JP6529788B2 - Oscillator - Google Patents
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Description
本発明は、発振器の製造方法及び発振器に関する。 The present invention relates to an oscillator manufacturing method and an oscillator.
発振器は、自身が出力する発振信号の発振周波数が時間の経過に従って変化する経年変化特性を有している(例えば、特許文献1参照)。 The oscillator has an aging characteristic in which the oscillation frequency of the oscillation signal output by itself changes as time passes (see, for example, Patent Document 1).
出荷後の発振周波数の経年変化が少ない発振器を製造する場合、発振周波数の経年変化を計測して、経年変化が少ない良品の選別等を行う工程が実施される。しかしながら、この工程の実施期間は長期間であるため、従来の発振器の製造方法では、発振器の受注から出荷までの期間が長くなってしまうという問題が生じていた。 In the case of manufacturing an oscillator in which the change in oscillation frequency after aging is small, the process of measuring the change in oscillation frequency over time and sorting out non-defective products with a low change over time is performed. However, since the implementation period of this process is long, in the conventional method of manufacturing an oscillator, there has been a problem that the period from receiving an oscillator to shipping becomes long.
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、受注から出荷までの期間を短縮しつつ、出荷後の経年変化を抑制することができる発振器の製造方法及び発振器を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of these points, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an oscillator and an oscillator which can suppress the secular change after shipment while shortening the period from order acceptance to shipment. To aim.
本発明の第1の態様に係る発振器の製造方法は、発振器の製造方法であって、前記発振器と電気的に接続された外部機器において、前記発振器から出力される発振信号の発振周波数を所定期間にわたって計測するステップと、前記所定期間における前記発振周波数の変化特性に基づいて、前記発振器が前記発振周波数の経年変化の補正に用いる補正情報を生成するステップと、前記外部機器において、生成した前記補正情報を前記発振器に設けられた記憶部に記憶させるステップと、を備える。 A method of manufacturing an oscillator according to a first aspect of the present invention is a method of manufacturing an oscillator, in an external device electrically connected to the oscillator, the oscillation frequency of an oscillation signal output from the oscillator is set for a predetermined period. Measuring, and generating correction information to be used by the oscillator to correct aging of the oscillation frequency based on a change characteristic of the oscillation frequency in the predetermined period; and the correction generated in the external device Storing information in a storage unit provided in the oscillator.
前記製造方法において、前記発振器は、前記経年変化とは異なる要素に基づいて前記発振周波数を補正する補正手段を有しており、前記計測するステップにおいて、前記外部機器が前記発振器の前記補正手段を停止させ、前記発振器から出力される発振信号の発振周波数を計測してもよい。 In the manufacturing method, the oscillator includes correction means for correcting the oscillation frequency based on an element different from the aging, and in the measuring step, the external device performs the correction means of the oscillator. The oscillation frequency of the oscillation signal output from the oscillator may be measured by stopping.
前記製造方法は、前記外部機器において前記記憶部に記憶された補正情報を取得するステップと、前記外部機器において、前記生成するステップにおいて生成された補正情報と、取得した補正情報とを比較し、当該取得した補正情報の内容が正しいか否かを判定するステップとをさらに備えてもよい。 The manufacturing method compares the step of acquiring the correction information stored in the storage unit in the external device, and the correction information generated in the step of generating the external device with the acquired correction information. The method may further include the step of determining whether the content of the acquired correction information is correct.
前記製造方法では、前記生成するステップにおいて、前記外部機器が、前記補正情報として、前記発振器が前記発振周波数の経年変化の補正に用いる演算式に含まれるパラメータの値を算出してもよい。 In the manufacturing method, in the generating step, the external device may calculate, as the correction information, a value of a parameter included in an arithmetic expression used by the oscillator to correct the secular change of the oscillation frequency.
