(57)【要約】【課題】消費電力が少なく、高い周波数精度を保持することを可能にする。【解決手段】発振装置１は、恒温槽付水晶発振器であるＯＣＸＯ１５と、温度補償水晶発振器であるＴＣＸＯ１６とを有しており、ＣＰＵ１１により、ＯＣＸＯ１５で基準精度以上のクロック周波数が得られない場合にＴＣＸＯ１６をオンとして使用し、ＯＣＸＯ１５をオフとする制御手段を有する。制御手段は、発振装置１起動時にＴＣＸＯ１６のみをオンとして使用し、ＯＣＸＯ１５の温度が基準精度以上のクロック周波数が得られる状態に上昇した際に、ＴＣＸＯ１６をオフとし、当該ＯＣＸＯ１５をオンすることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
恒温槽付水晶発振器であるＯＣＸＯと、温度補償水晶発振器であるＴＣＸＯとを有する発振装置において、
前記ＯＣＸＯで基準精度以上のクロック周波数が得られない場合に前記ＴＣＸＯをオンとして使用し、当該ＯＣＸＯをオフとする制御手段を有することを特徴とする発振装置。
【請求項２】
前記制御手段は、発振装置起動時に前記ＴＣＸＯのみをオンとして使用することを特徴とする請求項１記載の発振装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ＯＣＸＯの温度が前記基準精度以上のクロック周波数が得られる状態に上昇した際に、前記ＴＣＸＯをオフとし、当該ＯＣＸＯをオンすることを特徴とする請求項２記載の発振装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記ＯＣＸＯの温度が所定以上に急激に低下した際に、前記ＴＣＸＯをオンとして使用し、当該ＯＣＸＯをオフとすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の発振装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記ＯＣＸＯの温度が所定以上に急激に低下した際に、当該ＯＣＸＯを温めるヒータをオフとすることを特徴とする請求項４記載の発振装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記ＯＣＸＯの温度が前記基準精度以上のクロック周波数が得られない状態に低下した際に、前記ＴＣＸＯをオンとして使用し、当該ＯＣＸＯをオフとすることを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載の発振装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記ＯＣＸＯが故障した場合に、前記ＴＣＸＯをオンとして使用し、当該ＯＣＸＯをオフとすることを特徴とする請求項１〜６の何れか１つに記載の発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基準クロック信号の発振器としてＯＣＸＯ（恒温槽付水晶発振器）の他にＴＣＸＯ（温度補償水晶発振器）を備えた発振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信基地局等の高い周波数精度（高精度）のクロック信号（以降、単にクロックともいう）を必要とする電気・電子装置において、クロック源としてＯＣＸＯを用いた発振装置が使用されている。ＯＣＸＯは恒温槽内をヒータで約８０℃に保つことにより、非常に高い周波数精度を実現することができる。また、高精度な発振器として他にＴＣＸＯがあり、ＴＣＸＯには発振器内に温度補償用回路が組み込まれている。
【０００３】
この種の発振装置として特許文献１及び２がある。特許文献１は、ＯＣＸＯ内の温度情報を電位信号として、ＯＣＸＯ外部から取り出すことができるようになっている。特許文献２は、電源起動時の早い段階から周波数精度の良いクロックを得るために、起動時には主にＴＣＸＯを使用し、その後ＴＣＸＯとＯＣＸＯの高精度なクロックを選択することができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７４９５号公報
【特許文献２】特開２０１１−０４０８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の従来技術によれば、ＯＣＸＯは高精度である半面、他の発振器に比べて消費電力が大きく、特に起動時には恒温槽内をヒータで約８０℃まで加熱するため、消費電力が大きくなってしまうという問題がある。
