专利名称：基准频率产生装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对振荡器进行控制以使基准频率信号与参考信号同步的基准频率产生装置。
背景技术：
例如，在便携电话的基站或数字广播的发送站等中，使用基准频率产生装置，供给用于进行发送信号的定时或频率的同步所需的高精度的基准频率信号。并且，这种基准频率产生装置中，例如有的对压控振荡器进行控制以使其与从GPS接收机得到的高精度的参考信号同步并输出上述基准频率信号。
压控振荡器构成为按照被输入的控制电压产生不同的频率，例如，能够列举将水晶振子用作谐振器的结构。该类型的压控振荡器的控制电压相对于输出频率的特性(以下称作F — V特性)因时间的经过或温度的变化而稍有变化。此外，如上所述的基准频率产生装置中，由于GPS卫星的位置、障碍物、妨碍电波等各种原因，有时GPS接收机不能接收来自GPS卫星的信号，不能生成参考信号。所以，提出了具备自由运行控制功能的基准频率产生装置，该自由运行控制功能用于在不能取得参考信号的情况下也继续输出高精度的基准频率信号。这种基准频率产生装置构成为在取得了参考信号的状况下，能够存储对压控振荡器进行控制时使用的数据。并且，若不能取得参考信号，则基于所存储的过去的数据，自由运行控制上述压控振荡器，由此能够长时间输出高精度的基准频率信号。例如有专利文献I公开了这种基准频率产生装置。专利文献I公开了考虑水晶振荡器的F — V特性随着温度的变化而变化(频率温度特性)的性质来生成自由运行用的控制电压的基准频率产生装置。现有技术文献专利文献专利文献I :特许第4050618号公报发明概要发明要解决的问题但是，在对压控振荡器进行自由运行控制时，若仅将老化以及温度变化用于频率变动的预测，则尤其在温度急剧变化等情况下，存在基准频率信号的频率从设定值偏离的情况。因此，要求能够进行更高精度的自由运行控制的基准频率产生装置。
发明内容
本发明是鉴于以上情况而作出的，其目的在于提供一种即使不能取得参考信号也能够继续输出高精度的基准频率信号的基准频率产生装置。用于解决问题的手段及效果本发明要解决的问题如上所述，下面说明用于解决该问题的手段及其效果。
根据本发明的观点，提供以下结构的基准频率产生装置。即，该基准频率产生装置具备同步回路、温度检测部以及控制部。上述同步回路根据基于参考信号得到的控制信号，对由振荡器输出的基准频率信号进行控制。上述温度检测部检测上述振荡器的使用温度。上述控制部若不能取得参考信号，则基于使用温度的温度梯度的时间变化率，进行考虑到上述振荡器的老化特性的特性变化的修正，基于该修正内容生成自由运行用控制信号并控制上述振荡器。S卩，例如若从使用温度大为变化的状态急剧转移到温度一定的状态，则由于热冲击等的影响，上述振荡器的老化特性发生特性变化。针对这一点，在上述结构中，考虑到在状态转移时温度梯度大为变化，能够基于温度梯度的时间变化率进行适当的修正。因此，能够考虑老化特性的特性变化来生成自由运行用控制信号。因而，在自由运行状态下也能够 输出高精度的基准频率信号。在上述基准频率产生装置中，优选为以下的结构。即，上述控制部对时间和与该时间建立了对应的使用温度之间的对应关系适用近似曲线，由此求出温度近似函数。此外，上述控制部在时间上对温度近似函数进行二阶微分，由此求出温度梯度的时间变化率。由此，通过使用近似曲线，能够准确地检测使用温度的局部的变动。因此，能够在更准确的时刻进行考虑到老化特性的特性变化的修正。此外，仅通过在时间上对温度近似函数进行二阶微分就能够得到温度梯度的时间变化率，因此能够使运算处理简单。在上述基准频率产生装置中，优选的是，上述控制部在生成自由运行用控制信号并进行自由运行控制的期间，在温度梯度的绝对值为比第I规定值小的值或温度梯度的绝对值为比第2规定值大的值、并且温度梯度的时间变化率的绝对值为超过阈值的值时，开始进行考虑到老化特性的特性变化的修正。由此，能够在老化特性产生特性变化时，准确地掌握温度梯度以及温度梯度的时间变化率所表示的特征。