(57)【要約】【課題】外部基準信号を受信不能になっても出力周波数の変動を抑えることができる発振器を提供すること。【解決手段】基準時刻からの経過時間と発振回路に供給する制御電圧の第１の補正値との第１の対応関係、及び温度検出部により検出された温度と前記制御電圧の第２の補正値との第２の対応関係が記憶される対応関係記憶部と、外部基準信号を監視し、外部基準信号が受信されないときに発振器の経過時間及び温度による周波数変動分を補償するために、補正値取得部にて求めた第１の補正値及び第２の補正値に基づいた制御電圧を発振回路に出力する制御電圧供給部とが設けられるように発振器を構成する。それによって、外部基準信号を受信不能になっても出力周波数の変動を抑えることができる。【選択図】図１
2015082815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振用の水晶振動子に接続され、供給される制御電圧に応じた周波数信号を出力する発振回路と、
前記発振回路からの出力信号の位相と、外部基準信号の位相とを比較し、この比較結果に対応する位相比較信号を出力する位相比較部と、
前記位相比較信号に基づいて、前記外部基準信号に前記発振回路からの出力信号が同期するように前記制御電圧を出力する第１の制御電圧供給部と、
予め設定された基準時刻からの経過時間を計測する経過時間計測部と、
前記水晶振動子が置かれる雰囲気の温度を検出する温度検出部と、
前記経過時間と前記制御電圧の第１の補正値との第１の対応関係、及び前記温度検出部により検出された温度と前記発振回路に供給する制御電圧の第２の補正値との第２の対応関係が記憶される対応関係記憶部と、
前記経過時間計測部にて計測した経過時間及び前記第１の対応関係に基づいて第１の補正値を求めると共に、前記温度検出部にて検出した温度及び前記第２の対応関係に基づいて第２の補正値を求める補正値取得部と、
前記外部基準信号を監視し、外部基準信号が受信されないときに発振器の経過時間及び温度による周波数変動分を補償するために、前記第１の制御電圧供給部からの制御電圧に代えて、前記補正値取得部にて求めた第１の補正値及び第２の補正値に基づいて求めた制御電圧を前記発振回路に出力する第２の制御電圧供給部と、
を備えることを特徴とする発振器。
【請求項２】
前記外部基準信号を受信可能なときに、当該外部基準信号に含まれる当該外部基準信号の出力時刻についてのデータに基づいて、前記の第１の対応関係が補正されることを特徴とする請求項１記載の発振器。
【請求項３】
前記外部基準信号を受信可能なときに、当該外部基準信号に含まれる当該外部基準信号の出力時刻についてのデータに基づいて、前記経過時間計測部により計測される経過時間が補正されることを特徴とする請求項１または２記載の発振器。
【請求項４】
電源をオフにする時点から直近に算出された前記第１の補正値と、第１の補正値を算出した経過時間とを記憶する記憶部が設けられ、
電源を再投入したときは、この記憶部に記憶された第１の補正値及び経過時間と、前記第１の対応関係と、再投入時に計測された前記経過時間と、に基づいて前記第１の補正値が算出されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の発振器。
【請求項５】
発振用の水晶振動子に接続され、供給される制御電圧に応じた周波数信号を出力する発振回路と、
前記発振回路からの出力信号の位相と、外部基準信号の位相とを比較し、この比較結果に対応する位相比較信号を出力する位相比較部と、
前記位相比較信号に基づいて、前記外部基準信号に前記発振回路からの出力信号が同期するように前記制御電圧を出力する第１の制御電圧供給部と、
当該外部基準信号に含まれる当該信号の出力時刻についてのデータに基づいて予め設定された基準時刻からの経過時間を計測する経過時間計測部と、
前記水晶振動子が置かれる雰囲気の温度を検出する温度検出部と、
前記経過時間と前記制御電圧の第１の補正値との第１の対応関係、及び前記温度検出部により検出された温度と前記発振回路に供給する制御電圧の第２の補正値との第２の対応関係が記憶される対応関係記憶部と、
前記経過時間計測部にて計測した経過時間及び前記第１の対応関係に基づいて第１の補正値を求めると共に、前記温度検出部にて検出した温度及び前記第２の対応関係に基づいて第２の補正値を求める補正値取得部と、
電源投入後に発振器の経過時間及び温度による周波数変動分を補償して前記同期に要する時間を短縮するために、前記第１の制御電圧供給部からの制御電圧に代えて、前記第１の補正値及び第２の補正値に基づいて求めた制御電圧を前記発振回路に出力する第２の制御電圧供給部と、
を備えることを特徴とする発振器。
【請求項６】
前記第２の制御電圧供給部は、予め設定された初期電圧を制御電圧として発振回路に供給し、次いで、前記第１の補正値及び第２の補正値と前記初期電圧との加算値を、前記第１の補正値及び第２の補正値に基づいて求めた制御電圧として発振回路に供給し、
