(57)【要約】本発明は、基準発振器（６）を特定の間隔で能動化し、ローカル発振器（２）をキャリブレーションすることによって、集積回路における正確な周波数標準（５）を作成すること関するものである。これを達成するため、内部クロックパルス（３）と基準クロックパルス（７）との間のパルス比率を決定するキャリブレーション装置（８）を備えている。決定されたパルス比率は、周波数分割器（４）をプログラムするために使用される。本発明は、移動式無線装置への使用に特に適している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路に備えられており、内部クロック（３）と目的クロック（５）との双方を生成するクロック生成手段（２；４）と、
能動状態または受動状態となり、能動状態で基準クロック（７）を供給する基準発振器（６）と、
内部クロック（３）および基準クロック（７）を入力し、内部クロック（３）と基準クロック（７）との間のクロック比率を算出するキャリブレーション回路（８）と、
キャリブレーション回路（８）によって算出されたクロック比率に応じて目的クロック（５）に影響を与えるための手段とを有する、集積回路においてクロックを生成するためのキャリブレーション装置（１）。
【請求項２】
上記クロック生成手段が、内部クロック（３）と目的クロック（５）とを生成するための、上記集積回路に備えられたローカル発振器（２）を含み、内部クロック（３）が、目的クロック（５）と同一であることを特徴とする、請求項１に記載のキャリブレーション装置。
【請求項３】
上記クロック生成手段が、
上記集積回路に備えられ、内部クロック（３）を生成するローカル発振器（２）と、
上記集積回路に備えられ、内部クロック（３）を目的クロック（５）に変換する周波数分割器（４）とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のキャリブレーション装置。
【請求項４】
上記目的クロック（５）に影響を与えるための手段は、
上記周波数分割器（４）がプログラム可能な周波数分割器であり、
かつ、出力された目的クロック（５）を、キャリブレーション回路（８）によって算出されたクロック比率に応じて調節できる、
ということによって、少なくとも部分的に実現されることを特徴とする、請求項３に記載のキャリブレーション装置。
【請求項５】
上記のプログラム可能な周波数分割器が、デジタル分数分割器であることを特徴とする、請求項４に記載のキャリブレーション装置。
【請求項６】
上記目的クロック（５）に影響を与えるための手段は、
ローカル発振器（２）が、調整可能なローカル発振器であり、
かつ、目的クロック（５）を、抵抗器および／またはキャパシタおよび／または制御電圧もしくは制御電流を変えることで、キャリブレーション回路（８）により算出されたクロック比率に応じて調節できる、
ということによって、少なくとも部分的に実現されていることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載のキャリブレーション装置。
【請求項７】
上記基準発振器（６）が、受動状態から能動状態へ、またその逆に能動状態から受動状態へと周期的に変わることを特徴とする、上記請求項１ないし６のいずれかに記載のキャリブレーション装置。
【請求項８】
上記基準発振器（６）における受動状態から能動状態への推移、またその逆に能動状態から受動状態への推移を制御する、外部タイマーが備えられていることを特徴とする、請求項７に記載のキャリブレーション装置。
【請求項９】
上記目的クロック（５）が、基準発振器（６）における受動状態から能動状態への推移、またその逆に能動状態から受動状態への推移を制御するために使用されることを特徴とする、請求項７に記載のキャリブレーション装置。
【請求項１０】
上記基準発振器（６）における受動状態から能動状態への推移、またその逆に能動状態から受動状態への推移が、全システムのＯＮおよびＯＦＦに同期して行われることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記載のキャリブレーション装置。
