JP2649823B2 - 短期および長期の時間測定のための著しく一定した安定性を有する時間標準装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は短期間の時間経過と長期間の時間経過との両
方を安定した高精度で測定し得るようにした経過時間測
定用装置に関するものである。

〔従来の技術〕

時計技術において、時間経過を測定するには、周波数
信号を出力する発振器をもつ標準時計装置などの経過時
間測定用装置を用いている。

この種の標準時計装置は、その種類により、出力する
周波数信号の周波数精度の安定度、つまり、時間精度の
安定度が異なるという質的な理由から、時間経過の領
域、つまり、範囲に応じて、その目的に応じた適当とみ
られる装置を選択して使用している。

従来技術による標準時計装置の種類を、概略的にみる
と、第１図に示す各曲線の軌跡ような時間精度の安定度
をたどる特性をもっている。

そして、曲線は、現在、入手可能な周波数5MHzを発
振する最も優秀な水晶発信器として、オシロクォーツ
（Osciloquartz）社が8600osa型の名称で市販している
ものの周波数精度の安定度を示し、また、曲線、お
よびは、セシウム原子時計、つまり、セシウム原子発
振器に関するもので、それぞれ、ヒュウーレット・パッ
カード（HEWLETT−PACKARD）社製のCSオプション４型、
CS−HP5601A型およびオシロクォーツ社製CS−3210型の
周波数精度の安定度を示す。

第１図において、横軸目盛は、秒（sec）（以下、ｓ
と略す）であり、測定時間の範囲となる積算時間、つま
り、経過時間τ（ｓ）を、また、縦軸目盛は、アラン
（Allan）分散で相対的な周波数の精度変化σy²（τ）
を表している。

このアラン分散σy²（τ）については、例えば、昭和
54年３月オーム社発行「電子通信ハンドブック」第３編
第３部門第１章周波数測定（第122〜123頁）などにより
開示されいる。

これらの基準周波数信号を発生する構成（以下、第１
従来技術という）最も優秀な水晶発振器では、短期間の
経過時間の測定範囲、つまり、10^-3sから1000s程度まで
の経過時間τに対しては、最も優秀な水晶発振器は10
^-12を下回る周波数精度の安定度σy²（τ）が得られる
が、1000sを超える経過時間になると、周波数精度の変
化は、急速に大きくなり、基準周波数信号の周波数精度
の安定度が、急速に低下することを示している。

一方、最も優秀なセシウム原子時計、つまり、水晶発
振器では、100sに達しない計時間の範囲において10^-12
を大きく上回る周波数精度であるが、それを過ぎると、
周波数精度が徐々に向上している。つまり、短期間の時
間経過の測定に対する基準周波数信号の周波数精度は凡
庸なものであるが、1000sを超える時間経過の測定に対
しては10^-12を下回る高い周波数精度になることを示し
ている。

また、セシウム原子発振器を基準としてVCOを制御す
る構成（以下、第２従来技術という）が特開昭57−2843
1などにより開示され、水晶発振器によりVCOを制御する
とともに可逆計数手段とD/A変換手段とを用いて位相同
期を行う構成（以下、第３従来技術という）が特公昭58
−18020などにより開示され、分周器を含むフエーズ・
ロックド・ループ回路の位相比較手段に対して可逆計数
手段を用いた構成（以下、第４従来技術という）が特公
昭57−9536などにより開示され、分周器を含むフエーズ
・ロックド・ループ回路の分周手段に対してプログラム
分周器を用いた自動位相ロック制御の構成（以下、第５
従来技術という）が特開昭57−55628などにより開示さ
れ、フエーズ・ロークド・ループ回路の位相比較手段に
対して、反転回路とアンドゲート回路とを用いた構成
（以下、第６従来技術という）が特開昭60−38931など
により開示され、さらに、フエーズ・ロックド・ループ
回路の位相同期手段に対して２つの基準信号間のビート
信号のレベルによる位相同期状態を検出することにより
位相差がどの範囲にあるかを検出する自動位相ロック制
御の構成（以下、第７従来技術という）が特開昭56−30
303などにより開示されている。

さらに、位相同期ループ装置において、信号源の周波
数とVCOの周波数との間の位相差を位相比較器で検出し
て得られる出力をローパスフィルタを通した濾波出力に
よりVCOを制御するようにした構成において、通過帯域
を定めるための抵抗とコンデンサとによる時定数をもつ
増幅回路によって構成したローパスフィルタを２つ設け
ておき、第１のローパスフィルタは通過帯域が広く時定
数が小さくて制御の応答性が速いものとし、また、第２
のローパスフィルタは通過帯域あ狭く時定数が大きくて
制御の応答性は遅いが雑音信号を低減できるものとして
おき、信号源の周波数が変わった直後には、第１のロー
パスフィルタを用いて迅速に追従応答させ、追従が終わ
ったときに、第２のローパスフィルタに切り換えること
により、VCOの動作を安定させる構成（以下、第８従来
技術という）と、上記の２つのローパスフィルタに代え
て、通過帯域が可変なローパスフィルタを設けるととも
に、位相比較器の出力またはローパスフィルタの出力に
含まれる雑音信号の量、つまり、レベルによって、通過
帯域を変化させるように制御する構成（以下、第９従来
技術という）とが、特開昭56−16328により開示されて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕 上記の第１従来技術のものでは、経過時間τが10^-3s
＜τ＜1000sの短期間の測定範囲とτ＞1000sの長期間の
測定範囲との両方を満足する基準周波数信号を発生でき
る発振器がないため、時間経過の測定を最適な精度条件
下で行なうためには、その時間経過に対応して、水晶発
振器またはセシウム原子時計のいずれかを選択して使用
しなければならないという不都合がある。

また、第２従来技術のものでは、第１従来技術の場合
におけるセシウム原子時計と同様に、例えば、第１図に
おける動作曲線〜に示すように、長期間の時間経過
の測定においては高精度で動作し得るが、短期間の時間
経過の測定に対しては低い精度しか得られないという不
都合があり、第３従来技術のものでは、第１従来技術の
場合における水晶発振器と同様に、例えば、第１図にお
ける動作曲線に示すように、短期間の時間経過の測定
においては高精度で動作し得るが、長期間の時間経過測
定に対しては低い精度しか得られないという不都合があ
り、第４従来技術のものでは、位相制御に単に可逆計数
手段を用いたのみなので、位相制御の追従を短い周期で
繰り返すことはできるが、セシウム発振器または水晶発
振器などの発振器自体における時間経過に伴う周波数精
度の変化を改善することに対しては何ら寄与し得ないと
いう不都合がある。

そして、第５従来技術のものでは、プログラマブル分
周器による分周を、周波数シンセサイザの発生周波数を
変更するために用いるものなので、これをセシウム発振
器または水晶発振器による位相同期に用いたとしても、
単に周波数シンセサイザの周波数を種々に変更すること
はできるが、セシウム発振器または水晶発振器などの発
振器自体における時間経過に伴う周波数精度の変化の改
善に対しては何ら寄与し得ないという不都合があり、第
６従来技術のものでは、反転回路とアンドゲート回路と
を位相同期の同期方向の検出のみに用いるものなので、
位相同期を迅速に制御することはできるが、セシウム発
振器または水晶発振器などの発振器自体における時間経
過に伴う周波数精度の変化の改善に対しては何ら寄与し
得ないという不都合がある。

さらに、第７従来技術のものでは、位相同期状態の範
囲の検出を位相同期動作の制御のみに用いるものなの
で、位相同期を適確に制御することはできるが、セシウ
ム発振器または水晶発振器などの発振器自体における時
間経過に伴う周波数精度変化の改善に対しては何ら寄与
し得ないという不都合がある。

また、第８従来技術の構成では、２つのローパスフィ
ルタを設けるという複雑な構成を必要とするほかに、２
つのローパスフィルタのみでは、時定数を大幅に切り換
える必要があり、切り換えた直後における位相追従動作
が不安定になり易いという不都合があり、第９従来技術
の構成では、信号中に含まれる雑音信号のレベルを検出
するという難しくて複雑な構成を必要とするほか、本
来、変動し易い雑音信号のレベル変動によって、時定数
が頻繁に変化させられるので、位相追従動作が不安定に
なるなどの不都合があるので、こうした複雑な構成を用
いずに安定した制御を行うには、装置どのように構成す
ればよいかという課題がある。

