(57)【要約】【課題】発振周波数のエージング補正において、高精度に真値を推定できると共に真値に追従する時間を短縮できる回路装置、発振器、クロック信号生成装置、電子機器及び移動体等を提供すること。【解決手段】回路装置１００は、振動子ＸＴＡＬを用いて発振信号を生成する発振信号生成回路１４０と、測位衛星から送信された衛星信号に基づく基準信号ＣＫＲＦと、発振信号に基づくクロック信号ＣＫＤとの間の位相比較結果に基づいて、振動子ＸＴＡＬの発振周波数のエージング特性を推定する処理回路５０と、を含む。処理回路５０は、衛星信号の受信状態の信頼度を示す指標値ＲＬＢ、及び位相比較結果に基づいて、エージング特性を推定する。【選択図】図１
2020010206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子を用いて発振信号を生成する発振信号生成回路と、
測位衛星から送信された衛星信号に基づく基準信号と、前記発振信号に基づくクロック信号との間の位相比較結果に基づいて、前記振動子の発振周波数のエージング特性を推定する処理回路と、
を含み、
前記処理回路は、
前記衛星信号の受信状態の信頼度を示す指標値、及び前記位相比較結果に基づいて、前記エージング特性を推定することを特徴とする回路装置。
【請求項２】
請求項１に記載された回路装置において、
前記処理回路は、
前記位相比較結果及び前記指標値に基づくカルマンフィルター処理により、前記エージング特性を推定することを特徴とする回路装置。
【請求項３】
請求項２に記載された回路装置において、
前記処理回路は、
前記指標値に基づいて、前記カルマンフィルター処理のカルマンゲインを変化させることを特徴とする回路装置。
【請求項４】
請求項３に記載された回路装置において、
前記処理回路は、
前記カルマンフィルター処理の観測ノイズ分散値及びシステムノイズ分散値の少なくとも一方を、前記指標値に基づいて変化させることで、前記カルマンゲインを変化させることを特徴とする回路装置。
【請求項５】
請求項２又は３に記載された回路装置において、
前記処理回路は、
観測ノイズ分散値及びシステムノイズ分散値の生成処理を行い、前記観測ノイズ分散値及び前記システムノイズ分散値を用いて前記カルマンフィルター処理を行い、
前記生成処理において、前記指標値が示す前記信頼度が低いほど、前記システムノイズ分散値に対する前記観測ノイズ分散値の比を大きくすることを特徴とする回路装置。
【請求項６】
請求項５に記載された回路装置において、
前記処理回路は、
前記生成処理において、前記システムノイズ分散値を第１初期値から変化させる第１処理を行い、前記第１処理の出力データに対して、前記指標値に基づく第１データを加算することを特徴とする回路装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載された回路装置において、
前記処理回路は、
前記生成処理において、前記観測ノイズ分散値を第２初期値から変化させる第２処理を行い、前記第２処理の出力データに対して、前記指標値に基づく第２データを加算することを特徴とする回路装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載された回路装置において、
前記指標値は、
前記衛星信号の受信強度、受信可能な前記測位衛星の数、及び前記測位衛星の仰角のうち少なくとも１つの情報であることを特徴とする回路装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載された回路装置において、
前記基準信号と前記発振信号の位相比較を行う位相比較回路を含み、
前記処理回路は、
前記位相比較回路からの前記位相比較結果に基づいて周波数制御データを生成し、
前記発振信号生成回路は、
前記振動子と前記周波数制御データを用いて、前記周波数制御データにより設定される前記発振周波数の前記発振信号を生成することを特徴とする回路装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載された回路装置と、
前記振動子と、
を含むことを特徴とする発振器。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載された回路装置と、
前記振動子と、
前記衛星信号を受信する第２回路装置と、
を含むことを特徴とするクロック信号生成装置。
【請求項１２】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載された回路装置を含むことを特徴とする電子機器。
【請求項１３】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載された回路装置を含むことを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路装置、発振器、クロック信号生成装置、電子機器及び移動体等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＴＣＸＯ（Temperature Compensated Xtal Oscillator）及びＯＣＸＯ（Oven Controlled Xtal Oscillator）等の発振器が知られている。これらの発振器は、例えば基地局又は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。
【０００３】
このようなＴＣＸＯ、ＯＣＸＯ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いて、エージングにより発振周波数が変動する。このような発振周波数の変動を抑える手法としてエージング補正がある。例えば、エージング補正の従来技術として特許文献１に開示される技術がある。
【０００４】
特許文献１では、基準信号が受信可能である非ホールドオーバー状態において、ＰＬＬ回路のループフィルターが発振信号生成回路に対して周波数制御データを出力する。その周波数制御データがカルマンフィルターに入力され、カルマンフィルターが周波数制御データの真値及び時間変化の傾きを推定する。そして、基準信号が受信不能であるホールドオーバー状態に変化したとき、カルマンフィルターが、ホールドオーバー状態に変化したときの真値及び時間変化の傾きの推定値を保持する。そしてエージング補正部が、その推定値に基づいてエージング補正した周波数制御データを生成し、その周波数制御データを発振信号生成回路に出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１２３６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したエージング補正を行う場合において、発振周波数の変動をモニターする必要がある。エージングによる発振周波数の変動は長期的な変動であり、且つその時間変化の傾きは小さい。このため、長期的な変動に対して短時間で追従すると共に、小さな値の時間変化を高精度に推定する必要がある。
【０００７】