電源投入後の第１の時点及び第２の時点における各々の発振回路からの出力に基づいて、前記初期電圧に前記第１の補正値及び第２の補正値を加算するタイミングを制御することを特徴とする請求項５記載の発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部基準信号を受信し、当該外部基準信号に基づいてその発振周波数が制御される発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
基地局などに用いられる発振器は、その出力周波数について高い安定性が求められる。そのため、当該発振器はＧＰＳ（Global Positioning System）信号等の外部基準信号を受信し、このＧＰＳ信号に同期して出力周波数の変動が抑えられるように制御される。
【０００３】
ところで、前記発振器には前記ＧＰＳ信号を受信不能になった場合に、受信不能になった時点からの経過時間に対して前記発振出力が変動することが抑えられる性能、いわゆるホールドオーバー（Holdover）性能が求められる。図９は、前記ホールドオーバー性能について概念的に説明するためのグラフである。グラフの縦軸は発振器の位相安定度、横軸は前記ＧＰＳ信号を受信不能になった時点からの経過時間ｔを夫々示す。発振器のエージングに起因して、時間と共に前記位相安定度を低下させる成分をＳとする。このエージングによる成分Ｓは前記経過時間ｔが大きくなるにつれて所定の速度で大きくなる。このエージングは、発振器に含まれる水晶振動子を構成する水晶の表面の変質などの要因により発生する。また、前記温度特性に従って瞬時的に位相安定度を低下させる成分をＣとする。この成分Ｃは経過時間ｔに対して変化せず、一定である
【０００４】
成分Ｓ×時間ｔ＋成分Ｃの面積＝ＴＩＥ（Time interval Error）は、ホールドオーバー性能を示す指標であり、このＴＩＥが小さいほどホールドオーバー性能が高く、前記経過時間に対して周波数変化が小さい。即ちホールドオーバー性能とは、発振器の温度特性及びエージング特性によって影響される性能である。当該発振器は、発振器の出力周波数の変動を抑えることができるように、高いホールドオーバー性能を持つように構成することが求められる。
【０００５】
ところで製造メーカーからの出荷時において、前記発振器については、ＧＰＳ信号に速やかに同期できるように、出力される周波数の調整が行われる。しかし、その出荷時から基地局に搭載されてユーザーにより運用されるまでの保管期間が長いと、前記エージングによって発振器の周波数が変動する。そのようにエージングによって発振器の周波数が、予め設定された周波数からずれるほど、同期するために要する時間が長くなってしまう。例えば外部基準信号に対して、周波数のずれが±０．０１ｐｐｂ以内に抑えられるように同期させる場合、前記エージングによる周波数のずれが無いと同期時間として数時間を要するが、エージングにより周波数がずれていると、より多くの時間を要してしまうことになる。
【０００６】
特許文献１には、発振器において、予めＲＯＭに記憶されたエージングパラメータに基づいて周波数補正を行う技術について記載されているが、既述の問題を解決するためには不十分である。また、特許文献２には、エージングによる発振周波数の変動を抑えるための発振装置について記載されている。しかし、この特許文献の技術は、エージング特性をメモリに記憶するようなものではなく、装置が大掛かりになる懸念がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３２３９８７
【特許文献２】米国特許出願No.13/406694
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、外部基準信号を受信不能になっても出力周波数の変動を抑えることができる発振器を提供することである。また、他の目的は、外部基準信号との同期を速やかに行うことができる発振器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の発振器は、発振用の水晶振動子に接続され、供給される制御電圧に応じた周波数信号を出力する発振回路と、
前記発振回路からの出力信号の位相と、外部基準信号の位相とを比較し、この比較結果に対応する位相比較信号を出力する位相比較部と、
前記位相比較信号に基づいて、前記外部基準信号に前記発振回路からの出力信号が同期するように前記制御電圧を出力する第１の制御電圧供給部と、
予め設定された基準時刻からの経過時間を計測する経過時間計測部と、
前記水晶振動子が置かれる雰囲気の温度を検出する温度検出部と、
前記経過時間と前記制御電圧の第１の補正値との第１の対応関係、及び前記温度検出部により検出された温度と前記発振回路に供給する制御電圧の第２の補正値との第２の対応関係が記憶される対応関係記憶部と、
前記経過時間計測部にて計測した経過時間及び前記第１の対応関係に基づいて第１の補正値を求めると共に、前記温度検出部にて検出した温度及び前記第２の対応関係に基づいて第２の補正値を求める補正値取得部と、
