(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶振動子をもとに基準周波数を発生する基準周波数発振部と、前記水晶振動子の周波数温度特性データならびに照明機器における点灯・消灯動作と該動作の経過時間による照明機器内の温度特性データを予め記憶した記憶手段と、保持値が所定値以上になるとオーバーフロー信号を出力するアキュムレータと、前記記憶手段からの周波数温度特性データならびに照明機器内の温度特性データとに基づいて主分周数と前記アキュムレータのステップ数を演算する制御手段と、前記制御手段からの主分周数で周波数を分周する主分周器と、該主分周器からの分周出力と前記基準周波数との位相を比較する位相比較器と、該位相比較器からの出力を電圧変換する制御電圧発生部と、該制御電圧発生部からの出力より発振周波数を出力し、該発振周波数の一部を前記主分周器へ帰還する電圧制御発振器と、スプリアスを抑制するスプリアスキャンセル手段とを備えてなり、前記記憶手段からの周波数温度特性データならびに照明機器内の温度特性データにより、前記制御手段にて、前記周波数温度特性データに対して、発生する周波数偏差を打ち消す方向に前記主分周器及び前記アキュムレータに与える前記主分周数と前記ステップ数を補正する照明機器内蔵向けのフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信機等に用いられるフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザの温度補償に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザとしては、例えば、図４に示すように、水晶振動子２１をもとに基準周波数Ｆｒｅｆを発生する基準周波数発振部２と、水晶振動子２１の周波数温度特性データ１ｃを予め記憶した記憶手段４と、温度を検出する温度検出手段５と、保持値が所定値以上になるとオーバーフロー信号を出力するアキュムレータ７と、記憶手段４からのデータと温度検出手段５からのデータとに基づいて主分周数Ｎとアキュムレータ７のステップ数Ｋを演算する制御手段６と、制御手段６からの主分周数Ｎで周波数を分周する主分周器８と、主分周器８からの分周出力Ｆｃｏｍｐと基準周波数Ｆｒｅｆとの位相を比較する位相比較器１０と、位相比較器１０からの出力を電圧変換する制御電圧発生部３と、制御電圧発生部３からの出力より発振周波数Ｆｖｃｏを出力し、発振周波数Ｆｖｃｏの一部を主分周器８へ帰還する電圧制御発振器９と、スプリアスを抑制するスプリアスキャンセル手段（図示せず）とを備える構成である。
【０００３】
ここで、基準周波数発振部２は、水晶振動子２１と、水晶発振回路２２と、基準分周器２３とを備え、水晶振動子２１と水晶発振回路２２にて発振する周波数Ｆｘ’ｔａｌを基準分周数Ａで分周した基準周波数Ｆｒｅｆを出力する。
【０００４】
主分周器８は、発振周波数Ｆｖｃｏの一部を帰還し、所定の保持値を持つアキュムレータ７からのオーバーフロー信号により制御手段６から与えられる主分周数Ｎと主分周数Ｎ＋１を切り替えて分周し位相比較器１０に分周出力Ｆｃｏｍｐを出力する。
【０００５】
位相比較器１０は、電圧制御発振器９の発振周波数Ｆｖｃｏの一部を制御手段６から与えた主分周数Ｎにより分周した分周出力Ｆｃｏｍｐと、基準周波数Ｆｒｅｆとの位相を比較する。
【０００６】
また、制御電圧発生部３は、位相比較器１０の出力パルスにより電流の吸い込みやはき出しを行うチャージポンプ回路３１と、チャージポンプ回路３１からの電流を平滑化し電圧変換するループフィルタ３２とを備え、発振周波数Ｆｖｃｏを電圧制御発振器９に出力する。
【０００７】
なお、このようなフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザにおいては、記憶手段４は、水晶振動子２１の周波数温度特性データ１ｃを予め記憶しており、温度検出手段５は、フラクショナルＮ方式周波数シンセサイザを組み込んだシステム（図示せず）の近傍に設置され、温度を検出し、制御手段６が、記憶手段４の周波数温度特性データから、温度検出手段５で検出した温度に対するデータを読み出して、発生する周波数偏差を打ち消す方向に主分周数Ｎとアキュムレータ７のステップ数Ｋを補正して温度補償を実現するものである。
【０００８】
例えば、以下に、温度補償方法の一例を示す。図５は、予め記憶手段に記憶された水晶振動子２１の周波数温度特性データ１ｃを示す説明図である。水晶振動子２１の周波数温度特性データ１ｃは、水晶片のカットアングルにより、正の３次曲線を有するＡＴカットを用いる。
【０００９】
