JP5398200B2

JP5398200B2 - Reference signal generator

Info

Publication number: JP5398200B2
Application number: JP2008230432A
Authority: JP
Inventors: 真也小和田; 一典宮原
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: JP2010068065A

Description

この発明は、デジタル通信等の無線通信設備に用いる基準信号発生装置に関するものである。 The present invention relates to a reference signal generator for use in wireless communication equipment such as digital communication.

携帯電話や地上波デジタル放送等の広範囲なエリアで無線システムを提供する場合には、末端の機器にデータを送信するために複数の基地局が必要となる。これらの基地局では、仕様上、高精度な基準周波数信号が必要となる。このような高精度な基準周波数信号が得られる基準信号発生装置としては、非常に高価なＲｂ発振器を用いたものも利用されているが、一般的には水晶発振器を備え、ＧＰＳの１ＰＰＳ等の高精度な外部リファレンス信号に同期を行いながら基準周波数信号を発生するものが利用されている。 When a wireless system is provided in a wide area such as a cellular phone or terrestrial digital broadcasting, a plurality of base stations are required to transmit data to a terminal device. In these base stations, a high-accuracy reference frequency signal is required due to specifications. As a reference signal generator for obtaining such a high-accuracy reference frequency signal, an apparatus using a very expensive Rb oscillator is also used, but generally includes a crystal oscillator, such as a GPS 1PPS. What generates a reference frequency signal while synchronizing with a highly accurate external reference signal is used.

ところが、水晶発振器を用いた基準信号発生装置は、水晶振動子の周波数温度特性等により、温度が異なる状況で同じレベルの電圧信号を印加すると、異なる周波数の基準周波数信号が発生してしまう。 However, a reference signal generator using a crystal oscillator generates a reference frequency signal having a different frequency when a voltage signal of the same level is applied in a situation where the temperature is different due to the frequency temperature characteristics of the crystal resonator.

この問題を解決するため、特許文献１に記載の発明では、予め温度毎に制御電圧信号レベルの補正値を設定しておき、検出した温度に応じて制御電圧信号を補正して水晶発振器へ与えている。
特許４０５６１８号公報 In order to solve this problem, in the invention described in Patent Document 1, a control voltage signal level correction value is set in advance for each temperature, and the control voltage signal is corrected according to the detected temperature and applied to the crystal oscillator. ing.
Japanese Patent No. 405618

ところで、一般的には、水晶振動子がヒステリシスを有する周波数温度特性をもっていることが知られている。 Incidentally, it is generally known that a crystal resonator has frequency temperature characteristics having hysteresis.

しかしながら、本願の発明者は、このヒステリシスを有する周波数温度特性に応じて、上述の補正値を設定しても、出力される基準周波数信号の周波数が設定値よりも極僅かズレることを問題視し、水晶振動子には、次に示すような周波数温度特性があることを実験的に突き止めた。 However, the inventor of the present application views the problem that even if the correction value is set according to the frequency temperature characteristic having hysteresis, the frequency of the output reference frequency signal is slightly shifted from the set value. The crystal resonator was experimentally found to have the following frequency temperature characteristics.

図５は、一般的なＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性を示すグラフであり、（Ａ）は全体の温度特性を示し、（Ｂ）は４０℃近傍の温度特性Ｈｙを示す。また、図中のＨｙ（ΔＴ１Ｕ），Ｈｙ（ΔＴ２Ｕ），Ｈｙ（ΔＴ３Ｕ）は昇温過程における温度の時間変化率毎の温度特性を示し、Ｈｙ（ΔＴ１Ｄ），Ｈｙ（ΔＴ２Ｄ），Ｈｙ（ΔＴ３Ｄ）は降温過程における温度の時間変化率毎の温度特性を示す。ここで、温度の時間変化率はΔＴ１＜ΔＴ２＜ΔＴ３の順である。 FIG. 5 is a graph showing frequency temperature characteristics of a general AT-cut quartz crystal resonator, (A) shows the overall temperature characteristics, and (B) shows the temperature characteristics Hy around 40 ° C. In the figure, Hy (ΔT1U), Hy (ΔT2U), Hy (ΔT3U) indicate temperature characteristics for each time change rate of the temperature in the temperature rising process, and Hy (ΔT1D), Hy (ΔT2D), Hy (ΔT3D). Indicates the temperature characteristics for each time change rate of the temperature in the temperature lowering process. Here, the time change rate of the temperature is in the order of ΔT1 <ΔT2 <ΔT3.

図５に示すように、水晶振動子は、昇温過程と降温過程とで、同じ温度で同じ電圧レベルの電圧信号が印加される状況であっても、異なる周波数の基準周波数信号を発生してしまう。さらに、水晶振動子は、温度の時間変化率が異なっても、異なる周波数の基準周波数信号を発生してしまう。 As shown in FIG. 5, the crystal resonator generates reference frequency signals of different frequencies even in a situation where a voltage signal of the same voltage level is applied at the same temperature during the temperature rising process and the temperature falling process. End up. Furthermore, the quartz resonator generates a reference frequency signal having a different frequency even if the time change rate of the temperature is different.

