JP2017143498A - 恒温槽付発振器、位置情報算出装置、及び基準信号発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】恒温槽付発振器の温度を制御する制御部において、雑音の混入を防止可能であって、現代制御を容易に実装可能な構成を提供する。【解決手段】恒温槽付発振器２３は、電圧制御発振器３０と、温度センサ５１と、ヒータ５７と、制御部５４と、を備える。電圧制御発振器３０は、恒温槽内に配置され、所定の周波数の信号を発生させる。温度センサ５１は、前記恒温槽内の温度又は当該温度に関連する値を取得する。ヒータ５７は、前記恒温槽内を加熱する。制御部５４は、デジタル回路で構成され、温度センサ５１が取得した温度に基づいて、ヒータ５７を制御するための加熱制御信号を生成する。【選択図】図２

Description

本発明は、主として、恒温槽付発振器に関する。詳細には、恒温槽内の温度を制御する構成に関する。

従来から、携帯電話の基地局やデジタル放送の送信局等では、信号を送信するタイミングや周波数の同期を行うために、基準信号発生装置が発生させた基準信号を用いている。基準信号発生装置は、発振器の出力信号と、ＧＮＳＳ受信機から得られる高精度なリファレンス信号と、を同期させることで高精度な出力信号を発生させる。

特許文献１には、基準信号発生装置の発振器にリングオシレータを用いた構成が開示されている。また、特許文献２には、積算回路等を備えた数値制御発振器を利用して正弦波信号を生成する構成が開示されている。

ところで、発振器は温度特性を有しており、同じ制御量を与えた場合であっても、周囲の温度に応じて異なる周波数の信号が発生する。そのため、従来から、周囲の温度を取得して、当該温度に応じて制御量を補正する構成の温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）が知られている。また、発振器を恒温槽で覆い、恒温槽内が一定の温度となるように制御を行う構成の恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ）についても知られている。

特開２００５−４５６７４号公報 特開２０１０−２７３２９９号公報

ところで、恒温槽内を一定の温度になるように制御を行う制御部として、従来は、アナログ回路で構成されたループフィルタ等が用いられていた。このループフィルタは、恒温槽内の目標温度と、現在の恒温槽内の温度と、の温度差がゼロになるようにヒータの出力を調整する。

しかし、従来のループフィルタは、アナログ回路で構成されるため、雑音が混入することがあった。また、アナログ回路で構成されたループフィルタは、複雑な現代制御等を実装することが困難となることがあった。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、恒温槽付発振器の温度を制御する制御部において、雑音の混入を防止可能であって、現代制御を容易に実装可能な構成を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

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。

本発明の第１の観点によれば、以下の構成の恒温槽付発振器が提供される。即ち、この恒温槽付発振器は、発振部と、温度取得部と、加熱部と、制御部と、を備える。前記発振部は、恒温槽内に配置され、所定の周波数の信号を発生させる。前記温度取得部は、前記恒温槽内の温度又は当該温度に関連する値を取得する。前記加熱部は、前記恒温槽内を加熱する。前記制御部は、デジタル回路で構成され、前記温度取得部が取得した温度に基づいて、前記加熱部を制御するための加熱制御信号を生成する。

これにより、制御部をデジタル回路で構成することで、雑音等の影響を軽減することができるので、加熱部の制御を的確に行うことができる。また、Ｉ−ＰＤ制御、Ｈ∞制御、ファジー制御、及びこれらを組み合わせた制御等（現代制御）を比較的容易に実装できる。

前記の恒温槽付発振器においては、前記制御部は、外部から受信した内容に応じて、加熱制御信号の生成方法を更新することが好ましい。

これにより、本願では制御部がデジタル回路で構成されるため、ＦＰＧＡによるハードウェアの更新や、ネットワークを介したソフトウェアの更新等により、加熱制御信号の生成方法を容易に更新できる。従って、使用する発振部の変更や、生成方法の改善等に柔軟に対応することができる。

前記の恒温槽付発振器においては、前記制御部は、前記温度取得部が取得した温度と、前記恒温槽内の目標温度と、の温度差に基づいて、当該温度差に対する追従性を変化させることが好ましい。

