JP6756172B2 - Circuits, oscillators, electronics and mobiles - Google Patents

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Description

本発明は、回路装置、発振器、電子機器及び移動体等に関する。 The present invention relates to circuit devices, oscillators, electronic devices, mobile bodies and the like.

従来より、OCXO(oven controlled crystal oscillator)、TCXO(temperature compensated crystal oscillator)等の発振器が知られている。例えばOCXOは、基地局、ネットワークルーター、測定機器等における基準信号源として用いられている。 Conventionally, oscillators such as OCXO (oven controlled crystal oscillator) and TCXO (temperature compensated crystal oscillator) have been known. For example, OCXO is used as a reference signal source in base stations, network routers, measuring instruments and the like.

このようなOCXO、TCXOなどの発振器では、高い周波数安定度が望まれている。しかしながら、発振器の発振周波数にはエージングと呼ばれる経年変化があり、経過時間と共に発振周波数が変動してしまうという問題がある。例えば、GPS信号などの基準信号が受信不能になり、いわゆるホールドオーバー状態になった場合における発振周波数の変動を抑える従来技術としては、特許文献1に開示される技術がある。この従来技術では、発振周波数の制御電圧の補正値と経過時間との対応関係情報(エージング特性データ)を記憶する記憶部と、経過時間計測部を設ける。そして、ホールドオーバーが検出された場合には、記憶部に記憶された補正値と経過時間との対応関係情報と、経過時間計測部により測定された経過時間とに基づいて、エージング補正を実行する。 In such oscillators such as OCXO and TCXO, high frequency stability is desired. However, the oscillation frequency of the oscillator has a secular change called aging, and there is a problem that the oscillation frequency fluctuates with the elapsed time. For example, there is a technique disclosed in Patent Document 1 as a conventional technique for suppressing fluctuations in the oscillation frequency when a reference signal such as a GPS signal becomes unreceivable and a so-called holdover state occurs. In this conventional technique, a storage unit for storing the correspondence information (aging characteristic data) between the correction value of the control voltage of the oscillation frequency and the elapsed time and the elapsed time measuring unit are provided. Then, when the holdover is detected, the aging correction is executed based on the correspondence information between the correction value stored in the storage unit and the elapsed time and the elapsed time measured by the elapsed time measuring unit. ..

この場合、対応関係情報は、発振器を長期間動作させてエージング特性を測定し得た情報であるので、量産された全ての発振器毎の対応関係情報を入手することは不可能である。従って、サンプルとして用意した発振器を使って対応関係情報を入手し、この情報を他の発振器の対応関係情報として使い回すことになる。 In this case, since the correspondence information is information obtained by operating the oscillator for a long period of time and measuring the aging characteristics, it is impossible to obtain the correspondence information for all the mass-produced oscillators. Therefore, the correspondence information is obtained by using the oscillator prepared as a sample, and this information is reused as the correspondence information of other oscillators.

特開2015−82815号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-82815

しかしながら、発振器の個体間における発振周波数のエージング変動の挙動には、発振器を構成する部品の性能、部品や発振器の実装状態、または発振器の使用環境などの個体ばらつき(以下、素子ばらつきと称す)に起因した差があり、上記の従来技術では、この素子ばらつきに起因する周波数変動を低減することが難しい。 However, the behavior of the aging fluctuation of the oscillation frequency between individual oscillators depends on individual variations (hereinafter referred to as element variations) such as the performance of the components constituting the oscillator, the mounting state of the components and the oscillator, or the usage environment of the oscillator. Due to the difference, it is difficult to reduce the frequency fluctuation caused by the element variation by the above-mentioned conventional technique.

本発明の幾つかの態様によれば、より高精度のエージング補正を実現できる回路装置、発振器、電子機器及び移動体等を提供できる。 According to some aspects of the present invention, it is possible to provide a circuit device, an oscillator, an electronic device, a moving body, or the like capable of realizing more accurate aging correction.

本発明の一態様は、発振信号に基づく入力信号と基準信号との位相比較結果に基づく周波数制御データに対して信号処理を行う処理部と、前記処理部からの前記周波数制御データと振動子を用いて、前記周波数制御データにより設定される発振周波数の発振信号を生成する発振信号生成回路と、を含み、前記処理部は、前記基準信号の消失又は異常によるホールドオーバーが検出される前の期間において、前記位相比較結果に基づく前記周波数制御データの観測値に対する真値を、カルマンフィルター処理により推定する処理を行い、前記ホールドオーバーが検出された場合に、前記ホールドオーバーの検出タイミングに対応するタイミングでの前記真値を保持し、前記真値に基づく演算処理を行うことで、エージング補正された前記周波数制御データを生成する回路装置に関係する。 One aspect of the present invention is a processing unit that performs signal processing on frequency control data based on a phase comparison result between an input signal based on an oscillation signal and a reference signal, and the frequency control data and an oscillator from the processing unit. The processing unit includes an oscillation signal generation circuit that generates an oscillation signal of an oscillation frequency set by the frequency control data, and the processing unit performs a period before a holdover due to a loss or abnormality of the reference signal is detected. In the above, when the true value of the frequency control data based on the phase comparison result with respect to the observed value is estimated by the Kalman filter processing and the holdover is detected, the timing corresponding to the detection timing of the holdover is performed. The present invention relates to a circuit device that generates aging-corrected frequency control data by holding the true value in the above and performing arithmetic processing based on the true value.

本発明の一態様によれば、処理部が、入力信号と基準信号との位相比較結果に基づく周波数制御データに対して信号処理を行う。そして処理部からの周波数制御データと振動子を用いて、周波数制御データにより設定される発振周波数の発振信号が生成される。そして本発明の一態様では、ホールドオーバーが検出される前の期間において、周波数制御データの観測値に対する真値が、カルマンフィルター処理により推定される。そしてホールドオーバーが検出されると、ホールドオーバーの検出タイミングに対応するタイミングでの真値が保持され、保持された真値に基づく演算処理が行われることで、エージング補正された周波数制御データが生成される。このようにすれば、カルマンフィルター処理により推定され、且つ、ホールドオーバーの検出タイミングに対応するタイミングで保持された真値に基づいて、エージング補正を実現できるようになる。従って、従来では実現できなかった高精度のエージング補正の実現が可能になる。 According to one aspect of the present invention, the processing unit performs signal processing on the frequency control data based on the phase comparison result between the input signal and the reference signal. Then, using the frequency control data from the processing unit and the oscillator, an oscillation signal of the oscillation frequency set by the frequency control data is generated. Then, in one aspect of the present invention, the true value of the frequency control data with respect to the observed value is estimated by the Kalman filter processing in the period before the holdover is detected. When a holdover is detected, the true value at the timing corresponding to the holdover detection timing is retained, and arithmetic processing is performed based on the held true value to generate aging-corrected frequency control data. Will be done. In this way, the aging correction can be realized based on the true value estimated by the Kalman filter processing and held at the timing corresponding to the holdover detection timing. Therefore, it becomes possible to realize highly accurate aging correction that could not be realized in the past.

また本発明の一態様では、前記処理部は、前記真値に対して補正値を加算する前記演算処理を行うことで、エージング補正された前記周波数制御データを生成してもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the processing unit may generate the aging-corrected frequency control data by performing the calculation process of adding the correction value to the true value.

このようにすれば、ホールドオーバーの検出タイミングに対応するタイミングで保持された真値に対して、例えばエージングレートによる周波数変化を補償する補正値を加算する演算処理を行うことで、エージング補正が実現される。従って、簡素な処理で高精度のエージング補正を実現することが可能になる。 In this way, aging correction is realized by performing arithmetic processing that adds, for example, a correction value that compensates for frequency changes due to the aging rate to the true value held at the timing corresponding to the holdover detection timing. Will be done. Therefore, it is possible to realize highly accurate aging correction with a simple process.

また本発明の一態様では、前記処理部は、タイムステップkでの前記補正値をD(k)とし、前記タイムステップkでのエージング補正された前記周波数制御データをAC(k)とした場合に、タイムステップk+1でのエージング補正された前記周波数制御データAC(k+1)を、AC(k+1)=AC(k)+D(k)により求めてもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the processing unit sets the correction value in the time step k to D (k) and the aging-corrected frequency control data in the time step k to AC (k). The frequency control data AC (k + 1) corrected for aging in the time step k + 1 may be obtained by AC (k + 1) = AC (k) + D (k).

このようにすれば、タイムステップごとにAC(k+1)=AC(k)+D(k)の処理を行うことで、簡素な処理で高精度のエージング補正を実現できるようになる。 By doing so, by performing the processing of AC (k + 1) = AC (k) + D (k) for each time step, highly accurate aging correction can be realized by simple processing.

また本発明の一態様では、前記処理部は、前記真値に対してフィルター処理後の前記補正値を加算する前記演算処理を行ってもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the processing unit may perform the calculation process of adding the correction value after the filter process to the true value.

このようにすれば、変動の揺らぎがある補正値が真値に加算されることでエージング補正の精度が低下してしまうのを、効果的に抑制できるようになる。 By doing so, it becomes possible to effectively suppress the deterioration of the accuracy of the aging correction due to the addition of the correction value having the fluctuation of the fluctuation to the true value.

また本発明の一態様では、前記処理部は、前記補正値を、前記カルマンフィルター処理における観測残差に基づき求めてもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the processing unit may obtain the correction value based on the observation residual in the Kalman filter processing.

このようにすれば、カルマンフィルター処理における観測残差を反映させた補正値の更新処理が可能になり、より高精度なエージング補正を実現できる。 In this way, the correction value update processing that reflects the observation residuals in the Kalman filter processing becomes possible, and more accurate aging correction can be realized.

また本発明の一態様では、前記カルマンフィルター処理のシステムノイズの設定用のシステムノイズ定数と、前記カルマンフィルター処理の観測ノイズの設定用の観測ノイズ定数を記憶する記憶部を含んでもよい。 Further, in one aspect of the present invention, a storage unit for storing the system noise constant for setting the system noise of the Kalman filter processing and the observation noise constant for setting the observation noise of the Kalman filter processing may be included.

このようにすれば、システムノイズや観測ノイズの素子ばらつきの影響を低減したエージング補正を実現できるようになる。 By doing so, it becomes possible to realize aging correction that reduces the influence of element variation of system noise and observation noise.

また本発明の一態様では、前記処理部は、前記ホールドオーバーの検出信号が入力される入力端子の電圧、又は、デジタルインターフェース部を介して入力される前記ホールドオーバーの検出情報に基づいて、前記ホールドオーバーの状態になったか否かを判断してもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the processing unit is based on the voltage of the input terminal to which the holdover detection signal is input or the holdover detection information input via the digital interface unit. It may be determined whether or not the holdover state has been reached.

このようにすれば、ホールドオーバーの状態になったか否かを、入力端子の電圧や、デジタルインターフェース部を介して入力される検出情報に基づいて、簡素な処理で判断できるようになる。 In this way, it becomes possible to determine whether or not the holdover state has occurred by a simple process based on the voltage of the input terminal and the detection information input via the digital interface unit.

また本発明の一態様では、前記発振信号生成回路は、前記ホールドオーバーから復帰した場合には、前記位相比較結果に基づく前記周波数制御データに基づいて、前記発振信号を生成してもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the oscillation signal generation circuit may generate the oscillation signal based on the frequency control data based on the phase comparison result when returning from the holdover.

このようにすれば、ホールドオーバーから復帰して例えば通常動作に移行した場合には、位相比較結果に基づく周波数制御データに基づいて、適正な発振周波数の発振信号を生成できるようになる。 In this way, when the holdover is restored and the normal operation is started, for example, an oscillation signal having an appropriate oscillation frequency can be generated based on the frequency control data based on the phase comparison result.

また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の回路装置と、前記振動子と、を含む発振器に関係する。 Further, another aspect of the present invention relates to an oscillator including the circuit device according to any one of the above and the oscillator.

また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の回路装置を含む電子機器に関係する。 Further, another aspect of the present invention relates to an electronic device including the circuit device according to any one of the above.

また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の回路装置を含む移動体に関係する。 Further, another aspect of the present invention relates to a moving body including the circuit device according to any one of the above.

エージング特性の素子ばらつきについての説明図。Explanatory drawing about element variation of aging characteristic. ホールドオーバー時におけるエージング補正についての説明図Explanatory drawing about aging correction at the time of holdover ホールドオーバーについての説明図。Explanatory drawing about holdover. ホールドオーバーについての説明図。Explanatory drawing about holdover. ホールドオーバー時間についての説明図。Explanatory drawing about holdover time. 本実施形態の回路装置の基本的な構成例。A basic configuration example of the circuit device of this embodiment. 本実施形態の回路装置の詳細な構成例。A detailed configuration example of the circuit device of this embodiment. カルマンフィルター処理を用いたエージング補正の説明図。Explanatory drawing of aging correction using Kalman filter processing. カルマンフィルター処理を用いたエージング補正の説明図。Explanatory drawing of aging correction using Kalman filter processing. 処理部の詳細な構成例。Detailed configuration example of the processing unit. 温度補償処理の説明図。Explanatory drawing of temperature compensation processing. 温度補償処理の説明図。Explanatory drawing of temperature compensation processing. 温度補償処理の説明図。Explanatory drawing of temperature compensation processing. 処理部の動作説明図。The operation explanatory drawing of the processing part. 処理部の動作説明図。The operation explanatory drawing of the processing part. エージング補正部の構成例。Configuration example of the aging correction unit. カルマフィルターのモデルの例。An example of a Kalman filter model. カルマンフィルター部の構成例。Configuration example of the Kalman filter section. 本実施形態による予測周波数偏差と実測周波数偏差の例を示す図。The figure which shows the example of the predicted frequency deviation and the measured frequency deviation by this embodiment. 温度センサーの構成例。Configuration example of temperature sensor. 発振回路の構成例。Configuration example of the oscillation circuit. 本実施形態の変形例の説明図。The explanatory view of the modification of this embodiment. 本実施形態の変形例の説明図。The explanatory view of the modification of this embodiment. 発振器の構成例。Oscillator configuration example. 電子機器の構成例。Configuration example of electronic equipment. 移動体の構成例。Configuration example of a moving body. 発振器の詳細な構造例。Detailed structural example of the oscillator. 電子機器の1つである基地局の構成例。A configuration example of a base station, which is one of electronic devices.

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. It should be noted that the present embodiment described below does not unreasonably limit the content of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as a means for solving the present invention. Not necessarily.

1.エージングによる発振周波数変動
OCXO、TCXO等の発振器では、エージングと呼ばれる経年変化により、発振周波数が変動する。図1のA1〜A5は、出荷ロットが同じ又は異なる複数の発振器についてのエージング特性の測定結果の一例である。図1のA1〜A5に示すようにエージング変動の様態には素子ばらつきに伴う差が存在する。
1. 1. Oscillation frequency fluctuation due to aging In oscillators such as OCXO and TCXO, the oscillation frequency fluctuates due to a secular change called aging. A1 to A5 of FIG. 1 are examples of measurement results of aging characteristics for a plurality of oscillators having the same or different shipping lots. As shown in A1 to A5 of FIG. 1, there is a difference in the mode of aging fluctuation due to element variation.

エージングによる発振周波数の変動の原因は、気密封止容器内で起こる振動子への粉塵の脱着や、何らかのアウトガスによる環境変化、或いは発振器に使用される接着剤の経年変化と言われている。 It is said that the cause of the fluctuation of the oscillation frequency due to aging is the desorption of dust to the vibrator that occurs in the airtight sealed container, the environmental change due to some outgassing, or the secular change of the adhesive used for the oscillator.

このようなエージングによる発振周波数の変動を抑えるための対策としては、出荷前に発振器を一定期間動作させるという初期エージングを実施して、発振周波数を初期変動させてから出荷する手法がある。しかしながら、高い周波数安定度が要求される用途では、このような初期エージングの対策だけでは不十分であり、エージングによる発振周波数の変動を補償するエージング補正が要望されている。 As a measure for suppressing the fluctuation of the oscillation frequency due to such aging, there is a method of performing initial aging in which the oscillator is operated for a certain period of time before shipping, and then shipping after initial fluctuation of the oscillation frequency. However, in applications where high frequency stability is required, such initial aging countermeasures are not sufficient, and aging correction that compensates for fluctuations in the oscillation frequency due to aging is required.

またその他には、発振器を、基地局の基準信号源として用いる場合には、いわゆるホールドオーバーの問題がある。例えば基地局では、GPSやネットワークからの基準信号に対して、PLL回路を用いて発振器の発振信号(出力信号)を同期させることで、周波数変動を抑制している。しかしながら、GPSやネットワーク(インターネット)からの基準信号が消失又は異常となるホールドオーバーが発生すると、同期のための基準信号を得ることができなくなる。GPSを例にとれば、GPSアンテナの設置位置や設置方向により測位信号を受信できなかったり、妨害波により測位信号を正確に受信できなかったり、測位用衛星から測位信号が送信されなかった場合に、ホールドオーバーが発生し、基準信号を用いた同期処理を実行できなくなってしまう。 In addition, when an oscillator is used as a reference signal source for a base station, there is a so-called holdover problem. For example, in a base station, frequency fluctuation is suppressed by synchronizing the oscillation signal (output signal) of the oscillator with a reference signal from GPS or a network by using a PLL circuit. However, if the reference signal from GPS or the network (Internet) disappears or an abnormal holdover occurs, the reference signal for synchronization cannot be obtained. Taking GPS as an example, when the positioning signal cannot be received due to the installation position or direction of the GPS antenna, the positioning signal cannot be received accurately due to the interference wave, or the positioning signal is not transmitted from the positioning satellite. , Holdover occurs, and synchronization processing using the reference signal cannot be executed.

このようなホールドオーバーが発生すると、発振器の自走発振による発振信号が、基地局の基準信号源になる。従って、ホールドオーバーの発生タイミングから、ホールドオーバーからの復帰タイミング(解除タイミング)までのホールドオーバー期間において、発振器の自走発振による発振周波数の変動を抑えるというホールドオーバー性能が要求される。 When such a holdover occurs, the oscillation signal generated by the self-propelled oscillation of the oscillator becomes the reference signal source of the base station. Therefore, holdover performance is required to suppress fluctuations in the oscillation frequency due to self-propelled oscillation of the oscillator during the holdover period from the holdover occurrence timing to the return timing (release timing) from the holdover.

しかしながら、上述のように発振器にはエージングによる発振周波数の無視することができないレベルの変動があるため、これが原因で、高いホールドオーバー性能を実現できないという課題がある。例えば24時間等のホールドオーバー期間において、許容される周波数偏差(Δf/f)が規定されている場合に、エージングによる発振周波数の大きな変動があると、この許容周波数偏差の規定を満たせなくなってしまう。 However, as described above, the oscillator has a non-negligible level of fluctuation in the oscillation frequency due to aging, and this causes a problem that high holdover performance cannot be realized. For example, in a holdover period of 24 hours or the like, when an allowable frequency deviation (Δf / f) is specified, if there is a large fluctuation in the oscillation frequency due to aging, the specified allowable frequency deviation cannot be satisfied. ..

例えば基地局と通信端末との通信方式としては、FDD(Frequency Division Duplex)や、TDD(Time Division Duplex)などの種々の方式が提案されている。そしてTDD方式では、上がりと下りで同じ周波数を用いて時分割でデータが送受信され、各機器に割り当てられたタイムスロットの間にはガードタイムが設定されている。このため、適正な通信を実現するためには、各機器において時刻同期を行う必要があり、正確な絶対時刻の計時が要求される。即ち、携帯電話、地上波デジタル放送等において広範囲なエリアでの無線通信システムを提供するためには、複数の基地局を設ける必要があり、これらの基地局間において計時時刻がずれてしまうと、適正な通信を実現できなくなる。ところが、GPSやネットワークからの基準信号が消失又は異常となるホールドオーバーが発生した場合には、基準信号が無い状態で発振器側が絶対時刻を計時する必要があり、この計時時刻がずれてしまうと、通信が破綻してしまう。このため、基地局等に用いられる発振器には、ホールドオーバー期間においても、非常に高い周波数安定度が要求される。従って、エージングによる周波数変動を補償するエージング補正に対しても、高精度の補正が要求される。 For example, as a communication method between a base station and a communication terminal, various methods such as FDD (Frequency Division Duplex) and TDD (Time Division Duplex) have been proposed. In the TDD method, data is transmitted and received in a time-division manner using the same frequency for ascending and descending, and a guard time is set between the time slots assigned to each device. Therefore, in order to realize proper communication, it is necessary to synchronize the time in each device, and accurate absolute time timing is required. That is, in order to provide a wireless communication system in a wide area in mobile phones, terrestrial digital broadcasting, etc., it is necessary to provide a plurality of base stations, and if the time timing shifts between these base stations, Proper communication cannot be realized. However, when the reference signal from GPS or the network disappears or an abnormal holdover occurs, the oscillator side needs to time the absolute time in the absence of the reference signal, and if this time is off, Communication breaks down. For this reason, oscillators used in base stations and the like are required to have extremely high frequency stability even during the holdover period. Therefore, high-precision correction is also required for aging correction that compensates for frequency fluctuations due to aging.