本発明の第2の態様に係る発振器は、自身が出力する発振信号の発振周波数の経年変化を補正する発振器であって、前記発振周波数を所定期間にわたって計測する計測部と、前記所定期間における前記発振周波数の変化特性に基づいて、前記発振器が前記発振周波数の経年変化の補正に用いる補正情報を生成する生成部と、生成した前記補正情報を前記発振器に設けられた記憶部に記憶させる記憶制御部と、前記記憶部に記憶された前記補正情報に基づいて前記発振周波数を補正する補正部と、を備える。 An oscillator according to a second aspect of the present invention is an oscillator that corrects secular change of an oscillation frequency of an oscillation signal output by itself, and includes a measurement unit that measures the oscillation frequency over a predetermined period, and A generation unit that generates correction information that the oscillator uses to correct aging of the oscillation frequency based on change characteristics of the oscillation frequency, and storage control that stores the generated correction information in a storage unit provided in the oscillator A correction unit that corrects the oscillation frequency based on the correction information stored in the storage unit.
本発明によれば、受注から出荷までの期間を短縮しつつ、出荷後の経年変化を抑制することができるという効果を奏する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is effective in the ability to suppress the secular change after shipment, shortening the period from order reception to shipment.
<第1の実施形態>
[全体概要]
図1は、第1の実施形態に係る発振器1及び外部機器2の構成を示す図である。発振器1は、例えば恒温槽付水晶発振器であり、所定の発振周波数の発振信号を出力する。発振器1は、出荷前に記憶された、発振周波数の経年変化を補正する補正情報に基づいて発振周波数を調整することで、出荷後に自身が出力する発振信号の発振周波数を一定に保つ。
First Embodiment
[Overall overview]
FIG. 1 is a view showing configurations of an
外部機器2は、例えば、発振器1を製造する際に用いられるコンピュータであり、発振器1と電気的に接続される。外部機器2は、発振器1から出力される発振信号の発振周波数を所定期間にわたって計測し、当該発振周波数の経年変化特性を推定する。そして、外部機器2は、推定した経年変化特性に基づいて、当該発振周波数の経年変化を補正するための補正情報を生成して発振器1に記憶させる。
The
[発振器1の構成]
続いて、発振器1の構成について説明する。
図1に示すように、発振器1は、発振回路11と、出力部12と、温度検出部13と、記憶部14と、制御部15とを備える。
[Configuration of oscillator 1]
Subsequently, the configuration of the
As shown in FIG. 1, the
発振回路11は、恒温槽(不図示)に格納されており、設定された温度下で所定の発振周波数の発振信号を生成し、出力部12に出力する。発振回路11は、水晶振動子と、増幅回路と、可変容量とを備えている。水晶振動子は、例えば、ATカット水晶片を用いた水晶振動子(ATカット水晶振動子)である。増幅回路は、発振信号を増幅させる。可変容量は、例えばバリキャップダイオードであり、制御電圧が印加されると容量値を変化させる。可変容量に制御電圧が印加されると、発振回路11の容量値が変化し、発振回路11が出力する発振信号の発振周波数が変化する。
The
出力部12は、例えばPLL(Phase Locked Loop)回路である。出力部12は、発振回路11から出力された発振信号の発振周波数を調整し、調整後の発振周波数の発振信号を外部に出力する。ここで、発振器1を製造する製造工程では、発振器1と外部機器2とが、ケーブルを介して電気的に接続されており、出力部12は、外部機器2に調整後の発振周波数の発振信号を出力する。
The
温度検出部13は、恒温槽内部の温度を検出し、検出した温度を示す温度情報を制御部15に出力する。例えば、温度検出部13は、検出した温度を示すアナログ信号をデジタル信号に変換し、当該デジタル信号を温度情報として制御部15に出力する。
The
