JP3050146B2 - デジタル温度補償発振器 - Google Patents
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Description
地局と無線通信を行う端末機で使用される基準周波数源
において、その温度変化及び経年変化による発振周波数
の変動を軽減できる構成及び制御方法に関するものであ
る。
有振動数でその発振周波数が決まる。水晶の場合、固有
振動数が安定であるため発振周波数が安定な発振器を実
現する際に有利であるので、特に無線通信装置の時間基
準及び周波数基準として用いられる。
者の増大により、より大容量化を目指した通信方式の開
発が進められており、その実現のために例えば1ppm
以下の周波数誤差を実現できる発振器が必要とされるな
ど、さらに高精度な時間基準及び周波数基準に対する要
求が高まってきている。
ode Division Multiple Acc
ess(DS−CDMA)と呼ばれる方式は、基本的に
受信した信号を同相加算することで良好な耐雑音・耐干
渉性を実現している。しかしながら、送受信機間で周波
数誤差があると、同相加算の前提が崩れてしまうことか
ら著しい特性劣化を招く。一般に3ppm程度の周波数
精度であれば、周波数基準としてアナログ的な手法で簡
単な温度補償を行った水晶発振器(Temperatu
re Compensation X’tal Osc
illator=TCXO)を用いることにより実現で
きる。しかしながら、前述のDS−CDMAシステムの
場合、同相加算するシンボル数を多くした方が耐雑音・
耐干渉性の面から有利であるため1ppm程度以下のよ
り高精度な周波数基準が必要となる場合がある。この場
合、アナログ的な温度補償ではその回路構成などが複雑
なものとなり、コスト及び実装スペースの面で問題があ
る。このため、アナログ的な手法で簡単に温度補償を行
うかわりに水晶発振器の周波数制御信号に対する周波数
変化の温度特性を補償するためのデータをROMなどに
記憶しておき、温度センサによって測定した温度にもと
づいてデジタル的に温度補償を行う方法として、例えば
特開平2−5605号公報にあるような方法がある。
ている従来のデジタル温度補償水晶発振器の構成を説明
する図である。図3において、温度センサ1により電圧
制御型水晶発振器9近傍の温度が測定され、アドレス生
成部2により対応する補正データを記憶したアドレスが
生成される。読み出し専用メモリ(ROM)3はあらか
じめ各水晶発振器ごとの全温度範囲の補正データを記憶
しており、前記アドレス生成部で示されたアドレスの補
正データを出力する。続いてD/Aコンバータ6により
ROM3から出力された補正データをD/A変換し、共
振回路部7を制御することにより発振部8の発振周波数
を補正し、最終的に基準周波数信号800を出力する。
またここでは詳述しないが、この特許公報にはさらに、
D/Aコンバータ6を使用しない方法として、アナログ
スイッチとコンデンサの組を複数個用意して発振周波数
の補正を行う方法も開示されている。
受信機間での周波数誤差を補償するための方法としてA
uto Frequency Control(AF
C)がある。AFCの方法としてはいろいろなものがあ
る。例えば特開平8−79145号公報にあるように2
つの受信系統を持ち、一方の希望波抽出フィルタを受信
しようとする信号帯域幅ぎりぎりに合わせ、他方の希望
波抽出フィルタを受信しようとする信号帯域に加えて送
受信機間の周波数誤差による中心周波数の変動分をも考
慮した広めの帯域として、周波数誤差がある時の希望波
抽出フィルタによる受信信号電力の減衰を防ぐことによ
り、周波数誤差が大きいときもAFCによる周波数引き
込みを可能とする方法がある。
報に開示されているように、AFC起動時に試験的にR
OMなどに記憶されている数パターンの周波数オフセッ
トデータを掃引し、同時に送受信機間の周波数誤差を測
定する。最終的に通常のAFCを行えるだけの周波数誤
差に入るまで、何種類かの周波数オフセットデータでの
試行錯誤を繰り返すという方法もある。
公報に記載の構成では、温度変化による発振周波数の補
正のみが行われている。送受信機間の周波数誤差は相対
的な値であるため、送信機側の周波数精度によってはこ
の送受信機間の周波数誤差を補正するためにAFCが必
要となる場合がある。
では、あらかじめある程度(例えば1ppm以下)の送
受信機間の周波数誤差で受信を開始し、受信機では受信