これにより、例えば温度差が小さいときは追従性を低くすることで、温度を安定させる（温度変化を小さくする）ことができる。一方、温度差が大きいときは追従性を高くすることで、当該温度差を素早くゼロに近づけることができる。

前記の恒温槽付発振器においては、デジタル回路で構成され、前記制御部が出力する加熱制御信号を変調する変調部を備えることが好ましい。

これにより、制御部だけでなく変調部もデジタル回路で構成することで、加熱制御信号に雑音が混入することを一層抑制することができる。

前記の恒温槽付発振器においては、前記変調部は、ΔΣ変調を行うことが好ましい。

これにより、安価な構成で高い分解能を発揮させることができる。

前記の恒温槽付発振器においては、前記変調部は、パルス幅変調を行うことが好ましい。

これにより、安価な構成で高い分解能を発揮させることができる。

前記の恒温槽付発振器においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、この恒温槽付発振器は、アナログフィルタを備える。前記変調部により変調された加熱制御信号は、前記アナログフィルタを通過した後に、前記加熱部に入力される。

これにより、加熱制御信号に含まれるスプリアスを軽減することができる。

前記の恒温槽付発振器においては、前記変調部により変調された加熱制御信号は、直接的に前記加熱部に入力されることが好ましい。

これにより、加熱部がパルス幅等で制御可能であれば、部品点数を減らして、安価かつコンパクトな構成が実現できる。

前記の恒温槽付発振器においては、前記加熱部は、演算による回路の発熱を利用して恒温槽内の加熱を行うことが好ましい。

これにより、制御部等に加えて、加熱部もデジタル回路で構成できるので、アナログフィルタ等を省略して部品点数を減らすことができる。

前記の恒温槽付発振器においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記発振部はデジタル制御発振器である。前記温度取得部は、恒温槽内に配置された前記発振部の出力と、恒温槽外に配置された第２発振部の出力と、を比較することで、温度に関連する値を取得する。

これにより、恒温槽付発振器を全てデジタル化することができる。従って、コンパクトかつ安価な構成が実現できる。

前記の恒温槽付発振器においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、この恒温槽付発振器は、補償値算出部と、制御値補正部と、を備える。前記補償値算出部は、前記発振部の周囲の温度と、当該発振部の温度特性と、を考慮して、当該発振部に設定する発振制御値を補正するための補償値を算出する。前記制御値補正部は、前記補償値算出部が算出した補償値に基づいて、前記発振制御値を補正して前記発振部に出力する。

これにより、恒温槽による温度補償だけでなく、補償値算出部による温度補償が行われることとなるので、温度変化に基づく周波数変化の影響を一層軽減することができる。

本発明の第２の観点によれば、前記の恒温槽付発振器と、前記恒温槽付発振器が出力する信号をクロックとして用い、ＧＮＳＳ衛星からの電波に基づいて位置情報を取得するＧＮＳＳ受信部と、を備える位置情報算出装置が提供される。

これにより、本願の恒温槽付発振器は温度特性の影響が小さいので、衛星捕捉時に、発振部自身の周波数ズレをあまり考慮しなくて良い。従って、ＧＮＳＳ受信部の周波数のサーチ範囲が広くなるため、ＴＴＦＦ（初期位置算出時間）を短縮することができる。

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、発振器制御部と、出力部と、を備える。前記発振器制御部は、位相を比較し、比較結果に基づいて前記恒温槽付発振器を制御する。前記出力部は、前記恒温槽付発振器が出力する信号又は当該信号に基づく信号を基準信号として出力する。

これにより、恒温槽内の温度を的確に制御できるので、基準信号発生装置の設置箇所の温度変化の影響を軽減可能な基準信号発生装置が実現できる。

前記の基準信号発生装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、この基準信号発生装置は、ＧＮＳＳアンテナと、ＧＮＳＳ受信部と、を備える。前記ＧＮＳＳアンテナは、前記発振器制御部と同じ基板に取り付けられ、ＧＮＳＳ衛星からの測位信号を受信する。前記ＧＮＳＳ受信部は、前記発振器制御部と同じ基板に取り付けられ、前記ＧＮＳＳアンテナが受信した測位信号に基づいてリファレンス信号を生成する。

