JPH098551A - 高安定発振回路 - Google Patents

高安定発振回路

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JPH098551A
JPH098551A JP15283595A JP15283595A JPH098551A JP H098551 A JPH098551 A JP H098551A JP 15283595 A JP15283595 A JP 15283595A JP 15283595 A JP15283595 A JP 15283595A JP H098551 A JPH098551 A JP H098551A
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JP
Japan
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frequency
oscillator
phase data
aging time
oscillation circuit
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JP15283595A
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English (en)
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Takeshi Atami
健 熱海
Akira Kikuchi
顕 菊池
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 例えば、測定器の周波数基準や放送用機器な
どに使用する高安定発振回路に関し、温度変化やエージ
ング時間の経過で発生する周波数変化が設定された許容
範囲内に入っている様にすることを目的とする。 【構成】 周波数 fs の信号をシステム・クロックとし
て送出する発振器と、該システム・クロックの周波数 f
s と入力した位相データを用いて周波数 fG の出力信号
を送出するダイレクト・ディジタル・シンセサイザを備
えた高安定発振回路において、温度変化、またはエージ
ング時間に対応して生ずる周波数 fs の変化を補償する
位相データを生成して、該ダイレクト・ディジタル・シ
ンセサイザに送出する周波数補償手段を設けるように構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、測定器の周波
数基準や放送・通信用機器などに使用する高安定発振回
路に関するものである。
【0002】放送・通信などに使用できる周波数帯は限
られており、この限られた周波数帯域内で干渉すること
なく円滑に放送・通信を行う為、温度変化やエージング
時間の経過で発生する周波数変化が設定された許容範囲
内に入っていることが必要である。
【0003】
【従来の技術】水晶発振器、電圧制御型水晶発振器、温
度補償水晶発振器や恒温槽付き水晶発振器などの、あら
ゆる発振回路は周囲温度の変化やエージング時間の経過
により出力周波数が変化する。
【0004】水晶発振器、電圧制御型水晶発振器の周囲
温度による出力周波数の変化は、水晶振動子の温度特性
や発振回路を構成している部品の温度特性に依存してい
る。温度補償水晶発振器や恒温槽付き水晶発振器は、そ
れぞれ温度補償回路を内蔵することや、恒温槽内に発振
回路を収容することにより、上記の電圧制御型水晶発振
器よりも周囲温度の変化による出力周波数の安定度は優
れているが、温度補償回路や恒温槽制御回路の温度特性
により周波数変化が生ずる。
【0005】一方、エージング時間の経過による出力周
波数の変化も、上記温度特性を支配する個所、即ち、水
晶発振回路では水晶振動子や発振部分の部品の経時変化
が主要因となって引き起こされている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記の様に、周囲温度
の変化やエージング時間の経過による出力周波数変化が
発生し、許容範囲から外れる可能性がある。
【0007】そこで、温度変化やエージング時間の経過
で発生する周波数変化が設定された許容範囲内に入って
いる様にすることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】第1の本発明は、温度変
化、またはエージング時間の経過に対応して発生する周
波数 fs の変化を補償する位相データを生成して、該ダ
イレクト・ディジタル・シンセサイザに送出する周波数
補償手段を設ける様にした。
【0009】第2の本発明は、上記周波数補償手段を、
周囲温度を検出する温度検出部と、該温度検出部の検出
結果を用いて、周波数 fs の温度変化を補償する位相デ
ータΔφT を生成する位相データ生成部で構成した。
【0010】第3の本発明は、上記第2の出力周波数補
償手段を、エージング時間に対応して生ずる周波数 fs
の変化を補償する位相データΔφt が格納され、印加し
たエージング時間に対応する位相データが読み出される
テーブル部と、上記周波数 f G の出力信号のカウント値
をエージング時間として該テーブル部に送出するカウン
ト部で構成した。
【0011】第4の本発明は、上記カウント部を、エー
ジング時間測定用クロック源と、送出したエージング時
間測定用クロックをカウントし、カウント値をエージン
グ時間として送出するカウンタで構成した。
【0012】第5の本発明は、上記請求項2の周波数補
償手段の出力と請求項3の周波数補償手段の出力を加算
