JP3871977B2 - 恒温槽付水晶発振器のウォ−ムアップ制御方法とこの方法を用いたクロック生成回路及び移動体通信基地局装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、恒温槽付水晶発振器のウォ−ムアップ時間の制御に関し、とくに、移動体通信基地局内の無線送受信器（無線送受信カ−ド）の基準クロックを発振する恒温槽付水晶発振器のウォ−ムアップの制御方法並びにこの方法を用いたクロック生成回路及び移動体通信基地局装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信基地局装置内は、複数の無線送受信器（無線送受信カード）と、クロックを発生するクロック発生器（クロックカード）を備え、無線送受信カードの送受信周波数生成用ＰＬＬ回路に使用する高安定度基準クロックは、クロックカードの恒温槽付水晶発振器から出力されるクロックを用いている。
一般に送受信器の高精度発振回路には、水晶振動子やその他温度の影響を受け易い回路部品を一定の温度を保つ恒温槽に密封した恒温槽型発振器が使用されるが、恒温槽の内部温度は一般的に７０〜８０度等の高い温度に設定されることから、電源投入直後は恒温槽内部温度が急速に上昇せず、所要温度になるまでに時間を要し、その間は発振周波数が安定しないため出力は停止している。
また、ウォ−ムアップ時間の設定値は、水晶振動子の発振周波数の温度に対する傾きが零となる零温度係数温度が、振動子個々によって異なるため、また、水晶振動子の零温度係数温度にマッチングするまでの恒温層の昇温時間のばらつきを考慮に入れて、マッチングするまでの時間に余裕を持った設定値となっている。このため、水晶振動子の零温度係数温度にマッチングしているにも関わらず、ウォ−ムアップ完了までは無線送受信カ−ドへのクロック供給は停止されている。この間移動体通信基地局装置の運用は停止状態であり、効率的なシステム運用ができていない。
また、移動体通信基地局装置の運用中に電源の瞬断があった場合、通常バックアップ電源により瞬断前の状態を保持できるため、再ウォ−ムアップを行う必要はないが、瞬断よりもわずかに長い電源断が発生した場合には、再ウォ−ムアップを行うが、起動時とは異なり恒温槽の温度がある程度保持されているので、わずかな時間で水晶振動子の温度係数にマッチングするにも関わらず、起動時と同じ再ウォ−ムアップを行うことになり、ウォ−ムアップ完了までの一定時間、移動体通信基地局装置の運用は、停止状態であり、効率的なシステム運用ができていない。
【０００３】
恒温槽付水晶発振器のウォームアップに要する時間を無くす方法の一例が開示されている。図１１は、特開平５−３１５８３７に開示されている発振器の構成を示す図である。恒温槽付水晶発振器３０１がウォームアップ完了するまで、温度補償型水晶発振器２００の発振信号を出力し、ウォームアップが完了した時点でスイッチ３００によって、出力を恒温槽付水晶発振器３０１の発振出力に切り替える構成であり、ウォームアップ完了の判定と制御を周波数比較回路４００によって行っている。その制御は、２つの発振器出力の差周波を抽出し、差の周波数を計数回路４４０でカウントして、カウント値が所定の数より小さくなった時に、スイッチ３００に指示を与えるものである。
しかしながら、この従来の方法では、ウォームアップ完了までの間供給される基準クロック生成用の発振器出力には温度補償型水晶発振器の出力が使用されるが、温度補償型水晶発振器の周波数安定度は、恒温槽付水晶発振器に比べ悪く、移動体通信基地局装置システムで要求される周波数安定度を満たしていないため、恒温槽付水晶発振器の発振周波数が安定するまでは、温度補償型水晶発振器の出力を供給する上記の従来のウォームアップの制御方法では難点があり、不十分である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題に鑑みて成されたものであって、その目的とするところは、恒温槽付水晶発振器のウォ−ムアップ時間の制御に関して特に移動体通信基地局内の無線送受信カ−ドの基準クロックについて、恒温槽付水晶発振器の出力クロック周波数安定度を検出し、移動体通信基地局装置システムに要求される周波数安定度の範囲内に収束した時点で、クロックを供給開始することによって、ウォ−ムアップ時間を必要以上に設定したり、またはウォ−ムアップ不足となることを防ぐウォームアップ制御方法並びにこの方法を用いたクロック生成回路及び移動体通信基地局装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の恒温槽付水晶発振器のウォ−ムアップ制御方法は、発振器の備える水晶振動子を含む複数の回路部品のうち、少なくとも前記水晶振動子の環境温度をウォームアップし、所定の温度に保つことによって発振周波数を安定化したクロックを生成する恒温槽付水晶発振器のウォ−ムアップ制御方法であって、
前記クロックの周波数が所定の安定度に達しない間は、前記恒温槽のウォ−ムアップが完了していないと判定して前記恒温槽付水晶発振器の前記クロックを出力せず、
前記クロックの周波数が所定の安定度に達したとき、前記恒温槽のウォ−ムアップが完了したと判定し、前記恒温槽付水晶発振器の前記クロックを出力する方法であり、
前記恒温槽付水晶発振器の出力と、温度補償付水晶発振器の出力との比較をＳ（Ｓは２以上の整数）回行い、この比較結果を示す数値のＳ回の平均値を求め、前記平均値の変化量が所定の値よりも小さくなったとき、前記恒温槽付水晶発振器の出力が所定の周波数安定度に達したと判定することにより前記ウォームアップ完了の判定を行うことを特徴とする。
また、本発明の恒温槽付水晶発振器のウォ−ムアップ制御方法は、前記数値は、前記恒温槽付水晶発振器の出力を分周した第１の分周クロックと、前記温度補償型水晶発振器の出力を分周した第２の分周クロックとの位相差を、前記温度補償型水晶発振器の出力によってカウントしたカウント値であり、前記平均値の変化量は、第１回目の前記平均値と、第２回目の前記平均値との差であることを特徴とする。
また、本発明の恒温槽付水晶発振器のウォ−ムアップ制御方法は、前記数値は、前記恒温槽付水晶発振器の出力を分周した分周クロックパルスが一方の値となる期間を、前記温度補償型水晶発振器の出力によってカウントしたカウント値であり、
前記平均値の変化量は、第１回目の前記平均値と、第２回目の前記平均値との差であることを特徴とする。
また、本発明の恒温槽付水晶発振器のウォ−ムアップ制御方法は、前記平均値をＵ回（Ｕは正整数）取得し、このＵ個の平均値の平均値が予め定められた範囲内となったとき、前記恒温槽付水晶発振器の出力が所定の周波数安定度に達したと判定することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明のクロック生成回路は、水晶振動子の環境温度をウォームアップし、所定の温度に保つことによって周波数の安定化した第１のクロックを生成する恒温槽付水晶発振器と、第２のクロックを生成する温度補償型水晶発振器と、前記第１のクロックの周波数安定度を判定し、前記第１のクロックの周波数が所定の安定度に達しない間は、前記第１のクロックを出力禁止の信号を出力し、前記第１のクロックの周波数が所定の安定度に達したとき前記第１のクロックを出力許可の信号を出力する判定回路と、前記判定回路からの出力許可または出力禁止信号によって、前記第１のクロックの出力または非出力を制御する制御手段、とを備え、前記判定回路は、前記第１のクロックと前記第２のクロックの比較をＳ（Ｓは２以上の整数）回行い、この比較結果を示す数値のＳ回の平均値を求め、この平均値の変化量が所定の値よりも小さくなったとき、前記恒温槽付水晶発振器の出力が所定の周波数安定度に達したと判定し前記出力許可の信号を出力することを特徴とする。
また、本発明のクロック生成回路は、前記判定回路が、前記第１のクロックを分周して第１の分周クロックを出力する第１の分周器と、前記第２のクロックを分周して第２の分周クロックを出力する第２の分周器と、前記第１の分周クロックと前記第２の分周クロックとの位相差を、前記第２のクロックによってサンプリングした位相差データを前記数値として出力する位相比較回路とをさらに備え、前記平均値の変化量は、第１回目の前記平均値と、第２回目の前記平均値との差であることを特徴とする。
