JPH08167842A

JPH08167842A - 発振装置

Info

Publication number: JPH08167842A
Application number: JP6310266A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Horiuchi; 好文堀内
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1994-12-14
Filing date: 1994-12-14
Publication date: 1996-06-25
Anticipated expiration: 2012-11-12
Also published as: JP2674534B2

Abstract

(57)【要約】【目的】周波数安定性の高い発振器を提供する。【構成】ＧＰＳ受信機１５の出力する１秒周期の基準
パルス信号１６と電圧制御発振器１１の出力をカウンタ
回路１３で分周したほぼ１秒周期のパルス信号１４との
位相差を位相比較回路１７は検出する。遅延回路３１お
よび差算出回路３２は１秒ごとの位相差の変化量を求
め、平均化回路３５は変化量の平均値を求める。変化量
の平均値が減少するように制御電圧を変化させまずパル
ス信号１４の周波数を基準パルス信号１６に一致させ、
このときの制御信号の電圧値を記憶する。次に制御信号
の電圧を変化させて位相を合わせる。位相が一致した時
点で記憶しておいた値に制御信号の電圧値を戻す。位相
差の変化量の平均値を基に発振周波数の制御を行ってい
るので、ＧＰＳ信号の持つ長期的な周波数安定性が電圧
制御発振器の発振周波数の安定性に反映される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発振周波数の変動を補
正する機能を備えた発振器に係わり、特に極めて高い周
波数安定性の要求される発振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】放送局から送出される映像信号に用いる
基準クロック信号は、高い周波数安定性が要求される。
また、他局から送出される映像信号との同期をとる必要
性から、各局で用いる基準クロック信号はその位相が揃
っていることが要求される。このような基準クロック信
号を生成する発振器では、その発振周波数の基準として
一般に水晶発振器が用いられている。水晶発振器の発振
周波数は短期的には非常に安定しているが、周囲温度の
影響によって長期的に見た場合にはその発振周波数は変
動してしまう。このため、温度センサによって水晶発振
器の周囲温度を測定し、これを基に発振周波数を補正す
ることが一般に行われている。

【０００３】たとえば、電圧制御発振器（ＶＣＯ）に、
一定の制御電圧を加えることによって所定の周波数の信
号を発振させる場合、制御電圧の値を温度センサで測定
した周囲温度に応じて変化させることが行われている。
このような発振器では所定の周波数を得るための制御電
圧の値を周囲温度に対応付けて、たとえば０．５度ごと
に予めＰＲＯＭ（プログラマブル・リード・オンリ・メ
モリ）に記憶しておく。温度センサの出力電圧をアナロ
グ・ディジタル変換器でディジタル信号に変換し、これ
をＰＲＯＭのアドレス信号として入力し、測定した温度
に対応する制御電圧値が読み出される。読み出された値
はディジタル・アナログ変換器によってアナログ電圧信
号に変換され、電圧制御発振器に発振周波数の制御信号
として入力される。こうして温度の影響を打ち消し、一
定の周波数で発振させるようになっている。

【０００４】ところで、近年、航法衛星から送信されて
くる測位用の電波を利用して、この電波の受信点の位置
や、受信点の移動方向を求めることが行われている。こ
のような測位システムの代表的なものとして、ＧＰＳ(G
lobal Positioning System)がある。航法衛星から送信
されるＧＰＳ電波には、測位用の情報のほかに協定世界
時（ＵＴＣ）に同期した１秒ごとのパルス信号が含まれ
ている。

【０００５】このＧＰＳ電波から受信点の位置や受信点
の移動方向を求めるためには、受信した電波と所定の周
波数の基準信号との位相比較を行う必要がある。特開平
４−２７８７２３号公報には、位相比較に用いる基準信
号の発振周波数の安定化を図ったＧＰＳ受信装置が開示
されている。この受信装置では周囲温度に応じて基準信
号を生成する発振器の発振周波数自体を制御する変わり
に、発振器から出力された基準信号の周波数を、測定し
た周囲温度に応じて周波数数シンセサイザによって変換
し、温度の影響を打ち消すようになっている。

【０００６】また、特開平３−２３５０７８号公報に
は、ＰＬＬ（Phased locked loop) 回路を用いて、航法
衛星から送信されてくる測位用のＧＰＳ電波をサーチす
るＧＰＳ受信装置が開示されている。ＧＰＳ電波を受信
する復調器の復調強度が所定のレベル以上になるまでは
ＰＬＬ回路の動作を止め、この間は復調器で用いる再生
搬送波の周波数をＰＬＬ回路のキャプチャレンジよりも
広い周波数間隔で順次変えるようにしている。これによ
り、測位用のＧＰＳ電波をサーチするまでに要する時間
の短縮が図られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】水晶発振器の発振周波
数の温度特性は、一般に三次曲線で表わされる。したが
って、測定した周囲温度を基に電圧制御発振器の制御電
圧を変化させて温度変動の影響を正確に補償することは
難しく、的確な温度補償を行うことができないという問
題があった。また、三次曲線で表わされる温度特性をよ
り高い精度で補償するためには温度補償回路が複雑にな
ってしまうという問題があった。