【請求項１１】
上記基準発振器（６）が能動状態である期間では、基準クロック（７）が、内部クロック（３）の代わりに目的クロック（５）の生成のために使用されることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれかに記載のキャリブレーション装置。
【請求項１２】
上記基準発振器（６）における受動状態から能動状態への推移が、外部妨害信号によって行われることを特徴とする、請求項１１に記載のキャリブレーション装置。
【請求項１３】
上記基準発振器（６）が、水晶発振器（６；９）からなることを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれかに記載のキャリブレーション装置。
【請求項１４】
上記キャリブレーション回路が、内部クロック（３）と基準クロック（７）との間のクロック比率を、結果がほぼ変化しなくなるまで繰り返し算出することを特徴とする、請求項１ないし１３のいずれかに記載のキャリブレーション装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれかに記載のキャリブレーション装置を有するデータ送受信装置。
【請求項１６】
内部クロック（３）および目的クロック（５）の双方を生成するクロック生成手段（２；４）を備えた集積回路（２）におけるクロック生成のためのキャリブレーション方法であって、
（ａ）基準発振器（６）を受動状態から能動状態に変化させ、能動状態の基準発振器（６）から集積回路に基準クロック（７）を供給する工程と、
（ｂ）内部クロック（３）と基準クロック（７）との間のクロック比率を算出する工程と、
（ｃ）内部クロック（３）と基準クロック（７）との間のクロック比率に応じて目的クロック（５）に影響を与える工程と、
によって特徴づけられるキャリブレーション方法。
【請求項１７】
上記クロック生成手段が、内部クロック（３）および目的クロック（５）の双方を生成するための、上記集積回路に備えられたローカル発振器（２）を含み、内部クロック（３）が目的クロック（５）と同一であることを特徴とする、請求項１６に記載のキャリブレーション方法。
【請求項１８】
上記クロック生成手段が、
上記集積回路に備えられ、内部クロック（３）を生成するローカル発振器（２）と、
上記集積回路に備えられ、内部クロック（３）を目的クロック（５）に変換する周波数分割器（４）とを含むことを特徴とする、請求項１６に記載のキャリブレーション方法。
【請求項１９】
周波数分割器（４）が、プログラム可能な周波数分割器であり、
周波数分割器（４）をプログラミングすることによって目的クロックに影響を与えることを特徴とする請求項１８に記載のキャリブレーション方法。
【請求項２０】
上記ローカル発振器（２）が調整可能な発振器であり、
抵抗器および／またはキャパシタおよび／または制御電圧または制御電流を変化させることによって目的クロック（５）に影響を与えることを特徴とする、請求項１６ないし１９のいずれかに記載のキャリブレーション方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、集積回路に備えられている発振器用のキャリブレーション装置（Ｋａｌｉｂｒｉｅｒｖｏｒｒｉｃｈｔｕｎｇ）およびキャリブレーション方法に関するものである。特に、本発明は、無線通信の分野（Ｆｕｎｋｂｅｒｅｉｃｈ）において使用するための、本発明のキャリブレーション装置を用いて実現できる周波数標準に関するものである。
【０００１】
多くの応用では、ＯＦＦ状態もしくは待機状態の場合でも、高精度で稼働する周波数標準が必要とされる。このような周波数標準を用いて、例えば、無線通信インターフェースを有する装置では、２つの装置の間での待機モード（Ｓｔａｎｄｂｙ−Ｂｅｔｒｉｅｂ）の同期化を維持できる。
【０００２】
無線通信インターフェースを有する装置は、多くの場合、高周波数水晶発振器（例えば、１３ＭＨｚの周波数を有する）を備えている。この水晶発振器は、ＯＮ状態のみで能動である。すなわち、高周波数水晶発振器は、待機状態ではＯＦＦとなっている。