また、本発明のクロック生成回路は、前記判定回路は、前記恒温槽付水晶発振器のクロックを分周して分周クロックを出力する分周器と、前記分周クロックパルスが一方の値となる期間を、前記温度補償型水晶発振器の出力によってカウントしたカウント値を前記数値として出力する位相比較回路とをさらに備え、前記平均値の変化量は、第１回目の前記平均値と、第２回目の前記平均値との差であることを特徴とする。
また、本発明のクロック生成回路は、前記平均値をＵ回（Ｕは正整数）取得し、前記各々のカウント値のＳ回の平均値のＵ回の平均値が予め定められた範囲内となったとき、前記恒温槽付水晶発振器の出力が所定の周波数安定度に達したと判定することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の移動体通信基地局装置は、上記のクロック生成回路を備える装置であって、クロック生成回路が、装置内の基準となるクロックを供給し、所定の周波数安定度が、移動体通信基地局で要求される周波数安定度であることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法の第１の実施形態を実施する移動体通信基地局装置の構成を示す。
移動体通信基地局装置１の主要構成要素は、装置全体の監視制御を行うマスタカード３と、複数（ここでは、１０システムの構成を示す）の無線送受信カード４〜１３と、クロックを発生するクロックカード２を備え、無線送受信カ−ド（＃１）４から無線送受信カ−ド（＃１０）１３が内蔵する送受信周波数生成用ＰＬＬ回路に使用する高安定度基準クロックは、クロックカ−ド２の恒温槽付水晶発振器から出力されるクロックを用いている。無線送受信カ−ドは必ずしも１０枚実装に限定するものではなく必要に応じてその枚数を任意に可変できる。マスタカ−ド３とクロックカ−ド２と無線送受信カ−ド（＃１）４〜無線送受信カ−ド（＃１０）１３は、システムバス１６で接続されている。また、装置内の各カ−ドに電源供給線１５を介して電源を供給する電源カ−ド１４が実装されている。
【０００９】
図２にクロックカード２の構成を示す。図２を参照すると、クロックカ−ド２には、高安定度のクロックを出力する恒温槽付水晶発振器２１と、周囲の温度変化に影響されず比較的安定したクロックを出力可能な温度補償型水晶発振器２２と、温度補償型水晶発振器の出力クロックを分周し、また恒温槽付水晶発振器出力クロックを分周し、それぞれ分周したクロックの位相差を、温度補償型水晶発振器２２の出力クロックによってサンプリングし、位相差デ−タをディジタル値で出力可能な位相比較回路２３と、位相比較回路２３から入力されたディジタル値を積算し積算結果をサンプル時間で割り、平均値を算出するディジタル信号処理回路ＤＳＰ２４と、ＤＳＰ２４のデ−タ処理並びにデ−タ格納に用いるメモリ２５と、移動体通信基地局装置１内に恒温槽付水晶発振器２１が出力したクロックを供給許可または禁止の制御がＤＳＰ２４から制御可能なバッファ２６が搭載されている。
【００１０】
図３に位相比較回路２３の構成を示す。図３を参照すると、位相比較回路２３は、温度補償型水晶発振器２２の出力クロック(以降ＴＣＸＯＣＬＫ２７と呼ぶ)を１／Ｎ分周する分周器Ａ３１と、したクロック３４と、恒温槽付水晶発振器２１の出力クロック(以降ＯＣＸＯＣＬＫ２８と呼ぶ)を１／Ｍ分周する分周器Ｂ３２と、ＴＣＸＯＣＬＫ２７を１／Ｎ分周したクロック３４とＯＣＸＯＣＬＫ２８を１／Ｍ分周したクロック３５とを入力し、位相差をＴＣＸＯＣＬＫ２７でサンプリングする位相比較器３３で構成される。
図２のクロックカード２の構成図に戻って、位相比較回路２３が２つの水晶発振器の分周波を位相比較した結果のカウント値をＤＳＰ２４に出力する。ＤＳＰ２４は、入力したカウント値を一定時間積算した位相差デ−タの平均と、前回の位相差デ−タの平均値との差分からＯＣＸＯＣＬＫ２８の周波数安定度を検出する。このＯＣＸＯＣＬＫ２８の周波数安定度が、システムに要求される周波数安定度の範囲内に収束した時点で、ウォームアップ時間終了と判定し、バッファ２６に出力許可制御を行い、無線送受信カ−ド（＃１）４から無線送受信カ−ド（＃１０）１３へクロックを供給する。
【００１１】
本発明の上記第１の実施形態の動作を図面を用いて説明する。
図４を参照すると、移動体通信基地局装置１の電源投入後、クロックカ−ド２内の位相比較回路２３では、分周器Ａ３１がＴＣＸＯＣＬＫ２７の１／Ｎ分周を開始する。また、分周器Ｂ３２は、ＯＣＸＯＣＬＫ２８の１／Ｍ分周を開始する。位相比較器３３は、ＴＣＸＯＣＬＫ２７の１／Ｎ分周したクロック３４とＯＣＸＯＣＬＫ２８の１／Ｍ分周したクロック３５の位相差を、ＴＣＸＯＣＬＫ２７でサンプリングする。このサンプリングした値がＴ秒毎（分周したクロックの１周期毎）にＤＳＰ２４へ通知される。
図５を参照すると、サンプリングする値は、ＴＣＸＯＣＬＫ２７を１／Ｎ分周したクロック３４の立ち上りエッジからＯＣＸＯＣＬＫ２８を１／Ｍに分周したクロック３５の立ち上りエッジまでが、ＴＣＸＯＣＬＫ２７でａクロック分であれば、カウント値はａである。よってＤＳＰ２４へは、カウント値２９は、ａと通知される。
ここでサンプリングの方法は、必ずしもクロック３４の立ち上りエッジからクロック３５の立ち上りエッジである必要は無く、それぞれの立ち下りエッジ等に変更可能である。
ＤＳＰ２４は、通知されたカウント値をＳ回積算する。ここで積算する回数Ｓは、多すぎると細かな周波数変動が見えなくなるため適切な値を設定しなければならない。（Ｔ×Ｓ）秒間積算し、積算したカウント値をＳで割り（Ｔ×Ｓ）秒間の平均位相差デ−タを算出する。
ＤＳＰ２４は、周波数安定度を求めるために、平均位相差デ−タをメモリ２５に入れ、次の平均位相差デ−タの算出を行う。最初の（Ｔ×Ｓ）秒後の平均位相差デ−タがＡ、次の（Ｔ×Ｓ）秒後の平均位相差デ−タがＢであると、ＤＳＰ２４は（Ｔ×Ｓ）秒間の位相変動値をＢ−Ａとして得る。この位相変動値をメモリ２５に入れる。このときメモリ２５内の平均位相差デ−タＡにＢが上書きされる。これにより平均位相差デ−タの全てを蓄積する必要がなくなり、メモリ２５を有効に使用できる。
また、Ｂ−Ａがマイナスの値になった場合は、デ−タの先頭ビットに１を付加することで、その位相変動値がプラスの値かマイナスの値かが容易に判断できる。次の（Ｔ×Ｓ）秒後の平均位相差デ−タがＣであると、ＤＳＰ２４は次の（Ｔ×Ｓ）秒間の位相変動値をＣ−Ｂとして得る。この位相変動値をメモリ２５に入れる。
【００１２】
図６を参照し、位相変動値がシステムで要求される周波数安定度の範囲内であるか否かの判定を行う方法の一例を説明する。
システムで要求される周波数安定度を±２［ｐｐｍ］とする。図６において、Ａ時点の平均位相差デ−タを５００、Ｂ時点の平均位相差デ−タを１０００、Ｃ時点の平均位相差デ−タを２０００、Ｄ時点の平均位相差デ−タを１５００、サンプリングクロックを２００ＭＨｚ、Ｔ：分周したクロック１周期を２５０μｓ（４ＫＨｚ）、積算回数Ｓを８０００回とする。Ａ時点からＢ時点までの位相変動値はＢ−Ａで求められ５００となる。このときの周波数安定度は、
の計算式で求められる。したがって、Ａ時点からＢ時点までの周波数安定度は、１．２５ｐｐｍとなりシステムで要求される周波数安定度範囲内に入る。
同様に、Ｂ時点からＣ時点までの位相変動値はＣ−Ｂで求められ１０００である。周波数安定度は、（１）式から２．５ｐｐｍとなりシステムに要求される周波数安定度範囲外となる。
また、Ｃ時点からＤ時点までの位相変動値はＤ−Ｃで求められ−５００である。周波数安定度は、−１．２５ｐｐｍとなりシステムで要求される周波数安定度範囲内に入る。
ここで、システムに求められている周波数安定度範囲が±２ｐｐｍと決まっているので、ＤＳＰ２４では位相変動値が以下の範囲内に入れば、システムに求められる周波数安定度範囲内で有ることが解る。
位相変動値が、＋（（２［ｐｐｍ］×サンプリングクロック：２００Ｍ［Ｈｚ］×Ｔ：２５０μ［ｓ］×Ｓ：８０００［回］）÷１００００００）から−（（２［ｐｐｍ］×サンプリングクロック：２００Ｍ［Ｈｚ］×Ｔ：２５０μ［ｓ］×Ｓ：８０００［回］）÷１００００００）の範囲内、すなわち＋８００から−８００の範囲内であるかを判断すれば良いことになる。