された信号を用いてAFCを行い送信機周波数に対して
の相対誤差をさらに小さくするように制御する(例えば
0.1ppm以下)必要がある。
真の周波数に対する誤差が無視できるとした場合、特開
平2−5605号公報に記載の構成による周波数補正で
受信側の周波数精度も真の周波数に対する誤差が無視で
きるほど高くできれば問題はない。しかしながら、実際
この条件を満たすためにはROM3に記憶しておく補正
データの数が増大することと、温度センサ1の精度の問
題から実現困難である。
数の補正と受信信号によるAFCを組み合わせて行った
としても、受信信号によるAFCを行っている時に周囲
温度が変化すると温度変化による発振周波数の補正が行
われ、受信信号を用いたAFCによる高精度な周波数補
正が無駄になってしまう恐れがある。
すると、あらかじめ設定された補正値により温度変化に
よる周波数補正を行った際の周波数誤差が発生し、最悪
の場合受信動作が不可能となる恐れもある。
に記載されている構成では、送受信機間の周波数誤差が
あると、受信しようとする信号の帯域幅ぎりぎりに合わ
せた希望波抽出フィルタの出力がフィルタ特性によって
減衰し、また、ある程度広めの帯域幅とした希望波抽出
フィルタの出力は不要な帯域の雑音成分まで含んでいる
ことからS/Nの面で問題がある。また、特に先に述べ
たDS−CDMAのシステムでは、周波数誤差がある程
度大きいとそもそも受信信号の復調そのものが不可能と
なるため、AFCを行うこと自体できないおそれが大き
い。
記載されている構成では、温度センサなどによる情報を
使わずに、試行錯誤で周波数誤差の補正量を決めるため
AFCによる周波数引き込みが行えるまでに長い時間が
必要となる。
信信号を用いたAFCが可能となる周波数誤差になるよ
うに設定可能で、受信信号を用いたAFCが始まった後
は受信信号を用いたAFCのみで周波数制御を行うこと
を可能とするとともに、径年変化による周波数変動も吸
収できることを特徴とするデジタル温度補償発振器を提
供することを目的とする。
温度補償発振器は、図1に示したように、周囲温度によ
って出力の変化する温度センサ(1)と該温度センサの
出力を変換してアドレスを生成するアドレス生成部
(2)と、電圧制御型水晶発振器の周囲温度による周波
数変動を補償するための制御電圧を記憶したROM
(3)と、外部からの制御信号(400)に従って該R
OMの出力データを保持もしくは透過するラッチ手段
(4)と、該ラッチ手段のデータ出力に応じて前記電圧
制御型水晶発振器の制御電圧を発生させるD/Aコンバ
ータ(6)と、該D/Aコンバータ出力及び外部から入
力されるアナログAFC信号の2つの制御電圧によりそ
の発信周波数が微調できる電圧制御型水晶発振器(9)
とを持つことを特徴とする。
振器は、図2に示したように、周囲温度によって出力の
変化する温度センサ(1)と、該温度センサの出力を変
換してROMアドレスを生成するアドレス生成部(2)
と、電圧制御型水晶発振器の周囲温度による周波数変動
を補償するための制御電圧を記憶したROM(3)と、
外部から入力されるデジタルAFC信号(420)と、
外部からの制御信号(411及び421)に従って該R
OM出力及び該デジタルAFC信号をそれぞれ保持もし
くは透過する第1及び第2のラッチ手段(41及び4
2)と、該第1及び第2のラッチ手段によって保持もし
くは透過された前記ROM出力及び前記デジタルAFC
信号とを加算する加算器(5)と、該加算器の出力に応
じて前記電圧制御型水晶発振器の制御電圧を発生させる
D/Aコンバータ(6)と、この制御電圧によりその発
信周波数が微調できる電圧制御型水晶発振器(9)とを
持つことを特徴とする。
度補償発振器では、温度センサ1により周囲温度に応じ
た出力信号をアドレス生成部2により温度補償データを
記憶させたROM3のアドレスに変換する。ROM3は
あらかじめ温度センサ1が示す温度に応じた周波数補正
データを、アドレス生成部2によって生成されるアドレ
スに格納してある。ROM3の出力はラッチ制御信号4
00に応じて動作するラッチ手段4により保持または透
過されてD/Aコンバータ6に入力される。D/Aコン
バータ6では入力された信号に応じて電圧制御型水晶発
振器9の周波数を制御する。さらに、電圧制御型水晶発
振器9はアナログAFC信号700によってもその周波
数が制御される。
から入力されるアナログAFC信号700は、後述する
デフォルト値に、あらかじめ決められたデフォルト値に
