定时信号生成装置、电子设备以及移动体的制作方法

本发明涉及定时信号生成装置、电子设备以及移动体。

背景技术：

例如，公知有如下的定时信号生成装置：与来自gps(globalpositioningsystem：全球定位系统)卫星的卫星信号等中包含的准确的定时信号同步地使石英振荡器或原子振荡器等振荡器振荡，由此生成高精度的定时信号(例如，参照专利文献1)。

这里，一般情况下，石英振荡器或原子振荡器等振荡器具有频率温度特性(输出频率相对于温度变化的变动特性)，在定时信号生成装置中，对由该频率温度特性导致的输出频率变动进行校正。

例如，在专利文献1所记载的定时信号生成装置具有：石英振荡器，其通过对石英振子施加电压信号来产生基准频率信号；控制单元，其生成电压信号；以及温度检测单元，其检测石英振荡器的温度并输出到控制单元。而且，在专利文献1所记载的定时信号生成装置中，控制单元根据依次取得并存储的时间序列的温度来计算温度的时间变化状态，并根据该温度的时间变化状态和温度来校正电压信号的信号电平并给出到石英振荡器。

专利文献1：日本特开2010-68065号公报

在专利文献1所记载的定时信号生成装置中，由于按照石英振荡器的温度来校正对石英振子施加的电压信号，因此，存在如下问题：在石英振子的输出频率相对于电压信号的电压值的线性较差的情况下，伴随着电压信号的电压值随时间的变动，校正精度劣化。在针对地面数字广播、移动电话基站等极高精度规格的要求而将原子振荡器用作振荡器的情况下，由于原子振荡器的振荡频率相对于控制电压的线性较差，因此这样的问题格外显著。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种即使产生设置环境的温度变动，也能够长期生成高精度的定时信号的定时信号生成装置，此外，提供一种具有该定时信号生成装置的电子设备以及移动体。

这样的目的通过下述本发明来达成。

本发明的定时信号生成装置的特征在于，该定时信号生成装置具有：基准定时信号输出部，其输出基准定时信号；原子振荡器，其输出与所输入的电压值对应的时钟信号；电压调整部，其根据所述基准定时信号与所述时钟信号的同步状态调整所述电压值；温度传感器，其输出与所述原子振荡器的温度对应的信号；频率转换部，其对所述时钟信号进行频率转换并输出；以及控制部，其根据所述温度传感器的输出控制所述频率转换部。

根据这样的定时信号生成装置，控制部根据温度传感器的输出控制频率转换部，由此，能够降低由原子振荡器的频率温度特性(输出频率相对于温度变化的变动特性)导致的定时信号生成装置的输出频率的变动。特别地，由于频率转换部对原子振荡器的时钟信号进行频率转换，因此，即使使用输出频率相对于所输入的电压值(控制电压)的线性较差的原子振荡器，也能够长期容易并且高精度地进行定时信号生成装置的输出频率的校正。此外，即使在基准定时信号输出部无法输出基准定时信号的状况时，通过使用来自原子振荡器的时钟信号，也能够生成高精度的定时信号。因此，即使产生设置环境的温度变动，也能够长期将时钟信号作为高精度的定时信号而生成。

在本发明的定时信号生成装置中，优选的是，所述原子振荡器具有：原子室，其封入有原子；线圈，其根据所述电压值对所述原子施加磁场；以及压控型振荡器，其根据所述原子的跃迁频率输出所述时钟信号。

在这样的原子振荡器中，由于输出频率(时钟信号的频率)与电压值的平方成比例地变化，因此，输出频率相对于输入到原子振荡器的电压值(控制电压)的线性较差。因此，假设当调整输入到线圈的电压值来进行频率温度特性的校正时，由老化特性而导致了频率温度特性的校正精度随时间劣化、或者必须大量保存考虑了老化特性在内的频率温度特性的校正数据、需要复杂的控制。因此，在使用这样的原子振荡器的情况下，当应用本发明时，其效果显著。

在本发明的定时信号生成装置中，优选的是，该定时信号生成装置具有向外部输出定时信号的输出部，

所述频率转换部设置于所述原子振荡器与所述输出部之间。

由此，能够以比较简单的结构将校正后的时钟信号作为定时信号而从输出部输出。

在本发明的定时信号生成装置中，优选的是，所述频率转换部是直接数字合成器。

由此，能够简单并且高精度地对时钟信号进行频率转换和校正。

在本发明的定时信号生成装置中，优选的是，所述原子振荡器具有：光源部，其射出激励所述原子的共振光对；受光部，其接收通过了所述原子室的所述共振光对；频率控制部，其根据所述受光部的受光结果控制所述压控型振荡器的振荡频率；以及倍频部，其对所述时钟信号进行倍频并输出，所述光源部使用所述倍频部的输出而被驱动，

所述频率转换部设置于所述倍频部。

由此，能够将校正后的时钟信号从原子振荡器输出。

在本发明的定时信号生成装置中，优选的是，所述频率转换部是分数相位同步电路。

由此，能够简单并且高精度地对时钟信号进行频率转换和校正。

在本发明的定时信号生成装置中，优选的是，所述电压调整部具有：分频器，其对所述时钟信号进行分频并输出；相位比较器，其对所述分频器的输出与所述基准定时信号的相位进行比较；以及环路滤波器，其设置于所述相位比较器与所述原子振荡器之间，