【０００８】また、測位用のＧＰＳ電波に含まれる１秒
ごとのパルス信号を利用して、これを基準に発振器の発
振周波数を補正する場合には、複雑な三次曲線の補償を
行う場合に比べて、回路構成が簡単になる。しかしなが
ら、ＧＰＳ電波に含まれる１秒ごとのパルスは、長期的
に見ればその周波数安定性は高いが、短期的な周波数安
定性はそれほど高くない。このため、ＧＰＳ電波を基準
にして、たとえばＰＬＬ回路によって発振器の発振周波
数を制御すると短期的な周波数安定性が悪くなってしま
うという問題があった。

【０００９】そこで本発明の目的は、長期的にも短期的
にも周波数安定性の高い発振器を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、入力される制御信号の電圧値に応じた周波数の電気
信号を出力する電圧制御発振器と、この電圧制御発振器
の出力する電気信号と所定の周波数の基準信号との間の
位相差の変化量を検出する位相差変化量検出手段と、こ
の位相差変化量検出手段によって検出された位相差の変
化量の減少する方向に制御信号の電圧値を変化させる第
１の制御電圧変更手段と、基準信号の周波数と電圧制御
発振器の出力する電気信号の周波数との差の許容値に対
応して予め定められた位相差の変化量の許容値と位相差
変化量検出手段によって検出された位相差の変化量とを
比較する第１の比較手段と、位相差の変化量がこの許容
値以下になった時点における制御信号の電圧値を記憶す
る制御電圧記憶手段と、電圧制御発振器の出力する電気
信号と基準信号との間の位相差を検出する位相差検出手
段と、位相差の変化量が許容値以下になった時点からこ
の位相差検出手段によって検出された位相差の減少する
方向に制御信号の電圧値を変化させる第２の制御電圧変
更手段と、位相差検出手段によって検出された位相差と
基準信号と電圧制御発振器の出力する電気信号との間の
予め定められた位相差の許容値とを比較する第２の比較
手段と、検出された位相差がこの位相差の許容値以下に
なった時点から制御電圧記憶手段に記憶されている電圧
値の制御信号を電圧制御発振器に供給する制御電圧供給
手段とを発振装置に具備させている。

【００１１】すなわち請求項１記載の発明では、位相差
の変化量が減少するように電圧制御発振器に入力される
制御信号の電圧値を制御し、位相差の変化量が許容値以
下になったときの制御信号の電圧値を記憶している。そ
して、次に位相差が減少するように制御信号の電圧値を
制御し、位相差が許容値以下になったとき先に記憶して
おいた電圧値の制御信号を電圧制御発振器に供給してい
る。位相差の変化量が許容値以下になったときには、基
準信号と電圧制御発振器の出力信号の周波数はほぼ一致
している。そこで、まず位相差の変化量を基に周波数を
一致させ、そのときの制御電圧の値を保持している。そ
の後、制御電圧を変化させて位相を合わせを行い、位相
の一致した時点で保持しておいた電圧値に制御電圧の値
を戻している。これにより、電圧制御発振器の出力信号
の周波数と位相の双方を基準信号のそれらと一致させる
ことができる。

【００１２】請求項２記載の発明では、入力される制御
信号の電圧値に応じた周波数の電気信号を出力する電圧
制御発振器と、この電圧制御発振器の出力する電気信号
と短期的な周波数安定性に比べて長期的な周波数安定性
の高い所定の基準信号との間の位相差の変化量をその１
周期ごとに検出する位相差変化量検出手段と、基準信号
の予め設定された数の周期の間における位相差の変化量
の平均値を求める位相差変化量平均化手段と、この位相
差変化量平均化手段によって求められた位相差の変化量
の平均値の減少する方向に制御信号の電圧値を変化させ
る第１の制御電圧変更手段と、基準信号の周波数と電圧
制御発振器の出力する電気信号の周波数との差の許容値
に対応して予め定められた位相差の変化量の許容値と位
相差変化量平均化手段によって求められた平均値とを比
較する第１の比較手段と、位相差の変化量の平均値がこ
の許容値以下になった時点における制御信号の電圧値を
記憶する制御電圧記憶手段と、電圧制御発振器の出力す
る電気信号と基準信号との間の位相差を検出する位相差
検出手段と、位相差の変化量の平均値が許容値以下にな
った時点からこの位相差検出手段によって検出された位
相差の減少する方向に制御信号の電圧値を変化させる第
２の制御電圧変更手段と、位相差検出手段によって検出
された位相差と基準信号と電圧制御発振器の出力する電
気信号との間の予め定められた位相差の許容値とを比較
する第２の比較手段と、検出された位相差がこの位相差
の許容値以下になった時点から制御電圧記憶手段に記憶
されている電圧値の制御信号を電圧制御発振器に供給す
る制御電圧供給手段とを発振装置に具備させている。

【００１３】すなわち請求項２記載の発明では、予め定
められた数の周期の間における位相差の変化量の平均値
を基に、電圧制御発振器の発振周波数の制御を行ってい
る。このため、基準信号の長期的な周波数安定性を発振
周波数の安定性に反映させることができる。

