JP2021005746A - 発振回路、発振器、通信装置及び発振回路の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】起動時間のばらつきを低減することが可能な発振回路を提供すること。【解決手段】振動子を発振させて第1発振信号を生成する第1発振回路と、第2発振信号を生成する第2発振回路と、前記第1発振回路が動作している第1期間において、前記第1発振信号に基づいて前記第2発振信号の周波数を計測する周波数計測回路と、前記第1発振回路が動作していない第2期間において、前記周波数計測回路の計測結果を保持する保持回路と、前記第1発振回路が起動する第3期間において、前記第2発振信号と前記保持回路に保持されている前記計測結果とに基づいて第3発振信号を生成する発振信号生成回路と、を備え、前記第3期間において、前記第1発振回路に前記第3発振信号が供給される、発振回路。【選択図】図1
Description
本発明は、発振回路、発振器、通信装置及び発振回路の制御方法に関する。
特許文献1には、増幅回路と圧電振動子とを有する圧電発振回路の発振ループ中の所要部位に、電源投入後に所要時間のみリングオシレーターの出力が供給される圧電発振器が記載されている。この圧電発振器によれば、リングオシレーターは電源投入後に所要時間のみ動作するので、定常発振状態に於ける雑音特性の劣化が生じない。
特許文献1に記載の圧電発振器では、リングオシレーターの出力によって圧電発振回路の起動特性を向上させているが、リングオシレーターの発振周波数精度はアナログ回路特性に依存するため、半導体プロセスのばらつきや、回路素子が有する温度特性によって、短縮される起動時間のばらつきも大きくなってしまう。
本発明に係る発振回路の一態様は、
振動子を発振させて第1発振信号を生成する第1発振回路と、
第2発振信号を生成する第2発振回路と、
前記第1発振回路が動作している第1期間において、前記第1発振信号に基づいて前記第2発振信号の周波数を計測する周波数計測回路と、
前記第1発振回路が動作していない第2期間において、前記周波数計測回路の計測結果を保持する保持回路と、
前記第1発振回路が起動する第3期間において、前記第2発振信号と前記保持回路に保持されている前記計測結果とに基づいて第3発振信号を生成する発振信号生成回路と、を備え、
前記第3期間において、前記第1発振回路に前記第3発振信号が供給される。
振動子を発振させて第1発振信号を生成する第1発振回路と、
第2発振信号を生成する第2発振回路と、
前記第1発振回路が動作している第1期間において、前記第1発振信号に基づいて前記第2発振信号の周波数を計測する周波数計測回路と、
前記第1発振回路が動作していない第2期間において、前記周波数計測回路の計測結果を保持する保持回路と、
前記第1発振回路が起動する第3期間において、前記第2発振信号と前記保持回路に保持されている前記計測結果とに基づいて第3発振信号を生成する発振信号生成回路と、を備え、
前記第3期間において、前記第1発振回路に前記第3発振信号が供給される。
本発明に係る発振回路の一態様は、
振動子を発振させて第1発振信号を生成する第1発振回路と、
第2発振信号を生成する第2発振回路と、
前記第1発振信号及び前記第2発振信号に基づいてカウント動作を行うカウント回路を含み、前記第2発振信号の周波数を計測する周波数計測回路と、
前記周波数計測回路の計測結果を保持する保持回路と、
前記第2発振信号を分周して第3発振信号を生成する分周回路と、前記保持回路に保持されている前記計測結果に基づいて前記分周回路の分周比を制御する分周比制御回路と、を含む発振信号生成回路と、
前記分周回路と前記第1発振回路とを電気的に接続又は遮断するスイッチ回路と、を備える。
振動子を発振させて第1発振信号を生成する第1発振回路と、
第2発振信号を生成する第2発振回路と、
前記第1発振信号及び前記第2発振信号に基づいてカウント動作を行うカウント回路を含み、前記第2発振信号の周波数を計測する周波数計測回路と、
前記周波数計測回路の計測結果を保持する保持回路と、
前記第2発振信号を分周して第3発振信号を生成する分周回路と、前記保持回路に保持されている前記計測結果に基づいて前記分周回路の分周比を制御する分周比制御回路と、を含む発振信号生成回路と、
前記分周回路と前記第1発振回路とを電気的に接続又は遮断するスイッチ回路と、を備える。
前記発振回路の一態様において、
前記周波数計測回路は、前記第2発振信号の周波数を複数回計測し、
前記保持回路は、前記周波数計測回路の複数回の計測結果を順次保持し、
前記発振信号生成回路は、前記保持回路に保持されている前記複数回の計測結果に基づいて、前記第3発振信号を生成してもよい。
前記周波数計測回路は、前記第2発振信号の周波数を複数回計測し、
前記保持回路は、前記周波数計測回路の複数回の計測結果を順次保持し、
前記発振信号生成回路は、前記保持回路に保持されている前記複数回の計測結果に基づいて、前記第3発振信号を生成してもよい。
前記発振回路の一態様において、
前記周波数計測回路は、前記第2発振信号の周波数を複数回計測し、前記複数回計測した前記第2発振信号の周波数の平均値を算出し、
前記保持回路は、前記周波数計測回路の計測結果として前記平均値を保持してもよい。
前記周波数計測回路は、前記第2発振信号の周波数を複数回計測し、前記複数回計測した前記第2発振信号の周波数の平均値を算出し、
前記保持回路は、前記周波数計測回路の計測結果として前記平均値を保持してもよい。
前記発振回路の一態様は、
温度センサーを備え、
前記保持回路は、前記周波数計測回路が前記第2発振信号の周波数を計測したときに前記温度センサーが検出した温度情報を保持し、
前記発振信号生成回路は、前記温度センサーが検出した温度情報と前記保持回路に保持されている温度情報との差に基づいて、前記保持回路に保持されている前記計測結果を補正し、補正した前記計測結果に基づいて、前記第3発振信号を生成してもよい。
温度センサーを備え、
前記保持回路は、前記周波数計測回路が前記第2発振信号の周波数を計測したときに前記温度センサーが検出した温度情報を保持し、
前記発振信号生成回路は、前記温度センサーが検出した温度情報と前記保持回路に保持されている温度情報との差に基づいて、前記保持回路に保持されている前記計測結果を補正し、補正した前記計測結果に基づいて、前記第3発振信号を生成してもよい。
本発明に係る発振器の一態様は、
前記発振回路の一態様と、
前記振動子と、を備えている。