したがって、上記の従来技術におけるセシウム原子時
計の高精度範囲と水晶発振器の高精度範囲とを１つの装
置で得られるように構成することが考えられるが、種々
の経過時間に対して安定した高精度をもつものを得るに
は、具体的には、どのように構成すればよいかという課
題がある。

本発明は、上記のような短期間と長期間との両方の時
間経過の測定に対して安定した高精度をもつ経過時間測
定用装置を提供することを目的とし、経過時間τ＞1sに
対して周波数精度が５×10^-13程度で安定した性能を有
する単一の装置を提供することにより上記の不都合を解
消することを目的としている。

そして、本発明は、短期間の時間経過の測定、つま
り、1000s未満の経過時間の測定に対しては上記の水晶
発振器における周波数精度の安定性をもって対応させる
とともに、長期間の時間経過の測定、つまり、1000sを
超える経過時間の測定に対してはセシウム原子時計にお
ける周波数精度をもって対応させ得るようにした基準周
波数信号を得ることを可能にするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記のような 第１の高周波信号と第２の高周波信号とを自動位相ロ
ック制御して得られる上記の第１の高周波信号によい短
い時間経過と長い時間経過との両方に対して高精度の測
定を行うようにした経過時間測定用装置において、 上記の短い時間経過においては高精度であるが、上記
の長い時間経過においては精度が低下する上記の第１の
高周波信号を発生する第１発生手段と、 上記の短い時間経過においては低精度であるが、上記
の長い時間経過においては精度が高くなる高周波信号で
あって、概略周波数が上記の第１の高周波信号と同一周
波数または調波関係を有する周波数の第２の高周波信号
を発生する第２発生手段と、 上記の第１の高周波信号にもとづいて第１の低周波信
号を得る第１低周波手段と、 上記の第２の高周波信号にもとづいて、概略周波数が
上記の第１の低周波信号と同一周波数の第２の低周波信
号を得る第２低周波手段と、 上記の第１の低周波信号と上記の第２の低周波信号と
の複数期間にわたる位相差を積分して得られる制御信号
にもとづいて上記の第１の高周波信号の位相制御を行う
位相制御手段と、 上記の複数周期よりも長い時間間隔をもつ時定数によ
って上記の位相制御手段による上記の第１の高周波信号
の位相制御を所定の複数回にわたって行うとともに、上
記の時定数を上記の測定の開始から上記の第１の高周波
信号における上記の時間経過の精度と上記の第２の高周
波信号における上記の時間経過の精度との交差箇所付近
の時点までの過渡的な時間領域における時間経過に対応
させて、上記の複数回ごとに、順次に増加させる時定数
増加制御手段と を設けた構成を主体とする装置を提供することにより上
記の課題を解決し得るようにしたものであり、高精度を
要する時間経過を測定する産業や航空または宇宙機器に
適用し得るものである。

〔実施例〕

以下、第2a図〜第５図により本発明の自動位相ロック
制御構成をもつ経過時間特定用装置の実施例を説明す
る。

第2a図〜第５図において、第１図の符号と同一符号の
部分は第１図で説明した同一符号の部分と同一の機能を
もつ部分であり、また、第2a図〜第５図の各符号におい
て、同一符号の部分は同一の機能をもつ部分である。

〔第１の実施例〕 まず、第2a図・第2b図により第１の実施例を説明す
る。

第2a図において、第１発生部１は、短い時間経過にお
いては高精度をもつが、長い時間経過においては精度が
低下するような周波数精度をもつ第１の周波数信号fb
1、例えば、第１図の曲線のような特性をもつ周波数
信号を発生し、また、第２発生部２は、短い時間経過に
おいては低精度をもつが、長い時間経過においては精度
が高くなるような周波数精度をもつ第２の周波数信号fb
2、例えば、第１図の曲線〜のような特性をもつ周
波数信号を発生する。そして、第２の周波数信号fb2の
周波数精度の安定度は、第１図〜のように、長い経
過時間の測定に対しては、特性曲線が時間経過τに対応
してほぼ10^−1/2の傾斜で下降している。

ここで、短い時間経過とは、上記のように、1000sに
満たない時間経過に対する測定時間の範囲を言い、ま
た、長い時間経過とは、上記のように、1000sを超える
時間経過に対する測定時間の範囲を言う。また、第１の
周波数信号fb1と第２の周波数信号fb2とは、周波数精度
の安定度にもとづく細かい周波数の変化を除けば、同一
の周波数を有しているが、つまり、概略周波数が同一周
波数を有しているが、特定な実施態様によれば、第１の
周波数信号fb1と第２の周波数信号fb2を、本発明の目的
の範囲内において、調波関係を有する周波数にすること
ができる。

制御部３は、第１の周波数信号fb1と第２の周波数信
号fb2によって他側の第２または第１の周波数信号fb2・
fb1を自動位相ロック制御するものであり、この制御に
おいて、上記の短い経過時間の測定と上記の長い経過時
間期間の測定の間の過渡的な領域に対応する時定数を与
えるようにして、自動位相ロックを行うものである。

そして、この過渡的な領域とは、第１の周波数信号fb
1の特性曲線と第２の周波数信号fb2の特性曲線とが交る
ゾーンに相当するものであり、自動位相ロック制御は、
各々の周波数信号の周波数、および、必要に応じてその
位相を制御するものである。

上記の過渡的な領域とは、具体的には、経過時間の測
定の開始、つまり、時間経過τ＝０から、第１の高周波
信号fb1における時間経過の精度、例えば、第１図の曲
線と、第２の高周波信号fb2における時間経過の精
度、例えば、第１図の曲線〜のうちの１つとの交差
箇所Ｘの付近の時点までの過渡的な時間領域Trを言うも
のである。

ここで、第１発生部１は、例えば、上記の8600osa型
の水晶発振器とし、第２発生部２は、例えば、上記のCS
オプション４型、CSHP506A型、または、CS3210型のセシ
ウム原子時計によって構成することができ、本発明は、
このように構成することにより、CSオプション４型、CS
HP506A型、または、CS3210型のセシウム原子時計の性能
を向上し得るようにすることを目的としているものであ
る。

この場合、第１発生部１は、第2a図のように、制御入
力端子10により周波数が調整可能な水晶発振器によって
構成することができ、そのS1から制御部３に対して第１
の周波数信号fb1を出力し、S2から経過時間の測定に使
用する使用出力端子に対して第１の周波数信号fb1を出
力する。

また、第１発生部１と第２発生部２とは、複数の出力
端子をもっており、それぞれ、各セパレータＳを介し
て、第１の周波数信号fb1と第２の周波数信号fb2とを出
力する。この各セパレータＳは、一般に市販されている
ものなので説明を省略する。

以下、制御部３の構成を具体的に説明する。

制御部３には、局部発振部30と第１の周波数変換部31
と第２の周波数変換部32とをもっており、局部発振部30
は、局部発振周波数信号foLを発生して、第１の周波数
変換部31と第２の周波数変換部32とに共通の局部発振周
波数信号を出力する。

周波数変換部31・32は、それぞれ、第１の周波数信号
fb1と第２の周波数信号fb2と局発発振周波数信号foLと
にもとづいて、第１の中間周波数信号f1と第２の中間周
波数信号f2を出力するが、これらの信号出力は、それぞ
れ、第１の周波数信号fb1における周波数または位相の
変化と、第２の周波数信号fb2における周波数または位
相の変化とを表わしていることになる。

また、局部発振部30は、第２発生部２における周波数
精度の安定特性と同一の安定特性をもつものであり、第
１の中間周波数信号f1と第２の中間周波数信号f2との関
係が、第１の周波数信号fb1と第２の周波数信号fb2との
位相関係を維持するようにしてある。

これらの信号の周波数例としては、第１の周波数信号
fb1と第２の周波数信号fb2とは、それぞれ、例えば、5M
Hzの周波数とし、局部発振周波数信号foLは、この5MHz
に近い値の周波数とし、第１の中間周波数信号f1と第２
の中間周波数信号f2は、それぞれ、約10Hzの周波数とす
ることができる。つまり、第１の中間周波数信号f1と第
２の中間周波数信号f2とは、概略周波数を同一周波数に
することができる。