【００１４】請求項３記載の発明では、入力される制御
信号の電圧値に応じた周波数の電気信号を出力する電圧
制御発振器と、この電圧制御発振器の出力すべき電気信
号の周波数を短期的な周波数安定性に比べて長期的な周
波数安定性の高い所定の基準信号の周波数で除した数に
等しいだけ電圧制御発振器の出力する電気信号の周期を
計数するごとに所定のパルス信号を出力するカウント手
段と、このカウント手段の出力するパルス信号と所定の
基準信号との間の位相差の変化量を基準信号の１周期ご
とに検出する位相差変化量検出手段と、基準信号の予め
設定された数の周期の間における位相差の変化量の平均
値を求める位相差変化量平均化手段と、この位相差変化
量平均化手段によって求められた位相差の変化量の平均
値の減少する方向に制御信号の電圧値を変化させる第１
の制御電圧変更手段と、基準信号の周波数とパルス信号
の周波数との差の許容値に対応して予め定められた位相
差の変化量の許容値と位相差変化量平均化手段によって
求められた平均値とを比較する第１の比較手段と、位相
差の変化量の平均値がこの許容値以下になった時点にお
ける制御信号の電圧値を記憶する制御電圧記憶手段と、
カウント手段の出力するパルス信号と基準信号との間の
位相差を検出する位相差検出手段と、位相差の変化量の
平均値が許容値以下になった時点からこの位相差検出手
段によって検出された位相差の減少する方向に制御信号
の電圧値を変化させる第２の制御電圧変更手段と、位相
差検出手段によって検出された位相差とパルス信号との
間の位相差の許容値とを比較する第２の比較手段と、検
出された位相差がこの位相差の許容値以下になった時点
から制御電圧記憶手段に記憶されている電圧値の制御信
号を電圧制御発振器に供給する制御電圧供給手段とを発
振装置に具備させている。

【００１５】すなわち請求項３記載の発明では、カウン
ト手段によって電圧制御発振器の出力する電気信号の周
波数を基準信号に対応する周波数に変換したパルス信号
を出力している。これにより電圧制御発振器の発振周波
数が基準信号と異なっても、基準信号を基に電圧制御発
振器の発振周波数および位相の制御を行うことができ
る。

【００１６】請求項４記載の発明では、平均化の対象と
なる予め定められた周期の数は、その数の周期の間を通
算したときの基準信号の周波数安定性が電圧制御発振器
の周波数安定性よりも高くなる数に設定されている。

【００１７】すなわち請求項４記載の発明では、予め定
められた数の周期の間を通算したときにおける基準信号
の周波数安定性が電圧制御発振器の周波数安定性よりも
高くなるように平均化すべき周期の数が設定されてい
る。これにより、位相差の変化量の平均値を基に制御電
圧を変化させることで電圧制御発振器の長期的な周波数
安定性を向上させることができる。

【００１８】請求項５記載の発明では、位相差変化量平
均化手段は電源投入時点からの経過時間を測る計時手段
と、電源投入時点からの経過時間に対応付けて平均化の
対象とすべき周期の数を複数記憶した平均化数記憶手段
とを備え、電源投入時点からの経過時間に従って平均化
の対象となる周期の数を変化させている。

【００１９】すなわち請求項５記載の発明では、電源投
入時点からの経過時間に応じて平均化の対象となる周期
の数を変化させている。電圧制御発振器は電源投入直後
はその周波数安定性が悪く、時間の経過に伴って周波数
安定性が向上する。したがって、電源投入時点からの経
過時間に対応して平均化の対象となる周期の数を変化さ
せれば、効率良く発振周波数の補正を行うことができ
る。

【００２０】

【実施例】以下実施例につき本発明を詳細に説明する。

【００２１】図１は、本発明の一実施例における発振装
置の構成の概要を表わしたものである。この発振器はＧ
ＰＳ電波に含まれる１秒ごとのパルス信号を利用して、
発振周波数の安定化を図るようになっている。電圧制御
発振器１１から出力される信号は、クロック信号１２と
してカウンタ回路１３に入力されている。また、電圧制
御発振器１１の出力するクロック信号１２は、発振器の
出力信号として外部に取り出されるようになっている。
カウンタ回路１３はクロック信号１２を所定の数だけ計
数するごとにパルス信号１４を出力するようになってい
る。この発振器で発振させたい周波数を“ｆ”とする
と、カウンタ回路１３はクロック信号１２を“ｆ”だけ
計数するごとにパルス信号１４を出力するようになって
いる。したがって、電圧制御発振器１１の発振周波数が
正確に“ｆ”と一致している場合には、カウンタ回路１
３からは１秒ごとにパルス信号１４が出力されるように
なっている。