前記発振回路の一態様と、
前記振動子と、を備えている。
本発明に係る通信装置の一態様は、
前記発振器の一態様と、
前記発振器を間欠動作させる処理回路と、を備えている。
前記発振器の一態様と、
前記発振器を間欠動作させる処理回路と、を備えている。
本発明に係る通信装置の一態様は、
前記発振回路の一態様及び前記振動子を備えた発振器と、
前記発振器を間欠動作させる処理回路と、を備え、
前記発振回路は、間欠動作として、前記第1期間における動作と、前記第2期間における動作と、前記第3期間における動作と、を繰り返し行う。
前記発振回路の一態様及び前記振動子を備えた発振器と、
前記発振器を間欠動作させる処理回路と、を備え、
前記発振回路は、間欠動作として、前記第1期間における動作と、前記第2期間における動作と、前記第3期間における動作と、を繰り返し行う。
前記通信装置の一態様において、
前記処理回路は、
前記発振器の動作中に、BLE(Bluetooth(登録商標) Low Energy)のアドバタイジング通信を行ってもよい。
前記処理回路は、
前記発振器の動作中に、BLE(Bluetooth(登録商標) Low Energy)のアドバタイジング通信を行ってもよい。
本発明に係る発振回路の制御方法の一態様は、
振動子を発振させて第1発振信号を生成する第1発振回路と、第2発振信号を生成する第2発振回路と、を備えた発振回路の制御方法であって、
前記第1発振回路が動作している第1期間において、前記第1発振信号に基づいて前記第2発振信号の周波数を計測する周波数計測工程と、
前記第1発振回路が動作していない第2期間において、前記周波数の計測結果を保持する保持工程と、
前記第1発振回路が起動する第3期間において、前記第2発振信号と保持されている前記計測結果とに基づいて第3発振信号を生成し、前記第1発振回路に前記第3発振信号を出力する発振信号生成工程と、を含む。
振動子を発振させて第1発振信号を生成する第1発振回路と、第2発振信号を生成する第2発振回路と、を備えた発振回路の制御方法であって、
前記第1発振回路が動作している第1期間において、前記第1発振信号に基づいて前記第2発振信号の周波数を計測する周波数計測工程と、
前記第1発振回路が動作していない第2期間において、前記周波数の計測結果を保持する保持工程と、
前記第1発振回路が起動する第3期間において、前記第2発振信号と保持されている前記計測結果とに基づいて第3発振信号を生成し、前記第1発振回路に前記第3発振信号を出力する発振信号生成工程と、を含む。
前記発振回路の制御方法の一態様は、
前記周波数計測工程と、前記保持工程と、前記発振信号生成工程と、をこの順に繰り返し行ってもよい。
前記周波数計測工程と、前記保持工程と、前記発振信号生成工程と、をこの順に繰り返し行ってもよい。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
1.発振器
1−1.第1実施形態
図1は、第1実施形態の発振器の構成例を示す図である。図1に示すように、第1実施形態の発振器1は、発振回路2と、振動子3とを備える。発振回路2及び振動子3は不図示のパッケージに収容されている。
1−1.第1実施形態
図1は、第1実施形態の発振器の構成例を示す図である。図1に示すように、第1実施形態の発振器1は、発振回路2と、振動子3とを備える。発振回路2及び振動子3は不図示のパッケージに収容されている。
本実施形態では、振動子3は、基板材料として水晶を用いた水晶振動子であり、例えば、ATカット水晶振動子や音叉型水晶振動子等である。
本実施形態では、発振回路2は、第1発振回路10、第2発振回路20、周波数計測回路30、保持回路40、発振信号生成回路50及びスイッチ回路60を含む。なお、発振回路2は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。発振回路2は、1チップの集積回路(IC:Integrated Circuit)で実現されてもよいし、少なくとも一部がディスクリート部品で構成されていてもよい。
発振回路2には、外部接続端子を介してイネーブル信号ENが供給される。第1発振回路10、第2発振回路20、周波数計測回路30、保持回路40、発振信号生成回路50及びスイッチ回路60は、イネーブル信号ENがアクティブのときに動作し、イネーブル信号ENが非アクティブのときに停止する。
第1発振回路10は、振動子3を発振させて第1発振信号CK1を生成する。
本実施形態では、第1発振回路10は、インバーター素子11と、バッファー素子12と、バッファー素子13と、コンデンサー14とを含む。
インバーター素子11は、入力端子及び出力端子が、発振回路2の2つの外部接続端子を介して振動子3の両端に接続されており、振動子3から出力される信号を反転増幅して振動子3に供給し、振動子3を発振させる。
バッファー素子12は、振動子3から出力される信号を増幅して第1発振信号CK1を生成する。
バッファー素子13は、振動子3から出力される信号を増幅して発振信号CKOを生成する。発振信号CKOは、発振回路2の外部接続端子を介して発振器1の外部に出力される。すなわち、発振器1は、発振信号CKOを出力する。
コンデンサー14は、一端が、発振回路2の2つの外部接続端子を介して振動子3の一端に接続され、他端が、スイッチ回路60の一端に接続されている。
第2発振回路20は、第2発振信号CK2を生成する。第2発振回路20は、例えば、リングオシレーターであってもよい。
周波数計測回路30は、第1発振信号CK1に基づいて第2発振信号CK2の周波数を計測する。
本実施形態では、周波数計測回路30は、カウント回路31を含む。カウント回路31は、第1発振信号CK1及び第2発振信号CK2に基づいてカウント動作を行う。例えば、第2発振信号CK2は第1発振信号CK1よりも周波数が高く、カウント回路31は、第1発振信号CK1の1周期に含まれる第2発振信号CK2の立ち上がりエッジの数をカウントしてもよい。この立ち上がりエッジの数のカウント値は、第2発振信号CK2と第1発振信号CK1との周波数比を示すものであり、第2発振信号CK2の周波数の計測結果である。
保持回路40は、周波数計測回路30の計測結果を保持する。本実施形態では、保持回路40は、n段FIFO(First In First Out)41を含む。nは2以上の整数である。そして、周波数計測回路30は、第2発振信号CK2の周波数を複数回計測し、保持回路40は、第2発振信号CK2に同期して、周波数計測回路30の複数回の計測結果をn段FIFO41に順次保持する。したがって、n段FIFO41は、直近n回の計測結果を保持する。