ＰＬＬ回路の基準信号は、例えばＧＰＳ受信機等からＰＬＬ回路に入力されるが、その基準信号の精度は、衛星信号の受信状態によって変動するおそれがある。正確なエージング推定を行うためには高精度な基準信号が必要になるが、衛星信号の受信状態によって基準信号の精度が低下した場合、エージング推定の精度が低下するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、振動子を用いて発振信号を生成する発振信号生成回路と、測位衛星から送信された衛星信号に基づく基準信号と、前記発振信号に基づくクロック信号との間の位相比較結果に基づいて、前記振動子の発振周波数のエージング特性を推定する処理回路と、を含み、前記処理回路は、前記衛星信号の受信状態の信頼度を示す指標値、及び前記位相比較結果に基づいて、前記エージング特性を推定する回路装置に関係する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】回路装置の第１構成例。
【図２】回路装置の動作を説明する図。
【図３】信頼度を用いたエージング推定について説明する図。
【図４】信頼度を用いたエージング推定について説明する図。
【図５】信頼度を用いたエージング推定について説明する図。
【図６】カルマンフィルターの詳細な構成例。
【図７】カルマンフィルターの動作を説明する図。
【図８】回路装置の第２構成例。
【図９】発振器の構成例、及び回路装置の第３構成例。
【図１０】クロック信号生成装置の構成例。
【図１１】電子機器の構成例。
【図１２】移動体の例。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
１．回路装置、クロック信号生成装置
図１は、回路装置１００の第１構成例である。回路装置１００は、位相比較回路６０と処理回路５０と発振信号生成回路１４０と分周回路４０とを含む。回路装置１００は例えば集積回路装置である。
【００１２】
分周回路４０は、発振回路１５０からのクロック信号ＣＫを分周し、その結果をクロック信号ＣＫＤとして出力する。分周回路４０は、例えばカウンターである。
【００１３】
位相比較回路６０は、基準信号ＣＫＲＦとクロック信号ＣＫＤとの間の位相比較を行い、その位相比較結果である位相差データＰＤを出力する。基準信号ＣＫＲＦは第２回路装置２００から位相比較回路６０に入力される。基準信号ＣＫＲＦは、一定周期のパルス信号又はクロック信号であり、例えば時刻パルスである。第２回路装置２００については後述する。位相比較回路６０は、例えばカウンターを含み、そのカウンターが基準信号ＣＫＲＦの１周期をクロック信号ＣＫＤでカウントする。そして、位相比較回路６０は、カウント値と周波数設定値との差分を位相差データＰＤとして出力する。周波数設定値は発振周波数を設定する設定値であり、例えばレジスター設定等によって設定される。或いは、位相比較回路６０は、基準信号ＣＫＲＦのエッジとクロック信号ＣＫＤのエッジとの間の時間差を測定する時間デジタル変換回路である。この場合、位相比較回路６０は、測定した時間差を示す時間差データを位相差データＰＤとして出力する。
【００１４】
なお、図１では、クロック信号ＣＫＤが位相比較回路６０に入力されるが、これに限定されず、発振信号に基づくクロック信号が位相比較回路６０に入力されていればよい。例えば、クロック信号ＣＫが発振回路１５０から直接に位相比較回路６０へ入力されてもよい。
【００１５】
処理回路５０は位相差データＰＤに基づく種々のデジタル信号処理を行い、その処理結果として周波数制御データＬＱを出力する。処理回路５０はカルマンフィルター５１、セレクター５３、ループフィルター５２を含む。例えば処理回路５０はＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。この場合、ＤＳＰはカルマンフィルター５１、セレクター５３、ループフィルター５２の処理を時分割に行う。或いは、カルマンフィルター５１、セレクター５３、ループフィルター５２を個別のロジック回路で構成してもよい。
【００１６】
カルマンフィルター５１は、位相差データＰＤを観測値とするカルマンフィルター処理を行い、位相差データＰＤの真値を推定する。この真値が、発振周波数のエージング特性を示している。なお、真値を推定値とも呼ぶ。またカルマンフィルター５１には、第２回路装置２００から指標値ＲＬＢが入力され、カルマンフィルター５１は、指標値ＲＬＢに基づいてカルマンフィルター処理を行う。指標値ＲＬＢは、衛星信号の受信状態の信頼度を示す。指標値ＲＬＢは例えばデジタルデータとしてカルマンフィルター５１へ入力される。衛星信号の受信状態が良いほど、信頼度は高くなる。なお、信頼度が高いほど、指標値ＲＬＢが大きくなってもよいし、信頼度が高いほど、指標値ＲＬＢが小さくなってもよい。カルマンフィルター５１は、信頼度が高い場合にはカルマンゲインを高くし、信頼度が低い場合にはカルマンゲインを低くする。これにより、信頼度が低いほど、カルマンフィルター処理における観測値の影響が低下する。即ち、エージング推定において、信頼度が低い基準信号ＣＫＲＦの影響を受けにくくなる。
【００１７】
カルマンフィルター５１には、ホールドオーバー状態であるか否かを示すホールドオーバー判定信号ＳＨＬが、第２回路装置２００から入力される。ホールドオーバー状態は基準信号ＣＫＲＦが消失した又は異常となった状態である。例えば非ホールドオーバー状態のときホールドオーバー判定信号ＳＨＬがローレベルであり、ホールドオーバー状態のときホールドオーバー判定信号ＳＨＬがハイレベルであるとする。カルマンフィルター５１は、ホールドオーバー判定信号ＳＨＬがローレベルの間は真値の推定を行い、ホールドオーバー判定信号ＳＨＬがローレベルからハイレベルになったとき真値を保持し、その保持した真値を推定位相差データＥＰＤとして出力する。なお、ローレベルは広義には第１論理レベルであり、ハイレベルは広義には第２論理レベルである。
【００１８】
セレクター５３は、ホールドオーバー判定信号ＳＨＬがローレベルのとき位相差データＰＤを選択して出力データＳＱとして出力し、ホールドオーバー判定信号ＳＨＬがハイレベルのとき推定位相差データＥＰＤを選択して出力データＳＱとして出力する。
【００１９】
ループフィルター５２は、出力データＳＱに対するループフィルター処理を行う。ループフィルター５２は、出力データＳＱをループフィルター処理し、その結果を周波数制御データＬＱとして出力する。ループフィルター処理は、ローパスフィルター処理であり、例えば積分処理を含むローパスフィルター処理である。
【００２０】
発振信号生成回路１４０は、周波数制御データＬＱと振動子ＸＴＡＬとを用いて、周波数制御データＬＱ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１４０は、発振信号に基づいてクロック信号ＣＫを出力する。例えば発振信号生成回路１４０は、発振信号をバッファリングするバッファー回路を含み、そのバッファー回路の出力信号がクロック信号ＣＫとして出力される。発振信号生成回路１４０は、Ｄ／Ａ変換回路８０と発振回路１５０とを含む。
【００２１】
Ｄ／Ａ変換回路８０は、周波数制御データＬＱをＤ／Ａ変換し、周波数制御データＬＱに対応する制御電圧ＶＱを出力する。Ｄ／Ａ変換回路８０の方式として、例えば抵抗ストリング型や、抵抗ラダー型、容量アレイ型等の種々の方式を採用できる。
【００２２】
発振回路１５０は、制御電圧ＶＱと振動子ＸＴＡＬを用いて発振信号を生成する。発振回路１５０は、振動子ＸＴＡＬに接続され、制御電圧ＶＱにより制御された発振周波数で振動子ＸＴＡＬを発振させることで発振信号を生成する。例えば発振回路１５０はＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）である。ＶＣＯは、振動子ＸＴＡＬを駆動する駆動回路と、可変容量キャパシターとを含む。駆動回路は振動子ＸＴＡＬの一端に接続される第１ノードと、振動子ＸＴＡＬの他端に接続される第２ノードとを有する。可変容量キャパシターの一端は、第１ノード又は第２ノードに接続され、可変容量キャパシターの容量値が制御電圧ＶＱによって制御されることで、発振周波数が制御される。