固定されている。ROM3に記憶されているデータは電
圧制御型水晶発振器9にアナログAFC信号のデフォル
ト値を入力した際の温度変化による周波数変動を補正す
るためのデータである。温度センサ1とアドレス生成部
2によってアドレス制御されるROM3の出力データを
D/Aコンバータ6によりアナログ変換した出力により
電圧制御型水晶発振器9の温度変化による発振周波数変
動が補償される。この動作により受信信号によるAFC
が可能となる程度にまで受信信号との周波数誤差は、小
となる。
周波数同期を行う際には、ラッチ制御信号400によっ
て制御されるラッチ手段4によりROM3の出力を保持
する。これにより温度変化に対する補償動作は停止す
る。そして、外部から入力されるアナログAFC信号7
00を、受信信号に対する周波数同期動作に従って変化
させることにより電圧制御型水晶発振器9の発振周波数
を調整する。このため、受信信号によるAFC動作が始
まった後に周囲温度が変化してもラッチ手段4により温
度補償用の周波数補正データは保持されているため従来
の方法では問題であった受信信号によるAFCの動作中
に周囲温度が変化するとAFCによる高精度な周波数補
正が無駄になってしまうという問題点が回避される。
力を保持し、受信信号によるAFC動作を開始して必要
な精度にまで周波数誤差を補正した直後のアナログAF
C信号700の値によって決まる値(図示せず)を用い
て、次回の電源投入直後の初期状態において外部から入
力されるアナログAFC信号700の値を算出して使用
する。このため、経年変化による周波数変動の影響を軽
減することが可能となる。
振器では、温度センサ1により周囲温度に応じた出力信
号をアドレス生成部2により温度補償データを記憶させ
たROM3のアドレスに変換する。ROM3はあらかじ
め温度センサ1が示す温度に応じた周波数補正データ
を、アドレス生成部2によって生成されるアドレスに格
納してある。ROM3の出力はラッチ制御信号411に
応じて動作するラッチ手段41により保持または透過さ
れて加算器5に入力される。また、外部から入力される
デジタルAFC信号420は、ラッチ制御信号421に
より制御されるラッチ手段42により保持または透過さ
れて加算器5に入力される。加算器5は入力された2つ
のデジタル信号を加算し、D/Aコンバータ6に出力す
る。D/Aコンバータ6は入力された加算結果をアナロ
グ変換し、電圧制御型水晶発振器9の発振周波数を制御
する。
から入力されるデジタルAFC信号420はあらかじめ
決められたデフォルト値が設定された後、ラッチ制御信
号421により制御されるラッチ手段42により保持さ
れる。続いて温度センサ1とアドレス生成部2によって
アドレス制御されるROM3の出力データを、ラッチ制
御信号411で制御されるラッチ手段41により透過さ
せる。ここで、ROM3に記憶されているデータはデジ
タルAFC信号のデフォルト値を加算した状態で電圧制
御型水晶発振器9の温度変化による周波数変動を補正す
るためのデータがあらかじめ記憶されている。
したデジタルAFC信号とラッチ手段41で透過した温
度補償データを加算する。この加算値はD/Aコンバー
タ6によりアナログ変換され、電圧制御型水晶発振器9
の温度変化による発振周波数変動を補償する。これによ
り受信信号によるAFCが可能となる程度まで、周波数
誤差は小となる。
周波数同期を行う際には、ラッチ制御信号411によっ
て制御されるラッチ手段41によりROM3の出力を保
持し、かつ外部から入力されるデジタルAFC信号42
0を、受信信号に対する周波数同期動作に従って変化さ
せるとともに、ラッチ制御信号421により制御される
ラッチ手段42を透過状態とすることにより電圧制御型
水晶発振器9の発振周波数を調整する。このため、受信
信号によるAFC動作が始まった後に周囲温度が変化し
てもラッチ手段41により温度補償用の周波数補正デー
タは保持されているため従来の方法では問題であった受
信信号によるAFCの動作中に周囲温度が変化するとA
FCによる高精度な周波数補正が無駄になってしまうと
いう問題点が回避される。
出力を保持し、受信信号によるAFC動作を開始して必
要な精度にまで周波数誤差を補正した直後のデジタルA
FC信号420の値と、デジタルAFC信号420によ
る電圧制御型水晶発振器9の発振周波数変化量の傾きに
よって決まる値(図示せず)を用いて、次回の電源投入
直後の初期状態において外部から入力されるデジタルA
FC信号420の値を算出して使用する。例えば、AF