これにより、ＧＮＳＳアンテナと基板とを接続するケーブルを配設する必要がなくなるため、基準信号発生装置の設置コストを低減することができる。

本発明の一実施形態に係る基準信号発生装置の構成を示すブロック図。 恒温槽付発振器の構成を示すブロック図。 恒温槽付発振器の第１変形例を示すブロック図。 恒温槽付発振器の第２変形例を示すブロック図。 電圧制御発振器の代わりに用いられるリングオシレータを説明する図。 恒温槽付発振器の第３変形例を示すブロック図。 恒温槽付発振器が位置情報算出装置に適用される例を示すブロック図。

次に発明の実施の形態について説明する。初めに、図１を参照して、基準信号発生装置１０の全体構成について説明する。図１は、本実施形態の基準信号発生装置１０を概略的に示したブロック図である。

本実施形態の基準信号発生装置１０は、携帯電話の基地局、地上デジタル放送の送信局及びＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）の通信設備等に用いられるものであり、接続されるユーザ側の機器に基準タイミング信号や基準周波数信号を提供するものである。以下に、基準信号発生装置１０の各部の構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態の基準信号発生装置１０は、ＧＰＳ受信部２１と、発振器制御部２２と、恒温槽付発振器２３と、分周部２４と、を備える。発振器制御部２２、恒温槽付発振器２３、及び分周部２４は、ＰＬＬ回路４４を構成している。

基準信号発生装置１０の入力部４１には、ＧＰＳアンテナ（ＧＮＳＳアンテナ）１１が接続されている。ＧＰＳアンテナ１１がＧＰＳ衛星（ＧＮＳＳ衛星）から受信した測位用信号は、この入力部４１を介して、ＧＰＳ受信部２１へ入力される。ＧＰＳ受信部２１は、この測位用信号に基づいて測位計算を行うことで、リファレンス信号（１秒に１回のパルス信号）を生成する。このリファレンス信号は、協定世界時（ＵＴＣ）の１秒に正確に同期するように適宜較正されている。

恒温槽付発振器２３は、外部から印加される電圧（発振制御値）によって出力する周波数を変更可能に構成されている。この恒温槽付発振器２３の出力信号は、基準周波数信号として出力部４２から外部のユーザ側のシステムへ出力されるとともに、分周部２４に入力される。なお、恒温槽付発振器２３の詳細については後述する。

分周部２４は、恒温槽付発振器２３から入力される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、得られた位相比較用信号を発振器制御部２２へ出力するように構成されている。また、この位相比較用信号は、基準タイミング信号（１ＰＰＳ信号）として出力部４３から外部のユーザ側のシステムに対しても出力される。例えば、恒温槽付発振器２３が出力する基準周波数が１０ＭＨｚである場合、分周部２４は、恒温槽付発振器２３が出力する１０ＭＨｚの信号を分周比１／１０００００００で分周して、１Ｈｚの位相比較用信号を生成する。

発振器制御部２２には、前記リファレンス信号と、この位相比較用信号と、が入力される。発振器制御部２２は、これらの信号の位相を比較して位相差を求め、その位相差に基づく信号（位相差信号）を生成する。また、発振器制御部２２は、この位相差信号の高周波成分の遮断及び雑音の除去を行った後に、位相差信号を恒温槽付発振器２３へ出力する。なお、発振器制御部２２は、両信号の比較結果を出力する構成であれば良く、信号の処理方法は任意である。

以上に説明した構成によって、ＰＬＬ回路４４のループが構成され、リファレンス信号としての１ＰＰＳ信号に出力信号が同期するように恒温槽付発振器２３が制御される。従って、ＧＰＳ受信部２１が１ＰＰＳ信号を生成して基準信号発生装置１０に供給し、当該１ＰＰＳ信号に対してＰＬＬがロックしている限り、経時変化や周囲の温度変化等に起因して恒温槽付発振器２３の特性の変動が生じたとしても、基準信号発生装置１０の基準信号を高精度に保つことができる。

次に、恒温槽付発振器２３について詳細に説明する。図２は、恒温槽付発振器２３の構成を示すブロック図である。図３は、恒温槽付発振器２３の第１変形例を示すブロック図である。