【００２３】
なお、発振信号生成回路１４０の構成は図１の構成に限定されない。例えば、発振信号生成回路１４０は、発振回路と、発振回路に接続される可変容量回路を含んでもよい。可変容量回路は、キャパシターアレイと、周波数制御データＬＱに基づき各スイッチ素子がオン又はオフに制御されるスイッチアレイとを有する。各スイッチ素子がオン又はオフされることで、キャパシターアレイのうち、振動子ＸＴＡＬの一端に接続されるキャパシターの個数が変化する。これにより、可変容量回路の容量値が制御され、発振周波数が制御される。或いは、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により実現してもよい。この場合には振動子ＸＴＡＬの発振信号に対して、周波数制御データＬＱに基づくデジタル演算処理を行うことで、周波数制御データＬＱに対応する発振周波数の発振信号を生成する。
【００２４】
第２回路装置２００は、測位衛星から衛星信号を受信し、その衛星信号に基づいて基準信号ＣＫＲＦを出力する。即ち、第２回路装置２００は、衛星信号の受信機である。測位衛星は、測位衛星システム（NSS: Navigation Satellite System）を構成する衛星であり、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）又は準天頂衛星システム（QZSS: Quasi Zenith Satellite System）等を構成する衛星である。衛星信号は、衛星から送信される無線信号であり、測位システムにおいて測位に用いられる。なお、第２回路装置２００は測位システムを構成するものである必要はなく、衛星信号から基準信号ＣＫＲＦを生成するものであればよい。衛星信号は、時刻データ及び衛星の位置データ、衛星番号データ等を含む。第２回路装置２００は、例えば１ＰＰＳ（1 Pulse Per Second）信号等の時刻パルス信号を衛星信号から生成し、その時刻パルス信号を基準信号ＣＫＲＦとして回路装置１００へ出力する。
【００２５】
また第２回路装置２００は、衛星信号の受信状態に関するパラメーターを取得する。パラメーターは、例えば、受信可能な測位衛星の数、又は衛星信号の受信強度、測位衛星の仰角等である。受信可能な測位衛星の数は、第２回路装置２００が捕捉した測位衛星の数である。またパラメーターは、ＧＰＳにおけるＤＯＰ（Dilution Of Precision）であってもよい。これらのパラメーターは、受信状態の信頼度、即ち時刻パルス信号の正確性に関連している。即ち、捕捉された衛星数が多いほど時刻パルス信号が正確であると考えられる。また衛星信号の受信強度が高いほど時刻パルス信号が正確であると考えられる。また測位衛星の仰角が高いほど時刻パルス信号が正確であると考えられる。第２回路装置２００は、信頼度を示す指標値ＲＬＢを、１又は複数のパラメーターから求める。なお、第２回路装置２００は、１つのパラメーターをそのまま指標値ＲＬＢとしてもよい。第２回路装置２００は、求めた指標値ＲＬＢを回路装置１００へ出力する。
【００２６】
第２回路装置２００は、例えば集積回路装置である。なお、回路装置１００と第２回路装置２００の各々が、別個の集積回路装置であってもよいし、或いは回路装置１００と第２回路装置２００が１つの集積回路装置に集積されてもよい。
【００２７】
図２は、回路装置１００の動作を説明する図である。図２では、基本的なエージング推定及びエージング補正について説明し、信頼度を用いたエージング推定については後述する。
【００２８】
図２において、時間ＴＬＡまで非ホールドオーバー状態であり、時間ＴＬＡからホールドオーバー状態である。
【００２９】
まず時間ＴＬＡより前の期間における動作を説明する。ホールドオーバー判定信号ＳＨＬがローレベルのとき、セレクター５３は位相比較回路６０からの位相差データＰＤを選択するので、位相比較回路６０、ループフィルター５２及び発振信号生成回路１４０がＰＬＬ回路を形成している。このＰＬＬ回路は、クロック信号ＣＫの位相が基準信号ＣＫＲＦの位相に対してロックした状態となるようにフィードバック制御を行う。以下では、「ＰＬＬ回路」は、非ホールドオーバー状態において位相比較回路６０、ループフィルター５２及び発振信号生成回路１４０が構成するＰＬＬ回路を意味する。
【００３０】
仮に同一の周波数制御データＬＱを発振信号生成回路１４０に入力し続けたとすると、発振周波数はエージングによって変化していく。即ち、同一の発振周波数を実現する周波数制御データＬＱは変化していくことになる。ＰＬＬ回路は、発振周波数が一定となるようにフィードバック制御するので、エージングによって周波数制御データＬＱが変化していく。周波数制御データＬＱは位相差データＰＤを積分したものなので、位相差データＰＤの時間平均は周波数制御データＬＱの時間微分に相当する変化をする。但し、位相差データＰＤは位相比較タイミング毎に出力されるので、実際には時間平均を中心としてばらついた値となっている。
【００３１】
エージングによる周波数制御データＬＱの時間変化は、近似的に一次の変化とみなすことができる。周波数制御データＬＱが時間に対して一次の変化をするとき、位相差データＰＤの時間平均は、周波数制御データＬＱの時間変化の傾きに相当する。カルマンフィルター５１は位相差データＰＤの真値を推定するので、その真値は、周波数制御データＬＱの時間変化の傾きに相当する値となる。
【００３２】
次に、時間ＴＬＡ以降の期間における動作を説明する。ホールドオーバー状態に遷移してホールドオーバー判定信号ＳＨＬがローレベルからハイレベルに変化したとき、カルマンフィルター５１は推定値を推定位相差データＥＰＤとして保持する。推定値は、推定した真値のことである。この推定位相差データＥＰＤは、時間ＴＬＡにおける周波数制御データＬＱの傾きに相当している。
【００３３】
ホールドオーバー判定信号ＳＨＬがハイレベルのとき、セレクター５３は推定位相差データＥＰＤを選択するので、ループフィルター５２は推定位相差データＥＰＤを積分処理する。推定位相差データＥＰＤは、エージングによる周波数制御データＬＱの時間変化の傾きに相当するので、その傾きを積分処理することで周波数制御データＬＱの推定値が求められる。この推定値は、エージングによる時間変化を補正した周波数制御データＬＱである。この周波数制御データＬＱに基づいて発振信号生成回路１４０が発振することで、発振周波数のエージング補正が実現される。
【００３４】
図３〜図５は、信頼度を用いたエージング推定について説明する図である。図３において、ＫＦＱは、カルマンフィルター５１が信頼度を用いて推定した推定値であり、ＫＦＱＢは、信頼度を用いなかった場合の推定値である。図４において、ｇはカルマンゲインである。なお、以下では、受信状態の信頼度が低下した場合に、信頼度を示す指標値ＲＬＢが低下するものとする。
【００３５】