【０００３】
ＯＦＦ状態や待機状態でも周波数標準の機能を維持する従来の解決策として、常に能動の第２水晶発振器を備えることを挙げられる。この水晶発振器としては、３２ｋＨｚまたは３２．７６８ｋＨｚの固有周波数を有する時計水晶（Ｕｈｒｅｎｑｕａｒｔｚ）を使用することが典型的である。時計水晶は、電力消費が小さいという特徴を有しており、待機状態での使用に特に適している。このような解決策の欠点は、２つの水晶発振器を備える必要のあることである。
【０００４】
本発明の目的は、正確な周波数標準の実現のために、安価かつ省スペースに形成できる適切なキャリブレーション装置を提供することである。また、本発明のさらなる目的は、適切なキャリブレーション方法を提供することである。
【０００５】
これらの目的は、請求項１に記載の集積回路におけるクロックを生成するためのキャリブレーション装置、および、請求項１６のキャリブレーション方法によって達成される。
【０００６】
本発明のキャリブレーション装置には、時々能動化される基準発振器のみが備えられている。基準発振器とは、上記の高周波数水晶発振器のことである。この基準発振器は、集積回路に備えられているクロック生成手段をキャリブレーションするために使用される。クロック生成手段は、内部クロック（ｉｎｔｅｒｎｅｎ Ｔａｋｔ）も望ましい目的クロック（Ｚｉｅｌｔａｋｔ）も常に生成している。クロック生成手段は、実際の周波数標準を示しており、この際に必要とされる精度は、基準発振器によって繰り返し行われるキャリブレーションを経て確実にされる。
【０００７】
キャリブレーション自体は、キャリブレーション回路を用いて行われる。周波数標準によって生成された内部クロックも水晶発振器の基準クロックも、このキャリブレーション回路に導入される。キャリブレーション回路は、内部クロックと基準クロックとの間のクロック比率を算出し、目的クロックの望ましい周波数精度を保証するために、算出されたクロック比率に応じて目的クロックに影響を与える。
【０００８】
この解決策の長所は、常に能動な第２時計水晶発振器を、代用品を使うことなくを省けることである。これにより、必要な部品数を減らせるので、本発明の周波数標準は原価を安く形成できる。一方、所要面積が減る。このことは、例えば、ＧＳＭ携帯電話機のような移動式無線通信の分野において使用するために、特に意味がある。
【０００９】
本発明の有利な実施形態（Ａｕｓｆｕｅｈｒｕｎｇｓｆｏｒｍ）では、クロック生成手段が、集積回路に備えられた、内部クロックおよび目的クロックを生成するローカル発振器を含んでいる。この場合、内部クロックは、目的クロックと同一である。安価に実現できる本発明の簡易な実施形態では、内部クロックを、周波数分割せずに目的クロックとして直接的に使用している。
【００１０】
本発明の他の有利な実施形態では、クロック生成手段が、集積回路に備えられた内部クロックを生成するローカル発振器と、同じく集積回路に備えられた内部クロックを目的クロックに変換する周波数分割器とを含んでいる。本発明のこの実施形態では、ローカル発振器が、高周波数の内部クロックを生成する。そして、内部クロックは、周波数分割器によって低周波数の目的クロックに変換される。本解決策では、望ましい目的クロックを高精度に生成できる。
【００１１】
目的クロックに影響を与えるための手段は、プログラム可能な周波数分割器を使用することによって実現される。このようなプログラム可能な周波数分割器により、キャリブレーション回路を用いて算出されたクロック比率に応じて目的クロックを調節できる。プログラム可能な周波数分割器の再プログラム過程では、目的周波数が正確かつ急速に変更される。出力された目的周波数は、周波数分割のデジタル基準値によって非常に正確に調節される。この本発明の実施形態では、発振器が影響を受けないので、過渡現象（Ｅｉｎ− ｕｎｄ Ｕｅｂｅｒｓｃｈｗｉｎｇｓｖｏｒｇａｅｎｇｅ）の開始および過渡現象を回避できる。
【００１２】