前記外部基準信号を監視し、外部基準信号が受信されないときに発振器の経過時間及び温度による周波数変動分を補償するために、前記第１の制御電圧供給部からの制御電圧に代えて、前記補正値取得部にて求めた第１の補正値及び第２の補正値に基づいて求めた制御電圧を前記発振回路に出力する第２の制御電圧供給部と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の発振器は、発振用の水晶振動子に接続され、供給される制御電圧に応じた周波数信号を出力する発振回路と、
前記発振回路からの出力信号の位相と、外部基準信号の位相とを比較し、この比較結果に対応する位相比較信号を出力する位相比較部と、
前記位相比較信号に基づいて、前記外部基準信号に前記発振回路からの出力信号が同期するように前記制御電圧を出力する第１の制御電圧供給部と、
当該外部基準信号に含まれる当該信号の出力時刻についてのデータに基づいて予め設定された基準時刻からの経過時間を計測する経過時間計測部と、
前記水晶振動子が置かれる雰囲気の温度を検出する温度検出部と、
前記経過時間と前記制御電圧の第１の補正値との第１の対応関係、及び前記温度検出部により検出された温度と前記発振回路に供給する制御電圧の第２の補正値との第２の対応関係が記憶される対応関係記憶部と、
前記経過時間計測部にて計測した経過時間及び前記第１の対応関係に基づいて第１の補正値を求めると共に、前記温度検出部にて検出した温度及び前記第２の対応関係に基づいて第２の補正値を求める補正値取得部と、
電源投入後に発振器の経過時間及び温度による周波数変動分を補償して前記同期に要する時間を短縮するために、前記第１の制御電圧供給部からの制御電圧に代えて、前記第１の補正値及び第２の補正値に基づいて求めた制御電圧を前記発振回路に出力する第２の制御電圧供給部と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の発振器によれば、基準時刻からの経過時間と発振回路に供給する制御電圧の第１の補正値との第１の対応関係、及び温度検出部により検出された温度と前記制御電圧の第２の補正値との第２の対応関係が記憶される対応関係記憶部と、外部基準信号を監視し、外部基準信号が受信されないときに発振器の経過時間及び温度による周波数変動分を補償するために、第１の補正値及び第２の補正値に基づいて求めた制御電圧を発振回路に出力する制御電圧供給部と、が設けられる。従って、外部基準信号を受信不能になっても出力周波数の変動を抑えることができる。即ち、高いホールドオーバー性能を得ることができる。
【００１２】
また、本発明の他の発振器によれば、基準時刻からの経過時間と発振回路に供給される制御電圧の第１の補正値との第１の対応関係、及び前記温度検出部により検出された温度と前記発振回路に供給する制御電圧の第２の補正値との第２の対応関係が記憶される対応関係記憶部と、電源投入後に前記発振回路に接続される発振器の経過時間及び温度による周波数変動分を補償して、補正値取得部にて求めた第１の補正値及び第２の補正値に基づいて求めた制御電圧を発振回路に出力する制御電圧供給部と、が設けられる。それによって、発振器の出力は温度特性と概ねのエージング特性とがキャンセルされたものとなるため、位相比較信号に基づいて前記発振回路の出力の外部基準信号に対する同期が完了するまでに要する時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る発振器のブロック図である。
【図２】前記発振器に含まれるエージング特性データを示すグラフ図である。
【図３】前記発振器に含まれる温度特性データを示すグラフ図である。
【図４】発振器の出力の制御プロセスを示すフローチャートである。
【図５】エージング特性データを補正する様子を示す説明図である。
【図６】エージング特性データを補正する様子を示す説明図である。
【図７】制御電圧の補正値を算出する工程を示す説明図である。
【図８】制御電圧の補正値を算出する工程を示す説明図である。
【図９】ホールドオーバー性能に関わる成分を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明に係る実施形態の発振器１のブロック図である。発振器１はＧＰＳ受信部１１を備えている。ＧＰＳ受信部１１は、発振器１の外部から、既述のＧＰＳ信号を受信する。前記ＧＰＳ信号は発信源からの出力時の時刻についてのデータを含んでいる。ＧＰＳ信号は速やかにＧＰＳ受信部１１に受信されるので、前記出力時の時刻は、発振器１のＧＰＳ信号の受信時刻あるいは現在時刻であるとも言える。ＧＰＳ受信部１１は、この時刻についてのデータをＣＰＵ１３に送信する。
【００１５】
また、ＧＰＳ信号は１秒間に１回の周期的に出力されるパルス信号（１ＰＰＳ（pulse per second）信号）を含み、ＧＰＳ受信部１１に接続されるＰＰＳ検出部１２は、この１ＰＰＳ信号を検出する。また、当該ＰＰＳ検出部１２には、後述の発振回路１４からの出力信号が入力される。ＰＰＳ検出部１２は１ＰＰＳ信号と発振回路１４の前記出力信号との位相比較を行い、これら各信号の位相差に対応するアナログ信号（位相比較信号）を第１の制御電圧供給部を構成するループフィルタ（ＬＦ）３１に出力する。ループフィルタ３１の出力はスイッチ３４を介して、制御電圧Ｖｃとして発振回路１４に供給される。
