(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自身が出力する発振信号の発振周波数の経年変化を補正する発振器であって、
前記発振周波数を所定期間にわたって計測する計測部と、
前記所定期間における前記発振周波数の変化特性に基づいて、前記発振器が前記発振周波数の経年変化の補正に用いる補正情報を生成する生成部と、
生成した前記補正情報を前記発振器に設けられた記憶部に記憶させる記憶制御部と、
前記発振器が製造されてからの動作時間を累計した時間を示す経過時間を計測し、当該経過時間を前記記憶部に記憶させることにより前記経過時間を更新し、前記記憶部に記憶された前記経過時間と、前記記憶部に記憶された前記補正情報とに基づく発振周波数の変化量に基づいて前記発振周波数を補正し、前記記憶部に記憶された前記経過時間が、前記発振器の経年変化による発振周波数の変化量が所定量よりも小さい状態となる上限時間以上である場合に、前記経過時間の更新を停止する補正部と、
を備える発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振器の製造方法及び発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
発振器は、自身が出力する発振信号の発振周波数が時間の経過に従って変化する経年変化特性を有している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１５０１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
出荷後の発振周波数の経年変化が少ない発振器を製造する場合、発振周波数の経年変化を計測して、経年変化が少ない良品の選別等を行う工程が実施される。しかしながら、この工程の実施期間は長期間であるため、従来の発振器の製造方法では、発振器の受注から出荷までの期間が長くなってしまうという問題が生じていた。
【０００５】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、受注から出荷までの期間を短縮しつつ、出荷後の経年変化を抑制することができる発振器の製造方法及び発振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に係る発振器の製造方法は、発振器の製造方法であって、前記発振器と電気的に接続された外部機器において、前記発振器から出力される発振信号の発振周波数を所定期間にわたって計測するステップと、前記所定期間における前記発振周波数の変化特性に基づいて、前記発振器が前記発振周波数の経年変化の補正に用いる補正情報を生成するステップと、前記外部機器において、生成した前記補正情報を前記発振器に設けられた記憶部に記憶させるステップと、を備える。
【０００７】
前記製造方法において、前記発振器は、前記経年変化とは異なる要素に基づいて前記発振周波数を補正する補正手段を有しており、前記計測するステップにおいて、前記外部機器が前記発振器の前記補正手段を停止させ、前記発振器から出力される発振信号の発振周波数を計測してもよい。
【０００８】
前記製造方法は、前記外部機器において前記記憶部に記憶された補正情報を取得するステップと、前記外部機器において、前記生成するステップにおいて生成された補正情報と、取得した補正情報とを比較し、当該取得した補正情報の内容が正しいか否かを判定するステップとをさらに備えてもよい。
【０００９】
前記製造方法では、前記生成するステップにおいて、前記外部機器が、前記補正情報として、前記発振器が前記発振周波数の経年変化の補正に用いる演算式に含まれるパラメータの値を算出してもよい。
【００１０】
本発明の第２の態様に係る発振器は、自身が出力する発振信号の発振周波数の経年変化を補正する発振器であって、前記発振周波数を所定期間にわたって計測する計測部と、前記所定期間における前記発振周波数の変化特性に基づいて、前記発振器が前記発振周波数の経年変化の補正に用いる補正情報を生成する生成部と、生成した前記補正情報を前記発振器に設けられた記憶部に記憶させる記憶制御部と、前記記憶部に記憶された前記補正情報に基づいて前記発振周波数を補正する補正部と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、受注から出荷までの期間を短縮しつつ、出荷後の経年変化を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る発振器及び外部機器の構成を示す図である。