記憶部14は、例えば、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)により構成されている。記憶部14は、EEPROMにより構成されることで、電力が供給されない状態においても、記憶された情報を保持する。また、記憶部14は、恒温槽内部の温度を目標温度に近づけるためのPI制御の伝達関数に関する情報を温度制御情報として記憶する。
The
また、記憶部14は、発振器1の製造工程において、外部機器2から発振周波数の経年変化の補正に用いる補正情報を取得し、当該補正情報を記憶する。ここで、補正情報は、例えば、経年変化を示す演算式に含まれるパラメータの値である。
In addition, the
また、記憶部14は、発振器1が製造されてからの動作時間を示す経過時間情報を記憶する。なお、記憶部14は、EEPROMに代えて、レーザートリミング、ツェナーザッピング、電流トリミング等によりデータを書き込み、書き込んだデータを保持できる素子を用いてもよい。
The
制御部15は、例えばデジタル信号処理IC(DSP)又はCPUにより構成される。制御部15は、温度制御部151と、設定部152と、計時部153と、補正部154とを備える。
The
温度制御部151は、例えば恒温槽を加熱するためのヒータ回路を含んで構成されており、恒温槽内部の温度を制御する。具体的には、温度制御部151は、温度検出部13が検出した温度と、記憶部14に記憶された温度制御情報とに基づいて、温度検出部13が検出する温度が目標温度に近づくようにフィードバック制御を行い、ヒータ回路を動作させる。
The
設定部152は、発振器1の製造工程において発振器1に接続された外部機器2から、発振周波数の経年変化の補正に用いる補正情報を受信し、当該補正情報を記憶部14に記憶させる。補正情報を記憶部14に記憶させる処理の流れについては、後述する。
計時部153は、時間を計時し、計時した時間を示す計時情報を補正部154に出力する。
The
The
補正部154は、発振回路11に印加する制御電圧を制御することにより、発振回路11から出力される発振信号の発振周波数が所定の範囲内に収まるように制御する。補正部154は、当該発振周波数の経年変化に基づく補正と、当該経年変化とは異なる要素としての温度変化に基づく補正とを行うことで、温度変化及び経年変化による発振周波数の変化を抑制する。
The
具体的には、補正部154は、温度検出部13から出力された温度情報に基づいて、発振回路11に印加する制御電圧の値を特定するとともに、計時部153から出力された計時情報、及び記憶部14に記憶された補正情報に基づいて、発振回路11に印加する制御電圧の値を特定する。補正部154は、特定したそれぞれの制御電圧の値の合計値を発振回路11に印加することで、温度変化及び経年変化による発振周波数の変化を抑制する。
Specifically, the
ここで、発振周波数の経年変化を補正する処理の詳細についてフローチャートを参照しながら説明する。図2は、発振周波数の経年変化の補正に係るフローチャートである。
まず、補正部154は、発振器1に対して電力の供給が開始されると、記憶部14に記憶されている経過時間情報を取得し、発振器1が製造されてからどのくらい動作したかを示す経過時間を特定する(S10)。
Here, the details of the process of correcting the secular change of the oscillation frequency will be described with reference to the flowchart. FIG. 2 is a flowchart according to the correction of the secular change of the oscillation frequency.
First, when power supply to the
続いて、補正部154は、発振周波数の経年変化を示す演算式に含まれるパラメータの値(補正情報)と、S10において特定した経過時間と、当該演算式とに基づいて、経年変化に基づく発振周波数の変化量を算出する(S20)。具体的には、補正部154は、以下の式(1)に基づいて、変化量yを算出する。
y=round(A*(1−exp(−t/τ)))・・・(1)
Then, based on the value of the parameter (correction information) included in the arithmetic expression indicating the secular change of the oscillation frequency, the elapsed time specified in S10, and the arithmetic expression, the
y = round (A * (1-exp (-t / τ))) (1)
ここで、round()は、四捨五入を行う関数、tは経過時間である。経過時間は、例えば、発振器1が製造後に動作を開始した後の、発振器1が動作した累計時間である。また、A及びτは、演算式に含まれるパラメータである。具体的には、Aは、経年変化に伴う発振周波数の変化量の最大値(例えば、10ppb)を示すパラメータであり、τは時定数を示すパラメータである。ここで、パラメータA及びτの値は、発振器1の製造工程において記憶部14に記憶される。
Here, round () is a function for rounding, and t is an elapsed time. The elapsed time is, for example, the cumulative time that the