【００１６】
図中３３は、アナログ電圧供給部であり、ＰＰＳ検出部１２と共に制御電圧供給部を構成する。このアナログ電圧供給部３３は、加算器３２に初期電圧Ｖ０を出力する。加算器３２には、この初期電圧Ｖ０と後述するＣＰＵ１３にて演算されて出力される電圧Ｖ１＋Ｖ２が入力され、これら初期電圧Ｖ０と、Ｖ１＋Ｖ２とが加算されて、制御電圧Ｖｃとしてスイッチ３４を介して発振回路１４に入力される。スイッチ３４は、加算器３２及びＬＦ３１のうちの一方を発振回路１４に接続する。それによって、加算器３２からの出力及びＬＦ３１からの出力のうちの一方が、制御電圧Ｖｃとして発振回路１４に出力される。
【００１７】
ＣＰＵ（Central Processing Unit）１３は、発振回路１４に供給される制御電圧Ｖｃを制御して発振回路１４の出力周波数を一定の目標周波数に保つように制御する。このＣＰＵ１３は、後述の温度センサ１５による温度検出信号、EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）２１に記憶されるデータから、前記初期電圧Ｖ０の補正値であるＶ１、Ｖ２を夫々算出し、Ｖ１＋Ｖ２を出力する第２の制御電圧供給部及び補正値取得部を構成するものでもある。この出力電圧Ｖ１＋Ｖ２が図示しないデジタルアナログ変換器により、アナログ信号に変換されて、既述のように加算器３２に出力される。また、ＣＰＵ１３は、EEPROM２１内のデータ及び後述するＲＴＣ１６の現在時刻データの更新を行う。さらにＣＰＵ１３は、ＧＰＳ受信部１１により受信されるＧＰＳ信号に含まれる時刻のデータまたは後述のＲＴＣ１６から出力される時刻のデータに基づいて、後述する基準時刻からの経過時間を算出する経過時間計測部を構成する。
【００１８】
さらに、ＣＰＵ１３は、ＧＰＳ受信部１１がＧＰＳ信号を受信しているか否かを監視する。ＧＰＳ信号が受信されているときには、ＣＰＵ１３は前記位相比較信号に基づいて制御電圧Ｖｃを制御し、このＧＰＳ信号に発振回路１４の出力を同期させることで発振器１の出力周波数を制御する。ＧＰＳ信号を受信していないときには、ＣＰＵ１３は、前記位相比較信号によらずに出力周波数の変動が抑えられるように制御電圧Ｖｃを制御するHoldoverモードを実行する。また、ＣＰＵ１３は、前記スイッチ３４の切り替えを制御する。
【００１９】
発振回路１４は、前記制御電圧Ｖｃに応じて出力される発振周波数が変化するように構成されている。発振回路１４の出力が、発振器１の出力であり、発振回路１４には圧電振動子として水晶振動子１０が含まれる。上記のＰＰＳ検出部１２において検出される位相差が無くなるように、制御電圧Ｖｃにより発振回路１４の発振出力周波数が制御され、発振回路１４の出力信号がＧＰＳ信号中の前記１ＰＰＳ信号に同期すると共に所望の周波数（目標周波数）となる。即ち、ＰＰＳ検出部１２、発振回路１４及び前記ループフィルタ３１は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）を構成している。
【００２０】
温度センサ１５は、前記水晶振動子１０の周囲温度を検出し、検出温度に対応する信号（温度検出信号）をＣＰＵ１３に出力する。
ＲＴＣ（Real Time Clock）１６は、発振器１の内蔵時計であり、ＣＰＵ１３と共に経過時間計測部を構成し、発振器１に設けられる二次電池により動作する。即ち、発振器１に電源を投入しなくても動作し、現在時刻についてのデータを出力することができる。発振器１がＧＰＳ信号を受信しているときには、ＣＰＵ１３は、定期的にＲＴＣ１６の前記現在時刻データが、ＧＰＳ信号により検出される現在時刻に一致するようにＲＴＣ１６の動作を補正する。
【００２１】
ＥＥＰＲＯＭ２１は各種のデータが格納されている。このデータとしては、基準時刻が含まれる。発振器１の出荷時には、発振器１の周囲温度が基準温度例えば２５℃であるときに、当該発振器１から目標周波数、例えば１０ＭＨｚの出力が得られるように、前記発振回路１４に供給する制御電圧Ｖｃが調整されている。前記基準時刻はそのように調整が行われた時刻である。
【００２２】
また、ＥＥＰＲＯＭ２１には、発振器１のエージング特性データ２２が格納されている。このエージング特性データ２２は、発振器１の周囲温度が前記基準温度であり、且つ周波数引き込み用の前記初期電圧Ｖ０が発振回路１４に出力され続けるものとした場合に、前記基準時刻からの経過時間に対して予測される発振器１の出力周波数ｆの変化率Δｆ／ｆである。このエージング特性データ２２は、予め試験（初期トレーニング）を行うことで取得される予測データである。
【００２３】