図2は、ホールドオーバー時におけるエージング補正について説明する図である。周波数制御データ生成部40は、発振信号に基づく入力信号(入力クロック信号)と、GPS又はネットワークからの基準信号(基準クロック信号)との位相比較(比較演算)を行って、周波数制御データを生成する。セレクター48は、通常動作時には、周波数制御データ生成部40からの周波数制御データを、発振信号生成回路140に出力する。発振信号生成回路140のD/A変換部80は、この周波数制御データを周波数制御電圧に変換して発振回路150に出力する。発振回路150は、この周波数制御電圧に対応する発振周波数で振動子XTALを振動させて、発振信号を生成する。周波数制御データ生成部40と発振信号生成回路140とにより、PLL回路のループが形成され、発振信号に基づく入力信号と基準信号とを同期させることが可能になる。 FIG. 2 is a diagram illustrating aging correction at the time of holdover. The frequency control data generation unit 40 generates frequency control data by performing phase comparison (comparison calculation) between the input signal (input clock signal) based on the oscillation signal and the reference signal (reference clock signal) from GPS or the network. To do. During normal operation, the selector 48 outputs the frequency control data from the frequency control data generation unit 40 to the oscillation signal generation circuit 140. The D / A conversion unit 80 of the oscillation signal generation circuit 140 converts this frequency control data into a frequency control voltage and outputs it to the oscillation circuit 150. The oscillation circuit 150 vibrates the oscillator XTAL at an oscillation frequency corresponding to this frequency control voltage to generate an oscillation signal. The frequency control data generation unit 40 and the oscillation signal generation circuit 140 form a loop of the PLL circuit, and it becomes possible to synchronize the input signal based on the oscillation signal with the reference signal.

検出回路47は、基準信号の検出動作を行って、基準信号が消失又は異常となるホールドオーバーを検出する。ホールドオーバーが検出されると、エージング補正部56は、レジスター49に保持された周波数制御データに対して、エージングによる周波数変動を補償するためのエージング補正を行う。そして発振信号生成回路140は、このエージング補正された周波数制御データに対応する発振周波数で、振動子XTALを発振させて、発振信号を生成する。これにより自走発振での発振信号を、基地局等の電子機器の基準信号源として供給できるようになる。 The detection circuit 47 performs a reference signal detection operation to detect a holdover in which the reference signal disappears or becomes abnormal. When the holdover is detected, the aging correction unit 56 performs aging correction on the frequency control data held in the register 49 to compensate for the frequency fluctuation due to aging. Then, the oscillation signal generation circuit 140 oscillates the oscillator XTAL at the oscillation frequency corresponding to the aging-corrected frequency control data to generate an oscillation signal. As a result, the oscillation signal of self-propelled oscillation can be supplied as a reference signal source for electronic devices such as base stations.

図3のB1は、ホールドオーバーが発生した場合における理想的な発振周波数のエージングの特性を示している。一方、B2(点線)は、エージングにより発振周波数が変動する特性を示している。B3が、エージングによる発振周波数の変動幅である。また図4のB4は、ホールドオーバーが発生した場合におけるB1の特性に近づけるための周波数制御電圧の推移を示している。一方、B5(点線)は、基準信号消失又は異常が発生した時点から周波数電圧制御が一定である状態を示している。 B1 of FIG. 3 shows the aging characteristics of the ideal oscillation frequency when holdover occurs. On the other hand, B2 (dotted line) shows a characteristic that the oscillation frequency fluctuates due to aging. B3 is the fluctuation range of the oscillation frequency due to aging. Further, B4 in FIG. 4 shows the transition of the frequency control voltage for approaching the characteristics of B1 when the holdover occurs. On the other hand, B5 (dotted line) indicates a state in which the frequency voltage control is constant from the time when the reference signal disappears or an abnormality occurs.

図3のB2に示す特性を、B1に示すような理想的な特性に近づける補正をするために、エージング補正が行われる。例えばエージング補正により、図4のB4に示すように周波数制御電圧を変化させれば、図3のB2に示す特性をB1に示す理想的な特性に近づける補正ができ、例えば補正精度を上げて行けばB2に示す特性をB1に示す理想的な特性へと補正できる。一方、図4のB5に示すようにエージング補正を行わなかった場合には、図3のB2に示すようにホールドオーバー期間において発振周波数が変動してしまい、例えばホールドオーバー性能に対する要求仕様が図3に示すB1であれば、その要求を満たすことができなくなる。 Aging correction is performed in order to make the characteristic shown in B2 of FIG. 3 close to the ideal characteristic as shown in B1. For example, if the frequency control voltage is changed as shown in B4 of FIG. 4 by aging correction, the characteristic shown in B2 of FIG. 3 can be corrected to be close to the ideal characteristic shown in B1, and the correction accuracy can be improved, for example. For example, the characteristic shown in B2 can be corrected to the ideal characteristic shown in B1. On the other hand, if the aging correction is not performed as shown in B5 of FIG. 4, the oscillation frequency fluctuates during the holdover period as shown in B2 of FIG. 3, and for example, the required specifications for the holdover performance are shown in FIG. If it is B1 shown in the above, the requirement cannot be satisfied.

例えばホールドオーバー期間における発振周波数の変動に基づく時間のずれ量(総量)を表すホールドオーバー時間θtotは、下式(1)のように表すことができる。 For example, the holdover time θ tot , which represents the amount of time dilation (total amount) based on the fluctuation of the oscillation frequency during the holdover period, can be expressed by the following equation (1).

ここでTはホールドオーバーによるエージングの経過時間を表す。fは公称発振周波数であり、Δf/fは周波数偏差である。上式(1)において、T×fは総クロック数を表し、(Δf/f)×(1/f)は1クロックでのタイミングのずれ量を表す。そしてホールドオーバー時間θtotと経過時間Tを用いて、周波数偏差Δf/fは上式(2)のように表すことができる。 Here, T 1 represents the elapsed time of aging due to holdover. f 0 is the nominal oscillation frequency, and Δf / f 0 is the frequency deviation. In the above equation (1), T 1 × f 0 represents the total number of clocks, and (Δf / f 0 ) × (1 / f 0 ) represents the amount of timing deviation in one clock. Then, using the holdover time θ tot and the elapsed time T 1 , the frequency deviation Δf / f 0 can be expressed as in the above equation (2).

図5のB6に示すように、周波数偏差Δf/fは、経過時間に対して1次関数的に一定の傾きで変化するものと想定している。この場合に、図5のB7に示すように、経過時間Tが長くなるにつれてホールドオーバー時間θtotは2次関数的に長くなる。 As shown in B6 of FIG. 5, it is assumed that the frequency deviation Δf / f 0 changes with a constant slope linearly with respect to the elapsed time. In this case, as shown in B7 of FIG. 5, the holdover time θ tot becomes quadratically long as the elapsed time T 1 becomes longer.

例えばTDD方式の場合には、ガードタイムが設定されたタイムスロットが重なってしまうのを防止するために、ホールドオーバー時間は例えばθtot<1.5μsであることが要求される。従って、上式(2)から明らかなように、発振器に許容される周波数偏差Δf/fとしては、非常に小さな値が要求されることになる。特に、この許容周波数偏差は、経過時間Tが長くなるほど、小さな値が要求される。例えばホールドオーバーの発生タイミングから、メインテナンス作業によるホールドオーバーからの復帰タイミングまでの時間として想定される時間が、例えばT=24時間である場合には、許容周波数偏差として非常に小さな値が要求されることになってしまう。そして、周波数偏差Δf/fには、例えば温度依存の周波数偏差と、エージングによる周波数偏差が含まれるため、上記要求を満たすためには、非常に高精度なエージング補正が必要になる。 For example, in the case of the TDD method, the holdover time is required to be, for example, θ tot <1.5 μs in order to prevent the time slots in which the guard times are set from overlapping. Therefore, as is clear from the above equation (2), a very small value is required for the frequency deviation Δf / f 0 allowed for the oscillator. In particular, the allowable frequency deviation, as the elapsed time T 1 is longer, a small value is required. For example, if the time assumed as the time from the holdover occurrence timing to the recovery timing from the holdover due to the maintenance work is, for example, T 1 = 24 hours, a very small value is required as the allowable frequency deviation. It will end up being. Since the frequency deviation Δf / f 0 includes, for example, a temperature-dependent frequency deviation and a frequency deviation due to aging, extremely high-precision aging correction is required to satisfy the above requirements.

2.回路装置の構成
図6に本実施形態の回路装置の基本的な回路構成を示す。図6に示すように本実施形態の回路装置は、処理部50と発振信号生成回路140を含む。また周波数制御データ生成部40(広義には位相比較部)を含むことができる。なお本実施形態の回路装置の構成は図6の構成には限定されず、その一部の構成要素(例えば周波数制御データ生成部)を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
2. 2. Configuration of Circuit Device FIG. 6 shows the basic circuit configuration of the circuit device of the present embodiment. As shown in FIG. 6, the circuit apparatus of this embodiment includes a processing unit 50 and an oscillation signal generation circuit 140. Further, a frequency control data generation unit 40 (in a broad sense, a phase comparison unit) can be included. The configuration of the circuit device of the present embodiment is not limited to the configuration of FIG. 6, and various components such as omitting some components (for example, frequency control data generation unit) or adding other components are added. It is possible to carry out transformation.

処理部50は各種の信号処理を行う。例えば周波数制御データDFCI(周波数制御コード)に対して信号処理を行う。具体的には処理部50(デジタル信号処理部)は、例えばエージング補正処理、カルマンフィルター処理、必要に応じて温度補償処理などの信号処理(デジタル信号処理)を行う。そして信号処理後の周波数制御データDFCQを出力する。処理部50は、ホールドオーバー処理部52(ホールドオーバー処理の回路又はプログラムモジュール)、カルマンフィルター部54(カルマンフィルター処理の回路又はプログラムモジュール)、エージング補正部56(エージング補正処理の回路又はプログラムモジュール)を含むことができる。この処理部50は、ゲートアレイ等のASIC回路により実現してもよいし、プロセッサー(DSP、CPU)とプロセッサー上で動作するプログラム(プログラムモジュール)により実現してもよい。 The processing unit 50 performs various signal processing. For example, signal processing is performed on the frequency control data DFCI (frequency control code). Specifically, the processing unit 50 (digital signal processing unit) performs signal processing (digital signal processing) such as aging correction processing, Kalman filter processing, and temperature compensation processing as needed. Then, the frequency control data DFCQ after signal processing is output. The processing unit 50 includes a holdover processing unit 52 (holdover processing circuit or program module), a Kalman filter unit 54 (Kalman filter processing circuit or program module), and an aging correction unit 56 (aging correction processing circuit or program module). Can be included. The processing unit 50 may be realized by an ASIC circuit such as a gate array, or may be realized by a processor (DSP, CPU) and a program (program module) operating on the processor.

振動子XTALは、例えばATカットタイプやSCカットタイプなどの厚みすべり振動タイプの水晶振動子等や屈曲振動タイプなどの圧電振動子である。振動子XTALは、一例としては、オーブン型発振器(OCXO)の恒温槽内に設けられるタイプであるが、これに限定されず、恒温槽を備えないタイプのTCXO用の振動子であってもよい。振動子XTALは共振器(電気機械的な共振子又は電気的な共振回路)であってもよい。なお振動子XTALとしては、圧電振動子として、SAW(Surface Acoustic Wave)共振子、シリコン製振動子としてのMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)振動子等を採用できる。振動子XTALの基板材料としては、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電単結晶や、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックス等の圧電材料、又はシリコン半導体材料等を用いることができる。振動子XTALの励振手段としては、圧電効果によるものを用いてもよいし、クーロン力による静電駆動を用いてもよい。 The oscillator XTAL is, for example, a thick sliding vibration type crystal oscillator such as an AT cut type or an SC cut type, or a piezoelectric vibrator such as a bending vibration type. As an example, the oscillator XTAL is a type provided in a constant temperature bath of an oven type oscillator (OCXO), but is not limited to this, and may be a type of oscillator for TCXO not provided with a constant temperature bath. .. The oscillator XTAL may be a resonator (electromechanical resonator or electrical resonance circuit). As the oscillator XTAL, a SAW (Surface Acoustic Wave) resonator as a piezoelectric oscillator, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) oscillator as a silicon oscillator, or the like can be adopted. As the substrate material of the transducer XTAL, a piezoelectric single crystal such as quartz, lithium tantalate, or lithium niobate, a piezoelectric material such as piezoelectric ceramics such as lead zirconate titanate, or a silicon semiconductor material can be used. As the exciting means of the oscillator XTAL, one by a piezoelectric effect may be used, or electrostatic drive by a Coulomb force may be used.

発振信号生成回路140は発振信号OSCKを生成する。例えば発振信号生成回路140は、処理部50からの周波数制御データDFCQ(信号処理後の周波数制御データ)と振動子XTALを用いて、周波数制御データDFCQにより設定される発振周波数の発振信号OSCKを生成する。一例としては、発振信号生成回路140は、周波数制御データDFCQにより設定される発振周波数で振動子XTALを発振させて、発振信号OSCKを生成する。 The oscillation signal generation circuit 140 generates the oscillation signal OSCK. For example, the oscillation signal generation circuit 140 uses the frequency control data DFCQ (frequency control data after signal processing) from the processing unit 50 and the oscillator XTAL to generate the oscillation signal OSCK of the oscillation frequency set by the frequency control data DFCQ. To do. As an example, the oscillation signal generation circuit 140 oscillates the oscillator XTAL at the oscillation frequency set by the frequency control data DFCQ to generate the oscillation signal OSCK.

なお発振信号生成回路140は、ダイレクト・デジタル・シンセサイザー方式で発振信号OSCKを生成する回路であってもよい。例えば振動子XTAL(固定発振周波数の発振源)の発振信号をリファレンス信号として、周波数制御データDFCQで設定される発振周波数の発振信号OSCKをデジタル的に生成してもよい。 The oscillation signal generation circuit 140 may be a circuit that generates an oscillation signal OSCK by a direct digital synthesizer method. For example, the oscillation signal OSCK of the oscillation frequency set by the frequency control data DFCQ may be digitally generated by using the oscillation signal of the oscillator XTAL (oscillation source of the fixed oscillation frequency) as a reference signal.

発振信号生成回路140は、D/A変換部80と発振回路150を含むことができる。但し発振信号生成回路140は、このような構成には限定されず、その一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。 The oscillation signal generation circuit 140 can include a D / A conversion unit 80 and an oscillation circuit 150. However, the oscillation signal generation circuit 140 is not limited to such a configuration, and various modifications such as omitting some of the components or adding other components can be performed.

D/A変換部80は、処理部50からの周波数制御データDFCQ(処理部の出力データ)のD/A変換を行う。D/A変換部80に入力される周波数制御データDFCQは、処理部50による信号処理後(例えばエージング補正、温度補償、或いはカルマンフィルターの処理後)の周波数制御データ(周波数制御コード)である。D/A変換部80のD/A変換方式としては例えば抵抗ストリング型(抵抗分割型)を採用できる。但し、D/A変換方式はこれには限定されず、抵抗ラダー型(R−2Rラダー型等)、容量アレイ型、又はパルス幅変調型などの種々の方式を採用できる。またD/A変換部80は、D/A変換器以外にも、その制御回路や変調回路(ディザー変調又はPWM変調等)やフィルター回路などを含むことができる。 The D / A conversion unit 80 performs D / A conversion of the frequency control data DFCQ (output data of the processing unit) from the processing unit 50. The frequency control data DFCQ input to the D / A conversion unit 80 is frequency control data (frequency control code) after signal processing by the processing unit 50 (for example, after aging correction, temperature compensation, or Kalman filter processing). As the D / A conversion method of the D / A conversion unit 80, for example, a resistance string type (resistor division type) can be adopted. However, the D / A conversion method is not limited to this, and various methods such as a resistance ladder type (R-2R ladder type, etc.), a capacitance array type, and a pulse width modulation type can be adopted. Further, the D / A conversion unit 80 can include a control circuit, a modulation circuit (dither modulation, PWM modulation, etc.), a filter circuit, and the like in addition to the D / A converter.

発振回路150は、D/A変換部80の出力電圧VQと振動子XTALを用いて、発振信号OSCKを生成する。発振回路150は、第1、第2の振動子用端子(振動子用パッド)を介して振動子XTALに接続される。例えば発振回路150は、振動子XTAL(圧電振動子、共振子等)を発振させることで、発振信号OSCKを生成する。具体的には発振回路150は、D/A変換部80の出力電圧VQを周波数制御電圧(発振制御電圧)とした発振周波数で、振動子XTALを発振させる。例えば発振回路150が、電圧制御により振動子XTALの発振を制御する回路(VCO)である場合には、発振回路150は、周波数制御電圧に応じて容量値が変化する可変容量キャパシター(バリキャップ等)を含むことできる。 The oscillation circuit 150 generates an oscillation signal OSCK by using the output voltage VQ of the D / A conversion unit 80 and the oscillator XTAL. The oscillation circuit 150 is connected to the oscillator XTAL via the first and second oscillator terminals (oscillator pads). For example, the oscillation circuit 150 generates an oscillation signal OSCK by oscillating an oscillator XTAL (piezoelectric oscillator, resonator, etc.). Specifically, the oscillation circuit 150 oscillates the oscillator XTAL at an oscillation frequency in which the output voltage VQ of the D / A conversion unit 80 is a frequency control voltage (oscillation control voltage). For example, when the oscillation circuit 150 is a circuit (VCO) that controls the oscillation of the oscillator XTAL by voltage control, the oscillation circuit 150 is a variable capacitance capacitor (varicap or the like) whose capacitance value changes according to the frequency control voltage. ) Can be included.

なお、前述のように発振回路150はダイレクト・デジタル・シンセサイザー方式により実現してもよく、この場合には振動子XTALの発振周波数はリファレンス周波数となり、発振信号OSCKの発振周波数とは異なる周波数になる。 As described above, the oscillation circuit 150 may be realized by the direct digital synthesizer method. In this case, the oscillation frequency of the oscillator XTAL becomes the reference frequency, which is different from the oscillation frequency of the oscillation signal OSCK. ..

周波数制御データ生成部40は周波数制御データDFCIを生成する。例えば発振信号OSCKに基づく入力信号と基準信号RFCKとを比較して周波数制御データDFCIを生成する。生成された周波数制御データDFCIは処理部50に入力される。ここで発振信号OSCKに基づく入力信号は、発振信号OSCKそのものであってもよいし、発振信号OSCKから生成された信号(例えば分周した信号)であってもよい。以下では、入力信号が発振信号OSCKそのものである場合を主に例にとり説明する。 The frequency control data generation unit 40 generates frequency control data DFCI. For example, the frequency control data DFCI is generated by comparing the input signal based on the oscillation signal OSCK with the reference signal RFCK. The generated frequency control data DFCI is input to the processing unit 50. Here, the input signal based on the oscillation signal OSCK may be the oscillation signal OSCK itself, or may be a signal generated from the oscillation signal OSCK (for example, a divided signal). In the following, the case where the input signal is the oscillation signal OSCK itself will be described mainly as an example.

周波数制御データ生成部40は、位相比較部41、デジタルフィルター部44を含む。位相比較部41(比較演算部)は、入力信号である発振信号OSCKと基準信号RFCKとの位相比較(比較演算)を行う回路であり、カウンター42、TDC43(時間デジタル変換器)を含む。 The frequency control data generation unit 40 includes a phase comparison unit 41 and a digital filter unit 44. The phase comparison unit 41 (comparison calculation unit) is a circuit that performs phase comparison (comparison calculation) between the oscillation signal OSCK, which is an input signal, and the reference signal RFCK, and includes a counter 42 and a TDC 43 (time digital converter).

