeds the threshold, the reference signal oscillating unit is controlled so that the comparison result has less influence on the control than when the amount of change in the clock drift does not exceed the threshold.
これにより、圧電ノイズ、振動、又は急激な温度変化等によってクロック信号の周波数が一時的にズレた場合であっても、比較部の比較結果の影響が小さくなるように制御部が基準信号発振部を制御するため、基準信号の精度を維持することができる。 As a result, even when the frequency of the clock signal is temporarily shifted due to piezoelectric noise, vibration, rapid temperature change, etc., the control unit controls the reference signal oscillation unit so that the influence of the comparison result of the comparison unit is reduced. Therefore, the accuracy of the reference signal can be maintained.
前記の基準信号発生装置においては、前記制御部は、前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えた場合は、前記比較結果を用いずに前記基準信号発振部を制御することが好ましい。 In the reference signal generation device, it is preferable that the control unit controls the reference signal oscillation unit without using the comparison result when the change amount of the clock drift exceeds a threshold value.
これにより、比較結果を全く考慮しないので、クロック信号の周波数のズレが基準信号に及ぼす影響を殆ど無くすことができる。 Thereby, since the comparison result is not taken into consideration at all, it is possible to almost eliminate the influence of the frequency shift of the clock signal on the reference signal.
前記の基準信号発生装置においては、前記制御部は、前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えた場合は、前記クロックドリフトの変化量が大きくなるに従って前記比較結果の影響が小さくなるように前記基準信号発振部を制御することが好ましい。 In the reference signal generator, when the amount of change in the clock drift exceeds a threshold value, the control unit is configured to reduce the influence of the comparison result as the amount of change in the clock drift increases. It is preferable to control the signal oscillation unit.
これにより、クロックドリフトの変化量が大きいほどクロック信号が一時的にズレている可能性が高く、位相差又は周波数差等が小さくなるように基準信号発振部を制御した場合の影響も大きいので、一時的な乱れを適切に防止しつつ、一時的な乱れかどうか判断が難しい場合に位相差又は周波数差等の影響をある程度考慮することができる。 As a result, the greater the amount of change in the clock drift, the higher the possibility that the clock signal is temporarily shifted, and the greater the influence of controlling the reference signal oscillation unit so that the phase difference or frequency difference becomes smaller. While it is possible to appropriately prevent the temporary disturbance, it is possible to consider the influence of the phase difference or the frequency difference to some extent when it is difficult to determine whether the disturbance is temporary.
前記の基準信号発生装置においては、前記制御部は、前記クロックドリフトの変化量が閾値以上になってから所定時間が経過した後に、前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えていない場合、前記比較結果に基づいて前記基準信号発振部を制御することが好ましい。 In the reference signal generation device, the control unit is configured to compare the clock drift when the clock drift change amount does not exceed the threshold value after a predetermined time has elapsed after the clock drift change amount exceeds the threshold value. It is preferable to control the reference signal oscillation unit based on the result.
これにより、クロック信号の周波数の一時的なズレが収まった後に、比較結果に基づく制御を自動的に再開することができる。 As a result, the control based on the comparison result can be automatically restarted after the temporary deviation of the frequency of the clock signal is settled.
本発明の第2の観点によれば、以下の構成の基準信号発生装置が提供される。即ち、この基準信号発生装置は、基準信号発振部と、比較部と、制御部と、を備える。前記基準信号発振部は、外部へ出力される基準信号を発振する。前記比較部は、外部から取得したクロック信号と、前記基準信号発振部が出力した前記基準信号と、を比較する。前記制御部は、前記クロック信号の周波数変動を示すクロックドリフトを取得し、前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えていない場合は、前記比較部の比較結果に基づいて前記基準信号発振部を制御し、前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えた場合は、前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えていない場合よりも前記比較結果が当該制御に及ぼす影響が小さくなるように前記基準信号発振部を制御する。 According to a second aspect of the present invention, a reference signal generator having the following configuration is provided. That is, the reference signal generator includes a reference signal oscillation unit, a comparison unit, and a control unit. The reference signal oscillating unit oscillates a reference signal output to the outside. The comparison unit compares the clock signal acquired from the outside with the reference signal output from the reference signal oscillation unit. The control unit acquires a clock drift indicating a frequency variation of the clock signal, and controls the reference signal oscillation unit based on a comparison result of the comparison unit when the amount of change in the clock drift does not exceed a threshold value When the clock drift change amount exceeds a threshold value, the reference signal oscillating unit is less affected by the comparison result on the control than when the clock drift change amount does not exceed the threshold value. To control.
これにより、圧電ノイズ、振動、又は急激な温度変化等によってクロック信号の周波数が一時的にズレた場合であっても、比較部の比較結果の影響が小さくなるように制御部が基準信号発振部を制御するため、基準信号の精度を維持することができる。 As a result, even when the frequency of the clock signal is temporarily shifted due to piezoelectric noise, vibration, rapid temperature change, etc., the control unit controls the reference signal oscillation unit so that the influence of the comparison result of the comparison unit is reduced. Therefore, the accuracy of the reference signal can be maintained.