図２に示すように、恒温槽付発振器２３は、第１温度補償部５０と、第２温度補償部６０と、を備えている。第１温度補償部５０は、恒温槽による温度補償を実現する構成であり、ＯＣＸＯに相当する部分である。第２温度補償部６０は、補償値を算出して温度補償を実現する構成であり、ＴＣＸＯに相当する部分である。

初めに、第１温度補償部５０について説明する。第１温度補償部５０は、電圧制御発振器（発振部）３０と、温度センサ（温度取得部）５１と、目標値出力部５２と、減算部５３と、制御部５４と、変調部５５と、アナログフィルタ５６と、ヒータ（加熱部）５７と、を備えている。

電圧制御発振器３０は、水晶振動子を共振器として使用したＶＣＸＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）であり、外部から印加される電圧（発振制御値）のレベルによって出力する周波数を変更可能に構成されている。なお、電圧制御発振器３０は、恒温槽内に配置されている。

温度センサ５１は、恒温槽内の温度を検出するセンサである。本実施形態では、電圧制御発振器３０の特性等に応じて、恒温槽内の目標温度が予め設定されている。目標値出力部５２は、この目標温度を出力する。減算部５３は、目標値出力部５２が出力する目標温度から、温度センサ５１が出力する温度を減算する等して、目標温度との差（温度差）を求め、制御部５４へ出力する。

制御部５４は、デジタル回路で構成されている。具体的には、制御部５４は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）やＣＰＵ等で構成されている。制御部５４は、現在の温度が目標温度に近づくように、ヒータ５７をデジタル制御するための加熱制御信号を生成する。

変調部５５は、制御部５４とともにデジタル回路で構成されている。変調部５５が行う変調としては、例えばΔΣ変調やパルス幅変調が考えられる。変調部５５により変調された加熱制御信号は、アナログフィルタ５６によってアナログ信号として出力される。なお、ΔΣ変調やパルス幅変調とアナログフィルタ５６によってＤ／Ａ変換を行うことで、従来のＤ／Ａコンバータを使用する場合と比較して、分解能を向上させることができるとともに、安価な構成とすることができる。

ヒータ５７は、恒温槽内に配置されている。ヒータ５７は、例えば、トランジスタ及び抵抗で構成されており、加熱制御信号に応じた電流を流すことで恒温槽内を加熱することができる。なお、トランジスタとしては、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等を利用することができる。また、抵抗に代えてコイルを利用することもできる。

ところで、恒温槽内の温度が目標温度より低い場合、制御部５４は、ヒータ５７を動作させる指示を行う。しかし、ヒータ５７の出力を大きくすると、ヒータ５７が動作してから実際に恒温槽内の温度が上昇するまではタイムラグがあること等から、恒温槽内の温度が目標温度を超えてしまうことがある（オーバーシュート）。更に、ヒータ５７の出力が大きい場合は、恒温槽内の温度と目標温度との差が小さいときに、恒温槽内の温度が上下して安定しないことがある（ハンチング）。一方で、ヒータ５７の出力を小さくすると、恒温槽内の温度が目標温度になるまでの時間が長くなってしまう。

以上の点を考慮して、本実施形態では、現在の温度と目標温度との差（温度差）に応じて、追従性を変化させる制御を行う。具体的には、温度差が所定以上小さいときは、ＰＩＤ制御等により加熱制御信号を生成することで、上記のオーバーシュート及びハンチング等を防止できる。一方、温度差が所定よりも大きいときは、ヒータ５７の出力を最大にする（追従性を高くする）ように加熱制御信号を生成することで、ＰＩＤ制御を行うよりも素早く目標温度に近づけることができる。なお、ここで説明した制御は一例であり、Ｈ∞制御、ファジー制御、及びそれらを組み合わせた制御等を行うこともできる。特に、本実施形態は発振器制御部２２がデジタル回路で構成されているので、このような現代制御を比較的容易に実装できる。

更に、発振器制御部２２がデジタル回路で構成されているので、工場出荷後であっても、加熱制御信号の生成方法を容易に変更することができる。具体的には、発振器制御部２２がＦＰＧＡである場合、ＦＰＧＡの構成を再定義（再構成）することで、加熱制御信号の生成方法を変更できる。また、発振器制御部２２がＣＰＵで構成される場合、ＣＰＵが実行するプログラムを、ネットワークを介して更新することで、加熱制御信号の生成方法を変更できる。