図３に示すように、時間ＴＸにおいて基準信号ＣＫＲＦが不安定となり、位相差データＰＤが大きく変動したとする。例えば衛星信号の受信状態が悪くなったことで、基準信号ＣＫＲＦの周期に誤差が発生した場合、或いは、衛星信号の受信状態が悪くなったことで、基準信号ＣＫＲＦのパルスが欠落した場合等が想定される。カルマンフィルター５１が仮に信頼度を用いずに、位相差データＰＤから推定値ＫＦＱＢを求めたとする。この場合、位相差データＰＤの大きな変動から影響を受けて、推定値ＫＦＱＢが変動してしまう。例えば、既に推定値ＫＦＱＢが真値に収束している状態であった場合、推定値ＫＦＱＢが真値から外れることになる。
【００３６】
一方、本実施形態では、カルマンフィルター５１が信頼度を用いてカルマンフィルター処理を行う。具体的には、図４に示すように、時間ＴＸにおいて、信頼度を示す指標値ＲＬＢは低下している。カルマンフィルター５１は、指標値ＲＬＢが小さいほどカルマンゲインを小さくする。これにより、図３に示すように、推定値ＫＦＱが、位相差データＰＤの変動から影響を受けにくくなる。例えば、既に推定値ＫＦＱが真値に収束している状態であった場合、推定値ＫＦＱが真値から外れにくくなる。或いは、推定値ＫＦＱが真値に収束する途中であった場合、位相差データＰＤの変動から影響を受けにくくなることで、真値への収束を早めることができる。
【００３７】
図５に示すように、カルマンフィルター５１は、信頼度が低い場合に観測ノイズ分散値を大きくすることで、カルマンゲインを小さくする。なお、信頼度に応じてカルマンゲインを制御する手法は、これに限定されない。即ち、カルマンフィルター５１は、信頼度が低い場合にシステムノイズ分散値を小さくすることで、カルマンゲインを小さくしてもよい。或いは、カルマンフィルター５１は、信頼度が低い場合に、観測ノイズ分散値を大きくし且つシステムノイズ分散値を小さくすることで、カルマンゲインを小さくしてもよい。
【００３８】
以上の実施形態によれば、回路装置１００は、振動子ＸＴＡＬを用いて発振信号を生成する発振信号生成回路１４０と、処理回路５０とを含む。処理回路５０は、測位衛星から送信された衛星信号に基づく基準信号ＣＫＲＦと、発振信号に基づくクロック信号ＣＫＤとの間の位相比較結果に基づいて、振動子ＸＴＡＬの発振周波数のエージング特性を推定する。このとき、処理回路５０は、衛星信号の受信状態の信頼度を示す指標値ＲＬＢ、及び位相比較結果に基づいて、エージング特性を推定する。
【００３９】
衛星信号の受信状態が悪くなると、基準信号ＣＫＲＦの精度が低下するためエージング推定の精度が低下するおそれがある。例えば、第２回路装置２００が捕捉している衛星数が少ない場合、或いはマルチパスによって衛星信号の品質が低下している場合、或いは衛星信号の受信強度が低下している場合等において、受信状態の信頼度が低下することが考えられる。マルチパスは、地形や建物によって反射された衛星信号が受信されることである。本実施形態によれば、処理回路５０が位相比較結果からエージング特性を推定する際に、その推定動作を受信状態の信頼度に基づいて制御できる。これにより、信頼度が低下したときの基準信号ＣＫＲＦの影響を低下させることができ、エージング推定の精度を向上できる。また、エージング推定において真値に追従するまでの時間を短縮できる。
【００４０】
例えば、回路装置１００が生成したクロック信号を無線通信の基準クロック信号に用いることが想定される。モバイル通信又は、車間通信、交通インフラと車との間の通信等においては、建物又は地形によって衛星信号が遮蔽されるため、ホールドオーバー状態が比較的頻繁に発生すると想定される。このとき、非ホールドオーバー状態において短時間に精度良くエージング推定することが望ましい。本実施形態によれば、受信状態の信頼度を用いて推定動作を制御できることで、非ホールドオーバー状態において短時間に精度良くエージング推定できる。これにより、ホールドオーバー状態においても高精度なクロック信号を生成できる。なお、モバイル通信等は本発明の適用対象の一例であり、本発明の適用対象はこれらに限定されるものではない。
【００４１】
２．カルマンフィルター
図６は、カルマンフィルター５１の詳細な構成例である。カルマンフィルター５１は、しきい値判定部１２１と線形カルマンフィルター１２２とラッチ部１２３と第１出力部１２４と第２出力部１２５と加算部１４１と加算部１４５とを含む。以下では、信頼度が高いほど指標値ＲＬＢが大きくなるとする。
【００４２】
しきい値判定部１２１は、位相比較回路６０からの位相差データＰＤに対してしきい値判定を行う。しきい値判定部１２１は、位相差データＰＤがしきい値以下である場合には位相差データＰＤを出力データＰＤ’として出力し、位相差データＰＤがしきい値を超えている場合には位相差データＰＤをしきい値と同じ値にリミット処理する。
【００４３】
第１出力部１２４は、システムノイズ分散値ｖａ２及び観測ノイズ分散値ｗａ２を出力する。具体的には、第１出力部１２４は、ＰＬＬ回路がロック状態となった後において、システムノイズ分散値ｖａ２及び観測ノイズ分散値ｗａ２を変化させる。これにより、ＰＬＬ回路がロック状態となった後において、カルマンフィルター処理のカルマンゲインが低下する。システムノイズ分散値ｖａ２を変化させる処理を、第１処理と呼ぶ。システムノイズ分散値ｖａ２は、第１処理の出力データである。また観測ノイズ分散値ｗａ２を変化させる処理を、第２処理と呼ぶ。観測ノイズ分散値ｗａ２は、第２処理の出力データである。
【００４４】
第２出力部１２５は、信頼度を示す指標値ＲＬＢに基づいて、システムノイズ分散値ｖｂ２及び観測ノイズ分散値ｗｂ２を出力する。第２出力部１２５は、オフセットＦＶから指標値ＲＬＢを減算する加算部１４３と、加算部１４３の出力にゲインＫＶを乗算する乗算部１４２と、を含む。乗算部１４２は、乗算結果をシステムノイズ分散値ｖｂ２として出力する。システムノイズ分散値ｖｂ２を第１データとも呼ぶ。また第２出力部１２５は、オフセットＦＷから指標値ＲＬＢを減算する加算部１４７と、加算部１４７の出力にゲインＫＷを乗算する乗算部１４６と、を含む。乗算部１４６は、乗算結果を観測ノイズ分散値ｗｂ２として出力する。観測ノイズ分散値ｗｂ２を第２データとも呼ぶ。オフセットＦＶ、ＦＷ及びゲインＫＶ、ＫＷは、例えば図９の記憶部３０に記憶されている。
【００４５】
加算部１４１は、システムノイズ分散値ｖａ２とシステムノイズ分散値ｖｂ２を加算し、その結果をシステムノイズ分散値ｖ２として線形カルマンフィルター１２２へ出力する。加算部１４５は、観測ノイズ分散値ｗａ２と観測ノイズ分散値ｗｂ２を加算し、その結果を観測ノイズ分散値ｗ２として線形カルマンフィルター１２２へ出力する。ｖ２、ｗ２を下式（１）に示す。ＫＶ＜０であり、ＫＷ＞０である。また、ＦＶ−ＲＬＢ＞０、ＦＷ−ＲＬＢ＞０となるように、ＦＶ、ＦＷが設定される。即ち、指標値ＲＬＢが小さいほど、システムノイズ分散値ｖ２が小さくなり、観測ノイズ分散値ｗ２が大きくなる。
【数１】
2020010206.tif 000003
【００４６】
なお、図６では、第２出力部１２５がシステムノイズ分散値ｖｂ２及び観測ノイズ分散値ｗｂ２を出力するが、これに限定されない。即ち、第２出力部１２５がシステムノイズ分散値ｖｂ２のみを出力してもよい。この場合、加算部１４５及び乗算部１４６、加算部１４７は省略される。或いは、第２出力部１２５が観測ノイズ分散値ｗｂ２のみを出力してもよい。この場合、加算部１４１及び乗算部１４２、加算部１４３は省略される。
【００４７】