発振信号生成回路50は、第2発振信号CK2と保持回路40に保持されている計測結果とに基づいて第3発振信号CK3を生成する。本実施形態では、発振信号生成回路50は、分周比制御回路51と、分周回路52とを含み、発振信号生成回路50は、保持回路40に保持されている複数回の計測結果に基づいて、第3発振信号CK3を生成する。
分周比制御回路51は、保持回路40に保持されている計測結果に基づいて分周回路52の分周比DIVを制御する。具体的には、分周比制御回路51は、第2発振信号CK2に同期して、n段FIFO41に保持されているn回の計測結果を順次読み出し、順次読み出した計測結果を分周比DIVとして分周回路52に出力する。
分周回路52は、第2発振信号CK2を分周比DIVで分周して第3発振信号CK3を生成する。分周比DIVは、n段FIFO41に保持されているn回の計測結果の各々であるので、第3発振信号CK3の平均周波数は第1発振信号CK1の周波数とほぼ等しい。
また、分周比制御回路51は、分周回路52がn段FIFO41に保持されているn回の計測結果に応じた第3発振信号CK3を生成する期間のみアクティブとなるスイッチ制御信号SWONを出力する。
スイッチ回路60は、スイッチ制御信号SWONに基づいて、分周回路52と第1発振回路10とを電気的に接続又は遮断する。具体的には、スイッチ回路60は、スイッチ制御信号SWONがアクティブのときに分周回路52と第1発振回路10とを電気的に接続し、スイッチ制御信号SWONが非アクティブのときに分周回路52と第1発振回路10とを電気的に切断する。
したがって、スイッチ制御信号SWONがアクティブとなる期間において、分周回路52と第1発振回路10とが電気的に接続され、第1発振回路10に第3発振信号CK3が供給される。分周回路52と振動子3とは、第1発振回路10のコンデンサー14によってAC結合しており、第3発振信号CK3は、コンデンサー14を介して振動子3の一端に入力される。
本実施形態では、周波数計測回路30は、第1発振回路10が動作している第1期間P1において、第1発振信号CK1に基づいて第2発振信号CK2の周波数を計測する。また、保持回路40は、第1発振回路10が動作していない第2期間P2において、周波数計測回路30の計測結果を保持する。また、発振信号生成回路50は、第1発振回路10が起動する第3期間P3において、第2発振信号CK2と保持回路40に保持されている計測結果とに基づいて第3発振信号CK3を生成する。
ここで、第1期間P1は、イネーブル信号ENがアクティブの期間のうち、分周回路52が第3発振信号CK3を生成する期間である。また、第2期間P2は、イネーブル信号ENが非アクティブの期間である。また、第3期間P3は、イネーブル信号ENがアクティブの期間のうち、分周回路52が第3発振信号CK3を生成しない期間である。
図2は、発振器1の動作タイミングの一例を示すタイミングチャート図である。図2では、n段FIFO41の段数nが5の場合の例である。
図2の例では、周波数計測回路30は、第1期間P1において第2発振信号CK2の周波数を順次計測し、保持回路40は、第2期間P2において直近の5回の計測結果を保持し、発振信号生成回路50は、第3期間P3において第3発振信号CK3を生成し、当該第3発振信号CK3が振動子3に供給されている。前述の通り、第3期間P3における第3発振信号CK3の平均周波数は、第1期間P1における第1発振信号CK1の周波数とほぼ等しいので、第3発振信号CK3によって振動子3の発振が励起される。したがって、イネーブル信号ENが非アクティブからアクティブに変化して振動子3が発振を開始してから、振動子3から出力される発振信号の振幅が所望の大きさになるまでの起動時間が短縮される。
図3は、発振器1の起動時に振動子3から出力される発振信号の実測波形を簡略化した波形W1を示す図である。なお、図3には、従来の発振器において振動子から出力される発振信号の実測波形を簡略化した波形W2も示されている。図3の例では、発振器1の起動時間Tstart1は、従来の発振器の起動時間Tstart2の半分以下に短縮されている。例えば、起動時間Tstart1は100μs程度であり、起動時間Tstart2は200μs以上である。
図4は、本実施形態の発振回路の制御方法の一例を示すフローチャート図である。図4に示すように、まず、工程S1において、周波数計測回路30が、第1発振信号CK1に基づいて第2発振信号CK2の周波数を計測する。
次に、工程S2において、イネーブル信号ENがローレベルであれば工程S1に移行し、イネーブル信号ENがハイレベルであれば工程S3に移行する。
次に、工程S3において、保持回路40が、第2発振信号CK2の周波数の計測結果を保持する。
次に、工程S4において、イネーブル信号ENがハイレベルであれば工程S3に移行し、イネーブル信号ENがローレベルであれば工程S5に移行する。
次に、工程S5において、発振信号生成回路50が、第2発振信号CK2と保持回路40に保持されている計測結果とに基づいて第3発振信号CK3を生成し、スイッチ回路60を介して第1発振回路10に第3発振信号CK3を出力する。
そして、工程S1〜工程S5が繰り返し行われる。このように、本実施形態の発振回路の制御方法は、周波数計測回路30が第2発振信号CK2の周波数を計測する工程S1と、保持回路40が第2発振信号CK2の周波数の計測結果を保持する工程S3と、発振信号生成回路50が第3発振信号CK3を生成して第1発振回路10に出力する工程S5と、をこの順に繰り返し行う。
なお、図4の工程S1は「周波数計測工程」の一例である。また、図4の工程S3は「保持工程」の一例である。また、図4の工程S5は「発振信号生成工程」の一例である。
以上に説明したように、第1実施形態の発振器1では、周波数計測回路30が、第1発振回路10が動作している第1期間P1において、第1発振信号CK1に基づいて第2発振信号CK2の周波数を計測し、保持回路40が、第1発振回路10が動作していない第2期間P2において周波数計測回路30の計測結果を保持し、発振信号生成回路50が、第1発振回路10が起動する第3期間P3において、第2発振信号CK2と保持回路40に保持されている計測結果とに基づいて第3発振信号CK3を生成し、第3期間P3において、第1発振回路10に第3発振信号CK3が供給される。したがって、第1実施形態によれば、第1期間P1において、半導体プロセスのばらつきや回路素子が有する温度特性を加味した第1発振信号CK1と第2発振信号CK2との周波数比が計測され、第3期間P3において、第1期間P1における計測結果に基づいて決定された周波数の第3発振信号CK3が第1発振回路10に供給されるので、発振器1あるいは発振回路2の起動時間のばらつきを低減することができる。