カウンター42は、基準信号RFCKの基準周波数(例えば1Hz)を、発振信号OSCKの発振周波数で除算した結果の整数部に相当するデジタルデータを生成する。TDC43は、当該除算結果の小数部に相当するデジタルデータを生成する。TDC43は、例えば、複数の遅延素子と、複数の遅延素子が出力する複数の遅延クロック信号を、基準信号RFCKのエッジ(High)タイミングでラッチする複数のラッチ回路と、複数のラッチ回路の出力信号のコーディングを行うことで、除算結果の小数部に相当するデジタルデータを生成する回路を含む。そして位相比較部41は、カウンター42からの整数部に相当するデジタルデータと、TDC43からの小数部に相当するデジタルデータを加算し、設定周波数との位相誤差を検出する。そしてデジタルフィルター部44が位相誤差の平滑化処理を行うことで、周波数制御データDFCIが生成される。例えば発振信号OSCKの周波数をFOS、基準信号RFCKの周波数をFRF、設定周波数に対応する分周数(分周比)をFCWとした場合に、FOS=FCW×FRFの関係が成り立つように、周波数制御データDFCIが生成される。或いはカウンター42は、発振信号OSCKのクロック数をカウントしてもよい。即ちカウンター42は、発振信号OSCKに基づく入力信号でカウント動作を行う。そして位相比較部41は、基準信号RFCKのn周期(nは2以上に設定可能な整数)におけるカウンター42のカウント値と、カウント値の期待値(n×FCW)とを整数で比較してもよい。例えば期待値とカウンター42のカウント値との差分が、位相誤差データとして位相比較部41から出力される。 The counter 42 generates digital data corresponding to the integer part of the result of dividing the reference frequency (for example, 1 Hz) of the reference signal RFCK by the oscillation frequency of the oscillation signal OSCK. The TDC 43 generates digital data corresponding to a decimal part of the division result. The TDC 43 includes, for example, a plurality of latch circuits that latch a plurality of delay elements and a plurality of delay clock signals output by the plurality of delay elements at the edge (High) timing of the reference signal RFCK, and output signals of the plurality of latch circuits. Includes a circuit that generates digital data corresponding to the fractional part of the division result by coding. Then, the phase comparison unit 41 adds the digital data corresponding to the integer part from the counter 42 and the digital data corresponding to the decimal part from the TDC 43, and detects the phase error with the set frequency. Then, the digital filter unit 44 performs the phase error smoothing process to generate the frequency control data DFCI. For example, when the frequency of the oscillation signal OSCK is FOS, the frequency of the reference signal RFCK is FRF, and the frequency division number (division ratio) corresponding to the set frequency is FCW, the frequency is such that the relationship of FOS = FCW × FRF is established. Control data DFCI is generated. Alternatively, the counter 42 may count the number of clocks of the oscillation signal OSCK. That is, the counter 42 performs a counting operation with an input signal based on the oscillation signal OSCK. Then, even if the phase comparison unit 41 compares the count value of the counter 42 in the n period of the reference signal RFCK (n is an integer that can be set to 2 or more) with the expected value (n × FCW) of the count value by an integer. Good. For example, the difference between the expected value and the count value of the counter 42 is output from the phase comparison unit 41 as phase error data.

なお周波数制御データ生成部40の構成は図6に示す構成に限定されず、種々の変形実施が可能である。例えば位相比較部41をアナログ回路の位相比較器で構成したり、デジタルフィルター部44をアナログ回路のフィルター部(ループフィルター)で構成してもよい。またデジタルフィルター部44の処理(位相誤差データの平滑化処理)を処理部50が行ってもよい。例えば処理部50が、他の処理(ホールドオーバー処理、カルマンフィルター処理等)と時分割にデジタルフィルター部44の処理を行う。例えば位相比較部41の位相比較結果(位相誤差データ)に対するフィルター処理(平滑化処理)を処理部50が行う。 The configuration of the frequency control data generation unit 40 is not limited to the configuration shown in FIG. 6, and various modifications can be performed. For example, the phase comparison unit 41 may be composed of a phase comparator of an analog circuit, or the digital filter unit 44 may be composed of a filter unit (loop filter) of an analog circuit. Further, the processing unit 50 may perform the processing of the digital filter unit 44 (the smoothing processing of the phase error data). For example, the processing unit 50 performs the processing of the digital filter unit 44 in a time division with other processing (holdover processing, Kalman filter processing, etc.). For example, the processing unit 50 performs a filtering process (smoothing process) on the phase comparison result (phase error data) of the phase comparison unit 41.

また図6では、回路装置が周波数制御データ生成部40を内蔵する構成となっているが、周波数制御データ生成部は、回路装置の外部に設けられる回路であってもよい。この場合には後述する図7において、外部に設けられた周波数制御データ生成部から、デジタルI/F部30を介して周波数制御データDFCIを処理部50に入力すればよい。 Further, in FIG. 6, the circuit device has a structure in which the frequency control data generation unit 40 is built in, but the frequency control data generation unit may be a circuit provided outside the circuit device. In this case, in FIG. 7, which will be described later, the frequency control data DFCI may be input to the processing unit 50 from the frequency control data generation unit provided externally via the digital I / F unit 30.

このように本実施形態では、処理部50(プロセッサー)は、発振信号OSCKに基づく入力信号と基準信号RFCKとの位相比較結果に基づく周波数制御データDFCIに対する信号処理を行う。即ち処理部50は、位相比較部41での位相比較結果に基づく周波数制御データDFCIに対して信号処理を行う。例えば処理部50には、発振信号OSCKに基づく入力信号と基準信号RFCKとを比較して周波数制御データDFCIを生成する周波数制御データ生成部40からの周波数制御データDFCIが入力される。処理部50は、位相比較部41の位相比較結果が入力されて、位相比較結果に対するフィルター処理(デジタルフィルター部44の処理)を行ってもよい。そして処理部50(プロセッサー)は、基準信号の消失又は異常によるホールドオーバーが検出される前の期間において、位相比較結果に基づく周波数制御データDFCIの観測値に対する真値を、カルマンフィルター処理により推定する処理を行う。この真値は、カルマンフィルター処理により推定された真値であり、本当の真の値であるとは限らない。カルマンフィルター処理はカルマンフィルター部54により実行される。またホールドオーバーの検出による制御処理は、ホールドオーバー処理部52により実行される。 As described above, in the present embodiment, the processing unit 50 (processor) performs signal processing on the frequency control data DFCI based on the phase comparison result between the input signal based on the oscillation signal OSCK and the reference signal RFCK. That is, the processing unit 50 performs signal processing on the frequency control data DFCI based on the phase comparison result in the phase comparison unit 41. For example, the processing unit 50 receives the frequency control data DFCI from the frequency control data generation unit 40 that compares the input signal based on the oscillation signal OSCK with the reference signal RFCK to generate the frequency control data DFCI. The processing unit 50 may input the phase comparison result of the phase comparison unit 41 and perform filter processing (processing of the digital filter unit 44) on the phase comparison result. Then, the processing unit 50 (processor) estimates the true value of the frequency control data DFCI based on the phase comparison result by Kalman filter processing in the period before the loss of the reference signal or the holdover due to the abnormality is detected. Perform processing. This true value is a true value estimated by Kalman filtering, and is not necessarily a true true value. The Kalman filter process is executed by the Kalman filter unit 54. Further, the control process by detecting the holdover is executed by the holdover processing unit 52.

そして処理部50(プロセッサー)は、ホールドオーバーが検出された場合に、ホールドオーバーの検出タイミングに対応するタイミングでの真値を保持する。この真値を保持するタイミングは、ホールドオーバーの検出タイミングそのものであってもよいし、当該タイミングの前のタイミング等であってもよい。そして処理部50は、保持された真値に基づく演算処理を行うことで、エージング補正された周波数制御データDFCQを生成する。生成された周波数制御データDFCQは、発振信号生成回路140に出力される。このエージング補正された周波数制御データDFCQの生成処理は、エージング補正部56により実行される。 Then, when the holdover is detected, the processing unit 50 (processor) holds the true value at the timing corresponding to the holdover detection timing. The timing for holding this true value may be the holdover detection timing itself, the timing before the timing, or the like. Then, the processing unit 50 generates aging-corrected frequency control data DFCQ by performing arithmetic processing based on the held true value. The generated frequency control data DFCQ is output to the oscillation signal generation circuit 140. The generation process of the aging-corrected frequency control data DFCQ is executed by the aging correction unit 56.

例えば通常動作期間において、処理部50は、位相比較結果に基づく周波数制御データDFCIに対して、例えば温度補償処理等の信号処理を行い、信号処理後の周波数制御データDFCQを発振信号生成回路140に出力する。発振信号生成回路140は、処理部50からの周波数制御データDFCQと振動子XTALを用いて、発振信号OSCKを生成して、周波数制御データ生成部40(位相比較部41)に出力する。これにより、周波数制御データ生成部40(位相比較部41)、発振信号生成回路140等によるPLL回路のループが形成され、基準信号RFCKに位相同期した正確な発振信号OSCKを生成できるようになる。 For example, during the normal operation period, the processing unit 50 performs signal processing such as temperature compensation processing on the frequency control data DFCI based on the phase comparison result, and transmits the frequency control data DF CQ after the signal processing to the oscillation signal generation circuit 140. Output. The oscillation signal generation circuit 140 generates an oscillation signal OSCK by using the frequency control data DFCQ from the processing unit 50 and the oscillator XTAL, and outputs the oscillation signal OSCK to the frequency control data generation unit 40 (phase comparison unit 41). As a result, a loop of the PLL circuit is formed by the frequency control data generation unit 40 (phase comparison unit 41), the oscillation signal generation circuit 140, and the like, and an accurate oscillation signal OSCK phase-synchronized with the reference signal RFCK can be generated.

そして本実施形態では、ホールドオーバーが検出される前の通常動作期間においても、処理部50のカルマンフィルター部54が動作し、周波数制御データDFCIに対するカルマンフィルター処理を実行している。即ち、周波数制御データDFCIの観測値に対する真値を、カルマンフィルター処理により推定する処理を行っている。 In the present embodiment, the Kalman filter unit 54 of the processing unit 50 operates even in the normal operation period before the holdover is detected, and the Kalman filter processing for the frequency control data DFCI is executed. That is, a process of estimating the true value with respect to the observed value of the frequency control data DFCI by the Kalman filter process is performed.

ホールドオーバーが検出されると、ホールドオーバーの検出タイミングに対応するタイミングでの真値が、処理部50において保持される。具体的にはエージング補正部56が、この真値を保持する。そしてエージング補正部56が、保持された真値に基づく演算処理を行うことで、エージング補正された周波数制御データDFCQを生成する。 When the holdover is detected, the processing unit 50 holds the true value at the timing corresponding to the holdover detection timing. Specifically, the aging correction unit 56 holds this true value. Then, the aging correction unit 56 generates the aging-corrected frequency control data DFCQ by performing arithmetic processing based on the held true value.

このようにすれば、ホールドオーバーの検出タイミングに対応するタイミングでの真値に基づいて、エージング補正が行われるため、エージング補正の精度を大幅に向上できる。即ち、観測ノイズやシステムノイズの影響を考慮したエージング補正を実現できるようになる。 In this way, the aging correction is performed based on the true value at the timing corresponding to the holdover detection timing, so that the accuracy of the aging correction can be significantly improved. That is, it becomes possible to realize aging correction in consideration of the influence of observation noise and system noise.

なお発振信号生成回路140は、ホールドオーバーから復帰した場合には、位相比較結果に基づく周波数制御データDFCQに基づいて、発振信号OSCKを生成する。例えば周波数制御データ生成部40(位相比較部41)から処理部50を介して入力された周波数制御データDFCQに基づいて、発振信号OSCKを生成する。例えば基準信号RFCKの消失状態や異常状態が解消されると、ホールドオーバーの状態が解除されて、ホールドオーバーから復帰する。この場合には、回路装置の動作は通常動作に復帰する。そして発振信号生成回路140は、処理部50がエージング補正を行うことで生成した周波数制御データDFCQに代えて、周波数制御データ生成部40から処理部50を介して入力された周波数制御データDFCQ(温度補償処理等の信号処理後の周波数制御データ)に基づいて、発振信号OSCKを生成する。 When the oscillation signal generation circuit 140 recovers from the holdover, the oscillation signal generation circuit 140 generates the oscillation signal OSCK based on the frequency control data DFCQ based on the phase comparison result. For example, the oscillation signal OSCK is generated based on the frequency control data DFCQ input from the frequency control data generation unit 40 (phase comparison unit 41) via the processing unit 50. For example, when the disappeared state or abnormal state of the reference signal RFCK is resolved, the holdover state is released and the holdover is restored. In this case, the operation of the circuit device returns to the normal operation. Then, in the oscillation signal generation circuit 140, instead of the frequency control data DFCQ generated by the processing unit 50 performing aging correction, the frequency control data DFCQ (temperature) input from the frequency control data generation unit 40 via the processing unit 50. The oscillation signal OSCK is generated based on the frequency control data after signal processing such as compensation processing).

また処理部50は、保持された真値に対して補正値を加算する演算処理(エージングによる周波数変化を補償する演算処理)を行うことで、エージング補正された周波数制御データDFCQを生成する。例えばホールドオーバーの検出タイミングに対応するタイミングでの真値に対して、エージングレート(エージングの勾配、エージング係数)に対応する補正値(エージングレートによる周波数変化をキャンセルする補正値)を、所定タイミング毎に順次に加算することで、エージング補正された周波数制御データDFCQを生成する。なお本実施形態の加算処理は負の値を加算する処理である減算処理を含む。 Further, the processing unit 50 generates aging-corrected frequency control data DFCQ by performing arithmetic processing (arithmetic processing for compensating for frequency change due to aging) in which a correction value is added to the held true value. For example, with respect to the true value at the timing corresponding to the holdover detection timing, the correction value (correction value for canceling the frequency change due to the aging rate) corresponding to the aging rate (aging gradient, aging coefficient) is set for each predetermined timing. The aging-corrected frequency control data DFCQ is generated by sequentially adding to. The addition process of the present embodiment includes a subtraction process which is a process of adding a negative value.

例えばタイムステップkでの補正値をD(k)とし、タイムステップkでのエージング補正された周波数制御データをAC(k)とする。この場合に処理部50は、タイムステップk+1でのエージング補正された周波数制御データAC(k+1)を、AC(k+1)=AC(k)+D(k)により求める。処理部50は、このような各タイムステップごとの補正値D(k)の加算処理を、ホールドオーバーからの復帰タイミング(解除タイミング)まで行う。 For example, the correction value in the time step k is D (k), and the aging-corrected frequency control data in the time step k is AC (k). In this case, the processing unit 50 obtains the aging-corrected frequency control data AC (k + 1) in the time step k + 1 by AC (k + 1) = AC (k) + D (k). The processing unit 50 performs such addition processing of the correction value D (k) for each time step until the return timing (release timing) from the holdover.

また処理部50は、真値に対してフィルター処理後の補正値を加算する演算処理を行う。例えば、補正値D(k)に対して、ローパスフィルター処理等のフィルター処理を行い、フィルター処理後の補正値D’(k)を真値に対して順次に加算する演算処理を行う。具体的にはAC(k+1)=AC(k)+D’(k)の演算処理を行う。 Further, the processing unit 50 performs arithmetic processing for adding the correction value after the filter processing to the true value. For example, the correction value D (k) is subjected to a filter process such as a low-pass filter process, and the correction value D'(k) after the filter process is sequentially added to the true value. Specifically, the arithmetic processing of AC (k + 1) = AC (k) + D'(k) is performed.

また処理部50は、補正値を、カルマンフィルター処理における観測残差に基づき求める。例えば処理部50は、ホールドオーバーが検出される前の期間において、観測残差に基づいて、エージング補正の補正値を推定する処理を行う。例えば観測残差をekとした場合に、D(k)=D(k−1)+E・ekの処理を行うことで、補正値D(k)を推定する。ここでEは例えば定数であるが、定数Eの代わりにカルマンゲインを用いてもよい。そして、ホールドオーバーの検出タイミングに対応するタイミングでの補正値を保持し、保持された補正値を真値に加算する演算処理を行うことで、エージング補正された周波数制御データDFCQを生成する。 Further, the processing unit 50 obtains a correction value based on the observation residual in the Kalman filter processing. For example, the processing unit 50 performs a process of estimating the correction value of the aging correction based on the observation residual in the period before the holdover is detected. For example, when the observation residual is ek, the correction value D (k) is estimated by performing the process of D (k) = D (k-1) + E · ek. Here, E is, for example, a constant, but Kalman gain may be used instead of the constant E. Then, the aging-corrected frequency control data DFCQ is generated by holding the correction value at the timing corresponding to the holdover detection timing and performing the arithmetic processing of adding the held correction value to the true value.

図7に本実施形態の回路装置の詳細な構成例を示す。図7では図6の構成に対して、温度センサー10、A/D変換部20、デジタルI/F部30、レジスター部32、記憶部34が更に設けられている。なお回路装置の構成は図7の構成には限定されず、その一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。例えば温度センサー10として回路装置の外部に設けられた温度センサーを用いてもよい。 FIG. 7 shows a detailed configuration example of the circuit device of the present embodiment. In FIG. 7, the temperature sensor 10, the A / D conversion unit 20, the digital I / F unit 30, the register unit 32, and the storage unit 34 are further provided with respect to the configuration of FIG. The configuration of the circuit device is not limited to the configuration shown in FIG. 7, and various modifications such as omitting some of the components or adding other components can be performed. For example, a temperature sensor provided outside the circuit device may be used as the temperature sensor 10.

温度センサー10は、温度検出電圧VTDを出力する。具体的には、環境(回路装置)の温度に応じて変化する温度依存電圧を、温度検出電圧VTDとして出力する。温度センサー10の具体的な構成例については後述する。 The temperature sensor 10 outputs the temperature detection voltage VTD. Specifically, a temperature-dependent voltage that changes according to the temperature of the environment (circuit device) is output as the temperature detection voltage VTD. A specific configuration example of the temperature sensor 10 will be described later.

A/D変換部20は、温度センサー10からの温度検出電圧VTDのA/D変換を行って、温度検出データDTDを出力する。例えば温度検出電圧VTDのA/D変換結果に対応するデジタルの温度検出データDTD(A/D結果データ)を出力する。A/D変換部20のA/D変換方式としては、例えば逐次比較方式や逐次比較方式に類似する方式などを採用できる。なおA/D変換方式はこのような方式には限定されず、種々の方式(計数型、並列比較型又は直並列型等)を採用できる。 The A / D conversion unit 20 performs A / D conversion of the temperature detection voltage VTD from the temperature sensor 10 and outputs the temperature detection data DTD. For example, the digital temperature detection data DTD (A / D result data) corresponding to the A / D conversion result of the temperature detection voltage VTD is output. As the A / D conversion method of the A / D conversion unit 20, for example, a sequential comparison method or a method similar to the sequential comparison method can be adopted. The A / D conversion method is not limited to such a method, and various methods (counting type, parallel comparison type, series-parallel type, etc.) can be adopted.

デジタルI/F部(インターフェース部)30は、回路装置と外部装置(マイクロコンピューター、コントローラー等)との間でデジタルデータを入出力するためのインターフェースである。デジタルI/F部30は、例えばシリアルクロック線とシリアルデータ線を用いた同期式のシリアル通信方式により実現できる。具体的には、I2C(Inter-Integrated Circuit)方式や、3線又は4線のSPI(Serial Peripheral Interface)方式などにより実現できる。I2C方式は、シリアルクロック線SCLと、双方向のシリアルデータ線SDAの2本の信号線で通信を行う同期式のシリアル通信方式である。I2Cのバスには複数のスレーブを接続でき、マスターは、個別に決められたスレーブのアドレスを指定して、スレーブを選択した後に、当該スレーブと通信を行う。SPI方式は、シリアルクロック線SCKと、単方向の2本のシリアルデータ線SDI、SDOで通信する同期式のシリアル通信方式である。SPIのバスには複数のスレーブを接続できるが、それらを特定するためには、マスターは、スレーブセレクト線を用いてスレーブを選択する必要がある。デジタルI/F部30は、これらの通信方式を実現する入出力バッファー回路や制御回路などにより構成される。 The digital I / F unit (interface unit) 30 is an interface for inputting / outputting digital data between a circuit device and an external device (microcomputer, controller, etc.). The digital I / F unit 30 can be realized by, for example, a synchronous serial communication method using a serial clock line and a serial data line. Specifically, it can be realized by an I2C (Inter-Integrated Circuit) method, a 3-wire or 4-wire SPI (Serial Peripheral Interface) method, or the like. The I2C method is a synchronous serial communication method in which communication is performed by two signal lines, a serial clock line SCL and a bidirectional serial data line SDA. A plurality of slaves can be connected to the I2C bus, and the master specifies the address of the individually determined slave, selects the slave, and then communicates with the slave. The SPI system is a synchronous serial communication system that communicates with the serial clock line SCK and two unidirectional serial data lines SDI and SDO. A plurality of slaves can be connected to the SPI bus, but in order to identify them, the master needs to select the slave using the slave select line. The digital I / F unit 30 is composed of an input / output buffer circuit, a control circuit, and the like that realize these communication methods.

レジスター部32は、ステータスレジスター、コマンドレジスター、データレジスターなどの複数のレジスターで構成される回路である。回路装置の外部装置は、デジタルI/F部30を介してレジスター部32の各レジスターにアクセスする。そして外部装置は、レジスター部32のレジスターを用いて、回路装置のステータスを確認したり、回路装置に対してコマンドを発行したり、回路装置に対してデータを転送したり、回路装置からデータを読み出すことなどが可能になる。 The register unit 32 is a circuit composed of a plurality of registers such as a status register, a command register, and a data register. The external device of the circuit device accesses each register of the register section 32 via the digital I / F section 30. Then, the external device uses the register of the register unit 32 to check the status of the circuit device, issue a command to the circuit device, transfer data to the circuit device, and transfer data from the circuit device. It can be read out.

記憶部34は、回路装置の各種の処理や動作に必要な各種の情報を記憶するものである。この記憶部34は、例えば不揮発性メモリーにより実現できる。不揮発性メモリーとしては、例えばEEPROMなどを用いることができる。EEPROMとしては例えばMONOS(Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon)型のメモリーなどを用いることができる。例えばMONOS型のメモリーを用いたフラッシュメモリーを用いることができる。或いはEEPROMとして、フローティングゲート型などの他のタイプのメモリーを用いてもよい。なお記憶部34は、電源が非供給でも情報を保持して記憶できるものであればよく、例えばヒューズ回路等により実現することも可能である。 The storage unit 34 stores various types of information necessary for various types of processing and operation of the circuit device. This storage unit 34 can be realized by, for example, a non-volatile memory. As the non-volatile memory, for example, EEPROM or the like can be used. As the EEPROM, for example, a MONOS (Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon) type memory or the like can be used. For example, a flash memory using a MONOS type memory can be used. Alternatively, another type of memory such as a floating gate type may be used as the EEPROM. The storage unit 34 may be any as long as it can hold and store information even when the power supply is not supplied, and can be realized by, for example, a fuse circuit or the like.