線形カルマンフィルター１２２は、設定されたシステムノイズ分散値ｖ２及び観測ノイズ分散値ｗ２に基づいて、しきい値判定部１２１の出力データＰＤ’を観測値とするカルマンフィルター処理を行う。線形カルマンフィルター１２２は、推定値を出力データＣＡＦＱとして出力する。ラッチ部１２３は、ホールドオーバー判定信号ＳＨＬがローレベルからハイレベルに遷移したときの出力データＣＡＦＱを保持し、その保持した出力データＣＡＦＱを推定位相差データＥＰＤとして出力する。
【００４８】
線形カルマンフィルター１２２は、下式（２）〜（６）によりカルマンフィルター処理を行う。下式（２）、（３）は時間更新の式であり、下式（４）〜（６）は観測更新の式である。
【数２】
2020010206.tif 000004
【数３】
2020010206.tif 000005
【数４】
2020010206.tif 000006
【数５】
2020010206.tif 000007
【数６】
2020010206.tif 000008
【００４９】
上式（２）〜（６）において、ｘ^（ｋ）はタイムステップｋにおける事後推定値であり、ｘ^−（ｋ）はタイムステップｋにおける事前推定値である。またＰ（ｋ）はタイムステップｋにおける事後共分散であり、Ｐ−（ｋ）は事前共分散である。またｇ（ｋ）はタイムステップｋにおけるカルマンゲインである。またｙ（ｋ）はタイムステップｋにおける観測値である。またｖ２（ｋ）はタイムステップｋにおけるシステムノイズ分散値であり、ｗ２（ｋ）はタイムステップｋにおける観測ノイズ分散値である。なお、ｘ^等における「^」は便宜的にｘの上付き文字として記載している。図６において、観測値ｙ（ｋ）はしきい値判定部１２１の出力データＰＤ’である。また事後推定値ｘ^（ｋ）は線形カルマンフィルター１２２の出力データＣＡＦＱである。
【００５０】
上式（２）〜（６）のカルマンフィルター処理の収束状態において、カルマンフィルター処理の周波数特性はローパスフィルター特性を含んでおり、近似的に下式（７）が成り立つ。収束状態とは、観測値に対して推定値が追従したことでカルマンゲインや推定値の変動が小さくなった状態である。
【数７】
2020010206.tif 000009
【００５１】
上式（７）において、ｇは収束状態におけるカルマンゲインであり、ｖはシステムノイズ分散値の平方根であり、ｗは観測ノイズ分散値の平方根である。ｆｃは収束状態において線形カルマンフィルター１２２が有するローパスフィルター特性のカットオフ周波数である。ｆｓは線形カルマンフィルター１２２の動作周波数、即ちサンプリング周波数である。
【００５２】
上式（７）によれば、システムノイズ分散値ｖ２及び観測ノイズ分散値ｗ２を制御することで、収束状態におけるカルマンゲインｇを制御できることが分かる。また、収束状態におけるローパスフィルター特性のカットオフ周波数ｆｃはカルマンゲインｇによって決まることから、カルマンゲインｇを制御することでカットオフ周波数ｆｃを制御できることが分かる。即ち、カルマンフィルター処理の収束状態において、線形カルマンフィルター１２２は、システムノイズ分散値ｖ２及び観測ノイズ分散値ｗ２により設定されるカットオフ周波数ｆｃのローパスフィルターとして動作する。
【００５３】
図３〜図６で説明したように、信頼度が低いほど観測ノイズ分散値ｗ２が大きくなり、システムノイズ分散値ｖ２が小さくなる。上式（７）より、信頼度が低いほど、カルマンゲインが小さくなることが分かる。即ち、信頼度が低いほどカットオフ周波数ｆｃが低くなるので、信頼度の低下によって観測値が変動したとしても、推定値が変動しにくい。
【００５４】
図６に示すように、第１出力部１２４は、セレクター１３１、１３５と加算器１３２、１３６と遅延素子１３３、１３７とリミッター１３４、１３８とを含む。
【００５５】
第１出力部１２４にはロック判定信号ＳＬＫが入力される。ロック判定信号ＳＬＫは、非ホールドオーバー状態における図１のＰＬＬ回路がロック状態であるか否かを示す信号であり、例えば図９のロック判定回路７０から入力される。以下では、ロック状態においてロック判定信号ＳＬＫがハイレベルであり、非ロック状態においてロック判定信号ＳＬＫがローレベルであるとする。
【００５６】
セレクター１３１は、ロック判定信号ＳＬＫがローレベルのとき係数０を選択し、ロック判定信号ＳＬＫがハイレベルのとき係数ＣＦＡを選択する。係数ＣＦＡは例えば図９の記憶部３０に記憶されている。加算器１３２及び遅延素子１３３は第１積分器を構成しており、第１積分器はセレクター１３１の出力データを積分する。遅延素子１３３はラッチ回路又はレジスターである。ロック判定信号ＳＬＫがローレベルのとき遅延素子１３３には第１初期値が設定されている。ロック判定信号ＳＬＫがハイレベルのとき遅延素子１３３が保持するデータは、第１積分器の処理によって更新されていく。リミッター１３４は第１積分器の出力データに対して、第１リミット値を上限とする第１リミット処理を行い、処理後のデータをシステムノイズ分散値ｖ２として出力する。第１リミット値は例えば図９の記憶部３０に記憶されている。
【００５７】
セレクター１３５は、ロック判定信号ＳＬＫがローレベルのとき係数０を選択し、ロック判定信号ＳＬＫがハイレベルのとき係数ＣＦＢを選択する。係数ＣＦＢは例えば図９の記憶部３０に記憶されている。加算器１３６及び遅延素子１３７は第２積分器を構成しており、第２積分器はセレクター１３５の出力データを積分する。遅延素子１３７はラッチ回路又はレジスターである。ロック判定信号ＳＬＫがローレベルのとき遅延素子１３７には第２初期値が設定されている。ロック判定信号ＳＬＫがハイレベルのとき遅延素子１３７が保持するデータは、第２積分器の処理によって更新されていく。リミッター１３８は第２積分器の出力データに対して、第２リミット値を上限値とする第２リミット処理を行い、処理後のデータを観測ノイズ分散値ｗ２として出力する。第２リミット値は例えば図９の記憶部３０に記憶されている。
【００５８】
図７は、図６のカルマンフィルター５１の動作を説明する図である。なお、ここでは指標値ＲＬＢが一定であるものとして説明する。指標値ＲＬＢが変動する場合の動作は、図３〜図５で説明した通りである。
【００５９】
図１のＰＬＬ回路が基準信号ＣＫＲＦに対するロック動作を開始すると、発振周波数ｆが目標周波数ｆｄに収束していく。発振周波数ｆが目標周波数ｆｄに十分近づいたタイミングＴＬでロック判定信号ＳＬＫがローレベルからハイレベルに遷移する。
【００６０】
ロック判定信号ＳＬＫがローレベルの間はセレクター１３１、１３５が係数０を選択するので、第１積分器は第１初期値を出力し続け、第２積分器は第２初期値を出力し続ける。即ち、システムノイズ分散値ｖ２及び観測ノイズ分散値ｗ２は変化しない。この場合、線形カルマンフィルター１２２のカルマンゲインｇ（ｋ）は一定値に収束していく。カルマンゲインｇ（ｋ）が一定値に収束すると線形カルマンフィルター１２２は上式（７）で決まるカットオフ周波数ｆｃのローパスフィルターとして動作する。
【００６１】
ロック判定信号ＳＬＫがハイレベルの間はセレクター１３１が係数ＣＦＡを選択するので、第１積分器の出力データは第１初期値から減少していく。ここでＣＦＡ＜０である。システムノイズ分散値ｖ２は、第１初期値から第１リミット値まで減少し、その後は第１リミット値を維持する。この処理は、上述した第１処理である。また、セレクター１３５は係数ＣＦＢを選択するので、第２積分器の出力データは第２初期値から増加していく。ここでＣＦＢ＞０である。観測ノイズ分散値ｗ２は、第２初期値から第２リミット値まで増加し、その後は第２リミット値を維持する。この処理は、上述した第２処理である。