すなわち、温度、昇温過程であるか降温過程であるかの温度遷移方向、温度の時間変化率からなる三つの要素を加味しなければ、より高精度な基準周波数信号を発生することができない。 That is, a higher-accuracy reference frequency signal cannot be generated unless three elements including the temperature, the temperature transition direction of the temperature rising process or the temperature lowering process, and the time change rate of temperature are taken into consideration.

したがって、本発明の目的は、温度に関連する各種の周波数変動要素の影響を抑制して、高精度な基準周波数信号を発生することができる基準信号発生装置を実現することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to realize a reference signal generator capable of generating a highly accurate reference frequency signal while suppressing the influence of various frequency fluctuation elements related to temperature.

この発明の基準信号発生装置は、水晶振動子に電圧信号が印加されることで基準周波数信号を発生する水晶発振器と、電圧信号を生成する制御手段と、水晶発振器の温度を検知して前記制御手段へ出力する温度検知手段とを備える。そして、この基準信号発生装置の制御手段は、順次取得して記憶された時系列の温度から、温度の時間変化状態を算出し、水晶振動子のヒステリシスによって生じる出力させるべき周波数と出力周波数との差分を補正する補正値を温度の時間変化状態と温度との組合せ毎に個別に決定し、該補正値に基づいて電圧信号の信号レベルを補正して、水晶発振器へ与える。
The reference signal generator according to the present invention includes a crystal oscillator that generates a reference frequency signal when a voltage signal is applied to a crystal resonator, a control unit that generates a voltage signal, and a temperature control unit that detects the temperature of the crystal oscillator. Temperature detecting means for outputting to the means. Then, the control means of the reference signal generator calculates the time-varying state of the temperature from the time-series temperatures sequentially acquired and stored, and calculates the frequency to be output generated by the hysteresis of the crystal resonator and the output frequency. A correction value for correcting the difference is individually determined for each combination of the temperature change state and the temperature, and the signal level of the voltage signal is corrected based on the correction value and applied to the crystal oscillator.

この構成では、水晶振動子に与える電圧信号への補正データが、温度と当該温度の時間変化状態、すなわち昇温過程か降温過程かで識別される温度遷移方向および温度の時間変化率に基づいて決定される。これにより、単に温度のみに基づく補正データではなく、さらに詳細な温度の変化を反映する温度遷移方向および温度の時間変化率も含んで補正データが設定される。 In this configuration, the correction data to the voltage signal applied to the crystal resonator is based on the temperature and the time change state of the temperature, that is, the temperature transition direction identified by the temperature rising process or the temperature falling process and the time change rate of the temperature. It is determined. Thereby, the correction data is set not only based on the temperature alone but also including the temperature transition direction and the time change rate of the temperature reflecting a more detailed temperature change.

また、この発明の基準信号発生装置は、水晶発振器が、印加される電圧信号の信号レベルに応じて発生する基準周波数信号の周波数を制御可能な電圧制御発振器である。さらに、基準信号発生装置は、外部からのリファレンス信号と基準周波数信号との位相差を取得し位相差信号を出力する位相比較器と、位相差信号から同期型制御電圧信号を生成するループフィルタと、を備える。そして、この基準信号発生装置の制御手段は、リファレンス信号の入力の有無により水晶発振器へ与える電圧信号を切り替える。具体的に、リファレンス信号の入力を検出している同期期間には、同期型制御電圧信号を電圧信号として水晶発振器へ与える。一方、リファレンス信号の入力断を検出している自走期間には、補正を行った電圧信号を水晶発振器へ与える。 The reference signal generator of the present invention is a voltage-controlled oscillator in which the crystal oscillator can control the frequency of the reference frequency signal generated according to the signal level of the applied voltage signal. Further, the reference signal generator includes a phase comparator that obtains a phase difference between an external reference signal and a reference frequency signal and outputs a phase difference signal, a loop filter that generates a synchronous control voltage signal from the phase difference signal, . The control means of the reference signal generator switches the voltage signal applied to the crystal oscillator depending on whether or not a reference signal is input. Specifically, during the synchronization period in which the input of the reference signal is detected, the synchronous control voltage signal is supplied to the crystal oscillator as a voltage signal. On the other hand, the corrected voltage signal is applied to the crystal oscillator during the free-running period during which the reference signal input interruption is detected.

この構成では、同期期間内はリファレンス信号に同期することで、温度に関する各種要素に関係なく高精度な基準周波数を発生することができ、自走期間内は上述のような温度に関する各種要素を加味した補正データにより高精度な基準周波数を発生することができる。すなわち、同期型の基準信号発生装置であって、リファレンス信号が入力されないホールドオーバが発生しても、引き続き高精度な基準周波数信号を発生することができる。 In this configuration, by synchronizing with the reference signal during the synchronization period, it is possible to generate a highly accurate reference frequency regardless of the various elements related to temperature, and during the free-running period, the above-mentioned various elements related to temperature are taken into account. A highly accurate reference frequency can be generated from the corrected data. That is, in the synchronous reference signal generator, even if a holdover in which the reference signal is not input occurs, a highly accurate reference frequency signal can be continuously generated.