そして、局部発振部30は、例えば、第２の周波数信号
fb2から局部周波数信号foLを発生するために、局部発振
周波数信号foLを第２の周波数信号fb2から合成して出力
させることができる。

この場合、局部発振部30における合成回路は、図のよ
うに、パワー分割回路またはＴ型ハイブリッド回路300
と、２つの分周器301・302と、２つの混合回路、つま
り、周波数変換回路303・304と、２つの水晶フイルタ30
5・306との組み合わせによって構成することができる。

この構成において、パワー分割回路またはＴ型ハイブ
リッド回路300は、第２の周波数信号fb2を同じパワーを
有する同一の２つの信号に分けて、その一方を第１の分
周器301と第２の分周器302とに与え、他方を第１の混合
回路、つまり、第１の周波数変換回路303に与える。

また、第１の周波数変換回路303は、第２の周波数信
号fb2と第１の分周器301の出力とにより周波数変換を行
って得られる周波数変換出力を水晶フイルタ305を介し
て第２の混合回路、つまり、周波数変換回路304に与え
る。

そして、第２の周波数変換回路304は、水晶フイルタ3
05の出力と第２の分割回路302の出力とにより周波数変
換を行って得られる周波数変換出力を水晶フイルタ306
を介して出力することにより局部発振周波数信号foLを
得るとともに、この局部発振周波数信号foLを各セパレ
ータＳを介して、第１の周波数変換部31と第２の周波数
変換部32とに与えるようにしてある。

ここで、第１の分周器301の分周比を998とし、第２の
分周器302の分周比を1000とすることにより、局部発振
周波数信号foLと第２の周波数信号fb2との周波数を次式
のよう関係づけることができる。

foL＝fb2＋10Hz つまり、第１の中間周波数信号f1と第２の中間周波数
信号f2とを10Hzの周波数をもつ信号にして出力すること
ができる。

第２の周波数信号fb2に対する第１の周波数信号fb1の
制御は、局部発振周波数信号foLと第２の周波数信号fb2
との間で得られるビート信号、つまり、中間周波数信号
f2のＮビートの期間に対する時間測定に基づいて制御す
るとともに、第１発生部１が発生する第１の周波数信号
fb1との間において、第２の周波数信号fb2を出力する第
２発生部２の長期間の経過時間における高精度を基準に
するように制御するものである。つまり、τ＝N/f2の期
間における第２の周波数信号fb2の位相変化を積分する
ことにより本発明の目的を達するように制御する。

このため、中間周波数信号f1の周期の数Ｎを計数する
第１の計数部33と、中間周波数信号f2の周期の数Ｎを計
数する第２の計数部34とを設けてあり、これらの計数部
33・34を、それぞれ、のプログラミング可能な分周器33
0・340と、これに続く、フリップフロップ回路b1・b2と
で構成してある。

ここで、プログラミング可能な分周器330・340は、同
一のもので、その分周比は、後記のように、Ｎの整数倍
であり、また、フリップフロップ回路b1・b2は、計数の
開始時に開き、中間周波数信号f2・f1のＮ周期を計数す
る間だけレベル「１」の状態に留まり、それぞれ、論理
信号B1・B2を出力する。

したがって、この論理信号B1・B2は、第１の中間周波
数信号f1と第２の中間周波数信号f2とを、それぞれ、Ｎ
周期またはＮ周期の整数倍の周期を計数したことを表わ
しているものである。

制御部３には、さらに、第１の周波数信号fb1の周波
数の調波周波数をその周波数とする分周信号fhを出力す
るための分周部35が設けてあり、こ分周部35をプログラ
ミング可能な分周器35により構成してある。

分周器35は、プログラミング可能な分周比、Ｍの整数
倍によって、第１の周波数信号fb1を分周することによ
り分周信号fhを出力するように構成してある。

そして、フリップフロップ回路b1・b2から出力される
論理信号B1・B2によって、ある値Ｎαを設定することが
可能な可逆計数部36を設けてあり、この値Ｎαは、第２
の中間周波数信号f2の周波数と、第１の中間周波数信号
f1の周波数との差を表わすもので、値Ｎαのカウントア
ップまたはカウントダウンを、分周信号fhによって行う
ようにしてある。

この動作を行わせるために、インバータ360・361とAN
Dゲート362・363とにより構成した論理回路3600とORゲ
ート364・365とパルス発生回路367とを設けてある。

そして、ANDゲート362には、一方の入力端子に論理信
号B1を与え、また、他方の入力端子に論理信号B2をイン
バータ361を介して与えることにより、ANDゲート362か
ら論理積信号B1・B2を出力させるとともに、ANDゲート3
63には、一方の入力端子に論理信号B2を与え、他方の入
力端子に論理信号B1をインバータ360を介して与えるこ
とによって、ANDゲート363から論理積信号B2・B1を出力
させる。

さらに、ANDゲート362の出力と分周信号fhとをORゲー
ト364に与えて得られる出力を可逆計数器366にカウント
ダウン入力、つまり、低減計数用入力として与え、ま
た、ANDゲート363の出力と分周信号fhとをORゲート365
に与えて得られる出力を可逆計数器366にカウントアッ
プ入力、つまり、増加計数用入力として与える。

また、可逆計数部36のパルス発生回路367は、上記の
Ｎ周期の計数を終了したことを示すパルスを発生する回
路であって、インバータ360の出力とインバータ361の出
力とをANDゲート3670に与えて得られる出力をパルス回
路3671で所要の信号波形にしたパルス信号を、上記の中
間周波数信号f1・f2のＮ周期の計数終了時に、再初期化
または再びゼロに戻すための信号、つまり、リセット信
号RAZとして出力する。このリセット信号RAZの機能につ
いては後述する。

制御部３には、さらに、可逆計数部36の出力、つま
り、可逆計数器366からのディジタル信号による出力を
アナログ信号Afに変換して出力するためのアナログ出力
部37を設けてあり、このアナログ出力部37を、緩衝記憶
装置、つまり、バッファメモリ370とDA変換器371とで構
成してある。

アナログ信号Afは、第１の中間周波数信号f1の周波数
と第２の中間周波数信号f2の周波数との間の周波数と位
相の差、つまり、位相の差が大きくなって周波数の差に
なったものや周波数の差にまで達しない程度の位相の差
（この発明において、これらを位相差という）を表すも
のであり、このアナログ信号Afを第１発生部１、つま
り、周波数が調整可能な水晶発振器の制御入力端子10に
与えて目的とする制御を行うようにしたものである。

そして、制御部３の各部分における機能の時間的関連
動作は、第2b図の各部信号波形のようになっている。

可逆計数器366は、累算器の役割を果たしており、初
期値は、その容量の半分に予めセットさせている。例え
ば、最高位のビットは１に、その他のビットは０に設定
されており、フリップフロップ回路b1およびb2の状態に
従って、受け入れた分周信号fhを、カウントアップおよ
びカウントダウンする。

第2b図の各信号波形は、第2a図の構成における各部の
信号の時間的な関係を示したものである。

第2b図において、論理回路3600のANDゲート362からの
出力、つまり、論理積信号B1・B2の論理値が「１」にな
る時間Taの間と、ANDゲート363からの出力、つまり、論
理積信号B2・B1の論理値が「１」になる時間Tbの間とに
おいて、それぞれ、可逆計数器366に、まず、カウント
アップを行わせ、次に、カウントダウンを行わせる。

これによって、第１の周波数信号fb1は第２の周波数
信号fb2によって制御され、時間Taと時間Tbとを等しく
するようにして、周波数の制御を行うものである。第１
の中間周波数信号f1と第２の中間周波数信号f2との間に
は、何らかの位相、つまり、任意の位相をもつ第１の周
波数fb1と第２の周波数信号fb2との間の位相差に対応す
る位相差をもっているので、上記のように制御すること
ができる。

また、第2b図により理解し得るように、第１の中間周
波数信号f1と第２の中間周波数信号f2間の位相差を、こ
れらの各信号の各Ｎ周期分に拡大した時間の差に拡大し
て、検出していることになるものである。