図２に示すグラフは、エージング特性データ２２の一例を示している。グラフの縦軸は、前記Δｆ／ｆ（単位：ｐｐｍ）である。ｆは前記目標周波数であり、Δｆは、目標周波数からの周波数の偏差を示す。グラフの横軸は前記基準時刻からの経過時間（単位：ｈ）である。グラフ中のエージングカーブ２３は二次曲線で表される。このエージングカーブ２３は、後述するように、グラフ中を上下にシフトするように補正されて使用される。
【００２４】
ＥＥＰＲＯＭ２１には、発振器の温度特性データ２４が格納されている。図３のグラフは、温度特性データ２４の一例を示している。グラフの縦軸は図２のグラフと同じく周波数変化率Δｆ／ｆを示しており、横軸は温度（単位：℃）を示している。この温度特性データ２４は、一定の制御電圧Ｖｃが印加されるときにおける、発振器１の周囲温度の変化に対する当該発振器１の出力周波数の変化率Δｆ／ｆである。
【００２５】
背景技術の項目で説明したように、発振器１のホールドオーバー性能には、発振器１のエージング特性及び温度特性が関わる。従って、発振器１がＧＰＳ信号を受信不能になったときには、エージング特性データ２２に基づいて取得されるエージング起因Δｆ／ｆ、温度特性データ２４から取得される温度起因Δｆ／ｆから、エージング特性及び温度特性をキャンセルできるようにエージング起因の制御電圧の補正量（以下、エージング特性補正電圧とする）Ｖ１、温度特性起因の制御電圧の補正量（以下、温度特性補正電圧とする）Ｖ２が夫々算出される。そのようにエージング起因Δｆ／ｆ及び温度起因Δｆ／ｆと、エージング特性補正電圧Ｖ１及び温度起因の補正電圧Ｖ２との間で変換を行うための関係式が、ＥＥＰＲＯＭ２１に記憶されている。つまり、ＥＥＰＲＯＭ２１は、対応関係記憶部を構成する。
【００２６】
また、ＥＥＰＲＯＭ２１には、時間・周波数情報が記憶される。この時間・周波数情報とは、基準時刻からの経過時間及びエージング起因Δｆ／ｆをキャンセルするためのエージング特性補正電圧Ｖ１であり、ＣＰＵ１３により例えば２４時間毎に更新される。さらに、ＥＥＰＲＯＭ２１には発振器１の電源投入後、発振器１の出力周波数が安定したか否かを判定するために、電源投入後から所定時間経過後の発振回路１４からの前記出力周波数が記憶される。図１中、この周波数を起動時周波数ｆ１、ｆ２と表記している。
【００２７】
続いて、フローチャートである図４を参照しながら、保管期間を経過した後、発振器１を基地局に設置して起動させるにあたって、出力周波数が制御されるプロセスを説明する。発振器１に電源を投入して起動させると、スイッチ３４は発振回路１４と加算器３２とを接続し、発振回路１４に制御電圧として初期電圧Ｖ０が供給され、発振回路１４から出力が得られる。ＣＰＵ１３は受信部１１によりＧＰＳ信号が受信されているか否かを判定する（ステップＳ１）。前記ＧＰＳ信号が受信されていると判定された場合、前記ＣＰＵ１３は受信した前記ＧＰＳ信号から現在時刻を検出する（ステップＳ２）。
【００２８】
続いて、ＣＰＵ１３はＥＥＰＲＯＭ２１から時間・周波数情報について読み出し、ＧＰＳ同期に備える（ステップＳ３）。その後、ＣＰＵ１３によりＧＰＳ信号への発振器１の周波数の同期が開始される（ステップＳ４）。ＣＰＵ１３は発振器１が起動直後か否かを判定する（ステップＳ５）。この場合は起動直後であるため、起動直後と判定したＣＰＵ１３は、受信したＧＰＳ信号から検出される現在時刻と、ＥＥＰＲＯＭ２１に記憶された基準時刻とから、基準時刻から現在までの経過時間を算出する。
【００２９】
そして、ＣＰＵ１３は、ＥＥＰＲＯＭ２１のエージング特性データ２２から、この経過時間に対応するエージング起因Δｆ／ｆを読み出す（ステップＳ６）。例えば前記経過時間が１０００時間と算出されたものとすると、図２より、読み出されるエージング起因Δｆ／ｆは、０．０９ｐｐｍである。ステップＳ６の次には、再度ステップＳ５が行われるが、この繰り返しのステップＳ５ではＣＰＵ１３は、一定時間を超え、起動直後ではないと判定した場合に、次のステップに進む。これにより、起動直後に発振回路１４自体が安定していない状態でＧＰＳ信号に同期する動作を抑制する。
【００３０】
発振回路１４には制御電圧Ｖｃとして初期電圧Ｖ０が供給され、例えば電源投入時から３分経過すると、ＣＰＵ１３は発振回路１４からの出力周波数を起動時周波数ｆ１としてＥＥＰＲＯＭ２１に記憶する。そして、電源投入時から例えば７分経過すると、ＣＰＵ１３は発振回路１４からの出力周波数を起動時周波数ｆ２としてＥＥＰＲＯＭ２１に記憶する。ＣＰＵ１３は、起動時周波数ｆ１、ｆ２との差分を検出する。前記差分が許容範囲に収まっていれば、温度特性データ２４より、温度センサ１５から出力される温度検出信号に対応する温度起因Δｆ／ｆを読み出す。許容範囲に収まっていなければ、前記起動時周波数ｆ２を取得してから例えば７分経過した後に、前記温度検出値に対応する温度起因Δｆ／ｆを読み出す。
【００３１】