処理部50は、ホールドオーバー処理部52、カルマンフィルター部54、エージング補正部56に加えて、更にこの場合、温度補償部58(温度補償処理の回路又はプログラムモジュール)を有する。温度補償部58(処理部50)は、A/D変換部20からの温度検出データDTDに基づいて発振周波数の温度補償処理を行う。具体的には温度補償部58は、温度に応じて変化する温度検出データDTD(温度依存データ)と、温度補償処理用の係数データ(近似関数の係数のデータ)などに基づいて、温度変化があった場合に発振周波数の変動を小さくするための温度補償処理を行う。 In addition to the holdover processing unit 52, the Kalman filter unit 54, and the aging correction unit 56, the processing unit 50 further includes a temperature compensation unit 58 (temperature compensation processing circuit or program module) in this case. The temperature compensation unit 58 (processing unit 50) performs temperature compensation processing for the oscillation frequency based on the temperature detection data DTD from the A / D conversion unit 20. Specifically, the temperature compensation unit 58 changes the temperature based on the temperature detection data DTD (temperature-dependent data) that changes according to the temperature and the coefficient data for the temperature compensation processing (data of the coefficient of the approximation function). If there is, temperature compensation processing is performed to reduce the fluctuation of the oscillation frequency.

基準信号RFCKは、回路装置の外部接続端子である端子TRFCK(パッド)を介して回路装置に入力される。外部PLL回路がロック状態となっているか否かを通知する信号PLOCKは、回路装置の外部接続端子である端子TPLOCK(パッド)を介して回路装置に入力される。 The reference signal RFCK is input to the circuit device via the terminal TRFCK (pad) which is an external connection terminal of the circuit device. The signal PLOCK notifying whether or not the external PLL circuit is in the locked state is input to the circuit device via the terminal TPLOCK (pad) which is an external connection terminal of the circuit device.

そして記憶部34は、カルマンフィルター処理のシステムノイズの設定用のシステムノイズ定数(V)と、カルマンフィルター処理の観測ノイズの設定用の観測ノイズ定数(W)を記憶する。例えば製品(発振器等)の製造、出荷時において、発振周波数等の各種の情報をモニターするための測定(検査)が行われる。そしてこの測定結果に基づいて、システムノイズ定数や観測ノイズ定数が決定されて、例えば不揮発性メモリー等により実現される記憶部34に書き込まれる。このようにすれば、素子ばらつきによる悪影響を低減したシステムノイズ定数や観測ノイズ定数の設定が可能になる。 Then, the storage unit 34 stores the system noise constant (V) for setting the system noise of the Kalman filter processing and the observation noise constant (W) for setting the observation noise of the Kalman filter processing. For example, at the time of manufacturing and shipping a product (oscillator, etc.), measurement (inspection) is performed to monitor various information such as oscillation frequency. Then, based on this measurement result, the system noise constant and the observed noise constant are determined and written in the storage unit 34 realized by, for example, a non-volatile memory. In this way, it is possible to set the system noise constant and the observed noise constant that reduce the adverse effects due to the element variation.

また処理部50は、ホールドオーバーの検出信号が入力される入力端子の電圧、又は、デジタルI/F部30を介して入力されるホールドオーバーの検出情報に基づいて、ホールドオーバーの状態になった否かを判断する。これらの判断処理は、ホールドオーバー処理部52が行う。例えばホールドオーバー処理部52はステートマシーンの回路を有しており、このステートマシーンの状態遷移は、各種の信号や情報に基づいて実行される。そして、ホールドオーバーの検出信号が入力される入力端子の電圧や、デジタルI/F部30を介して入力されるホールドオーバーの検出情報などに基づいて、ホールドオーバーの状態になったと判断されると、ステートマシーンの状態がホールドオーバーの状態に遷移する。そしてホールドオーバー時の各種処理(エージング補正等)が実行される。 Further, the processing unit 50 is in a holdover state based on the voltage of the input terminal to which the holdover detection signal is input or the holdover detection information input via the digital I / F unit 30. Judge whether or not. The holdover processing unit 52 performs these determination processes. For example, the holdover processing unit 52 has a circuit of a state machine, and the state transition of the state machine is executed based on various signals and information. Then, it is determined that the holdover state has been reached based on the voltage of the input terminal into which the holdover detection signal is input, the holdover detection information input via the digital I / F unit 30, and the like. , The state of the state machine transitions to the holdover state. Then, various processes (aging correction, etc.) at the time of holdover are executed.

ホールドオーバーの検出信号としては、例えば基準信号RFCKや信号PLOCKを想定できる。この場合に処理部50は、基準信号RFCKが入力される端子TRFCKの電圧や、信号PLOCKが入力される端子TPLOCKの電圧に基づいて、ホールドオーバーの状態になった否かを判断する。 As the holdover detection signal, for example, a reference signal RFCK or a signal PLOCK can be assumed. In this case, the processing unit 50 determines whether or not the holdover state has been reached based on the voltage of the terminal TRFCK to which the reference signal RFCK is input and the voltage of the terminal TPLOCK to which the signal PLOCK is input.

例えば、回路装置の内部に設けられた周波数制御データ生成部40によりPLL回路が形成される場合には、基準信号RFCKが入力される端子TRFCKの電圧に基づいて、ホールドオーバーの状態になった否かを判断できる。例えば処理部50は、端子TRFCKの電圧に基づいて、基準信号RFCKが消失又は異常な状態になったことが検出された場合に、ホールドオーバーの状態になった否かを判断する。 For example, when the PLL circuit is formed by the frequency control data generation unit 40 provided inside the circuit device, whether or not the holdover state is reached based on the voltage of the terminal TRFCK to which the reference signal RFCK is input. Can be judged. For example, the processing unit 50 determines whether or not the holdover state has been reached when it is detected that the reference signal RFCK has disappeared or is in an abnormal state based on the voltage of the terminal TRFCK.

一方、回路装置の外部に設けられた周波数制御データ生成部によりPLL回路が形成される場合には、信号PLOCKが入力される端子TPLOCKの電圧に基づいて、ホールドオーバーの状態になった否かを判断できる。例えば外部装置(外部PLL回路を制御する装置)は、外部PLL回路がロック状態となっているか否かを通知する信号PLOCKを回路装置に出力する。そして例えば信号PLOCKにより、外部PLL回路がロック状態になっていないと判断した場合には、処理部50はホールドオーバーの状態であると判断する。なお、信号PLOCKに加えて、基準信号RFCKも用いて、ホールドオーバーの状態になったか否かを判断してもよい。また外部PLL回路は、例えば回路装置の外部に設けられた周波数制御データ生成部と、回路装置の発振信号生成回路140等により構成されるPLL回路である。 On the other hand, when the PLL circuit is formed by the frequency control data generation unit provided outside the circuit device, whether or not the holdover state is reached is determined based on the voltage of the terminal TPLOCK to which the signal PLOCK is input. I can judge. For example, an external device (a device that controls an external PLL circuit) outputs a signal PLOCK notifying whether or not the external PLL circuit is in the locked state to the circuit device. Then, for example, when it is determined by the signal PLOCK that the external PLL circuit is not in the locked state, the processing unit 50 determines that it is in the holdover state. In addition to the signal PLOCK, the reference signal RFCK may also be used to determine whether or not the holdover state has been reached. The external PLL circuit is, for example, a PLL circuit composed of a frequency control data generation unit provided outside the circuit device, an oscillation signal generation circuit 140 of the circuit device, and the like.

また、回路装置の外部に設けられた周波数制御データ生成部によりPLL回路が形成される場合に、デジタルI/F部30を介して入力されるホールドオーバーの検出情報に基づいて、ホールドオーバーの状態になったか否かを判断してもよい。例えば外部PLL回路を制御する外部装置(例えばマイクロコンピューター)は、基準信号の消失又は異常によりホールドオーバーの状態になったと判断した場合に、ホールドオーバーの検出情報を、デジタルI/F部30を介してレジスター部32のレジスター(通知レジスター)に設定する。処理部50は、このレジスターに設定されたホールドオーバーの検出情報を読み出すことで、ホールドオーバーの状態になったか否かを判断する。このようにすればホールドオーバーの検出用の端子を新たに設ける必要がなくなり、回路装置の端子数の削減等を図れるようになる。 Further, when the PLL circuit is formed by the frequency control data generation unit provided outside the circuit device, the holdover state is based on the holdover detection information input via the digital I / F unit 30. You may judge whether or not it has become. For example, when an external device (for example, a microcomputer) that controls an external PLL circuit determines that a holdover state has occurred due to a loss or abnormality of a reference signal, the holdover detection information is transmitted via the digital I / F unit 30. It is set in the register (notification register) of the register unit 32. The processing unit 50 determines whether or not the holdover state has been reached by reading the holdover detection information set in this register. In this way, it is not necessary to newly provide a terminal for detecting holdover, and the number of terminals of the circuit device can be reduced.

3.カルマンフィルター処理を用いたエージング補正
本実施形態では、カルマンフィルター処理を用いたエージング補正手法を採用している。具体的には本実施形態では、ホールドオーバーが検出される前の期間において周波数制御データ(発振周波数)の観測値に対する真値を、カルマンフィルター処理により推定する。そしてホールドオーバーが検出された場合には、ホールドオーバーの検出タイミングに対応するタイミング(時点)での真値を保持し、保持した真値に基づく演算処理を行うことで、エージング補正を実現する。
3. 3. Aging correction using Kalman filter processing In this embodiment, an aging correction method using Kalman filter processing is adopted. Specifically, in the present embodiment, the true value of the frequency control data (oscillation frequency) with respect to the observed value is estimated by Kalman filter processing in the period before the holdover is detected. When a holdover is detected, the true value at the timing (time point) corresponding to the holdover detection timing is held, and the arithmetic processing based on the held true value is performed to realize the aging correction.

図8は、エージングによる発振周波数の変動の測定結果の例を示す図である。横軸は経過時間(エージング時間)であり、縦軸は発振周波数の周波数偏差(Δf/f)である。図8のC1に示すように観測値である測定値には、システムノイズや観測ノイズに起因する大きなばらつきが存在する。このばらつきには、環境温度に起因するばらつきも含まれる。 FIG. 8 is a diagram showing an example of the measurement result of the fluctuation of the oscillation frequency due to aging. The horizontal axis is the elapsed time (aging time), and the vertical axis is the frequency deviation (Δf / f 0 ) of the oscillation frequency. As shown in C1 of FIG. 8, the measured values, which are observed values, have large variations due to system noise and observed noise. This variation also includes variation due to the environmental temperature.

このように測定値に大きなばらつきがある状況において、真値を正しく求めるために、本実施形態では、カルマンフィルター処理(例えば線形カルマンフィルター処理)による状態推定を行う。 In this embodiment, in order to correctly obtain the true value in such a situation where the measured values vary greatly, the state is estimated by Kalman filter processing (for example, linear Kalman filter processing).

図9は、時系列の状態空間モデルを示すものであり、このモデルの離散時間状態方程式は、下式(3)、(4)の状態方程式、観測方程式により与えられる。 FIG. 9 shows a time-series state-space model, and the discrete-time state equations of this model are given by the state equations and observation equations of the following equations (3) and (4).

x(k)は時刻kにおける状態であり、y(k)は観測値である。v(k)はシステムノイズであり、w(k)は観測ノイズであり、Aはシステム行列である。x(k)が発振周波数(周波数制御データ)である場合に、Aは例えばエージングレート(エージング係数)に相当する。エージングレートは経過期間に対する発振周波数の変化率を表すものである。 x (k) is the state at time k, and y (k) is the observed value. v (k) is the system noise, w (k) is the observed noise, and A is the system matrix. When x (k) is the oscillation frequency (frequency control data), A corresponds to, for example, the aging rate (aging coefficient). The aging rate represents the rate of change of the oscillation frequency with respect to the elapsed period.

例えば図8のC2に示すタイミングでホールドオーバーが発生したとする。この場合に、基準信号RFCKが途絶えたC2の時点での真の状態x(k)と、図8のC3に示す傾きに相当するエージングレート(A)とに基づいて、エージング補正を実行する。具体的には、C2の時点での発振周波数(周波数制御データ)の真値x(k)を、C3に示すエージングレートによる周波数変化を小さくするための補償(補正)として、例えば当該周波数変化をキャンセル(相殺)する補正値で、順次に変化させるエージング補正を行う。即ち図3のB2に示すようなエージングレートでの周波数変化をキャンセルして、B1に示すような理想的な特性になるような補正値で、真値x(k)を変化させる。このようにすれば、例えばホールドオーバーの期間が24時間であった場合に、24時間経過後における発振周波数の変動である図8のFDVを、エージング補正により補償できるようになる。 For example, assume that a holdover occurs at the timing shown in C2 of FIG. In this case, the aging correction is performed based on the true state x (k) at the time of C2 when the reference signal RFCK is interrupted and the aging rate (A) corresponding to the slope shown in C3 of FIG. Specifically, the true value x (k) of the oscillation frequency (frequency control data) at the time of C2 is compensated (corrected) for reducing the frequency change due to the aging rate shown in C3, for example, the frequency change. Aging correction is performed by sequentially changing the correction value to be canceled (offset). That is, the true value x (k) is changed by a correction value that cancels the frequency change at the aging rate as shown in B2 of FIG. 3 and obtains the ideal characteristic as shown in B1. By doing so, for example, when the holdover period is 24 hours, the FDV of FIG. 8, which is the fluctuation of the oscillation frequency after the lapse of 24 hours, can be compensated by the aging correction.

ここで図8のC1に示す発振周波数(周波数偏差)の変動には、温度変動に起因するものと、エージングに起因するものが含まれる。そこで本実施形態では、例えば恒温槽を有するオーブン構造の発振器(OCXO)を採用することで、温度変動に起因する発振周波数の変動を最小限に抑える。また図7の温度センサー10等を用いて、温度変動に起因する発振周波数の変動を低減する温度補償処理を実行する。 Here, the fluctuation of the oscillation frequency (frequency deviation) shown in C1 of FIG. 8 includes one caused by temperature fluctuation and one caused by aging. Therefore, in the present embodiment, for example, by adopting an oven-structured oscillator (OCXO) having a constant temperature bath, fluctuations in the oscillation frequency due to temperature fluctuations are minimized. Further, using the temperature sensor 10 and the like shown in FIG. 7, a temperature compensation process for reducing fluctuations in the oscillation frequency due to temperature fluctuations is executed.

そしてPLL回路(内部PLL回路、外部PLL回路)が基準信号RFCKに同期している期間(通常動作期間)において、周波数制御データ(周波数制御コード)をモニターし、誤差(システムノイズ、観測ノイズ)を除去した真値を求めて、レジスターに保持しておく。そして、基準信号RFCKの消失又は異常によりPLL回路のロックが外れた場合に、ロックが外れた時点において保持されている真値(周波数制御データの観測値に対する真値)に基づいて、エージング補正を実行する。例えば、保持された周波数制御データの真値に対して、図8のC3の傾きであるエージングレートによる周波数変化を小さくするための補償として、例えばキャンセルする補正値を、順次に加算する処理を行うことで、ホールドオーバー期間の自走発振時における周波数制御データDFCQを生成して、振動子XTALを発振させる。このようにすれば、ホールドオーバーの突入時点での真値を、最小誤差で求めて、エージング補正を実行できるため、エージング変動による悪影響を最小限に抑えたホールドオーバー性能を実現できるようになる。 Then, during the period (normal operation period) in which the PLL circuit (internal PLL circuit, external PLL circuit) is synchronized with the reference signal RFCK, the frequency control data (frequency control code) is monitored and the error (system noise, observation noise) is detected. Find the removed true value and hold it in the register. Then, when the lock of the PLL circuit is released due to the disappearance or abnormality of the reference signal RFCK, the aging correction is performed based on the true value (true value with respect to the observed value of the frequency control data) held at the time when the lock is released. Execute. For example, as compensation for reducing the frequency change due to the aging rate, which is the slope of C3 in FIG. 8, for the true value of the held frequency control data, for example, a correction value to be canceled is sequentially added. As a result, the frequency control data DFCQ at the time of self-propelled oscillation during the holdover period is generated, and the oscillator XTAL is oscillated. In this way, the true value at the time of entry of the holdover can be obtained with the minimum error and the aging correction can be performed, so that the holdover performance with the adverse effect due to the aging fluctuation minimized can be realized.

4.処理部の構成
図10に処理部50の詳細な構成例を示す。なお処理部50の構成は図10の構成には限定されず、その一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
4. Configuration of Processing Unit FIG. 10 shows a detailed configuration example of the processing unit 50. The configuration of the processing unit 50 is not limited to the configuration of FIG. 10, and various modifications such as omitting some of the components or adding other components can be performed.

図10に示すように処理部50は、カルマンフィルター部54、エージング補正部56、温度補償部58、セレクター62、63、加算器65を含む。 As shown in FIG. 10, the processing unit 50 includes a Kalman filter unit 54, an aging correction unit 56, a temperature compensation unit 58, selectors 62 and 63, and an adder 65.

カルマンフィルター部54は、周波数制御データDFCI(環境変動成分が除去された周波数制御データ)が入力され、カルマンフィルター処理を実行する。そして、カルマンフィルター処理により推定された真値に相当する事後推定値x^(k)を出力する。なお本明細書では、推定値であることを表すハットの記号「^」を、適宜、2文字に並べて記載する。 The Kalman filter unit 54 receives input of frequency control data DFCI (frequency control data from which environmental fluctuation components have been removed) and executes Kalman filter processing. Then, the ex post facto estimated value x ^ (k) corresponding to the true value estimated by the Kalman filter processing is output. In this specification, the hat symbol "^" indicating that the value is an estimated value is appropriately described in two characters.

カルマンフィルター処理とは、観測値及びシステムの状態を表す変数にノイズ(誤差)が含まれると仮定し、過去から現在までに取得した観測値を用いてシステムの最適な状態を推定する処理である。具体的には、観測更新(観測過程)と時間更新(予測過程)を繰り返し行って状態を推定する。観測更新は、観測値と時間更新の結果を用いてカルマンゲイン、推定値、誤差共分散を更新する過程である。時間更新は、観測更新の結果を用いて、次の時刻での推定値、誤差共分散を予測する過程である。なお本実施形態では線形カルマンフィルター処理を用いた手法を主に説明するが、拡張カルマンフィルター処理を採用することも可能である。本実施形態のカルマンフィルター処理の詳細については後述する。 The Kalman filter process is a process that estimates the optimum state of the system using the observed values acquired from the past to the present, assuming that noise (error) is included in the observed values and variables representing the state of the system. .. Specifically, the state is estimated by repeatedly updating the observation (observation process) and time (prediction process). Observation update is the process of updating the Kalman gain, estimates, and error covariance using the observed values and the results of the time update. Time update is the process of predicting the estimated value and error covariance at the next time using the result of observation update. Although the method using the linear Kalman filter processing is mainly described in this embodiment, it is also possible to adopt the extended Kalman filter processing. The details of the Kalman filter processing of this embodiment will be described later.

エージング補正部56は、カルマンフィルター部54から事後推定値x^(k)と補正値D’(k)が入力される。そして、周波数制御データの真値に相当する事後推定値x^(k)に対して、補正値D’(k)を加算する演算処理を行うことで、エージング補正された周波数制御データであるAC(k)を生成する。ここでD’(k)は、フィルター処理後(ローパスフィルター処理後)の補正値D(k)である。即ち、タイムステップk(時刻k)での補正値(フィルター処理後の補正値)をD’(k)とし、タイムステップkでのエージング補正された周波数制御データをAC(k)とした場合に、エージング補正部56は、タイムステップk+1(時刻k+1)でのエージング補正された周波数制御データAC(k+1)を、AC(k+1)=AC(k)+D’(k)により求める。 In the aging correction unit 56, the ex post facto estimated value x ^ (k) and the correction value D'(k) are input from the Kalman filter unit 54. Then, by performing an arithmetic process of adding the correction value D'(k) to the ex post facto estimated value x ^ (k) corresponding to the true value of the frequency control data, the AC which is the aging-corrected frequency control data (K) is generated. Here, D'(k) is a correction value D (k) after the filter processing (after the low-pass filter processing). That is, when the correction value (correction value after filtering) in the time step k (time k) is D'(k) and the aging-corrected frequency control data in the time step k is AC (k). , The aging correction unit 56 obtains the aging-corrected frequency control data AC (k + 1) in the time step k + 1 (time k + 1) by AC (k + 1) = AC (k) + D'(k).