そして、パルス発生回路367は、第１の中間周波数信
号f1と第２の中間周波数信号f2との各Ｎ周期を計数した
後に、第２の中間周波数信号f2に対する第１の中間周波
数信号f1の位相差を表わすパラメータｎの値に相当する
可逆計数器366のディジタル計数値をバッファメモリ370
に入力すること更新する。この更新によって、DA変換器
371から出力しているアナログ信号Afも更新されること
になる。

また、制御部３には、リセット信号RAZを所要の信号
波形にするための反転回路3673から得られるリセット信
号RAZ′などにもとづいて初期化などの制御を行う初期
化／制御回路39を設けてあり、この初期化／制御回路39
によって、プログラミング可能な各分周器330・340・35
の各分周比の値Ｎと値Ｍとを変更することができ、この
変更を行うために、各分周器330・340・35は、それぞ
れ、各入力ゲート3300・3400・3500をもっており、さら
に、制御を精密に行うとともに、制御状態を監視し得る
ようにするために、第３の周波数変換部130、増幅部13
1、検出部132・133、比較部134などを初期化／制御回路
39に関連付けて動作させる構成を設けてあるが、これら
の構成部分については、後記の第3a図・第3b図による第
２の実施例における説明において、併せて、説明する。

〔第２の実施例〕 以下、第2a図・第2b図による第１の実施例における制
御部３の部分の構成などを変形した第２の実施例を第3a
図・第3b図により説明する。これらの図における第2a図
・第2b図の符号と同一符号の部分は、第2a図・第2b図で
説明した同一符号の部分と同一の機能をもつ部分であ
る。

第3a図において、可逆計数部36には、分周信号fhから
異なる周波数に二重化した第１の分周信号fh1と第２の
分周信号fh2を発生するための二重分周回路368と、第２
の中間周波数信号の中から所定の周期を判別するための
判別部369と、第１の分周信号fh1と第２の分周信号fh2
から第１の位相設定信号φ１と第２の位相設定信号φ２
とを得るための計数部370と、論理信号B1・B2と第１の
分周信号fh1との一致部分に対応する信号を得るためのA
NDゲート3620と、論理信号B2・B1と第２の分周信号fh2
との一致部分に対応する信号を得るためのANDゲート363
0とを設けてある。

そして、二重分周回路368には、分周信号fhから第１
の分周信号fh1を発生するための第１の分周回路3681
と、分周信号fhから第２の分周信号fh2を発生するため
の第２の分周回路3682とを設けてあって、第１の分周回
路3681は、例えば、分周比が４の分周器であり、また、
第２の分周回路3682は、例えば、分周比が３の分周器に
してある。

判別部369は、リセット信号RAZ′にもとづいて、上記
の第２の中間周波数信号f2のＮ周期の中から所定の１つ
の周期を判別する回路であって、Ｎ周期の始めからｐ番
目の１つの周期を判別するものであり、例えば、第3b図
のように、３番目の周期の全期間中にわたり一定の論理
状態の論理信号hpを発生するフリップフロップ型の回路
である。

計数部370は、分周器3701と後続するANDゲート3703に
よる計数回路と、分周器3702と後続するANDゲート3704
による計数回路とで構成したもので、分周器3701・3702
の分周比を、例えば、４にしてあり、各計数回路によ
り、論理信号hpの中に含まれる第１の分周信号fh1と第
２の分周信号fh2との各々の周期数Ｎφを計数して得ら
れる信号を、それぞれ、位相評定信号φ１と位相評定信
号φ２として、第１のORゲート364と第２のORゲート365
に与えるものである。

そして、制御部３の各部分における機能の時間的関連
動作を、第3b図の各部信号波形のようにすることによ
り、第２の周波数信号fb2に対する第１の周波数信号fb1
の位相制御を行なうようにしているものである。

第3b図の各信号波形は、第3a図の構成における各部の
信号の時間的な関係を示したものである。

第3b図において、位相評定信号φ１は、ORゲート364
を介して、第２の中間周波数信号f2のＮ周期における３
番目の周期期間中に、つまり、論理信号hpの論理状態が
「１」の状態の間に、分周信号fhを分周回路3681の分周
比４で分周し、さらに、分周回路3701の分周比４で分周
した周波数fh/16の信号によって、可逆計数器366にカウ
ントダウンを命令する制御信号に対応するものである。

そして、位相評定信号φ２は、ORゲート365を介し
て、第２の中間周波数信号f2のＮ周期における３番目の
周期期間中に、つまり、論理信号hpの論理状態が「１」
の状態の間に、分周信号fhを分周回路3682の分周比３で
分周し、さらに、分周回路3702の分周比４で分周した周
波数fh/12の信号によって、可逆計数器366にカウントア
ップを命令する制御信号に対応するものである。

また、論理信号B1・B2は、ANDゲート3620を介して、
期間Taの期間中に、分周信号fhを分周回路3681の分周比
４で分周した周波数fh/4の信号により可逆計数器366に
カウントアップを命令する制御信号に対応し、また、論
理信号B2・B1は、ANDゲート3630を介して、期間Tbの期
間中に、分周信号fhを分周回路3682の分周比３で分周し
た周波数fh/3の信号によって、可逆計数器366にカウン
トダウンを命令する制御信号に対応するものである。

第3b図において、第１の周波数信号fb1と第２の周波
数信号fb2との間の周波数および位相の制御は、上記の
論理信号B1・B2の期間Taと、論理信号B2・B1の期間Tbと
が、次式の関係になるように実行される。

ここで、第１の解決手段として、期間Tbを期間Taの3/
4に等しくするだけでは、制御が不安定になる可能性が
ある。また、第２の解決手段として、Ta＝Tb＝０の関係
になるようにする手段も考えられるが、この制御手段で
は、第１の周波数信号fb1と第２の周波数信号fb2とを同
位相にすることになるので、やはり、不安定な制御にな
る。

つまり、実際に、信号中における位相εの小さな遅れ
は、みかけ上、360゜−εの差としてしか現われないの
で、制御に「同期はずれ」を引き起こし易いという不都
合がある。

こうした不都合を解消するために、第3a図の装置で
は、90゜の位相をもった制御を行なうことを可能にして
いる。つまり、論理信号B1・B2と論理信号B2・B1とにお
ける期間Taと期間Tbの時間を、第3b図のように、第２の
中間周波数信号f2の周期の1/4に等しくするようにし
て、これらの時間が、Ta＝Tb＝T2/4の関係になるように
検査する。

この場合、カウントアップとカウントダウンとは、第
２の中間周波数信号f2と第１の中間周波数信号f1とを、
それぞれ、代表している周期T2と周期T1の期間中に、そ
れぞれ、２つの異なる周波数fh/4と周波数fh/3とによっ
て行なう。

こうした直角位相、つまり、90゜位相の制御におい
て、可逆計数器366の累算結果は、次式のようになる。

可逆計数器366のカウントアップとカウントダウンの
結果が、上式の結果を不変にするように、期間T2/4の間
を、分周信号fh/4と分周信号fh/3とでカウントアップと
カウントダウンすればよいわけである。

また、期間T2/4がない場合には、実際には、周期T2が
あるので、この周期T2の間を、それよりも、４分の１も
小さい周波数、つまり、fh/16とfh/2とでカウントアッ
プとカウントダウンをすればよいわけであり、このカウ
ントアップとカウントダウンを行なうために選択する周
期を、Ｎ周期の第３番目の周期T2にすればよい。つま
り、論理信号B1・B2による期間Ta、または、論理信号B2
・B1による期間Tbと重ならないようにした第２の中間周
波数信号f2の３番目の周期hpを選択すればよいわけであ
る。

このようにして、第１の周波数信号fb1は、次式の関
係が成立するように、第２の周波数信号fb2に対して直
角位相により制御される。

ここで、各期間の時間関係は、 とする。

ところで、こうした位相制御システム、つまり、自動
位相ロック制御において、位相を同期化できる範囲は、
制御の時定数に反比例する。この範囲は1000秒付近の高
い時定数において相対値で約２×10^-10という非常に小
さなものになる。

したがって、アナログ式のシステムのように、予め定
めた１つの時定数によるものでは、本発明が目的とする
位相の同期化と維持の条件を満足させることができない
という不都合があるので、本発明では、制御の時定数
を、測定時間、つまり、時間経過に対応させている。