【００１３】
発振器の特性によっては、周波数安定度は、時間的に一様収束するとは限らず、恒温槽付水晶発振器２１の出力クロックの特性によっては、周波数安定度が０ｐｐｍを通過して、オ−バ−シュ−トまたは、アンダ−シュ−トして０ｐｐｍに収束していくタイプの発振特性を有する場合があるため、（Ｔ×Ｓ）秒間の位相変動値のみでなく、長期の位相変動値を求める必要がある。
これは、（Ｔ×Ｓ）秒間の位相変動値をメモリ２５に蓄積し、一定時間Ｕ（Ｕ＞Ｔ×Ｓ）秒毎に全ての位相変動値を加算しＵで割ることによって、（Ｔ×Ｓ）秒間よりも長期の位相変動値を得ることができる。
この（Ｔ×Ｓ）秒間の位相変動値が、システムに要求される周波数安定度の範囲内に入った場合、長期の位相変動値の取得を開始する。一定時間Ｕ間に一度でも位相変動値がシステムに要求される周波数安定度の範囲から外れた場合は、積算した位相変動値をクリアする。一定時間Ｕ間にシステムに要求される周波数安定度の範囲内であった場合、積算結果をＵで割ることで長期の位相変動値を取得する。この長期の位相変動値が、システムに要求される周波数安定度の範囲内に入った場合に、ＤＳＰ２４はウォ−ムアップ完了であることを認識し、バッファ２６に出力許可制御を行い、無線送受信カ−ド（＃１）４から無線送受信カ−ド（＃１０）１３にＯＣＸＯＣＬＫ２８が供給される。
【００１４】
温度補償型水晶発振器２２の周波数安定度は、恒温槽付水晶発振器２１の周波数安定度に比べ悪く、移動体通信基地局システムに要求される周波数安定度範囲内に収まることは難しい。ＴＣＸＯＣＬＫ２７との位相変動値が瞬時的にゼロになる時点でウォ−ムアップ完了とすることでは、ＯＣＸＯＣＬＫ２８の周波数安定度を補償することができない。しかし以下の方法を用いることで、この問題を解消できる。
クロックカ−ド２を、工場出荷時にＯＣＸＯＣＬＫ２８を十分に通電エ−ジングし、このときに温度補償型水晶発振器２２との位相変動値をデ−タ採取する。このデ−タから、ＴＣＸＯＣＬＫ２７の周波数安定度がシステムに要求される周波数安定度の範囲と、どれだけ差が有るかが判断できる。
これにより、ＴＣＸＯＣＬＫ２７を１／Ｎ分周したクロック３４と、ＯＣＸＯＣＬＫ２８を１／Ｍ分周したクロック３５の位相変動値と、ＴＣＸＯＣＬＫ２７の周波数安定度の差分から、システムに要求される周波数安定度範囲であるかの判定を行えば良いことになる。
また、短時間の電源断が発生した場合も、本発明による周波数安定度検出によるウォ−ムアップ制御行う。
【００１５】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図７は、本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法の第２の実施形態を実施する移動体通信基地局装置内のクロックカードの構成を示すブロック図である。
図７を参照するとクロックカ−ド２内には、高安定度のクロックを出力する恒温槽付水晶発振器２１と、周囲温度変化に影響されず安定したクロックを出力可能な温度補償型水晶発振器２２と、カウンタ３０と、カウンタ３０から出力されたカウント値２９を積算し、積算結果をサンプル時間で割り平均値を算出するＤＳＰ２４と、ＤＳＰ２４のデ−タ処理並びにデ−タ格納用のメモリ２５と、移動体通信基地局装置１内に恒温槽付水晶発振器２１が出力したクロックを供給許可または禁止の制御がＤＳＰ２４によって制御可能なバッファ２６が搭載されている。ＯＣＸＯＣＬＫ２８は、カウンタ３０とバッファ２６に入力される。ＴＣＸＯＣＬＫ２７は、カウンタ３０に入力される。バッファ２６は、ＤＳＰ２４と接続されている。
図８にカウンタ３０の構成を示す。恒温槽付水晶発振器の出力クロック（ＯＣＸＯＣＬＫ２８）を分周し、その分周クロックの１クロック間をカウンタ回路３６が温度補償型水晶発振器の出力クロック（ＴＣＸＯＣＬＫ２７）でサンプリングカウントして、カウント値２９をＤＳＰ２４に出力する。
図３に示した第１の実施形態との相異は、図３が、ＯＣＸＯＣＬＫ２８とＴＣＸＯＣＬＫ２７のそれぞれを分周した分周クロック間の位相差をＴＣＸＯＣＬＫ２７自身でサンプリングカウントするのに対して、図７ではＯＣＸＯＣＬＫ２８のみを分周し、分周クロックの１クロック間をＴＣＸＯＣＬＫ２７でサンプリングカウントすることにある。
【００１６】
クロックカード２の動作を図９を参照して説明する。
図１０を参照すると、移動体通信基地局装置１の電源投入後、クロックカ−ド２内のカウンタ３０は、ＯＣＸＯＣＬＫ２８を１／Ｍ分周したクロックの１クロック間を、ＴＣＸＯＣＬＫ２７でサンプリングする。このサンプリングした値がＴ秒毎（分周したクロックの１周期時間）にＤＳＰ２４へ通知される。
図９を参照すると、サンプリングする値は、ＯＣＸＯＣＬＫ２８を１／Ｍ分周したクロックの立ち上りエッジから次の立ち下りエッジまでが、ＴＣＸＯＣＬＫ２７でｒクロック分であれば、カウント値はｒである。よってＤＳＰ２４へは、カウント値ｒと通知される。
ここでサンプリングの方法は、必ずしもＯＣＸＯＣＬＫ２８の立ち上りエッジから次の立下がりエッジである必要は無く、ＯＣＸＯＣＬＫ２８の立ち下りエッジから次の立ち上りエッジ等に変更可能である。
ＤＳＰ２４は、通知されたカウント値２９をＳ回積算する。ここで積算する回数Ｓは、多すぎると細かな周波数変動が見えなくなるため適切な値を設定しなければならない。ＯＣＸＯＣＬＫ２８を１／Ｍ分周したクロックの１周期時間ＴにＳ回掛けたＴ×Ｓ秒間積算し、積算したカウント値をＳで割り（Ｔ×Ｓ）秒間の平均位相差デ−タを算出する。
ＤＳＰ２４は、周波数安定度を求めるために、平均位相差デ−タをメモリ２５に入れ、次の平均位相差デ−タの算出を行う。最初の（Ｔ×Ｓ）秒後の平均位相差デ−タがＲ、次の（Ｔ×Ｓ）秒後の平均位相差デ−タがＱであると、ＤＳＰ２４は（Ｔ×Ｓ）秒間の位相変動値をＱ−Ｒとして得る。この位相変動値をメモリ２５に入れる。
次の（Ｔ×Ｓ）秒後の平均位相差デ−タがＷであると、ＤＳＰ２４は次の（Ｔ×Ｓ）秒間の位相変動値をＷ−Ｑとして得る。この位相変動値をメモリ２５に入れる。
【００１７】
図１１を参照し、位相変動値がシステムで要求される周波数安定度の範囲内であるかの判定を行う方法の一例を説明する。
システムで要求される周波数安定度を±２［ｐｐｍ］とする。
Ｒ時点の平均位相差デ−タを５００、
Ｑ時点の平均位相差デ−タを１０００、
Ｍ時点の平均位相差デ−タを２０００、
Ｎ時点の平均位相差デ−タを１５００、
サンプリングクロックを２００ＭＨｚ、
Ｔ：分周したクロック１周期を２５０ｕｓ（４ＫＨｚ）、
Ｓ：積算回数を８０００回、
Ｒ時点からＱ時点までの位相変動値はＱ−Ｒで求められ５００となる。周波数安定度は、
の計算式で求められ、Ｒ時点からＱ時点までの周波数安定度は、１．２５ｐｐｍとなり、システムで要求される周波数安定度範囲内に入る。
Ｑ時点からＷ時点までの位相変動値はＷ−Ｑで求められ１０００である。周波数安定度は、（２）式の計算式で求められ、２．５ｐｐｍとなりシステムに要求される周波数安定度範囲外となる。
Ｗ時点からＧ時点までの位相変動値はＧ−Ｗで求められ−５００である。周波数安定度は、−１．２５ｐｐｍとなりシステムで要求される周波数安定度範囲内に入る。
ここで、システムに求められている周波数安定度範囲が決まっているので、ＤＳＰ２４では以下の範囲内に位相変動値が入ればシステムに求められる周波数安定度範囲内であることが解る。
位相変動値が、＋（（２［ｐｐｍ］×サンプリングクロック：２００Ｍ［Ｈｚ］×Ｔ：２５０ｕ［ｓ］×Ｓ：８０００）÷１００００００）から−（（２［ｐｐｍ］×サンプリングクロック：２００Ｍ［Ｈｚ］×Ｔ：２５０ｕ［ｓ］×Ｓ：８０００）÷１００００００）の範囲内、すなわち＋８００から−８００であるかを判断すれば良いことになる。
ここで、恒温槽付水晶発振器２１の出力クロックの特性により、周波数が０ｐｐｍを通過して、オ−バ−シュ−トまたは、アンダ−シュ−トして０ｐｐｍに収束していくモノが有るため、（Ｔ×Ｓ）秒間の位相変動値のみでなく、長期の位相変動値を求める必要がある。
これは、（Ｔ×Ｓ）秒間の位相変動値をメモリ（２５）に蓄積し、一定時間Ｕ（Ｕ＞Ｔ×Ｓ）秒毎に全ての位相変動値を加算しＵで割ることで、（Ｔ×Ｓ）秒間よりも長期の位相変動値を得ることができる。