温度補償部58は、温度検出データDTDが入力されて、温度補償処理を行い、温度変動に対して発振周波数を一定に保つための温度補償データTCODE(温度補償コード)を生成する。温度検出データDTDは、図7のA/D変換部20が温度センサー10からの温度検出電圧VTDをA/D変換することで得られるデータである。 The temperature compensation unit 58 receives the temperature detection data DTD, performs temperature compensation processing, and generates temperature compensation data TCODE (temperature compensation code) for keeping the oscillation frequency constant against temperature fluctuations. The temperature detection data DTD is data obtained by A / D conversion unit 20 of FIG. 7 A / D conversion of the temperature detection voltage VTD from the temperature sensor 10.

例えば図11、図12、図13に、初期発振周波数温度特性の例を示す。これらの図において横軸は周囲温度であり、縦軸は発振周波数の周波数偏差である。図11〜図13に示すように、発振周波数の温度特性は製品のサンプルごとに大きくばらつく。このため、製品(発振器)の製造、出荷時の検査工程において、発振周波数の温度特性や、周囲温度に対応する温度検出データの変化特性を測定する。そして測定結果に基づいて、下式(5)の多項式(近似関数)の係数A〜Aを求め、求めた係数A〜Aの情報を、図7の記憶部34(不揮発性メモリー)に書き込んで記憶させる。 For example, FIGS. 11, 12, and 13 show examples of initial oscillation frequency temperature characteristics. In these figures, the horizontal axis is the ambient temperature and the vertical axis is the frequency deviation of the oscillation frequency. As shown in FIGS. 11 to 13, the temperature characteristics of the oscillation frequency vary greatly from product sample to product sample. Therefore, in the inspection process at the time of manufacturing and shipping the product (oscillator), the temperature characteristic of the oscillation frequency and the change characteristic of the temperature detection data corresponding to the ambient temperature are measured. Then, based on the measurement result, the coefficients A 0 to A 5 of the polynomial (approximate function) of the following equation (5) are obtained, and the information of the obtained coefficients A 0 to A 5 is stored in the storage unit 34 (nonvolatile memory) of FIG. ) To write and memorize.

上式(5)において、Xは、A/D変換部20により得られた温度検出データDTD(A/D変換値)に相当する。周囲温度の変化に対する温度検出データDTDの変化も測定されているため、上式(5)の多項式で表される近似関数により、周囲温度と発振周波数とを対応づけることができる。温度補償部58は、記憶部34から係数A〜Aの情報を読み出し、この係数A〜Aと、温度検出データDTD(=X)とに基づいて、上式(5)の演算処理を行って、温度補償データTCODE(温度補償コード)を生成する。これにより、周囲温度の変化に対して発振周波数を一定に保つための温度補償処理を実現できる。 In the above equation (5), X corresponds to the temperature detection data DTD (A / D conversion value) obtained by the A / D conversion unit 20. Since the change in the temperature detection data DTD with respect to the change in the ambient temperature is also measured, the ambient temperature and the oscillation frequency can be associated with each other by the approximate function represented by the polynomial in the above equation (5). The temperature compensation unit 58 reads the information of the coefficients A 0 to A 5 from the storage unit 34, and based on the coefficients A 0 to A 5 and the temperature detection data DTD (= X), the calculation of the above equation (5) The process is performed to generate temperature compensation data TCODE (temperature compensation code). This makes it possible to realize a temperature compensation process for keeping the oscillation frequency constant with respect to a change in ambient temperature.

セレクター62、63は、セレクト端子Sの入力信号の論理レベルが「1」(アクティブ)である場合に、「1」側の端子の入力信号を選択して、出力信号として出力する。またセレクト端子Sの入力信号の論理レベルが「0」(非アクティブ)である場合に、「0」側の端子の入力信号を選択して、出力信号として出力する。 When the logic level of the input signal of the select terminal S is "1" (active), the selectors 62 and 63 select the input signal of the terminal on the "1" side and output it as an output signal. When the logic level of the input signal of the select terminal S is "0" (inactive), the input signal of the terminal on the "0" side is selected and output as an output signal.

信号KFENはカルマンフィルター処理のイネーブル信号である。カルマンフィルター部54は、信号KFENが論理レベル「1」(以下、単に「1」と記載)である場合にカルマンフィルター処理を実行する。信号PLLLOCKはPLL回路がロック状態である場合に「1」になる信号である。信号HOLDOVERはホールドオーバーが検出されたホールドオーバー期間において「1」になる信号である。これらの信号PLLLOCK、HOLDOVERは、図7のホールドオーバー処理部52のステートマシーンの回路により生成される。 The signal KFEN is an enable signal for Kalman filtering. The Kalman filter unit 54 executes the Kalman filter process when the signal KFEN has a logic level of “1” (hereinafter, simply referred to as “1”). The signal PLLLOCK is a signal that becomes "1" when the PLL circuit is in the locked state. The signal HOLDOVER is a signal that becomes "1" during the holdover period in which the holdover is detected. These signals PLLLOCK and HOLDOVER are generated by the circuit of the state machine of the holdover processing unit 52 of FIG.

信号TCENは、温度補償処理のイネーブル信号である。以下では信号TCENが「1」であり、セレクター63が「1」側の入力信号を選択する場合を主に例にとり説明を行う。また信号KFENも「1」であるとする。 The signal TCEN is an enable signal for the temperature compensation process. In the following, the case where the signal TCEN is “1” and the selector 63 selects the input signal on the “1” side will be mainly taken as an example. Further, it is assumed that the signal KFEN is also "1".

通常動作期間では、信号HOLDOVERが論理レベル「0」((以下、単に「0」と記載)になるため、セレクター62が「0」端子側の周波数制御データDFCIを選択する。そして、この周波数制御データDFCIに対して、加算器65により温度補償データTCODEが加算され、温度補償処理後の周波数制御データDFCQが、後段の発振信号生成回路140に出力される。 In the normal operation period, the signal HOLDOVER becomes the logic level "0" (hereinafter, simply referred to as "0"), so that the selector 62 selects the frequency control data DFCI on the "0" terminal side, and this frequency control. The temperature compensation data TCODE is added to the data DFCI by the adder 65, and the frequency control data DFCQ after the temperature compensation processing is output to the oscillation signal generation circuit 140 in the subsequent stage.

一方、ホールドオーバー期間では、信号HOLDOVERが「1」なり、セレクター62が「1」端子側のAC(k)を選択する。AC(k)はエージング補正された周波数制御データである。 On the other hand, in the holdover period, the signal HOLDOVER becomes "1" and the selector 62 selects the AC (k) on the "1" terminal side. AC (k) is aging-corrected frequency control data.

図14はカルマンフィルター部54の動作を説明する真理値表である。信号PLLLOCK、KFENが共に「1」である場合には、カルマンフィルター部54は真値推定処理(カルマンフィルター処理)を実行する。即ち、通常動作期間においてPLL回路(内部又は外部のPLL回路)がロック状態である場合に、観測値である周波数制御データDFCIの真値推定処理を行い続ける。 FIG. 14 is a truth table for explaining the operation of the Kalman filter unit 54. When both the signals PLLLOCK and KFEN are "1", the Kalman filter unit 54 executes a true value estimation process (Kalman filter process). That is, when the PLL circuit (internal or external PLL circuit) is in the locked state during the normal operation period, the true value estimation process of the frequency control data DFCI, which is the observed value, is continued.

そしてホールドオーバーの状態になってPLL回路のロックが外れ、信号PLLLOCKが「0」になった場合には、カルマンフィルター部54は前回の出力状態を保持する。例えば図10において、周波数制御データDFCIの真値として推定される事後推定値x^(k)や、エージング補正の補正値D’(k)として、ホールドオーバーの検出タイミング(PLL回路のロックが外れたタイミング)での値を、保持して出力し続ける。 Then, when the holdover state is reached and the PLL circuit is unlocked and the signal PLLLOCK becomes “0”, the Kalman filter unit 54 holds the previous output state. For example, in FIG. 10, the holdover detection timing (PLL circuit is unlocked) is set as the post-estimation value x ^ (k) estimated as the true value of the frequency control data DFCI and the correction value D'(k) for the aging correction. The value at (timing) is retained and output is continued.

エージング補正部56は、ホールドオーバー期間において、カルマンフィルター部54からの事後推定値x^(k)、補正値D’(k)を用いてエージング補正を行う。具体的にはホールドオーバーの検出タイミングにおける事後推定値x^(k)、補正値D’(k)を保持して、エージング補正を行う。 During the holdover period, the aging correction unit 56 performs aging correction using the ex post facto estimated value x ^ (k) and the correction value D'(k) from the Kalman filter unit 54. Specifically, the post-estimated value x ^ (k) and the correction value D'(k) at the holdover detection timing are held, and the aging correction is performed.

また図10では、カルマンフィルター部54には、温度変動成分(広義には環境変動成分)とエージング変動成分のうち、温度変動成分が除去された周波数制御データDFCIが入力される。カルマンフィルター部54は、温度変動成分(環境変動成分)が除かれた周波数制御データDFCIに対してカルマンフィルター処理を行って、周波数制御データDFCIについての真値を推定する。即ち、事後推定値x^(k)を求める。そしてエージング補正部56は、推定された真値である事後推定値x^(k)に基づいて、エージング補正を行う。より具体的には、カルマンフィルター部54からの事後推定値x^(k)と補正値D’(k)に基づいて、エージング補正された周波数制御データAC(k)を求める。そしてエージング補正された周波数制御データであるAC(k)は、セレクター62を介して、加算器65に入力され、加算器65がAC(k)に対して、温度補償データTCODE(環境変動成分の補償用データ)を加算する処理を行う。 Further, in FIG. 10, frequency control data DFCI in which the temperature fluctuation component (in a broad sense, the environment fluctuation component) and the aging fluctuation component from which the temperature fluctuation component is removed is input to the Kalman filter unit 54. The Kalman filter unit 54 performs Kalman filter processing on the frequency control data DFCI from which the temperature fluctuation component (environmental fluctuation component) has been removed, and estimates the true value of the frequency control data DFCI. That is, the ex post facto estimated value x ^ (k) is obtained. Then, the aging correction unit 56 performs aging correction based on the post-estimated value x ^ (k), which is the estimated true value. More specifically, the aging-corrected frequency control data AC (k) is obtained based on the ex post facto estimated value x ^ (k) and the correction value D'(k) from the Kalman filter unit 54. Then, the aging-corrected frequency control data AC (k) is input to the adder 65 via the selector 62, and the adder 65 receives the temperature compensation data TCODE (environmental fluctuation component) with respect to the AC (k). Compensation data) is added.

例えば図15の模式図に示すように、温度が変動すると、E1に示すように周波数制御データもそれに応じて変動してしまう。従って、E1のように温度変動に伴い変動する周波数制御データを用いて、カルマンフィルター処理を行ってしまうと、ホールドオーバー検出タイミングでの真値にも揺らぎが生じてしまう。 For example, as shown in the schematic diagram of FIG. 15, when the temperature fluctuates, the frequency control data also fluctuates accordingly as shown in E1. Therefore, if the Kalman filter processing is performed using the frequency control data that fluctuates with the temperature fluctuation as in E1, the true value at the holdover detection timing also fluctuates.

そこで本実施形態では、温度変動成分が除去された周波数制御データを取得して、カルマンフィルター部54に入力する。即ち、温度変動成分(環境変動成分)とエージング変動成分のうち、温度変動成分が除かれた周波数制御データを、カルマンフィルター部54に入力する。つまり、図15のE2に示すような周波数制御データを入力する。E2の周波数制御データは、温度変動成分が除かれており、エージング変動成分が残存した周波数制御データになっている。 Therefore, in the present embodiment, the frequency control data from which the temperature fluctuation component has been removed is acquired and input to the Kalman filter unit 54. That is, the frequency control data excluding the temperature fluctuation component from the temperature fluctuation component (environmental fluctuation component) and the aging fluctuation component is input to the Kalman filter unit 54. That is, the frequency control data as shown in E2 of FIG. 15 is input. The frequency control data of E2 is the frequency control data in which the temperature fluctuation component is removed and the aging fluctuation component remains.

カルマンフィルター部54は、このように温度変動成分が除去されて、エージング変動成分が残存した周波数制御データDFCIに対して、カルマンフィルター処理を行うことで、真値として推定される事後推定値x^(k)や、エージング補正の補正値D’(k)を求める。そして、ホールドオーバーの検出タイミングで推定された真値である事後推定値x^(k)や、補正値D’(k)がエージング補正部56に保持されて、エージング補正が実行される。 The Kalman filter unit 54 performs a Kalman filter process on the frequency control data DFCI from which the temperature fluctuation component is removed and the aging fluctuation component remains, so that the post-estimated value x ^ estimated as a true value. (K) and the correction value D'(k) for aging correction are obtained. Then, the ex post facto estimated value x ^ (k) and the correction value D'(k), which are true values estimated at the holdover detection timing, are held by the aging correction unit 56, and the aging correction is executed.

例えば加算器65により温度補償データTCODEを加算する処理を行うことで、周波数制御データDFCQは温度補償された周波数制御データになる。従って、周波数制御データDFCQが入力された発振信号生成回路140は、温度補償された発振周波数の発振信号OSCKを出力することになる。従って、この発振信号生成回路140と共にPLL回路を構成する図7の周波数制御データ生成部40は、図15のE2に示すように温度変動成分が除去された周波数制御データDFCIを、処理部50に供給することになる。そして、この温度変動成分が除去された周波数制御データDFCIには、図15のE2に示すように、経過時間と共に変化するエージング変動成分が残存している。従って、処理部50のカルマンフィルター部54が、このエージング変動成分が残存する周波数制御データDFCIに対するカルマンフィルター処理を行い、エージング補正部56が、カルマンフィルター処理の結果に基づいてエージング補正を行えば、高精度のエージング補正を実現できるようになる。 For example, the frequency control data DFCQ becomes the temperature-compensated frequency control data by performing the process of adding the temperature compensation data TCODE by the adder 65. Therefore, the oscillation signal generation circuit 140 to which the frequency control data DFCQ is input outputs the oscillation signal OSCK of the temperature-compensated oscillation frequency. Therefore, the frequency control data generation unit 40 of FIG. 7, which constitutes the PLL circuit together with the oscillation signal generation circuit 140, sends the frequency control data DFCI from which the temperature fluctuation component has been removed to the processing unit 50 as shown in E2 of FIG. It will be supplied. Then, in the frequency control data DFCI from which the temperature fluctuation component has been removed, as shown in E2 of FIG. 15, an aging fluctuation component that changes with the elapsed time remains. Therefore, if the Kalman filter unit 54 of the processing unit 50 performs the Kalman filter processing on the frequency control data DFCI in which the aging fluctuation component remains, and the aging correction unit 56 performs the aging correction based on the result of the Kalman filter processing, Highly accurate aging correction can be realized.

なお図10の変形例として、加算器65での温度補償データTCODEの加算処理を行わずに、周波数制御データDFCIの温度変動成分(環境変動成分)を除去するための演算処理を行って、演算処理後の周波数制御データDFCIをカルマンフィルター部54に入力するようにしてもよい。例えば図10の加算器65及びセレクター63の構成を省略して、カルマンフィルター部54の前段に、周波数制御データDFCIから温度補償データTCODEを減算する減算器を設け、この減算器の出力をカルマンフィルター部54に入力する。またエージング補正部56とセレクター62の間に、エージング補正部56の出力と温度補償データTCODEを加算する加算器を設け、加算器の出力をセレクター62の「1」側の端子に入力する。このような構成によっても、温度変動成分が除去されて、エージング変動成分だけが残存した周波数制御データDFCIを、カルマンフィルター部54に入力できるようになる。 As a modification of FIG. 10, the calculation process for removing the temperature fluctuation component (environmental fluctuation component) of the frequency control data DFCI is performed without performing the addition processing of the temperature compensation data TCODE in the adder 65. The processed frequency control data DFCI may be input to the Kalman filter unit 54. For example, the configuration of the adder 65 and the selector 63 in FIG. 10 is omitted, and a subtractor for subtracting the temperature compensation data TCODE from the frequency control data DFCI is provided in front of the Kalman filter unit 54, and the output of this subtractor is used as a Kalman filter. Input to unit 54. Further, an adder for adding the output of the aging correction unit 56 and the temperature compensation data TCODE is provided between the aging correction unit 56 and the selector 62, and the output of the adder is input to the terminal on the “1” side of the selector 62. Even with such a configuration, the frequency control data DFCI in which the temperature fluctuation component is removed and only the aging fluctuation component remains can be input to the Kalman filter unit 54.

図16に、エージング補正部56の詳細な構成例を示す。通常動作期間では、信号HOLDOVERが「0」になるため、セレクター360、361は「0」端子側を選択する。これにより、通常動作期間においてカルマンフィルター部54により演算された事後推定値x^(k)、補正値D’(k)(フィルター処理後の補正値)が、各々、レジスター350、351に保持される。 FIG. 16 shows a detailed configuration example of the aging correction unit 56. Since the signal HOLDOVER becomes "0" during the normal operation period, the selectors 360 and 361 select the "0" terminal side. As a result, the ex post facto estimated value x ^ (k) and the correction value D'(k) (correction value after the filter processing) calculated by the Kalman filter unit 54 during the normal operation period are held in the registers 350 and 351 respectively. To.

ホールドオーバーが検出されて、信号HOLDOVERが「1」になると、セレクター360、361は「1」端子側を選択する。これによりセレクター361は、ホールドオーバーの検出タイミングでレジスター351に保持された補正値D’(k)を、ホールドオーバー期間中は出力し続けることになる。 When the holdover is detected and the signal HOLDOVER becomes "1", the selectors 360 and 361 select the "1" terminal side. As a result, the selector 361 continues to output the correction value D'(k) held in the register 351 at the holdover detection timing during the holdover period.

そして、加算器340は、ホールドオーバーの検出タイミングでレジスター350に保持された事後推定値x^(k)に対して、レジスター351に保持されてセレクター361から出力された補正値D’(k)(補正値)を、各タイムステップごとに順次に加算する処理を行う。これにより下式(6)に示すようなエージング補正が実現される。 Then, the adder 340 has a correction value D'(k) held in the register 351 and output from the selector 361 with respect to the ex post facto estimated value x ^ (k) held in the register 350 at the holdover detection timing. (Correction value) is sequentially added for each time step. As a result, the aging correction as shown in the following equation (6) is realized.

即ち図8のC2のタイミングで保持された真値である事後推定値x^(k)に対して、C3の傾きに相当するエージングレートによる周波数変化をキャンセル(補償)する補正値D’(k)を、順次に加算する処理が行われて、エージング補正が実現される。 That is, the correction value D'(k) that cancels (compensates) the frequency change due to the aging rate corresponding to the slope of C3 with respect to the ex post facto estimated value x ^ (k) which is the true value held at the timing of C2 in FIG. ) Are sequentially added to realize aging correction.

5.カルマンフィルター処理
次に本実施形態のカルマンフィルター処理の詳細について説明する。図17にカルマンフィルターのモデルの例を示す。図17のモデルの状態方程式、観測方程式は下式(7)、(8)のように表される。
5. Kalman filter processing Next, the details of the Kalman filter processing of the present embodiment will be described. FIG. 17 shows an example of a Kalman filter model. The equations of state and observations of the model of FIG. 17 are expressed as the following equations (7) and (8).

kは離散的な時間であるタイムステップを表す。x(k)はタイムステップk(時刻k)におけるシステムの状態であり、例えばn次元のベクトルである。Aはシステム行列と呼ばれるものである。具体的には、Aはn×nの行列であり、システムノイズがない場合のタイムステップkにおけるシステムの状態とタイムステップk+1におけるシステムの状態を関連づけるものである。v(k)はシステムノイズである。y(k)は観測値であり、w(k)は観測ノイズである。Cは観測係数ベクトル(n次元)であり、Tは転置行列を表す。 k represents a time step that is a discrete time. x (k) is the state of the system at time step k (time k), for example an n-dimensional vector. A is called a system matrix. Specifically, A is an n × n matrix, and associates the state of the system in the time step k with the state of the system in the time step k + 1 when there is no system noise. v (k) is system noise. y (k) is the observed value and w (k) is the observed noise. C is an observation coefficient vector (n-dimensional), and T represents a transposed matrix.

上式(7)、(8)のモデルのカルマンフィルター処理では、下式(9)〜(13)の処理を行って、真値を推定する。 In the Kalman filter processing of the models of the above equations (7) and (8), the processing of the following equations (9) to (13) is performed to estimate the true value.

上式(9)、(10)は時間更新(予測過程)の式であり、上式(11)〜(13)は観測更新(観測過程)の式である。離散的な時間であるタイムステップkが1つ進む毎に、カルマンフィルター処理の時間更新(式(9)、(10))及び観測更新(式(11)〜(13))が1回行われる。 The above equations (9) and (10) are equations for time update (prediction process), and the above equations (11) to (13) are equations for observation update (observation process). Every time the time step k, which is a discrete time, advances by one, the Kalman filter processing time update (Equations (9), (10)) and observation update (Equations (11) to (13)) are performed once. ..