また、この発明の基準信号発生装置の制御手段は、リファレンス信号が入力されている同期期間に、同期型制御電圧信号を取得し、該取得時点での温度および温度の時間変化状態と同期型制御電圧信号とに基づいて、補正に利用する補正要素を学習して更新記憶する。 Further, the control means of the reference signal generator according to the present invention acquires the synchronous control voltage signal during the synchronization period in which the reference signal is input, and performs the synchronous control with the temperature and the time change state of the temperature at the acquisition time. Based on the voltage signal, a correction element used for correction is learned and updated and stored.

この構成では、基準信号発生装置の設置状況に応じて同期期間中に上述の補正データが最適化される。これにより、自走期間に、より高精度な基準周波数信号を発生することができる。 In this configuration, the above-described correction data is optimized during the synchronization period according to the installation state of the reference signal generator. Thereby, a reference frequency signal with higher accuracy can be generated during the free-running period.

この発明によれば、同期用のリファレンス信号を得られないような状況で、且つ水晶振動子に対する温度環境が変動するような状況下であっても、温度に関連する各種の周波数変動要素の影響を抑制して、高精度な基準周波数信号を出力することができる。 According to the present invention, even in a situation where the reference signal for synchronization cannot be obtained and the temperature environment for the crystal unit fluctuates, the influence of various frequency fluctuation factors related to temperature And a highly accurate reference frequency signal can be output.

本発明の実施形態に係る基準信号発生装置について図を参照して説明する。 A reference signal generator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本実施形態の基準信号発生装置およびこの装置にリファレンス信号を与える回路を示す概略ブロック図である。なお、以下の説明では、ＧＰＳを用いてリファレンス信号を取得する例を示すが、他のＧＮＳＳを用いても良く、さらには外部装置から他のリファレンス信号を取得しても良い。 FIG. 1 is a schematic block diagram showing a reference signal generating device of this embodiment and a circuit for supplying a reference signal to this device. In the following description, an example in which a reference signal is acquired using GPS is shown, but another GNSS may be used, and further, another reference signal may be acquired from an external device.

本実施形態の基準信号発生装置１は、制御部１０、位相比較器１１、ループフィルタ１２、スイッチ回路１３、電圧制御発振器１４、分周器１５、および温度センサ１６を備える。 The reference signal generator 1 of this embodiment includes a control unit 10, a phase comparator 11, a loop filter 12, a switch circuit 13, a voltage controlled oscillator 14, a frequency divider 15, and a temperature sensor 16.

この基準信号発生装置１にはＧＰＳ受信機２が接続されており、ＧＰＳ受信機２にはＧＰＳアンテナ３が接続されている。ＧＰＳ受信機２は、ＧＰＳアンテナ３で受信した測位用信号に基づいて航法メッセージ等の測位関連情報を取得するとともに、リファレンス信号である１ＰＰＳを生成し、位相比較器１１へ与える。 A GPS receiver 2 is connected to the reference signal generator 1, and a GPS antenna 3 is connected to the GPS receiver 2. The GPS receiver 2 acquires positioning-related information such as a navigation message based on the positioning signal received by the GPS antenna 3, generates 1 PPS which is a reference signal, and supplies it to the phase comparator 11.

位相比較器１１は、１ＰＰＳと、電圧制御発振器１４から出力される基準周波数信号を分周器１５で分周してなる調整用タイミング信号との位相差を検出し、当該位相差に基づく電圧レベルの位相差信号を生成して出力する。ループフィルタ１２は、ローパスフィルタ等により構成され、位相差信号の電圧レベルを時間軸上で平均化することで、同期型制御電圧信号を生成して制御部１０とスイッチ回路１３へ出力する。 The phase comparator 11 detects a phase difference between 1 PPS and an adjustment timing signal obtained by dividing the reference frequency signal output from the voltage controlled oscillator 14 by the frequency divider 15, and a voltage level based on the phase difference. The phase difference signal is generated and output. The loop filter 12 is configured by a low-pass filter or the like, and generates a synchronous control voltage signal by averaging the voltage level of the phase difference signal on the time axis, and outputs it to the control unit 10 and the switch circuit 13.

スイッチ回路１３は、電圧制御発振器１４の制御信号入力端子に対して、ループフィルタ１２または制御部１０の何れか一方を接続するように切り替え可能とする回路である。この切り替えは、制御部１０からの切替制御信号に応じて行われる。 The switch circuit 13 is a circuit that can be switched to connect either the loop filter 12 or the control unit 10 to the control signal input terminal of the voltage controlled oscillator 14. This switching is performed according to a switching control signal from the control unit 10.