ここで、フラクショナルＮ方式周波数シンセサイザを組み込んだシステム（図示せず）に求められる温度範囲は、Ｐ（℃）〜Ｗ（℃）のデータであり、±Ｇ（ｐｐｍ）は、該システムに求められる周波数偏差であり、該周波数偏差を保証できる温度範囲は、Ｐ（℃）〜Ｑ（℃）である（但し、Ｐ＜Ｑ＜Ｗ）。温度Ｓ（℃）（但し、Ｑ＜Ｓ＜Ｗ）で、制御手段６は、水晶振動子２１の初期偏差補正値と発振させたい周波数データにより演算される主分周数Ｎとステップ数Ｋに対し、−Ｂ（ｐｐｍ）（但し、Ｂ＜Ｇを満たす）に相当する補正を行い、主分周数Ｎとステップ数Ｋを補正し、アキュムレータ７に与えるようにする。これにより、フラクショナルＮ方式周波数シンセサイザは、温度補償を行わなかった場合の温度Ｓ（℃）における発振周波数（Ｆｖｃｏ＋Ｂ（ｐｐｍ））に対し、−Ｂ（ｐｐｍ）だけ低い発振周波数Ｆｖｃｏ、即ち所望の発振周波数で発振することが可能となり、水晶振動子２１の発振条件を変えずに温度補償が行える。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のようなフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザにおいては、記憶手段に予め記憶する水晶振動子の周波数温度特性データは、全温度範囲にわたる周波数温度特性データであるために記憶容量が大きく、温度補償を実現するにあたって、該フラクショナルＮ方式周波数シンセサイザを組み込んだシステムの制御が複雑になるという問題点があった。
【００１１】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、簡便に温度補償が行えるフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザを提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザは、水晶振動子をもとに基準周波数を発生する基準周波数発振部と、前記水晶振動子の周波数温度特性データならびに照明機器における点灯・消灯動作と該動作の経過時間による照明機器内の温度特性データを予め記憶した記憶手段と、保持値が所定値以上になるとオーバーフロー信号を出力するアキュムレータと、前記記憶手段からの周波数温度特性データならびに照明機器内の温度特性データとに基づいて主分周数と前記アキュムレータのステップ数を演算する制御手段と、前記制御手段からの主分周数で周波数を分周する主分周器と、該主分周器からの分周出力と前記基準周波数との位相を比較する位相比較器と、該位相比較器からの出力を電圧変換する制御電圧発生部と、該制御電圧発生部からの出力より発振周波数を出力し、該発振周波数の一部を前記主分周器へ帰還する電圧制御発振器と、スプリアスを抑制するスプリアスキャンセル手段とを備えてなり、前記記憶手段からの周波数温度特性データならびに照明機器内の温度特性データにより、前記制御手段にて、前記周波数温度特性データに対して、発生する周波数偏差を打ち消す方向に前記主分周器及び前記アキュムレータに与える前記主分周数と前記ステップ数を補正する照明機器内蔵向けのフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザであることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の参考形態および実施形態を図面に基づき説明する。なお、フラクショナルＮ方式周波数シンセサイザの基本構成は、従来の技術にて示した構造と同様であるので、同一箇所には同一符号を付して共通部分の説明は省略する。
【００１７】
まず、本発明の第１参考形態を図１に基づいて説明する。図１は、本発明の第１参考形態に係るフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザの周波数温度特性データを示す説明図である。
【００１８】
図１に示すように、水晶振動子２１の周波数温度特性データ１ａは、フラクショナルＮ方式周波数シンセサイザを組み込んだシステム（図示せず）に求められる温度範囲、第１参考形態においては、Ｐ（℃）〜Ｗ（℃）のデータであり、このようなデータを予め記憶手段に記憶する。なお、水晶振動子２１の水晶片のカットアングルは、ＡＴカットを用いるが、水晶振動子２１の周波数温度特性データが正の２次曲線を有するＤＴカット等であってもよい。
【００１９】
また、温度検出手段５は、サーミスタ（図示せず）を用い、サーミスタの抵抗値変化量と水晶振動子２１の周波数温度特性データ１ａにより、発生する周波数偏差を打ち消す方向に主分周器８と、アキュムレータ７に与える主分周数Ｎとステップ数Ｋを制御手段６にて補正することで、可変容量手段（図示せず）を別途設けずに温度補償が行える。
【００２０】