プログラム可能な分割器として、デジタル分数分割器（ｄｉｇｉｔａｌｅｒ ｆｒａｋｔｉｏｎａｌｅｒ Ｔｅｉｌｅｒ）を使用すると有利である。このような分数分割器を用いて、端数部分に対する正確な周波数分割を行える。これにより、出力された目的周波数を、デジタル分割器を用いて非常に正確に調節できる。
【００１３】
目的クロックに影響を与えるための手段は、調整可能な（ｄｕｒｃｈｓｔｉｍｍｂａｒｅｎ）ローカル発振器を使用することによっても実現される。生成される内部クロックは、抵抗器および／またはキャパシタおよび／または制御電圧もしくは制御電流の変化によって影響を受ける。目的クロックは、内部クロックと同一であるか、あるいは周波数分割によって内部周波数から発生するので、このことによって、生成される目的クロックも影響を受ける。このため、キャリブレーション回路によって算出されたクロック比率に応じて、目的クロックを調節することが可能となる。
【００１４】
このような、製造コストの安いアナログの実施形態は、生成される目的クロックを連続的に変化させられるとともに、デジタル周波数分割器に対する低コストの代用品となる。
【００１５】
基準発振器が、受動状態（ｐａｓｓｉｖｅｎ Ｚｕｓｔａｎｄ）から能動状態（ａｋｔｉｖｅｎ Ｚｕｓｔａｎｄ）へ、またその逆に、能動状態から受動状態へと周期的な間隔で変化すると有利である。これにより、ローカル発振器のキャリブレーションを規則的な間隔で行えるとともに、望ましい目的クロックから生成される目的クロックのずれ（Ａｂｗｅｉｃｈｕｎｇ）を、狭い許容範囲内に抑えられる。
【００１６】
本発明の他の実施形態では、外部タイマーが備えられている。この外部タイマーは、受動状態から能動状態へ、またその逆に、能動状態から受動状態への基準発振器の推移を制御する。これは、基準発振器を規則的な間隔で能動化し、ローカル発振器のキャリブレーションを行う最も簡単なやり方（Ｍｏｅｇｌｉｃｈｋｅｉｔ）である。外部タイマーは、さらに他の制御工程も処理できるので、製造コストの増加も同様とできる。
【００１７】
生成される目的クロック自体を、受動状態から能動状態へ、またその逆に、能動状態から受動状態への基準発振器の推移を制御するために使用することが有利である。生成される目的クロックを、キャリブレーションサイクルの制御に使用すると、完全なタイマー回路の代わりに、簡単で追加的な計数部品（Ｚａｅｈｌｅｒｂａｕｓｔｅｉｎｓ）を使用するだけでよい。つまり、キャリブレーションサイクルの制御に目的クロックを使用することで、安価な部品を用いた、簡単で低コストの解決策を得られる。
【００１８】
受動状態から能動状態へ、またその逆に、能動状態から受動状態への基準発振器の推移を、全システムのＯＮ／ＯＦＦに同期して行うことが好ましい。無線通信の分野での多くの応用では、無線通信装置を規則的な間隔でＯＮとし、基地局との接続を確立することが不可欠である。このことは、例えば、基地局とＧＭＳ規格に基づく携帯電話機との間の接続に当てはまる。このようなシステムでは、全システムのＯＮに連動させて、キャリブレーション工程を行うことが好ましい。
【００１９】
本発明の他の好ましい実施形態（Ａｕｓｇｅｓｔａｌｔｕｎｇ）では、基準発振器が能動状態である期間、内部クロックの代わりに、目的クロックの生成のための基準クロックを用いる。つまり、キャリブレーションの間、目的クロックは、周波数の正確な堅固な水晶の発振器から発信される。従って、この構成は、キャリブレーション工程の間に、ローカル発振器の電流を予測しなければならない場合に特に有利である。
【００２０】
キャリブレーション工程が、全システムのＯＮ／ＯＦＦと同期して行われる場合には、特に、キャリブレーション工程の間に、目的クロックを基準発振器から発信することが有利である。これは、基準発振器は、ＯＮ／ＯＦＦ工程による乱れの度合いが、ローカル発振器よりも小さいからである。
【００２１】
例えば、ＧＳＭ携帯電話機の場合、送信モード用の電力増幅器（Ｌｅｉｓｔｕｎｇｓｖｅｒｓｔａｅｒｋｅｒ）をＯＮとすることは、ローカル発振器の乱れに繋がる。なぜなら、一方では、供給電圧が減少するからであり、他方では、高周波数拡散（ｈｏｃｈｆｒｅｑｕｅｎｔｅ Ｅｉｎｓｔｒｅｕｕｎｇ）が起こるからである。