続いて、補正部154は、S20において算出された発振周波数の変化量yに対応し、当該変化量yを打ち消すための制御電圧値を特定する。そして、補正部154は、特定した制御電圧値の電圧を発振回路11に印加することにより、変化量yに相当する量だけ発振周波数を変化させる(S30)。
Subsequently, the
続いて、補正部154は、S10において取得した経過時間が、予め定められた上限時間以上であるか否かを判定する(S40)。ここで、上限時間とは、発振器1において経年変化による発振周波数の変化がほとんど発生しない状態となり、制御電圧値の更新が不要と推定される時間である。補正部154は、経過時間が上限時間以上であると判定すると、本フローチャートの処理を終了し、経過時間が上限時間未満であると判定すると、S50に処理を移す。
Subsequently, the
続いて、補正部154は、計時部153が計時した時刻に基づいてS40の判定が行われてから所定時間(例えば、1時間)経過したか否かを判定する(S50)。補正部154は、所定時間経過したと判定するとS60に処理を移し、所定時間経過していないと判定するとS50を再実行する。
Subsequently, the
続いて、補正部154は、S10において取得した経過時間をインクリメントすることにより、経過時間を更新する(S60)。
続いて、補正部154は、S60において更新された経過時間を記憶部14に記憶させる(S70)。これにより、補正部154は、発振器1に電力が供給されず、発振器1が動作しない期間が発生した後に、再び発振器1に電力が供給されたとしても、記憶部14に記憶されている経過時間を取得することにより、発振器1が動作した累計時間に対応して、経年変化に基づく補正を行うことができる。続いて、補正部154は、S20に処理を移す。
Subsequently, the
Subsequently, the
[外部機器2の構成]
続いて、外部機器2の構成について説明する。
外部機器2は、図1に示すように、計測部21と、特定部22と、設定部23とを備える。
[Configuration of External Device 2]
Subsequently, the configuration of the
The
計測部21は、発振器1から出力される発振信号の発振周波数を計測する。具体的には、計測部21は、発振器1の製造工程において、発振器1から出力される発振信号の発振周波数を所定期間(例えば、1カ月)にわたって計測する。
The
特定部22は、計測した発振周波数に基づいて、所定期間における発振周波数の変化特性を特定する。そして、特定部22は、当該変化特性に基づいて、所定期間が経過した後の経年変化特性を推定し、推定した結果に基づいて発振器1が発振周波数の経年変化の補正に用いる補正情報を生成する。図3は、計測部21が計測した発振周波数の経年変化特性を示す図である。図3に示すように、単位時間当たりの発振周波数の変化量は、時間の経過に従って小さくなることが確認でき、経年変化特性は、上述した式(1)によって表現することができる。特定部22は、推定した経年変化特性に基づいて、補正情報として、式(1)に示す演算式に含まれるパラメータA、τの値を特定する。
The identifying
設定部23は、計測部21が発振周波数を計測する前に、発振器1に対して、経年変化とは異なる要素に基づいて発振周波数を補正する手段の動作を停止させる。経年変化とは異なる要素は、例えば、温度変化又は発振信号の振幅の変化である。すなわち、設定部23は、例えば温度変化に基づく補正機能を停止させるための停止指示情報を発振器1に送信する。発振器1における温度変化に基づく補正機能を停止させることで、経年変化に基づく発振周波数の変動を精度良く特定することができる。
Before the measuring
また、設定部23は、特定部22が特定したパラメータA、τの値を発振器1に設けられた記憶部14に記憶させる。具体的には、設定部23は、パラメータA、τの値を含み、発振器1に当該パラメータの値を記憶部14に記憶させることを指示する記憶指示情報を送信する。
Further, the setting
また、設定部23は、発振器1に記憶指示情報を送信した後、記憶部14に記憶された補正情報としてのパラメータA、τの値を取得する。そして、設定部23は、取得したパラメータA、τの値と、特定部22において生成されたパラメータA、τの値とを比較し、当該取得したパラメータA、τの値の内容が正しいか否かを判定する。
In addition, after transmitting the storage instruction information to the
設定部23は、取得したパラメータA、τの値の内容が正しいと判定した場合には、発振器1に対して、温度変化に基づく補正機能を開始させる開始指示情報を送信する。また、設定部23は、取得したパラメータA、τの値の内容が正しくないと判定した場合には、例えば外部機器2に設けられた表示部(不図示)にその旨を表示させる。このようにすることで、発振器1に対するパラメータの値の書き込みに不具合が発生したことを容易に検出することができる。
If the
[パラメータ設定処理の流れ]
続いて、発振器1の製造工程について説明する。ここでは、製造工程に含まれる、発振器1に対してパラメータの値を設定するパラメータ設定処理の流れについて説明する。図4は、パラメータ設定処理の流れを示すシーケンス図である。
[Flow of parameter setting process]
Subsequently, the manufacturing process of the