【図２】発振周波数の経年変化の補正に係るフローチャートである。
【図３】計測部が計測した発振周波数の経年変化特性を示す図である。
【図４】パラメータ設定処理の流れを示すシーケンス図である。
【図５】発振器の出荷後における発振周波数の経年変化を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る発振器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第１の実施形態＞
［全体概要］
図１は、第１の実施形態に係る発振器１及び外部機器２の構成を示す図である。発振器１は、例えば恒温槽付水晶発振器であり、所定の発振周波数の発振信号を出力する。発振器１は、出荷前に記憶された、発振周波数の経年変化を補正する補正情報に基づいて発振周波数を調整することで、出荷後に自身が出力する発振信号の発振周波数を一定に保つ。
【００１４】
外部機器２は、例えば、発振器１を製造する際に用いられるコンピュータであり、発振器１と電気的に接続される。外部機器２は、発振器１から出力される発振信号の発振周波数を所定期間にわたって計測し、当該発振周波数の経年変化特性を推定する。そして、外部機器２は、推定した経年変化特性に基づいて、当該発振周波数の経年変化を補正するための補正情報を生成して発振器１に記憶させる。
【００１５】
［発振器１の構成］
続いて、発振器１の構成について説明する。
図１に示すように、発振器１は、発振回路１１と、出力部１２と、温度検出部１３と、記憶部１４と、制御部１５とを備える。
【００１６】
発振回路１１は、恒温槽（不図示）に格納されており、設定された温度下で所定の発振周波数の発振信号を生成し、出力部１２に出力する。発振回路１１は、水晶振動子と、増幅回路と、可変容量とを備えている。水晶振動子は、例えば、ＡＴカット水晶片を用いた水晶振動子（ＡＴカット水晶振動子）である。増幅回路は、発振信号を増幅させる。可変容量は、例えばバリキャップダイオードであり、制御電圧が印加されると容量値を変化させる。可変容量に制御電圧が印加されると、発振回路１１の容量値が変化し、発振回路１１が出力する発振信号の発振周波数が変化する。
【００１７】
出力部１２は、例えばＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路である。出力部１２は、発振回路１１から出力された発振信号の発振周波数を調整し、調整後の発振周波数の発振信号を外部に出力する。ここで、発振器１を製造する製造工程では、発振器１と外部機器２とが、ケーブルを介して電気的に接続されており、出力部１２は、外部機器２に調整後の発振周波数の発振信号を出力する。
【００１８】
温度検出部１３は、恒温槽内部の温度を検出し、検出した温度を示す温度情報を制御部１５に出力する。例えば、温度検出部１３は、検出した温度を示すアナログ信号をデジタル信号に変換し、当該デジタル信号を温度情報として制御部１５に出力する。
【００１９】
記憶部１４は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）により構成されている。記憶部１４は、ＥＥＰＲＯＭにより構成されることで、電力が供給されない状態においても、記憶された情報を保持する。また、記憶部１４は、恒温槽内部の温度を目標温度に近づけるためのＰＩ制御の伝達関数に関する情報を温度制御情報として記憶する。
【００２０】
また、記憶部１４は、発振器１の製造工程において、外部機器２から発振周波数の経年変化の補正に用いる補正情報を取得し、当該補正情報を記憶する。ここで、補正情報は、例えば、経年変化を示す演算式に含まれるパラメータの値である。
【００２１】
また、記憶部１４は、発振器１が製造されてからの動作時間を示す経過時間情報を記憶する。なお、記憶部１４は、ＥＥＰＲＯＭに代えて、レーザートリミング、ツェナーザッピング、電流トリミング等によりデータを書き込み、書き込んだデータを保持できる素子を用いてもよい。
【００２２】
制御部１５は、例えばデジタル信号処理ＩＣ（ＤＳＰ）又はＣＰＵにより構成される。制御部１５は、温度制御部１５１と、設定部１５２と、計時部１５３と、補正部１５４とを備える。
【００２３】
温度制御部１５１は、例えば恒温槽を加熱するためのヒータ回路を含んで構成されており、恒温槽内部の温度を制御する。具体的には、温度制御部１５１は、温度検出部１３が検出した温度と、記憶部１４に記憶された温度制御情報とに基づいて、温度検出部１３が検出する温度が目標温度に近づくようにフィードバック制御を行い、ヒータ回路を動作させる。