【００２２】ＧＰＳ受信機１５は、航法衛星からＧＰＳ
電波を受信し、その周期が１秒ごとの基準パルス信号１
６を出力するようになっている。位相比較回路１７には
基準パルス信号１６とパルス信号１４とが入力されてい
る。位相比較回路１７はこれらの信号の位相を比較し、
その位相差に応じたパルス幅の位相差信号１８を出力す
るようになっている。積分回路１９は、位相差信号１８
を積分し、そのパルス幅に応じた電圧値の電圧信号２１
を出力するようになっている。電圧信号２１は、アナロ
グディジタル変換器２２に入力され、変換後のディジタ
ル信号２３は、図示しない所定の入力ポートからＣＰＵ
（中央処理装置）２４に入力されている。ＣＰＵ２４
は、ディジタル信号２３を基に電圧制御発振器１１の発
振周波数を制御するための周波数制御信号２５を出力す
るようになっている。すなわちＧＰＳ電波から得た基準
パルス信号１６の長期的な周波数安定性を利用して、電
圧制御発振器１１の発振周波数を制御するようになって
いる。

【００２３】ＣＰＵ２４は、その内部にプログラムや固
定的データを格納するＲＯＭ（リード・オンリ・メモ
リ）と、プログラムを実行する上で必要となるデータを
一時的に格納するＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモ
リ）を備えている。ＣＰＵ２４から出力される周波数制
御信号２５はディジタル・アナログ変換器２６に入力さ
れ、変換後のアナログ電圧信号２７は電圧制御発振器１
１の入力されている。

【００２４】図１において一点破線で囲った内部の回路
部分は、ＣＰＵ２４の行う処理内容を機能的に表わした
ものである。遅延回路３１は、入力されたディジタル信
号２３を基準パルス１６の１パルス分だけ遅延させて出
力するようになっている。遅延回路３１の出力とディジ
タル信号２３は差算出回路３２に入力されている。差算
出回路３２は、ディジタル信号２３の値から遅延回路３
１の出力する遅延ディジタル信号３３の値の差を求める
部分である。すなわち、差算出回路３２からは基準パル
ス信号１６とパルス信号１４との位相差の変化量に対応
した値の位相差変化量信号３４が出力されるようになっ
ている。これは、基準パルス信号１６とパルス信号１４
の周波数の差を表わしており、位相差の変化量が“０”
のとき、これらの信号の周波数が一致したことを示して
いる。

【００２５】差算出回路３２の出力３４は平均化回路３
５に入力されている。平均化回路３５は、予め設定され
たサンプル数に相当するだけの位相差変化量信号３４に
対してその平均値を求める部分である。平均化すること
によって、ＧＰＳ電波に含まれる１秒ごとのパルスの短
期的な周波数の変動を吸収するようになっている。平均
化回路３５の出力は制御回路３６に入力されている。ま
た、制御回路３６にはディジタル信号２３が入力されて
いる。制御回路３６は、これらの信号を基に電圧制御発
振器１１の発振周波数を制御するための周波数制御信号
２５を出力するようになっている。

【００２６】図２は、図１に示した発振器の各部におけ
る信号波形を表わしたものである。航法衛星からＧＰＳ
電波を受信したＧＰＳ受信機１５からは、ほぼ１秒周期
の基準パルス信号１６（同図ａ）が出力されている。基
準パルス信号１６のデューティ比はほぼ２５パーセント
になっている。カウンタ回路１３から出力されるパルス
信号１４（同図ｂ）は、その位相が基準パルス信号１６
とずれている。またその周波数は１ヘルツから若干ずれ
ている。したがって、各周期におけるパルス信号１４と
基準パルス信号１６との位相差４１、４２、４３の大き
さは少しずつ変化している。位相比較回路１７は、これ
らの信号の位相差に相当するパルス幅の位相差信号１８
（同図ｃ）を出力する。この図では、位相差が徐々に大
きくなっており、その位相差に対応して位相差信号１８
のパルス幅も次第に大きくなっている。

【００２７】積分回路１９は、位相差信号１８を各周期
ごとに積分しているので、積分が終了した時点での電圧
信号２１（同図ｄ）の電圧値は徐々に大きくなってい
る。アナログディジタル変換器２２は、基準パルス信号
１６が立ち上がってからほぼ０．５秒後の時刻Ｔ₁、Ｔ
₂、Ｔ₃に電圧信号２１の電圧値をサンプリングし、そ
の電圧値に対応したディジタル信号２３に変換するよう
になっている。そして、サンプリングした直後の時刻Ｔ
₄、Ｔ₅、Ｔ₆に、図示しないリセット回路によって積
分回路１９の出力電圧が“０”に初期化されるようにな
っている。このように、アナログディジタル変換器２２
の出力するディジタル信号２３の値は、各周期における
パルス信号１４と基準パルス信号１６との位相差に対応
した値になっている。

【００２８】ＣＰＵ２４は図示しないその内部のタイマ
ー部によって発振器の電源投入後からの経過時間を測定
するようになっている。また、ＣＰＵ２４は位相差変化
量信号３４を平均化する際のサンプル数を電源投入後か
らの経過時間に対応付けて表わした平均化数テーブルを
予めその内部ＲＯＭに記憶している。発振器の周波数安
定性は、電源投入時から時間が経過するに従って良くな
るので、電源投入直後はＧＰＳ電波を基にした基準パル
ス信号１６の安定性の方が電圧制御発振器１１の周波数
安定性よりも短期的に見ても精度が高くなる。このた
め、位相差変化量信号３４を平均化すべきサンプル数は
少なくて良い。また、サンプル数を少なくすることによ
って発振周波数の制御のレスポンスが良くなる。一方、
電源投入時点から時間が経過するに従って電圧制御発振
器１１の周波数安定性が良くなるので、それ以上の安定
性を基準パルス信号１６から得るために平均化するサン
プス数を多くする必要がある。