まず、外部機器2の設定部23は、発振器1に対して、経年変化とは異なる要素に基づいて発振周波数を補正する補正手段である、温度変化に基づく補正機能を停止させる停止指示情報を送信する。
First, the setting
発振器1の設定部152は、停止指示情報を受信すると、補正部154において実行される、温度変化に基づく補正機能を停止させる(S110)。
続いて、計測部21は、所定期間にわたって、発振器1から出力される発振信号の発振周波数を計測する(S120)。
When the
Subsequently, the measuring
続いて、特定部22は、S120において計測された発振周波数の変化特性に基づいて、式(1)に示す演算式に含まれるパラメータA、τの値を特定する(S130)。
Subsequently, the specifying
続いて、外部機器2の設定部23は、発振器1の記憶部14に対する当該パラメータA、τの値の記憶を指示する記憶指示情報を、発振器1に送信する。
発振器1の設定部152は、記憶指示情報を受信すると、パラメータA、τの値を記憶部14に記憶させる(S140)。
Subsequently, the setting
When receiving the storage instruction information, the
続いて、外部機器2の設定部23は、発振器1に再起動を指示する再起動指示情報を送信し、発振器1の設定部152に、発振器1を再起動させる(S150)。
続いて、外部機器2の設定部23は、発振器1に、パラメータの値の取得リクエストを送信し、発振器1の記憶部14に記憶されたパラメータの値を取得する。続いて、設定部23は、取得したパラメータの値と、S130において特定されたパラメータの値とを比較し、取得したパラメータの値が正しいか検証する(S160)。
Subsequently, the setting
Subsequently, the setting
[測定結果]
続いて、本実施形態に係る発振器1の出荷後における発振周波数の経年変化の測定結果について説明する。図5は、発振器1の出荷後における発振周波数の経年変化を示す図である。図5に示す破線は、補正部154が経年変化に対応する補正を行わなかった場合の発振周波数の変化量を示し、一点鎖線は、補正部154が経年変化を補正する際に設定する発振周波数の補正量を示し、実線は、補正部154が経年変化に対応して補正を行った場合の発振周波数の変化量を示す。図5に示すように、時間の経過に従って発振周波数が徐々に減少するのに対して、補正部154が時間の経過に従って発振周波数の補正量を増加させていることが確認できる。これにより、発振器1が出力する発振信号の発振周波数の変化量が±1ppb以内に抑えられていることが確認できる。
[Measurement result]
Subsequently, measurement results of aging of the oscillation frequency after shipment of the
[第1の実施形態の効果]
以上のとおり、第1の実施形態の外部機器2は、発振器1から出力される発振周波数を所定期間にわたって計測し、所定期間における発振周波数の変化特性に基づいて、パラメータの値を特定し、当該パラメータの値を発振器1の記憶部14に記憶させる。
[Effect of First Embodiment]
As described above, the
パラメータの値は、従来の製造工程と比べて短期間で設定することができ、発振器1は、出荷後であっても記憶部14に記憶された当該パラメータの値に基づいて、経年変化による発振信号の周波数の変動を補正することができる。したがって、発振器1の受注から出荷までの期間を短縮しつつ、出荷後の経年変化を抑制することができる。
The parameter value can be set in a short period of time as compared to the conventional manufacturing process, and the
<第2の実施形態>
[発振器1が発振周波数を計測して、計測結果に基づいてパラメータの値を設定する]
続いて、第2の実施形態について説明する。第1の実施形態では、外部機器2が発振器1の発振周波数を計測し、当該計測結果に基づいて発振器1にパラメータの値を設定した。これに対して、第2の実施形態では、発振器1が発振周波数を計測して、計測結果に基づいてパラメータの値を設定する点で第1の実施形態と異なる。
Second Embodiment
[
Subsequently, a second embodiment will be described. In the first embodiment, the
図6は、第2の実施形態に係る発振器1の構成を示す図である。図6に示すように、発振器1の制御部15は、第1の実施形態の外部機器2が備える計測部21及び特定部22を備える。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the
また、第2の実施形態に係る設定部152は、第1の実施形態の外部機器2が備える設定部23と同様に、計測部21が発振周波数を計測する際に、補正部154が備える温度変化に基づく補正機能を停止させる。
また、設定部152は、特定部22が特定したパラメータA、τの値を記憶部14に記憶させる。
Further, the
In addition, the