なお、アナログフィルタ５６は必須ではなく、ヒータ５７がパルス幅により制御可能である場合は、図３に示すようにアナログフィルタ５６を省略した構成であっても良い（第１変形例）。この場合、スプリアスが除去できないが、部品点数を減らせるという利点がある。

次に、第２温度補償部６０について説明する。図２に示すように、第２温度補償部６０は、電圧制御発振器３０と、温度センサ６１と、補償値算出部６２と、制御値補正部６３と、変調部６４と、アナログフィルタ６５と、を備えている。

温度センサ６１は、電圧制御発振器３０の周囲の温度を検出するセンサである。なお、温度センサ６１を省略し、温度センサ５１の検出結果を利用することもできる。

補償値算出部６２は、電圧制御発振器３０の周囲の温度により生じる周波数のズレを予め補正するための補償値を算出する。この補償値は、温度センサ６１の検出結果と、電圧制御発振器３０の温度特性と、に基づいて、算出される。なお、電圧制御発振器３０の温度特性は、予め記憶したテーブル等を使用し続けても良いし、当該テーブルを更新して使用しても良い。

制御値補正部６３は、制御部５４と同様にデジタル回路で構成されており、発振器制御部２２が出力した制御電圧（発振制御値）に、この補償値を加えることにより、発振制御値を補正する。この発振制御値は、デジタル回路で構成された変調部６４により適宜変調され、アナログフィルタ６５を通過させることで、アナログ信号として電圧制御発振器３０へ出力される。電圧制御発振器３０は、この発振制御値に応じた周波数の信号を出力信号として出力する。

第２温度補償部６０は、以上のように構成される。なお、第２温度補償部６０は、図４に示すように構成されていても良い（第２変形例）。第２変形例の第２温度補償部６０は、目標温度を出力する目標値出力部６６と、目標温度と温度センサ６１が検出した温度の温度差を算出する減算部６７と、を備えている。また、制御値補正部６３は、減算部６７が出力した温度差を打ち消すように、発振制御値を補正して出力する。

このように、本実施形態では、第１温度補償部５０及び第２温度補償部６０を備え、かつ、それぞれがデジタル制御を行うため、基準信号発生装置１０の設置箇所の温度変化に対して耐性を持たせることができる。

また、上記では、水晶発振器である電圧制御発振器３０を発振部とする例を説明したが、発振部はこれに限られず、ルビジウム発振器、数値制御発振器、リングオシレータ、及びＬＣ−ＤＣＯ（デジタル制御ＬＣ発振器）等を利用することができる。以下、リングオシレータ及びＬＣ−ＤＣＯについて説明する。なお、以下のリングオシレータ及びＬＣ−ＤＣＯは公知の構成であるため、簡単に説明する。図５は、電圧制御発振器３０の代わりに用いられるリングオシレータ３１，３２、又はＬＣ−ＤＣＯ３３（発振部）を説明する図である。なお、以下の説明において、制御値補正部６３が出力する発振制御値は、制御電圧ではなく、それぞれのリングオシレータ又はＬＣ−ＤＣＯを制御するための値である。

図５（ａ）に示すリングオシレータ３１は、インバータ７１と、遅延素子７２と、セレクタ７３と、を備えている。インバータ７１は、信号のＨＩとＬＯＷを反転させる。遅延素子７２は、信号を所定時間だけ遅延させる。また、リングオシレータ３１は、段数に応じて通過する遅延素子７２の数が異なるように構成された複数段の回路を有している。この複数段の回路を通過した信号は、それぞれセレクタ７３へ出力される。

セレクタ７３には、複数段の回路を通過した信号と、制御値補正部６３が出力した発振制御値と、が入力されている。セレクタ７３は、この発振制御値に応じて選択した信号を出力する。出力された信号は、帰還されてインバータ７１によって反転する。この処理を繰り返すことにより、パルス信号を生成することができる。なお、このパルス信号は、セレクタ７３が出力する信号を変更することで、周波数を調整可能である。このパルス信号は、出力信号として出力される。