この（Ｔ×Ｓ）秒間の位相変動値が、システムに要求される周波数安定度の範囲内に入った場合、長期の位相変動値の取得を開始する。一定時間Ｕ間に一度でも位相変動値がシステムに要求される周波数安定度の範囲から外れた場合は、積算した位相変動値をクリアする。一定時間Ｕ間にシステムに要求される周波数安定度の範囲内であった場合、積算結果をＵで割ることで長期の位相変動値を取得する。この長期の位相変動値が、システムに要求される周波数安定度の範囲内に入った場合に、ＤＳＰ２４はウォ−ムアップ完了であることを認識し、バッファ２６に出力許可制御を行い、無線送受信カ−ド（＃１）４〜無線送受信カ−ド（＃１０）１３にＯＣＸＯＣＬＫ２８が供給される。
また、温度補償型水晶発振器２２の周波数安定度は、恒温槽付水晶発振器２１の周波数安定度に比べ悪く、システムに要求される周波数安定度範囲内に収まることは難しい。このため、ＴＣＸＯＣＬＫ２７との位相変動値がゼロになるところでウォ−ムアップ完了とすることは、ＯＣＸＯＣＬＫ２８の周波数安定度を補償することができない。
しかし以下の方法を用いることで、この問題を解消できる。すなわちクロックカ−ド２を、工場出荷時にＯＣＸＯＣＬＫ２８を十分に通電エ−ジングし、このときに温度補償型水晶発振器２２との位相変動値をデ−タ採取する。このデ−タから、ＴＣＸＯＣＬＫ２７の周波数安定度がシステムに要求される周波数安定度の範囲と、どれだけ差が有るかが判断できる。これにより、ＯＣＸＯＣＬＫ２８を１／Ｍ分周したクロックの位相変動値と、ＴＣＸＯＣＬＫ２７の周波数安定度の差分から、システムに要求される周波数安定度範囲であるかの判定を行えば良いことになる。
また、短時間の電源断が発生した場合も、本発明による周波数安定度検出によるウォ−ムアップ制御行う。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法は、以下のような効果を奏する。
第１の効果は、恒温槽付水晶発振器個々の特性に合わせたウォームアップ時間になることである、すなわちウォームアップ時間を長く取りすぎたり、または短すぎたりことが無いことである。
その理由は、ウォームアップ時間を一定の時間とせず、出力クロックの周波数安定度の確認を行うことで、ウォームアップ完了とするからである。
第２の効果は、恒温槽付水晶発振器の出力クロックの特性により、周波数が０ｐｐｍを通過して、オ−バ−シュ−トまたは、アンダ−シュ−トして０ｐｐｍに収束していく場合も、０ｐｐｍに収束した時点でウォームアップ完了とすることができることである。
その理由は、長期の位相変動値を使用することで、短期の周波数安定度を無視できるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】移動体通信基地局装置の構成図。
【図２】移動体通信基地局装置内のクロックカ−ド構成を示す図である。
【図３】本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法の第１の実施形態を実施する移動体通信基地局装置内のクロックカ−ド内の位相比較回路構成を示す図である。
【図４】本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法の第１の実施形態の移動体通信基地局装置電源投入後のウォ−ムアップ完了までの動作フローを示す。
【図５】本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法の第１の実施形態における、ＯＣＸＯＣＬＫ２８とを１／Ｍ分周したクロック３５をＴＣＸＯＣＬＫ２７でサンプリングするタイミングを示す図である。
【図６】本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法の第１の実施形態における、平均位相差データから周波数安定度を算出するまでの一例を説明する図である。
【図７】本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法の第２の実施形態を実施する移動体通信基地局装置内のクロックカ−ド内の位相比較回路構成を示す図である。
【図８】本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法の第２の実施形態を実施する移動体通信基地局装置内のクロックカ−ド内のカウンタの構成を示す図である。
【図９】本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法の第２の実施形態における、移動体通信基地局装置の電源投入後のウォ−ムアップ完了までの動作フローを示す。
【図１０】本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法の第２の実施形態における、ＯＣＸＯＣＬＫ２８を１／Ｍ分周したクロックをサンプリングするタイミングを表す図である。
【図１１】本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法の第２の実施形態における、位相差データから周波数安定度を算出するまでの一例を説明する図である。
【図１２】従来の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法を説明する図である。
【符号の説明】
１ 移動体通信基地局装置
２ クロックカード
３ マスタカード
４ 無線送受信カード（＃１）
１３ 無線送受信カード（＃１０）
１４ 電源カード
１５ 電源供給線
１６ システムバス
２１ 恒温槽付水晶発振器
２２ 温度補償型水晶発振器
２３ 位相比較回路
２４ ＤＳＰ
２５ メモリ
２６ バッファ
２７ ＴＣＸＯＣＬＫ
２８ ＯＣＸＯＣＬＫ
２９ カウント値
３０ カウンタ
３１ 分周器Ａ
３２ 分周器Ｂ
３３ 位相比較器
３４ ＴＣＸＯＣＬＫ２７の１／Ｎ分周したクロック
３５ ＯＣＸＯＣＬＫ２８の１／Ｍ分周したクロック
３６ カウンタ回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、恒温槽付水晶発振器のウォ−ムアップ時間の制御に関し、とくに、移動体通信基地局内の無線送受信器（無線送受信カ−ド）の基準クロックを発振する恒温槽付水晶発振器のウォ−ムアップの制御方法並びにこの方法を用いたクロック生成回路及び移動体通信基地局装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信基地局装置内は、複数の無線送受信器（無線送受信カード）と、クロックを発生するクロック発生器（クロックカード）を備え、無線送受信カードの送受信周波数生成用ＰＬＬ回路に使用する高安定度基準クロックは、クロックカードの恒温槽付水晶発振器から出力されるクロックを用いている。
一般に送受信器の高精度発振回路には、水晶振動子やその他温度の影響を受け易い回路部品を一定の温度を保つ恒温槽に密封した恒温槽型発振器が使用されるが、恒温槽の内部温度は一般的に７０〜８０度等の高い温度に設定されることから、電源投入直後は恒温槽内部温度が急速に上昇せず、所要温度になるまでに時間を要し、その間は発振周波数が安定しないため出力は停止している。
また、ウォ−ムアップ時間の設定値は、水晶振動子の発振周波数の温度に対する傾きが零となる零温度係数温度が、振動子個々によって異なるため、また、水晶振動子の零温度係数温度にマッチングするまでの恒温層の昇温時間のばらつきを考慮に入れて、マッチングするまでの時間に余裕を持った設定値となっている。このため、水晶振動子の零温度係数温度にマッチングしているにも関わらず、ウォ−ムアップ完了までは無線送受信カ−ドへのクロック供給は停止されている。この間移動体通信基地局装置の運用は停止状態であり、効率的なシステム運用ができていない。
また、移動体通信基地局装置の運用中に電源の瞬断があった場合、通常バックアップ電源により瞬断前の状態を保持できるため、再ウォ−ムアップを行う必要はないが、瞬断よりもわずかに長い電源断が発生した場合には、再ウォ−ムアップを行うが、起動時とは異なり恒温槽の温度がある程度保持されているので、わずかな時間で水晶振動子の温度係数にマッチングするにも関わらず、起動時と同じ再ウォ−ムアップを行うことになり、ウォ−ムアップ完了までの一定時間、移動体通信基地局装置の運用は、停止状態であり、効率的なシステム運用ができていない。