また、設定部152は、記憶部14に記憶された補正情報としてのパラメータA、τの値を取得し、特定部22において生成されたパラメータA、τの値と比較することで、当該取得したパラメータA、τの値が正しいか否かを判定する。設定部152は、取得したパラメータA、τの値の内容が正しくないと判定した場合には、パラメータの値の記憶部14への書き込みが失敗した旨を示すエラー信号を外部に出力する。
In addition, the
[第2の実施形態の効果]
以上のとおり、第2の実施形態の発振器1は、パラメータの設定を行うために第1の実施形態に係る外部機器2が備える機能を有する。このようにすることで、発振器1は、外部機器2を用いることなくパラメータの設定を行うことができるので、発振周波数の計測等のために発振器1に対して外部機器2を電気的に接続させる作業等を省略して発振器1の生産効率を向上させることができる。
[Effect of Second Embodiment]
As described above, the
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It is apparent to those skilled in the art that various changes or modifications can be added to the above embodiment. It is also apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such alterations or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
1・・・発振器
11・・・発振回路
12・・・出力部
13・・・温度検出部
14・・・記憶部
15・・・制御部
151・・・温度制御部
152・・・設定部
153・・・計時部
154・・・補正部
2・・・外部機器
21・・・計測部
22・・・特定部
23・・・設定部
Claims (1)
前記発振周波数を所定期間にわたって計測する計測部と、 A measurement unit that measures the oscillation frequency over a predetermined period;
前記所定期間における前記発振周波数の変化特性に基づいて、前記発振器が前記発振周波数の経年変化の補正に用いる補正情報を生成する生成部と、 A generation unit configured to generate correction information that is used by the oscillator to correct aging of the oscillation frequency based on change characteristics of the oscillation frequency during the predetermined period;
生成した前記補正情報を前記発振器に設けられた記憶部に記憶させる記憶制御部と、 A storage control unit for storing the generated correction information in a storage unit provided in the oscillator;
前記発振器が製造されてからの動作時間を累計した時間を示す経過時間を計測し、当該経過時間を前記記憶部に記憶させることにより前記経過時間を更新し、前記記憶部に記憶された前記経過時間と、前記記憶部に記憶された前記補正情報とに基づく発振周波数の変化量に基づいて前記発振周波数を補正し、前記記憶部に記憶された前記経過時間が、前記発振器の経年変化による発振周波数の変化量が所定量よりも小さい状態となる上限時間以上である場合に、前記経過時間の更新を停止する補正部と、 The elapsed time indicating the total time of operation times since the oscillator was manufactured is measured, and the elapsed time is updated by storing the elapsed time in the storage unit, and the elapsed time stored in the storage unit The oscillation frequency is corrected based on the time and the change amount of the oscillation frequency based on the correction information stored in the storage unit, and the elapsed time stored in the storage unit is oscillation due to aging of the oscillator. A correction unit that stops updating of the elapsed time when the frequency change amount is equal to or greater than an upper limit time at which the amount of change in frequency is smaller than a predetermined amount;
を備える発振器。 Oscillator with.
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