本発明の装置では、上記の不都合を解消するために、
制御の時定数をシーケンス的に変化させる制御手段を用
いており、例えば、最初に、まず、約25秒の小さな時定
数で行い。次に、周波数および位相の制御が行なわれる
都度、順次に倍加して増加し、所望の値に最も近い値に
達するまで行う。そして、最終の時定数は、使用に際し
て、ユーザーが予め選択し得るようにしてある。

〔同期監視部分と時定数制御部分〕

以下、第2a図・第3a図の実施例における同期監視部分
と時定数制御部分について説明する。

上記のような位相の同期化と維持を自動的に行う制
御、つまり、自動位相ロック制御を、シーケンス的に変
化する時定数によって行うために、プログラミング可能
な分周器330・340・35には、それぞれ、入力ゲート3300
・3400・3500を設けるとともに、これらの入力ゲートを
初期化／回路39に接続してあり、時定数の変化のシーケ
ンスに従って時定数の処理を確実に行わせるために、初
期化／制御回路39の制御を、論理回路による制御、また
は、マイクロプロセッサによる制御によって構成してあ
る。この制御構成については後述する。

まず、臨界値に対する制御と監視を行う構成、つま
り、第３の周波数変換部130、増幅部131、検出部132・1
33、比較部134などを初期化／制御回路39に関連付けて
動作させる構成について説明する。

第３の周波数変換部130は、第１の周波数信号fb1と第
２の周波数信号fb2とにもとづいてビート信号fBを作る
回路であり、このビート信号fBの振幅は、第２の周波数
信号fb2に対する第１の周波数信号fb1の位相値φに正比
例する。そして、このビート信号fBを増幅部131により
所要の振幅に増幅したビート信号fB′を比較部134に与
える。

比較部134は、ビートfB′の振幅を所定の振幅値と比
較することにより、上記の位相φが、２つの臨界値とす
る位相φm1と位相φm2との間にあるか否か、２つの状態
を表す各論理信号を出力する。

第１の状態、つまり、上記の位相値φが位相φm1と位
相φm2の間にあることを表す論理信号と、第２の状態、
つまり、上記の位相値φが位相φm1と位相φm2の間の位
相範囲外にあることを表す論理信号とを、初期化／制御
回路39の入力ゲート390に与えることにより、第２の周
波数信号fb2に対する第１の周波数信号fb1の位相値φが
位相限界値φm1とφm2の間の位相値になるように制御す
ることを可能にしている。

また、検出器132は、第２の周波数信号fb2を検知して
電界発光ダイオードＥを発光することにより第２の周波
数信号fb2の存在を明らかにし、また、検出器133は、第
１の周波数信号fb1を検知して電界発光ダイオードＦを
発光することにより第１の周波数信号fb1の存在も明ら
かにする。

さらに、比較部134の出力により電界発光ダイオード
Ｇを発光することにより制御信号の存在を明らかにす
る。したがって、各発光ダイオードＥ・Ｆ・Ｇは、当該
各部の動作状態を監視する役目をしていることになる。

また、比較部134の出力を初期化／制御回路39の入力
ゲート390に与えることにより位相制御を行っている。

次に、初期化／制御回路39による制御を説明する。

初期化／制御回路39に設けた符号化部391は、例え
ば、コードホイールであり、装置のユーザー、つまり、
オペレータが時定数の最終値τｆの符号を与える部分で
あって、例えば、０から７の間の数字Ｄによって表すよ
うになっている。

そして、時定数の初期値τjiを、例えば、25sとし、
２倍に倍加するような時定数τｊの値のシーケンスにし
たとすると、最終時定数τｆは、数字Ｄの数を所定回数
とすると、τｆ＝25×2^Dsによって定義されることにな
る。また、毎回の数をＣとすると、毎回の時定数τｊ
は、τｊ＝25×2^Csで表すことができる。

こうした制御処理構成を、マイクロプロセッサまたは
論理回路によって制御を行うようにした制御回路39で
は、第１の周波数信号fb1と第２の周波数信号fb2の間の
位相差の値φを初期値φｉから、限界値φm1とφm2の範
囲内に維持す自動位相ロック制御の動作を、シーケンス
的に変化する時定数τｊによる自動位相ロック制御によ
り時定数τｊが最終値τｆに達するまで行って、制御部
３における同期化を最適に確実に行うことを可能にする
ものである。

以下、図４により制御回路39をマイクロプロセッサ
（図示せず）によって構成した場合の構成を説明する。

マイクロプロセッサは、固定記憶装置（図示せず）を
もっており、この固定記憶装置に、上記のような計数部
33・34における分周器330・340の各分周Ｎと、分周手段
35における分周回路35の分周比Ｍとを順次に増加するた
めのシーケンス処理と、時定数τｊの値を順次に倍加し
て増加するシーケンス処理となどを行いながら位相ロッ
ク制御を行うための処理フローを記憶してある。

第４図の処理フローにおいて、始動段階1000は、オペ
レータが制御回路39のスタート用押しボタンを押すこと
によって開始され、初期化段階1001に移行する。

初期化段階1001において、各部は初期化され、符号化
部391の値はゼロに戻り、時定数τｊは初期値になる。
分周器330・340・35は、それぞれ、分周比をＮとＭの初
期値、つまり、最初の最小値にプリセットされ、また、
可逆計数器366は、その全容量の中間の値、例えば、最
上位のビットを１に、その他のビットを０にセットされ
る。

そして、この可逆計数器366の値は、バッファメモリ3
70に与えられ、DA変換器371でアナログ信号Afに変換し
て、第１発生部１を構成する水晶発振器の制御入力端子
10に与えられる。このとき、制御入力端子10には、5V近
くの電圧が印加される。

さらに、所定の可変数Ａ・Ｂ・Ｃも、初期化される。
これらの可変数Ａ・Ｂ・Ｃについては、後述する。

そして、スタート用押しボタンを押し続けることによ
り、装置がブロックされ、つまり、処理フローによる動
作が行われなくなり、制御入力端子10には、最大電圧が
印加され続けるので、第１発生部１の水晶発振器が発生
する第１の周波数信号fb1の周波数が、機械的調整、つ
まり、装置内部の制御動作によって強制的に調整される
ことにより、第２発生部２のセシウム原子時計が発生す
る第２の周波数信号fb2周波数に同調、つまり、周波数
が一致するように近づけられる。

この同調制御状態は、比較器134の出力端子に接続さ
れている電界発光ダイオードＧの指示を目視することに
よって知ることができる。この動作の場合、比較器134
は、φm1＜φ＜φm2の条件ではなく、上記の同調を、ス
リティカルなものではなく、±10^-8程度の相対的な差を
許容するように装置してあるものである。

上記の可変数Ａ・Ｂ・Ｃは、次のように定義されるパ
ラメータである。

可変数Ａは、第１の中間周波数信号f1と第２の周波数
信号f2との間の周波数差または位相差を表わす値ｎを測
定して検べるシーケンスの順序、つまり、バァファメモ
リ370に取り込まれた値ｎの測値を反復進行する順序で
あり、この測値シーケンスは、バッファメモリ370にお
ける値ｎの２つの書き込みパルス間の時間、つまり、書
き込みと書き込みとの間に処理を行うように対応させて
ある。また、ここでは、可変数Ａを０から３までの整数
に設定してある。

可変数Ｂは、２つの中間周波数信号f1とf2との間の位
相差φが、限界値φm1とφm2との間に入っているときの
上記の値ｎを測定して検べるシーケンスの順序、つま
り、φm1＜φ＜φm2の条件で位相ロックされているとき
のバァファメモリ370に取り込まれた値ｎの測値を反復
進行する順序である。また、ここでは、可変数Ｂを０か
３までの整数に設定してある。

可変数Ｃは、τｊ＝25×2^Cにより定まる自動位相ロッ
ク制御の時定数τｊ秒（ｓ）の時間値を定めるパラメー
タ、つまり、時定数τｊを25秒（ｓ）の初期値から始め
て、順次、２倍に倍加した値を設定するシーケンスの順
序である。この可変数Ｃの最大値Ｄは、上記ように、オ
ペレータが初期化／制御回路39に設定する。