【００２２】
本発明の他の有利な実施形態では、受動状態から能動状態への基準発振器の推移を、外部妨害信号（ｅｘｔｅｒｎｅｓ Ｓｔｏｅｒｓｉｇｎａｌ）を介して行う。この構成では、キャリブレーション工程に関係なく、乱れのある場合には、目的クロックを基準発振器から発信する。このような乱れによってローカル発振器が影響されるが、安定した周波数標準の維持を保証できる。
【００２３】
共振水晶（Ｓｃｈｗｉｎｇｑｕａｒｚｅｎ）の周波数を高精度に安定させられることにより、、基準発振器として水晶発振器を備えることが好ましい。
【００２４】
内部クロックと基準クロックとの間のクロック比率は、結果がほぼ変化しなくなるまで、キャリブレーション回路によって繰り返し算出されることが好ましい。例えば、温度の変化（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｄｒｉｆｔ）または供給電圧の変動が原因で、ローカル発振器の生成する内部クロックが不均一となる場合には、均一状態に達するまで続けて測定を行う。
【００２５】
本発明は、データを送信および受信するための装置に使用することに特に適している。例えば、携帯電話機のような移動式無線装置の場合には、特に、装置を少数の部品で都合し、小型に構成できるということが重要である。
【００２６】
集積回路における本発明のクロック生成のためのキャリブレーション方法には、特に、基準発振器を常に能動状態にする必要が無く、キャリブレーションを行うときだけ、受動状態から能動状態に変えればよいという長所がある。このことから、常に能動な時計水晶は不要である。
【００２７】
以下に、図示された実施例を参照しながら本発明をさらに説明する。
【００２８】
図１は、本発明のキャリブレーション装置の概観図である。図２は、プログラム可能な周波数分割器の分割比率の整数部分（Ａｎｔｅｉｌ）ｍを内部周波数の関数として示す図である。図３は、プログラム可能な周波数分割器の分割比率の分数部分ｎを内部周波数の関数として示す図である。
【００２９】
図１は、本発明のキャリブレーション装置１を示す図である。このキャリブレーション装置１を用いて、例えば、移動式無線装置に使用するための正確な周波数標準５が実現される。集積回路には、待機モードのときも能動なままであるローカル発振器２が備えられている。ローカル発振器２は、３０７．２ｋＨｚの内部クロック３を生成する。内部クロック３は、プログラム可能なデジタルの周波数分割器４へと導入される。
【００３０】
周波数分割器４は、同じく集積回路に備えられており、待機モード（Ｓｔａｎｄｂｙ−Ｍｏｄｕｓ）では能動なままである。パラメータｍおよびｎに相当して予め決められている分割比率に応じて、周波数分割器４は、内部クロック３を目的クロック５に変換する。この際、ｍは、整数部分であり、ｎは、分母１２８に関係する分割比率の分数部分を示す。すなわち、
分割比率＝ｍ＋ｎ／１２８
となる。
【００３１】
図１に示す例では、内部クロックが３０７．２ｋＨｚである。一方、周波数標準として使用される目的クロックは、１．６ｋＨｚである。必要な分割比率は、両方の周波数どうしの割り算によって得られる１９２であり、従って、ｍ＝１９２およびｎ＝０である。
【００３２】
ローカル発振器２によって生成される内部クロック３は、必要とされる長時間の安定性を備えていない。このため、ローカル発振器２を、所定間隔で再キャリブレーションする必要がある。これは、プログラム可能な周波数分割器４のパラメータｍおよびｎを新規に決定することによって行われる。基準発振器６は、キャリブレーションのためにＯＮされ、共振水晶９を用いて基準クロック７（図示した例では１３ＭＨｚ）を生成する。
【００３３】