なお、温度補償方法は、従来の技術と同様であるので説明は省略する。
【００２１】
かかるフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザにおいては、記憶手段４に予め記憶する水晶振動子２１の周波数温度特性データ１ａを、フラクショナルＮ方式周波数シンセサイザを組み込んだシステムに求められる温度範囲Ｐ（℃）〜Ｗ（℃）に限定して記憶させることで、記憶手段４の記憶容量を削減できるので、温度補償に必要な制御が簡便になる。
【００２２】
ここで、第１参考形態においては、フラクショナルＮ方式周波数シンセサイザを組み込んだシステムに求められる温度範囲、Ｐ（℃）〜Ｗ（℃）のデータを予め記憶手段４に記憶しているが、温度検出手段５からの温度データが、周波数偏差を保証できる温度範囲の上限温度、つまりＱ（℃）以上の場合のみに温度補償を行う場合には、前記システムに求められる温度範囲の一部、例えば、Ｑ（℃）〜Ｗ（℃）のデータのみを予め記憶手段に記憶しておくような構成にする。
【００２３】
かかるフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザにおいては、記憶手段４に予め記憶する水晶振動子２１の周波数温度特性データ１ａを、フラクショナルＮ方式周波数シンセサイザを組み込んだシステムに求められる温度範囲Ｐ（℃）〜Ｗ（℃）のうち周波数偏差を逸脱する温度Ｑ（℃）〜Ｗ（℃）のみに限定して記憶させることで、更に記憶手段４の記憶容量を削減できるので、温度補償に必要な制御が簡便になる。
【００２４】
ここで、前記周波数偏差を逸脱する温度範囲は、周波数偏差を保証できる温度の上限からの範囲のものに限らず、周波数偏差を逸脱するような温度範囲であればどのような温度範囲のものでもよい。
【００２５】
なお、第１参考形態においては、アキュムレータ７を用いているが、この部分にアキュムレータ７と同様の動作を実現するような構成、例えば、積分器とΔ変調器と微分器と低域濾波器を備えてなり位相比較器１０に出力する位相誤差をループフィルタ通過帯域外の高周波領域へ移動させフラクショナルスプリアスを抑制するようなΔ−Σモジュレータ（図示せず）を用いてもよい。この場合、Δ−Σモジュレータの積分器が、アキュムレータ７と同等の動作を実現するので、前述のようにアキュムレータ７を用いた場合と同様の効果が得られる。
【００２６】
次に、本発明の第２参考形態を図２に基づいて説明する。図２は、本発明の第２参考形態に係るフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザの周波数温度特性データを示す説明図であり、第１参考形態との共通部分の説明は省略する。
【００２７】
一般に、水晶振動子２１の周波数温度特性データは、ある温度でのばらつき範囲で規定できる。そこで、図２に示すように、水晶振動子２１の周波数温度特性データ１ｂは、後述のようなばらつきの上限値曲線Ｌ１と下限値曲線Ｌ２との間の領域に存在するばらつき範囲を含んだデータを予め記憶手段に記憶する。ここで、第１参考形態と同様に、温度補償をかけない場合に周波数偏差±Ｇ（ｐｐｍ）を保証できる温度範囲は、Ｐ（℃）〜Ｑ（℃）である。
【００２８】
なお、ばらつきの上限値曲線Ｌ１がＧ（ｐｐｍ）になる温度が、Ｑ（℃）であり、ばらつきの下限値曲線Ｌ２が−Ｇ（ｐｐｍ）になる温度が、Ｐ（℃）である。また、ばらつきの上限値曲線Ｌ１が−Ｇ（ｐｐｍ）になる温度を、Ｕ（℃）とし、、ばらつきの下限値曲線Ｌ２がＧ（ｐｐｍ）になる温度を、Ｖ（℃）とする（但し、Ｕ＜Ｐ＜Ｑ＜Ｖである）。また、ばらつきの上限値曲線Ｌ１と下限値曲線Ｌ２との平均値を、平均値曲線ＬＡと称する。
【００２９】
このように、ばらつきの上限値曲線Ｌ１と下限値曲線Ｌ２、平均値曲線ＬＡを用いることで、周波数偏差±Ｇ（ｐｐｍ）を保証できる温度範囲をＰ（℃）〜Ｑ（℃）から、Ｕ（℃）〜Ｖ（℃）へと拡大することができる。
【００３０】
かかるフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザにおいては、上限値曲線Ｌ１と下限値曲線Ｌ２の間からなるばらつき範囲を含んだデータを用いて温度補償を行うことで、周波数偏差を保証できる温度範囲を拡大することが可能となる。また、ばらつき範囲を含んだ周波数温度特性データ１ｂを予め記憶手段４に記憶しておくことで、ロット等が異なる水晶振動子毎に周波数温度特性データ１ｂを変更して書き込む必要が無くなり、温度補償に必要な制御が簡便になる。
【００３１】