所述频率转换部设置于所述分频器。

由此，能够以比较简单的结构将校正后的时钟信号从原子振荡器输出。

在本发明的定时信号生成装置中，优选的是，该定时信号生成装置具有存储部，所述存储部存储有与所述原子振荡器的频率温度特性相关的校正信息，所述控制部根据所述校正信息和所述温度传感器的输出控制所述频率转换部。

由此，能够与原子振荡器的频率温度特性对应地可靠地进行时钟信号的校正。

在本发明的定时信号生成装置中，优选的是，所述基准定时信号输出部根据卫星信号输出所述基准定时信号。

由此，能够利用与世界标准时(utc：coordinateduniversaltime)同步的准确的基准定时信号(1pps)。

本发明的电子设备的特征在于，该电子设备具有本发明的定时信号生成装置。

由此，能够提供具有定时信号生成装置的电子设备，该电子设备即使产生设置环境的温度变动，也能够长期生成高精度的定时信号。

本发明的移动体的特征在于，该移动体具有本发明的定时信号生成装置。由此，能够提供具有定时信号生成装置的移动体，该移动体即使产生设置环境的温度变动，也能够长期生成高精度的定时信号。

附图说明

图1是示出本发明第1实施方式的定时信号生成装置的概略结构的图。

图2是示出图1所示的定时信号生成装置所具有的gps接收器的结构例的框图。

图3是图1所示的定时信号生成装置所具有的原子振荡器的概略结构图。

图4是用于说明碱金属的能态的图。

图5是示出从光源部射出的两种光的频率差与受光部检出的光强度之间的关系的图表。

图6是示出图3所示的原子振荡器的频率温度特性的一例的图表。

图7是示出图3所示的原子振荡器的控制电压的随时间变化(老化特性)的一例的图表。

图8是示出图3所示的原子振荡器的控制电压与振荡频率的关系的图表。

图9是示出图1所示的频率转换部(dds)的设定值(校正值)与输出信号的频率之间的关系的图表。

图10是示出本发明第2实施方式的定时信号生成装置的概略结构的图。

图11是图10所示的定时信号生成装置所具有的原子振荡器的概略结构图。

图12是示出本发明第3实施方式的定时信号生成装置的概略结构的图。

图13是示出本发明的电子设备的实施方式的框图。

图14是示出本发明的移动体的实施方式的图。

标号说明

1：定时信号生成装置；1a：定时信号生成装置；1b：定时信号生成装置；2：gps卫星；10：gps接收器(基准定时信号输出部)；11：saw滤波器；12：rf处理部；13：基带处理部；14：tcxo；20：处理部；20b：处理部；21：相位比较器；22：环路滤波器；23：dsp(控制部)；24：分频器；24b：分频器；25：gps控制部；30：原子振荡器；30a：原子振荡器；31：原子室；32：光源部；33：受光部；34：线圈；35：光源控制部；35a：光源控制部；36：磁场控制部；40：温度传感器；50：gps天线；60：dds(频率转换部)；70：输出部；80：存储部；121：pll；122：lna；123：混频器；124：if放大器；125：if滤波器；126：adc；131：dsp；132：cpu；133：sram；134：rtc；300：电子设备；310：定时信号生成装置；320：cpu；330：操作部；340：rom；350：ram；351：频率控制部；352：压控型石英振荡器(压控型振荡器)；353：相位同步电路；353a：相位同步电路；360：通信部；370：显示部；400：移动体；410：定时信号生成装置；420：汽车导航装置；430：控制器；440：控制器；450：控制器；460：电池；470：备用电池；f：频率；ll：光；v0：电压值；v1：电压值；v2：电压值；v3：电压值；vcon：电压值；δe：能量差；δf1：调整范围；δf2：调整范围；ω0：频率；ω1：频率；ω2：频率。

具体实施方式

下面，根据附图所示的实施方式，对本发明的定时信号生成装置、电子设备和移动体详细地进行说明。

1.定时信号生成装置

图1是示出本发明第1实施方式的定时信号生成装置的概略结构的图。

图1所示的定时信号生成装置1构成为包含gps接收器10(基准定时信号输出部)、处理部(cpu)20、原子振荡器30(振荡器)、温度传感器40、gps天线50、dds(directdigitalsynthesizer：直接数字合成器)60(频率转换部)以及存储部80。

此外，关于定时信号生成装置1，结构要素的一部分或全部可以是物理意义上分离的，也可以是一体的。例如，gps接收器10和处理部(cpu)20可以分别用独立的ic实现，gps接收器10和处理部(cpu)20还可以作为单芯片的ic实现。

该定时信号生成装置1接收从gps卫星2(位置信息卫星的一例)发送的卫星信号，生成高精度的1pps。

gps卫星2在地球上空的规定轨道上环绕，向地面发送在载波即1.57542ghz电波(l1波)上叠加了导航消息和c/a码(coarse/acquisitioncode：粗/捕获码)(对载波进行调制而得到)的卫星信号。

c/a码是用于识别当前约存在30个的gps卫星2的卫星信号的编码，是由各码片(chip)为+1或－1中的任意一方的1023个码片(1ms周期)构成的固有的形式(pattern)。因此，通过取卫星信号与各c/a码的形式之间的相关，能够检测叠加在卫星信号上的c/a码。