図５（ｂ）に示すリングオシレータ３２は、インバータ７１及び遅延素子７２に加え、電源７４を備えている。電源７４は、制御値補正部６３が出力する発振制御値に応じて、インバータ７１及び遅延素子７２に供給する電圧を変化させる。インバータ７１及び遅延素子７２に供給する電圧が変化すると、これらの遅延時間も変化する。以上により、周波数を調整可能なパルス信号を生成することができる。このパルス信号は、出力信号として出力される。

図５（ｃ）に示すＬＣ−ＤＣＯ３３は、セレクタ７５と、キャパシタ７６と、スイッチ７７と、共振部７８と、インバータ７９と、を備えている。セレクタ７５は、制御値補正部６３が出力する発振制御値に応じて、スイッチ７７のスイッチを切り替える。これにより、共振部７８の同調周波数を変化させることができる。また、共振部７８が出力する信号は、インバータ７９で反転された後に再び共振部７８に入力される。以上により、周波数を調整可能なパルス信号を生成することができる。このパルス信号は、出力信号として出力される。

次に、上記ではアナログ回路で構成された温度センサ５１、温度センサ６１、及びヒータ５７をデジタル化した構成の第３変形例について説明する。図６は、恒温槽付発振器２３の第３変形例を示すブロック図である。

本変形例の恒温槽付発振器２３は、ヒータ５７に代えて、加熱用演算部（加熱部）８５を備えている。加熱用演算部８５は、カウンタ等で構成されており、制御部５４が出力した加熱制御信号に応じて適当な演算を行う。加熱用演算部８５は、この演算時に発生する熱を利用して加熱を行う構成である。なお、加熱用演算部８５が発生させる熱量は平均処理速度に依存するため、加熱部の出力を調整することができる。

また、本変形例の恒温槽付発振器２３は、温度センサ５１及び温度センサ６１に代えて、第２ＤＣＯ（第２発振部）８２、比較部８３及び直線化補償部８４を備えており、電圧制御発振器３０に代えて第１ＤＣＯ（デジタル制御発振器、発振部）８１を備えている。第１ＤＣＯ８１と第２ＤＣＯ８２は同等の構成であるが、第１ＤＣＯ８１は恒温槽の内部に配置され、第２ＤＣＯ８２は恒温槽の外部に配置される。また、上述のように発振器の出力信号は温度依存性があるため、第１ＤＣＯ８１の出力信号と、第２ＤＣＯ８２の出力信号と、を比較することで、恒温槽内の温度を推定することができる。

このようにして推定された温度は、直線性を有する方が利用し易いため、直線化補償部８４によって直線性を有するように変換される。なお、直線化補償部８４は必須ではなく、省略することもできる。直線化補償部８４によって変換された温度は、上記と同様に目標温度と比較され、上記と同様の制御が行われる。

このように、ヒータ５７と温度センサ６１等をデジタル化することにより、恒温槽付発振器２３の全てをデジタル化することができる。従って、半導体チップ上で恒温槽付発振器２３を実現する等して、恒温槽付発振器２３をコンパクトかつ安価にすることができる。

次に、上記の恒温槽付発振器２３を用いた他の例について説明する。図７は、恒温槽付発振器２３が位置情報算出装置１５に適用される例を示すブロック図である。

図７に示す位置情報算出装置１５は、ＧＰＳアンテナ１１が取得した測位信号に基づいて位置情報を求める装置である。位置情報算出装置１５は、上述のＧＰＳ受信部２１及び恒温槽付発振器２３から構成されている。本変形例の恒温槽付発振器２３は、ＧＰＳ受信部２１へクロックを提供するための装置である。

ところで、位置情報算出装置１５のＧＰＳ受信部２１は、電源がＯＮになると、ＧＰＳ衛星が送信した電波を取得して、自機の位置を求める処理を行う。具体的には、ＧＰＳ受信部２１は、ＧＰＳ衛星が送信した電波に含まれている信号と、恒温槽付発振器２３が生成したクロックに基づく信号と、の相関性を求める。そして、両信号が同期するまで自身が生成する信号の周波数を変化させる。

このとき、一般的に発振器は温度特性の影響により周波数がズレていることがあるため、ＧＰＳ受信部は、当該ズレ量を考慮して周波数を変化させる。この点、本実施形態の恒温槽付発振器２３は温度特性の影響を殆ど無視できるので、周波数のズレを考慮しなくて良い。従って、ＧＰＳ受信部２１の周波数のサーチ範囲を狭くすることができる。そのため、ＧＰＳ衛星が送信した電波を素早く取得することができるので、ＴＴＦＦ（初期位置算出時間）を短縮することができる。