本発明の第3の観点によれば、以下の構成の基準信号発生装置が提供される。即ち、この基準信号発生装置は、クロック信号発振部と、測位演算部と、信号補正部と、基準信号発振部と、比較部と、制御部と、を備える。前記クロック信号発振部は、クロック信号又は当該クロック信号を生成するための信号を発振する。前記測位演算部は、GNSS信号に基づいて測位演算を行うことで前記クロック信号の周波数変動を示すクロックドリフトを検出する。前記信号補正部は、前記測位演算部が検出したクロックドリフトに基づいて前記クロック信号を補正する。前記基準信号発振部は、外部へ出力される基準信号を発振する。前記比較部は、補正された前記クロック信号と、前記基準信号発振部が出力した前記基準信号と、を比較する。前記制御部は、前記比較部の比較結果に基づいて前記基準信号発振部を制御するとともに、GNSS衛星が検出できなくなった場合に、前記比較結果が前記基準信号発振部の制御に及ぼす影響が小さくなるように前記基準信号発振部を制御する。 According to a third aspect of the present invention, a reference signal generator having the following configuration is provided. That is, the reference signal generation device includes a clock signal oscillation unit, a positioning calculation unit, a signal correction unit, a reference signal oscillation unit, a comparison unit, and a control unit. The clock signal oscillating unit oscillates a clock signal or a signal for generating the clock signal. The positioning calculation unit detects a clock drift indicating a frequency variation of the clock signal by performing a positioning calculation based on the GNSS signal. The signal correction unit corrects the clock signal based on the clock drift detected by the positioning calculation unit. The reference signal oscillating unit oscillates a reference signal output to the outside. The comparison unit compares the corrected clock signal with the reference signal output from the reference signal oscillation unit. The control unit controls the reference signal oscillation unit based on the comparison result of the comparison unit, and when the GNSS satellite cannot be detected, the comparison result has a small influence on the control of the reference signal oscillation unit. The reference signal oscillating unit is controlled as follows.
一般的にGNSS衛星は衛星毎に固有の(特定の)周波数帯のGNSS信号を送信しているため、クロック信号発振部が発振する信号の周波数が急激にズレた場合、GNSS衛星が急に検出できなくなくなる。従って、GNSS衛星が検出結果に基づいてクロック信号のズレを検出して比較部の比較結果の影響を小さくすることで、基準信号の精度を維持することができる。 In general, since GNSS satellites transmit GNSS signals in a specific (specific) frequency band for each satellite, when the frequency of the signal oscillated by the clock signal oscillation unit is suddenly shifted, the GNSS satellite detects it suddenly. It becomes impossible. Therefore, the accuracy of the reference signal can be maintained by the GNSS satellite detecting the shift of the clock signal based on the detection result and reducing the influence of the comparison result of the comparison unit.
前記の基準信号発生装置においては、前記制御部は、GNSSアンテナが正常に機能しているか否か、及び、前記GNSS衛星が一斉に検出できなくなったか否かに基づいて、前記比較結果の影響が小さくなるように前記基準信号発振部を制御することが好ましい。 In the reference signal generation device, the control unit is influenced by the comparison result based on whether or not the GNSS antenna functions normally and whether or not the GNSS satellites cannot be detected simultaneously. It is preferable to control the reference signal oscillating unit so as to be small.
これにより、GNSSアンテナの断線等によりGNSS信号を取得できなくなった場合又は衛星の移動によってGNSS衛星を検出できなくなった場合は、クロック信号の周波数に異常が発生したとは限らないので、これらを考慮して比較結果に基づく制御を行うことで、基準信号の精度を維持することができる。 As a result, when the GNSS signal cannot be acquired due to a disconnection of the GNSS antenna or the GNSS satellite cannot be detected due to the movement of the satellite, the frequency of the clock signal is not necessarily abnormal. By performing control based on the comparison result, the accuracy of the reference signal can be maintained.