ここで、第２参考形態においては、フラクショナルＮ方式周波数シンセサイザを組み込んだシステムに求められる温度範囲が、例えば、Ｐ（℃）〜Ｖ（℃）であり、温度検出手段５からの温度データが、周波数偏差を保証できる温度範囲の上限温度、Ｑ（℃）以上の場合のみに温度補償を行う場合には、該システムに求められる温度範囲の一部、例えば、Ｑ（℃）〜Ｖ（℃）のデータを予め記憶手段４に記憶しておくことで、更に記憶手段の記憶容量を削減できる。
【００３２】
また、第１参考形態及び第２参考形態においては、温度検出手段５はサーミスタを用いたが、温度検出手段としてＰＮ接合によるバンドギャップを用い、バンドギャップが出力する電位差と水晶振動子２１の周波数温度特性データにより、発生する周波数偏差を打ち消す方向に主分周器８とアキュムレータ７に与える主分周数Ｎとステップ数Ｋを制御手段６にて補正することで温度補償を行ってもよい。フラクショナルＮ方式周波数シンセサイザはＩＣ化されることがあるため、バンドギャップを用いた温度検出手段５も同じＩＣ内に構成することが可能であり、フラクショナルＮ方式周波数シンセサイザには、実装部品を別途追加する必要が無くなり小型化が可能となる。
【００３３】
次に、本願発明に係る実施形態を示す。フラクショナルＮ方式周波数シンセサイザが、白熱灯機器等の照明機器に内蔵されるようなシステムにおいて、照明機器における点灯・消灯動作と該動作の経過時間による機器内の温度特性を予め計測し、記憶手段４に記憶しておくことで温度検出手段５の代わりとするようなものである。なお、第１参考形態との共通部分の説明は省略する。
【００３４】
本願発明に係る実施形態を図３に基づいて説明する。図３は、本願発明のフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザを搭載する通信機と接続された照明機器の点灯状態と経過時間を示す説明図である。
【００３５】
白熱灯機器等の照明機器（図示せず）の温度は、点灯制御を行う点灯制御手段（図示せず）により、図３に示すような照明機器の点灯状態（点灯・消灯動作）と該動作の経過時間との関係を容易に把握することができる。
【００３６】
図３に示すように、温度補償しない場合には、照明機器は、機器内の温度が外気温相当時で点灯開始し（ａ１点）、機器内の温度が上昇しはじめ、温度範囲許容値限界であるＣ℃を越え（ａ２点）、機器内温度は上昇を続け、Ｄ℃に達し（ａ３点）、ａ３点にて温度上昇は安定領域に達する。そして、ａ４点で点灯終了すると、放熱とともに徐々に機器内の温度は下がり、ａ５点で温度範囲許容値限界であるＣ℃以下になり、ａ６点で外気温相当に下がる。ここで、縦軸は、機器内の温度であり、横軸は、動作の経過時間である。
【００３７】
従って、このような点灯・消灯動作と該動作の経過時間による機器内の温度特性を予め計測し、記憶手段４に記憶しておくことで温度検出手段５の代わりとすることができる。
【００３８】
制御手段６では、水晶振動子２１の初期偏差補正値と発振させたい周波数データにより演算される主分周数Ｎとステップ数Ｋに対し、予め記憶手段４に記憶された水晶振動子２１の周波数温度特性データ（図示せず）と、点灯制御手段の動作を検出し、予め記憶手段４に記憶された点灯状態（点灯・消灯動作）と該動作の経過時間との関係により得られる機器内の温度とにより、主分周数Ｎとステップ数Ｋを補正する。
【００３９】
具体的には、システムの使用温度範囲の内、Ｃ℃までは温度補償が無くても周波数偏差の規格値を外れないが、温度がａ２点近傍になった場合には、水晶振動子２１の周波数温度特性データにより温度補償を開始する。なお、ａ３点、ａ４点、ａ５点でも同様の温度補償を行い、消灯後の時間経過がａ５点を過ぎると温度補償をしなくても周波数偏差の規格値内に収まるようになる。
【００４０】
かかるフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザにおいては、温度補償を、記憶手段４に予め記憶した機器周辺の温度特性データにより行うため、温度検出手段５を実現するハードが不要となり、システムを簡素かつ低価格で実現できる。
【００４１】
ここで、本願発明に係る実施形態においては、フラクショナルＮ方式周波数シンセサイザが照明機器に内蔵される場合について説明したが、例えば自動車のエンジンルームのように温度変化が大きく、図３に示すように動作状態と該動作の経過時間が比較的安定した機器に内蔵される場合であってもよい。
【００４２】
また、その他の実施形態として、温度検出手段５に日時情報を取得できる別途計時機能を付加するともに、機器使用場所における統計的な気温データ、例えば、１時間毎、１日毎、１カ月毎等の統計的な気温データを予め記憶手段４に記憶しておき、前記計時機能を付加した温度検出手段５により得られる日時情報と、記憶手段４に記憶する前述のような統計的な気温データより温度情報を得て、発生する周波数偏差を打ち消す方向に主分周器８とアキュムレータ７に与える主分周数Ｎとステップ数Ｋを制御手段６にて補正することで温度補償を行ってもよい。このような場合は、温度検出手段５にて計時機能を兼用できるため、温度補償のために実装部品を別途追加する必要が無い。