【００２９】このため、平均化すべきサンプル数を電源
投入時点からの経過時間に対応させて表わした平均化数
テーブルを記憶しおき、ＣＰＵ２４は経過時間に応じて
記憶されているサンプル数だけ位相差変化量を平均化す
るようになっている。ＧＰＳ電波から得られる基準パル
ス信号１６の安定性についてのデータは公開されてい
る。また、電源投入時点からの電圧制御発振器１１の周
波数安定性のデータは予め測定して求めておく。これら
を基に、基準パルス信号１６の周波数安定性をパルス信
号１５の周波数安定性よりも良くするために必要なだけ
のサンプス数を電源投入時点からの経過時間ごとに求め
て平均化数テーブルに記憶してある。平均化するサンプ
ル数が多くなればなるほど、ＧＰＳ電波から得た基準パ
ルス信号の短期的な周波数の不安定さを取り除くことが
できる。

【００３０】図３は、図１に示した発振装置がその発振
周波数および位相を基準信号のそれらと一致させる際に
行う処理の流れを表わしたものである。この処理は、基
準パルス信号１６の周波数とパルス信号１４の周波数を
一致させる第１段階５１と、周波数が一致した後、その
位相を一致させる第２段階５２に大別される。第１の段
階ではＣＰＵ２４は、入力ポートから位相差信号２３を
基に、位相差変化量の平均値を求める（ステップＳ１０
１）。求めた平均値と、周波数誤差の許容値に対応して
予め定められた第１の規定値を比較する（ステップＳ１
０２）。

【００３１】第１の規定値の大きさは、積分回路１９、
アナログディジタル変換器２２、ディジタル・アナログ
変換器２６の温度特性によって定められている。すなわ
ち、これらの回路素子に対しては温度補償を行っていな
いので、これらの回路素子の温度に依存した精度のバラ
ツキよりも周波数の許容値を小さくする必要がないから
である。このように回路素子の温度特性によって設定さ
れた第１の規定値よりも位相差変化量の平均値が大きい
ときは（ステップＳ１０２；Ｎ）、平均値と第１の規定
値との差の大きさに応じて周波数制御信号２５の値を加
算あるいは減算する（ステップＳ１０３）。

【００３２】周波数制御信号２５の値を変更した後、再
びステップＳ１０１に戻り、位相差変化量の平均値が第
１の規定値よりも小さくなるまでこの処理が繰り返され
る。基準パルス信号１６とパルス信号１４との周波数の
差は、位相差の変化量として現われるので、位相差が一
定になれば２つの信号の周波数が一致してることにな
る。位相差変化量の平均値が第１の規定値よりも小さく
なったとき（ステップＳ１０２；Ｙ）、その時点におけ
る周波数制御信号２５の値を、ＣＰＵ２４の内部ＲＡＭ
の所定のエリアに記憶する（ステップＳ１０４）。ここ
までで、基準パルス信号１６とパルス信号１４の周波数
の差は許容範囲内となり、第１の段階の処理が終了す
る。

【００３３】次にＣＰＵ２４は、基準パルス信号１６と
パルス信号１４の位相を一致させるための第２の段階の
処理に移る。ＣＰＵ２４はアナログディジタル変換器２
２から入力されたディジタル信号２３の表わしている位
相差の絶対値が予め設定された第２の規定値の絶対値よ
りも小さいかどうかを調べる（ステップＳ１０５）。第
２の規定値は位相差の許容値を表わしており、この値も
第１の規定値と同様に各回路素子の温度特性を考慮し、
検出できる精度内における最小値が設定されている。位
相差の絶対値が第２の規定値よりも大きいときは（ステ
ップＳ１０５；Ｎ）、位相差が正か負かを判別する（ス
テップＳ１０６）。位相差が正の場合には（ステップＳ
１０６；Ｙ）、位相差と第２の規定値との差の大きさに
応じて周波数制御信号２５の値を増加させる（ステップ
Ｓ１０７）。位相差が負の場合には（ステップＳ１０
６；Ｎ）、位相差と第２の規定値との差の大きさに応じ
て周波数制御信号２５の値を減少させる（ステップＳ１
０８）。位相差が正か負かに応じて周波数制御信号２５
の大きさを変化させることで、位相差が少なくなる方向
に電圧制御発振器１１の発振周波数が変更されるように
なっている。