【００２４】
設定部１５２は、発振器１の製造工程において発振器１に接続された外部機器２から、発振周波数の経年変化の補正に用いる補正情報を受信し、当該補正情報を記憶部１４に記憶させる。補正情報を記憶部１４に記憶させる処理の流れについては、後述する。
計時部１５３は、時間を計時し、計時した時間を示す計時情報を補正部１５４に出力する。
【００２５】
補正部１５４は、発振回路１１に印加する制御電圧を制御することにより、発振回路１１から出力される発振信号の発振周波数が所定の範囲内に収まるように制御する。補正部１５４は、当該発振周波数の経年変化に基づく補正と、当該経年変化とは異なる要素としての温度変化に基づく補正とを行うことで、温度変化及び経年変化による発振周波数の変化を抑制する。
【００２６】
具体的には、補正部１５４は、温度検出部１３から出力された温度情報に基づいて、発振回路１１に印加する制御電圧の値を特定するとともに、計時部１５３から出力された計時情報、及び記憶部１４に記憶された補正情報に基づいて、発振回路１１に印加する制御電圧の値を特定する。補正部１５４は、特定したそれぞれの制御電圧の値の合計値を発振回路１１に印加することで、温度変化及び経年変化による発振周波数の変化を抑制する。
【００２７】
ここで、発振周波数の経年変化を補正する処理の詳細についてフローチャートを参照しながら説明する。図２は、発振周波数の経年変化の補正に係るフローチャートである。
まず、補正部１５４は、発振器１に対して電力の供給が開始されると、記憶部１４に記憶されている経過時間情報を取得し、発振器１が製造されてからどのくらい動作したかを示す経過時間を特定する（Ｓ１０）。
【００２８】
続いて、補正部１５４は、発振周波数の経年変化を示す演算式に含まれるパラメータの値（補正情報）と、Ｓ１０において特定した経過時間と、当該演算式とに基づいて、経年変化に基づく発振周波数の変化量を算出する（Ｓ２０）。具体的には、補正部１５４は、以下の式（１）に基づいて、変化量ｙを算出する。
ｙ＝ｒｏｕｎｄ（Ａ＊（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ）））・・・（１）
【００２９】
ここで、ｒｏｕｎｄ（）は、四捨五入を行う関数、ｔは経過時間である。経過時間は、例えば、発振器１が製造後に動作を開始した後の、発振器１が動作した累計時間である。また、Ａ及びτは、演算式に含まれるパラメータである。具体的には、Ａは、経年変化に伴う発振周波数の変化量の最大値（例えば、１０ｐｐｂ）を示すパラメータであり、τは時定数を示すパラメータである。ここで、パラメータＡ及びτの値は、発振器１の製造工程において記憶部１４に記憶される。
【００３０】
続いて、補正部１５４は、Ｓ２０において算出された発振周波数の変化量ｙに対応し、当該変化量ｙを打ち消すための制御電圧値を特定する。そして、補正部１５４は、特定した制御電圧値の電圧を発振回路１１に印加することにより、変化量ｙに相当する量だけ発振周波数を変化させる（Ｓ３０）。
【００３１】
続いて、補正部１５４は、Ｓ１０において取得した経過時間が、予め定められた上限時間以上であるか否かを判定する（Ｓ４０）。ここで、上限時間とは、発振器１において経年変化による発振周波数の変化がほとんど発生しない状態となり、制御電圧値の更新が不要と推定される時間である。補正部１５４は、経過時間が上限時間以上であると判定すると、本フローチャートの処理を終了し、経過時間が上限時間未満であると判定すると、Ｓ５０に処理を移す。
【００３２】
続いて、補正部１５４は、計時部１５３が計時した時刻に基づいてＳ４０の判定が行われてから所定時間（例えば、１時間）経過したか否かを判定する（Ｓ５０）。補正部１５４は、所定時間経過したと判定するとＳ６０に処理を移し、所定時間経過していないと判定するとＳ５０を再実行する。
【００３３】
続いて、補正部１５４は、Ｓ１０において取得した経過時間をインクリメントすることにより、経過時間を更新する（Ｓ６０）。
続いて、補正部１５４は、Ｓ６０において更新された経過時間を記憶部１４に記憶させる（Ｓ７０）。これにより、補正部１５４は、発振器１に電力が供給されず、発振器１が動作しない期間が発生した後に、再び発振器１に電力が供給されたとしても、記憶部１４に記憶されている経過時間を取得することにより、発振器１が動作した累計時間に対応して、経年変化に基づく補正を行うことができる。続いて、補正部１５４は、Ｓ２０に処理を移す。