^(k)、x^(k−1)は、タイムステップk、k−1でのカルマンフィルター処理の事後推定値である。x^-(k)は、観測値を得る前に予測した事前推定値である。P(k)は、カルマンフィルター処理の事後共分散であり、P-(k)は、観測値を得る前に予測した事前共分散である。G(k)はカルマンゲインである。 x ^ (k) and x ^ (k-1) are post-estimated values of the Kalman filter processing in the time steps k and k-1. x ^- (k) is a pre-estimated value predicted before obtaining the observed value. P (k) is the posterior covariance of Kalman filtering process, P - (k) is a pre-covariance predicted prior to obtaining observations. G (k) is Kalman gain.

カルマンフィルター処理では、観測更新において、上式(11)によりカルマンゲインG(k)が求められる。また観測値y(k)に基づいて上式(12)により、事後推定値x^(k)が更新される。また上式(13)により、誤差の事後共分散P(k)が更新される。 In the Kalman filter processing, the Kalman gain G (k) is obtained by the above equation (11) in the observation update. Further, the ex post facto estimated value x ^ (k) is updated by the above equation (12) based on the observed value y (k). Further, the posterior covariance P (k) of the error is updated by the above equation (13).

またカルマンフィルター処理では、時間更新において、上式(9)に示すように、タイムステップk−1での事後推定値x^(k−1)と、システム行列Aに基づいて、次のタイムステップkでの事前推定値x^-(k)を予測する。また上式(10)に示すように、タイムステップk−1での事後共分散P(k−1)と、システム行列Aと、システムノイズv(k)に基づいて、次のタイムステップkでの事前共分散P-(k)を予測する。 In the Kalman filter processing, in the time update, as shown in the above equation (9), the next time step is based on the ex post facto estimated value x ^ (k-1) in the time step k-1 and the system matrix A. Predict the pre-estimated value x ^- (k) at k. Further, as shown in the above equation (10), in the next time step k based on the posterior covariance P (k-1) in the time step k-1, the system matrix A, and the system noise v (k). pre-covariance P - to predict the (k).

さて、上式(9)〜(13)のカルマンフィルター処理を実行しようとすると、処理部50の処理負荷が過大になり、回路装置の大規模化を招く場合がある。例えば上式(9)のx^-(k)=Ax^(k−1)のAを求めるためには、拡張カルマンフィルター処理が必要になる。そして拡張カルマンフィルター処理は、処理負荷が非常に重く、処理部50を、拡張カルマンフィルター処理が可能なハードウェアにより実現しようとすると、処理部50の回路面積が非常に大きくなり易い。このため、発振器に内蔵される回路装置に小型化が強く求められている状況においては不適なものになってしまう。一方、システム行列Aとして固定値のスカラー値を用いると、適切なエージング補正を実現する際の難易度が上がる。 By the way, if the Kalman filter processing of the above equations (9) to (13) is to be executed, the processing load of the processing unit 50 becomes excessive, which may lead to an increase in the scale of the circuit device. For example, in order to obtain A of x ^- (k) = Ax ^ (k-1) in the above equation (9), extended Kalman filter processing is required. The extended Kalman filter processing has a very heavy processing load, and if the processing unit 50 is to be realized by hardware capable of the extended Kalman filter processing, the circuit area of the processing unit 50 tends to be very large. Therefore, it becomes unsuitable in a situation where miniaturization is strongly required for the circuit device built in the oscillator. On the other hand, if a fixed scalar value is used as the system matrix A, the difficulty in realizing an appropriate aging correction increases.

そこでこのような状況を避ける必要性がある場合の解決手段として、本実施形態では、カルマンフィルター処理を、上式(9)〜(13)に代えて、下式(14)〜(19)に従った処理により実現する。即ち、処理部50(カルマンフィルター部54)は、下式(14)〜(19)に基づくカルマンフィルター処理を実行する。 Therefore, as a solution when it is necessary to avoid such a situation, in the present embodiment, the Kalman filter processing is changed to the following equations (14) to (19) instead of the above equations (9) to (13). It is realized by the following processing. That is, the processing unit 50 (Kalman filter unit 54) executes the Kalman filter processing based on the following equations (14) to (19).

なお本実施形態において、真値の推定処理の対象となるx(k)は周波数制御データであり、観測値y(k)も周波数制御データであるため、C=1になる。また、Aのスカラー値は1に限りなく近いため、上式(10)の代わりに上式(15)を用いることができる。 In the present embodiment, since x (k) to be the target of the true value estimation process is the frequency control data and the observed value y (k) is also the frequency control data, C = 1. Further, since the scalar value of A is as close to 1 as possible, the above equation (15) can be used instead of the above equation (10).

前述したように、カルマンフィルター処理として、拡張カルマンフィルター処理を採用する場合と比較して、本実施形態のカルマンフィルター処理では、上式(14)に示すように、タイムステップkでの事前推定値x^-(k)を、タイムステップk−1での事後推定値x^(k−1)と補正値D(k−1)の加算処理により求めている。このため、拡張カルマンフィルター処理を用いる必要がなくなり、処理部50の処理負荷の軽減や回路規模の増加の抑制等を図れるという点で優れる。 As described above, as compared with the case where the extended Kalman filter processing is adopted as the Kalman filter processing, in the Kalman filter processing of the present embodiment, as shown in the above equation (14), the pre-estimated value in the time step k x ^- (k) is obtained by the addition process of the ex post facto estimated value x ^ (k-1) and the correction value D (k-1) in the time step k-1. Therefore, it is not necessary to use the extended Kalman filter processing, and it is excellent in that the processing load of the processing unit 50 can be reduced and the increase in the circuit scale can be suppressed.

本実施形態では下記のような式の変形により、上式(14)を導出している。 In this embodiment, the above equation (14) is derived by modifying the equation as follows.

例えば上式(20)は上式(21)のように変形できる。ここで上式(21)の(A−1)は非常に小さい数になるため、上式(22)、(23)に示すように、(A−1)・x^(k−1)を、(A−1)・Fに置き換える近似が可能になる。そして、この(A−1)・Fを、補正値D(k−1)と置く。 For example, the above equation (20) can be modified like the above equation (21). Here, since (A-1) in the above equation (21) is a very small number, as shown in the above equations (22) and (23), (A-1) and x ^ (k-1) are used. , (A-1) · F 0 can be replaced with an approximation. Then, put the (A-1) · F 0 , and the correction value D (k-1).

そして上式(19)に示すように、タイムステップk−1からタイムステップkへの時間更新の際に、補正値D(k)=D(k−1)+E・(y(k)−x^-(k))=D(k−1)+E・ekの更新処理を行う。ここで、ek=y(k)−x^-(k)は、カルマンフィルター処理における観測残差と呼ばれるものである。またEは定数である。なお、定数Eの代わりに、カルマンゲインG(k)を用いる変形実施も可能である。即ち、D(k)=D(k−1)+G(k)・ekとしてもよい。 Then, as shown in the above equation (19), when the time is updated from the time step k-1 to the time step k, the correction value D (k) = D (k-1) + E · (y (k) −x. ^- (k)) = D (k-1) + E · ek is updated. Here, ek = y (k) −x ^- (k) is called the observation residual in the Kalman filter processing. E is a constant. It is also possible to carry out the modification using the Kalman gain G (k) instead of the constant E. That is, D (k) = D (k-1) + G (k) · ek may be set.

このように式(19)では、観測残差をekとし、定数をEとした場合に、D(k)=D(k−1)+E・ekにより補正値D(k)を求めている。このようにすることで、カルマンフィルター処理における観測残差ekを反映させた、補正値D(k)の更新処理が可能になる。 As described above, in the equation (19), when the observation residual is ek and the constant is E, the correction value D (k) is obtained by D (k) = D (k-1) + E · ek. By doing so, the correction value D (k) can be updated to reflect the observation residual ek in the Kalman filter processing.

図18にカルマンフィルター部54の構成例を示す。カルマンフィルター部54は、加算器300、301、302、303、304、乗算器305、レジスター310、311、312、313、セレクター320、321、フィルター330、331、演算器332、333を含む。なおカルマンフィルター部54の構成は図18に示す構成に限定されず、その一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。例えば加算器300〜304等の処理を1つの演算器による時分割処理により実現してもよい。 FIG. 18 shows a configuration example of the Kalman filter unit 54. The Kalman filter unit 54 includes adders 300, 301, 302, 303, 304, multiplier 305, registers 310, 311, 312, 313, selectors 320, 321 and filters 330, 331, and arithmetic units 332 and 333. The configuration of the Kalman filter unit 54 is not limited to the configuration shown in FIG. 18, and various modifications such as omitting some of the components or adding other components can be performed. For example, processing of adders 300 to 304 and the like may be realized by time division processing by one arithmetic unit.

加算器304とレジスター312により上式(14)の演算処理が実行される。またシステムノイズの設定用のシステムノイズ定数Vと、観測ノイズの設定用の観測ノイズ定数Wの情報は、図7の記憶部34から読み出されて、カルマンフィルター部54(処理部50)に入力される。そして、加算器300とレジスター310により、上式(15)の演算処理が実行される。また演算器332が、上式(16)の演算処理を実行して、カルマンゲインG(k)を求める。そして求められたカルマンゲインG(k)に基づいて、加算器301、乗算器305、加算器302により、上式(17)の演算処理が実行される。また演算器333が、上式(18)の演算処理を実行して、事後共分散P(k)を求める。 The arithmetic processing of the above equation (14) is executed by the adder 304 and the register 312. The information of the system noise constant V for setting the system noise and the observation noise constant W for setting the observation noise is read from the storage unit 34 of FIG. 7 and input to the Kalman filter unit 54 (processing unit 50). Will be done. Then, the adder 300 and the register 310 execute the arithmetic processing of the above equation (15). Further, the arithmetic unit 332 executes the arithmetic processing of the above equation (16) to obtain the Kalman gain G (k). Then, based on the obtained Kalman gain G (k), the adder 301, the multiplier 305, and the adder 302 execute the arithmetic processing of the above equation (17). Further, the arithmetic unit 333 executes the arithmetic processing of the above equation (18) to obtain the posterior covariance P (k).

また加算器303、レジスター311、フィルター330により、上式(19)の演算処理が実行される。フィルター330に入力される定数Eの情報は、図7の記憶部34から読み出される。定数Eはエージングレートの補正係数(フィルター定数)に相当する。例えばフィルター330が、定数Eに基づいてゲイン調整等を行うことで、上式(19)のE・(y(k)−x^-(k))を実現できる。 Further, the adder 303, the register 311 and the filter 330 execute the arithmetic processing of the above equation (19). The information of the constant E input to the filter 330 is read out from the storage unit 34 of FIG. The constant E corresponds to the aging rate correction coefficient (filter constant). For example, the filter 330 can realize the E · (y (k) −x ^- (k)) of the above equation (19) by adjusting the gain based on the constant E.

セレクター320、321は、各々、信号PLLLOCK、KFENが「1」である場合には、「1」側の端子の入力信号を選択する。セレクター320の出力信号はレジスター313に保持される。従って、ホールドオーバーの状態になって、信号PLLLOCKが「1」から「0」になると、ホールドオーバーの検出タイミングでの真値であるx^(k)がレジスター313に保持されることになる。 When the signals PLLLOCK and KFEN are "1", the selectors 320 and 321 select the input signal of the terminal on the "1" side, respectively. The output signal of the selector 320 is held in the register 313. Therefore, when the signal PLLLOCK changes from "1" to "0" in the holdover state, the true value x ^ (k) at the holdover detection timing is held in the register 313.

フィルター331は、補正値D(k)に対してフィルター処理を行う。具体的には補正値D(k)に対してデジタルローパスフィルター処理を行い、フィルター処理後の補正値D’(k)が、図16のエージング補正部56に入力される。定数Jはフィルター331のフィルター定数である。定数Jに基づいて、フィルター331の最適なカットオフ周波数が設定される。 The filter 331 performs a filter process on the correction value D (k). Specifically, the correction value D (k) is subjected to digital low-pass filter processing, and the correction value D'(k) after the filter processing is input to the aging correction unit 56 of FIG. The constant J is the filter constant of the filter 331. The optimum cutoff frequency of the filter 331 is set based on the constant J.

例えば、エージングレートによる周波数変化を補償する補正値D(k)には、図8から明らかなように細かい変動の揺らぎがある。従って、このように揺らぎのある補正値D(k)が、真値に加算されてしまうと、エージング補正の精度が低下してしまう。 For example, the correction value D (k) that compensates for the frequency change due to the aging rate has fine fluctuations as is clear from FIG. Therefore, if the correction value D (k) having such fluctuations is added to the true value, the accuracy of the aging correction is lowered.

この点、本実施形態では、真値に対して、フィルター処理後の補正値D’(k)が加算されるため、より高精度のエージング補正を実現できるようになる。 In this respect, in the present embodiment, since the correction value D'(k) after the filtering process is added to the true value, more accurate aging correction can be realized.

以上のように本実施形態では、処理部50は、上式(14)に示すように、カルマンフィルター処理の事前推定値の更新処理(時間更新)において、今回のタイミングでの事前推定値x^-(k)を、前回のタイミングでの事後推定値x^(k−1)と補正値D(k−1)との加算処理により求める処理を行う。そしてカルマンフィルター処理の結果に基づいて、周波数制御データのエージング補正を行う。即ち、前回のタイミングであるタイムステップk−1での事後推定値x^(k−1)と補正値D(k−1)との加算処理を行って、今回のタイミングであるタイムステップkでの事前推定値x^-(k)を、x^-(k)=x^(k−1)+D(k−1)により求める。 As described above, in the present embodiment, as shown in the above equation (14), the processing unit 50 updates the pre-estimated value of the Kalman filter processing (time update), and the pre-estimated value x ^ at the current timing. - (K) is obtained by the addition process of the ex post facto estimated value x ^ (k-1) and the correction value D (k-1) at the previous timing. Then, based on the result of the Kalman filter processing, the aging correction of the frequency control data is performed. That is, the ex post facto estimated value x ^ (k-1) and the correction value D (k-1) in the time step k-1 which is the previous timing are added, and the time step k which is the current timing is used. The pre-estimated value x ^- (k) of is obtained by x ^- (k) = x ^ (k-1) + D (k-1).

そして処理部50(エージング補正部56)は、このカルマンフィルター処理の結果(真値、補正値)に基づいて、エージング補正を行う。即ち、タイムステップkでの補正値をD(k)(或いはD’(k))とし、タイムステップkでのエージング補正された周波数制御データをAC(k)とした場合に、タイムステップk+1でのエージング補正された周波数制御データAC(k+1)を、AC(k+1)=AC(k)+D(k)(或いはAC(k)+D’(k))により求める。 Then, the processing unit 50 (aging correction unit 56) performs aging correction based on the result (true value, correction value) of this Kalman filter processing. That is, when the correction value in the time step k is D (k) (or D'(k)) and the aging-corrected frequency control data in the time step k is AC (k), the time step k + 1 is used. The aging-corrected frequency control data AC (k + 1) is obtained by AC (k + 1) = AC (k) + D (k) (or AC (k) + D'(k)).

また処理部50は、上式(19)に示すように、今回のタイミングでの補正値D(k)を、前回のタイミングでの補正値D(k−1)とカルマンフィルター処理での観測残差ekとに基づいて求める。例えば前回のタイミングでの補正値D(k−1)に対して、観測残差に基づく値であるE・ek(或いはG(k)・ek)を加算する処理を行うことで、今回のタイミングでの補正値D(k)を求める。具体的には、今回のタイミングであるタイムステップkでの補正値D(k)を、前回のタイミングであるタイムステップk−1での補正値D(k−1)とカルマンフィルター処理における観測残差ekとに基づいて求める。例えば、観測残差をekとし、定数をEとした場合に、D(k)=D(k−1)+E・ekにより、補正値D(k)を求める。 Further, as shown in the above equation (19), the processing unit 50 sets the correction value D (k) at the current timing as the correction value D (k-1) at the previous timing and the observation residue in the Kalman filter processing. It is calculated based on the difference ek. For example, by adding E · ek (or G (k) · ek), which is a value based on the observation residual, to the correction value D (k-1) at the previous timing, this timing The correction value D (k) in is obtained. Specifically, the correction value D (k) at the time step k, which is the current timing, the correction value D (k-1) at the time step k-1, which is the previous timing, and the observation residue in the Kalman filter processing. It is calculated based on the difference ek. For example, when the observation residual is ek and the constant is E, the correction value D (k) is obtained by D (k) = D (k-1) + E · ek.

例えば本実施形態では、図15で説明したように、温度変動成分情報等の環境変動成分情報を取得し、取得された環境変動成分情報を用いて、環境変動成分とエージング変動成分のうち環境変動成分が除かれた周波数制御データを取得する。ここで環境変動成分情報は、電源電圧変動成分、気圧変動成分又は重力変動成分等であってもよい。そして環境変動成分が除かれた周波数制御データに基づいて、エージング補正を行う。具体的には環境変動成分が温度であったとする。この場合、環境変動成分情報を取得するための環境変動情報取得部としての図7の温度センサー10からの、温度検出電圧VTDにより求められる温度検出データDTDに基づいて、環境変動成分情報である温度変動成分情報を取得する。そして取得された温度変動成分情報を用いて、温度変動成分が除かれた周波数制御データが取得される。例えば図10の温度補償部58が温度補償データTCODEを取得し、加算器65により温度補償データTCODEの加算処理を行うことで、温度変動成分が除去された周波数制御データDFCIが周波数制御データ生成部40から入力され、処理部50により取得されるようになる。即ち、図15のE2に示すように、温度変動成分が除去される一方で、エージング変動成分が残存した周波数制御データDFCIが取得されて、カルマンフィルター部54に入力されるようになる。 For example, in the present embodiment, as described with reference to FIG. 15, environmental change component information such as temperature change component information is acquired, and the acquired environmental change component information is used to change the environment among the environmental change component and the aging change component. Acquire frequency control data from which components have been removed. Here, the environmental fluctuation component information may be a power supply voltage fluctuation component, an atmospheric pressure fluctuation component, a gravity fluctuation component, or the like. Then, aging correction is performed based on the frequency control data from which the environmental fluctuation component is removed. Specifically, it is assumed that the environmental change component is temperature. In this case, the temperature, which is the environmental change component information, is based on the temperature detection data DTD obtained by the temperature detection voltage VTD from the temperature sensor 10 of FIG. 7 as the environmental change information acquisition unit for acquiring the environmental change component information. Acquire variable component information. Then, using the acquired temperature fluctuation component information, frequency control data from which the temperature fluctuation component has been removed is acquired. For example, the temperature compensation unit 58 in FIG. 10 acquires the temperature compensation data TCODE, and the adder 65 performs the addition processing of the temperature compensation data TCODE, so that the frequency control data DFCI from which the temperature fluctuation component is removed is the frequency control data generation unit. It is input from 40 and is acquired by the processing unit 50. That is, as shown in E2 of FIG. 15, the frequency control data DFCI in which the temperature fluctuation component remains while the temperature fluctuation component is removed is acquired and input to the Kalman filter unit 54.

なお、環境変動成分が除かれた周波数制御データとは、環境変動成分が完全に除かれた好適な状態の周波数制御データの他に、周波数制御データ内に無視できるレベルの環境変動成分が含まれている状態の周波数制御データも含む。 The frequency control data from which the environmental fluctuation component has been removed includes, in addition to the frequency control data in a suitable state in which the environmental fluctuation component is completely removed, the environmental fluctuation component at a negligible level is included in the frequency control data. Also includes frequency control data in the state of being.

例えば温度変動成分情報、或いは電源電圧変動成分情報等の環境変動成分情報については、環境変動成分情報を検出する環境変動情報取得部である温度センサー、電圧検出回路等により取得することができる。一方、エージング変動成分は、時間経過と共に変化する発振周波数の変動成分であり、当該エージング変動成分の情報をセンサー等により直接に検出することは難しい。 For example, environmental fluctuation component information such as temperature fluctuation component information or power supply voltage fluctuation component information can be acquired by a temperature sensor, a voltage detection circuit, or the like, which is an environmental fluctuation information acquisition unit that detects environmental fluctuation component information. On the other hand, the aging fluctuation component is a fluctuation component of the oscillation frequency that changes with the passage of time, and it is difficult to directly detect the information of the aging fluctuation component by a sensor or the like.

そこで本実施形態では、センサー等により検出可能な温度変動成分情報等の環境変動成分情報を取得し、この環境変動成分情報を利用して、環境変動成分とエージング変動成分のうち環境変動成分が除かれた周波数制御データを取得する。即ち、周波数制御データの変動成分から、環境変動成分を除去する処理(例えば加算器65による加算処理)を行うことで、図15のE2に示すようにエージング変動成分だけが残存した周波数制御データを取得できる。そして、エージング変動成分が残存した周波数制御データに基づいて、カルマンフィルター処理等を行えば、周波数制御データについての真値を推定できる。そして、このようにして推定された真値に基づいて、エージング補正を行えば、従来例では実現できなかった高精度のエージング補正を実現できるようになる。 Therefore, in the present embodiment, environmental change component information such as temperature change component information that can be detected by a sensor or the like is acquired, and the environmental change component is excluded from the environmental change component and the aging change component by using this environmental change component information. Acquire the frequency control data. That is, by performing a process of removing the environmental variable component from the variable component of the frequency control data (for example, an addition process by the adder 65), the frequency control data in which only the aging variable component remains as shown in E2 of FIG. 15 is obtained. Can be obtained. Then, the true value of the frequency control data can be estimated by performing Kalman filter processing or the like based on the frequency control data in which the aging fluctuation component remains. Then, if the aging correction is performed based on the true value estimated in this way, it becomes possible to realize a highly accurate aging correction that could not be realized in the conventional example.