そして、ＣＰＵ１３は、読み出されたエージング起因Δｆ／ｆからエージング特性補正電圧Ｖ１を算出し、読み出された温度起因Δｆ／ｆから、温度特性起因補正電圧（現時点での周波数補正量）Ｖ２を算出する（ステップＳ７）。そして、このＶ１＋Ｖ２が発振回路１４に供給される制御電圧Ｖｃに加算され、当該Ｖｃが補正される。なお、電源投入時にＧＰＳ信号から受信した時刻と、ＥＥＰＲＯＭ２１に記憶されている基準時刻とが一致する場合、つまり経過時間０である場合、エージング特性補正電圧Ｖ１は０である。この場合、制御電圧ＶｃにはＶ１及びＶ２のうち、Ｖ２だけが加算されることになる。
【００３２】
上記のように起動時周波数ｆ１、ｆ２に基づいて制御電圧Ｖｃを補正するタイミングを制御する理由を説明する。一般に発振器は電源投入後に発熱することで発振周波数が比較的大きく変動する。そのように周波数変動が大きい状態で制御電圧Ｖｃが補正により大きく変化すると、発振回路１４の周波数のハンチングが起きる、即ち、目標周波数付近で周波数の脈動が続き、収束するまでに比較的長い時間を要することになる。そのようなハンチングの発生を抑えるために、このように補正のタイミングを制御している。一旦、発振器１の電源をオフにし、その後再度電源を投入する場合も同様に、当初は制御電圧Ｖｃとして基準電圧Ｖ０が供給され、制御電圧Ｖｃの補正のタイミングは起動時周波数ｆ１、ｆ２に基づいて制御される。
【００３３】
補正された制御電圧Ｖｃは、発振器１の予測のエージング特性及び温度特性を共に補償するように算出されるものであるため、発振器１の発振出力は、目標周波数に極めて近い周波数に合せ込まれる。電源投入から所定の時間経過後、スイッチ３４が切り替わり、加算器３２に代わってＬＦ３１が発振回路１４に接続され、ＬＦ３１からの出力が制御電圧Ｖｃとして発振回路１４に供給される。ＰＰＳ検出部１２からループフィルタ３１に、１ＰＰＳ信号と発振回路１４からの出力との位相差に基づいてパルス信号が出力される。それによって発振回路１４の出力が目標周波数になるようにさらに合せ込まれる。そして、発振回路１４の出力がこの１ＰＰＳ信号に同期し、発振回路１４からは目標周波数が出力される。既述のように制御電圧Ｖｃは、目標周波数に近い周波数を発振回路１４が出力できるように、予め加算器３２から供給されている。従って、ＬＦ３１と発振回路１４との接続後、前記１ＰＰＳ信号に対する発振回路１４の同期が短時間で完了する（ステップＳ８）。
【００３４】
同期が完了したときエージング起因Δｆ／ｆはキャンセルされているため、ＣＰＵ１３はエージング特性データ２２について補正を行う。ステップＳ８の同期が完了した時刻について、基準時刻からの経過時間が１０００時間であるとすると、図５に示すように、経過時間１０００時間のときのエージング起因Δｆ／ｆが０になるようにエージングカーブ２３を上下方向にシフトさせて、エージング特性データ２２の補正を行う。同期が完了したときに発振回路１４に供給される制御電圧Ｖｃのうち、エージング特性分をキャンセルしているエージング特性補正電圧Ｖ１は、Ｖ１＝制御電圧Ｖｃ−初期電圧Ｖ０−前記温度検出信号により算出される温度特性補正電圧Ｖ２・・・式１、で算出されるので、ＣＰＵ１３は、このエージング特性補正電圧Ｖ１を算出する。ここでは前記制御電圧Ｖｃは、ＬＦ３１から出力されている制御電圧である。そして、前記経過時間と、エージング特性補正電圧Ｖ１とを時間・周波数情報としてＥＥＰＲＯＭ２１に記憶する。
【００３５】
その後、ＣＰＵ１３は、同期が完了した時刻から２４時間経過したか否かを判定する（ステップＳ９）。２４時間経過すると、時間・周波数情報更新タイミングになったものとして、既述のようにエージング特性データ２２の補正を行う。即ち、上記のように経過時間が１０００時間であるときに同期が行われたとすると、図６に示すように経過時間が１０２４時間となったときに、当該経過時間１０２４時間でエージング起因Δｆ／ｆが０になるようにエージングカーブ２３をシフトさせてエージング特性データ２２を補正する。また、このときに供給される制御電圧Ｖｃより、上記の式１（Ｖ１＝Ｖｃ−Ｖ０−Ｖ２）に基づいてエージング特性補正電圧Ｖ１を算出する。そして、ＥＥＰＲＯＭ２１の時間・周波数情報を更新する（ステップＳ１０）。
【００３６】
続いて、ＣＰＵ１３は、ＧＰＳ信号の受信が途絶えているか否かを判定する（ステップＳ１１）。途絶えていないと判定された場合は、ステップＳ２以降のフローが順番に再度実行される。再度行われるステップＳ３〜Ｓ８では、スイッチ３４の切り替わりは起こらず、ＬＦ３１が発振回路１４に接続された状態が維持され、ＧＰＳ信号に対して発振器１の同期が続けられる。
【００３７】
その後、ステップＳ９では時間・周波数情報更新タイミングになったか否かが判定される。この更新タイミングは、例えば直近の時間・周波数情報更新タイミングから２４時間経過した時刻である。即ち、既述のように経過時間が１０２４時間であるときに、時間・周波数情報を更新している場合には、経過時間が１０４８時間になると時間・周波数情報が更新される。その後も経過時間が１０７２時間、１０９６時間になると、時間・周波数情報が更新されることになる。このように時間・周波数情報が更新される時に、エージングカーブ２３も既述のように補正される。ステップＳ９において、時間・周波数情報更新タイミングになっていないと判定された場合、ステップＳ１１の判定が行われる。つまりステップＳ９で、更新タイミングになっていると判定された場合は、前記時間・周波数情報が更新されてからステップＳ１１が行われ、更新タイミングになっていないと判定された場合は、前記情報が更新されずにステップＳ１１が行われることになる。