ここで、オペレータがスタート用押しボタンを離す
と、初期化した設定状態から、以下に述べるような自動
位相ロック動作が行われる。

各分周器330・340が分周比Ｎにより分周動作を行い、
２つの周波数信号fb1とfb2の間の位相に従って、論理信
号B1が、中間周波数信号f2のＮ周期における第１の周期
の立ち下がり時点でレベル値「１」、または、その反対
のレベルになり、また、論理信号B2が、中間周波数信号
f1のＮ周期における第１の立ち下がり時点でレベル値
「１」、または、その反対のレベルになる。

そして、この時点では、リセット信号RAZがリセット
解除レベルになり、期間Ta・Tbに対して、可逆計数器36
6のカウントアップとカウントダウンが実行される。そ
して、中間周波数信号f2のＮ周期後に、プログラミング
可能な分周器、つまり、分周器330・340・35がリセット
される。

なお、上記の可逆計数器366のカウントアップとカウ
ントダウンとの動作は、第2a図の第１の実施例の場合に
おける第2b図の期間Ta・Tbにおける動作であり、第3a図
の第２の実施例の場合には、第3b図の期間Ta・Tbと第３
番目の周期の期間とにおいて、可逆計数器366がカウン
トアップとカウントダウンとの動作を行うことになるこ
とは言うまでもない。

そして、可逆計数器366の計数値がバァファメモリ370
に入力され、このバァファメモリ370の値ｎがアナログ
制御電圧Afに変換されて、第１発生部１の水晶発振器の
制御入力端子10に与えられる。

次に、位相検査段階1002に移行する。この段階1002で
は、２つの周波数信号fb1とfb2との間の位相差φが、２
つの位相限界値φm1とφm2にの間にあるか否か、つま
り、φm1＜φ＜φm2の条件を検査し、位相が同期状態、
つまり、位相ロックされた状態になっていることを検査
する。

位相検査段階1002における検査が否定応答のとき、つ
まり、φm1＜φ＜φm2の条件を満たしていないときは、
段階1003により可変数Ａを増加した後に、段階1002によ
る検査段階以前の状態に戻すことにより、新しい測値シ
ーケンスを実行する。この可変数Ａの増加は、Ａ＝３に
なるまで行い、その後は、Ａ＝０に戻される。

また、位相検査段階1002における検査が肯定応答のと
き、つまり、φm1＜φ＜φm2の条件を満たしているとき
は、次のパラメータ増加段階1004に移行する。この段階
1004では、可変数、つまり、パラメータＡ・Ｂを増加さ
せて、次の位相安定化検査段階1005に移行する。

位相安定化検査段階1005では、位相検査段階1002を満
足させた位相ロック状態を、Ａ＝３に対する複数回の検
査回数Ｎφ回にわたって、位相の安定化検査を行う。

この位相安定化検査段階1005における検査が否定応答
のとき、つまり、φm1＜φ＜φm2の条件を満たしていな
いときは、段階1002の前の状態に戻る。

また、位相安定化検査段階1005における検査が肯定応
答のとき、つまり、φm1＜φ＜φm2の条件を満たして、
位相ロックされているときは、次の分周比増加段階1006
に移行する。

分周比増加段階1006では、各分周器330・340・35の分
周比ＮとＭとを、それぞれ、２倍に増加して、再初期化
段階1007に移行する。つまり、各分周器330・340・35の
プログラム可能な各入力ゲート3300・3400・3500に、各
分周比Ｎ・Ｍを、それぞれ、２倍に増加する制御も行う
ものである。

再初期化段階1007では、可変数Ａ・BBを、それぞれ、
Ａ＝０とＢ＝０とにした後に、次の時定数検査段階1008
に移行する。

時定数検査段階1008では、可変数Ｃが最終値Ｄになっ
ているか否か、つまり、時定数τｊの値が最終値τｆに
なっているか否かを検査する。この段階1008における検
査が否定応答のとき、つまり、時定数τｊが最終時定数
τｆになっていないときは、次の時定数増加段階1009に
移行して、可変数Ｃを１つ増加した時定数にした後に、
段階1002に戻る。

そして、また、時定数検査段階1008における検査が肯
定応答のとき、つまり、時定数τｆになっているとき
は、位相検査段階1010に移行する。

位相検査段階1010では、φm1＜φ＜φm2の条件を満た
した位相ロック状態が維持されているか否かを検査す
る。この段階1010における検査が否定応答のとき、つま
り、φm1＜φ＜φm2の条件を満たしていないときは、位
相ロックが外れた状態になっているので、次のアラーム
段階、つまり、警報段階1011を介して、可変数低減段階
1012に移行する。

また、位相検査段階1010における検査が肯定応答のと
き、つまり、φm1＜φ＜φm2の条件を満たしているとき
は、位相ロックが維持されている状態あるが、引き続き
位相ロック状態を監視するために、この位相検査段階10
10を繰り返す。

警報段階1011では、警報を行うためのリレーが閉じて
警報音を鳴らすとともに、位相ロックが外れた旨の「エ
ラー」をフリップフロップに記憶させ、この記憶内容に
より電界発光ダイオードＧの発光を消して、位相ロック
が外れたことが目視で分かるようにしている。

可変数低減段階1012では、可変数Ｃの値を１つ低減し
て、時定数τｊの値を、τj_-1＝25×2^C-1にするととも
に、各分周器330・340・35の各分周比Ｎ・Ｍを、それぞ
れ、1/2に低減した後に、位相検査段階1002に戻るよう
にしている。この各低減は、この段階での位相ロックが
外れ量はそれ程大きくなっていないことと、時定数τｊ
と分周比Ｎ・Ｍが、あまりに大きい状態では、位相ロッ
クのための制御が行われにくいことを考慮しているため
である。

実用的には、パラメータ増加段階1004では、φm1＜φ
＜φm2の条件を満たしているときに、リセット信号RAZ
によって、可変数Ａの計数器と可変数Ｂの計数器とを増
加計数させるように構成することができる。

そして、２つの限界値φm1とφm2は、具体的には、上
記のように、例えば、ある小さい位相をεとして、φm1
を90゜−εに等しくとり、φm2は90゜＋εに等しくとっ
てある。また、φm1＜φ＜φm2の条件を満たしていない
ときは、段階1003において、可変数Ａのみを増加計数す
るようにしている。

したがって、位相安定化検査段階1005におけるＡ＝３
とＢ＝３の検査は、Ａ＝１〜３とＢ＝１〜３の３つの連
続した検査の間、φm1＜φ＜φm2の条件を満たした位相
ロック状態になっていることを意味し、位相ロックが安
定しているとみなすことができる。

各分周器330・340・35に対する各分周比Ｎ・Ｍを変更
する命令は、具体的には、バッファメモリ370に負荷、
つまり、取り込みを命令するリセットパルスRAZにもと
づいてパルス回路367から出力されるリセットパルスRA
Z′により行わせている。

各分周比Ｎ・Ｍを変更する命令は、任意の手段によっ
て実行できるが、ここでは、マイクロプロセッサからの
命令により、直接的に、目的とする各分周比Ｎ・Ｍに移
行できるようにしている。

また、可変数Ｃは、設定された値Ｄと比較され、可変
数Ｃが設定値Ｄよりも小さいときは、可変数Ａの計数器
と、可変数Ｂの計数器とがゼロに戻され、分周比Ｎ・Ｍ
を２倍にして、処理を再スタートさせ、Ａ＝１〜３とＢ
＝１〜３の３つの連続した検査を行い、この３つの検査
の間、φm1＜φ＜φm2の条件を満たしている時には、可
変数Ｃが設定値Ｄになるまで、検査を行うように実行さ
れる。

システムの同期はずれ、つまり、位相ロックはずれの
場合には、時定数が大き過ぎていることを意味している
ので、コードホイールの値Ｄ、つまり、可変数Ｃの最終
値Ｄを下げることにより対処し得ることは言うまでもな
い。

上記の位相ロック制御において、２つの周波数信号fh
1とfh2との最初の位相差φｉが時間経過とともに収斂す
る状況は、例えば、第５図のようになる。

第５図において、縦軸は位相φ、横軸は経過時間τ
（ｓ）であり、動作曲線は、時定数τｊを初期値τj
i、例えば、25×2^Ds＝25sを、順次、２倍に倍加して増
加し、２τji・４τji……に変化しながら位相ロック制
御を行って、位相差の初期値φｉがφm1とφm2の間に引
き込まれる第１の周波数信号fh1の変化を示すものであ
る。そして、このように位相ロック制御されている第１
の周波数信号fh1が経過時間を測定するための信号とし
て、第2a図・第3a図の使用出力端子から得られるように
したものである。