【０００６】
また、ＯＣＸＯの温度が急激に下がった場合、周波数精度が悪化してしまうという問題がある。このように温度が急激に下がった場合は、ＯＣＸＯを再度、所定の高温までヒータで加熱しなければならず、このため消費電力を必要とすることになる。
【０００７】
本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、消費電力が少なく、高い周波数精度を保持することができる、発振装置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】
【０００８】
上記した課題を解決するために本発明は、恒温槽付水晶発振器であるＯＣＸＯと、温度補償水晶発振器であるＴＣＸＯとを有する発振装置において、前記ＯＣＸＯで基準精度以上のクロック周波数が得られない場合に前記ＴＣＸＯをオンとして使用し、当該ＯＣＸＯをオフとする制御手段を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明において、前記制御手段は、発振装置起動時に前記ＴＣＸＯのみをオンとして使用することを特徴とする。
【００１０】
本発明において、前記制御手段は、前記ＯＣＸＯの温度が前記基準精度以上のクロック周波数が得られる状態に上昇した際に、前記ＴＣＸＯをオフとし、当該ＯＣＸＯをオンすることを特徴とする。
【００１１】
本発明において、前記制御手段は、前記ＯＣＸＯの温度が所定以上に急激に低下した際に、前記ＴＣＸＯをオンとして使用し、当該ＯＣＸＯをオフとすることを特徴とする。
【００１２】
本発明において、前記制御手段は、前記ＯＣＸＯの温度が所定以上に急激に低下した際に、当該ＯＣＸＯを温めるヒータをオフとすることを特徴とする。
【００１３】
本発明において、前記制御手段は、前記ＯＣＸＯの温度が前記基準精度以上のクロック周波数が得られない状態に低下した際に、前記ＴＣＸＯをオンとして使用し、当該ＯＣＸＯをオフとすることを特徴とする。
【００１４】
本発明において、前記制御手段は、前記ＯＣＸＯが故障した場合に、前記ＴＣＸＯをオンとして使用し、当該ＯＣＸＯをオフとすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、消費電力が少なく、高い周波数精度を保持することができる発振装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る発振装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る発振装置の動作を示す第１フローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態に係る発振装置の動作を示す第２フローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態に係る発振装置のＯＣＸＯの温度変化による状態遷移図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る発振装置と一般的は発振装置との消費電力を比較する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための実施の形態（以下、単に本実施形態という）について詳細に説明する。
（実施形態の構成）
図１は、本実施形態に係る発振装置１の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る発振装置１は、図示せぬ通信基地局に搭載されており、データの記憶手段としてのメモリ１０と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１と、電源制御スイッチ１２と、温度センサ１３と、ＧＰＳ（Global Positioning System）アンテナ１８が接続されたＧＰＳモジュール１４と、ＯＣＸＯ（恒温槽付水晶発振機）１５と、ＴＣＸＯ（温度補償水晶発振器）１６と、切替スイッチ１７と、電源ユニット１９とを備えて構成されている。
【００１８】
但し、ＧＰＳモジュール１４は、本実施形態では発振装置１に備えられているとしたが、実際には通信基地局に備えられている場合がある。つまり、通信基地局は、ＧＰＳに同期するためのＧＰＳモジュール１４を備え、発振装置１がＧＰＳに同期したＯＣＸＯ１５とＴＣＸＯ１６の２つの発振器を具備する。