本発明の第4の観点によれば、以下の基準信号発生方法が提供される。即ち、この基準信号発生方法は、クロック信号発振工程と、測位演算工程と、信号補正工程と、基準信号発振工程と、比較工程と、制御工程と、を含む。前記クロック信号発振工程では、クロック信号又は当該クロック信号を生成するための信号を発振する。前記測位演算工程では、GNSS信号に基づいて測位演算を行うことで前記クロック信号の周波数変動を示すクロックドリフトを検出する。前記信号補正工程では、前記測位演算工程で検出したクロックドリフトに基づいて前記クロック信号を補正する。前記基準信号発振工程では、基準信号発振部を制御して外部へ出力される基準信号を発振する。前記比較工程では、補正された前記クロック信号と、前記基準信号発振工程で出力した前記基準信号と、を比較する。前記制御工程では、前記測位演算工程で検出した前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えていない場合は、前記比較工程での比較結果に基づいて前記基準信号発振部を制御し、前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えた場合は、前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えていない場合よりも前記比較結果が当該制御に及ぼす影響が小さくなるように前記基準信号発振部を制御する。 According to a fourth aspect of the present invention, the following reference signal generation method is provided. That is, the reference signal generation method includes a clock signal oscillation process, a positioning calculation process, a signal correction process, a reference signal oscillation process, a comparison process, and a control process. In the clock signal oscillation step, a clock signal or a signal for generating the clock signal is oscillated. In the positioning calculation step, a clock drift indicating a frequency variation of the clock signal is detected by performing a positioning calculation based on the GNSS signal. In the signal correction step, the clock signal is corrected based on the clock drift detected in the positioning calculation step. In the reference signal oscillation step, the reference signal oscillation unit is controlled to oscillate a reference signal output to the outside. In the comparison step, the corrected clock signal is compared with the reference signal output in the reference signal oscillation step. In the control step, when the change amount of the clock drift detected in the positioning calculation step does not exceed a threshold value, the reference signal oscillation unit is controlled based on the comparison result in the comparison step, and the clock drift When the change amount exceeds the threshold value, the reference signal oscillating unit is controlled so that the comparison result has less influence on the control than when the clock drift change amount does not exceed the threshold value.
これにより、圧電ノイズ、振動、又は急激な温度変化等によってクロック信号の周波数が一時的にズレた場合であっても、比較部の比較結果の影響が小さくなるように制御部が基準信号発振部を制御するため、基準信号の精度を維持することができる。 As a result, even when the frequency of the clock signal is temporarily shifted due to piezoelectric noise, vibration, rapid temperature change, etc., the control unit controls the reference signal oscillation unit so that the influence of the comparison result of the comparison unit is reduced. Therefore, the accuracy of the reference signal can be maintained.
次に、図面を参照して本発明の第1実施形態を説明する。第1実施形態の基準信号発生装置1は、携帯電話の基地局又は地上デジタル放送の送信局等の無線通信設備に設置される。 Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The reference signal generator 1 of the first embodiment is installed in a wireless communication facility such as a mobile phone base station or a terrestrial digital broadcast transmitter station.
基準信号発生装置1の入力部41には、GNSSアンテナ2が接続されている。GNSSアンテナ2は、GNSS衛星(GPS衛星等)から測位信号を受信し、この測位信号を基準信号発生装置1へ出力する。基準信号発生装置1は、この測位信号に基づいて、基準信号(基準周波数信号及び基準タイミング信号等)を生成する。基準信号は、上記の無線通信設備の各機器へ出力される。
The
基準信号発生装置1は、GNSS受信ブロック10と、基準信号発生ブロック20と、から構成される。なお、GNSS受信ブロック10と基準信号発生ブロック20は、同じ筐体の内部に配置されていても良いし、個別の筐体に配置されて物理的に離れた位置に配置されていても良い。個別の筐体に配置されている場合、GNSS受信ブロック10をGNSS受信機と称し、基準信号発生ブロック20を基準信号発生装置と称することができる。
The reference signal generator 1 includes a
GNSS受信ブロック10は、温度補償型発振器(TCXO、クロック信号発振部)11と、シンセサイザ12と、ダウンコンバータ部13と、ベースバンド処理部14と、測位演算部15と、信号補正部16と、を備える。
The
温度補償型発振器11は、水晶振動子を共振器として使用した発振器である。温度補償型発振器11は、予め設定された周波数の信号を生成し、シンセサイザ12へ出力する。
The temperature compensated
シンセサイザ12は、温度補償型発振器11が生成した信号に基づいて、復調用信号と、クロック信号と、を生成する。シンセサイザ12は、復調用信号をダウンコンバータ部13へ出力するとともに、クロック信号をダウンコンバータ部13、ベースバンド処理部14、測位演算部15、及び信号補正部16へ出力する。
The
ダウンコンバータ部13には、GNSSアンテナ2から測位信号が入力されるとともに、シンセサイザ12から復調用信号が入力される。ダウンコンバータ部13は、復調用信号を用いて測位信号をダウンコンバートしてIF信号へ変換する。ダウンコンバータ部13は、IF信号をベースバンド処理部14へ出力する。
The down