【０００３】
恒温槽付水晶発振器のウォームアップに要する時間を無くす方法の一例が開示されている。図１１は、特開平５−３１５８３７に開示されている発振器の構成を示す図である。恒温槽付水晶発振器３０１がウォームアップ完了するまで、温度補償型水晶発振器２００の発振信号を出力し、ウォームアップが完了した時点でスイッチ３００によって、出力を恒温槽付水晶発振器３０１の発振出力に切り替える構成であり、ウォームアップ完了の判定と制御を周波数比較回路４００によって行っている。その制御は、２つの発振器出力の差周波を抽出し、差の周波数を計数回路４４０でカウントして、カウント値が所定の数より小さくなった時に、スイッチ３００に指示を与えるものである。
しかしながら、この従来の方法では、ウォームアップ完了までの間供給される基準クロック生成用の発振器出力には温度補償型水晶発振器の出力が使用されるが、温度補償型水晶発振器の周波数安定度は、恒温槽付水晶発振器に比べ悪く、移動体通信基地局装置システムで要求される周波数安定度を満たしていないため、恒温槽付水晶発振器の発振周波数が安定するまでは、温度補償型水晶発振器の出力を供給する上記の従来のウォームアップの制御方法では難点があり、不十分である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題に鑑みて成されたものであって、その目的とするところは、恒温槽付水晶発振器のウォ−ムアップ時間の制御に関して特に移動体通信基地局内の無線送受信カ−ドの基準クロックについて、恒温槽付水晶発振器の出力クロック周波数安定度を検出し、移動体通信基地局装置システムに要求される周波数安定度の範囲内に収束した時点で、クロックを供給開始することによって、ウォ−ムアップ時間を必要以上に設定したり、またはウォ−ムアップ不足となることを防ぐウォームアップ制御方法並びにこの方法を用いたクロック生成回路及び移動体通信基地局装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の恒温槽付水晶発振器のウォ−ムアップ制御方法は、発振器の備える水晶振動子を含む複数の回路部品のうち、少なくとも前記水晶振動子の環境温度をウォームアップし、所定の温度に保つことによって発振周波数を安定化したクロックを生成する恒温槽付水晶発振器のウォ−ムアップ制御方法であって、
前記クロックの周波数が所定の安定度に達しない間は、前記恒温槽のウォ−ムアップが完了していないと判定して前記恒温槽付水晶発振器の前記クロックを出力せず、
前記クロックの周波数が所定の安定度に達したとき、前記恒温槽のウォ−ムアップが完了したと判定し、前記恒温槽付水晶発振器の前記クロックを出力する方法であり、
前記恒温槽付水晶発振器の出力と、温度補償付水晶発振器の出力との比較をＳ（Ｓは２以上の整数）回行い、この比較結果を示す数値のＳ回の平均値を求め、前記平均値の変化量が所定の値よりも小さくなったとき、前記恒温槽付水晶発振器の出力が所定の周波数安定度に達したと判定することにより前記ウォームアップ完了の判定を行うことを特徴とする。
また、本発明の恒温槽付水晶発振器のウォ−ムアップ制御方法は、前記数値は、前記恒温槽付水晶発振器の出力を分周した第１の分周クロックと、前記温度補償型水晶発振器の出力を分周した第２の分周クロックとの位相差を、前記温度補償型水晶発振器の出力によってカウントしたカウント値であり、前記平均値の変化量は、第１回目の前記平均値と、第２回目の前記平均値との差であることを特徴とする。
また、本発明の恒温槽付水晶発振器のウォ−ムアップ制御方法は、前記数値は、前記恒温槽付水晶発振器の出力を分周した分周クロックパルスが一方の値となる期間を、前記温度補償型水晶発振器の出力によってカウントしたカウント値であり、
前記平均値の変化量は、第１回目の前記平均値と、第２回目の前記平均値との差であることを特徴とする。
また、本発明の恒温槽付水晶発振器のウォ−ムアップ制御方法は、前記平均値をＵ回（Ｕは正整数）取得し、このＵ個の平均値の平均値が予め定められた範囲内となったとき、前記恒温槽付水晶発振器の出力が所定の周波数安定度に達したと判定することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明のクロック生成回路は、水晶振動子の環境温度をウォームアップし、所定の温度に保つことによって周波数の安定化した第１のクロックを生成する恒温槽付水晶発振器と、第２のクロックを生成する温度補償型水晶発振器と、前記第１のクロックの周波数安定度を判定し、前記第１のクロックの周波数が所定の安定度に達しない間は、前記第１のクロックを出力禁止の信号を出力し、前記第１のクロックの周波数が所定の安定度に達したとき前記第１のクロックを出力許可の信号を出力する判定回路と、前記判定回路からの出力許可または出力禁止信号によって、前記第１のクロックの出力または非出力を制御する制御手段、とを備え、前記判定回路は、前記第１のクロックと前記第２のクロックの比較をＳ（Ｓは２以上の整数）回行い、この比較結果を示す数値のＳ回の平均値を求め、この平均値の変化量が所定の値よりも小さくなったとき、前記恒温槽付水晶発振器の出力が所定の周波数安定度に達したと判定し前記出力許可の信号を出力することを特徴とする。
また、本発明のクロック生成回路は、前記判定回路が、前記第１のクロックを分周して第１の分周クロックを出力する第１の分周器と、前記第２のクロックを分周して第２の分周クロックを出力する第２の分周器と、前記第１の分周クロックと前記第２の分周クロックとの位相差を、前記第２のクロックによってサンプリングした位相差データを前記数値として出力する位相比較回路とをさらに備え、前記平均値の変化量は、第１回目の前記平均値と、第２回目の前記平均値との差であることを特徴とする。
また、本発明のクロック生成回路は、前記判定回路は、前記恒温槽付水晶発振器のクロックを分周して分周クロックを出力する分周器と、前記分周クロックパルスが一方の値となる期間を、前記温度補償型水晶発振器の出力によってカウントしたカウント値を前記数値として出力する位相比較回路とをさらに備え、前記平均値の変化量は、第１回目の前記平均値と、第２回目の前記平均値との差であることを特徴とする。
また、本発明のクロック生成回路は、前記平均値をＵ回（Ｕは正整数）取得し、前記各々のカウント値のＳ回の平均値のＵ回の平均値が予め定められた範囲内となったとき、前記恒温槽付水晶発振器の出力が所定の周波数安定度に達したと判定することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の移動体通信基地局装置は、上記のクロック生成回路を備える装置であって、クロック生成回路が、装置内の基準となるクロックを供給し、所定の周波数安定度が、移動体通信基地局で要求される周波数安定度であることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法の第１の実施形態を実施する移動体通信基地局装置の構成を示す。
移動体通信基地局装置１の主要構成要素は、装置全体の監視制御を行うマスタカード３と、複数（ここでは、１０システムの構成を示す）の無線送受信カード４〜１３と、クロックを発生するクロックカード２を備え、無線送受信カ−ド（＃１）４から無線送受信カ−ド（＃１０）１３が内蔵する送受信周波数生成用ＰＬＬ回路に使用する高安定度基準クロックは、クロックカ−ド２の恒温槽付水晶発振器から出力されるクロックを用いている。無線送受信カ−ドは必ずしも１０枚実装に限定するものではなく必要に応じてその枚数を任意に可変できる。マスタカ−ド３とクロックカ−ド２と無線送受信カ−ド（＃１）４〜無線送受信カ−ド（＃１０）１３は、システムバス１６で接続されている。また、装置内の各カ−ドに電源供給線１５を介して電源を供給する電源カ−ド１４が実装されている。
【０００９】