した位相データを上記ダイレクト・ディジタル・シンセ
サイザに送出する加算部を設ける。
【0013】そして、、温度変化及びエージング時間の
経過によって生ずる周波数 fs の変化を補償する構成に
した。第6の本発明は、上記発振器として電圧制御発振
器を用いる様にした。
【0014】第7の本発明は、上記電圧制御発振器を用
いて位相同期発振器を構成した。
【0015】
【作用】ダイレクト・ディジタル・シンセサイザの出力
周波数 fG とダイレクト・ディジタル・シンセサイザに
入力するシステム・クロックの周波数 fs 及び位相デー
タΔφの関係は公知の様に下記の式で示される。
【0016】fG =( fs ×Δφ)/ 2N ・・・・(1) なお、N は出力周波数設定データのビット数である。一
方、システム・クロックの周波数 fs は周囲温度の変化
やエージング時間の経過に対応して変化する。
【0017】そこで、本発明は上記システム・クロック
の周波数変化を補償する様に値が変化する位相データΔ
φを、ダイレクト・ディジタル・シンセサイザに送出す
る様にした。
【0018】つまり、周囲温度の変化に対する発振器の
周波数 fs の変化と、エージング時間の経過による高安
定発振回路の出力周波数 fG の変化を予め把握し、これ
らの変化を補償する様な位相データの値をメモリに格納
しておく。
【0019】これにより、周囲温度やエージング時間の
経過を検出すれば、これらによる周波数変化が設定され
た許容範囲内に入っている様にすることが可能となる。
【0020】
【実施例】図1は第1、第2の本発明の実施例の構成
図、図2は図1の動作説明図で、(a) は発振器の温度特
性図、(b) は電圧変換回路の温度特性図、(c) は高安定
発振回路の温度特性図、図3は第1、第3の本発明の実
施例の説明図で、(a) は構成図、(b) は発振器の温度特
性図、(c) は高安定発振回路の温度特性図である。
【0021】図4は第3の本発明の別の実施例の構成
図、図5は第4の本発明の実施例の構成図、図6は第5
の本発明の実施例の構成図、図7は第6の本発明の実施
例の構成図である。
【0022】ここで、全図を通じて同一符号は同一対象
物である。また、図1、図3(a) 中の点線で囲った部分
が、請求項2の周波数補償手段、請求項3の周波数補償
手段に対応する。
【0023】以下、図1〜図7の説明を行う。図1は周
囲温度の変化に対して周波数を安定化する構成を示した
ものである。図1中の発振器11は、周波数 fs の信号を
システム・クロックとしてダイレクト・ディジタル・シ
ンセサイザ( 以下、DDS と省略する) 12に送出する。
【0024】なお、発振器11の周囲温度:出力周波数偏
差の関係は図2(a) に示す様に、周囲温度25度における
周波数を基準として、25度よりも高くなると出力周波数
が低下し、25度よりも低くなると高くなる特性を持って
いる。
【0025】一方、温度検出回路22は、温度検出素子21
が送出した発振器11の周囲温度を検出し、対応する検出
出力を電圧変換回路23に送出する。電圧変換回路23は図
2(b) に示す様に、図2(a) に示す発振器の温度特性変
化を補償する様な周囲温度:電圧変換回路出力特性のテ
ーブル( 図示せず) を内蔵しているので、このテーブル
を利用にして入力した温度検出回路22の出力を対応する
アナログ電圧に変換し、アナログ/ ディジタル(A/D) 変
換器24に送出する。
【0026】そこで、A/D 変換器24は対応するディジタ
ルデータに変換して位相データΔφ T としてDDS 12に送
出する。DDS 12は離散サイン波をD/A 変換器13に出力す
るので、ここでアナログ信号に変換され、低域通過フィ
ルタ14で高調波成分を抑圧して、図2(c) に示す様に温
度変化の影響が抑圧された出力周波数 fG の信号が取り
出される。
【0027】図3はエージング時間の経過による周波数
の変化を抑圧する構成を示したものである。図中の発振
器11は上記と同様に、周波数 fs の出力信号をシステム
・クロックとしてDDS 12に送出する。
【0028】DDS 12は、入力したシステム・クロックの
周波数 fs とメモリテーブル31から読み出された位相デ
ータΔφt とを用いて、上記(1) 式の離散サイン波を生
成するが、この波はD/A 変換器13、低域通過フィルタ14
を通って出力周波数 fG の出力信号として送出される。
【0029】ここで、メモリテーブル31には図3(b) に
示す様に、発振器11のエージング時間の経過に対応した
周波数 fs の変化( 実線部分) を補償する様な、位相デ
ータΔφt ( 点線部分) を格納しておく。
【0030】また、カウンタ32は低域通過フィルタ14の
出力をカウントして動作開始時点からのエージング時間
をカウントするが、例えば、オール"1" で送出するキャ
リーを読出クロックとしてメモリテーブル31に送出す
る。
【0031】これにより、動作開始からt0, 2t0, 3t0
・と t0 時間間隔で周波数 fs の変化( 実線部分) を補
償する位相データΔφt がDDS 12に送られる。つまり、
動作開始時点からエージング時間の経過に対応して発振
器11の周波数fs が変化しても、この変化を補償する位
相データΔφt がメモリテーブル31より読み出されてDD
S 12に加えられるので、低域通過型フィルタ14から送出
される出力信号の周波数 fG は図3(c) に示す様にほぼ
一定となる。
【0032】図4は低域通過型フィルタ14から送出され
る出力信号の周波数が高い場合、カウンタ32がカウント
動作可能な範囲まで分周器33を用いて周波数を下げる様