ベースバンド処理部14は、シンセサイザ12が出力したクロック信号をサンプリング周波数として用いてIF信号を復調してベースバンド信号へ変換する。ベースバンド処理部14は、ベースバンド信号を測位演算部15へ出力する。
The
測位演算部15は、ベースバンド処理部14から入力されたベースバンド信号に基づいて、航法メッセージを読み取って衛星の軌道を取得し、自機の位置と、自機側の時計の誤差を公知の方法で計算する。測位演算部15は、この測位演算によって、GNSS衛星に搭載されている高精度な時計に同期した正確な時刻を得ることができる。また、測位演算部15は、測位演算を行うことにより、クロック信号のクロックオフセット(タイミング誤差)及びクロックドリフト(周波数変動)を算出する。測位演算部15は、タイミング誤差及びクロックドリフトを信号補正部16へ出力するとともに、クロックドリフトを更に制御部22(詳細は後述)へ出力する。
The
信号補正部16は、測位演算部15から入力されたクロックオフセット及びクロックドリフトに基づいてクロック信号を補正する。具体的には信号補正部16は、タイミング誤差に基づいてクロック信号の立ち上がりのタイミングを補正するとともに、クロックドリフトに基づいて周波数を補正する。また、信号補正部16は分周器の機能を有しており、補正したクロック信号を分周することで1PPS信号を生成する。なお、信号補正部16とは別に分周器を設けても良い。信号補正部16は、クロック信号を補正及び分周することで得られる1PPS信号を基準信号発生ブロック20へ出力する。
The
基準信号発生ブロック20は、位相比較部(比較部)21と、制御部22と、電圧制御発振器(基準信号発振部)23と、分周部24と、を備える。
The reference
電圧制御発振器23は、水晶振動子を共振器として使用したVCXOであり、外部から印加される制御電圧のレベルに応じて、出力する周波数が変更可能に構成されている。電圧制御発振器23が出力した基準周波数信号は、出力部42から外部のシステムへ出力される。
The voltage controlled
分周部24は、電圧制御発振器23から入力された基準周波数信号を分周して高い周波数から低い周波数に変換して位相比較部21へ出力する。また、低い周波数に変換された基準周波数信号は、基準タイミング信号(1PPS信号)として出力部43から外部へ出力される。なお、以下の説明では、基準周波数信号と基準タイミング信号を合わせて基準信号と称する。
The
位相比較部21は、分周部24が出力した基準タイミング信号と、信号補正部16が出力した1PPS信号と、を比較して位相差を算出する。位相比較部21が算出した位相差は、制御部22へ出力される。
The
制御部22は、位相比較部21から入力された位相差に基づいて、この位相差をゼロに近づけるように制御電圧を決定して電圧制御発振器23を制御する。これにより、経時変化や周囲の温度変化等に起因して電圧制御発振器23の特性の変動が生じたとしても、基準信号発生装置1の基準信号を高精度に保つことができる。なお、上述したように制御部22には、測位演算部15からクロックドリフトが入力されている。制御部22は、このクロックドリフトに基づいて電圧制御発振器23を制御する(詳細は後述)。
Based on the phase difference input from the
次に、圧電ノイズ、振動、又は急激な温度変化等によって温度補償型発振器11が出力するクロック信号の周波数が一時的に大きくズレた場合について図2から図4までを参照して説明する。
Next, a case where the frequency of the clock signal output from the temperature compensated
図2は、位相比較部が出力する位相差と、測位演算部が算出したクロックドリフトと、の時間変化を示すグラフである。このグラフは、周囲の温度を急激に上下させた環境下で、基準信号発生装置を用いて取得されたデータである。図2に示すように、時刻T1の前後において、クロックドリフトが急激に変化している。時刻T1の前後において基準信号発生装置が取得している衛星数が十分であったこと等を考慮すると、クロックドリフトの急激な変化は、圧電ノイズ、振動、又は急激な温度変化等に伴って発生する一時的な誤差であると考えられる。なお、クロック信号の周波数の急激な悪化は、周囲の温度を下降させたタイミングで生じている。 FIG. 2 is a graph showing temporal changes of the phase difference output from the phase comparison unit and the clock drift calculated by the positioning calculation unit. This graph is data obtained using the reference signal generator in an environment where the ambient temperature is rapidly increased or decreased. As shown in FIG. 2, the clock drift changes rapidly before and after time T1. Considering that the number of satellites acquired by the reference signal generator before and after time T1 is sufficient, a rapid change in clock drift occurs due to piezoelectric noise, vibration, or a rapid temperature change. This is considered to be a temporary error. Note that the rapid deterioration of the frequency of the clock signal occurs at the timing when the ambient temperature is lowered.
また、図2のグラフからは、クロックドリフトが急激に変化するのと略同じタイミングで位相差が急激に変化(悪化)していることが分かる。これは、クロック信号の周波数が急激に変化することにより、基準信号発生ブロック20の各部のカウントが乱れたためと考えられる。位相差が大きくなると、この位相差を小さくするように電圧制御発振器が制御される。しかし、この位相差は、温度補償型発振器の一時的な不具合に起因する位相差である。従って、この位相差をゼロに近づけるように電圧制御発振器を制御することで、基準周波数信号の周波数が、設定値からズレてしまう。
Further, it can be seen from the graph of FIG. 2 that the phase difference changes (deteriorates) abruptly at substantially the same timing as the clock drift changes abruptly. This is presumably because the count of each part of the reference
その後、温度補償型発振器の一時的な周波数のズレが回復した場合、基準周波数信号の周波数が設定値に近づくように制御される。しかし、基準周波数信号の周波数は急激に変化させることができないため、基準周波数信号の周波数が設定値に近づくまでには少し時間が掛かってしまう。このように、従来の制御では、温度補償型発振器の一時的な周波数のズレに適切に対応することができなかった。 Thereafter, when the temporary frequency shift of the temperature compensated oscillator is recovered, the frequency of the reference frequency signal is controlled to approach the set value. However, since the frequency of the reference frequency signal cannot be changed rapidly, it takes a little time for the frequency of the reference frequency signal to approach the set value. As described above, the conventional control cannot appropriately cope with the temporary frequency deviation of the temperature compensated oscillator.