Cにより必要な精度にまで周波数誤差を補正した直後の
デジタルAFC信号420の値βをデジタルAFC信号
420の初期値すなわちデフォルト値として使用する。
以上により、経年変化による周波数変動の影響を軽減す
ることが可能となる。
ば、従来問題であった、受信信号によるAFCを行って
いる時に周囲温度が変化すると温度変化による発振周波
数の補正が行われ、受信信号を用いたAFCによる高精
度な周波数補正が無駄になってしまうという問題点や、
経年変化による周波数変動が発生すると、あらかじめ設
定された補正値により温度変化による周波数補正を行っ
た際の周波数誤差が発生し、最悪の場合受信動作が不可
能となるという問題点などを克服できる。
実施例を示す図である。
実施例を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 周波数精度の高い基地局と無線通信を行
う端末機で使用される基準周波数源において、周囲温度
によって出力の変化する温度センサと、該温度センサの
出力を変換してROMアドレスを生成するアドレス生成
部と、電圧制御型水晶発振器の周囲温度による周波数変
動を補償するための制御電圧を記憶したROMと、外部
からの制御信号に従って該ROMの出力データを保持も
しくは透過するラッチ手段と、該ラッチ手段の出力に応
じて前記電圧制御型水晶発振器の制御電圧を発生させる
D/Aコンバータと、該D/Aコンバータ出力及び外部
から入力されるアナログAFC信号の2つの制御電圧に
よりその発信周波数が微調できる電圧制御型水晶発振器
とを持つことを特徴とするデジタル温度補償発振器。 - 【請求項2】 周波数精度の高い基地局と無線通信を行
う端末機で使用される基準周波数源において、周囲温度
によって出力の変化する温度センサと、該温度センサの
出力を変換してROMアドレスを生成するアドレス生成
部と、電圧制御型水晶発振器の周囲温度による周波数変
動を補償するための制御電圧を記憶したROMと、外部
から入力されるデジタルAFC信号と、外部からの制御
信号に従って該ROM出力及び該デジタルAFC信号を
それぞれ保持もしくは透過するラッチ手段と、該ラッチ
手段によって保持もしくは透過された前記ROM出力及
び前記デジタルAFC信号とを加算する加算器と、該加
算器の出力に応じて前記電圧制御型水晶発振器の制御電
圧を発生させるD/Aコンバータと、一つの制御電圧に
よりその発信周波数が微調できる電圧制御型水晶発振器
とを持つことを特徴とするデジタル温度補償発振器。 - 【請求項3】 請求項1に記載のデジタル温度補償発振
器において、電源投入の初期状態は、前記外部から入力
されるアナログAFC信号はあらかじめ決められたデフ
ォルト値に固定されており、前記D/Aコンバータの出
力のみで前記電圧制御型水晶発振器の温度変化による発
振周波数変動を補償し、次に基地局からの受信信号を用
いて精密な周波数同期を行う際には、前記ラッチ手段に
より前記ROM出力を保持し、かつ前記外部から入力さ
れるアナログAFC信号を、周波数同期動作に従って変
化させることにより前記電圧制御型水晶発振器の発振周
波数を調整することを特徴とする請求項1に記載のデジ
タル温度補償発振器。 - 【請求項4】 請求項2に記載のデジタル温度補償発振
器において、電源投入の初期状態は、前記ラッチ手段に
より、前記外部から入力されるデジタルAFC信号のみ
をあらかじめ決められたデフォルト値に固定し、前記加
算器により該デフォルト値と周囲温度に合わせて読み出
される前記ROM出力を加算し、前記D/Aコンバータ
の出力によって前記電圧制御型水晶発振器の温度変化に
よる発振周波数変動を補償し、次に基地局からの受信信
号を用いて精密な周波数同期を行う際には、前記ラッチ
手段により前記ROM出力のみを保持し、かつ前記外部
から入力されるデジタルAFC信号を、周波数同期動作
に従って変化させることにより前記電圧制御型水晶発振
器の発振周波数を調整することを特徴とする請求項2に
記載のデジタル温度補償発振器。 - 【請求項5】 請求項3もしくは請求項4に記載のアナ
ログもしくはデジタルAFC信号のデフォルト値とし
て、前回使用した際に基地局に対して精密な周波数同期
を行った直後のAFC信号の値によって決定する値を使
用することを特徴とする請求項3もしくは請求項4に記
載のデジタル温度補償発振器。
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