温度センサ１６は、例えば、電圧制御発振器１４に当接して設置されるか、電圧制御発振器１４が実装される基板の当該実装位置近傍に設置されており、電圧制御発振器１４の水晶振動子の温度に応じた温度検出信号を生成して制御部１０へ出力する。 For example, the temperature sensor 16 is installed in contact with the voltage controlled oscillator 14 or is installed near the mounting position of the substrate on which the voltage controlled oscillator 14 is mounted. A temperature detection signal corresponding to the signal is generated and output to the control unit 10.

制御部１０は、基準信号発生装置１を動作させる各種制御を行う。また、制御部１０は、温度センサ１６からの温度検出信号を時系列に記憶する。 The control unit 10 performs various controls for operating the reference signal generator 1. Further, the control unit 10 stores the temperature detection signal from the temperature sensor 16 in time series.

また、制御部１０は、ループフィルタ１２から出力される同期型制御電圧信号のレベル値（ＤＡＣ値）を検出して記憶するとともに、当該記憶された時系列のＤＡＣ値群に基づいて自走用制御電圧信号の推定を行う。 Further, the control unit 10 detects and stores the level value (DAC value) of the synchronous control voltage signal output from the loop filter 12, and is used for self-running based on the stored time-series DAC value group. Estimate the control voltage signal.

また、制御部１０は、ＧＰＳ受信機２からの１ＰＰＳの受信の有無に応じてスイッチ回路１３の切替制御を行う。具体的には、制御部１０は、ＧＰＳ受信機２から１ＰＰＳを取得できればループフィルタ１２と電圧制御発振器１４とを接続するように切替制御信号をスイッチ回路１３へ与える。これにより、１ＰＰＳが取得されている間は、ループフィルタ１２からの同期型電圧制御信号が電圧制御発振器１４へ与えられる。なお、スイッチの切替制御は、１ＰＰＳの有無の判断のみに限らず、１ＰＰＳが正常か否かや、ＧＰＳ受信機２からの指令等によっても実行することができる。 In addition, the control unit 10 performs switching control of the switch circuit 13 according to whether or not 1 PPS is received from the GPS receiver 2. Specifically, the control unit 10 gives a switching control signal to the switch circuit 13 so as to connect the loop filter 12 and the voltage controlled oscillator 14 if 1 PPS can be acquired from the GPS receiver 2. Thus, the synchronous voltage control signal from the loop filter 12 is given to the voltage controlled oscillator 14 while 1 PPS is acquired. The switch switching control is not limited to the determination of the presence or absence of 1PPS, but can also be executed based on whether or not 1PPS is normal, a command from the GPS receiver 2, and the like.

一方、制御部１０は、ＧＰＳ受信機２から１ＰＰＳを取得できなければ、すなわちホールドオーバを検出すれば、自身（制御部１０）と電圧制御発振器１４とを接続するように切替制御信号をスイッチ回路１３へ与える。そして、制御部１０は、ホールドオーバを検出した時点で、推定した自走用制御電圧信号を出力する。これにより、ホールドオーバ状態では、自走用制御電圧信号は、スイッチ回路１３を介して電圧制御発振器１４へ与えられる。この際、制御部１０は、次に示す方法を用いて、自走用制御電圧信号のレベル値の補正を行う。 On the other hand, if the control unit 10 cannot acquire 1 PPS from the GPS receiver 2, that is, if a holdover is detected, the control unit 10 sends a switching control signal to connect the voltage control oscillator 14 to itself (the control unit 10). Give to 13. Then, the control unit 10 outputs the estimated self-running control voltage signal when the holdover is detected. Thus, in the holdover state, the free-running control voltage signal is given to the voltage controlled oscillator 14 via the switch circuit 13. At this time, the control unit 10 corrects the level value of the self-running control voltage signal using the following method.

図２は、自走用制御電圧信号のレベル値補正の処理フローを示すフローチャートであり、制御補正値算出用演算を実施する場合を示す。 FIG. 2 is a flowchart showing a processing flow of level value correction of the control voltage signal for self-running, and shows a case where calculation for calculating the control correction value is performed.

制御部１０は、補正値を算出したい時点（例えば、ホールドオーバ発生時）になると、温度Ｔｒを検出する（Ｓ１０１）。また、制御部１０は、検出した温度Ｔｒに対して予め設定した過去の所定区間内の温度Ｔｒ’を読み出し、温度の時間変化率すなわち温度勾配ΔＴｒを算出する（Ｓ１０２）。この際、制御部１０は、温度勾配ΔＴｒに基づいて温度遷移方向を検出する。 The control unit 10 detects the temperature Tr when it is time to calculate the correction value (for example, when a holdover occurs) (S101). Further, the control unit 10 reads the temperature Tr ′ in the past predetermined section set in advance with respect to the detected temperature Tr, and calculates the time change rate of the temperature, that is, the temperature gradient ΔTr (S102). At this time, the control unit 10 detects the temperature transition direction based on the temperature gradient ΔTr.