【００６２】
本実施形態では、上記の第１処理及び第２処理の少なくとも一方を行う。第１処理のみ行う場合、ＣＦＡ＜０且つＣＦＢ＝０とする。また第２処理のみ行う場合、ＣＦＡ＝０且つＣＦＢ＞０とする。第１処理及び第２処理を行う場合、ＣＦＡ＜０且つＣＦＢ＞０とする。第１処理及び第２処理の少なくとも一方を行うことで、図７に示すように、タイミングＴＬＢ以降においてカルマンゲインｇ（ｋ）が減少し、一定値に漸近していく。カルマンゲインが一定値に収束したときのカットオフ周波数ｆｃは上式（７）によって決まる。上式（７）においてカルマンゲインｇが小さい方がカットオフ周波数ｆｃが低くなるので、タイミングＴＬＢより前におけるカットオフ周波数ｆｃよりも、タイミングＴＬＢより後におけるカットオフ周波数ｆｃの方が低くなる。
【００６３】
３．回路装置の第２構成例
図８は、回路装置１００の第２構成例である。図８では、処理回路５０が、ループフィルター５２とカルマンフィルター５５とエージング補正部５６とセレクター５７とを含む。なお、図１で説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その構成要素についての説明を適宜に省略する。
【００６４】
ループフィルター５２は、位相差データＰＤに対するループフィルター処理を行い、その結果を周波数制御データＬＱとして出力する。
【００６５】
カルマンフィルター５５は、周波数制御データＬＱを観測値とするカルマンフィルター処理を行い、周波数制御データＬＱの真値、及び、その真値の時間変化の傾きを推定する。カルマンフィルター５１は、信頼度が高い場合にはカルマンゲインを高くし、信頼度が低い場合にはカルマンゲインを低くする。例えば、図６と同様の手法によってカルマンゲインを制御する。カルマンフィルター５５は、ホールドオーバー判定信号ＳＨＬに基づいて推定動作又は真値の保持を行う。即ち、カルマンフィルター５５は、非ホールドオーバー状態において真値及び傾きの推定を行い、非ホールドオーバー状態からホールドオーバー状態になったとき真値及び傾きを保持し、その保持した真値を推定周波数制御データＥＬＱとして出力し、保持した傾きを推定傾きデータＤＦとして出力する。
【００６６】
エージング補正部５６は、推定周波数制御データＥＬＱと推定傾きデータＤＦとホールドオーバー判定信号ＳＨＬに基づいて、エージング補正を行う。即ち、エージング補正部５６は、ホールドオーバー状態において、出力データＡＣＱ＝ＥＬＱ＋ｋ×ＤＦを出力する。ｋは０から開始される更新回数である。出力データＡＣＱの更新周期は、例えばループフィルター５２が周波数制御データＬＱを更新する周期と同じである。
【００６７】
セレクター５７は、ホールドオーバー判定信号ＳＨＬに基づいて、周波数制御データＬＱ又は出力データＡＣＱを選択し、その選択したデータを出力データＳＱＢとして発振信号生成回路１４０へ出力する。セレクター５７は、非ホールドオーバー状態において周波数制御データＬＱを選択し、ホールドオーバー状態において出力データＡＣＱを選択する。即ち、ホールドオーバー状態においては、エージング補正部５６によって補正された周波数制御データが発振信号生成回路１４０へ入力される。
【００６８】
４．発振器、クロック信号生成装置、電子機器、移動体
図９は、発振器４００の構成例、及び回路装置１００の第３構成例である。発振器４００は振動子ＸＴＡＬと回路装置１００とを含む。回路装置１００は、ＴＣＸＯ（Temperature Compensated Xtal Oscillator）やＯＣＸＯ（Oven Controlled Xtal Oscillator）等のデジタル方式の発振器を実現する回路装置である。回路装置１００は、例えば集積回路装置である。例えば、回路装置１００と振動子ＸＴＡＬをパッケージに収納することで、デジタル方式の発振器が実現される。
【００６９】
回路装置１００は、温度センサー１０と、Ａ／Ｄ変換回路２０と、記憶部３０と、処理回路５０と、発振信号生成回路１４０と、位相比較回路６０と、ロック判定回路７０とを含む。なお、位相比較回路６０が処理回路５０に含まれてもよいし、ロック判定回路７０が処理回路５０に含まれてもよい。また、温度センサーは回路装置１００の外部に設けられてもよい。この場合、外部に設けられた温度センサーから温度検出電圧が回路装置１００に入力される。
【００７０】
温度センサー１０は、環境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。環境の温度とは、例えば回路装置１００の基板の温度、或いは振動子ＸＴＡＬの温度等である。温度センサー１０は、温度依存性を有する回路素子を利用して温度依存電圧を生成し、温度に非依存の電圧を基準として温度依存電圧を出力する。例えば、ＰＮ接合の順方向電圧に基づいて温度依存電圧を出力する。温度に非依存の電圧は例えばバンドギャップリファレンス電圧である。
【００７１】
Ａ／Ｄ変換回路２０は、温度センサー１０からの温度検出電圧ＶＴＤのＡ／Ｄ変換を行い、その結果を温度検出データＤＴＤとして出力する。Ａ／Ｄ変換方式としては、例えば逐次比較型、フラッシュ型、パイプライン型又は二重積分型等を採用できる。
【００７２】
処理回路５０は種々のデジタル信号処理を行う。処理回路５０はカルマンフィルター５１とループフィルター５２と温度補償部５４とを含む。カルマンフィルター５１は、位相比較回路６０からの位相差データＰＤを観測値としてカルマンフィルター処理を行う。ループフィルター５２は、ロック判定信号ＳＬＫが非ロック状態を示す場合には位相比較回路６０からの位相差データＰＤに対するループフィルター処理を行い、ロック判定信号ＳＬＫがロック状態を示す場合にはカルマンフィルター５１が保持した推定位相差データに対するループフィルター処理を行う。温度補償部５４は、温度検出データＤＴＤに基づいて、振動子ＸＴＡＬの発振周波数の温度特性を補償する温度補償処理を行う。具体的には温度補償部５４は、温度変化による発振周波数の変動を低減する近似関数に温度検出データＤＴＤを代入することにより、温度補償データを求める。温度補償部５４は、ループフィルター５２の出力データを温度補償データに基づいて補正し、その補正後のデータを周波数制御データＬＱとして出力する。処理回路５０はロジック回路である。例えば処理回路５０は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、又はＡＳＩＣである。或いは処理回路５０は、プロセッサーとプロセッサー上で動作するプログラムにより実現してもよい。プロセッサーはＣＰＵ、ＭＰＵ等である。
【００７３】
発振信号生成回路１４０は、Ｄ／Ａ変換回路８０と発振回路１５０とを含む。なお、図１で説明したように発振信号生成回路１４０の構成はこれに限定されない。Ｄ／Ａ変換回路８０は、周波数制御データＬＱをＤ／Ａ変換し、周波数制御データＬＱに対応する制御電圧ＶＱを出力する。発振回路１５０は、制御電圧ＶＱに対応する発振周波数で振動子ＸＴＡＬを発振させ、その発振信号に基づいてクロック信号ＣＫを出力する。
【００７４】
記憶部３０は、回路装置１００の動作設定情報、或いは処理回路５０が用いる種々のパラメーター等を記憶する。例えば記憶部３０は、図６の係数ＣＦＡ、ＣＦＢ、第１初期値、第２初期値、第１リミット値、第２リミット値、ゲインＫＶ、ＫＷ、オフセットＦＶ、ＦＷを記憶する。また記憶部３０は、温度補償処理に用いる近似関数の係数を記憶する。記憶部３０は、例えば不揮発性メモリーである。或いは記憶部３０はレジスター又はＲＡＭ等であってもよい。また回路装置１００が不図示のインターフェース回路を含み、インターフェース回路を介して外部の処理装置が記憶部３０に係数ＣＦＡ等のパラメーターを設定できるように構成してもよい。