因此，能够准确地检测出老化特性产生了特性变化，并进行修正。在上述基准频率产生装置中，优选为以下的结构。即，上述控制部在生成自由运行用控制信号并进行自由运行控制的期间，在从使用温度大致一定的第I状态经由使用温度变化的状态成为了使用温度大致一定的第2状态时，基于第I状态下的使用温度即第I使用温度、第2状态下的使用温度即第2使用温度、以及第I使用温度与第2使用温度的差量中的至少某一个，决定对老化特性的特性变化进行修正时的修正量。S卩，由于热冲击等的影响而产生的老化特性的特性变化容易受上述使用温度及其差量的影响。针对这一点，通过进行上述控制，能够以考虑到使用温度及其差量的影响的准确的修正量进行修正。在上述基准频率产生装置中，优选的是，上述控制部在对老化特性的特性变化进行修正时，使修正量随着时间的经过而变化。S卩，由于该热冲击等的影响而产生的老化特性的特性变化随着时间经过而逐渐减小。针对这一点，通过进行上述控制，能够进行考虑到该性质的修正。在上述基准频率产生装置中，优选的是，控制部在生成自由运行用控制信号并进行自由运行控制的期间，不仅进行考虑到老化特性的特性变化的修正，而且还进行考虑到频率温度特性的修正以及考虑到具有滞后性的频率特性的修正中的至少一方。由此，在进行考虑到频率温度特性的修正的情况下，能够进行考虑到因温度的影响而产生的频率温度特性的变化的修正。此外，在进行考虑到具有滞后性的频率特性的修正的情况下，能够进行考虑到水晶等的记忆效果的修正。
图I是概略地表示本发明的一个实施方式所涉及的基准频率产生装置的框图。图2是表示基准频率产生装置的控制的一例的流程图。图3是说明开始进行考虑到老化特性畸变的修正的定时的坐标图。
具体实施例方式下面对发明的实施方式进行说明。首先，参照图I说明基准频率产生装置10的整体结构。图I是概略地表示本实施方式的基准频率产生装置10的框图。 本实施方式的基准频率产生装置10用于便携电话的基站、地面数字广播的发送站以及 WiMAX (Worldwide Interoper ability for Microwave Access)通信设备等，对所连接的用户侧的设备提供基准频率信号。以下，说明基准频率产生装置10的各部的结构。如图I所示，本实施方式的基准频率产生装置10具备压控振荡器15、分频器16、相位比较器12、环路滤波器13、温度传感器17、控制部11以及开关回路14。基准频率产生装置10与由GPS接收机20以及GPS天线21构成的GPS接收部连接，该GPS接收部对基准频率产生装置10供给参考信号。更具体而言，GPS接收机20构成为基于由GPS天线21从GPS卫星接收到的电波所包含的测位用信号，生成作为上述参考信号的IPPS信号(I秒周期信号)，并向基准频率产生装置10输出。如图I所示，由GPS接收机20生成并供给到基准频率产生装置10中的参考信号输入至控制部11以及相位比较器12。压控振荡器15构成为能够根据从外部施加的电压的电平而变更所输出的频率。作为该压控振荡器15，例如能够使用将水晶振子用作谐振器的TCXO (TemperatureCompensated Crystal Oscillator,温度补偿型水晶振荡器)。由该压控振荡器15输出的基准频率信号输出至外部的用户侧的系统，并且输入至分频器16。分频器16构成为对从压控振荡器15输入的基准频率信号进行分频而从高频率变换为低频率，将得到的相位比较用信号向相位比较器12输出。此外，该相位比较用信号作为定时脉冲信号(IPPS信号)还输出至外部的用户侧的系统。例如,在压控振荡器15输出的基准频率是IOMHz的情况下，分频器16以分频比I / 10000000对压控振荡器15输出的IOMHz的信号进行分频而生成IHz的相位比较用信号。相位比较器12检测参考信号与由分频器16分频后的上述位相比较用信号的相位差，输出基于该相位差的信号(相位差信号)。相位比较器12输出的相位差信号输入至环路滤波器13。