制御部１０は、温度遷移方向に準じて、次式に示す補正周波数算出用演算式を読み出し、当該算出用演算式に、温度Ｔｒ、温度勾配ΔＴｒを代入することで補正周波数ｆｃｏを算出する。 In accordance with the temperature transition direction, the control unit 10 reads the correction frequency calculation formula shown below, and calculates the correction frequency fco by substituting the temperature Tr and the temperature gradient ΔTr into the calculation formula.

ｆｃｏ＝ａ・Ｔｒ³＋ｂ・Ｔｒ²＋ｃ・Ｔｒ＋ｄ −（１）
ａ〜ｄは、次に示す式（２Ａ）〜（２Ｄ）で表される。 fco = a · Tr ³ + b · Tr ² + c · Tr + d − (1)
a to d are represented by the following formulas (2A) to (2D).

ａ＝（Ｋ_A（ΔＴｒ）³＋Ｌ_A（ΔＴｒ）²＋Ｍ_A（ΔＴｒ）＋Ｎ_A） −（２Ａ）
ｂ＝（Ｋ_B（ΔＴｒ）³＋Ｌ_B（ΔＴｒ）²＋Ｍ_B（ΔＴｒ）＋Ｎ_B） −（２Ｂ）
ｃ＝（Ｋ_C（ΔＴｒ）³＋Ｌ_C（ΔＴｒ）²＋Ｍ_C（ΔＴｒ）＋Ｎ_C） −（２Ｃ）
ｄ＝（Ｋ_D（ΔＴｒ）³＋Ｌ_D（ΔＴｒ）²＋Ｍ_D（ΔＴｒ）＋Ｎ_D） −（２Ｄ）
ここで、Ｋ_A〜Ｋ_D，Ｌ_A〜Ｌ_D，Ｍ_A〜Ｍ_D，Ｎ_A〜Ｎ_Dは、電圧制御発振器１４に応じて、実験により予め設定された定数である。 a = (K _A (ΔTr) ³ + L _A (ΔTr) ² + M _A (ΔTr) + N _A ) − (2A)
b = (K _B (ΔTr) ³ + L _B (ΔTr) ² + M _B (ΔTr) + N _B ) − (2B)
c = (K _C (ΔTr) ³ + L _C (ΔTr) ² + M _C (ΔTr) + N _C ) − (2C)
d = (K _D (ΔTr) ³ + L _D (ΔTr) ² + M _D (ΔTr) + N _D ) − (2D)
Here, K _{A to} K _D , L _{A to} L _D , M _{A to} M _D , and N _{A to} N _D are constants set in advance by experiments according to the voltage controlled oscillator 14.

このような演算を行うことで、推定算出された自走用制御電圧信号により基準信号発生装置の温度環境応じて実際に出力される周波数と、電圧制御発振器１４から出力させるべき周波数との差分である補正周波数ｆｃｏを算出することができる。 By performing such calculation, the difference between the frequency actually output according to the temperature environment of the reference signal generator by the estimated and calculated self-running control voltage signal and the frequency to be output from the voltage controlled oscillator 14 is obtained. A certain correction frequency fco can be calculated.

制御部１０は、補正周波数ｆｃｏをＤＡＣ値と同じ単位に変換して、制御補正値を算出する（Ｓ１０４）。なお、この変換は予め電圧制御発振器１４および温度Ｔｒに応じた変換式が予め制御部１０内に記憶されており、当該変換式を用いることで容易に算出される。なお、この変換に際して、温度勾配ΔＴｒによる影響をも考慮すれば、より高精度な制御補正値を算出することができる。 The control unit 10 converts the correction frequency fco into the same unit as the DAC value, and calculates a control correction value (S104). Note that this conversion is preliminarily stored in the control unit 10 in advance according to the voltage controlled oscillator 14 and the temperature Tr, and is easily calculated by using the conversion equation. In this conversion, if the influence of the temperature gradient ΔTr is also taken into consideration, a more accurate control correction value can be calculated.

制御部１０は、算出した制御補正値で自走用制御電圧信号を補正して出力する。具体的に、制御部１０は、補正前のＤＡＣ値に対して制御補正値に応じたＤＡＣ値を加算してなる補正後ＤＡＣ値に応じた信号レベルの制御電圧信号を出力する（Ｓ１０５）。 The control unit 10 corrects and outputs the self-running control voltage signal with the calculated control correction value. Specifically, the control unit 10 outputs a control voltage signal having a signal level corresponding to the corrected DAC value obtained by adding the DAC value corresponding to the control correction value to the DAC value before correction (S105).

電圧制御発振器１４は、スイッチ回路１３を介して与えられる同期型制御電圧信号か、補正された自走用制御電圧信号に基づいて基準周波数信号を発生する。より具体的には、電圧制御発振器１４は、１ＰＰＳが入力されて同期されている期間では同期型制御電圧信号に基づいて基準周波数信号を発生し、ホールドオーバ状態では温度および温度勾配により補正された自走用制御電圧信号に基づいて基準周波数信号を発生する。 The voltage controlled oscillator 14 generates a reference frequency signal based on a synchronous control voltage signal given via the switch circuit 13 or a corrected self-running control voltage signal. More specifically, the voltage controlled oscillator 14 generates a reference frequency signal based on the synchronous control voltage signal in a period in which 1 PPS is input and is synchronized, and is corrected by the temperature and the temperature gradient in the holdover state. A reference frequency signal is generated based on the self-running control voltage signal.