にしたものである。
【0033】図5は低域通過型フィルタ14の出力を使用
せず、別個にエージング時間測定用のクロック源34の出
力を用いる様にしたものである。図6は図1と図3に示
す構成を組み合わせて温度特性とエージング特性の両方
を同時に安定化する様にしたものである。
【0034】即ち、温度変化による周波数変化を補正す
る位相データΔφT と、エージング時間の経過による周
波数の変化を補正する位相データΔφt を加算部4で加
算し、加算位相データΔφ0 をDDS 12に送出する。そこ
で、DDS は温度変化及びエージング時間の経過の何れに
対しても安定な周波数 fG の出力信号が得られることに
なる。
【0035】また、上記の回路を構成する発振器に電圧
制御発振器( 以下、VCO と省略する) を用いれば、温度
特性、エージング特性の良好なVCO が構成できる。この
VCOを用いた位相同期発振器(PLO) の応用例について図
7を用いて説明する。
【0036】一般に、PLO を構成するVCO の温度特性や
エージング時間の経過による周波数の変化は、これらが
変化する前と比べるとPLO の引込み周波数範囲を狭くす
る大きな要因となっている。
【0037】本回路構成によれば、温度変化、エージン
グ時間の経過に対してVCO の出力周波数が一定になって
いるので、引込み周波数範囲が変化せず安定なPLO を構
成することができる。
【0038】なお、図7中の点線部分は図6の構成と同
じであり、点線以外の部分はDDS の出力信号を分周器51
で分周し、位相比較器52で基準信号と分周器の出力の位
相を比較して位相差信号を取り出し、低域通過型フィル
タ53を介してVCO 制御信号(VF)を生成して、分周器の出
力が基準信号に同期する様にVCO の発振周波数を制御す
る為のループ部分である。
【0039】
【発明の効果】以上詳細に説明した様に本発明によれ
ば、温度変化やエージングで発生する周波数変化を設定
された許容範囲から外れる可能性がより少なくなると云
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1、第2の本発明の実施例の構成図である。
【図2】図1の動作説明図で、(a) は発振器の温度特性
図、(b) は電圧変換回路の温度特性図、(c) は高安定発
振回路の温度特性図である。
【図3】第1、第3の本発明の実施例の説明図で、(a)
は構成図、(b) は発振器の温度特性図、(c) は高安定発
振回路の温度特性図である。
【図4】第3の本発明の別の実施例の構成図である。
【図5】第4の本発明の実施例の構成図である。
【図6】第5の本発明の実施例の構成図である。
【図7】第6の本発明の実施例の構成図である。
【符号の説明】
11 発振器 12 DDS 13 D/A 変換器 14 低域通過型フ
ィルタ 21 温度検出素子 22 温度検出回路 23 電圧変換回路 24 A/D 変換器 31 メモリテーブル 32 カウンタ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周波数 fs の信号をシステム・クロック
    として送出する発振器と、該システム・クロックの周波
    数 fs と入力した位相データを用いて周波数fG の出力
    信号を送出するダイレクト・ディジタル・シンセサイザ
    を備えた高安定発振回路において、 温度変化、またはエージング時間の経過に対応して発生
    する周波数 fs の変化を補償する位相データを生成し
    て、該ダイレクト・ディジタル・シンセサイザに送出す
    る周波数補償手段を設けたことを特徴とする高安定発振
    回路。
  2. 【請求項2】 上記周波数補償手段を、 周囲温度を検出する温度検出部と、該温度検出部の検出
    結果を用いて、周波数fs の温度変化を補償する位相デ
    ータΔφT を生成する位相データ生成部で構成したこと
    を特徴とする請求項1記載の高安定発振回路。
  3. 【請求項3】 上記出力周波数補償手段を、 エージング時間に対応して生ずる周波数 fs の変化を補
    償する位相データΔφ t が格納され、印加したエージン
    グ時間に対応する位相データが読み出されるテーブル部
    と、上記周波数 fG の出力信号のカウント値をエージン
    グ時間として該テーブル部に送出するカウント部で構成
    したことを特徴とする請求項1記載の高安定発振回路。
  4. 【請求項4】 上記カウント部を、エージング時間測定
    用クロック源と、送出したエージング時間測定用クロッ
    クをカウントし、カウント値をエージング時間として送
    出するカウンタで構成したことを特徴とする請求項3記
    載の高安定発振回路。
  5. 【請求項5】 上記請求項2の周波数補償手段の出力と
    請求項3の周波数補償手段の出力を加算した位相データ
    を上記ダイレクト・ディジタル・シンセサイザに送出す
    る加算部を設け、 温度変化及びエージング時間の経過によって生ずる周波
    数 fs の変化を補償する構成にしたことを特徴とする請
    求項1の高安定発振回路。
  6. 【請求項6】 上記発振器が、電圧制御発振器を用いる
    様にしたことを特徴とする請求項1記載の高安定発振回
    路。
  7. 【請求項7】 上記電圧制御発振器を用いて位相同期発
    振器を構成したことを特徴とする請求項6の高安定発振
    回路。
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