この点、本実施形態の制御部22は、図3のフローチャートに示す制御を行うことにより、温度補償型発振器11の一時的な周波数のズレに対応することができる。以下、具体的に説明する。なお、図3及びそれ以降のフローチャートで示す処理は一例であり、処理の追加、削除、順序変更等を適宜行うことができる。
In this regard, the
制御部22は、測位演算部15からクロックドリフトを取得する(S101)。制御部22は、取得したクロックドリフトの変化量を算出する(S102)。具体的には、直近に取得したクロックドリフトと今回取得したクロックドリフトの差を求めることでクロックドリフトの変化量を算出する。クロックドリフトが増加した場合は変化量は正となり、クロックドリフトが減少した場合はへ変化量は負となる。なお、クロックドリフトの変化量の算出方法は任意であり、直近に取得したクロックドリフトだけでなくその前に取得したクロックドリフトを考慮して決定しても良い。
The
次に、制御部22は、S102で算出した変化量の絶対値が閾値を超えるか否かを判定する(S103)。ここで、図4のグラフは、図2の条件下におけるクロックドリフトの変化量と閾値を示すグラフである。基準信号発生装置1には、正の閾値と負の閾値が設定されており、制御部22は、クロックドリフトの変化量がその間にある場合は「閾値を超えていない」と判断し、正の閾値より大きい又は負の閾値より小さい場合は「閾値を超えた」と判断する。図4に示すように、時刻T1の直後においてクロックドリフトの変化量は閾値を超えている。
Next, the
制御部22は、クロックドリフトの変化量が閾値を超えたと判断した場合、位相比較部21が検出した位相差を考慮した電圧制御発振器23の制御を一時的に中断して制御電圧を固定する(S104)。これは、クロックドリフトの変化量が閾値を超えている場合は、温度補償型発振器11の一時的な不具合に起因して位相差が生じていると考えられるためである。このS104の処理を行うことにより、基準周波数信号の周波数が設定値からズレることを防止できる。
When the
次に、制御部22は、S104の処理から所定時間(数秒程度)が経過したと判断した場合(S105)、再びクロックドリフトの変化量が閾値を超えたか否か判定する(S106)。ここで、クロックドリフトの変化量が閾値を超えなくなった場合、温度補償型発振器11が正常に戻ったと判断して、位相差を考慮した電圧制御発振器23の制御を再開する(S107)。
Next, when it is determined that the predetermined time (about several seconds) has elapsed since the process of S104 (S105), the
以上の処理を繰り返すことにより、温度補償型発振器11が生成したクロック信号の周波数が一時的にズレた場合であっても、基準周波数信号の周波数のズレを防止できる。従って、図2に示す条件で本実施形態の制御を行った場合、時刻T1の前後で位相差を考慮した制御が中断されるので、基準周波数信号の周波数が変化しないため、基準周波数信号の周波数が設定値からズレることを防止できる。
By repeating the above processing, even if the frequency of the clock signal generated by the temperature compensated
次に、図5を参照して、第1実施形態の変形例を説明する。図5は、本変形例の制御部22が行う制御を示すフローチャートである。なお、図5のS204及びS207以外の処理は、図3に示すフローチャートと同じであるので説明を省略する。
Next, a modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart showing the control performed by the
上記実施形態では、クロックドリフトの変化量が閾値を超えた場合、位相差を全く考慮せずに電圧制御発振器23を制御する(換言すれば位相差が制御に及ぼす影響がゼロとなる)。この点、本変形例の制御部22は、クロックドリフトの変化量が大きくなるに従って、位相差の影響が小さくなるように電圧制御発振器23を制御する。位相差の影響を調整する方法としては、例えば制御部22(ループフィルタ)の乗数を変更する方法がある。
In the above embodiment, when the amount of change in the clock drift exceeds the threshold value, the voltage controlled
ここで、クロックドリフトの変化量が大きい場合、温度補償型発振器11が出力する周波数が急激に変化しているため、周波数の一時的な乱れが発生している可能性が高い。そのため、本変形例のように制御を行うことで、一時的な乱れを適切に防止しつつ、一時的な乱れかどうか判断が難しい場合に位相差の影響をある程度考慮することができる。
Here, when the amount of change in the clock drift is large, the frequency output from the temperature compensated
以上に説明したように、第1実施形態の基準信号発生装置1は、温度補償型発振器11と、測位演算部15と、信号補正部16と、電圧制御発振器23と、位相比較部21と、制御部22と、を備える。温度補償型発振器11は、クロック信号を生成するための信号を発振する。測位演算部15は、GNSS信号に基づいて測位演算を行うことでクロック信号の周波数変動を示すクロックドリフトを検出する。信号補正部16は、測位演算部15が検出したクロックドリフトに基づいてクロック信号を補正する。電圧制御発振器23は、外部へ出力される基準信号を発振する。位相比較部21は、補正されたクロック信号と、電圧制御発振器23が出力した基準信号と、を比較する。制御部22は、測位演算部15が検出したクロックドリフトの変化量が閾値を超えていない場合は、位相比較部21の比較結果に基づいて電圧制御発振器23を制御し、クロックドリフトの変化量が閾値を超えた場合は、クロックドリフトの変化量が閾値を超えていない場合よりも比較結果が当該制御に及ぼす影響が小さくなるように電圧制御発振器23を制御する。
As described above, the reference signal generator 1 according to the first embodiment includes the
これにより、圧電ノイズ、振動、又は急激な温度変化等によってクロック信号の周波数が一時的にズレた場合であっても、位相比較部21の比較結果の影響が小さくなるように制御部22が電圧制御発振器23を制御するため、基準信号の精度を維持することができる。
As a result, even when the frequency of the clock signal is temporarily shifted due to piezoelectric noise, vibration, sudden temperature change, or the like, the
次に、図6を参照して、第2実施形態について説明する。上記の第1実施形態では、温度補償型発振器11が出力する信号の周波数が一時的に大きくズレたことを検出するために、クロックドリフトを用いている。これに対し、第2実施形態では、GNSS衛星を検出(サーチ)できたか否かに基づいて、この周波数のズレを検出している。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In the first embodiment, the clock drift is used to detect that the frequency of the signal output from the temperature compensated