【００３４】周波数制御信号２５の値を変化させた後、
再びステップＳ１０５に戻り、次に入力されるディジタ
ル信号２３の表わしてる位相差と第２の規定値の比較を
行う。ステップＳ１０５〜ステップＳ１０８は、位相差
が第２の規定値よりも小さくなるまで繰り返し行われ
る。位相差が第２の規定値よりも小さくなったとき（ス
テップＳ１０５；Ｙ）、周波数制御信号２５の値をステ
ップＳ１０４で記憶しておいた値に戻す（ステップＳ１
０９）。位相が一致した時点で、周波数がほぼ一致して
いるときの値に周波数制御信号２５の値を戻すので、周
波数の差と位相差の双方を許容値以下にすることができ
る。その後、ＣＰＵ２４はステップＳ１０１に戻ってこ
れらの処理を継続的に繰り返して行う。

【００３５】図４は、パルス信号の周波数および位相が
基準パルス信号のそれらと一致するまでの過程における
位相差の変化の様子を表わしたものである。第１の段階
５１では位相差の変化量が“０”になるように制御され
るので、位相差を表わした特性の傾きは次第に緩やかに
なり、やがて平坦な状態６２になる。ここでは、位相差
自体は増加しているが、位相差の変化量は減少してい
る。位相差の変化量が“０”となった時点Ｔ₂₁で第１の
段階は終了しパルス信号１４と基準パルス信号１６の周
波数が一致する。第２の段階では、位相差が“０”にな
るように制御されるので、位相差は次第に減少してい
る。そして時刻Ｔ₂₂では位相差が許容値以下になってい
る。

【００３６】図５は、パルス信号の周波数および位相が
基準パルス信号のそれらと一致するまでの過程における
周波数の変化の様子を表わしたものである。第１の段階
５１では、その周波数の差が次第に小さくなり、時刻Ｔ
₂₁ではほぼ一致した状態になっている。第２段階５２で
は、位相差６３を小さくするように制御される。このと
き、第１の段階５１で一致していた周波数は、一端異な
る周波数に変更される。これにより、次のパルスの立上
がりでは位相差が小さくなる。位相差はほぼ“０”の状
態になる時点Ｔ₂₂までの間、周波数は異なった値になっ
ている。位相が一致した時点Ｔ₂₂において時刻Ｔ₂₁での
周波数に電圧制御発振器の発振周波数が戻されるので、
それ以後は周波数と位相の双方が基準パルス信号１６と
一致している。図３に示した処理が繰り返し行われるこ
とによって、周波数と位相の双方の一致した安定状態６
４が保持される。

【００３７】次に、図３のステップＳ１０１に示した位
相差変化量の平均値を求める処理について詳しく説明す
る。

【００３８】図６は、平均化数テーブルの一例を表わし
たものである。テーブルの左欄７１は、電源投入時点か
らの経過時間を表わしている。右欄は、それぞれの経過
時間に対応した平均化のためのサンプル数を表わしてい
る。電源投入直後は、回路の安定性が良くないので、位
相差変化量を平均化するサンプル数は少ない。経過時間
が長くなるに従って、基準パルス信号１６から得られる
１秒の精度を高くするために、サンプス数が多くなって
いる。

【００３９】図７は、位相差変化量の平均値を求める際
に行う処理の流れを表わしたものである。ＣＰＵ２４
は、アナログディジタル変換器２２からディジタル化さ
れた位相差信号を入力する（ステップＳ２０１）。取り
込んだ値を格納するエリアとして予め内部ＲＡＭ上に割
り当てられた第１のエリアに格納されている前回取り込
んだ位相差信号の値を読み出す（ステップＳ２０２）。
その後、今回取り込んだ位相差信号の値を第１のエリア
に格納する（ステップＳ２０３）。第１のエリアから読
み出した前回の位相差信号の値と今回の位相差信号の値
との差をとり（ステップＳ２０４）、その値を内部ＲＡ
Ｍの所定の領域に設けられたリングバッファに書き込む
（ステップＳ２０５）。このリングバッファは、差の値
を１００個格納できる大きさになっており、新しく差の
値が書き込まれるたびに、１００個前のものが消去され
るようになっている。

【００４０】ＣＰＵ２４は図示しないタイマー部の時刻
情報を基に、電源投入時点からの経過時間を調べ、これ
に対応するサンプス数を平均化テーブルから読み出す
（ステップＳ２０６）。最新の値から読み出したサンプ
ル数に相当する数の差の値をリングバッファから読み出
し、その平均値をとる（ステップＳ２０７）。このよう
に位相差信号を取り込むたびにリングバッファに格納さ
れている値を基に平均値を求めているので、１秒ごとに
平均値を得ることができる。このため、平均化するサン
プル数が多くなっても、１秒ごとに周波数制御信号２５
の値を補正することができる。

【００４１】以上説明した実施例では、ＧＰＳ電波を基
に基準パルスを生成しているが、短期的な安定性に比べ
て長期的な周波数安定性の高い信号であれば良い。ま
た、平均化するサンプル数だけを電源投入時点からの経
過時間によって変更するようにしたが、周波数の許容値
や位相差の許容値である第１の規定値および第２の規定
値の値も、電源投入時点からの経過時間に応じて変化さ
せてもよい。すなわち、電源投入時点からの経過時間が
短い間は電圧制御発振器、積分回路、アナログディジタ
ル変換器またはディジタル・アナログ変換器の動作が安
定していない。したがって、電源投入直後から第１の規
定値をその最小値に設定した場合には、図３に示した第
１の段階の処理を終了するまでの時間が長くかかり、位
相の大きくずれた状態が長い期間続いてしまう。そこ
で、電源投入直後は第１の規定値および第２の規定値を
その最小値に対してある程度大きく設定する。そして時
間が経過するに従って次第にこれらの値を最小値に近づ
ける。これにより周波数と位相の双方を段階的に基準パ
ルス信号に一致させることができる。その結果として最
終的に安定状態になるまでの時間を短縮することができ
る。