このような構成とすることで、ホールドオーバ状態となり高精度なリファレンス信号を取得することができなくても、温度や温度勾配に影響されることなく高精度な基準周波数信号を発生することができる。 By adopting such a configuration, even if it becomes a holdover state and a high-accuracy reference signal cannot be acquired, a high-accuracy reference frequency signal can be generated without being affected by the temperature or temperature gradient. .

また、１ＰＰＳのような高精度なリファレンス信号が得られる場合は、これに同期して高精度な基準周波数信号を発生することができるので、温度や温度勾配に影響されることなく定常的に高精度な基準周波数信号を発生することができる。 In addition, when a highly accurate reference signal such as 1 PPS is obtained, a highly accurate reference frequency signal can be generated in synchronization therewith, so that it is constantly high without being affected by temperature or temperature gradient. An accurate reference frequency signal can be generated.

なお、上述の方法では、制御補正値を数式演算のみを用いて行ったが、予め温度補正用テーブルを作成しておき、当該テーブルを用いて制御補正値を算出しても良い。 In the above-described method, the control correction value is performed using only mathematical calculation. However, a temperature correction table may be created in advance and the control correction value may be calculated using the table.

図３は、自走用制御電圧信号のレベル値補正の処理フローを示すフローチャートであり、温度補正用テーブルを利用する場合を示す。 FIG. 3 is a flowchart showing a process flow of level value correction of the self-running control voltage signal, and shows a case where a temperature correction table is used.

制御部１０は、上述のように、温度Ｔｒを検出するとともに温度の時間変化率（温度勾配）ΔＴｒを算出する（Ｓ２０１→Ｓ２０２）。 As described above, the control unit 10 detects the temperature Tr and calculates the time change rate (temperature gradient) ΔTr of the temperature (S201 → S202).

制御部１０は、基準信号発生装置の動作温度範囲内における複数の温度Ｔｎ（ｎは予め設定した定数）および各温度Ｔｎでの複数の温度勾配ΔＴｍ（ｍは予め設定した正の整数）をパラメータとして、実験的に得られる制御補正値Ｘｍｎをそれぞれ設定した温度補正用テーブルを記憶している。 The control unit 10 sets a plurality of temperatures Tn (n is a preset constant) and a plurality of temperature gradients ΔTm (m is a preset positive integer) at each temperature Tn within the operating temperature range of the reference signal generator. Are stored as temperature correction tables in which control correction values Xmn obtained experimentally are respectively set.

制御部１０は、この温度補正用テーブルを読み出し、検出した温度Ｔｒおよび温度勾配ΔＴｒが、テーブルに記憶された温度Ｔｎと温度勾配ΔＴｍとの組み合わせに一致すれば、これらの組み合わせに対応した制御補正値Ｘｍｎを読みだして利用する。また、制御部１０は、検出した温度Ｔｒおよび温度勾配ΔＴｒが、テーブルに記憶された温度Ｔｎと温度勾配ΔＴｍとの組み合わせに一致しなければ、検出した温度Ｔｒおよび温度勾配ΔＴｒに近い、テーブルに記憶された温度Ｔｎと温度勾配ΔＴｍとの組み合わせを少なくとも二組抽出する。この際、制御部１０は、抽出した温度Ｔｎと温度勾配ΔＴｍとの組み合わせに対応する制御補正値Ｘｍｎも読み出す。そして、制御部１０は、それぞれの温度勾配ΔＴｍに基づいて、次式からヒステリシス補正値Ｈｍを算出する。 The controller 10 reads this temperature correction table, and if the detected temperature Tr and temperature gradient ΔTr match the combination of the temperature Tn and the temperature gradient ΔTm stored in the table, the control correction corresponding to these combinations is performed. The value Xmn is read and used. If the detected temperature Tr and the temperature gradient ΔTr do not match the combination of the temperature Tn and the temperature gradient ΔTm stored in the table, the control unit 10 stores the detected temperature Tr and the temperature gradient ΔTr in the table. At least two combinations of the stored temperature Tn and temperature gradient ΔTm are extracted. At this time, the control unit 10 also reads out the control correction value Xmn corresponding to the combination of the extracted temperature Tn and the temperature gradient ΔTm. And the control part 10 calculates the hysteresis correction value Hm from following Formula based on each temperature gradient (DELTA) Tm.

Ｈｍ＝Ａｍ（ΔＴｍ）³＋Ｂｍ（ΔＴｍ）²＋Ｃｍ（ΔＴｍ）＋Ｄｍ −（３）
なお、Ａｍ，Ｂｍ，Ｃｍ，Ｄｍは電圧制御発振器１４および温度勾配ΔＴｍに応じて実験的に得られた定数係数である。 Hm = Am (ΔTm) ³ + Bm (ΔTm) ² + Cm (ΔTm) + Dm − (3)
Am, Bm, Cm, and Dm are constant coefficients experimentally obtained according to the voltage controlled oscillator 14 and the temperature gradient ΔTm.