そして、以上の説明、とくに段階1001〜1005に付随す
る説明から当業者が当然に理解し得るように、可変数Ａ
と可変数Ｂとの組み合わせによる所定の複数回の位相制
御は、同一の時定数τｊによって行われているものであ
り、この制御はリセット信号RAZ′にもとづいて初期化
／制御回路29から可逆計数器366に与えられる信号、つ
まり、初期化／制御回路29から可逆計数器366に向かっ
て設けた配線を通る信号によって、可逆計数器366にお
ける計数の更新と、可逆計数器366の計数値にもとづく
アナログ信号Afの更新とが行われるものであり、また、
時定数τｊは、可変数Ａ・Ｂによる所定の複数回ごと
に、段階1008によって順次に増加させられているもので
ある。

つまり、従来技術による自動位相ロック制御の構成で
は、位相検出回路または位相比較回路から得られる出力
を単に連続的に発振器の位相制御用入力として与えてい
るため、こうした可変数Ａ・Ｂによる所定の複数回の制
御を行う必要はないが、この発明では、各回の位相制御
を時定数τｊによって制御しているので、同一の時定数
τｊによる位相制御を所定の複数回、つまり、可変数Ａ
・Ｂによる所定の複数回なわたって行わないと、第１の
高周波信号fb1と第２の高周波信号fb2との間の位相差φ
を、目的とする限界値φm1とφm2の範囲内につまり、φ
m1＜φ＜φm2に、確実に引き込み得ないことになるもの
である。

また、この発明では、位相制御を時定数τｊによって
行わせているため、例えば、第１図の曲線のような第
１の高周波信号fb1における時間経過の精度変化と、第
１図の曲線〜のうちの１つのような第２の高周波信
号fb2における時間経過の精度変化と、その過渡的な時
間領域Trに対応させて、時定数τｊの初期値τj1と、そ
れを順次に増加する増加量と、その増加回数とを適宜に
選択することによって、自動位相ロック制御の制御条件
を最適化させるとともに位相制御を安定化し、過渡的な
時間領域Trを経過した後は、最終の時定数τｆによって
位相制御を安定化させ得ることができるものであり、さ
らには、時定数τｊの増加に合わせて、位相差を検出す
るための周期の数Ｎ・Ｍを増加させることにより、微細
な位相差の変化をも検出し得るようにしているものであ
る。

〔実施例の構成の要約〕

上記の実施例の構成を要約すると、 第１の高周波信号（fb1）と第２の高周波信号（fb2）
とを自動位相ロック制御して得られる上記の第１の高周
波信号（fb1）により短い時間経過（例えば、1000時間
以下）と長い時間経過（例えば、1000時間以上）との両
方に対して高精度の測定を行うようにした経過時間測定
用装置であって、 上記の短い時間経過においては高精度であるが、上記
の長い時間経過においては精度が低下する上記の第１の
高周波信号（fb1）（例えば、FIG.1の）を発生する第
１発生手段（１）と、 上記の短い時間経過においては低精度であるが、上記
の長い時間経過においては精度が高くなる高周波信号で
あって、概略周波数が前記第１の高周波信号（fb1）と
同一周波数または調波関係を有する周波数の第２の高周
波信号（fb2）（例えば、FIG.1の〜を発生する第２
発生手段（２）と、 上記の第１の高周波信号（fb1）にもとづいて第１の
低周波信号（f1）を得る第１低周波手段（30・31）と、 上記の第２の高周波信号（fb2）にもとづいて、概略
周波数が上記の第１の低周波信号（f1）と同一周波数の
第２の低周波信号（12）を得る第２低周波手段（30・3
2）と、 上記の第１の低周波信号（f1）と上記の第２の低周波
信号（12）との複数周期（例えば、（Ｎ）周期）にわた
る位相差（Ta・Tb）を積分して得られる制御信号（Af）
にもとづいて上記の第１の高周波信号（fb1）の位相制
御を行う位相制御手段（33・34・35・36・37・10・130
・131・134・139）と、 上記の複数周期（例えば、（Ｎ）周期）よりも長い時
間間隔（例えば、25秒×2^Cのうちの１つ）をもつ時定数
（τｊ）によって上記の位相制御手段による上記の第１
の高周波信号の位相制御（33・34・35・36・37・10・13
0・131・134・139）を所定の複数回（例えば、（Ａ）回
と（Ｂ）回の組み合わせ）にわたって行う（ステップ10
02〜1005）とともに、上記の時定数（τｊ）を上記の測
定の開始から上記の第１の高周波信号（fb1）（例え
ば、FIG.1の）における上記の時間経過の精度と上記
の第２の高周波信号（fb2）（例えば、FIG.1の〜の
うちの１つ）における上記の時間経過の精度との交差箇
所（例えば、交点Ｘ）付近の時点までの過渡的な時間領
域（例えば、FIG.1の期間Tx）における時間経過（τ）
に対応させて、上記の複数回ごとに、順次に増加（ステ
ップ1006〜1009）させる時定数増加制御手段（39・ステ
ップ1002〜1009）と を設けた構成を主体とする経過時間測定用装置を構成し
ているものである。

また、その第１の実施態様として、 上記の第１発生手段（１）が水晶発振器であり、上記
の第２発生手段（２）がセシウム原子時計であるものを
構成し、 第２の実施態様として、 上記の第１低周波手段（30・31）が、上記の第１の高
周波信号（fb1）を所定の局部発信周波数信号（foL）に
より周波数変換して上記の第１の低周波信号（f1）を得
ており、 上記の第２低周波手段（30・32）が、上記の第２の高
周波信号（fb2）を上記の所定の局部発振周波数信号（f
oL）により周波数変換して上記の第２の低周波信号（f
2）を得ているものを構成し、 第３の実施態様として、 上記の位相制御手段（33・34・35・36・37・10・130
・131・134・139）における上記の複数周期が、上記の
第１の低周波信号（f1）と上記の第２の低周波信号（f
2）との各周期の第１の所定数（Ｎ）倍であり、 上記の位相制御手段（33・34・35・36・37・131・134
・139）における上記の制御信号（Af）を、上記の第１
の高周波信号（fb1）を第２の所定数（FIG.2aの構成で
はＭ、また、FIG.3aの構成ではＭ×４とＭ×３）で分周
して得られる第３の周波数信号（FIG.2aの構成ではfh、
また、FIG.3aの構成ではfh1・fh2）により上記の前記位
相差（Ta・Tb）を計数した計数値（ｎ）にもとづいて得
ており、 上記の時定数増加制御手段（39・ステップ1002〜100
9）における上記の時定数（τｆ）の増加を、第３の所
定数（Ｄ）までの各回ごとに、所定の整数倍（例えば、
２倍）に変化するとともに、上記の各回ごとに、上記の
第１の所定数（Ｎ）と上記の第２の所定数（Ｍ、また
は、Ｍ×４とＭ×３）とを上記の所定の整数倍（例え
ば、２倍）に変化するものを構成し、 第４の実施態様として、 上記の位相制御手段（33・34・35・36・37・10・130
・131・134・39）における上記の位相差（Ta・Tb）と上
記の制御信号（Af）とを、 上記の第１の低周波信号（f1）と上記の第２の低周波
信号（f2）との各周期の上記の第１の所定数（Ｎ）倍の
各期間をAND論理（B1・B2・とB2・B1）した期間差を上
記の位相差（Ta・Tb）に対応する期間として得るととも
に、 上記の期間差を上記の第３の低周波信号（fh、また
は、fh1・fh2）により計数して得られる計数値（ｎ）に
もとづいて上記の制御信号（Af）を得るものを構成し、 第５の実施態様として、 上記の時定数（τｊ）の初期値を25秒とし、上記の所
定の整数倍を２倍とするものを構成し、 第６の実施態様として、 上記の時定数増加制御手段（39・ステップ1002〜100
9）における上記の複数回（例えば、（Ａ）回と（Ｂ）
回の組み合わせ）を、上記の自動位相ロック制御（10・
130・131・134・39）の状態が、所定条件の範囲内（φm
1＜φ＜φm2）にないときにおける第１の複数会（Ａ）
と、上記の所定条件の範囲内（φm1＜φ＜φm2）にある
ときにおける第２の複数回（Ｂ）との組み合わせとする
ものを構成し、 第７の実施態様として、 上記の自動位相ロック制御（10・130・131・134・3
9）の状態が上記の所定条件の範囲内（φm1＜φ＜φm
2）あるか否かの検査を、上記の第１の高周波信号（fb
1）と上記の第２の高周波信号（fb2）とのビート信号
（fB）の振幅にもとづいて検査するものを構成し、 第８の実施態様として、 上記の第１の低周波信号（f1）の周波数と上記の第２
の低周波信号（f2）との各上記の概略周波数を、各10Hz
程度の周波数とするものを構成し、 さらに、第９の実施態様として、 上記の第１の高周波信号（fb1）の周波数と上記の第
２の高周波信号（fb2）との各上記の概略周波数を、各5
MHz程度の周波数とするものを構成していることになる
ものである。