各gps卫星2发送的卫星信号(具体而言为导航消息)中包含有表示各gps卫星2在轨道上的位置的轨道信息。并且，各gps卫星2搭载有原子时钟，在卫星信号中包含由原子时钟计时的极其准确的时刻信息。因此，能够通过接收来自4个以上的gps卫星2的卫星信号，并使用各卫星信号所包含的轨道信息和时刻信息进行定位计算，得到接收点(gps天线50的设置场所)的位置和时刻的准确信息。具体而言，通过建立以接收点的三维位置(x，y，z)和时刻t为4个变量的4元方程式，求出其解即可。

此外，在接收点的位置已知的情况下，能够接收来自一个以上的gps卫星2的卫星信号，利用包含在各卫星信号中的时刻信息得到接收点的时刻信息。

并且，使用各卫星信号中包含的轨道信息，能够得到各gps卫星2的时刻与接收点的时刻之差的信息。此外，通过地面的控制部分，测定各gps卫星2所搭载的原子时钟的稍许的时刻误差，卫星信号中还包含用于校正该时刻误差的时刻校正参数，通过利用该时刻校正参数来校正接收点的时刻，能够得到极其准确的时刻信息。

gps天线50是接收包含卫星信号在内的各种电波的天线，与gps接收器10连接。

[gps接收器(基准定时信号输出部)]

gps接收器10(基准定时信号输出部)根据经由gps天线50而接收的卫星信号进行各种处理。

具体地进行说明，gps接收器10具有通常定位模式和位置固定模式，对应于来自处理部(cpu)20的控制命令而被设定成通常定位模式和位置固定模式中的任意一个。

gps接收器10在通常定位模式下，接收从多个(优选为4个以上)的gps卫星2发送的卫星信号，根据接收到的卫星信号中包含的轨道信息(具体而言，星历参数或年历参数等)和时刻信息(具体而言，周编号数据或z计数数据等)进行定位计算。通常定位模式是持续进行定位计算的模式。

并且，gps接收器10在位置固定模式下接收从至少一个gps卫星2发送的卫星信号，根据接收到的卫星信号中包含的轨道信息、时刻信息以及所设定的接收点的位置信息，生成1pps(1pulsepersecond，每1秒1个脉冲)作为基准定时信号。1pps(与基准时刻同步的基准定时信号的一例)是与utc(世界标准时)完全同步的脉冲信号，每1秒包含1个脉冲。如此，gps接收器10在基准定时信号的生成中使用的卫星信号包含轨道信息和时刻信息，由此能够生成与基准时刻准确地同步的定时信号。位置固定模式是根据预先设定的位置信息输出1pps的模式。

下面，对gps接收器10的结构进行详细说明。图2是示出图1所示的定时信号生成装置所具有的gps接收器的结构例的框图。

图2所示的gps接收器10构成为包含saw(surfaceacousticwave：表面声波)滤波器11、rf处理部12、基带处理部13和温度补偿型石英振荡器(tcxo：temperaturecompensatedcrystaloscillator)14。

saw滤波器11进行从gps天线50接收到的电波中提取卫星信号的处理。该saw滤波器11构成为使1.5ghz频带的信号通过的带通滤波器。

rf处理部12构成为，包含pll(phaselockedloop：锁相环)121、lna(lownoiseamplifier：低噪声放大器)122、混频器123、if放大器124、if(intermediatefrequency：中频)滤波器125和adc(a/d转换器)126。

pll121生成将以几十mhz程度振荡的tcxo14的振荡信号倍频到1.5ghz频带的频率的时钟信号。

利用lna122对saw滤波器11提取出的卫星信号进行放大。由lna122放大后的卫星信号利用混频器123与pll121输出的时钟信号进行混频，而降频变换为中频(例如，几mhz)的信号(if信号)。由混频器123混频后的信号被if放大器124放大。

通过混频器123中的混频，与if信号一同还生成ghz级高频信号，因此if放大器124与if信号一同，也对该高频信号进行放大。if滤波器125使if信号通过，并且去除该高频信号(准确地说，使其衰减到规定的电平以下)。通过if滤波器125后的if信号由adc(a/d转换器)126转换为数字信号。

基带处理部13构成为包含dsp(digitalsignalprocessor：数字信号处理器)131、cpu(centralprocessingunit：中央处理单元)132、sram(staticrandomaccessmemory：静态随机存取存储器)133和rtc(实时时钟)134，将tcxo14的振荡信号作为时钟信号进行各种处理。

dsp131和cpu132在协作的同时，由if信号解调出基带信号，取得导航消息中包含的轨道信息和/或时刻信息，进行通常定位模式的处理或位置固定模式的处理。

sram133用于存储所取得的时刻信息和/或轨道信息、按照规定的控制命令(位置设定用控制命令)设定的接收点的位置信息、位置固定模式等中使用的截止高度角(elevationanglemask)等。rtc134生成用于进行基带处理的定时。该rtc134通过来自tcxo14的时钟信号进行向上计数。