このように本実施形態では、カルマンフィルター部54には、温度変動成分(環境変動成分)が除去される一方で、エージング変動成分が残存する周波数制御データDFCIが入力されている。そして図1、図8に示すように、期間を限定すれば、その期間内では、発振周波数は一定のエージングレートで変化するものと想定できる。例えば図8のC3に示すような一定の傾きで変化するものと想定できる。 As described above, in the present embodiment, the frequency control data DFCI in which the temperature fluctuation component (environmental fluctuation component) is removed while the aging fluctuation component remains is input to the Kalman filter unit 54. Then, as shown in FIGS. 1 and 8, if the period is limited, it can be assumed that the oscillation frequency changes at a constant aging rate within that period. For example, it can be assumed that the slope changes with a constant inclination as shown in C3 of FIG.

本実施形態では、このようなエージング変動成分による一定のエージングレートでの周波数変化を、補償(キャンセル)するための補正値を、D(k)=D(k−1)+E・ekの式により求めている。即ち、図8のC3の傾きに相当するエージングレートによる周波数変化を、補償するための補正値D(k)を求めている。ここで、エージングレートは一定ではなく、図1、図8に示すように、経過時間に応じて変化する。 In the present embodiment, the correction value for compensating (cancelling) the frequency change at a constant aging rate due to such an aging fluctuation component is calculated by the formula of D (k) = D (k-1) + E · ek. I'm looking for. That is, the correction value D (k) for compensating for the frequency change due to the aging rate corresponding to the slope of C3 in FIG. 8 is obtained. Here, the aging rate is not constant and changes according to the elapsed time as shown in FIGS. 1 and 8.

この点、本実施形態では、D(k)=D(k−1)+E・ekというように、カルマンフィルター処理の観測残差ek=y(k)−x^-(k)に基づいて、エージングレートに対応する補正値D(k)の更新処理を行っている。従って、経過時間に応じたエージングレートの変化についても反映させた補正値D(k)の更新処理を実現できるようになる。従って、より高精度なエージング補正の実現が可能になる。 In this respect, in the present embodiment, D (k) = D (k-1) + E · ek, based on the observation residual ek = y (k) −x ^- (k) of the Kalman filter processing. The correction value D (k) corresponding to the aging rate is updated. Therefore, it becomes possible to realize the update process of the correction value D (k) that also reflects the change in the aging rate according to the elapsed time. Therefore, it is possible to realize more accurate aging correction.

例えば図19では、実測周波数偏差と予測周波数偏差を対比して示している。D1は、実測の発振周波数の周波数偏差であり、D2は、本実施形態のカルマンフィルターの推定処理による予測の発振周波数の周波数偏差である。D1に示す実測周波数偏差に対して、D2に示す予測周波数偏差は許容誤差範囲内に入っており、本実施形態により高精度なエージング補正が実現されていることが示されている。 For example, in FIG. 19, the measured frequency deviation and the predicted frequency deviation are shown in comparison. D1 is the frequency deviation of the actually measured oscillation frequency, and D2 is the frequency deviation of the oscillation frequency predicted by the estimation process of the Kalman filter of the present embodiment. The predicted frequency deviation shown in D2 is within the permissible error range with respect to the measured frequency deviation shown in D1, indicating that highly accurate aging correction is realized by this embodiment.

6.温度センサー、発振回路
図20に温度センサー10の構成例を示す。図20の温度センサー10は、電流源ISTと、電流源ISTからの電流がコレクターに供給されるバイポーラートランジスターTRTを有する。バイポーラートランジスターTRTは、そのコレクターとのベースが接続されるダイオード接続となっており、バイポーラートランジスターTRTのコレクターのノードに、温度特性を有する温度検出電圧VTDが出力される。温度検出電圧VTDの温度特性は、バイポーラートランジスターTRTのベース・エミッター間電圧の温度依存性によって生じる。この温度センサー10の温度検出電圧VTDは、例えば負の温度特性(負の勾配を有する1次の温度特性)を有する。
6. Temperature sensor and oscillation circuit FIG. 20 shows a configuration example of the temperature sensor 10. The temperature sensor 10 of FIG. 20 has a current source IST and a bipolar transistor TRT in which the current from the current source IST is supplied to the collector. The bipolar transistor TRT is a diode connection to which a base is connected to the collector, and a temperature detection voltage VTD having a temperature characteristic is output to a node of the collector of the bipolar transistor TRT. The temperature characteristic of the temperature detection voltage VTD is caused by the temperature dependence of the base-emitter voltage of the bipolar transistor TRT. The temperature detection voltage VTD of the temperature sensor 10 has, for example, a negative temperature characteristic (a first-order temperature characteristic having a negative gradient).

図21に発振回路150の構成例を示す。この発振回路150は、電流源IBX、バイポーラートランジスターTRX、抵抗RX、可変容量キャパシターCX1、キャパシターCX2、CX3を有する。 FIG. 21 shows a configuration example of the oscillation circuit 150. The oscillation circuit 150 includes a current source IBX, a bipolar transistor TRX, a resistor RX, a variable capacitance capacitor CX1, a capacitor CX2, and a CX3.

電流源IBXは、バイポーラートランジスターTRXのコレクターにバイアス電流を供給する。抵抗RXは、バイポーラートランジスターTRXのコレクターとベースの間に設けられる。 The current source IBX supplies a bias current to the collector of the bipolar transistor TRX. The resistor RX is provided between the collector and the base of the bipolar transistor TRX.

容量が可変である可変容量キャパシターCX1の一端は、振動子XTALの一端に接続される。具体的には、可変容量キャパシターCX1の一端は、回路装置の第1の振動子用端子(振動子用パッド)を介して振動子XTALの一端に接続される。キャパシターCX2の一端は、振動子XTALの他端に接続される。具体的には、キャパシターCX2の一端は、回路装置の第2の振動子用端子(振動子用パッド)を介して振動子XTALの他端に接続される。キャパシターCX3は、その一端が振動子XTALの一端に接続され、その他端がバイポーラートランジスターTRXのコレクターに接続される。 One end of the variable capacitance capacitor CX1 having a variable capacitance is connected to one end of the oscillator XTAL. Specifically, one end of the variable capacitance capacitor CX1 is connected to one end of the oscillator XTAL via a first oscillator terminal (oscillator pad) of the circuit device. One end of the capacitor CX2 is connected to the other end of the oscillator XTAL. Specifically, one end of the capacitor CX2 is connected to the other end of the oscillator XTAL via a second oscillator terminal (oscillator pad) of the circuit device. One end of the capacitor CX3 is connected to one end of the oscillator XTAL, and the other end is connected to the collector of the bipolar transistor TRX.

バイポーラートランジスターTRXには、振動子XTALの発振により生じたベース・エミッター間電流が流れる。そしてベース・エミッター間電流が増加すると、バイポーラートランジスターTRXのコレクター・エミッター間電流が増加し、電流源IBXから抵抗RXに分岐するバイアス電流が減少するので、コレクター電圧VCXが低下する。一方、バイポーラートランジスターTRXのベース・エミッター間電流が減少すると、コレクター・エミッター間電流が減少し、電流源IBXから抵抗RXに分岐するバイアス電流が増加するので、コレクター電圧VCXが上昇する。このコレクター電圧VCXはキャパシターCX3を介して振動子XTALにフィードバックされる。 A base-emitter current generated by the oscillation of the oscillator XTAL flows through the bipolar transistor TRX. When the base-emitter current increases, the collector-emitter current of the bipolar transistor TRX increases, and the bias current branched from the current source IBX to the resistor RX decreases, so that the collector voltage VCX decreases. On the other hand, when the base-emitter current of the bipolar transistor TRX decreases, the collector-emitter current decreases and the bias current branching from the current source IBX to the resistor RX increases, so that the collector voltage VCX rises. This collector voltage VCX is fed back to the oscillator XTAL via the capacitor CX3.

振動子XTALの発振周波数は温度特性を有しており、この温度特性は、D/A変換部80の出力電圧VQ(周波数制御電圧)により補償される。即ち、出力電圧VQは可変容量キャパシターCX1に入力され、出力電圧VQにより可変容量キャパシターCX1の容量値が制御される。可変容量キャパシターCX1の容量値が変化すると、発振ループの共振周波数が変化するので、振動子XTALの温度特性による発振周波数の変動が補償される。可変容量キャパシターCX1は、例えば可変容量ダイオード(バラクター)などにより実現される。 The oscillation frequency of the oscillator XTAL has a temperature characteristic, and this temperature characteristic is compensated by the output voltage VQ (frequency control voltage) of the D / A conversion unit 80. That is, the output voltage VQ is input to the variable capacitance capacitor CX1, and the capacitance value of the variable capacitor CX1 is controlled by the output voltage VQ. When the capacitance value of the variable capacitance capacitor CX1 changes, the resonance frequency of the oscillation loop changes, so that the fluctuation of the oscillation frequency due to the temperature characteristic of the oscillator XTAL is compensated. The variable capacitance capacitor CX1 is realized by, for example, a variable capacitance diode (varicap).

なお、本実施形態の発振回路150は、図21の構成に限定されず、種々の変形実施が可能である。例えば図21ではCX1を可変容量キャパシターとする場合を例に説明したが、CX2又はCX3を、出力電圧VQで制御される可変容量キャパシターとしてもよい。また、CX1〜CX3のうち複数を、VQで制御される可変容量キャパシターとしてもよい。 The oscillation circuit 150 of the present embodiment is not limited to the configuration shown in FIG. 21, and various modifications can be made. For example, in FIG. 21, the case where CX1 is used as a variable capacitance capacitor has been described as an example, but CX2 or CX3 may be used as a variable capacitance capacitor controlled by an output voltage VQ. Further, a plurality of CX1 to CX3 may be used as variable capacitance capacitors controlled by VQ.

また、発振回路150は、振動子XTALを発振させるためのすべての回路要素を含んでいなくてもよい。例えば、回路装置500の外部に設けたディスクリート部品によって一部の回路要素を構成し、外部接続端子を介して発振回路150と接続するような構成であってもよい。 Further, the oscillation circuit 150 does not have to include all the circuit elements for oscillating the oscillator XTAL. For example, some circuit elements may be configured by discrete components provided outside the circuit device 500, and may be connected to the oscillation circuit 150 via an external connection terminal.

7.変形例
次に本実施形態の種々の変形例について説明する。図22に本実施形態の変形例の回路装置の構成例を示す。
7. Modifications Next, various modifications of the present embodiment will be described. FIG. 22 shows a configuration example of a circuit device of a modified example of the present embodiment.

図22では、図7とは異なり、発振信号生成回路140にD/A変換部80が設けられていない。そして発振信号生成回路140により生成される発振信号OSCKの発振周波数が、処理部50からの周波数制御データDFCQに基づいて、直接に制御される。即ちD/A変換部を介さずに発振信号OSCKの発振周波数が制御される。 In FIG. 22, unlike FIG. 7, the oscillation signal generation circuit 140 is not provided with the D / A conversion unit 80. Then, the oscillation frequency of the oscillation signal OSCK generated by the oscillation signal generation circuit 140 is directly controlled based on the frequency control data DFCQ from the processing unit 50. That is, the oscillation frequency of the oscillation signal OSCK is controlled without going through the D / A conversion unit.

例えば図22では、発振信号生成回路140が、可変容量回路142と発振回路150を有する。この発振信号生成回路140には図7のD/A変換部80は設けられていない。そして図21の可変容量キャパシターCX1の代わりに、この可変容量回路142が設けられ、可変容量回路142の一端が振動子XTALの一端に接続される。 For example, in FIG. 22, the oscillation signal generation circuit 140 has a variable capacitance circuit 142 and an oscillation circuit 150. The oscillation signal generation circuit 140 is not provided with the D / A conversion unit 80 of FIG. 7. Then, instead of the variable capacitance capacitor CX1 of FIG. 21, this variable capacitance circuit 142 is provided, and one end of the variable capacitance circuit 142 is connected to one end of the oscillator XTAL.

この可変容量回路142は、処理部50からの周波数制御データDFCQに基づいて、その容量値が制御される。例えば可変容量回路142は、複数のキャパシター(キャパシターアレイ)と、周波数制御データDFCQに基づき各スイッチ素子のオン、オフが制御される複数のスイッチ素子(スイッチアレイ)を有する。これらの複数のスイッチ素子の各スイッチ素子は、複数のキャパシターの各キャパシターに電気的に接続される。そして、これらの複数のスイッチ素子がオン又はオフされることで、複数のキャパシターのうち、振動子XTALの一端に、その一端が接続されるキャパシターの個数が変化する。これにより、可変容量回路142の容量値が制御されて、振動子XTALの一端の容量値が変化する。従って、周波数制御データDFCQにより、可変容量回路142の容量値が直接に制御されて、発振信号OSCKの発振周波数を制御できるようになる。 The capacitance value of the variable capacitance circuit 142 is controlled based on the frequency control data DFCQ from the processing unit 50. For example, the variable capacitance circuit 142 has a plurality of capacitors (capacitor arrays) and a plurality of switch elements (switch arrays) whose on / off control of each switch element is controlled based on the frequency control data DFCQ. Each switch element of these plurality of switch elements is electrically connected to each capacitor of the plurality of capacitors. Then, when these a plurality of switch elements are turned on or off, the number of capacitors to which one end of the plurality of capacitors is connected to one end of the oscillator XTAL changes. As a result, the capacitance value of the variable capacitance circuit 142 is controlled, and the capacitance value at one end of the oscillator XTAL changes. Therefore, the capacitance value of the variable capacitance circuit 142 is directly controlled by the frequency control data DFCQ, and the oscillation frequency of the oscillation signal OSCK can be controlled.

また本実施形態の回路装置を用いてPLL回路を構成する場合に、ダイレクト・デジタル・シンセサイザー方式のPLL回路とすることも可能である。図23にダイレクト・デジタル・シンセサイザー方式の場合の回路構成例を示す。 Further, when a PLL circuit is configured by using the circuit device of the present embodiment, it is also possible to use a direct digital synthesizer type PLL circuit. FIG. 23 shows an example of a circuit configuration in the case of the direct digital synthesizer system.

位相比較部380(比較演算部)は、基準信号RFCKと発振信号OSCK(発振信号に基づく入力信号)の位相比較(比較演算)を行う。デジタルフィルター部382は、位相誤差の平滑化処理を行う。位相比較部380の構成、動作は図6の位相比較部41と同様であり、カウンターやTDC(時間デジタル変換器)を含むことができる。デジタルフィルター部382は図6のデジタルフィルター部44に相当するものである。数値制御型発振器384は、振動子XTALを有する基準発振器386からの基準発振信号を用いて、任意の周波数や波形をデジタル的に合成する回路である。即ちVCOのようにD/A変換器からの制御電圧に基づいて発振周波数を制御するのではなく、デジタルの周波数制御データと基準発振器386(振動子XTAL)を用いて、デジタル演算処理により任意の発振周波数の発振信号OSCKを生成する。図23の構成により、ダイレクト・デジタル・シンセサイザー方式のADPLL回路を実現できる。 The phase comparison unit 380 (comparison calculation unit) performs phase comparison (comparison calculation) between the reference signal RFCK and the oscillation signal OSCK (input signal based on the oscillation signal). The digital filter unit 382 performs a phase error smoothing process. The configuration and operation of the phase comparison unit 380 are the same as those of the phase comparison unit 41 of FIG. 6, and a counter and a TDC (time digital converter) can be included. The digital filter unit 382 corresponds to the digital filter unit 44 in FIG. The numerically controlled oscillator 384 is a circuit that digitally synthesizes an arbitrary frequency and waveform using a reference oscillation signal from a reference oscillator 386 having an oscillator XTAL. That is, instead of controlling the oscillation frequency based on the control voltage from the D / A converter as in VCO, using digital frequency control data and the reference oscillator 386 (oscillator XTAL), any arbitrary arithmetic processing is performed. Generates an oscillation signal OSCK with an oscillation frequency. With the configuration of FIG. 23, a direct digital synthesizer type ADPLL circuit can be realized.

8.発振器、電子機器、移動体
図24に、本実施形態の回路装置500を含む発振器400の構成例を示す。図24に示すように、発振器400は、振動子420と回路装置500を含む。振動子420と回路装置500は、発振器400のパッケージ410内に実装される。そして振動子420の端子と、回路装置500(IC)の端子(パッド)は、パッケージ410の内部配線により電気的に接続される。
8. Oscillator, Electronic Equipment, Mobile Body FIG. 24 shows a configuration example of an oscillator 400 including the circuit device 500 of this embodiment. As shown in FIG. 24, the oscillator 400 includes an oscillator 420 and a circuit device 500. The oscillator 420 and the circuit device 500 are mounted in the package 410 of the oscillator 400. The terminal of the oscillator 420 and the terminal (pad) of the circuit device 500 (IC) are electrically connected by the internal wiring of the package 410.

図25に、本実施形態の回路装置500を含む電子機器の構成例を示す。この電子機器は、本実施形態の回路装置500、水晶振動子等の振動子420、アンテナANT、通信部510、処理部520を含む。また操作部530、表示部540、記憶部550を含むことができる。振動子420と回路装置500により発振器400が構成される。なお電子機器は図25の構成に限定されず、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。 FIG. 25 shows a configuration example of an electronic device including the circuit device 500 of the present embodiment. This electronic device includes the circuit device 500 of the present embodiment, an oscillator 420 such as a crystal oscillator, an antenna ANT, a communication unit 510, and a processing unit 520. Further, the operation unit 530, the display unit 540, and the storage unit 550 can be included. The oscillator 400 is composed of the oscillator 420 and the circuit device 500. The electronic device is not limited to the configuration shown in FIG. 25, and various modifications such as omitting some of these components or adding other components can be performed.

図25の電子機器としては、例えば基地局又はルーター等のネットワーク関連機器や、高精度の計測機器や、GPS内蔵時計、生体情報測定機器(脈波計、歩数計等)又は頭部装着型表示装置等のウェアラブル機器や、スマートフォン、携帯電話機、携帯型ゲーム装置、ノートPC又はタブレットPC等の携帯情報端末(移動端末)や、コンテンツを配信するコンテンツ提供端末や、デジタルカメラ又はビデオカメラ等の映像機器などの種々の機器を想定できる。 Examples of the electronic devices shown in FIG. 25 include network-related devices such as base stations or routers, high-precision measuring devices, GPS built-in clocks, biometric information measuring devices (pulse wave meters, pedometers, etc.), or head-mounted displays. Wearable devices such as devices, mobile information terminals (mobile terminals) such as smartphones, mobile phones, portable game devices, notebook PCs or tablet PCs, content providing terminals that distribute content, and images from digital cameras or video cameras. Various devices such as devices can be assumed.

通信部510(無線回路)は、アンテナANTを介して外部からデータを受信したり、外部にデータを送信する処理を行う。処理部520は、電子機器の制御処理や、通信部510を介して送受信されるデータの種々のデジタル処理などを行う。この処理部520の機能は、例えばマイクロコンピューターなどのプロセッサーにより実現できる。 The communication unit 510 (wireless circuit) performs a process of receiving data from the outside or transmitting data to the outside via the antenna ANT. The processing unit 520 performs control processing of the electronic device, various digital processing of data transmitted and received via the communication unit 510, and the like. The function of the processing unit 520 can be realized by a processor such as a microcomputer.

操作部530は、ユーザーが入力操作を行うためのものであり、操作ボタンやタッチパネルディスプレイをなどにより実現できる。表示部540は、各種の情報を表示するものであり、液晶や有機ELなどのディスプレイにより実現できる。なお操作部530としてタッチパネルディスプレイを用いる場合には、このタッチパネルディスプレイが操作部530及び表示部540の機能を兼ねることになる。記憶部550は、データを記憶するものであり、その機能はRAMやROMなどの半導体メモリーやHDD(ハードディスクドライブ)などにより実現できる。 The operation unit 530 is for the user to perform an input operation, and can be realized by an operation button, a touch panel display, or the like. The display unit 540 displays various types of information, and can be realized by a display such as a liquid crystal or an organic EL. When a touch panel display is used as the operation unit 530, the touch panel display also functions as the operation unit 530 and the display unit 540. The storage unit 550 stores data, and its function can be realized by a semiconductor memory such as RAM or ROM, an HDD (hard disk drive), or the like.