なお、ＰＬＬ回路４４がデジタル回路で構成されている場合は、恒温槽付発振器２３の出力する信号をクロックとして供給しても良い（図７（ａ）を参照）。また、直前の測位演算結果である周波数ドリフトを記憶しておいて、恒温槽付発振器２３の出力信号の中心周波数のズレを解消するように制御することもできる（図７（ｂ）を参照）。また、図７（ｃ）に示すように、ＧＰＳ受信部２１用及び入力部４１用の両方に恒温槽付発振器２３を配置しても良い（図７（ｃ）を参照）。

以上に説明したように、恒温槽付発振器２３は、電圧制御発振器３０と、温度センサ５１と、ヒータ５７と、制御部５４と、を備える。電圧制御発振器３０は、恒温槽内に配置され、所定の周波数の信号を発生させる。温度センサ５１は、前記恒温槽内の温度又は当該温度に関連する値を取得する。ヒータ５７は、前記恒温槽内を加熱する。制御部５４は、デジタル回路で構成され、温度センサ５１が取得した温度に基づいて、ヒータ５７を制御するための加熱制御信号を生成する。

これにより、制御部５４をデジタル回路で構成することで、雑音等の影響を軽減することができるので、ヒータ５７の制御を的確に行うことができる。また、Ｉ−ＰＤ制御、Ｈ∞制御、ファジー制御、及びこれらを組み合わせた制御等（現代制御）を比較的容易に実装できる。

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。

上記実施形態及び変形例では、発生させる周波数を変更可能な恒温槽付発振器２３を例に挙げて説明したが、一定の周波数を出力する恒温槽付発振器にも本発明を適用することができる。この場合、発振器制御部２２による発振制御値の出力は不要である。

図３においてアナログフィルタ５６を省略した構成を説明したが、この構成は、電圧制御発振器３０をリングオシレータ３１，３２やＬＣ−ＤＣＯ３３に変更した例にも適用できる。また、図４において第２温度補償部６０の変形例を説明したが、この構成は、電圧制御発振器３０をリングオシレータ３１，３２やＬＣ−ＤＣＯ３３に変更した例にも適用できる。

上記実施形態及び変形例では、位相差を比較するＰＬＬ回路４４を用いているが、周波数差を比較するＦＬＬ回路を用いることもできる。

上記実施形態では、ＧＰＳアンテナ１１は、所定のケーブルを介して、ＰＬＬ回路４４等が形成された基板と接続される構成である。これに代えて、この基板にＧＰＳアンテナ１１が直接的に取り付けられる構成であっても良い。この場合、ケーブルが不要となるので、基準信号発生装置の設置コストを低減できる。

上記実施形態及び変形例は、ＧＰＳ衛星からの信号に基づいてリファレンス信号を生成する構成であるが、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）を利用する構成であれば、適宜変更することができる。例えば、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星やＧＡＬＩＬＥＯ衛星からの信号に基づいてリファレンス信号を生成する構成に変更することができる。また、外部装置からのリファレンス信号を取得する構成としても良い。

ＧＰＳ受信部２１は、１ＰＰＳに代えて、ＰＰ２Ｓ等の１Ｈｚ以外の信号をリファレンス信号として生成する構成に変更することができる。また、ＧＰＳ受信部２１は、基準信号発生装置１０の内部ではなく外部に配置されていても良い。

基準信号発生装置１０が備える各部は、ハードウェアとして構成することに代えて、ソフトウェアにより構成することもできる。

１０ 基準信号発生装置
２１ ＧＰＳ受信部
２２ 発振器制御部
２３ 恒温槽付発振器
２４ 分周部
３０ 電圧制御発振器（発振部）
３１，３２ リングオシレータ（発振部）
３３ ＬＣ−ＤＣＯ
５０ 第１温度補償部
５１ 温度センサ（温度取得部）
５２ 目標値出力部
５３ 減算部
５４ 制御部
５５ 変調部
５６ アナログフィルタ
５７ ヒータ（加熱部）
６０ 第２温度補償部
８１ 第１ＤＣＯ（発振部）
８２ 第２ＤＣＯ（第２発振部）