また、第1実施形態の発振器1では、周波数計測回路30は、第2発振信号CK2の周波数を複数回計測し、保持回路40は、周波数計測回路30の複数回の計測結果を順次保持し、発振信号生成回路50は、保持回路40に保持されている複数回の計測結果に基づいて、第3発振信号CK3を生成する。したがって、第1実施形態によれば、第3発振信号CK3の周波数における、第2発振信号CK2の周波数の計測誤差のばらつきの影響が小さくなるので、発振器1あるいは発振回路2の起動時間のばらつきをより低減することができる。
また、第1実施形態によれば、第3期間P3における第3発振信号CK3の周波数を、第1期間P1において第1発振回路10が安定発振しているときの第1発振信号CK1の周波数に近づけることができるので、発振器1あるいは発振回路2の起動時間を短縮することができる。
1−2.第2実施形態
以下、第2実施形態の発振器1について、第1実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、第1実施形態と同様の説明は省略又は簡略し、主として第1実施形態と異なる内容について説明する。
以下、第2実施形態の発振器1について、第1実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、第1実施形態と同様の説明は省略又は簡略し、主として第1実施形態と異なる内容について説明する。
図5は、第2実施形態の発振器1の構成例を示す図である。図5に示すように、第2実施形態の発振器1では、発振回路2は、第1実施形態と同様、第1発振回路10、第2発振回路20、周波数計測回路30、保持回路40、発振信号生成回路50及びスイッチ回路60を含む。第1発振回路10の構成及び動作は第1実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
第2実施形態では、周波数計測回路30は、第2発振信号CK2の周波数を複数回計測し、複数回計測した第2発振信号CK2の周波数の平均値を算出する。具体的には、周波数計測回路30は、カウント回路31と、平均値算出回路32とを含む。
カウント回路31は、第1発振信号CK1の1周期に含まれる第2発振信号CK2の立ち上がりエッジの数をカウントする。
平均値算出回路32は、カウント回路31が直近にm回カウントした第2発振信号CK2の立ち上がりエッジの数の平均値を算出する。mは2以上の整数である。例えば、mが5であり、カウント回路31が直近に5回カウントした第2発振信号CK2の立ち上がりエッジの数が5,4,4,5,4であれば、平均値算出回路32は、その平均値として4.4を算出する。この平均値算出回路32が算出する平均値は、第2発振信号CK2と第1発振信号CK1との周波数比を示すものであり、第2発振信号CK2の周波数の計測結果である。
第2実施形態では、保持回路40は、周波数計測回路30の計測結果として、周波数計測回路30が算出した平均値を保持する。具体的には、保持回路40は、レジスター42を含み、レジスター42は、第2発振信号CK2に同期して、周波数計測回路30の計測結果として平均値算出回路32が算出した直近の平均値を保持する。
発振信号生成回路50は、第2発振信号CK2と保持回路40に保持されている計測結果とに基づいて第3発振信号CK3を生成する。
第2実施形態では、発振信号生成回路50は、分周比制御回路51と、分周回路52とを含み、発振信号生成回路50は、保持回路40に保持されている計測結果に基づいて、第3発振信号CK3を生成する。
分周比制御回路51は、保持回路40に保持されている計測結果に基づいて分周回路52の分周比DIVを制御する。具体的には、分周比制御回路51は、第2発振信号CK2に同期して、レジスター42に保持されている計測結果を順次読み出し、読み出した計測結果をデルタシグマ変調してm個の分周比DIVを順次生成し、分周回路52に出力する。例えば、mが5であり、レジスター42に保持されている計測結果が4.4であれば、分周比制御回路51は、例えば5,4,4,5,4の分周比DIVを順次生成する。
分周回路52は、第2発振信号CK2を分周比DIVで分周して第3発振信号CK3を生成する。m個の分周比DIVの平均値は、レジスター42に保持されている計測結果と等しいので、第3発振信号CK3の平均周波数は第1発振信号CK1の周波数とほぼ等しい。
また、分周比制御回路51は、分周回路52がレジスター42に保持されている計測結果に応じた第3発振信号CK3を生成する期間のみアクティブとなるスイッチ制御信号SWONを出力する。
スイッチ回路60は、スイッチ制御信号SWONに基づいて、分周回路52と第1発振回路10とを電気的に接続又は遮断する。具体的には、スイッチ回路60は、スイッチ制御信号SWONがアクティブのときに分周回路52と第1発振回路10とを電気的に接続し、スイッチ制御信号SWONが非アクティブのときに分周回路52と第1発振回路10とを電気的に切断する。
したがって、スイッチ制御信号SWONがアクティブとなる期間において、分周回路52と第1発振回路10とが電気的に接続され、第1発振回路10に第3発振信号CK3が供給される。この第3発振信号CK3は、第1発振回路10のコンデンサー14を介して振動子3の一端に入力される。
第2実施形態でも、第1実施形態と同様、周波数計測回路30は、第1発振回路10が動作している第1期間P1において、第1発振信号CK1に基づいて第2発振信号CK2の周波数を計測する。また、保持回路40は、第1発振回路10が動作していない第2期間P2において、周波数計測回路30の計測結果を保持する。また、発振信号生成回路50は、第1発振回路10が起動する第3期間P3において、第2発振信号CK2と保持回路40に保持されている計測結果とに基づいて第3発振信号CK3を生成する。