そして、制御部１０は、温度Ｔｎ、温度勾配ΔＴｍに依存するヒステリシス補正値Ｈｍ、制御補正値Ｘｍｎを用いて、線形補間を利用した次式から、検出した温度Ｔｒおよび温度勾配ΔＴｒに対する制御補正値Ｘｒを算出する（Ｓ２０４）。なお、次式では、抽出した温度、温度勾配に基づくヒステリシス補正値、および制御補正値は、（Ｔｎ，Ｈｍ，Ｘｍｎ）と（Ｔｎ’，Ｈｍ’，Ｈｍｎ’）として表す。 Then, the control unit 10 uses the temperature Tn, the hysteresis correction value Hm that depends on the temperature gradient ΔTm, and the control correction value Xmn to calculate the control correction value for the detected temperature Tr and temperature gradient ΔTr from the following equation using linear interpolation. Xr is calculated (S204). In the following equation, the extracted temperature, the hysteresis correction value based on the temperature gradient, and the control correction value are represented as (Tn, Hm, Xmn) and (Tn ′, Hm ′, Hmn ′).

Ｘｒ＝｛Ｔｎ’（Ｘｍｎ＋Ｈｍ）−Ｔｎ（Ｘｍｎ’＋Ｈｍ’）｝／（Ｔｎ’−Ｔｎ）
−（４）
制御部１０は、算出した制御補正値で自走用制御電圧信号を補正して出力する。具体的に、制御部１０は、補正前のＤＡＣ値に対して制御補正値に応じたＤＡＣ値を加算してなる補正後ＤＡＣ値に応じた信号レベルの制御電圧信号を出力する（Ｓ２０５）。 Xr = {Tn ′ (Xmn + Hm) −Tn (Xmn ′ + Hm ′)} / (Tn′−Tn)
-(4)
The control unit 10 corrects and outputs the self-running control voltage signal with the calculated control correction value. Specifically, the control unit 10 outputs a control voltage signal having a signal level corresponding to the corrected DAC value obtained by adding the DAC value corresponding to the control correction value to the DAC value before correction (S205).

以上のように、温度補正用テーブルを用いた方法であっても、上述の完全に演算式のみで制御補正値を算出する場合と同様に、高精度な基準周波数信号を発生することができる。 As described above, even with the method using the temperature correction table, it is possible to generate a highly accurate reference frequency signal as in the case where the control correction value is calculated only with the above-described arithmetic expression.

また、上述の各方法では、制御補正値が工場出荷時に設定されたままであるが、次に示す方法を用いれば、基準信号発生装置の設置環境に応じて、より最適な制御補正値を得ることができる。 In each of the above methods, the control correction value remains set at the time of shipment from the factory. However, if the following method is used, a more optimal control correction value can be obtained according to the installation environment of the reference signal generator. Can do.

図４は、制御補正値を設置環境に応じて最適化する処理をも含む、自走用制御電圧信号のレベル値補正の処理フローを示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart showing a process flow for correcting the level value of the control voltage signal for self-running, including the process of optimizing the control correction value according to the installation environment.

制御部１０は、１ＰＰＳの入力を検出して、入力があれば（Ｓ３０１：Ｙｅｓ）、ループフィルタ１２から出力される制御電圧信号のレベル（ＤＡＣ値）を継続的に取得する（Ｓ３０２）。この際、制御部１０は、各ＤＡＣ値の取得タイミングでの温度を検出する（Ｓ３０３）。 The control unit 10 detects the input of 1 PPS, and if there is an input (S301: Yes), continuously acquires the level (DAC value) of the control voltage signal output from the loop filter 12 (S302). At this time, the control unit 10 detects the temperature at the acquisition timing of each DAC value (S303).

制御部１０は、このように継続的に検出した各ＤＡＣ値と温度との組み合わせから、温度の時間変化率に応じたＤＡＣ値の変化量を算出する。ここで、各ＤＡＣ値は１ＰＰＳに同期させて一定周波数からなる基準周波数信号を出力するように、位相比較器１１、ループフィルタ１２、電圧制御発振器１４、分周器１５からなるＰＬＬ回路を制御した値であるので、充分な通電時間を与えた電圧制御発信器であるならば、エージング特性による変化量はほとんどなくなるため、継続的に検出されるＤＡＣ値の差は、すなわち温度および温度の変化量によって決定されるものである。したがって、このようなＤＡＣ値の差を算出することで、上述の制御補正値を得ることができる（Ｓ３０４）。 The control unit 10 calculates the change amount of the DAC value according to the time change rate of the temperature from the combination of each DAC value and the temperature detected continuously in this way. Here, the PLL circuit including the phase comparator 11, the loop filter 12, the voltage controlled oscillator 14, and the frequency divider 15 was controlled so that each DAC value was synchronized with 1PPS and a reference frequency signal having a constant frequency was output. Therefore, if the voltage-controlled oscillator is provided with a sufficient energization time, the amount of change due to the aging characteristic is almost eliminated, so that the difference between continuously detected DAC values is that of temperature and the amount of change in temperature. Is determined by Therefore, the above control correction value can be obtained by calculating the difference between the DAC values (S304).