具体而言，基带处理部13产生与各c/a码相同形式的本地码，进行取基带信号中包含的各c/a码与本地码之间的相关的处理(卫星搜索)。并且，基带处理部13调整本地码的产生定时，使得关于各本地码的相关值成为峰值，在相关值成为阈值以上的情况下，判断为是已与将该本地码作为c/a码的gps卫星2同步(捕捉到gps卫星2)的码。另外，在gps中，采用了所有的gps卫星2使用不同的c/a码发送同一频率的卫星信号的cdma(codedivisionmultipleaccess：码分多址)方式。因此，能够通过判别接收到的卫星信号所包含的c/a码，检索可捕捉的gps卫星2。

另外，为了取得捕捉到的gps卫星2的轨道信息和/或时刻信息，基带处理部13进行对与该gps卫星2的c/a码同一形式的本地码和基带信号进行混频的处理。在混频后的信号中，包含捕捉到的gps卫星2的轨道信息和/或时刻信息在内的导航消息被解调。并且，基带处理部13进行取得导航消息所包含的轨道信息和/或时刻信息并存储到sram133中的处理。

并且，基带处理部13接收规定的控制命令(具体而言为模式设定用的控制命令)，设定为通常定位模式和位置固定模式中的任意一个。基带处理部13在通常定位模式下，使用sram133所存储的4个以上的gps卫星2的轨道信息和时刻信息进行定位计算。

并且，基带处理部13在位置固定模式下，利用存储在sram133中的1个以上的gps卫星2的轨道信息和存储在sram133中的接收点的位置信息，输出高精度的1pps。具体而言，基带处理部13在rtc134的一部分中具有对1pps的各脉冲的产生定时进行计数的1pps计数器，利用gps卫星2的轨道信息和接收点的位置信息，计算从gps卫星2发送的卫星信号到达接收点所需的传播延迟时间，根据该传播延迟时间，将1pps计数器的设定值变更为最佳值。

另外，基带处理部13在通常定位模式下，可以根据用定位计算得到的接收点的时刻信息输出1pps，在位置固定模式下，只要能够捕捉多个gps卫星2，则可以进行定位计算。

并且，基带处理部13输出包含作为定位计算结果的位置信息和/或时刻信息、接收状况(gps卫星2的捕捉数、卫星信号的强度等)等各种信息的nmea数据。

如以上说明那样构成的gps接收器10的动作由图1所示的处理部(cpu)20进行控制。

[处理部]

处理部20对gps接收器10发送各种控制命令来控制gps接收器10的动作，接收gps接收器10输出的1pps和/或nmea数据，进行各种处理。另外，处理部20例如可以依照存储部80所存储的程序进行各种处理。

该处理部20构成为包含相位比较器21、环路滤波器22、dsp(digitalsignalprocessor：数字信号处理器)23(控制部)、分频器24和gps控制部25。另外，dsp23和gps控制部25可以由一个部件构成。

dsp23(“位置信息生成部”的一例)进行如下处理：定期(例如，每1秒)从gps接收器10取得nmea数据，收集nmea数据中包含的位置信息(gps接收器10在通常定位模式下的定位计算结果)，生成规定时间中的统计信息，根据该统计信息生成接收点的位置信息。

此外，dsp23具有根据温度传感器40的输出来控制dds60的功能。更具体而言，dsp23使用温度传感器40的输出和存储于存储部80中的与频率温度特性相关的校正信息来求出校正值，并将该校正值输入到dds60，由此，对dds60的设定值进行调整。另外，关于dds60的控制，与后述的原子振荡器30的时钟信号的频率校正的说明一起在后文进行详细说明。

gps控制部25对gps接收器10发送各种控制命令，控制gps接收器10的动作。具体而言，gps控制部25对gps接收器10发送模式设定用的控制命令，进行将gps接收器10从通常定位模式切换为位置固定模式的处理。并且，gps控制部25在将gps接收器10从通常定位模式切换到位置固定模式之前，对gps接收器10发送位置设定用的控制命令，进行对gps接收器10设定dsp23生成的接收点的位置信息的处理。

分频器24对原子振荡器30输出的时钟信号(频率：f)进行f分频，输出1hz的分频时钟信号。

相位比较器21对gps接收器10输出的1pps(基准定时信号)与分频器24输出的1hz的分频时钟信号(时钟信号)进行相位比较，并将与相位差对应的电压值vcon的相位差信号作为其比较结果而输出。该相位差信号经由环路滤波器22被输入到原子振荡器30。环路滤波器22的参数由dsp23设定。

分频器24所输出的1hz的分频时钟信号与gps接收器10输出的1pps同步，定时信号生成装置1将该分频时钟信号作为与utc同步的频率精度极高的1pps向外部输出。并且，定时信号生成装置1与1pps同步地每1秒向外部输出最新的nmea数据。

原子振荡器30构成为能够按照环路滤波器22的输出电压(控制电压)对频率进行微调，如上文所述，通过相位比较器21、环路滤波器22、dsp23和分频器24，原子振荡器30所输出的时钟信号与gps接收器10所输出的1pps完全同步。即，相位比较器21、环路滤波器22、dsp23和分频器24构成pll(phaselockedloop)电路，作为使原子振荡器30所输出的时钟信号与1pps同步的“同步控制部”发挥作用。此外，相位比较器21、环路滤波器22、dsp23以及分频器24作为“电压调整部”而发挥作用，根据来自gps接收器10的基准定时信号与来自原子振荡器30的时钟信号的同步状态，调整输入到原子振荡器30的电压值。