以上に説明したように、第2実施形態の発振器1では、周波数計測回路30が、第1発振回路10が動作している第1期間P1において、第2発振信号CK2の周波数を複数回計測し、複数回計測した第2発振信号CK2の周波数の平均値を算出し、保持回路40が、第1発振回路10が動作していない第2期間P2において、第1発振信号CK1に基づいて第2発振信号CK2の周波数の平均値を保持し、発振信号生成回路50が、第1発振回路10が起動する第3期間P3において、第2発振信号CK2と保持回路40に保持されている平均値とに基づいて第3発振信号CK3を生成し、第3期間P3において、第1発振回路10に第3発振信号CK3が供給される。したがって、第2実施形態によれば、第1期間P1において、半導体プロセスのばらつきや回路素子が有する温度特性を加味した第1発振信号CK1と第2発振信号CK2との周波数比の平均値が算出され、第3期間P3において、第1期間P1において算出された平均値に基づいて決定された周波数の第3発振信号CK3が第1発振回路10に供給されるので、発振器1あるいは発振回路2の起動時間のばらつきを低減することができる。
また、第2実施形態によれば、第2発振信号CK2の周波数の平均値が算出されるため、第3発振信号CK3の周波数における、第2発振信号CK2の周波数の計測誤差のばらつきの影響が小さくなるので、発振器1あるいは発振回路2の起動時間のばらつきをより低減することができる。
また、第1実施形態によれば、第3期間P3における第3発振信号CK3の周波数を、第1期間P1において第1発振回路10が安定発振しているときの第1発振信号CK1の周波数に近づけることができるので、発振器1あるいは発振回路2の起動時間を短縮することができる。
1−3.第3実施形態
以下、第3実施形態の発振器1について、第1実施形態又は第2実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、第1実施形態又は第2実施形態と同様の説明は省略又は簡略し、主として第1実施形態及び第2実施形態と異なる内容について説明する。
以下、第3実施形態の発振器1について、第1実施形態又は第2実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、第1実施形態又は第2実施形態と同様の説明は省略又は簡略し、主として第1実施形態及び第2実施形態と異なる内容について説明する。
図6は、第3実施形態の発振器1の構成例を示す図である。図6に示すように、第3実施形態の発振器1では、発振回路2は、第1実施形態と同様、第1発振回路10、第2発振回路20、周波数計測回路30、保持回路40、発振信号生成回路50及びスイッチ回路60を含み、さらに温度センサー70を含む。第1発振回路10の構成及び動作は第1実施形態と同様であるため、その説明を省略する。また、周波数計測回路30の構成及び動作は第2実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
第3実施形態では、保持回路40は、周波数計測回路30の計測結果を保持するとともに、周波数計測回路30が第2発振信号CK2の周波数を計測したときに温度センサー70が検出した温度情報を保持する。具体的には、保持回路40は、レジスター42と、レジスター43とを含み、レジスター42は、第2発振信号CK2に同期して、周波数計測回路30の計測結果として平均値算出回路32が算出した直近の平均値を保持し、レジスター43は、第2発振信号CK2に同期して、温度センサー70が検出した温度情報を保持する。
第1実施形態又は第2実施形態では、第2発振信号CK2の周波数が温度によって変化すると、周波数計測回路30が第2発振信号CK2の周波数を計測したときの第2発振信号CK2の周波数と、発振信号生成回路50が第3発振信号CK3を生成するときの第2発振信号CK2の周波数とに差が生じる。そのため、発振信号生成回路50が、保持回路40に保持されている計測結果に基づいて第3発振信号CK3を生成すると、振動子3の共振周波数と第3発振信号CK3との差が大きくなり、起動時間の短縮効果が小さくなってしまうおそれがある。
そこで、第3実施形態では、発振信号生成回路50は、温度センサー70が検出した温度情報と保持回路40に保持されている温度情報との差に基づいて、保持回路40に保持されている計測結果を補正し、補正した計測結果に基づいて、第3発振信号CK3を生成する。
第3実施形態では、発振信号生成回路50は、分周比制御回路51と、分周回路52と、減算器53と、乗算器54と、加算器55とを含む。
減算器53は、温度センサー70が検出した温度情報とレジスター43に保持されている温度情報との差を計算する。
乗算器54は、減算器53の計算結果をG倍する。本実施形態では、第2発振信号CK2の周波数は温度に対して線形に変化し、その傾きがGに相当する。
加算器55は、レジスター43に保持されている計測結果と乗算器54の乗算結果との和を計算する。加算器55の計算結果は、保持回路40に保持されている計測結果が温度補正された計測結果に相当する。
分周比制御回路51は、加算器55の計算結果に基づいて分周回路52の分周比DIVを制御する。具体的には、分周比制御回路51は、第2発振信号CK2に同期して、加算器55の計算結果をデルタシグマ変調してm個の分周比DIVを順次生成し、分周回路52に出力する。
分周回路52は、第2発振信号CK2を分周比DIVで分周して第3発振信号CK3を生成する。m個の分周比DIVの平均値は、加算器55の計算結果、すなわち、保持回路40に保持されている計測結果が温度補正された計測結果と等しいので、第3発振信号CK3の平均周波数は第1発振信号CK1の周波数とほぼ等しい。
また、分周比制御回路51は、分周回路52が加算器55の計算結果に応じた第3発振信号CK3を生成する期間のみアクティブとなるスイッチ制御信号SWONを出力する。
スイッチ回路60は、スイッチ制御信号SWONに基づいて、分周回路52と第1発振回路10とを電気的に接続又は遮断する。具体的には、スイッチ回路60は、スイッチ制御信号SWONがアクティブのときに分周回路52と第1発振回路10とを電気的に接続し、スイッチ制御信号SWONが非アクティブのときに分周回路52と第1発振回路10とを電気的に切断する。
したがって、スイッチ制御信号SWONがアクティブとなる期間において、分周回路52と第1発振回路10とが電気的に接続され、第1発振回路10に第3発振信号CK3が供給される。この第3発振信号CK3は、第1発振回路10のコンデンサー14を介して振動子3の一端に入力される。