【００３４】
［外部機器２の構成］
続いて、外部機器２の構成について説明する。
外部機器２は、図１に示すように、計測部２１と、特定部２２と、設定部２３とを備える。
【００３５】
計測部２１は、発振器１から出力される発振信号の発振周波数を計測する。具体的には、計測部２１は、発振器１の製造工程において、発振器１から出力される発振信号の発振周波数を所定期間（例えば、１カ月）にわたって計測する。
【００３６】
特定部２２は、計測した発振周波数に基づいて、所定期間における発振周波数の変化特性を特定する。そして、特定部２２は、当該変化特性に基づいて、所定期間が経過した後の経年変化特性を推定し、推定した結果に基づいて発振器１が発振周波数の経年変化の補正に用いる補正情報を生成する。図３は、計測部２１が計測した発振周波数の経年変化特性を示す図である。図３に示すように、単位時間当たりの発振周波数の変化量は、時間の経過に従って小さくなることが確認でき、経年変化特性は、上述した式（１）によって表現することができる。特定部２２は、推定した経年変化特性に基づいて、補正情報として、式（１）に示す演算式に含まれるパラメータＡ、τの値を特定する。
【００３７】
設定部２３は、計測部２１が発振周波数を計測する前に、発振器１に対して、経年変化とは異なる要素に基づいて発振周波数を補正する手段の動作を停止させる。経年変化とは異なる要素は、例えば、温度変化又は発振信号の振幅の変化である。すなわち、設定部２３は、例えば温度変化に基づく補正機能を停止させるための停止指示情報を発振器１に送信する。発振器１における温度変化に基づく補正機能を停止させることで、経年変化に基づく発振周波数の変動を精度良く特定することができる。
【００３８】
また、設定部２３は、特定部２２が特定したパラメータＡ、τの値を発振器１に設けられた記憶部１４に記憶させる。具体的には、設定部２３は、パラメータＡ、τの値を含み、発振器１に当該パラメータの値を記憶部１４に記憶させることを指示する記憶指示情報を送信する。
【００３９】
また、設定部２３は、発振器１に記憶指示情報を送信した後、記憶部１４に記憶された補正情報としてのパラメータＡ、τの値を取得する。そして、設定部２３は、取得したパラメータＡ、τの値と、特定部２２において生成されたパラメータＡ、τの値とを比較し、当該取得したパラメータＡ、τの値の内容が正しいか否かを判定する。
【００４０】
設定部２３は、取得したパラメータＡ、τの値の内容が正しいと判定した場合には、発振器１に対して、温度変化に基づく補正機能を開始させる開始指示情報を送信する。また、設定部２３は、取得したパラメータＡ、τの値の内容が正しくないと判定した場合には、例えば外部機器２に設けられた表示部（不図示）にその旨を表示させる。このようにすることで、発振器１に対するパラメータの値の書き込みに不具合が発生したことを容易に検出することができる。
【００４１】
［パラメータ設定処理の流れ］
続いて、発振器１の製造工程について説明する。ここでは、製造工程に含まれる、発振器１に対してパラメータの値を設定するパラメータ設定処理の流れについて説明する。図４は、パラメータ設定処理の流れを示すシーケンス図である。
【００４２】
まず、外部機器２の設定部２３は、発振器１に対して、経年変化とは異なる要素に基づいて発振周波数を補正する補正手段である、温度変化に基づく補正機能を停止させる停止指示情報を送信する。
【００４３】
発振器１の設定部１５２は、停止指示情報を受信すると、補正部１５４において実行される、温度変化に基づく補正機能を停止させる（Ｓ１１０）。
続いて、計測部２１は、所定期間にわたって、発振器１から出力される発振信号の発振周波数を計測する（Ｓ１２０）。
【００４４】
続いて、特定部２２は、Ｓ１２０において計測された発振周波数の変化特性に基づいて、式（１）に示す演算式に含まれるパラメータＡ、τの値を特定する（Ｓ１３０）。
【００４５】
続いて、外部機器２の設定部２３は、発振器１の記憶部１４に対する当該パラメータＡ、τの値の記憶を指示する記憶指示情報を、発振器１に送信する。
発振器１の設定部１５２は、記憶指示情報を受信すると、パラメータＡ、τの値を記憶部１４に記憶させる（Ｓ１４０）。
【００４６】
続いて、外部機器２の設定部２３は、発振器１に再起動を指示する再起動指示情報を送信し、発振器１の設定部１５２に、発振器１を再起動させる（Ｓ１５０）。