[原子振荡器(振荡器)]

原子振荡器30例如利用了铷原子和/或铯原子的能量跃迁，是能够输出频率精度高的时钟信号的振荡器。作为原子振荡器30，例如，能够采用利用了eit(electromagneticallyinducedtransparency：电磁感应透明)现象(也称为cpt(coherentpopulationtrapping：相干布居囚禁)现象)的方式的原子振荡器、或者利用了光学微波双共振现象的方式的原子振荡器等。

以下，对利用了eit现象的方式的原子振荡器30的结构进行详细说明。图3是图1所示的定时信号生成装置所具有的原子振荡器的概略结构图。图4是用于说明碱金属的能态的图。图5是示出从光源部射出的两种光的频率差与受光部检出的光的强度之间的关系的图表。

如图3所示，原子振荡器30具有原子室31(气室)、光源部32、受光部33、线圈34、光源控制部35以及磁场控制部36。

原子室31例如由玻璃构成，具有密闭的内部空间。在该原子室31内封入有铷、铯、钠等气体状的碱金属。此外，在原子室31内，可以根据需要而与碱金属一起封入氩、氖等稀有气体、氮等惰性气体作为缓冲气体。这里，原子室31被加热器(未图示)加热，加热器根据检测原子室31的温度的温度传感器(未图示)的检测结果而被驱动。由此，能够将原子室31中的碱金属维持为适当的浓度的气体状。

如图4所示，碱金属具有3能级系统的能级，能够取能级不同的2个基态能级(第1基态能级和第2基态能级)以及激励态这3个状态。这里，第1基态能级是比第2基态能级低的能级。在将2种第1共振光以及第2共振光向碱金属照射时，对应于第1共振光的频率ω1与第2共振光的频率ω2之差(ω1-ω2)，碱金属对第1共振光以及第2共振光的光吸收率(光透过率)发生变化。

而且，当第1共振光的频率ω1与第2共振光的频率ω2之差(ω1-ω2)与相当于第1基态能级与第2基态能级的能量差的频率一致时，从第1基态能级以及第2基态能级向激励能级的激励分别停止。此时，第1共振光以及第2共振光均不被碱金属吸收而透过。将这样的现象称为cpt现象或电磁感应透明现象(eit：electromagneticallyinducedtransparency)。

例如，当使第1共振光的频率ω1固定而改变第2共振光的频率ω2时，在第1共振光的频率ω1与第2共振光的频率ω2之差(ω1-ω2)与相当于第1基态能级与第2基态能级的能量差的频率ω0一致时，如图5所示，受光部33的受光强度(检测强度)伴随着上述eit现象而急剧上升。这样的急剧的信号被检测为eit信号。该eit信号具有由碱金属的种类确定的固有值。

图3所示的光源部32具有射出包含上述第1共振光以及第2共振光在内的光ll的功能，上述第1共振光以及第2共振光构成使原子室31内的碱金属原子共振(激励)的共振光对。作为该光源部32，只要能够射出上述那样的光ll就没有特别限定，例如，能够使用垂直谐振器面发光激光器(vcsel)等半导体激光器等。

受光部33具有接收透过原子室31内的光ll(尤其是，由第1共振光以及第2共振光构成的共振光对)并检测强度的功能。作为该受光部33，只要能够检测上述那样的光ll的强度就没有特别限定，例如，能够使用光电二极管等光检测器(受光元件)。

线圈34具有通过通电而向原子室31内的碱金属施加磁场的功能。由此，通过塞曼分裂，能够扩大原子室31内的碱金属原子的正在简并的不同的多个能级间的间隙，提高分辨率。其结果是，能够提高原子振荡器30的振荡频率的精度。

该线圈34可以以构成螺线管型的方式由沿着原子室31的外周卷绕设置的线圈构成，也可以以构成亥姆霍茨型的方式由隔着原子室31而对置设置的1对线圈构成。

光源控制部35具有根据上述受光部33的检测结果来控制从光源部32射出的第1共振光以及第2共振光的频率的功能。该光源控制部35具有频率控制部351、压控型石英振荡器352(vcxo：voltagecontrolledcrystaloscillators)以及相位同步电路353(pll：phaselockedloop)。

频率控制部351根据受光部33的受光强度(受光结果)检测原子室31内的eit状态，并输出与该检测结果对应的控制电压。由此，频率控制部351以通过受光部33检测eit信号的方式控制压控型石英振荡器352的振荡频率。

压控型石英振荡器352(压控型振荡器)通过频率控制部351而被控制为期望的振荡频率，例如，以几mhz～几十mhz程度的频率振荡。即，压控型石英振荡器352按照原子室31内的原子的跃迁频率输出频率f的时钟信号。此外，压控型石英振荡器352的输出信号被输入到相位同步电路353并且作为原子振荡器30的输出信号而输出。另外，也可以替代压控型石英振荡器352而使用未利用石英的压控型振荡器。