第3実施形態でも、第1実施形態及び第2実施形態と同様、周波数計測回路30は、第1発振回路10が動作している第1期間P1において、第1発振信号CK1に基づいて第2発振信号CK2の周波数を計測する。また、保持回路40は、第1発振回路10が動作していない第2期間P2において、周波数計測回路30の計測結果を保持する。また、発振信号生成回路50は、第1発振回路10が起動する第3期間P3において、第2発振信号CK2と保持回路40に保持されている計測結果とに基づいて第3発振信号CK3を生成する。
以上に説明したように、第3実施形態の発振器1では、周波数計測回路30が、第1発振回路10が動作している第1期間P1において、第1発振信号CK1に基づいて第2発振信号CK2の周波数を計測し、保持回路40が、第1発振回路10が動作していない第2期間P2において、第2発振信号CK2の周波数の計測結果を保持するとともに、周波数計測回路30が第2発振信号CK2の周波数を計測したときに温度センサー70が検出した温度情報を保持し、発振信号生成回路50が、第1発振回路10が起動する第3期間P3において、温度センサー70が検出した温度情報と保持回路40に保持されている温度情報との差に基づいて、保持回路40に保持されている計測結果を補正し、補正した計測結果に基づいて、第3発振信号CK3を生成し、第3期間P3において、第1発振回路10に第3発振信号CK3が供給される。したがって、第3実施形態によれば、第1期間P1において、半導体プロセスのばらつきや回路素子が有する温度特性を加味した第1発振信号CK1と第2発振信号CK2との周波数比が計測され、第2期間P2において温度が急変した場合でも、第3期間P3において、第2発振回路20の温度特性を加味して、第1期間P1における計測結果が温度補正された計測結果に基づいて決定された周波数の第3発振信号CK3が第1発振回路10に供給されるので、発振器1あるいは発振回路2の起動時間のばらつきをより低減することができる。
また、第2実施形態の発振器1では、周波数計測回路30が、第1期間P1において、第2発振信号CK2の周波数を複数回計測し、複数回計測した第2発振信号CK2の周波数の平均値を算出し、保持回路40が、第2期間P2において、第1発振信号CK1に基づいて第2発振信号CK2の周波数の平均値を保持し、発振信号生成回路50が、第3期間P3において、第2発振信号CK2と保持回路40に保持されている平均値及び温度情報とに基づいて第3発振信号CK3を生成する。したがって、第3実施形態によれば、第1期間P1において、半導体プロセスのばらつきや回路素子が有する温度特性を加味した第1発振信号CK1と第2発振信号CK2との周波数比の平均値が算出され、第2期間P2において温度が急変した場合でも、第3期間P3において、第2発振回路20の温度特性を加味して、第1期間P1において算出された平均値が補正された平均値に基づいて決定された周波数の第3発振信号CK3が第1発振回路10に供給されるので、発振器1あるいは発振回路2の起動時間のばらつきをより低減することができる。
また、第3実施形態によれば、第3期間P3における第3発振信号CK3の周波数を、第1期間P1において第1発振回路10が安定発振しているときの第1発振信号CK1の周波数に近づけることができるので、発振器1あるいは発振回路2の起動時間を短縮することができる。
1−4.変形例
上記の各実施形態では、第2発振回路20は、例えばリングオシレーターであるが、これに限らず、CR発振回路やLC発振回路等であってもよい。
上記の各実施形態では、第2発振回路20は、例えばリングオシレーターであるが、これに限らず、CR発振回路やLC発振回路等であってもよい。
また、上記の各実施形態では、振動子3は水晶振動子であるが、これに限らず、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)振動子、BAW(Bulk Acoustic Wave)共振子、SAW(Surface Acoustic Wave)共振子等であってもよい。また、振動子3の基板材料としては、水晶の他、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電単結晶や、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックス等の圧電材料、又はシリコン半導体材料等を用いることができる。振動子3の励振手段としては、圧電効果によるものを用いてもよいし、クーロン力による静電駆動を用いてもよい。
また、上記の各実施形態では、周波数計測回路30は、例えば、カウント回路31により、第1発振信号CK1の1周期に含まれる第2発振信号CK2の立ち上がりエッジの数をカウントすることで第1発振信号CK1と第2発振信号CK2との周波数比を計測しているが、当該周波数比の計測方法はこれに限られない。例えば、周波数計測回路30は、時間デジタル変換器(TDC:Time-to-Digital Converter)によって第1発振信号CK1と第2発振信号CK2との周波数比を計測してもよい。
また、上記の各実施形態では、分周比制御回路51が、分周回路52の分周比DIVを制御することにより、第3発振信号CK3の周波数を制御しているが、これに限られない。例えば、第2発振回路20を電圧制御発振器(VCO:Voltage Controlled Oscillator)等の周波数可変型の発振回路として構成し、分周回路52の分周比DIVを固定値とし、発振信号生成回路50が、第2発振信号CK2の周波数を制御することにより、第3発振信号CK3の周波数を制御してもよい。
2.通信装置
図7は、本実施形態の通信装置の機能ブロック図である。図7に示すように、本実施形態の通信装置100は、発振器1と、アンテナ101と、処理回路102とを含む。発振器1は、例えば、上記の各実施形態又は各変形例の発振器1であり、上記の発振回路2及び振動子3を含む。例えば、処理回路102は1チップの集積回路であってもよいし、発振回路2及び処理回路102が1チップの集積回路に含まれていてもよい。
図7は、本実施形態の通信装置の機能ブロック図である。図7に示すように、本実施形態の通信装置100は、発振器1と、アンテナ101と、処理回路102とを含む。発振器1は、例えば、上記の各実施形態又は各変形例の発振器1であり、上記の発振回路2及び振動子3を含む。例えば、処理回路102は1チップの集積回路であってもよいし、発振回路2及び処理回路102が1チップの集積回路に含まれていてもよい。