【００４３】
【発明の効果】
上記のように本発明に係る請求項１に記載のフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザにあっては、水晶振動子をもとに基準周波数を発生する基準周波数発振部と、前記水晶振動子の周波数温度特性データならびに照明機器における点灯・消灯動作と該動作の経過時間による照明機器内の温度特性データを予め記憶した記憶手段と、保持値が所定値以上になるとオーバーフロー信号を出力するアキュムレータと、前記記憶手段からの周波数温度特性データならびに照明機器内の温度特性データとに基づいて主分周数と前記アキュムレータのステップ数を演算する制御手段と、前記制御手段からの主分周数で周波数を分周する主分周器と、該主分周器からの分周出力と前記基準周波数との位相を比較する位相比較器と、該位相比較器からの出力を電圧変換する制御電圧発生部と、該制御電圧発生部からの出力より発振周波数を出力し、該発振周波数の一部を前記主分周器へ帰還する電圧制御発振器と、スプリアスを抑制するスプリアスキャンセル手段とを備えてなり、前記記憶手段からの周波数温度特性データならびに照明機器内の温度特性データにより、前記制御手段にて、前記周波数温度特性データに対して、発生する周波数偏差を打ち消す方向に前記主分周器及び前記アキュムレータに与える前記主分周数と前記ステップ数を補正する照明機器内蔵向けのフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザであるようにしたので、点灯・消灯動作と該動作の経過時間による機器内の温度特性を予め計測し、記憶手段に記憶しておくことで、温度検出手段など設けずに、温度補償を、記憶手段に予め記憶した機器周辺の温度特性データにより行うため、温度検出手段を実現するハードが不要となり、システムを簡素かつ低価格で実現できる。ここで、点灯・消灯動作と該動作の経過時間による機器内の温度特性を予め計測する際に、図３で示したようなａ１から６までというごく数点の変化点のみを記録すれば、さほど記憶量が増えることはなく、記憶手段の記憶容量を削減することに貢献でき、簡便に温度補償が行えるフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザを提供することができる。なお、図３で示したようなａ１から６までの数点の変化点のどの状態に至るかを計時する計時手段は必要ではあるが、この計時手段としては基準周波数発振部と制御手段とで従来広く行われてきたタイマカウント行為を行うに過ぎず、容易に実現可能なものに過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１参考形態に係るフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザの周波数温度特性データを示す説明図である。
【図２】本発明の第２参考形態に係るフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザの周波数温度特性データを示す説明図である。
【図３】本願発明のフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザを搭載する通信機と接続された形態に係る照明機器の点灯状態と経過時間を示す説明図である。
【図４】従来例に係るフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザのブロック図である。
【図５】従来例に係るフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザの周波数温度特性データを示す説明図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ  周波数温度特性データ
２  基準周波数発振部
３  制御電圧発生部
４  記憶手段
５  温度検出手段
６  制御手段
７  アキュムレータ
８  主分周器
９  電圧制御発振器
１０  位相比較器
２１  水晶振動子
２２  水晶発振回路
２３  基準分周器
３１  チャージポンプ回路
３２  ループフィルタ
Ｌ１  上限値曲線
Ｌ２  下限値曲線
ＬＡ  平均値曲線
【図１】
0004403669.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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