相位同步电路353将来自压控型石英振荡器352的输出信号频率倍增而输出。而且，相位同步电路353以与上述碱金属原子的2个不同的2个基态能级的能量差δe相当的频率的1/2的频率振荡。这样倍频后的信号(高频信号)在叠加了直流偏置电流之后作为驱动信号而输入到光源部32。由此，能够对在光源部32中包含的半导体激光器等发光元件进行调制，射出频率差(ω1-ω2)为ω0的2种光即第1共振光以及第2共振光。这里，直流偏置电流的电流值被未图示的偏置控制部控制为规定值。由此，能够对第1共振光以及第2共振光的中心波长进行期望的控制。

此外，磁场控制部36具有根据环路滤波器22的输出电压(控制电压)来控制向线圈34的通电的功能。由此，线圈34根据环路滤波器22的输出电压(电压值)来向原子室31内的原子施加磁场。

如以上说明构成的原子振荡器30单体的频率温度特性不平坦。因此，如图1所示，原子振荡器30的输出信号(时钟信号)被输入到dds60，并按照温度传感器40的输出(检测温度)而被校正。这里，dsp23根据温度传感器40的输出进行调整dds60的设定值(校正值)的处理。另外，关于原子振荡器30的时钟信号的频率校正，在下文进行详细说明。

此外，当gps接收器10无法接收卫星信号等状况(故障保持)发生时，gps接收器10输出的1pps的精度劣化、或者gps接收器10停止1pps的输出。在这样的情况下，处理部20停止进行使原子振荡器30所输出的时钟信号与gps接收器10所输出的1pps同步(以下，也称为“gps锁定”)的处理，而使原子振荡器30自行振荡。这样，即使在gps接收器10所输出的1pps的精度劣化的情况下，定时信号生成装置1也能够输出基于原子振荡器30的自行振荡的频率精度高的1pps。这样，在定时信号生成装置1中，即使在gps接收器10无法输出基准定时信号的状况时，通过使用来自原子振荡器30的时钟信号，也能够生成高精度的定时信号。另外，即使替代原子振荡器30而采用双加热炉或单加热炉的恒温槽型石英振荡器(ocxo)、压控型石英振荡器(vcxo)、带有温度补偿电路的石英振荡电路(tcxo)等石英振荡器，也能够输出基于自行振荡的频率精度高的1pps。

[温度传感器]

图1所示的温度传感器40配置于原子振荡器30的附近，具有输出与原子振荡器30的温度(设置环境的温度)对应的信号的功能。由此，能够根据温度传感器40的输出来检测原子振荡器30的温度。该温度传感器40例如构成为包含热电偶或热敏电阻等。

[dds(频率转换部)]

图1所示的dds60具有根据来自dsp23的校正值(设定值)对来自原子振荡器30的时钟信号(即来自上述压控型石英振荡器352的时钟信号)进行频率转换(频率调制)的功能。dds60的输出(校正后的频率f’的时钟信号)作为定时信号生成装置1的输出而从输出部70输出到外部。另外，关于dds60，与后述的原子振荡器30的时钟信号的频率校正的说明一起，在后文进行详细说明。

[存储部]

图1所示的存储部80具有存储处理部20的动作所需的各种信息的功能。特别地，在存储部80中存储有与原子振荡器30的频率温度特性相关的校正信息。

以上，说明了定时信号生成装置1的结构。

[原子振荡器的时钟信号的频率校正]

以下，对原子振荡器30的时钟信号的频率校正进行详细说明。

图6是示出图3所示的原子振荡器的频率温度特性的一例的图表。例如图6中的实线所示那样，原子振荡器30的频率温度特性(输出频率相对于温度变化的变动特性)不平坦。因此，在假设不进行任何校正的情况下，原子振荡器30的时钟信号因原子振荡器30的设置环境中的温度变化而变动。这里，不仅是在使原子振荡器30自行振荡时(故障保持时)，如上所述，当在gps锁定时，即使相位比较器21、环路滤波器22、dsp23以及分频器24使来自gps接收器10的基准定时信号与来自原子振荡器30的时钟信号的相位同步，也相比原子振荡器30相对于控制信号的应答速度而较快地急剧发生原子振荡器30的设置环境中的温度变化的情况下等，产生上述那样的频率温度特性的影响，原子振荡器30的时钟信号变动。另外，在使原子振荡器30自行振荡时，通过另行进行考虑了后述的频率老化特性的校正，能够实现频率特性的提高。

图7是示出图3所示的原子振荡器的控制电压的随时间变化(老化特性)的一例的图表。

原子振荡器30具有即使使电压值vcon(控制电压)恒定，输出频率f也随时间变化的特性、即频率老化特性。因此，当使原子振荡器30的输出频率f恒定时，如图7所示，由该频率老化特性导致了电压值vcon(控制电压)随时间变化。例如，电压值vcon从初始向第10年按照初始的电压值v0、第1年的电压值v1、第5年的电压值v2、第10年的电压值v3的顺序逐渐变大。另外，图7所示的频率老化特性是一例，不限于直线增加，例如，也可以是直线减少、二次曲线增加或者减少等。