処理回路102は、発振器1を間欠動作させる。具体的には、処理回路102の制御のもと、発振器1に含まれる発振回路2は、間欠動作として、前述した第1期間P1における動作と、第2期間P2における動作と、第3期間P3における動作と、を繰り返し行うそして、処理回路102は、発振器1が動作中に送信処理や受信処理を行う。本実施形態では、処理回路102は、タイマー110、マイクロコントローラー120、PLL(Phase Locked Loop)回路130、送信回路140、受信回路150、ミキサー161,162、A/D変換回路171,172、復調回路180及びインターフェース回路190を含む。なお、処理回路102は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。
タイマー110は、時間を計測し、所定の時間間隔で所定時間アクティブとなるイネーブル信号ENを生成する。発振器1は、イネーブル信号ENがアクティブのときに動作し、イネーブル信号ENが非アクティブのときに停止する。
PLL回路130は、発振回路2から出力される発振信号CKOを所定の通信規格の周波数帯の信号に変換する。
マイクロコントローラー120は、タイマー110の値に基づいて、送信期間、受信期間及び送受信の停止期間のいずれであるかを判断する。マイクロコントローラー120は、不図示の記憶部に送信情報を保持しており、送信期間において、送信情報に基づいてPLL回路130の逓倍比を制御する。
送信回路140は、PLL回路130の出力信号を増幅し、増幅した信号に含まれる不要な周波数成分を低減させるフィルター処理を行う。このフィルター処理された信号は、アンテナ101によって電波として送信される。
受信回路150は、アンテナ101によって受信された電波に含まれる不要な周波数成分を低減させるフィルター処理を行い、フィルター処理した微弱な信号を増幅する。
ミキサー161,162は、それぞれ、受信回路150によって増幅された信号をPLL回路130の出力信号とミキシングしてベースバンド信号に変換する。ミキサー161,162に入力されるPLL回路130の出力信号は互いに90°だけ位相がずれており、ミキサー161からはI(In-phase)信号が出力され、ミキサー162からはQ(Quadrature-phase)信号が出力される。
A/D変換回路171は、ミキサー161から出力されるI信号をデジタル信号に変換する。
A/D変換回路172は、ミキサー162から出力されるQ信号をデジタル信号に変換する。
復調回路180は、A/D変換回路171,172によってデジタル信号に変換されたI信号及びQ信号から受信情報を復調する処理を行う。
マイクロコントローラー120は、受信期間において、PLL回路130の逓倍比を所定の値に設定する。そして、マイクロコントローラー120は、復調回路180が復調した受信情報に基づく各種の処理を行う。
なお、マイクロコントローラー120は、インターフェース回路190を介して、不図示の外部装置とデータ通信を行うことが可能である。例えば、マイクロコントローラー120は、外部装置から送信情報を受け取り、受け取った送信情報を不図示の記憶部に保持する。
例えば、処理回路102は、BLE(Bluetooth(登録商標) Low Energy)のアドバタイジング通信を行ってもよい。図8は、BLEのアドバタイジング通信について説明するための図である。BLEでは、2.400GHzから2.480GHzまでの帯域を2MHz幅で分割した40個のチャンネルが定義される。チャンネル0〜36はデータ通信に用いられ、2.402GHz帯のチャンネル37、2.426GHz帯のチャンネル38及び2.480GHz帯のチャンネル39の3つのチャンネルはアドバタイジング通信に用いられる。
図8に示すように、処理回路102は、所望のインターバルで、アドバタイジングイベントの処理を繰り返し行う。処理回路102は、各アドバタイジングイベントとして、チャンネル37,38,39を用いたアドバタイジング通信を行う。
マイクロコントローラー120は、送信情報としてアドバタイズ情報を保持しており、各アドバタイジングイベントでは、まず、マイクロコントローラー120は、PLL回路130の出力信号が、2.402GHzを中心にアドバタイズ情報の各ビット値に応じて周波数変調されるように、PLL回路130の逓倍比を制御する。PLL回路130の出力信号は送信回路140を介してアンテナ101によって電波として送信される。このようにして、通信装置100は、チャンネル37を用いてアドバタイズ情報を送信する。
次に、マイクロコントローラー120は、所定時間が経過すると、PLL回路130の出力信号が、2.426GHzを中心にアドバタイズ情報の各ビット値に応じて周波数変調されるように、PLL回路130の逓倍比を制御する。PLL回路130の出力信号は送信回路140を介してアンテナ101によって電波として送信される。このようにして、通信装置100は、チャンネル38を用いてアドバタイズ情報を送信する。
次に、マイクロコントローラー120は、所定時間が経過すると、PLL回路130の出力信号が、2.480GHzを中心にアドバタイズ情報の各ビット値に応じて周波数変調されるように、PLL回路130の逓倍比を制御する。PLL回路130の出力信号は送信回路140を介してアンテナ101によって電波として送信される。このようにして、通信装置100は、チャンネル39を用いてアドバタイズ情報を送信する。
通信装置100は、各アドバタイジングイベントとして、チャンネル37,38,39を順に用いてアドバタイズ情報を送信する。そして、アドバタイズ情報を受信した電子機器は、通信装置100との接続を確立し、チャンネル0〜36のいずれかを用いて通信装置100とデータ通信を行うことができる。
通信装置100が各チャンネルにおいて1回で送信できるアドバタイズ情報は最大31バイトである。そのため、マイクロコントローラー120が保持するアドバタイズ情報が31バイトを超える場合、アドバタイズ情報を受信した電子機器は、アドバタイズ情報の一部を受信すると、通信装置100に、残りのアドバタイズ情報の送信を要求するためのスキャン要求を送信する。通信装置100は、受信情報としてスキャン要求を受けると、マイクロコントローラー120が残りのアドバタイズ情報の各ビット値に応じてPLL回路130の逓倍比を制御する。そして、PLL回路130の出力信号は、スキャン応答として、送信回路140を介してアンテナ101によって電波として送信される。スキャン応答を受け取った電子機器は、通信装置100との接続を確立し、チャンネル0〜36のいずれかを用いて通信装置100とデータ通信を行うことができる。