具体的には、GNSS衛星は、衛星毎に特定の周波数帯が用いられており、受信機側で該当する周波数帯を生成することでGNSS衛星を検出している。そのため、圧電ノイズ、振動、又は急激な温度変化等によってクロック信号の周波数が一時的にズレた場合、一定の周波数帯を生成しているつもりであっても異なる周波数帯が生成される。これにより、GNSS衛星を検出できなくなる。なお、GNSS衛星が検出できなくなる他の要因としては、GNSSアンテナ2の切断又は時間の経過によるGNSS衛星の移動が考えられる。
Specifically, a specific frequency band is used for each GNSS satellite, and the GNSS satellite is detected by generating a corresponding frequency band on the receiver side. Therefore, when the frequency of the clock signal is temporarily shifted due to piezoelectric noise, vibration, rapid temperature change, or the like, different frequency bands are generated even if a constant frequency band is intended to be generated. As a result, the GNSS satellite cannot be detected. As other factors that make it impossible to detect the GNSS satellite, it is conceivable that the
以下、第2実施形態で行われる制御について図6のフローチャートを参照して説明する。基準信号発生装置1は、GNSS衛星が一斉に検出できなくなったか否かを判断する(S301)。時間の経過によりGNSS衛星が移動した場合、GNSS衛星は少しずつ検出できなくなる。そのため、GNSS衛星が一斉に検出できなくなった場合は、温度補償型発振器11が出力する信号の周波数が一時的に大きくズレたか、GNSSアンテナ2が切断されたと考えられる。
Hereinafter, the control performed in the second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The reference signal generator 1 determines whether or not the GNSS satellites can no longer be detected all at once (S301). When the GNSS satellite moves over time, the GNSS satellite cannot be detected little by little. For this reason, when the GNSS satellites cannot be detected all at once, it is considered that the frequency of the signal output from the temperature compensated
基準信号発生装置1は、GNSS衛星が一斉に検出できなくなった場合、GNSSアンテナ2の接続状態が正常か否か判断する(S302)。この判断は、アンテナ検出機能を用いて行うことができる。アンテナ検出機能とは、アンテナ電流を参照してGNSSアンテナが接続されているか否かを検出する機能である。なお、S302の処理は、GNSSアンテナ2の接続状態だけでなく、GNSSアンテナ2自体が正常か否かを判断しても良い。
When the GNSS satellites cannot be detected all at once, the reference signal generator 1 determines whether or not the connection state of the
ここで、GNSSアンテナの接続状態が正常である場合、温度補償型発振器11が出力する信号の周波数が一時的に大きくズレたと考えられる。従って、この場合は、第1実施形態と同様に位相差を考慮した電圧制御発振器23の制御を中断する(S303)。その後、所定時間が経過したと判断すると(S304)、基準信号発生装置1は、複数のGNSS衛星を検出したか否かを判断する(S305)。複数のGNSS衛星を検出できた場合、温度補償型発振器11が出力する信号が正常に戻ったと考えられるので、位相差を考慮した電圧制御発振器23の制御を再開する(S306)。
Here, when the connection state of the GNSS antenna is normal, it is considered that the frequency of the signal output from the temperature compensated
なお、ステップS301においてGNSS衛星が「一斉に」検出できなくなった場合と説明したが、GNSS衛星の検出数が徐々に減少していってGNSS衛星が検出できなくなった場合も異常事態と考えられるため、位相差を考慮した電圧制御発振器23の制御を中断する処理(S303)を行うことも妥当と考えられる。従って、ステップS301から「一斉に」という限定を外しても良い。
Although it has been described that the GNSS satellites cannot be detected all at once in step S301, it is considered an abnormal situation when the number of detected GNSS satellites gradually decreases and the GNSS satellites cannot be detected. It is also considered appropriate to perform the process of interrupting the control of the voltage controlled
同様に、ステップS302において、GNSSアンテナ2の接続状態が正常でない場合も異常事態と考えられるため、この場合に位相差を考慮した電圧制御発振器23の制御を中断する処理(S303)を行うことも妥当と考えられる。従って、ステップS302の処理を省略しても良い。
Similarly, in step S302, if the connection state of the
以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。 The preferred embodiments and modifications of the present invention have been described above, but the above configuration can be modified as follows, for example.