【００７５】
位相比較回路６０は、基準信号ＣＫＲＦとクロック信号ＣＫの位相を比較し、その比較結果を位相差データＰＤとして処理回路５０に出力する。位相比較回路６０は例えばカウンター或いは時間デジタル変換回路である。
【００７６】
ロック判定回路７０は、位相差データＰＤに基づいてＰＬＬ回路がロック状態であるか否かを判定し、その判定結果をロック判定信号ＳＬＫとして処理回路５０に出力する。ＰＬＬ回路は、位相比較回路６０、ループフィルター５２、及び発振信号生成回路１４０により構成される。ロック判定回路７０は、例えば所定時間前から現在までの位相差データＰＤを積算し、その積算値が所定値以下である場合にロック状態であると判定する。
【００７７】
図１０は、回路装置１００を含むクロック信号生成装置６００の構成例である。クロック信号生成装置６００は、回路装置１００と第２回路装置２００とアンテナ２１０と処理装置２２０と振動子ＸＴＡＬとを含む。
【００７８】
アンテナ２１０は、測位衛星からの衛星電波を受信する。第２回路装置２００は、アンテナ２１０から入力される信号に基づいて、衛星信号を受信する。第２回路装置２００は、衛星信号に基づいて信頼度を示す指標値と基準信号とを生成し、その信頼度を示す指標値と基準信号とを回路装置１００へ出力する。回路装置１００は、基準信号に同期したクロック信号を生成する。また回路装置１００は、信頼度に基づくエージング推定を行い、そのエージング推定の結果を用いてホールドオーバー状態におけるエージング補正を行う。これにより、回路装置１００は、ホールドオーバー状態において自走発振を行うが、その発振周波数はエージング補正されたものとなる。処理装置２２０は、回路装置１００及び第２回路装置２００を制御する。例えば、処理装置２２０は、回路装置１００及び第２回路装置２００の初期設定或いは動作設定等を行う。処理装置２２０は、例えばＣＰＵ又はＭＰＵ等のプロセッサーである。
【００７９】
クロック信号生成装置６００が生成したクロック信号は、例えば無線通信における基準クロック信号として用いられる。即ち、クロック信号生成装置６００を含む電子機器は、更に無線通信回路を含むことができる。そして、無線通信回路は、クロック信号生成装置６００からのクロック信号を用いて、無線信号の送信又は受信を行う。
【００８０】
図１１は、回路装置１００を含む電子機器３００の構成例である。この電子機器３００は、回路装置１００と振動子ＸＴＡＬを有する発振器４００と、処理部５２０を含む。また通信部５１０、操作部５３０、表示部５４０、記憶部５５０、アンテナＡＮＴを含むことができる。
【００８１】
電子機器３００としては種々の機器を想定できる。例えば、ＧＰＳ内蔵時計、生体情報測定機器又は頭部装着型表示装置等のウェアラブル機器を想定できる。生体情報測定機器は脈波計、歩数計等である。或いは、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等の携帯情報端末を想定できる。或いは、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や、或いは基地局又はルーター等のネットワーク関連機器などを想定できる。或いは、距離、時間、流速又は流量等の物理量を計測する計測機器や、車載機器や、ロボットなどを想定できる。車載機器は自動運転用の機器等である。
【００８２】
通信部５１０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。通信部５１０は例えば通信回路である。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。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などにより実現できる。操作部５３０は例えば操作装置である。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。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ハードディスクドライブなどにより実現できる。
【００８３】
図１２は、回路装置１００を含む移動体の例である。回路装置１００は、例えば、車、飛行機、バイク、自転車、ロボット、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、各種の電子機器を備えて、地上や空や海上を移動する機器・装置である。図１２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、回路装置１００を含む不図示の発振器が組み込まれる。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基づいて種々の制御処理を行う。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。なお回路装置１００又は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やロボット等の移動体に設けられる種々の機器に組み込むことができる。
【００８４】
以上の実施形態によれば、回路装置は、振動子を用いて発振信号を生成する発振信号生成回路と、処理回路と、を含む。処理回路は、測位衛星から送信された衛星信号に基づく基準信号と、発振信号に基づくクロック信号との間の位相比較結果に基づいて、振動子の発振周波数のエージング特性を推定する。このとき、処理回路は、衛星信号の受信状態の信頼度を示す指標値、及び位相比較結果に基づいて、エージング特性を推定する。
【００８５】
このようにすれば、処理回路が位相比較結果からエージング特性を推定する際に、その推定動作を受信状態の信頼度に基づいて制御できる。これにより、信頼度が低下したときの基準信号の影響を低下させることができ、エージング推定の精度を向上できる。また、エージング推定において真値に追従するまでの時間を短縮できる。
【００８６】
また本実施形態では、処理回路は、位相比較結果及び指標値に基づくカルマンフィルター処理により、エージング特性を推定してもよい。
【００８７】
このようにすれば、処理回路が位相比較結果を観測値とするカルマンフィルター処理を行うことで、位相比較結果からエージング特性を推定できる。そして、処理回路は、カルマンフィルター処理を受信状態の信頼度に基づいて制御することができる。
【００８８】
また本実施形態では、処理回路は、指標値に基づいて、カルマンフィルター処理のカルマンゲインを変化させてもよい。
【００８９】
このようにすれば、処理回路が、受信状態の信頼度に応じてカルマンフィルター処理のカルマンゲインを変化させることができる。カルマンフィルター処理において、事前推定値及びカルマンゲイン、観測値に基づいて事後推定値が観測更新される。このとき、カルマンゲインを変化させることで、事後推定値の更新における観測値の重み付けが変化する。即ち、受信状態の信頼度に応じてカルマンゲインを変化させることで、観測値が推定値に与える影響を変化させることができる。
【００９０】
また本実施形態では、処理回路は、カルマンフィルター処理の観測ノイズ分散値及びシステムノイズ分散値の少なくとも一方を、指標値に基づいて変化させてもよい。