このような通信装置100では、発振器1は、定期的に情報を送信する送信期間よりも前に起動して送信期間及び受信期間では安定して動作し、送信期間及び受信期間が終了すると停止する。このように、発振器1が間欠動作を行うことにより、通信装置100の消費電力が大きく低減される。したがって、例えば、通信装置100が一次電池で動作する場合でも、通信装置100の動作寿命を延ばすことができる。
なお、通信装置100は、アドバタイズ情報を送信し続けるビーコンであってもよい。この場合、図7において、受信回路150、ミキサー161,162、A/D変換回路171,172及び復調回路180は無くてもよい。このようなビーコンは、受信を行わないため、発振器1は送信期間が終了すると直ちに停止することができるので、発振器1の間欠動作による延命効果がより高い。
本実施形態の通信装置100は、起動時間のばらつきを低減することが可能な発振器1を含むので、発振器1の起動時間のマージンを小さくすることができ、発振器1の間欠動作において発振器1が動作する時間を短くすることができる。したがって、消費電力の小さい通信装置100を実現することができる。
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態及び各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成、例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
1…発振器、2…発振回路、3…振動子、10…第1発振回路、11…インバーター素子、12…バッファー素子、13…バッファー素子、14…コンデンサー、20…第2発振回路、30…周波数計測回路、31…カウント回路、32…平均値算出回路、40…保持回路、41…n段FIFO、42…レジスター、43…レジスター、50…発振信号生成回路、51…分周比制御回路、52…分周回路、53…減算器、54…乗算器、55…加算器、60…スイッチ回路、100…通信装置、110…タイマー、120…マイクロコントローラー、130…PLL回路、140…送信回路、150…受信回路、161…ミキサー、162…ミキサー、171…A/D変換回路、172…A/D変換回路、180…復調回路、190…インターフェース回路
Claims (11)
- 振動子を発振させて第1発振信号を生成する第1発振回路と、
第2発振信号を生成する第2発振回路と、
前記第1発振回路が動作している第1期間において、前記第1発振信号に基づいて前記第2発振信号の周波数を計測する周波数計測回路と、
前記第1発振回路が動作していない第2期間において、前記周波数計測回路の計測結果を保持する保持回路と、
前記第1発振回路が起動する第3期間において、前記第2発振信号と前記保持回路に保持されている前記計測結果とに基づいて第3発振信号を生成する発振信号生成回路と、を備え、
前記第3期間において、前記第1発振回路に前記第3発振信号が供給される、発振回路。 - 振動子を発振させて第1発振信号を生成する第1発振回路と、
第2発振信号を生成する第2発振回路と、
前記第1発振信号及び前記第2発振信号に基づいてカウント動作を行うカウント回路を含み、前記第2発振信号の周波数を計測する周波数計測回路と、
前記周波数計測回路の計測結果を保持する保持回路と、
前記第2発振信号を分周して第3発振信号を生成する分周回路と、前記保持回路に保持されている前記計測結果に基づいて前記分周回路の分周比を制御する分周比制御回路と、を含む発振信号生成回路と、
前記分周回路と前記第1発振回路とを電気的に接続又は遮断するスイッチ回路と、を備えた、発振回路。 - 前記周波数計測回路は、前記第2発振信号の周波数を複数回計測し、
前記保持回路は、前記周波数計測回路の複数回の計測結果を順次保持し、
前記発振信号生成回路は、前記保持回路に保持されている前記複数回の計測結果に基づいて、前記第3発振信号を生成する、請求項1又は2に記載の発振回路。 - 前記周波数計測回路は、前記第2発振信号の周波数を複数回計測し、前記複数回計測した前記第2発振信号の周波数の平均値を算出し、
前記保持回路は、前記周波数計測回路の計測結果として前記平均値を保持する、請求項1又は2に記載の発振回路。 - 温度センサーを備え、
前記保持回路は、前記周波数計測回路が前記第2発振信号の周波数を計測したときに前記温度センサーが検出した温度情報を保持し、
前記発振信号生成回路は、前記温度センサーが検出した温度情報と前記保持回路に保持されている温度情報との差に基づいて、前記保持回路に保持されている前記計測結果を補正し、補正した前記計測結果に基づいて、前記第3発振信号を生成する、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の発振回路。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の発振回路と、
前記振動子と、を備えた発振器。 - 請求項6に記載の発振器と、
前記発振器を間欠動作させる処理回路と、を備えた、通信装置。 - 請求項1に記載の発振回路及び前記振動子を備えた発振器と、
前記発振器を間欠動作させる処理回路と、を備え、
前記発振回路は、間欠動作として、前記第1期間における動作と、前記第2期間における動作と、前記第3期間における動作と、を繰り返し行う、通信装置。 - 前記処理回路は、
前記発振器の動作中に、BLE(Bluetooth(登録商標) Low Energy)のアドバタイジング通信を行う、請求項7又は8に記載の通信装置。 - 振動子を発振させて第1発振信号を生成する第1発振回路と、第2発振信号を生成する第2発振回路と、を備えた発振回路の制御方法であって、
前記第1発振回路が動作している第1期間において、前記第1発振信号に基づいて前記第2発振信号の周波数を計測する周波数計測工程と、
前記第1発振回路が動作していない第2期間において、前記周波数の計測結果を保持する保持工程と、
前記第1発振回路が起動する第3期間において、前記第2発振信号と保持されている前記計測結果とに基づいて第3発振信号を生成し、前記第1発振回路に前記第3発振信号を出力する発振信号生成工程と、を含む、発振回路の制御方法。 - 前記周波数計測工程と、前記保持工程と、前記発振信号生成工程と、をこの順に繰り返し行う、請求項10に記載の発振回路の制御方法。
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