Claims (14)

1. 恒温槽内に配置され、所定の周波数の信号を発生させる発振部と、
   前記恒温槽内の温度又は当該温度に関連する値を取得する温度取得部と、
   前記恒温槽内を加熱する加熱部と、
   デジタル回路で構成され、前記温度取得部が取得した温度に基づいて、前記加熱部を制御するための加熱制御信号を生成する制御部と、
   を備えることを特徴とする恒温槽付発振器。
2. 請求項１に記載の恒温槽付発振器であって、
   前記制御部は、外部から受信した内容に応じて、加熱制御信号の生成方法を更新することを特徴とする恒温槽付発振器。
3. 請求項１又は２に記載の恒温槽付発振器であって、
   前記制御部は、前記温度取得部が取得した温度と、前記恒温槽内の目標温度と、の温度差に基づいて、当該温度差に対する追従性を変化させることを特徴とする恒温槽付発振器。
4. 請求項１から３までの何れか一項に記載の恒温槽付発振器であって、
   デジタル回路で構成され、前記制御部が出力する加熱制御信号を変調する変調部を備えることを特徴とする恒温槽付発振器。
5. 請求項４に記載の恒温槽付発振器であって、
   前記変調部は、ΔΣ変調を行うことを特徴とする恒温槽付発振器。
6. 請求項４に記載の恒温槽付発振器であって、
   前記変調部は、パルス幅変調を行うことを特徴とする恒温槽付発振器。
7. 請求項４から６までの何れか一項に記載の恒温槽付発振器であって、
   アナログフィルタを備え、
   前記変調部により変調された加熱制御信号は、前記アナログフィルタを通過した後に、前記加熱部に入力されることを特徴とする恒温槽付発振器。
8. 請求項４から６までの何れか一項に記載の恒温槽付発振器であって、
   前記変調部により変調された加熱制御信号は、直接的に前記加熱部に入力されることを特徴とする恒温槽付発振器。
9. 請求項１から３までの何れか一項に記載の恒温槽付発振器であって、
   前記加熱部は、演算による回路の発熱を利用して恒温槽内の加熱を行うことを特徴とする恒温槽付発振器。
10. 請求項９に記載の恒温槽付発振器であって、
    前記発振部はデジタル制御発振器であり、
    前記温度取得部は、恒温槽内に配置された前記発振部の出力と、恒温槽外に配置された第２発振部の出力と、を比較することで、温度に関連する値を取得することを特徴とする恒温槽付発振器。
11. 請求項１から１０までの何れか一項に記載の恒温槽付発振器であって、
    前記発振部の周囲の温度と、当該発振部の温度特性と、を考慮して、当該発振部に設定する発振制御値を補正するための補償値を算出する補償値算出部と、
    前記補償値算出部が算出した補償値に基づいて、前記発振制御値を補正して前記発振部に出力する制御値補正部と、
    を備えることを特徴とする恒温槽付発振器。
12. 請求項１から１１までの何れか一項に記載の恒温槽付発振器と、
    前記恒温槽付発振器が出力する信号をクロックとして用い、ＧＮＳＳ衛星からの電波に基づいて、位置情報を取得するＧＮＳＳ受信部と、
    を備えることを特徴とする位置情報算出装置。
13. 請求項１から１１までの何れか一項に記載の恒温槽付発振器と、
    前記恒温槽付発振器が出力した信号又はそれに基づく信号と、リファレンス信号と、の位相を比較し、比較結果に基づいて前記恒温槽付発振器を制御する発振器制御部と、
    前記恒温槽付発振器が出力する信号又は当該信号に基づく信号を基準信号として出力する出力部と、
    を備えることを特徴とする基準信号発生装置。
14. 請求項１３に記載の基準信号発生装置であって、
    前記発振器制御部と同じ基板に取り付けられ、ＧＮＳＳ衛星からの測位信号を受信するＧＮＳＳアンテナと、
    前記発振器制御部と同じ基板に取り付けられ、前記ＧＮＳＳアンテナが受信した測位信号に基づいてリファレンス信号を生成するＧＮＳＳ受信部と、
    を備えることを特徴とする基準信号発生装置。

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