制御部１０は、１ＰＰＳが入力される間、このような制御補正値の算出処理を継続的に行い、記憶する。これにより、設置動作環境に応じた最適な制御補正値を記憶しておくことができる。 The control unit 10 continuously performs and stores such control correction value calculation processing while 1 PPS is input. Thereby, the optimal control correction value according to the installation operation environment can be stored.

そして、制御部１０は、ホールドオーバを検出すると、この記憶された最適な制御補正値を参照にして、その時々での温度および温度の時間変化率を検出し、これらに応じた制御補正値を決定する。制御部１０は、決定した制御補正値を用いて自走用制御電圧信号を補正し、電圧制御発振器１４へ与える。 Then, when detecting the holdover, the control unit 10 refers to the stored optimal control correction value, detects the temperature and the time change rate of the temperature at that time, and sets the control correction value corresponding to these. decide. The control unit 10 corrects the self-running control voltage signal using the determined control correction value and supplies the corrected voltage to the voltage controlled oscillator 14.

このような処理を用いることで、工場出荷時等に設定された制御補正値ではなく、基準信号発生装置の設置環境に応じた最適な制御補正値で補正ができるので、より高精度な基準周波数信号を発生することができる。 By using such processing, it is possible to correct with the optimal control correction value according to the installation environment of the reference signal generator instead of the control correction value set at the time of shipment from the factory. A signal can be generated.

なお、上述の演算式では３次式を用いているが、他のｎ次式（例えば６次式）等を用いてもよい。 Although the cubic equation is used in the above-described arithmetic expression, another n-order equation (for example, a sixth-order equation) or the like may be used.

本発明の実施形態に係る基準信号発生装置およびこの装置にリファレンス信号を与える回路を示す概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram illustrating a reference signal generating device according to an embodiment of the present invention and a circuit for supplying a reference signal to the device. 演算式のみを用いた自走用制御電圧信号のレベル値補正の処理フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing flow of level value correction | amendment of the self-propelled control voltage signal using only a computing equation. 温度補正用テーブルを用いた自走用制御電圧信号のレベル値補正の処理フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing flow of level value correction | amendment of the self-propelled control voltage signal using the temperature correction table. 制御補正値を設置環境に応じて最適化する処理をも含む、自走用制御電圧信号のレベル値補正の処理フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing flow of level value correction | amendment of the control voltage signal for self-propelled including the process which optimizes a control correction value according to an installation environment. 一般的なＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency temperature characteristic of a general AT cut crystal resonator.

Explanation of symbols

１−基準周波数信号発生装置、１０−制御部、１１−位相比較器、１２−ループフィルタ、１３−スイッチ回路、１４−電圧制御発振器、１５−分周器、１６−温度センサ、２−ＧＰＳ受信機、３−ＧＰＳアンテナ 1-reference frequency signal generator, 10-control unit, 11-phase comparator, 12-loop filter, 13-switch circuit, 14-voltage controlled oscillator, 15-frequency divider, 16-temperature sensor, 2-GPS reception Machine, 3-GPS antenna

Claims

A reference signal generator comprising: a crystal oscillator that generates a reference frequency signal when a voltage signal is applied to a crystal resonator; and a control unit that generates the voltage signal,
Temperature detecting means for detecting the temperature of the crystal oscillator and outputting the detected temperature to the control means;
The control means calculates a time change state of the temperature from the time-series temperature sequentially obtained and stored, and corrects the difference between the output frequency and the output frequency caused by the hysteresis of the crystal resonator A reference signal generating device that individually determines a value for each combination of the time-varying state of the temperature and the temperature , corrects the signal level of the voltage signal based on the correction value, and supplies the corrected signal to the crystal oscillator.

The crystal oscillator is a voltage controlled oscillator capable of controlling the frequency of a reference frequency signal generated according to the signal level of an applied voltage signal,
A phase comparator that obtains a phase difference between an external reference signal and the reference frequency signal and outputs a phase difference signal;
A loop filter that generates a synchronous control voltage signal from the phase difference signal,
The control means includes
In the synchronization period in which the input of the reference signal is detected, the synchronous control voltage signal is supplied to the crystal oscillator as the voltage signal,
The reference signal generator according to claim 1, wherein the corrected voltage signal is supplied to the crystal oscillator during a free-running period in which an input interruption of the reference signal is detected.

The control means acquires the synchronous control voltage signal during the synchronization period, and uses the correction control voltage signal based on the temperature at the time of acquisition, the time variation state of the temperature, and the synchronous control voltage signal. The reference signal generation device according to claim 2, wherein the correction element to be learned is learned and updated and stored.