上記実施形態では、クロックドリフトの変化量に基づいて位相差の利用の可否を決定したが、同等のパラメータ(クロックバイアスの2階微分等)に基づいて位相差の利用の可否を決定しても良い。 In the above embodiment, whether or not the phase difference can be used is determined based on the amount of change in the clock drift, but whether or not the phase difference can be used is determined based on an equivalent parameter (such as a second-order differential of the clock bias). good.
上記実施形態では、2つの信号の位相を比較する位相比較部21を用いたが、位相比較部21の代わりに、2つの信号の周波数を比較する周波数比較部を設けても良い。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、クロック信号発振部として温度補償型発振器11を用い、基準信号発振部として電圧制御発振器23を用いる例を説明したが、他の発振器を用いても良い。例えば、OCXO(恒温槽付き水晶発振器)、水晶以外の原子発振器(ルビジウム発振器等)、コイルとコンデンサとで構成されたLC発振器等を用いることができる。
In the above embodiment, the temperature compensated
基準信号発生装置1が備える各部は、ハードウェアではなくソフトウェアとして構成することもできる。 Each unit included in the reference signal generating device 1 can be configured as software instead of hardware.
1 基準信号発生装置
10 GNSS受信ブロック
11 温度補償型発振器(クロック信号発振部)
12 シンセサイザ
13 ダウンコンバータ部
14 ベースバンド処理部
15 測位演算部
16 信号補正部
20 基準信号発生ブロック
21 位相比較部(比較部)
22 制御部
23 電圧制御発振器(基準信号発振部)
24 分周部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
DESCRIPTION OF
22
24 divider
Claims (8)
GNSS信号に基づいて測位演算を行うことで前記クロック信号の周波数変動を示すクロックドリフトを検出する測位演算部と、
前記測位演算部が検出したクロックドリフトに基づいて前記クロック信号を補正する信号補正部と、
外部へ出力される基準信号を発振する基準信号発振部と、
補正された前記クロック信号と、前記基準信号発振部が出力した前記基準信号と、を比較する比較部と、
前記測位演算部が検出した前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えていない場合は、前記比較部の比較結果に基づいて前記基準信号発振部を制御し、前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えた場合は、前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えていない場合よりも前記比較結果が当該制御に及ぼす影響が小さくなるように前記基準信号発振部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする基準信号発生装置。 A clock signal oscillator for oscillating a clock signal or a signal for generating the clock signal;
A positioning calculation unit that detects a clock drift indicating a frequency variation of the clock signal by performing a positioning calculation based on a GNSS signal;
A signal correction unit for correcting the clock signal based on the clock drift detected by the positioning calculation unit;
A reference signal oscillator for oscillating a reference signal output to the outside;
A comparison unit that compares the corrected clock signal with the reference signal output from the reference signal oscillation unit;
When the change amount of the clock drift detected by the positioning calculation unit does not exceed the threshold value, the reference signal oscillation unit is controlled based on the comparison result of the comparison unit, and the change amount of the clock drift exceeds the threshold value A control unit that controls the reference signal oscillation unit so that the influence of the comparison result on the control is smaller than when the amount of change in the clock drift does not exceed a threshold value,
A reference signal generation device comprising:
前記制御部は、前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えた場合は、前記比較結果を用いずに前記基準信号発振部を制御することを特徴とする基準信号発生装置。 The reference signal generator according to claim 1,
The control unit controls the reference signal oscillation unit without using the comparison result when the change amount of the clock drift exceeds a threshold value.
前記制御部は、前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えた場合は、前記クロックドリフトの変化量が大きくなるに従って前記比較結果の影響が小さくなるように前記基準信号発振部を制御することを特徴とする基準信号発生装置。 The reference signal generator according to claim 1,
When the amount of change in the clock drift exceeds a threshold, the control unit controls the reference signal oscillation unit so that the influence of the comparison result decreases as the amount of change in the clock drift increases. Reference signal generator.