图8是示出图3所示的原子振荡器的控制电压与振荡频率之间的关系的图表。在原子振荡器30中，如上所述，通过调整输入到线圈34的电压值vcon，来调整输出频率f。此时，原子振荡器30的输出频率f与来自线圈34的磁场的平方成比例地变大。因此，如图8所示，原子振荡器30的输出频率f与电压值vcon(控制电压)的平方成比例地变大。因此，原子振荡器30的输出频率相对于控制电压的变化的线性低。例如，当在vt的范围内调整电压值vcon时，以v1为中心进行调整的情况下的输出频率f的调整范围δf1与以与v1不同的v2为中心进行调整的情况下的输出频率f的调整范围δf2不同。这里，例如，v1是图7所示的第1年的电压值vcon，v2是图7所示的第5年的电压值vcon。

这样，假设当调整输入到线圈34的电压值vcon来进行频率温度特性的校正时，由老化特性而导致了频率温度特性的校正精度随时间劣化、或者必须大量保存考虑了老化特性在内的频率温度特性的校正数据、需要复杂的控制。

因此，在本实施方式中，如图1所示，在原子振荡器30与输出部70之间设置dds60，通过dds60进行来自原子振荡器30的时钟信号的频率转换，降低由原子振荡器30的频率温度特性导致的定时信号生成装置1的输出频率的变动。由此，能够降低由原子振荡器30的频率温度特性(输出频率相对于温度变化的变动特性)导致的定时信号生成装置1的输出信号的变动。

特别地，由于dds60对原子振荡器30的时钟信号进行频率转换，因此，即使在输出频率相对于输入到原子振荡器30的电压值(控制电压)的线性较差的情况下，也能够长期容易并且高精度地进行定时信号生成装置1的输出频率的校正。因此，即使产生设置环境的温度变动，也能够长期将时钟信号作为高精度的定时信号而生成。

此外，在本实施方式中，通过将dds60设置于原子振荡器30与输出部70之间，能够以比较的简单的结构将校正后的时钟信号作为定时信号而从输出部70输出。

这里，dsp23通过将基于温度传感器40的输出的校正值输入到dds60，来调整dds60的设定值。此时，dsp23根据存储于存储部80中的与频率温度特性相关的校正信息和温度传感器40的输出来确定与温度传感器40的输出对应的校正值。由此，dds60根据调整后的设定值对来自原子振荡器30的时钟信号进行频率转换(频率调制)并输出。这样，dsp23根据存储部80的校正信息和温度传感器40的输出控制dds60，由此，能够与原子振荡器30的频率温度特性对应地可靠地进行时钟信号的校正。

存储于存储部80中的与频率温度特性相关的校正信息例如可以是上述图6中的实线所示的与频率温度特性对应的信息，也可以是图6中的虚线(与图6中的实线关于图6中的点划线所示的平坦的线段而对称的线段)所示的与特性对应的信息。这样的信息例如能够采用温度与校正值对应的转换表那样的形式。

图9是示出图1所示的频率转换部(dds)的设定值(校正值)与输出信号的频率之间的关系的图表。

在dds60中，如图9所示，由于输出频率与设定值(校正值)成比例地变大，因此，频率相对于设定值的变化的线性高。因此，dds60(直接数字合成器)能够简单并且高精度地对来自原子振荡器30的时钟信号进行频率转换和校正。

根据以上说明的定时信号生成装置1，dsp23根据温度传感器40的输出控制dds60(调整校正值)，由此，能够降低由原子振荡器30的频率温度特性(输出频率相对于温度变化的变动特性)导致的定时信号生成装置1的输出频率的变动。特别地，由于dds60对原子振荡器30的时钟信号进行频率转换，因此，即使在输出频率相对于输入到原子振荡器30的电压值(控制电压)的线性较差的情况下，也能够长期容易并且高精度地进行原子振荡器30的频率温度特性的校正。因此，即使产生设置环境的温度变动，也能够长期将时钟信号作为高精度的定时信号而生成。

＜第2实施方式＞

接下来，对本发明的第2实施方式进行说明。

图10是示出本发明第2实施方式的定时信号生成装置的概略结构的图。图11是图10所示的定时信号生成装置所具有的原子振荡器的概略结构图。

本实施方式除了频率转换部的结构不同以外，与上述第1实施方式同样。

此外，在以下的说明中，关于第2实施方式，以与上述实施方式的不同之处为中心进行说明，对相同的事项省略其说明。此外，在图10以及图11中，对与上述实施方式相同的结构标注相同标号。

图10所示的定时信号生成装置1a具有原子振荡器30a。如图11所示，该原子振荡器30a具有光源控制部35a，该光源控制部35a具有频率控制部351、压控型石英振荡器352以及相位同步电路353a。

相位同步电路353a是将来自压控型石英振荡器352的时钟信号倍频而输出的“倍频部”。该相位同步电路353a的输出被输入到光源部32。由此，光源部32使用相位同步电路353a的输出而被驱动。

特别地，相位同步电路353a具有根据来自dsp23的校正值(设定值)对来自压控型石英振荡器352的时钟信号进行频率转换(频率调制)的功能。由此，能够将校正后的时钟信号从原子振荡器输出。