【００３８】
ステップＳ１１においてＧＰＳ信号が途絶えたと判定されると、ＣＰＵ１３はHoldoverモードに移行し、スイッチ３４が発振回路１４と加算器３２とを接続するように切り替わり、制御電圧Ｖｃ＝初期電圧Ｖ０＋エージング特性補正電圧Ｖ１＋温度特性補正電圧Ｖ２が発振回路１４に供給される。ここで、エージング特性補正電圧Ｖ１は、EEPROM２１から読み出された電圧であり、ステップＳ９にて更新された電圧である。ＲＴＣ１６により測定される時刻に基づいて、例えば直近の前記時間・周波数補正タイミングから２４時間経過した時刻（ｔ１とする）になると、ＣＰＵ１３は基準時刻からの経過時間を算出し、エージング特性データ２２のエージングカーブ２３から当該経過時間に対応するエージング起因Δｆ／ｆを読み出す。そして、読み出したエージング起因Δｆ／ｆに基づいてエージング特性補正電圧Ｖ１を補正し、このように補正されたＶ１と前記経過時間とが時間・周波数情報として記憶される。このとき、エージングカーブ２３の補正は行わない（ステップＳ１２）。
【００３９】
具体的に説明するために図７を参照する。前記時刻ｔ１が前記基準時刻から１４００時間経過した時刻であるとすると、ＣＰＵ１３は、当該図７に示すようにエージング特性データ２２から、この経過時間１４００時間に対するエージング起因Δｆ／ｆ＝a１を読み出す。このエージング起因Δｆ／ｆに対応する制御電圧を、ＥＥＰＲＯＭ２１の関係式から算出する。算出した制御電圧をｂ１とし、このｂ１を時間・周波数情報として記憶されているエージング特性補正電圧Ｖ１に加算して当該Ｖ１を補正する。このように補正されたＶ１及び前記経過時間である１４００時間が、時間周波数情報として記憶される
【００４０】
そして、検出温度に基づいて温度特性補正電圧Ｖ２を算出し（ステップＳ１３）、それに基づいて制御電圧Ｖｃ（＝初期電圧Ｖ０＋エージング特性補正電圧Ｖ１＋温度特性補正電圧Ｖ２）を算出し、算出した制御電圧Ｖｃを発振回路１４に供給する。それによって、発振回路１４の周波数変動が補正される（ステップＳ１４）。
【００４１】
ステップＳ１４以降は、ステップＳ１１以降のフローが繰り返し行われる。即ち、ＧＰＳ信号を再受信するまでステップＳ１２〜Ｓ１４の動作が繰り返し行われ、Holdoverモードが継続される。繰り返しのステップＳ１２でも、例えば直近の時間・周波数更新タイミングから２４時間経過するか否か判定される。ＧＰＳ信号を受信できないので、この判定はＲＴＣ１６により測定される現在時刻に基づいて行われる。２４時間経過したと判定されると、時間・周波数情報の更新が行われる。即ち、エージング特性データ２２から、直近に時間・周波数情報を更新してから２４時間経過後のエージング起因Δｆ／ｆの変化分が読み出される。そして、このエージング起因Δｆ／ｆの変化分に対応するようにエージング特性補正電圧Ｖ１が補正されて、更新される。また、経過時間についても更新される。
【００４２】
具体的に前記図７を用いて説明すると、直近に時間・周波数情報を更新した時刻（この場合は経過時間１４００時間である時刻）から２４時間経過し、経過時間が１４２４時間となると、その２４時間におけるエージング起因Δｆ／ｆの変化分ａ２−ａ１が、エージング特性データ２２より読み出される。このａ２−ａ１に対応する制御電圧が演算される。演算された制御電圧がｂ２とすると、このｂ２が、時間・周波数情報としてＥＥＰＲＯＭ２１に記憶されているエージング特性補正電圧Ｖ１に加算され、当該Ｖ１が補正される。また、時間・周波数情報として記憶される、前記経過時間についても１４００時間から１４２４時間に変更される。
【００４３】
そして、引き続きＧＰＳ信号が受信されていないと判断されると（ステップＳ１１）、Holdoverモードが続けられ、前記エージング特性補正電圧Ｖ１と、検出温度から算出される温度特性補正電圧Ｖ２と、初期電圧Ｖ０とが既述のように加算されて補正電圧Ｖｃが算出されて、発振回路１４に供給される（ステップＳ１２〜Ｓ１４）。
【００４４】
続いて、既述のステップＳ１でＧＰＳ信号を受信していないと判定された場合について説明する。ＣＰＵ１３により、ＲＴＣ１６から現在時刻のデータが送信されているか否かについて判定され（ステップＳ１５）、送信されていないと判定された場合については、ステップＳ１が再度実行される。現在時刻のデータが送信されていると判定された場合、ＥＥＰＲＯＭ２１に記憶される時間・周波数情報について読み出される（ステップＳ１６）。発振器１の電源をオフにし、再度オンにした場合は、この時間・周波数情報について既述のように更新されたデータがＥＥＰＲＯＭ２１に記憶されており、そのようなデータがＣＰＵ１３によって読み出される。