〔変形実施〕

上記の各実施例において説明した各値の例は、非制限
的な例であって、これらの値は、それぞれ、上記の本発
明の目的動作の範囲内において、適宜の値になし得るも
のであり、また、好ましい実施態様は、上記の実施例の
みに限定されるものではなく、上記の本発明の目的動作
の範囲内において、適宜に変形実施し得るものであるこ
とは言うまでもない。

〔発明の効果〕

この発明では、以上のように、時間経過の精度変化が
異なる２つの高周波信号間の自動位相ロック制御の時定
数を、これらの高周波信号における時間経過の精度変化
の過渡的な時間領域に対応して変化させるように制御し
ているため、時定数の初期値と、それを順次に増加する
増加量と、その増加回数とを適宜に選択することにより
自動位相ロック制御の制御条件を最適化と安定化して制
御し得るものであり、また、時定数の増加に合わせて、
位相差を検出する周期数を増加することにより微細な位
相差の変化を検出し得るものである。

さらに、時定数の変化を、低周波信号・低周波信号の
複数周期分よりも長い時間間隔もつ時定数にするととも
に、位相制御の複数回ごとに順次に増加させる制御構成
を設けているので、複数のローパスフィルタを設ける複
雑な構成や、検出の難しい雑音信号レベルを検出するた
めの複雑な検出構成を必要とせず、また、雑音信号レベ
ルの変動に伴う時定数の頻繁な長短変化による位相追従
動作を不安定性などを解消し得るものである。

したがって、例えば、水晶発信器のような短い時間経
過における精度の利点と、例えば、セシウム原子時計に
おける長い時間経過における精度の利点とを兼ね備える
とともに、自動位相ロック制御を最適化・安定化した経
過時間測定用装置を提供し得るなどの特長がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の経過時間測定用装置における周波数
特性を示す線図、第2a図は本発明の第１の実施例の経過
時間測定用装置のブロック構成図、第2b図は第2a図の構
成要部における各信号のタイミング線図、第3a図は本発
明の第２の実施例のブロック構成図、第3b図は第3a図の
構成要部における各信号のタイミング線図、第４図は第
2a図・第3a図の構成における位相ロック制御のフローチ
ャート図、また、第５図は位相ロック制御の動作状態を
示す線図である。 １……第１発生部、２……第２発生部 ３……制御部、10……制御入力端子 30……局部発振部、31……第１の周波数変換部 32……第２の周波数変換部、36……可逆計数部 37……アナログ出力部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−28431（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−145728（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−265934（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−66433（ＪＰ，Ａ)

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の高周波信号と第２の高周波信号とを
   自動位相ロック制御して得られる前記第１の高周波信号
   により短い時間経過と長い時間経過との両方に対して高
   精度の測定を行うようにした経過時間測定用装置であっ
   て、 前記短い時間経過においては高精度であるが、前記長い
   時間経過においては精度が低下する前記第１の高周波信
   号を発生する第１発生手段と、 前記短い時間経過においては低精度であるが、前記長い
   時間経過においては精度が高くなる高周波信号であっ
   て、概略周波数が前記第１の高周波信号と同一周波数ま
   たは調波関係を有する周波数の第２の高周波信号を発生
   する第２発生手段と、 前記第１の高周波信号にもとづいて第１の低周波信号を
   得る第１低周波手段と、 前記第２の高周波信号にもとづいて、概略周波数が前記
   第１の低周波信号と同一周波数の第２の低周波信号を得
   る第２低周波手段と、 前記第１の低周波信号と前記第２の低周波信号との複数
   周期にわたる位相差を積分して得られる制御信号にもと
   づいて前記第１の高周波信号の位相制御を行う位相制御
   手段と、 前記複数周期よりも長い時間間隔をもつ時定数によって
   前記位相制御手段による前記第１の高周波信号の位相制
   御を所定の複数回にわたって行うとともに、前記時定数
   を前記測定の開始から前記第１の高周波信号における前
   記時間経過の精度と前記第２の高周波信号における前記
   時間経過の精度との交差箇所付近の時点までの過渡的な
   時間領域における時間経過に対応させて、前記複数回ご
   とに、順次に増加させる時定数増加制御手段と を具備することを特徴とする経過時間測定用装置。
2. 【請求項２】前記第１発生手段が水晶発振器であり、前
   記第２発生手段がセシウム原子時計である特許請求の範
   囲第１項記載の経過時間測定用装置。
3. 【請求項３】前記第１低周波手段が、前記第１の高周波
   信号を所定の局部発信周波数信号により周波数変換して
   前記第１の低周波信号を得ており、 前記第２低周波手段が、前記第２の高周波信号を前記所
   定の局部発振周波数信号により周波数変換して前記第２
   の低周波信号を得ている 特許請求の範囲第１項または第２項記載の経過時間測定
   用装置。
4. 【請求項４】前記位相制御手段における前記複数周期
   が、前記第１の低周波信号と前記第２の低周波信号との
   各周期の第１の所定数倍であり、 前記位相制御手段における前記制御信号を、前記第１の
   高周波信号を第２の所定数で分周して得られる第３の周
   波数信号により前記周波数差または前記位相差を計数し
   た計数値にもとづいて得ており、 前記時定数増加制御手段における前記時定数の増加を、
   第３の所定数までの各回ごとに、所定の整数倍に変化す
   るとともに、前記各回ごとに、前記第１の所定数と前記
   第２の所定数とを前記所定の整数倍に変化する 特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載の
   経過時間測定用装置。
5. 【請求項５】前記位相制御手段における前記位相差と前
   記制御信号とを、前記第１の低周波信号と前記第２の低
   周波信号の各周期の前記第１の所定数倍の各期間をAND
   論理した期間差を前記位相差に対応する期間として得る
   とともに、 前記期間差を前記第３の低周波信号により計数して得ら
   れる計数値にもとづいて前記制御信号を得る 特許請求の範囲第４項記載の経過時間測定用装置。
6. 【請求項６】前記時定数の初期値を25秒とし、前記所定
   の整数倍を２倍とする特許請求の範囲第４項または第５
   項記載の経過時間測定用装置。
7. 【請求項７】前記時定数増加制御手段における前記複数
   回を、前記自動位相ロック制御の状態が、所定条件の範
   囲内にないときにおける第１の複数回と、前記所定条件
   の範囲内にあるときにおける第２の複数回との組み合わ
   せとする特許請求の範囲第１項〜第６項のいずれか１項
   に記載の経過時間測定用装置。
8. 【請求項８】前記自動位相ロック制御の状態が前記所定
   条件の範囲内あるか否かの検査を、前記第１の高周波信
   号と前記第２の高周波信号とのビート信号の振幅にもと
   づいて検査する特許請求の範囲第７項記載の経過時間測
   定用装置。
9. 【請求項９】前記第１の低周波信号の周波数と前記第２
   の低周波信号との各前記概略周波数を、各10Hz程度の周
   波数とする特許請求の範囲第１項〜第８項のいずれか１
   項に記載の経過時間測定用装置。
10. 【請求項１０】前記第１の高周波信号の周波数と前記第
    ２の高周波信号との各前記概略周波数を、各5MHz程度の
    周波数とする特許請求の範囲第９項記載の経過時間測定
    用装置。