図26に、本実施形態の回路装置を含む移動体の例を示す。本実施形態の回路装置(発振器)は、例えば、車、飛行機、バイク、自転車、或いは船舶等の種々の移動体に組み込むことができる。移動体は、例えばエンジンやモーター等の駆動機構、ハンドルや舵等の操舵機構、各種の電子機器(車載機器)を備えて、地上や空や海上を移動する機器・装置である。図26は移動体の具体例としての自動車206を概略的に示している。自動車206には、本実施形態の回路装置と振動子を有する発振器(不図示)が組み込まれる。制御装置208は、この発振器により生成されたクロック信号により動作する。制御装置208は、例えば車体207の姿勢に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪209のブレーキを制御する。例えば制御装置208により、自動車206の自動運転を実現してもよい。なお本実施形態の回路装置や発振器が組み込まれる機器は、このような制御装置208には限定されず、自動車206等の移動体に設けられる種々の機器(車載機器)に組み込むことが可能である。 FIG. 26 shows an example of a moving body including the circuit device of the present embodiment. The circuit device (oscillator) of the present embodiment can be incorporated into various moving bodies such as a car, an airplane, a motorcycle, a bicycle, or a ship. The moving body is, for example, a device / device provided with a drive mechanism such as an engine or a motor, a steering mechanism such as a steering wheel or a rudder, and various electronic devices (vehicle-mounted devices), and moves on the ground, in the sky, or on the sea. FIG. 26 schematically shows an automobile 206 as a specific example of the moving body. An oscillator (not shown) having a circuit device and an oscillator of the present embodiment is incorporated in the automobile 206. The control device 208 operates by the clock signal generated by this oscillator. The control device 208 controls the hardness of the suspension according to, for example, the posture of the vehicle body 207, and controls the brakes of the individual wheels 209. For example, the control device 208 may realize the automatic driving of the automobile 206. The device in which the circuit device and the oscillator of the present embodiment are incorporated is not limited to such a control device 208, and can be incorporated in various devices (vehicle-mounted devices) provided in a moving body such as an automobile 206. ..

図27は、発振器400の詳細な構造例である。図27の発振器400はダブルオーブン構造(広義にはオーブン構造)の発振器となっている。 FIG. 27 is a detailed structural example of the oscillator 400. The oscillator 400 in FIG. 27 is an oscillator having a double oven structure (in a broad sense, an oven structure).

パッケージ410は、基板411とケース412により構成される。基板411には不図示の種々の電子部品が搭載される。ケース412の内部には、第2の容器414が設けられ、第2の容器414の内部には第1の容器413が設けられる。そして第1の容器413の上面の内側面(下側面)に振動子420が実装される。また第1の容器413の上面の外側面(上側面)に、本実施形態の回路装置500、ヒーター450、温度センサー460が実装される。ヒーター450(発熱素子)により、例えば第2の容器414の内部の温度を調整できる。そして温度センサー460により、例えば第2の容器414の内部の温度を検出できる。 The package 410 is composed of a substrate 411 and a case 412. Various electronic components (not shown) are mounted on the substrate 411. A second container 414 is provided inside the case 412, and a first container 413 is provided inside the second container 414. Then, the vibrator 420 is mounted on the inner side surface (lower side surface) of the upper surface of the first container 413. Further, the circuit device 500, the heater 450, and the temperature sensor 460 of the present embodiment are mounted on the outer surface (upper side surface) of the upper surface of the first container 413. The temperature inside the second container 414 can be adjusted by the heater 450 (heating element), for example. Then, the temperature sensor 460 can detect, for example, the temperature inside the second container 414.

第2の容器414は基板416上に設けられる。基板416は各種の電子部品を搭載可能な回路基板である。基板416のうち、第2の容器414が設けられる面の裏側面に、ヒーター452、温度センサー462が実装されている。例えばヒーター452(発熱素子)により、ケース412と第2の容器414の間の空間の温度を調整できる。そして温度センサー462により、ケース412と第2の容器414の間の空間の温度を検出できる。 The second container 414 is provided on the substrate 416. The board 416 is a circuit board on which various electronic components can be mounted. A heater 452 and a temperature sensor 462 are mounted on the back surface of the substrate 416 on which the second container 414 is provided. For example, a heater 452 (heating element) can adjust the temperature of the space between the case 412 and the second container 414. Then, the temperature sensor 462 can detect the temperature of the space between the case 412 and the second container 414.

ヒーター450、452の発熱素子としては、例えば発熱パワーバイポーラートランジスター、発熱ヒーターMOSトランジスター、発熱抵抗体、ペルチェ素子等を用いることができる。これらのヒーター450、452の発熱の制御は、例えば回路装置500のオーブン制御回路により実現できる。温度センサー460、462としては例えばサーミスター、ダイオードなどを用いることができる。 As the heat generating elements of the heaters 450 and 452, for example, a heat generating power bipolar transistor, a heat generating heater MOS transistor, a heat generating resistor, a Peltier element and the like can be used. The heat generation of these heaters 450 and 452 can be controlled by, for example, the oven control circuit of the circuit device 500. As the temperature sensors 460 and 462, for example, a thermistor, a diode, or the like can be used.

図27ではダブルオーブン構造の恒温槽で、振動子420等の温度調整を実現できるため、振動子420の発振周波数の安定化等を図れる。 In FIG. 27, since the temperature of the vibrator 420 and the like can be adjusted in the constant temperature bath having a double oven structure, the oscillation frequency of the vibrator 420 can be stabilized.

図28は電子機器の1つである基地局(基地局装置)の構成例である。物理層回路600はネットワークを介した通信処理における物理層の処理を行う。ネットワークプロセッサー602は、物理層よりも上位層の処理(リンク層等)を行う。スイッチ部604は通信処理の各種の切替処理を行う。DSP608は、通信処理に必要な各種のデジタル信号処理を行う。RF回路608は、ローノイズアンプ(LNA)により構成される受信回路、や、パワーアンプにより構成される送信回路や、D/A変換器、A/D変換器などを含む。 FIG. 28 is a configuration example of a base station (base station device) which is one of electronic devices. The physical layer circuit 600 processes the physical layer in the communication process via the network. The network processor 602 performs processing (link layer, etc.) on a layer higher than the physical layer. The switch unit 604 performs various switching processes of communication processing. The DSP 608 performs various digital signal processing necessary for communication processing. The RF circuit 608 includes a receiving circuit composed of a low noise amplifier (LNA), a transmitting circuit composed of a power amplifier, a D / A converter, an A / D converter, and the like.

セレクター612は、GPS610からの基準信号RFCK1、物理層回路600からの基準信号RFCK2(ネットワークからクロック信号)のいずれかを、基準信号RFCKとして、本実施形態の回路装置500に出力する。回路装置500は、基準信号RFCKに対して発振信号(発振信号に基づく入力信号)を同期させる処理を行う。そして周波数が異なる各種のクロック信号CK1、CK2、CK3、CK4、CK5を生成して、物理層回路600、ネットワークプロセッサー602、スイッチ部604、DSP606、RF回路608に供給する。 The selector 612 outputs either the reference signal RFCK1 from the GPS 610 or the reference signal RFCK2 (clock signal from the network) from the physical layer circuit 600 to the circuit device 500 of the present embodiment as the reference signal RFCK. The circuit device 500 performs a process of synchronizing the oscillation signal (input signal based on the oscillation signal) with the reference signal RFCK. Then, various clock signals CK1, CK2, CK3, CK4, and CK5 having different frequencies are generated and supplied to the physical layer circuit 600, the network processor 602, the switch unit 604, the DSP 606, and the RF circuit 608.

本実施形態の回路装置500によれば、図28に示すような基地局において、基準信号RFCKに発振信号を同期させ、当該発振信号に基づいて生成された周波数安定度の高いクロック信号CK1〜CK5を、基地局の各回路に供給できるようになる。 According to the circuit device 500 of the present embodiment, in the base station as shown in FIG. 28, the oscillation signal is synchronized with the reference signal RFCK, and the clock signals CK1 to CK5 having high frequency stability generated based on the oscillation signal. Can be supplied to each circuit of the base station.

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語(環境変動成分等)と共に記載された用語(温度変動成分等)は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。また回路装置、発振器、電子機器、移動体の構成・動作や、エージング補正処理、カルマンフィルター処理、ホールドオーバー処理、温度補償処理等も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。 Although the present embodiment has been described in detail as described above, those skilled in the art will easily understand that many modifications that do not substantially deviate from the novel matters and effects of the present invention are possible. Therefore, all such modifications are included in the scope of the present invention. For example, a term (temperature fluctuation component, etc.) described at least once in the specification or drawing together with a different term (environmental fluctuation component, etc.) in a broader sense or synonymous is the different term in any part of the specification or drawing. Can be replaced with. All combinations of the present embodiment and modifications are also included in the scope of the present invention. Further, the configuration / operation of circuit devices, oscillators, electronic devices, and moving objects, aging correction processing, Kalman filter processing, holdover processing, temperature compensation processing, etc. are not limited to those described in this embodiment, and various modifications are performed. Is possible.

XTAL…振動子、TRFCK、TPLOCK…端子、
DFCI、DFCQ…周波数制御データ、VQ…出力電圧(周波数制御電圧)、
VTD…温度検出電圧、DTD…温度検出データ、
OSCK…発振信号、RFCK、RFCK1、RFCK2…基準信号、
10…温度センサー、20…A/D変換部、30…デジタルI/F部、
32…レジスター部、34…記憶部、40…周波数制御データ生成部、
41…位相比較部、42…カウンター、43…TDC、44…デジタルフィルター部、
47…検出回路、48…セレクター、49…レジスター、50…処理部、
52…ホールドオーバー処理部、54…カルマンフィルター部、
56…エージング補正部、58…温度補償部、62、63…セレクター、65…加算器、80…D/A変換部、140…発振信号生成回路、142…可変容量回路、
150…発振回路、206…自動車、207…車体、208…制御装置、209…車輪、
300、301、302、303、304…加算器、305…乗算器、
310、311、312、313…レジスター、320、321…セレクター、
330、331…フィルター、332、333…演算器、
340…加算器、350、351…レジスター、360、361…セレクター、
380…位相比較部、382…デジタルフィルター部、
384…数値制御型発振器、386…基準発振器、
400…発振器、410 パッケージ、411…基板、412…ケース、
413…第1の容器、414…第2の容器、416…基板、420…振動子、
450、452…ヒーター、460、462…温度センサー、
500…回路装置、510…通信部、520…処理部、530…操作部、
540…表示部、550…記憶部、
600…物理層回路、602…ネットワークプロセッサー、604…スイッチ部、
606…DSP、608…RF回路、610…GPS、612…セレクター
XTAL ... oscillator, TRFCK, TPLOCK ... terminal,
DFCI, DFCQ ... Frequency control data, VQ ... Output voltage (frequency control voltage),
VTD ... Temperature detection voltage, DTD ... Temperature detection data,
OSCK ... Oscillation signal, RFCK, RFCK1, RFCK2 ... Reference signal,
10 ... Temperature sensor, 20 ... A / D converter, 30 ... Digital I / F section,
32 ... Register unit, 34 ... Storage unit, 40 ... Frequency control data generation unit,
41 ... Phase comparison unit, 42 ... Counter, 43 ... TDC, 44 ... Digital filter unit,
47 ... detection circuit, 48 ... selector, 49 ... register, 50 ... processing unit,
52 ... Holdover processing unit, 54 ... Kalman filter unit,
56 ... Aging correction unit, 58 ... Temperature compensation unit, 62, 63 ... Selector, 65 ... Adder, 80 ... D / A conversion unit, 140 ... Oscillation signal generation circuit, 142 ... Variable capacitance circuit,
150 ... Oscillator circuit, 206 ... Automobile, 207 ... Body, 208 ... Control device, 209 ... Wheels,
300, 301, 302, 303, 304 ... adder, 305 ... multiplier,
310, 311, 312, 313 ... Register, 320, 321 ... Selector,
330, 331 ... Filter, 332, 333 ... Arithmetic,
340 ... adder, 350, 351 ... register, 360, 361 ... selector,
380 ... Phase comparison section, 382 ... Digital filter section,
384 ... Numerically controlled oscillator, 386 ... Reference oscillator,
400 ... oscillator, 410 package, 411 ... board, 412 ... case,
413 ... 1st container, 414 ... 2nd container, 416 ... substrate, 420 ... oscillator,
450, 452 ... heater, 460, 462 ... temperature sensor,
500 ... circuit device, 510 ... communication unit, 520 ... processing unit, 530 ... operation unit,
540 ... Display unit, 550 ... Storage unit,
600 ... Physical layer circuit, 602 ... Network processor, 604 ... Switch section,
606 ... DSP, 608 ... RF circuit, 610 ... GPS, 612 ... selector

Claims (9)

発振信号に基づく入力信号と基準信号との位相比較結果に基づく周波数制御データに対して信号処理を行う処理部と、
前記処理部からの前記信号処理後の前記周波数制御データと振動子を用いて、前記信号処理後の前記周波数制御データにより設定される発振周波数の前記発振信号を生成する発振信号生成回路と、
を含み、
前記処理部は、
前記基準信号の消失又は異常によるホールドオーバーが検出される前の期間において、前記位相比較結果に基づく前記周波数制御データの観測値に対する真値を、カルマンフィルター処理により推定する処理を行い、
前記ホールドオーバーが検出された場合に、前記ホールドオーバーの検出タイミングに対応するタイミングでの前記真値を保持し、前記真値に対して、エージングによる前記発振周波数の変化をキャンセルする補正値を加算する演算処理を行うことで、エージング補正された前記周波数制御データを生成し、
前記処理部は、
タイムステップkでの前記補正値をD(k)とし、前記タイムステップkでのエージング補正された前記周波数制御データをAC(k)とした場合に、タイムステップk+1でのエージング補正された前記周波数制御データAC(k+1)を、AC(k+1)=AC(k)+D(k)により求めることを特徴とする回路装置。
A processing unit that performs signal processing on frequency control data based on the phase comparison result between the input signal based on the oscillation signal and the reference signal, and
An oscillation signal generation circuit that generates the oscillation signal of the oscillation frequency set by the frequency control data after the signal processing by using the frequency control data and the oscillator after the signal processing from the processing unit.
Including
The processing unit
In the period before the disappearance of the reference signal or the holdover due to the abnormality is detected, the true value of the frequency control data based on the phase comparison result with respect to the observed value is estimated by the Kalman filter processing.
If the holdover is detected, holding the true value at the timing corresponding to the detection timing of the holdover, for the true value, adding a correction value to cancel the change in the oscillation frequency due to aging The aging-corrected frequency control data is generated by performing the arithmetic processing to be performed .
The processing unit
When the correction value in the time step k is D (k) and the aging-corrected frequency control data in the time step k is AC (k), the aging-corrected frequency in the time step k + 1 is used. A circuit device characterized in that the control data AC (k + 1) is obtained by AC (k + 1) = AC (k) + D (k) .
発振信号に基づく入力信号と基準信号との位相比較結果に基づく周波数制御データに対して信号処理を行う処理部と、
前記処理部からの前記信号処理後の前記周波数制御データと振動子を用いて、前記信号処理後の前記周波数制御データにより設定される発振周波数の前記発振信号を生成する発振信号生成回路と、
を含み、
前記処理部は、
前記基準信号の消失又は異常によるホールドオーバーが検出される前の期間において、前記位相比較結果に基づく前記周波数制御データの観測値に対する真値を、カルマンフィルター処理により推定する処理を行い、
前記ホールドオーバーが検出された場合に、前記ホールドオーバーの検出タイミングに対応するタイミングでの前記真値を保持し、前記真値に対して、エージングによる前記発振周波数の変化をキャンセルする補正値を加算する演算処理を行うことで、エージング補正された前記周波数制御データを生成し、
前記処理部は、
前記補正値を、前記カルマンフィルター処理における観測残差に基づき求めることを特徴とする回路装置。
A processing unit that performs signal processing on frequency control data based on the phase comparison result between the input signal based on the oscillation signal and the reference signal, and
An oscillation signal generation circuit that generates the oscillation signal of the oscillation frequency set by the frequency control data after the signal processing by using the frequency control data and the oscillator after the signal processing from the processing unit.
Including
The processing unit
In the period before the disappearance of the reference signal or the holdover due to the abnormality is detected, the true value of the frequency control data based on the phase comparison result with respect to the observed value is estimated by the Kalman filter processing.
If the holdover is detected, holding the true value at the timing corresponding to the detection timing of the holdover, for the true value, adding a correction value to cancel the change in the oscillation frequency due to aging The aging-corrected frequency control data is generated by performing the arithmetic processing to be performed .
The processing unit
A circuit device characterized in that the correction value is obtained based on the observation residual in the Kalman filter processing .
請求項1又は2に記載の回路装置において、
前記処理部は、
前記真値に対してフィルター処理後の前記補正値を加算する前記演算処理を行うことを特徴とする回路装置。
In the circuit device according to claim 1 or 2 .
The processing unit
A circuit device characterized by performing the arithmetic process of adding the correction value after the filter process to the true value.
発振信号に基づく入力信号と基準信号との位相比較結果に基づく周波数制御データに対して信号処理を行う処理部と、
前記処理部からの前記信号処理後の前記周波数制御データと振動子を用いて、前記信号処理後の前記周波数制御データにより設定される発振周波数の前記発振信号を生成する発振信号生成回路と、
記憶部と、
を含み、
前記処理部は、
前記基準信号の消失又は異常によるホールドオーバーが検出される前の期間において、前記位相比較結果に基づく前記周波数制御データの観測値に対する真値を、カルマンフィルター処理により推定する処理を行い、
前記ホールドオーバーが検出された場合に、前記ホールドオーバーの検出タイミングに対応するタイミングでの前記真値を保持し、前記真値に基づく演算処理を行うことで、エージング補正された前記周波数制御データを生成し、
前記記憶部は、
前記カルマンフィルター処理のシステムノイズの設定用のシステムノイズ定数と、前記カルマンフィルター処理の観測ノイズの設定用の観測ノイズ定数を記憶することを特徴とする回路装置。
A processing unit that performs signal processing on frequency control data based on the phase comparison result between the input signal based on the oscillation signal and the reference signal, and
An oscillation signal generation circuit that generates the oscillation signal of the oscillation frequency set by the frequency control data after the signal processing by using the frequency control data and the oscillator after the signal processing from the processing unit.
Memory and
Including
The processing unit
In the period before the disappearance of the reference signal or the holdover due to the abnormality is detected, the true value of the frequency control data based on the phase comparison result with respect to the observed value is estimated by the Kalman filter processing.
When the holdover is detected, the true value at the timing corresponding to the detection timing of the holdover is held, and the arithmetic processing based on the true value is performed to obtain the aging-corrected frequency control data. Generate and
The storage unit
A circuit device for storing a system noise constant for setting the system noise of the Kalman filter processing and an observation noise constant for setting the observation noise of the Kalman filter processing .
発振信号に基づく入力信号と基準信号との位相比較結果に基づく周波数制御データに対して信号処理を行う処理部と、
前記処理部からの前記信号処理後の前記周波数制御データと振動子を用いて、前記信号処理後の前記周波数制御データにより設定される発振周波数の前記発振信号を生成する発振信号生成回路と、
記憶部と、
を含み、
前記処理部は、
前記基準信号の消失又は異常によるホールドオーバーが検出される前の期間において、前記位相比較結果に基づく前記周波数制御データの観測値に対する真値を、カルマンフィルター処理により推定する処理を行い、
前記ホールドオーバーが検出された場合に、前記ホールドオーバーの検出タイミングに対応するタイミングでの前記真値を保持し、前記真値に基づく演算処理を行うことで、エージング補正された前記周波数制御データを生成し、
前記処理部は、
前記ホールドオーバーの検出信号が入力される入力端子の電圧、又は、デジタルインターフェース部を介して入力される前記ホールドオーバーの検出情報に基づいて、前記ホールドオーバーの状態になったか否かを判断することを特徴とする回路装置。
A processing unit that performs signal processing on frequency control data based on the phase comparison result between the input signal based on the oscillation signal and the reference signal, and
An oscillation signal generation circuit that generates the oscillation signal of the oscillation frequency set by the frequency control data after the signal processing by using the frequency control data and the oscillator after the signal processing from the processing unit.
Memory and
Including
The processing unit
In the period before the disappearance of the reference signal or the holdover due to the abnormality is detected, the true value of the frequency control data based on the phase comparison result with respect to the observed value is estimated by the Kalman filter processing.
When the holdover is detected, the true value at the timing corresponding to the detection timing of the holdover is held, and the arithmetic processing based on the true value is performed to obtain the aging-corrected frequency control data. Generate and
The processing unit
It is determined whether or not the holdover state has been reached based on the voltage of the input terminal to which the holdover detection signal is input or the holdover detection information input via the digital interface unit. A circuit device characterized by.
請求項1乃至のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記発振信号生成回路は、
前記ホールドオーバーから復帰した場合には、前記位相比較結果に基づく前記周波数制御データに基づいて、前記発振信号を生成することを特徴とする回路装置。
In the circuit device according to any one of claims 1 to 5 .
The oscillation signal generation circuit is
A circuit device characterized in that when it recovers from the holdover, the oscillation signal is generated based on the frequency control data based on the phase comparison result.
請求項1乃至のいずれか一項に記載の回路装置と、
前記振動子と、
を含むことを特徴とする発振器。
The circuit device according to any one of claims 1 to 6 .
With the oscillator
An oscillator characterized by including.
請求項1乃至のいずれか一項に記載の回路装置を含むことを特徴とする電子機器。 An electronic device comprising the circuit device according to any one of claims 1 to 6 . 請求項1乃至のいずれか一項に記載の回路装置を含むことを特徴とする移動体。 A moving body including the circuit device according to any one of claims 1 to 6 .
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