【００４２】

【発明の効果】このように請求項１記載の発明によれ
ば、周波数の一致した時点における制御電圧の値を記憶
し、位相合わせが終了した時点でこの値に制御電圧の電
圧値を戻している。これにより、電圧制御発振器の周波
数と位相の制御を独立に行うことができ比較的短時間の
内に基準信号の周波数および位相と一致させることがで
きる。また、基準信号を基に発振周波数の制御を行って
いるので周囲温度が変化したような場合でも周波数の安
定性を高く維持することができる。さらに共通の基準信
号を用いれば、発振器個々のバラツキを補正しなくて
も、複数の発振器の発振周波数とその位相を高い精度で
一致させることができる。

【００４３】また請求項２記載の発明によれば、予め定
められた数の周期の間における位相差の変化量の平均値
を基に電圧制御発振器の発振周波数の制御を行っている
ので、基準信号の長期的な周波数安定性が発振周波数の
安定性に反映される。たとえば、ＧＰＳ電波に含まれる
１秒周期の信号は長期的な周波数安定性に優れている。
これを利用して長期的な期間における位相差の変化量の
平均値を基に発振周波数の制御を行えば、周囲温度の変
化によってその発振周波数が緩やかに変動してしまう様
なことが無く、周波数安定性の高い信号を得ることがで
きる。

【００４４】さらに請求項３記載の発明によれば、カウ
ント手段によって電圧制御発振器の出力する電気信号の
周波数を基準信号に対応する周波数に変換したパルス信
号を出力している。これにより電圧制御発振器の発振周
波数が基準信号と異なっても、基準信号を基に電圧制御
発振器の発振周波数および位相の制御を行うことができ
る。カウント手段の計数する数を適当に設定すれば、た
とえばＧＰＳ電波に含まれる１秒周期の基準信号を基に
してこれと位相の一致した周波数安定性の高い任意の周
波数の電気信号を電圧制御発振器から出力させることが
できる。

【００４５】また請求項４記載の発明によれば、予め設
定された数の周期の間を通算したときにおける基準信号
の周波数安定性が電圧制御発振器の周波数安定性よりも
高くなるように設定されているので、その期間における
位相差の変化量の平均値を基に電圧制御発振器の発振周
波数の安定性を向上させることができる。

【００４６】さらに請求項５記載の発明によれば、電源
投入時点からの経過時間に応じて平均化の対象となる周
期の数を変化させているので、発振周波数の安定性を向
上させるのに必要なだけの周波数安定性を基準信号から
適切に得ることができる。たとえば、電圧制御発振器は
電源投入直後はその周波数安定性が悪く、時間の経過に
伴って周波数安定性が向上する。したがって、電源投入
時点からの経過時間に対応して平均化する周期の数を増
加させれば、効率良く発振周波数の補正を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における発振装置の構成の概
要を表わしたブロック図である。