【００９１】
カルマンフィルター処理において、システムノイズ分散値に基づいて事前共分散が時間更新される。また、事前共分散及び観測ノイズ分散値に基づいてカルマンゲインが観測更新される。即ち、観測ノイズ分散値及びシステムノイズ分散値の少なくとも一方を、指標値に基づいて変化させることで、受信状態の信頼度に応じてカルマンゲインを変化させることができる。
【００９２】
また本実施形態では、処理回路は、観測ノイズ分散値及びシステムノイズ分散値の生成処理を行い、観測ノイズ分散値及びシステムノイズ分散値を用いてカルマンフィルター処理を行い、生成処理において、指標値が示す信頼度が低いほど、システムノイズ分散値に対する観測ノイズ分散値の比を大きくしてもよい。
【００９３】
カルマンフィルター処理の収束状態においてカルマンフィルターはローパスフィルターとして動作する。このとき、システムノイズ分散値に対する観測ノイズ分散値の比によって、ローパスフィルターのカットオフ周波数が決まる。システムノイズ分散値に対する観測ノイズ分散値の比が小さいほど、カットオフ周波数は低くなる。即ち、信頼度が低いほど、システムノイズ分散値に対する観測ノイズ分散値の比を大きくすることで、カットオフ周波数を低くできる。カットオフ周波数が低いほど、推定値に対する観測値の影響を小さくできる。
【００９４】
また本実施形態では、処理回路は、生成処理において、システムノイズ分散値を第１初期値から変化させる第１処理を行い、第１処理の出力データに対して、指標値に基づく第１データを加算してもよい。
【００９５】
このようにすれば、システムノイズ分散値を第１初期値から変化させることで、収束状態におけるローパスフィルター特性のカットオフ周波数を変化させることができる。これにより、観測値に対する推定値の追従性を制御できるようになる。具体的には、カルマンフィルターの動作開始時にはカルマンゲインを大きくしてカットオフ周波数を高くしておき、その後にカルマンゲインを小さくしてカットオフ周波数を低下させる。これにより、カルマンフィルターの動作開始時に推定値の追従性を向上させると共に、追従後における推定精度を向上できる。また、第１処理の出力データに対して、指標値に基づく第１データを加算することで、信頼度に応じてシステムノイズ分散値を変化させることができる。具体的には、信頼度が低いほどシステムノイズ分散値を小さくすることで、カルマンゲインを小さくできる。
【００９６】
また本実施形態では、処理回路は、生成処理において、観測ノイズ分散値を第２初期値から変化させる第２処理を行い、第２処理の出力データに対して、指標値に基づく第２データを加算してもよい。
【００９７】
このようにすれば、観測ノイズ分散値を第２初期値から変化させることで、収束状態におけるローパスフィルター特性のカットオフ周波数を変化させることができる。これにより、観測値に対する推定値の追従性を制御できるようになる。具体的には、カルマンフィルターの動作開始時にはカルマンゲインを大きくしてカットオフ周波数を高くしておき、その後にカルマンゲインを小さくしてカットオフ周波数を低下させる。これにより、カルマンフィルターの動作開始時に推定値の追従性を向上させると共に、追従後における推定精度を向上できる。また、第２処理の出力データに対して、指標値に基づく第２データを加算することで、信頼度に応じて観測ノイズ分散値を変化させることができる。具体的には、信頼度が低いほど観測ノイズ分散値を大きくすることで、カルマンゲインを小さくできる。
【００９８】
また本実施形態では、指標値は、衛星信号の受信強度、受信可能な測位衛星の数、及び測位衛星の仰角のうち少なくとも１つの情報であってもよい。
【００９９】
衛星信号の受信強度、受信可能な測位衛星の数、及び測位衛星の仰角は、衛星信号の受信状態に影響を与えるので、衛星信号に基づく基準信号の精度に影響を与える。即ち、これらのパラメーターのうち少なくとも１つが指標値として回路装置に入力されることで、受信状態の信頼度に基づくエージング推定が可能となる。
【０１００】
また本実施形態では、回路装置は、基準信号と発振信号の位相比較を行う位相比較回路を含む。処理回路は、位相比較回路からの位相比較結果に基づいて周波数制御データを生成する。発振信号生成回路は、振動子と周波数制御データを用いて、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を生成する。
【０１０１】
位相比較回路及び処理回路、発振信号生成回路はＰＬＬ回路を構成する。このＰＬＬ回路は、基準信号に同期したクロック信号を生成する。上述したように、本実施形態によれば高精度なエージング推定が可能である。これにより、ホールドオーバー状態において、エージング推定の結果を用いて高精度に発振周波数をエージング補正できる。即ち、ホールドオーバー状態において発振信号生成回路が自走発振するが、その自走発振において高精度は発振周波数のクロック信号を生成できる。
【０１０２】
また本実施形態では、発振器は、回路装置と、振動子と、を含む。
【０１０３】
また本実施形態では、クロック信号生成装置は、回路装置と、振動子と、衛星信号を受信する第２回路装置と、を含む。
【０１０４】
また本実施形態では、電子機器は回路装置を含む。
【０１０５】
また本実施形態では、移動体は回路装置を含む。
【０１０６】
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と共に記載された用語は、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、及び発振器、クロック信号生成装置、電子機器、移動体の構成及び動作等も、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。
【符号の説明】
【０１０７】
１０…温度センサー、２０…Ａ／Ｄ変換回路、３０…記憶部、４０…分周回路、５０…処理回路、５１…カルマンフィルター、５２…ループフィルター、５３…セレクター、５４…温度補償部、５５…カルマンフィルター、５６…エージング補正部、５７…セレクター、６０…位相比較回路、７０…ロック判定回路、８０…Ｄ／Ａ変換回路、１００…回路装置、１２１…しきい値判定部、１２２…線形カルマンフィルター、１２３…ラッチ部、１２４…第１出力部、１２５…第２出力部、１３１…セレクター、１３２…加算器、１３３…遅延素子、１３４…リミッター、１３５…セレクター、１３６…加算器、１３７…遅延素子、１３８…リミッター、１４０…発振信号生成回路、１４１…加算部、１４２…乗算部、１４３…加算部、１４５…加算部、１４６…乗算部、１４７…加算部、１５０…発振回路、２００…第２回路装置、２０６…自動車、２０７…車体、２０８…制御装置、２０９…車輪、２１０…アンテナ、２２０…処理装置、３００…電子機器、４００…発振器、５１０…通信部、５２０…処理部、５３０…操作部、５４０…表示部、５５０…記憶部、６００…クロック信号生成装置、ＣＫＤ…クロック信号、ＣＫＲＦ…基準信号、ＬＱ…周波数制御データ、ＰＤ…位相差データ、ＲＬＢ…指標値、ＸＴＡＬ…振動子、ｖ２…システムノイズ分散値、ｗ２…観測ノイズ分散値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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