前記制御部は、前記クロックドリフトの変化量が閾値以上になってから所定時間が経過した後に、前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えていない場合、前記比較結果に基づいて前記基準信号発振部を制御することを特徴とする基準信号発生装置。 The reference signal generator according to any one of claims 1 to 3,
When the clock drift change amount does not exceed the threshold value after a predetermined time has elapsed since the clock drift change amount becomes equal to or greater than the threshold value, the control unit determines the reference signal oscillation unit based on the comparison result. And a reference signal generator.
外部から取得したクロック信号と、前記基準信号発振部が出力した前記基準信号と、を比較する比較部と、
前記クロック信号の周波数変動を示すクロックドリフトを取得し、前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えていない場合は、前記比較部の比較結果に基づいて前記基準信号発振部を制御し、前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えた場合は、前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えていない場合よりも前記比較結果が当該制御に及ぼす影響が小さくなるように前記基準信号発振部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする基準信号発生装置。 A reference signal oscillator for oscillating a reference signal output to the outside;
A comparison unit that compares a clock signal acquired from the outside and the reference signal output by the reference signal oscillation unit;
When the clock drift indicating the frequency variation of the clock signal is acquired and the amount of change in the clock drift does not exceed a threshold, the reference signal oscillation unit is controlled based on the comparison result of the comparison unit, and the clock drift The control unit that controls the reference signal oscillation unit so that the influence of the comparison result on the control is less when the change amount of the clock drift exceeds the threshold value than when the change amount of the clock drift does not exceed the threshold value When,
A reference signal generation device comprising:
GNSS信号に基づいて測位演算を行うことで前記クロック信号の周波数変動を示すクロックドリフトを検出する測位演算部と、
前記測位演算部が検出したクロックドリフトに基づいて前記クロック信号を補正する信号補正部と、
外部へ出力される基準信号を発振する基準信号発振部と、
補正された前記クロック信号と、前記基準信号発振部が出力した前記基準信号と、を比較する比較部と、
前記比較部の比較結果に基づいて前記基準信号発振部を制御するとともに、GNSS衛星が検出できなくなった場合に、前記比較結果が前記基準信号発振部の制御に及ぼす影響が小さくなるように前記基準信号発振部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする基準信号発生装置。 A clock signal oscillator for oscillating a clock signal or a signal for generating the clock signal;
A positioning calculation unit that detects a clock drift indicating a frequency variation of the clock signal by performing a positioning calculation based on a GNSS signal;
A signal correction unit for correcting the clock signal based on the clock drift detected by the positioning calculation unit;
A reference signal oscillator for oscillating a reference signal output to the outside;
A comparison unit that compares the corrected clock signal with the reference signal output from the reference signal oscillation unit;
The reference signal oscillation unit is controlled based on the comparison result of the comparison unit, and when the GNSS satellite cannot be detected, the reference result is reduced so that the influence of the comparison result on the control of the reference signal oscillation unit is reduced. A control unit for controlling the signal oscillation unit;
A reference signal generation device comprising:
前記制御部は、前記GNSS衛星が一斉に検出できなくなったか否か、及び、GNSSアンテナが正常に機能しているか否かに基づいて、前記比較結果の影響が小さくなるように前記基準信号発振部を制御することを特徴とする基準信号発生装置。 The reference signal generator according to claim 6, wherein
The control unit is configured to reduce the influence of the comparison result based on whether the GNSS satellites cannot be detected all at once and whether the GNSS antenna functions normally. And a reference signal generator.
GNSS信号に基づいて測位演算を行うことで前記クロック信号の周波数変動を示すクロックドリフトを検出する測位演算工程と、
前記測位演算工程で検出したクロックドリフトに基づいて前記クロック信号を補正する信号補正工程と、
基準信号発振部を制御して外部へ出力される基準信号を発振する基準信号発振工程と、
補正された前記クロック信号と、前記基準信号発振工程で出力した前記基準信号と、を比較する比較工程と、
前記測位演算工程で検出した前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えていない場合は、前記比較工程での比較結果に基づいて前記基準信号発振部を制御し、前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えた場合は、前記クロックドリフトの変化量が閾値を超えていない場合よりも前記比較結果が当該制御に及ぼす影響が小さくなるように前記基準信号発振部を制御する制御工程と、
を含むことを特徴とする基準信号発生方法。 A clock signal oscillation step of oscillating a clock signal or a signal for generating the clock signal;
A positioning calculation step of detecting a clock drift indicating a frequency variation of the clock signal by performing a positioning calculation based on a GNSS signal;
A signal correction step of correcting the clock signal based on the clock drift detected in the positioning calculation step;
A reference signal oscillation process for controlling the reference signal oscillation unit to oscillate a reference signal output to the outside;
A comparison step of comparing the corrected clock signal with the reference signal output in the reference signal oscillation step;
When the change amount of the clock drift detected in the positioning calculation step does not exceed a threshold value, the reference signal oscillation unit is controlled based on the comparison result in the comparison step, and the change amount of the clock drift exceeds the threshold value. If exceeded, a control step of controlling the reference signal oscillation unit so that the influence of the comparison result on the control is less than when the amount of change in the clock drift does not exceed a threshold;
A method for generating a reference signal, comprising:
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