内部クロック３および基準クロック７は、ともにキャリブレーション回路８に導入される。このキャリブレーション回路８は、内部クロックと基準クロックとの間のクロック比率を算出する。このため、特定期間、基準発振器６のクロック数が数えられる。この期間は、より遅いローカル発振器２の１０２４クロック数によって決定される。ローカル発振器２の振動が遅ければ遅いほど、測定期間は長くなり、基準発振器６のより多くのクロックが数えられる。例えば、ローカル発振器の周波数が３０７．２ｋＨｚの場合、測定期間は３．３３ミリ秒であり、この期間に、基準発振器６の４３，３３３．３クロックが数えられる。
【００３４】
算出された１３ＭＨｚクロックの数は、分割比率に比例する間接的な数である。以下に記載のプログラムは、プログラム可能な周波数分割器のためのパラメータｍおよびｎが、１３ＭＨｚクロックの数ｆｃｎｔからどのように獲得されるかを示している。なお、８，３２００，０００という数は、（１３ＭＨｚ×１０２４）／１．６ｋＨｚから算出される。
ｆｃｎｔ＝（ｌｏｎｇ）（１３Ｅ６／ｆｏｓｃ＊１０２４）；
／＊　プログラム可能な周波数分割器用のパラメータｍ、ｎの計算＊／
／＊　ｆｃｎｔは、ローカル発振器において１０２４クロックの範囲で数え＊／
／＊られる１３ＭＨｚクロックの数＊／
ｍ＝（ｌｏｎｇ）８３２００００／ｆｃｎｔ；　　／＊割り算の整数部分＊／
ｎ＝（ｌｏｎｇ）８３２００００％ｆｃｎｔ；　／＊割り算の余り＊／
ｎ＝（ｎ＊１２８）／ｆｃｎｔ；　　　　　／＊最初の７ビットのみ＊／
（ｎ＞６３）の場合　　　　　　　　　　　／＊２の補数の７ビット＊／
［
ｎ＝−（１２８−ｎ）；
ｍ＋＋；
］
図２では、分割比率の整数部分ｍを、ローカル発振器によって生成された周波数の関数として示す。これは、一次関数となっている（すなわち、内部周波数の高いほど、望ましい目的クロック５を獲得できるように、より大きいｍを選択しなければならない）。
【００３５】
図３では、分割比率の分数部分ｎを、ローカル発振器の周波数の関数として示す（ここでは拡大された寸法で示す）。周波数の上昇に伴って、ｎがその都度鋸歯状に増加するのが分かる。この際、ｎは、値−６４から＋６３までの値とする。関連する分割比率の整数部分ｍが１増加する度に、分数部分ｎはｎ＝６３からｎ＝−６４に変化する。
【００３６】
分割比率の分数部分ｎにより、分割比率を正確に調節できる。このことにより、目的クロック５は、２５０ｐｐｍの精度を絶えず維持できる。これは、１．６ｋＨｚの周波数では、０．４Ｈｚより少ない周波数エラーに相当する。
【００３７】
以下では、周波数分割の際、分数部分ｎをどのように考慮できるか、についての可能性について説明する。ｍ＝１６２、ｎ＝２７を例にする。このことは、内部クロック３を、１６２＋（２７／１２８）によって周波数分割することを意味する。分数部分は、次のように考慮される。すなわち、目的クロックの周波数を獲得するため、目的クロックの各４番目の（１２８／２７≒４）クロック期間に、内部クロック周波数を、係数１６２だけではなく、１だけ多い係数１６３によっても分割することになる。
【００３８】
このことを以下の表に示す。下段には、各分割サイクルを示す。上段には、該当する分割比率を示す。整数部分ｍは、各４番目のクロック毎に補正されている。１０８分割サイクルの後、ｍは最後に変更される。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
原則的には、ｎ＞６３のとき、分割比率の整数部分ｍを１だけ増加させる。しかし、これでは、全ての１２８／（１２８−ｎ）分割サイクルを省略することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明のキャリブレーション装置の概観図である。
【図２】
プログラム可能な周波数分割器の分割比率の整数部分ｍを、内部周波数の関数として示す図である。
【図３】
プログラム可能な周波数分割器の分割比率の分数部分ｎを、内部周波数の関数として示す図である。
【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004503977.tif 000027
【国際調査報告】
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