【００４５】
読み出された時間・周波数情報と、ＲＴＣ１６により取得される現在時刻に基づいて、既述のステップＳ１２〜Ｓ１４と略同様に制御電圧Ｖｃが決定される。具体的な一例をもって図８を参照して説明すると、ＲＴＣ１６により取得された現在時刻から、経過時間としては２００００時間に相当する時刻であったものとする。時間・周波数情報として記憶されていた経過時間は１００００時間、エージング特性補正電圧Ｖ１はｃ１であったものとする。
【００４６】
ＣＰＵ１３は、エージング特性データ２２より経過時間１００００時間に対応するエージング起因Δｆ／ｆ（図中ｄ１として表記）、経過時間２００００時間に対応するエージング起因Δｆ／ｆ（図中ｄ２として表記）を読み出し、ｄ２−ｄ１を求める。そして、このｄ２−ｄ１に対応する制御電圧（ｃ２とする）をＥＥＰＲＯＭ２１の関係式から算出する。そしてこのｃ２を前記ｃ１に加算し、加算された値をエージング特性補正電圧Ｖ１とする。時間・周波数情報は、このように新たに算出されたエージング特性補正電圧Ｖ１、及び当該Ｖ１に対応する経過時間（この場合は２００００時間）に更新される。
【００４７】
そして、検出温度に基づいて温度特性補正電圧Ｖ２が算出され、Ｖｃ＝Ｖ０＋Ｖ１＋Ｖ２が演算され、当該制御電圧Ｖｃが加算器３２から発振回路１４に出力される。このときも電源投入直後は、既述のように制御電圧としては当初Ｖ０が印加され、然る後Ｖ０＋Ｖ１＋Ｖ２に変更される。それによって、発振回路１４からの発振周波数が目標周波数になるように補正される（ステップＳ１７）。このように周波数が補正された後は、ステップＳ１以降の各ステップが実施される。つまり、繰り返されたステップＳ１でＧＰＳ信号が受信されたと判定されれば、その後のステップＳ８で既述のように、スイッチ３４は発振回路１４の接続を加算器３２からＬＦ３１に切り替え、当該ＬＦ３１からの出力が制御電圧として発振回路１４に供給される。繰り返しのステップＳ１でもＧＰＳ信号が受信されていないと判定されれば、スイッチ３４は加算器３２と発振回路１４とを接続した状態に維持される。
【００４８】
本発明の発振器１によれば、ＧＰＳ信号に含まれる現在時刻についてのデータ、ＥＥＰＲＯＭ２１に記憶されるエージング特性データ２２、及び温度特性データ２４に基づいて、発振器１の温度特性、エージング特性が夫々キャンセルされるように、演算された制御電圧Ｖｃが加算器３２から発振回路１４に供給された後、ＧＰＳ信号との同期が行われるように加算器３２に代わりＬＦ３１が発振回路１４に接続される。従って、電源投入時に、ＬＦ３１を発振回路１４に接続する前に発振器１からの出力が目標周波数に近くなることで、ＬＦ３１を発振回路１４に接続した後は、速やかに発振器１の出力をＧＰＳ信号に同期させることができる。なお、上記の例では発振器１に、初めて通電したときにこのように発振器１の出力が制御されるケースを説明したが、２回目以降に通電された場合も初めて通電した場合と同様に制御電圧Ｖｃが制御される。即ち、制御電圧Ｖｃの補正値としてＶ１、Ｖ２が演算されてＶ０に加算される。このＶ０に加算されるＶ１については、ＧＰＳ信号の時刻データと時間・周波数情報として記憶された時刻との差分に対応するエージング起因Δｆ／ｆがエージング特性データ２３から読み出され、そのΔｆ／ｆに対応する電圧値が算出され、当該電圧値が時間・周波数情報として記憶されたＶ１の値に加算されて算出される。
【００４９】
また、発振器１がＧＰＳ信号を受信不能になっても、前記エージング特性データ２２及び温度特性データ２４に基づいて、発振回路１４へ供給する制御電圧を制御することで、発振器１の出力周波数の変動が抑制される。即ち高いホールドオーバー性能を得ることができる。さらに、ＧＰＳ信号を受信しているときに、前記エージング特性データの補正を行っているため、前記出力周波数の変動をより確実に抑えることができる。
【００５０】
さらに、ＧＰＳ信号が受信されているときには、エージング特性データ２２の補正が行われるので、ＧＰＳ信号が受信不能になったときに、より高い周波数安定性を維持することができる。また、ＧＰＳ信号が受信されているときには、ＲＴＣ１６のデータについても補正されることで、ＧＰＳ信号が受信不能になったときに、より高い周波数安定性を維持することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１                    発振器
１１                  ＧＰＳ受信部
１３                  ＣＰＵ
２１                  ＥＥＰＲＯＭ
２２                  エージング特性データ
２３                  エージングカーブ
２４                  温度特性データ
【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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