図２にクロックカード２の構成を示す。図２を参照すると、クロックカ−ド２には、高安定度のクロックを出力する恒温槽付水晶発振器２１と、周囲の温度変化に影響されず比較的安定したクロックを出力可能な温度補償型水晶発振器２２と、温度補償型水晶発振器の出力クロックを分周し、また恒温槽付水晶発振器出力クロックを分周し、それぞれ分周したクロックの位相差を、温度補償型水晶発振器２２の出力クロックによってサンプリングし、位相差デ−タをディジタル値で出力可能な位相比較回路２３と、位相比較回路２３から入力されたディジタル値を積算し積算結果をサンプル時間で割り、平均値を算出するディジタル信号処理回路ＤＳＰ２４と、ＤＳＰ２４のデ−タ処理並びにデ−タ格納に用いるメモリ２５と、移動体通信基地局装置１内に恒温槽付水晶発振器２１が出力したクロックを供給許可または禁止の制御がＤＳＰ２４から制御可能なバッファ２６が搭載されている。
【００１０】
図３に位相比較回路２３の構成を示す。図３を参照すると、位相比較回路２３は、温度補償型水晶発振器２２の出力クロック(以降ＴＣＸＯＣＬＫ２７と呼ぶ)を１／Ｎ分周する分周器Ａ３１と、したクロック３４と、恒温槽付水晶発振器２１の出力クロック(以降ＯＣＸＯＣＬＫ２８と呼ぶ)を１／Ｍ分周する分周器Ｂ３２と、ＴＣＸＯＣＬＫ２７を１／Ｎ分周したクロック３４とＯＣＸＯＣＬＫ２８を１／Ｍ分周したクロック３５とを入力し、位相差をＴＣＸＯＣＬＫ２７でサンプリングする位相比較器３３で構成される。
図２のクロックカード２の構成図に戻って、位相比較回路２３が２つの水晶発振器の分周波を位相比較した結果のカウント値をＤＳＰ２４に出力する。ＤＳＰ２４は、入力したカウント値を一定時間積算した位相差デ−タの平均と、前回の位相差デ−タの平均値との差分からＯＣＸＯＣＬＫ２８の周波数安定度を検出する。このＯＣＸＯＣＬＫ２８の周波数安定度が、システムに要求される周波数安定度の範囲内に収束した時点で、ウォームアップ時間終了と判定し、バッファ２６に出力許可制御を行い、無線送受信カ−ド（＃１）４から無線送受信カ−ド（＃１０）１３へクロックを供給する。
【００１１】
本発明の上記第１の実施形態の動作を図面を用いて説明する。
図４を参照すると、移動体通信基地局装置１の電源投入後、クロックカ−ド２内の位相比較回路２３では、分周器Ａ３１がＴＣＸＯＣＬＫ２７の１／Ｎ分周を開始する。また、分周器Ｂ３２は、ＯＣＸＯＣＬＫ２８の１／Ｍ分周を開始する。位相比較器３３は、ＴＣＸＯＣＬＫ２７の１／Ｎ分周したクロック３４とＯＣＸＯＣＬＫ２８の１／Ｍ分周したクロック３５の位相差を、ＴＣＸＯＣＬＫ２７でサンプリングする。このサンプリングした値がＴ秒毎（分周したクロックの１周期毎）にＤＳＰ２４へ通知される。
図５を参照すると、サンプリングする値は、ＴＣＸＯＣＬＫ２７を１／Ｎ分周したクロック３４の立ち上りエッジからＯＣＸＯＣＬＫ２８を１／Ｍに分周したクロック３５の立ち上りエッジまでが、ＴＣＸＯＣＬＫ２７でａクロック分であれば、カウント値はａである。よってＤＳＰ２４へは、カウント値２９は、ａと通知される。
ここでサンプリングの方法は、必ずしもクロック３４の立ち上りエッジからクロック３５の立ち上りエッジである必要は無く、それぞれの立ち下りエッジ等に変更可能である。
ＤＳＰ２４は、通知されたカウント値をＳ回積算する。ここで積算する回数Ｓは、多すぎると細かな周波数変動が見えなくなるため適切な値を設定しなければならない。（Ｔ×Ｓ）秒間積算し、積算したカウント値をＳで割り（Ｔ×Ｓ）秒間の平均位相差デ−タを算出する。
ＤＳＰ２４は、周波数安定度を求めるために、平均位相差デ−タをメモリ２５に入れ、次の平均位相差デ−タの算出を行う。最初の（Ｔ×Ｓ）秒後の平均位相差デ−タがＡ、次の（Ｔ×Ｓ）秒後の平均位相差デ−タがＢであると、ＤＳＰ２４は（Ｔ×Ｓ）秒間の位相変動値をＢ−Ａとして得る。この位相変動値をメモリ２５に入れる。このときメモリ２５内の平均位相差デ−タＡにＢが上書きされる。これにより平均位相差デ−タの全てを蓄積する必要がなくなり、メモリ２５を有効に使用できる。
また、Ｂ−Ａがマイナスの値になった場合は、デ−タの先頭ビットに１を付加することで、その位相変動値がプラスの値かマイナスの値かが容易に判断できる。次の（Ｔ×Ｓ）秒後の平均位相差デ−タがＣであると、ＤＳＰ２４は次の（Ｔ×Ｓ）秒間の位相変動値をＣ−Ｂとして得る。この位相変動値をメモリ２５に入れる。
【００１２】
図６を参照し、位相変動値がシステムで要求される周波数安定度の範囲内であるか否かの判定を行う方法の一例を説明する。
システムで要求される周波数安定度を±２［ｐｐｍ］とする。図６において、Ａ時点の平均位相差デ−タを５００、Ｂ時点の平均位相差デ−タを１０００、Ｃ時点の平均位相差デ−タを２０００、Ｄ時点の平均位相差デ−タを１５００、サンプリングクロックを２００ＭＨｚ、Ｔ：分周したクロック１周期を２５０μｓ（４ＫＨｚ）、積算回数Ｓを８０００回とする。Ａ時点からＢ時点までの位相変動値はＢ−Ａで求められ５００となる。このときの周波数安定度は、
同様に、Ｂ時点からＣ時点までの位相変動値はＣ−Ｂで求められ１０００である。周波数安定度は、（１）式から２．５ｐｐｍとなりシステムに要求される周波数安定度範囲外となる。
また、Ｃ時点からＤ時点までの位相変動値はＤ−Ｃで求められ−５００である。周波数安定度は、−１．２５ｐｐｍとなりシステムで要求される周波数安定度範囲内に入る。
ここで、システムに求められている周波数安定度範囲が±２ｐｐｍと決まっているので、ＤＳＰ２４では位相変動値が以下の範囲内に入れば、システムに求められる周波数安定度範囲内で有ることが解る。
位相変動値が、＋（（２［ｐｐｍ］×サンプリングクロック：２００Ｍ［Ｈｚ］×Ｔ：２５０μ［ｓ］×Ｓ：８０００［回］）÷１００００００）から−（（２［ｐｐｍ］×サンプリングクロック：２００Ｍ［Ｈｚ］×Ｔ：２５０μ［ｓ］×Ｓ：８０００［回］）÷１００００００）の範囲内、すなわち＋８００から−８００の範囲内であるかを判断すれば良いことになる。
【００１３】
発振器の特性によっては、周波数安定度は、時間的に一様収束するとは限らず、恒温槽付水晶発振器２１の出力クロックの特性によっては、周波数安定度が０ｐｐｍを通過して、オ−バ−シュ−トまたは、アンダ−シュ−トして０ｐｐｍに収束していくタイプの発振特性を有する場合があるため、（Ｔ×Ｓ）秒間の位相変動値のみでなく、長期の位相変動値を求める必要がある。
これは、（Ｔ×Ｓ）秒間の位相変動値をメモリ２５に蓄積し、一定時間Ｕ（Ｕ＞Ｔ×Ｓ）秒毎に全ての位相変動値を加算しＵで割ることによって、（Ｔ×Ｓ）秒間よりも長期の位相変動値を得ることができる。
この（Ｔ×Ｓ）秒間の位相変動値が、システムに要求される周波数安定度の範囲内に入った場合、長期の位相変動値の取得を開始する。一定時間Ｕ間に一度でも位相変動値がシステムに要求される周波数安定度の範囲から外れた場合は、積算した位相変動値をクリアする。一定時間Ｕ間にシステムに要求される周波数安定度の範囲内であった場合、積算結果をＵで割ることで長期の位相変動値を取得する。この長期の位相変動値が、システムに要求される周波数安定度の範囲内に入った場合に、ＤＳＰ２４はウォ−ムアップ完了であることを認識し、バッファ２６に出力許可制御を行い、無線送受信カ−ド（＃１）４から無線送受信カ−ド（＃１０）１３にＯＣＸＯＣＬＫ２８が供給される。
【００１４】
温度補償型水晶発振器２２の周波数安定度は、恒温槽付水晶発振器２１の周波数安定度に比べ悪く、移動体通信基地局システムに要求される周波数安定度範囲内に収まることは難しい。ＴＣＸＯＣＬＫ２７との位相変動値が瞬時的にゼロになる時点でウォ−ムアップ完了とすることでは、ＯＣＸＯＣＬＫ２８の周波数安定度を補償することができない。しかし以下の方法を用いることで、この問題を解消できる。
クロックカ−ド２を、工場出荷時にＯＣＸＯＣＬＫ２８を十分に通電エ−ジングし、このときに温度補償型水晶発振器２２との位相変動値をデ−タ採取する。このデ−タから、ＴＣＸＯＣＬＫ２７の周波数安定度がシステムに要求される周波数安定度の範囲と、どれだけ差が有るかが判断できる。
これにより、ＴＣＸＯＣＬＫ２７を１／Ｎ分周したクロック３４と、ＯＣＸＯＣＬＫ２８を１／Ｍ分周したクロック３５の位相変動値と、ＴＣＸＯＣＬＫ２７の周波数安定度の差分から、システムに要求される周波数安定度範囲であるかの判定を行えば良いことになる。