环路滤波器13由低通滤波器等构成，通过在时间上对上述相位差信号的电压电平进行平均而变换为控制电压信号。该控制电压信号经由开关回路14输入至压控振荡器15。压控振荡器15输出基于从该环路滤波器13输出的控制电压信号的频率。这样,压控振荡器15的输出频率被适当调整，以使上述相位比较用信号的相位与参考信号的相位一致。温度传感器(温度检测部)17用于检测压控振荡器15的使用温度，配置在压控振荡器15的附近。此外，温度传感器17检测出的使用温度输出至控制部11。控制部11用于进行基准频率产生装置10的各部的控制，由作为运算部的CPU等构成。并且，控制部11监视是否正从GPS接收机20供给上述参考信号。并且在判断为正供给参考信号的情况下，控制部11将切换控制信号发送给开关回路14，使环路滤波器13与压控振荡器15连接。通过由开关回路14连接环路滤波器13与压控振荡器15，形成相位同步回路(Phase Locked Loop, PLL回路，锁相环回路)30的环路，控制压控振荡器15以使基准频率信号同步于参考信号。因此，只要GPS接收机20生成参考信号并向基准频率产生装置10供给，且PLL针对该参考信号锁定，则即使因老化或周围的温度变化等而产生压控振荡器15的F — V特性的变动，从基准频率产生装置10输出的基准频率也保持一定。另外，在以下说明中，有将基准频率产生装置10如上所述地取得参考信号、并基
于该参考信号输出基准频率信号的状态称作“通常状态”的情况。相对于此，有将基准频率产生装置10不能取得参考信号、控制部11输出自由运行用的控制电压信号而输出基准频率信号的状态称作“自由运行状态”的情况。接着，参照图2说明在通常状态下控制部11进行的处理。图2是表示基准频率产生装置10的控制的一例的流程图。控制部11判断是否取得了参考信号(S101)，在取得了参考信号的情况下，基于该参考信号对压控振荡器15进行控制(S102)。并且，在该通常状态期间，控制部11计算自由运行控制所需的各种数据，以便能够在成为自由运行状态时输出适当的控制电压信号来对压控振荡器15进行控制。以下，作为该数据的例子，说明使用温度和控制电压信号的电平值(DAC值)的处理。控制部11中被输入使用温度以及DAC值。并且，若成为规定的更新定时(S103)，则基于该被输入的值，计算需要的数据。首先，说明有关使用温度的处理。控制部11基于从启动基准频率产生装置10起的经过时间(以下简称为经过时间)、以及对应于该经过时间的使用温度，计算表示经过时间与使用温度之间的关系的温度近似函数(S104)。本实施方式中，为了求出该温度近似函数，使用将加权最小二乘法和迭代最小二乘法合并而成的加权迭代最小二乘法。为了适用加权最小二乘法，在求出温度近似函数时，对所存储的使用温度设定与经过时间相应的权重(weight)。该权重设定成越向过去追溯则越小,构成为越是过去计测的使用温度，则对求出的温度近似函数的影响越小。另外，如何设定该权重是任意的，也可以是能够根据环境而调整权重的结构。此外，通过使用迭代最小二乘法，在更新温度近似函数时，基于在求出最近的温度近似函数时使用的数据以及新检测出的使用温度，计算新的温度近似函数。因此，不需要积蓄过去检测的使用温度。此外，能够在此次的推定运算时反复反映过去的运算时设定的权重。这样，通过使用加权迭代最小二乘法，与过去的环境相比相对重视现在的环境，不用设置用于存储使用温度的存储部就能够求出温度近似函数。并且，控制部11构成为在每个规定的更新定时，更新温度近似函数。此外，控制部11针对DAC值也在每规定的更新定时进行运算。具体而言，基于到上次为止的DAC值，推定下次的DAC值(S105 )。另外，在以下的说明中，有将该推定出的DAC值称为“推定DAC值”的情况。推定DAC值的推定中可以使用适当的方法。例如，能够使用以下方法，即，仅计算DAC值的特征中的基于基准频率产生装置10的老化特性的特征，基于该老化特性来推定下次的DAC值。此时，还可以利用上述的加权迭代最小二乘法对推定DAC值进行推定。