続いて、外部機器２の設定部２３は、発振器１に、パラメータの値の取得リクエストを送信し、発振器１の記憶部１４に記憶されたパラメータの値を取得する。続いて、設定部２３は、取得したパラメータの値と、Ｓ１３０において特定されたパラメータの値とを比較し、取得したパラメータの値が正しいか検証する（Ｓ１６０）。
【００４７】
［測定結果］
続いて、本実施形態に係る発振器１の出荷後における発振周波数の経年変化の測定結果について説明する。図５は、発振器１の出荷後における発振周波数の経年変化を示す図である。図５に示す破線は、補正部１５４が経年変化に対応する補正を行わなかった場合の発振周波数の変化量を示し、一点鎖線は、補正部１５４が経年変化を補正する際に設定する発振周波数の補正量を示し、実線は、補正部１５４が経年変化に対応して補正を行った場合の発振周波数の変化量を示す。図５に示すように、時間の経過に従って発振周波数が徐々に減少するのに対して、補正部１５４が時間の経過に従って発振周波数の補正量を増加させていることが確認できる。これにより、発振器１が出力する発振信号の発振周波数の変化量が±１ｐｐｂ以内に抑えられていることが確認できる。
【００４８】
［第１の実施形態の効果］
以上のとおり、第１の実施形態の外部機器２は、発振器１から出力される発振周波数を所定期間にわたって計測し、所定期間における発振周波数の変化特性に基づいて、パラメータの値を特定し、当該パラメータの値を発振器１の記憶部１４に記憶させる。
【００４９】
パラメータの値は、従来の製造工程と比べて短期間で設定することができ、発振器１は、出荷後であっても記憶部１４に記憶された当該パラメータの値に基づいて、経年変化による発振信号の周波数の変動を補正することができる。したがって、発振器１の受注から出荷までの期間を短縮しつつ、出荷後の経年変化を抑制することができる。
【００５０】
＜第２の実施形態＞
［発振器１が発振周波数を計測して、計測結果に基づいてパラメータの値を設定する］
続いて、第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、外部機器２が発振器１の発振周波数を計測し、当該計測結果に基づいて発振器１にパラメータの値を設定した。これに対して、第２の実施形態では、発振器１が発振周波数を計測して、計測結果に基づいてパラメータの値を設定する点で第１の実施形態と異なる。
【００５１】
図６は、第２の実施形態に係る発振器１の構成を示す図である。図６に示すように、発振器１の制御部１５は、第１の実施形態の外部機器２が備える計測部２１及び特定部２２を備える。
【００５２】
また、第２の実施形態に係る設定部１５２は、第１の実施形態の外部機器２が備える設定部２３と同様に、計測部２１が発振周波数を計測する際に、補正部１５４が備える温度変化に基づく補正機能を停止させる。
また、設定部１５２は、特定部２２が特定したパラメータＡ、τの値を記憶部１４に記憶させる。
【００５３】
また、設定部１５２は、記憶部１４に記憶された補正情報としてのパラメータＡ、τの値を取得し、特定部２２において生成されたパラメータＡ、τの値と比較することで、当該取得したパラメータＡ、τの値が正しいか否かを判定する。設定部１５２は、取得したパラメータＡ、τの値の内容が正しくないと判定した場合には、パラメータの値の記憶部１４への書き込みが失敗した旨を示すエラー信号を外部に出力する。
【００５４】
［第２の実施形態の効果］
以上のとおり、第２の実施形態の発振器１は、パラメータの設定を行うために第１の実施形態に係る外部機器２が備える機能を有する。このようにすることで、発振器１は、外部機器２を用いることなくパラメータの設定を行うことができるので、発振周波数の計測等のために発振器１に対して外部機器２を電気的に接続させる作業等を省略して発振器１の生産効率を向上させることができる。
【００５５】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００５６】
１・・・発振器
１１・・・発振回路
１２・・・出力部
１３・・・温度検出部
１４・・・記憶部
１５・・・制御部
１５１・・・温度制御部
１５２・・・設定部
１５３・・・計時部
１５４・・・補正部
２・・・外部機器
２１・・・計測部
２２・・・特定部
２３・・・設定部
【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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