また、短時間の電源断が発生した場合も、本発明による周波数安定度検出によるウォ−ムアップ制御行う。
【００１５】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図７は、本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法の第２の実施形態を実施する移動体通信基地局装置内のクロックカードの構成を示すブロック図である。
図７を参照するとクロックカ−ド２内には、高安定度のクロックを出力する恒温槽付水晶発振器２１と、周囲温度変化に影響されず安定したクロックを出力可能な温度補償型水晶発振器２２と、カウンタ３０と、カウンタ３０から出力されたカウント値２９を積算し、積算結果をサンプル時間で割り平均値を算出するＤＳＰ２４と、ＤＳＰ２４のデ−タ処理並びにデ−タ格納用のメモリ２５と、移動体通信基地局装置１内に恒温槽付水晶発振器２１が出力したクロックを供給許可または禁止の制御がＤＳＰ２４によって制御可能なバッファ２６が搭載されている。ＯＣＸＯＣＬＫ２８は、カウンタ３０とバッファ２６に入力される。ＴＣＸＯＣＬＫ２７は、カウンタ３０に入力される。バッファ２６は、ＤＳＰ２４と接続されている。
図８にカウンタ３０の構成を示す。恒温槽付水晶発振器の出力クロック（ＯＣＸＯＣＬＫ２８）を分周し、その分周クロックの１クロック間をカウンタ回路３６が温度補償型水晶発振器の出力クロック（ＴＣＸＯＣＬＫ２７）でサンプリングカウントして、カウント値２９をＤＳＰ２４に出力する。
図３に示した第１の実施形態との相異は、図３が、ＯＣＸＯＣＬＫ２８とＴＣＸＯＣＬＫ２７のそれぞれを分周した分周クロック間の位相差をＴＣＸＯＣＬＫ２７自身でサンプリングカウントするのに対して、図７ではＯＣＸＯＣＬＫ２８のみを分周し、分周クロックの１クロック間をＴＣＸＯＣＬＫ２７でサンプリングカウントすることにある。
【００１６】
クロックカード２の動作を図９を参照して説明する。
図１０を参照すると、移動体通信基地局装置１の電源投入後、クロックカ−ド２内のカウンタ３０は、ＯＣＸＯＣＬＫ２８を１／Ｍ分周したクロックの１クロック間を、ＴＣＸＯＣＬＫ２７でサンプリングする。このサンプリングした値がＴ秒毎（分周したクロックの１周期時間）にＤＳＰ２４へ通知される。
図９を参照すると、サンプリングする値は、ＯＣＸＯＣＬＫ２８を１／Ｍ分周したクロックの立ち上りエッジから次の立ち下りエッジまでが、ＴＣＸＯＣＬＫ２７でｒクロック分であれば、カウント値はｒである。よってＤＳＰ２４へは、カウント値ｒと通知される。
ここでサンプリングの方法は、必ずしもＯＣＸＯＣＬＫ２８の立ち上りエッジから次の立下がりエッジである必要は無く、ＯＣＸＯＣＬＫ２８の立ち下りエッジから次の立ち上りエッジ等に変更可能である。
ＤＳＰ２４は、通知されたカウント値２９をＳ回積算する。ここで積算する回数Ｓは、多すぎると細かな周波数変動が見えなくなるため適切な値を設定しなければならない。ＯＣＸＯＣＬＫ２８を１／Ｍ分周したクロックの１周期時間ＴにＳ回掛けたＴ×Ｓ秒間積算し、積算したカウント値をＳで割り（Ｔ×Ｓ）秒間の平均位相差デ−タを算出する。
ＤＳＰ２４は、周波数安定度を求めるために、平均位相差デ−タをメモリ２５に入れ、次の平均位相差デ−タの算出を行う。最初の（Ｔ×Ｓ）秒後の平均位相差デ−タがＲ、次の（Ｔ×Ｓ）秒後の平均位相差デ−タがＱであると、ＤＳＰ２４は（Ｔ×Ｓ）秒間の位相変動値をＱ−Ｒとして得る。この位相変動値をメモリ２５に入れる。
次の（Ｔ×Ｓ）秒後の平均位相差デ−タがＷであると、ＤＳＰ２４は次の（Ｔ×Ｓ）秒間の位相変動値をＷ−Ｑとして得る。この位相変動値をメモリ２５に入れる。
【００１７】
図１１を参照し、位相変動値がシステムで要求される周波数安定度の範囲内であるかの判定を行う方法の一例を説明する。
システムで要求される周波数安定度を±２［ｐｐｍ］とする。
Ｒ時点の平均位相差デ−タを５００、
Ｑ時点の平均位相差デ−タを１０００、
Ｍ時点の平均位相差デ−タを２０００、
Ｎ時点の平均位相差デ−タを１５００、
サンプリングクロックを２００ＭＨｚ、
Ｔ：分周したクロック１周期を２５０ｕｓ（４ＫＨｚ）、
Ｓ：積算回数を８０００回、
Ｒ時点からＱ時点までの位相変動値はＱ−Ｒで求められ５００となる。周波数安定度は、
Ｑ時点からＷ時点までの位相変動値はＷ−Ｑで求められ１０００である。周波数安定度は、（２）式の計算式で求められ、２．５ｐｐｍとなりシステムに要求される周波数安定度範囲外となる。
Ｗ時点からＧ時点までの位相変動値はＧ−Ｗで求められ−５００である。周波数安定度は、−１．２５ｐｐｍとなりシステムで要求される周波数安定度範囲内に入る。
ここで、システムに求められている周波数安定度範囲が決まっているので、ＤＳＰ２４では以下の範囲内に位相変動値が入ればシステムに求められる周波数安定度範囲内であることが解る。
位相変動値が、＋（（２［ｐｐｍ］×サンプリングクロック：２００Ｍ［Ｈｚ］×Ｔ：２５０ｕ［ｓ］×Ｓ：８０００）÷１００００００）から−（（２［ｐｐｍ］×サンプリングクロック：２００Ｍ［Ｈｚ］×Ｔ：２５０ｕ［ｓ］×Ｓ：８０００）÷１００００００）の範囲内、すなわち＋８００から−８００であるかを判断すれば良いことになる。
ここで、恒温槽付水晶発振器２１の出力クロックの特性により、周波数が０ｐｐｍを通過して、オ−バ−シュ−トまたは、アンダ−シュ−トして０ｐｐｍに収束していくモノが有るため、（Ｔ×Ｓ）秒間の位相変動値のみでなく、長期の位相変動値を求める必要がある。
これは、（Ｔ×Ｓ）秒間の位相変動値をメモリ（２５）に蓄積し、一定時間Ｕ（Ｕ＞Ｔ×Ｓ）秒毎に全ての位相変動値を加算しＵで割ることで、（Ｔ×Ｓ）秒間よりも長期の位相変動値を得ることができる。
この（Ｔ×Ｓ）秒間の位相変動値が、システムに要求される周波数安定度の範囲内に入った場合、長期の位相変動値の取得を開始する。一定時間Ｕ間に一度でも位相変動値がシステムに要求される周波数安定度の範囲から外れた場合は、積算した位相変動値をクリアする。一定時間Ｕ間にシステムに要求される周波数安定度の範囲内であった場合、積算結果をＵで割ることで長期の位相変動値を取得する。この長期の位相変動値が、システムに要求される周波数安定度の範囲内に入った場合に、ＤＳＰ２４はウォ−ムアップ完了であることを認識し、バッファ２６に出力許可制御を行い、無線送受信カ−ド（＃１）４〜無線送受信カ−ド（＃１０）１３にＯＣＸＯＣＬＫ２８が供給される。
また、温度補償型水晶発振器２２の周波数安定度は、恒温槽付水晶発振器２１の周波数安定度に比べ悪く、システムに要求される周波数安定度範囲内に収まることは難しい。このため、ＴＣＸＯＣＬＫ２７との位相変動値がゼロになるところでウォ−ムアップ完了とすることは、ＯＣＸＯＣＬＫ２８の周波数安定度を補償することができない。
しかし以下の方法を用いることで、この問題を解消できる。すなわちクロックカ−ド２を、工場出荷時にＯＣＸＯＣＬＫ２８を十分に通電エ−ジングし、このときに温度補償型水晶発振器２２との位相変動値をデ−タ採取する。このデ−タから、ＴＣＸＯＣＬＫ２７の周波数安定度がシステムに要求される周波数安定度の範囲と、どれだけ差が有るかが判断できる。これにより、ＯＣＸＯＣＬＫ２８を１／Ｍ分周したクロックの位相変動値と、ＴＣＸＯＣＬＫ２７の周波数安定度の差分から、システムに要求される周波数安定度範囲であるかの判定を行えば良いことになる。
また、短時間の電源断が発生した場合も、本発明による周波数安定度検出によるウォ−ムアップ制御行う。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法は、以下のような効果を奏する。
第１の効果は、恒温槽付水晶発振器個々の特性に合わせたウォームアップ時間になることである、すなわちウォームアップ時間を長く取りすぎたり、または短すぎたりことが無いことである。
その理由は、ウォームアップ時間を一定の時間とせず、出力クロックの周波数安定度の確認を行うことで、ウォームアップ完了とするからである。
第２の効果は、恒温槽付水晶発振器の出力クロックの特性により、周波数が０ｐｐｍを通過して、オ−バ−シュ−トまたは、アンダ−シュ−トして０ｐｐｍに収束していく場合も、０ｐｐｍに収束した時点でウォームアップ完了とすることができることである。