另外，作为推定DAC值，还可以直接使用最近的DAC值。在该情况下，虽然无法考虑老化特性等来进行自由运行控制，但能够使控制部11进行的运算处理简单。该方法在其他特性的影响比老化特性的影响大、且老化特性的影响几乎可以忽视时有效。并且，控制部11构成为在成为了自由运行状态时，基于该推定DAC值、以及用于修正推定DAC值的修正式,决定向压控振荡器15输出的控制电压信号。另外，关于该修正式的详情，留待后述。接着，参照图2及图3，说明在自由运行状态中控制部11进行的控制。图3是说 明，开始进行考虑到老化特性的畸变的修正的定时的坐标图。控制部11若检测到参考信号的输入断开，则向开关回路14发送用于连接该控制部11与压控振荡器15的切换控制信号，并转移到自由运行控制。在该自由运行控制中，代替从环路滤波器13输出的控制电压信号而将控制部11生成的自由运行用的控制电压信号经由开关回路14向压控振荡器15发送。另外，上述输入断开意味着参考信号的脉冲固定在高(Hi)侧或低(Low)侧的现象、以及在参考不正确的定时继续输出信号的现象这两者。自由运行控制时的控制电压信号基于推定DAC值和修正式计算。以下，说明该修正式。该修正式由三个修正项构成，例如能够表示为式(I)。另外，式(I)中Fco表示DAC值的修正量。[式I]
权利要求
1.一种基准频率产生装置，其特征在于，具备 同步回路，根据基于參考信号得到的控制信号，对由振荡器输出的基准频率信号进行控制； 温度检测部，检测上述振荡器的使用温度；以及 控制部，若不能取得參考信号，则基于使用温度的温度梯度的时间变化率，进行考虑到上述振荡器的老化特性的特性变化的修正，基于修正内容生成自由运行用控制信号并对上述振荡器进行控制。
2.如权利要求I记载的基准频率产生装置，其特征在干， 上述控制部对时间和与该时间建立了对应的使用温度之间的对应关系适用近似曲线，由此求出温度近似函数，并在时间上对温度近似函数进行2阶微分，由此求出温度梯度的时间变化率。
3.如权利要求I或2记载的基准频率产生装置，其特征在干， 上述控制部在生成自由运行用控制信号并进行自由运行控制的期间，在温度梯度的绝对值为比第I规定值小的值或温度梯度的绝对值为比第2规定值大的值、并且温度梯度的时间变化率的绝对值为超过阈值的值时，开始进行考虑到老化特性的特性变化的修正。
4.如权利要求I至3中任一项记载的基准频率产生装置，其特征在干， 上述控制部在生成自由运行用控制信号并进行自由运行控制的期间，在从使用温度大致一定的第I状态经由使用温度变化的状态而成为了使用温度大致一定的第2状态时，基于第I状态下的使用温度即第I使用温度、第2状态下的使用温度即第2使用温度、以及第I使用温度与第2使用温度的差量中的至少某ー个，决定对老化特性的特性变化进行修正时的修正量。
5.如权利要求I至4中任一项记载的基准频率产生装置，其特征在干， 上述控制部在对老化特性的特性变化进行修正吋，使修正量随着时间的经过而变化。
6.如权利要求I至5中任一项记载的基准频率产生装置，其特征在干， 上述控制部在生成自由运行用控制信号并进行自由运行控制的期间，不仅进行考虑到老化特性的特性变化的修正，而且还进行考虑到频率温度特性的修正以及考虑到具有滞后的频率特性的修正中的至少一方。
全文摘要
基准频率产生装置(10)具备同步回路(30)、温度检测部(17)以及控制部(11)。同步回路根据基于参考信号得到的控制信号，对由压控振荡器(15)输出的基准频率信号进行控制。温度检测部检测压控振荡器的使用温度。控制部若不能取得参考信号，则基于使用温度的温度梯度的时间变化率，进行考虑到压控振荡器的老化特性的畸变的修正，基于该修正内容，生成自由运行用控制信号并对压控振荡器进行控制。
文档编号H03L1/02GK102714500SQ201180006039
公开日2012年10月3日 申请日期2011年1月7日 优先权日2010年1月13日
发明者小和田真也 申请人:古野电气株式会社