【図２】図１に示した発振器の各部における信号波形を
表わした各種波形図である。

【図３】周波数補正機能付き発振器がその発振周波数お
よび位相を基準信号のそれらと一致させる際に行う処理
の流れを表わした流れ図である。

【図４】パルス信号の周波数および位相が基準パルス信
号のそれらと一致するまでの過程における位相差の変化
の様子を表わした説明図である。

【図５】パルス信号の周波数および位相が基準パルス信
号のそれらと一致するまでの過程における周波数の変化
の様子を表わした説明図である。

【図６】平均化数テーブルの一例を表わした説明図であ
る。

【図７】位相差変化量の平均値を求める際に行う処理の
流れを表わした説明図である。

【符号の説明】

１１電圧制御発振器１３カウンタ回路１５ＧＰＳ受信機１７位相比較回路１９積分回路２４ＣＰＵ３１遅延回路３２差算出回路３５平均化回路３６制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力される制御信号の電圧値に応じた周
波数の電気信号を出力する電圧制御発振器と、この電圧制御発振器の出力する電気信号と所定の周波数
の基準信号との間の位相差の変化量を検出する位相差変
化量検出手段と、この位相差変化量検出手段によって検出された位相差の
変化量の減少する方向に前記制御信号の電圧値を変化さ
せる第１の制御電圧変更手段と、前記基準信号の周波数と前記電圧制御発振器の出力する
電気信号の周波数との差の許容値に対応して予め定めら
れた位相差の変化量の許容値と前記位相差変化量検出手
段によって検出された位相差の変化量とを比較する第１
の比較手段と、位相差の変化量がこの許容値以下になった時点における
前記制御信号の電圧値を記憶する制御電圧記憶手段と、前記電圧制御発振器の出力する電気信号と前記基準信号
との間の位相差を検出する位相差検出手段と、位相差の変化量が前記許容値以下になった時点からこの
位相差検出手段によって検出された位相差の減少する方
向に前記制御信号の電圧値を変化させる第２の制御電圧
変更手段と、前記位相差検出手段によって検出された位相差と前記基
準信号と前記電圧制御発振器の出力する電気信号との間
の予め定められた位相差の許容値とを比較する第２の比
較手段と、検出された位相差がこの位相差の許容値以下になった時
点から前記制御電圧記憶手段に記憶されている電圧値の
制御信号を前記電圧制御発振器に供給する制御電圧供給
手段とを具備することを特徴とする発振装置。
【請求項２】入力される制御信号の電圧値に応じた周
波数の電気信号を出力する電圧制御発振器と、この電圧制御発振器の出力する電気信号と短期的な周波
数安定性に比べて長期的な周波数安定性の高い所定の基
準信号との間の位相差の変化量をその１周期ごとに検出
する位相差変化量検出手段と、前記基準信号の予め設定された数の周期の間における位
相差の変化量の平均値を求める位相差変化量平均化手段
と、この位相差変化量平均化手段によって求められた位相差
の変化量の平均値の減少する方向に前記制御信号の電圧
値を変化させる第１の制御電圧変更手段と、前記基準信号の周波数と前記電圧制御発振器の出力する
電気信号の周波数との差の許容値に対応して予め定めら
れた位相差の変化量の許容値と前記位相差変化量平均化
手段によって求められた平均値とを比較する第１の比較
手段と、位相差の変化量の平均値がこの許容値以下になった時点
における前記制御信号の電圧値を記憶する制御電圧記憶
手段と、前記電圧制御発振器の出力する電気信号と前記基準信号
との間の位相差を検出する位相差検出手段と、位相差の変化量の平均値が前記許容値以下になった時点
からこの位相差検出手段によって検出された位相差の減
少する方向に前記制御信号の電圧値を変化させる第２の
制御電圧変更手段と、前記位相差検出手段によって検出された位相差と前記基
準信号と前記電圧制御発振器の出力する電気信号との間
の予め定められた位相差の許容値とを比較する第２の比
較手段と、検出された位相差がこの位相差の許容値以下になった時
点から前記制御電圧記憶手段に記憶されている電圧値の
制御信号を前記電圧制御発振器に供給する制御電圧供給
手段とを具備することを特徴とする発振装置。
【請求項３】入力される制御信号の電圧値に応じた周
波数の電気信号を出力する電圧制御発振器と、この電圧制御発振器の出力すべき電気信号の周波数を短
期的な周波数安定性に比べて長期的な周波数安定性の高
い所定の基準信号の周波数で除した数に等しいだけ電圧
制御発振器の出力する電気信号の周期を計数するごとに
所定のパルス信号を出力するカウント手段と、このカウント手段の出力するパルス信号と前記所定の基
準信号との間の位相差の変化量を前記基準信号の１周期
ごとに検出する位相差変化量検出手段と、前記基準信号の予め設定された数の周期の間における位
相差の変化量の平均値を求める位相差変化量平均化手段
と、この位相差変化量平均化手段によって求められた位相差
の変化量の平均値の減少する方向に前記制御信号の電圧
値を変化させる第１の制御電圧変更手段と、前記基準信号の周波数と前記パルス信号の周波数との差
の許容値に対応して予め定められた位相差の変化量の許
容値と前記位相差変化量平均化手段によって求められた
平均値とを比較する第１の比較手段と、位相差の変化量の平均値がこの許容値以下になった時点
における前記制御信号の電圧値を記憶する制御電圧記憶
手段と、前記カウント手段の出力するパルス信号と前記基準信号
との間の位相差を検出する位相差検出手段と、位相差の変化量の平均値が前記許容値以下になった時点
からこの位相差検出手段によって検出された位相差の減
少する方向に前記制御信号の電圧値を変化させる第２の
制御電圧変更手段と、前記位相差検出手段によって検出された位相差と前記パ
ルス信号との間の位相差の許容値とを比較する第２の比
較手段と、検出された位相差がこの位相差の許容値以下になった時
点から前記制御電圧記憶手段に記憶されている電圧値の
制御信号を前記電圧制御発振器に供給する制御電圧供給
手段とを具備することを特徴とする発振装置。
【請求項４】平均化の対象となる前記予め定められた
周期の数は、その数の周期の間を通算したときの前記基
準信号の周波数安定性が前記電圧制御発振器の周波数安
定性よりも高くなる数に設定されていることを特徴とす
る請求項２または請求項３記載の発振装置。
【請求項５】前記位相差変化量平均化手段は、電源投
入時点からの経過時間を測る計時手段と、電源投入時点
からの経過時間に対応付けて平均化の対象とすべき前記
周期の数を複数記憶した平均化数記憶手段とを備え、電
源投入時点からの経過時間に従って平均化の対象となる
周期の数を変化させることを特徴とする請求項２または
請求項３記載の発振装置。