その理由は、長期の位相変動値を使用することで、短期の周波数安定度を無視できるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】移動体通信基地局装置の構成図。
【図２】移動体通信基地局装置内のクロックカ−ド構成を示す図である。
【図３】本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法の第１の実施形態を実施する移動体通信基地局装置内のクロックカ−ド内の位相比較回路構成を示す図である。
【図４】本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法の第１の実施形態の移動体通信基地局装置電源投入後のウォ−ムアップ完了までの動作フローを示す。
【図５】本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法の第１の実施形態における、ＯＣＸＯＣＬＫ２８とを１／Ｍ分周したクロック３５をＴＣＸＯＣＬＫ２７でサンプリングするタイミングを示す図である。
【図６】本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法の第１の実施形態における、平均位相差データから周波数安定度を算出するまでの一例を説明する図である。
【図７】本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法の第２の実施形態を実施する移動体通信基地局装置内のクロックカ−ド内の位相比較回路構成を示す図である。
【図８】本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法の第２の実施形態を実施する移動体通信基地局装置内のクロックカ−ド内のカウンタの構成を示す図である。
【図９】本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法の第２の実施形態における、移動体通信基地局装置の電源投入後のウォ−ムアップ完了までの動作フローを示す。
【図１０】本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法の第２の実施形態における、ＯＣＸＯＣＬＫ２８を１／Ｍ分周したクロックをサンプリングするタイミングを表す図である。
【図１１】本発明の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法の第２の実施形態における、位相差データから周波数安定度を算出するまでの一例を説明する図である。
【図１２】従来の恒温槽付水晶発振器のウォームアップ制御方法を説明する図である。
【符号の説明】
１ 移動体通信基地局装置
２ クロックカード
３ マスタカード
４ 無線送受信カード（＃１）
１３ 無線送受信カード（＃１０）
１４ 電源カード
１５ 電源供給線
１６ システムバス
２１ 恒温槽付水晶発振器
２２ 温度補償型水晶発振器
２３ 位相比較回路
２４ ＤＳＰ
２５ メモリ
２６ バッファ
２７ ＴＣＸＯＣＬＫ
２８ ＯＣＸＯＣＬＫ
２９ カウント値
３０ カウンタ
３１ 分周器Ａ
３２ 分周器Ｂ
３３ 位相比較器
３４ ＴＣＸＯＣＬＫ２７の１／Ｎ分周したクロック
３５ ＯＣＸＯＣＬＫ２８の１／Ｍ分周したクロック
３６ カウンタ回路
Claims (9)
- 発振器の備える水晶振動子を含む複数の回路部品のうち、少なくとも前記水晶振動子の環境温度をウォームアップし、所定の温度に保つことによって発振周波数を安定化したクロックを生成する恒温槽付水晶発振器のウォ−ムアップ制御方法であって、
前記クロックの周波数が所定の安定度に達しない間は、前記恒温槽のウォ−ムアップが完了していないと判定して前記恒温槽付水晶発振器の前記クロックを出力せず、
前記クロックの周波数が所定の安定度に達したとき、前記恒温槽のウォ−ムアップが完了したと判定し、前記恒温槽付水晶発振器の前記クロックを出力する方法であり、
前記恒温槽付水晶発振器の出力と、温度補償付水晶発振器の出力との比較をＳ（Ｓは２以上の整数）回行い、この比較結果を示す数値のＳ回の平均値を求め、前記平均値の変化量が所定の値よりも小さくなったとき、前記恒温槽付水晶発振器の出力が所定の周波数安定度に達したと判定することにより前記ウォームアップ完了の判定を行うことを特徴とする恒温槽付水晶発振器のウォ−ムアップ制御方法。 - 前記数値は、前記恒温槽付水晶発振器の出力を分周した第１の分周クロックと、前記温度補償型水晶発振器の出力を分周した第２の分周クロックとの位相差を、前記温度補償型水晶発振器の出力によってカウントしたカウント値であり、
前記平均値の変化量は、第１回目の前記平均値と、第２回目の前記平均値との差であることを特徴とする請求項１に記載の恒温槽付水晶発振器のウォ−ムアップ制御方法。 - 前記数値は、前記恒温槽付水晶発振器の出力を分周した分周クロックパルスが一方の値となる期間を、前記温度補償型水晶発振器の出力によってカウントしたカウント値であり、
前記平均値の変化量は、第１回目の前記平均値と、第２回目の前記平均値との差であることを特徴とする請求項１に記載の恒温槽付水晶発振器のウォ−ムアップ制御方法。 - 前記平均値をＵ回（Ｕは正整数）取得し、このＵ個の平均値の平均値が予め定められた範囲内となったとき、前記恒温槽付水晶発振器の出力が所定の周波数安定度に達したと判定することを特徴とする請求項１に記載の恒温槽付水晶発振器のウォ−ムアップ制御方法。
- 水晶振動子の環境温度をウォームアップし、所定の温度に保つことによって周波数の安定化した第１のクロックを生成する恒温槽付水晶発振器と、
第２のクロックを生成する温度補償型水晶発振器と、
前記第１のクロックの周波数安定度を判定し、前記第１のクロックの周波数が所定の安定度に達しない間は、前記第１のクロックを出力禁止の信号を出力し、前記第１のクロックの周波数が所定の安定度に達したとき前記第１のクロックを出力許可の信号を出力する判定回路と、
前記判定回路からの出力許可または出力禁止信号によって、前記第１のクロックの出力または非出力を制御する制御手段、とを備え、
前記判定回路は、前記第１のクロックと前記第２のクロックの比較をＳ（Ｓは２以上の整数）回行い、この比較結果を示す数値のＳ回の平均値を求め、この平均値の変化量が所定の値よりも小さくなったとき、前記恒温槽付水晶発振器の出力が所定の周波数安定度に達したと判定し前記出力許可の信号を出力することを特徴とするクロック生成回路。 - 前記判定回路は、
前記第１のクロックを分周して第１の分周クロックを出力する第１の分周器と、
前記第２のクロックを分周して第２の分周クロックを出力する第２の分周器と、
前記第１の分周クロックと前記第２の分周クロックとの位相差を、前記第２のクロックによってサンプリングした位相差データを前記数値として出力する位相比較回路とをさらに備え、
前記平均値の変化量は、第１回目の前記平均値と、第２回目の前記平均値との差であることを特徴とする請求項５に記載のクロック生成回路。 - 前記判定回路は、
前記恒温槽付水晶発振器のクロックを分周して分周クロックを出力する分周器と、
前記分周クロックパルスが一方の値となる期間を、前記温度補償型水晶発振器の出力によってカウントしたカウント値を前記数値として出力する位相比較回路とをさらに備え、
前記平均値の変化量は、第１回目の前記平均値と、第２回目の前記平均値との差であることを特徴とする請求項５に記載のクロック生成回路。 - 前記平均値をＵ回（Ｕは正整数）取得し、前記各々のカウント値のＳ回の平均値のＵ回の平均値が予め定められた範囲内となったとき、前記恒温槽付水晶発振器の出力が所定の周波数安定度に達したと判定することを特徴とする前記請求項５に記載のクロック生成回路。
- 前記請求項５乃至８記載のクロック生成回路を備える装置であって、
前記クロック生成回路が、前記装置内の基準となるクロックを供給し、
前記所定の周波数安定度が、移動体通信基地局で要求される周波数安定度であることを特徴とする移動体通信基地局装置。
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