相位同步电路353a是分数相位同步电路。由此，能够简单并且高精度地对时钟信号进行频率转换和校正。

根据以上说明的本实施方式的定时信号生成装置1a，即使产生设置环境的温度变动，也能够长期生成高精度的定时信号。

＜第3实施方式＞

接下来，对本发明的第3实施方式进行说明。

图12是示出本发明第3实施方式的定时信号生成装置的概略结构的图。

本实施方式除了频率转换部的结构不同以外，与上述第1实施方式同样。

此外，在以下的说明中，关于第3实施方式，以与上述实施方式的不同之处为中心进行说明，对相同的事项省略其说明。此外，在图12中，对与上述实施方式相同的结构标注相同标号。

图12所示的定时信号生成装置1b具有包含分频器24b在内的处理部20b。这里，相位比较器21、环路滤波器22、dsp23以及分频器24b作为“电压调整部”而发挥功能，根据来自gps接收器10的基准定时信号与来自原子振荡器30的时钟信号的同步状态，对输入到原子振荡器30的电压值进行调整。

分频器24b对来自原子振荡器30的时钟信号进行分频并输出。特别地，分频器24b的分频比可变，该分频器24b具有根据来自dsp23的校正值(设定值)对来自原子振荡器30的时钟信号进行频率转换(频率调制)的功能。例如，分频器24b对原子振荡器30所输出的时钟信号(频率：f)进行k×f分频(其中，k是与校正值对应的系数)，输出1hz的分频时钟信号。由此，能够以比较简单的结构将校正后的时钟信号从原子振荡器30输出。

根据以上说明的本实施方式的定时信号生成装置1b，即使产生设置环境的温度变动，也能够长期生成高精度的定时信号。

2.电子设备

接着，对本发明的电子设备的实施方式进行说明。图13是示出本发明的电子设备的实施方式的框图。

图13所示的电子设备300构成为，包含定时信号产生装置310、cpu(centralprocessingunit：中央处理单元)320、操作部330、rom(readonlymemory：只读存储器)340、ram(randomaccessmemory：随机存取存储器)350、通信部360和显示部370。

定时信号产生装置310例如是上述的定时信号产生装置1，如之前说明的那样，定时信号产生装置310接收卫星信号，生成高精度的定时信号(1pps)并向外部输出。由此，能够以更低的成本实现高可靠性的电子设备300。

cpu320依照存储在rom340等中的程序，进行各种计算处理和控制处理。具体而言，cpu320与定时信号产生装置310所输出的定时信号(1pps)或时钟信号同步地进行计时处理、与来自操作部330的操作信号对应的各种处理、为了与外部进行数据通信而控制通信部360的处理、发送用于使显示部370显示各种信息的显示信号的处理等。

操作部330是由操作键、按钮开关等构成的输入装置，将与用户操作对应的操作信号输出到cpu320。

rom340存储有cpu320用于进行各种计算处理和控制处理的程序和数据等。

ram350被用作cpu320的工作区域，临时存储从rom340读出的程序和/或数据、从操作部330输入的数据、cpu320依照各种程序执行后的运算结果等。

通信部360进行用于建立cpu320与外部装置之间的数据通信的各种控制。

显示部370是由lcd(liquidcrystaldisplay：液晶显示器)等构成的显示装置，根据从cpu320输入的显示信号显示各种信息。也可以在显示部370设置作为操作部330发挥作用的触摸板。

作为这种电子设备300，可考虑各种电子设备，没有特别限定，例如可列举实现与标准时刻的同步的时刻管理用服务器(时间服务器)、进行时间戳的发行等的时刻管理装置(时间戳服务器)、基站等的频率基准装置等。

3.移动体

图14是示出本发明的移动体的实施方式的图。

图14所示的移动体400构成为包含定时信号产生装置410、车载导航装置420、控制器430、440、450、电池460和备用电池470。

作为定时信号产生装置410，能够应用上述的定时信号产生装置1。定时信号产生装置410例如在移动体400的移动中，在通常定位模式下实时进行定位计算，输出1pps、时钟信号和nmea数据。并且，定时信号产生装置410例如在移动体400的停止过程中，在通常定位模式下进行多次定位计算后，将多次定位计算结果的最频值或中值设定为当前的位置信息，在位置固定模式下输出1pps、时钟信号和nmea数据。

车载导航装置420与定时信号产生装置410输出的1pps或时钟信号同步地，利用定时信号产生装置410输出的nmea数据，在显示器显示位置、时刻或其他各种信息。

控制器430、440、450进行发动机系统、制动系统、无匙门禁系统等的各种控制。控制器430、440、450可以与定时信号产生装置410输出的时钟信号同步地进行各种控制。

本实施方式的移动体400具有定时信号产生装置410，由此在移动中和停止中均能确保较高的可靠性。

作为这样的移动体400可以考虑各种移动体，例如，可以列举出汽车(也包含电动汽车)、喷气式飞机、直升机等飞机、船舶、火箭、人造卫星等。

以上，根据图示的实施方式对本发明的定时信号生成装置、电子设备和移动体进行了说明，但本发明并不限定于这些。

另外，本发明能够置换为发挥与上述实施方式的同样功能的任意结构，并且也能够附加任意的结构。

此外，在上述实施方式中，列举利用了gps的定时信号生成装置为例，但也可以利用gps以外的全球导航卫星系统(gnss)，例如伽利略、glonass等。