【００１９】
ＯＣＸＯ１５は、恒温槽内をヒータで約８０℃に保つことにより、非常に高い周波数精度を実現することができる。ＴＣＸＯ１６は、発振器内に温度補償用回路が組み込まれており、その消費電力は数ｍＷ位と低い値である。
【００２０】
ＯＣＸＯ１５及びＴＣＸＯ１６は、切替スイッチ１７に接続されており、通信基地局の基準クロック信号として、ＯＣＸＯ１５又はＴＣＸＯ１６を選択して使用する構成となっている。ＯＣＸＯ１５からは、ＯＣＸＯ恒温槽内の温度情報信号（以降、内部温度信号とも称す）が、切替スイッチ１７及びＣＰＵ１１へ出力されている。
【００２１】
切替スイッチ１７は、その内部温度信号の内部温度に対応した電位に応じてＯＣＸＯ１５から出力されるＯＣＸＯクロック、又はＴＣＸＯ１６から出力されるＴＣＸＯクロックを選択する切り替え動作を行う。
【００２２】
ＣＰＵ１１は、その内部温度信号と、温度センサ１３で検出されたＯＣＸＯ外部温度情報信号（以降、外部温度信号とも称す）とを合わせて、電源制御スイッチ１２が行うＯＣＸＯ１５の電源及びＴＣＸＯ１６の電源のＯＮ（オン）、ＯＦＦ（オフ）の制御を行う。また、ＣＰＵ１１にはメモリ１０が備え付けられており、取得した温度データを一時的に保存可能となっている。
（実施形態の動作）
以下、図１に示す本実施形態に係る発振装置１の動作について、図２及び図３のフローチャート並びに図４のＯＣＸＯ１５の温度変化による状態遷移図を参照しながら詳細に説明する。但し、後述の各閾値Ｔα、Ｔβ、Ｔγ、Ｔδ、Ｔεについては、事前の動作確認を行う際に決定することとする。
【００２３】
まず、図２のフローチャートにおいて、発振装置１の電源ユニット１９をＯＮとする（ステップＳ１）。これによって通信基地局が起動される。
次に、ＴＣＸＯ１６の電源を電源制御スイッチ１２のスイッチング制御に応じてＯＮとし（ステップＳ２）、ＴＣＸＯ１６からのＴＣＸＯクロックを基準クロックとして使用する。この際、切替スイッチ１７はＴＣＸＯクロックを選択する側に切り替わっている（ステップＳ３）。
【００２４】
この通信基地局の起動後にＴＣＸＯクロックが基準クロックとして選択された時点が図４に示す時刻ｔ０とする。この時刻ｔ０以降、停止中のＯＣＸＯ１５は、矢印Ｙ１で示すようにＯＣＸＯ１５の外部の熱で過熱され、外部温度が上昇する。
【００２５】
次に、温度センサ１３でＯＣＸＯ１５の外部温度Ｔ０を測定し（ステップＳ４）、更に、所定時間後に再度外部温度Ｔ１を測定し（ステップＳ５）、ＣＰＵ１１でＯＣＸＯ１５の外部温度に変化があるか否かを判定する（ステップＳ６）。この判定では、ＣＰＵ１１で、外部温度Ｔ１−Ｔ０の差分を閾値Ｔαと比較し、差分（Ｔ１−Ｔ０）が閾値Ｔαより小さければ、言い換えればＯＣＸＯ１５の外部温度が所定温度（＝閾値Ｔα）に温まっていなければ、ステップＳ５に戻って所定時間後に外部温度Ｔ１の測定を行う。
【００２６】
一方、差分（Ｔ１−Ｔ０）が閾値Ｔα以上であれば、言い換えれば図４の時刻ｔ０〜ｔ１間に線分Ｌ１に矢印Ｙ２で示すように、ＯＣＸＯ１５の外部温度が所定温度（閾値Ｔα）以上に温まっていれば、ＯＣＸＯ１５の電源を電源制御スイッチ１２のスイッチング制御に応じてＯＮとする（ステップＳ７）。そして、ＯＣＸＯ１５の内部温度Ｔ０ａを測定し、そのＯＣＸＯ内部温度Ｔ０ａが、安定した発振精度となる温度としての閾値Ｔβよりも小さければ、ステップＳ８の内部温度Ｔ０ａ測定を継続する（ステップＳ８）。このステップＳ８の処理はＣＰＵ１１で行われる。このようにＯＣＸＯ１５の内部温度Ｔ０ａを繰り返し測定することで、ＯＣＸＯ１５内の温度が十分に上がり、ＯＣＸＯクロックが高い周波数精度（高精度）が取れていることを確認することができる。
【００２７】
ＯＣＸＯ内部温度Ｔ０ａが閾値Ｔβ以上となったら切替スイッチ１７で基準クロック（基準ＣＬＫ）を、図４の時刻ｔ１において矢印Ｙ３で示すようにＴＣＸＯクロックからＯＣＸＯクロックに切り替え（ステップＳ９）、電源制御スイッチ１２のスイッチング制御でＴＣＸＯ１６の電源をＯＦＦとする（ステップＳ１０）。
【００２８】
次に、ＯＣＸＯ内部温度Ｔ０ｂを測定し、この内部温度Ｔ０ｂが閾値Ｔβよりも大きければ、その内部温度Ｔ０ｂの測定を繰り返す（ステップＳ１１）。一方、ＯＣＸＯ内部温度Ｔ０ｂが閾値Ｔβ以下であれば、つまり、図４の時刻ｔ２において線分Ｌ１が閾値Ｔβ以下となった場合は、ＯＣＸＯ内部温度Ｔ１ａを測定する（ステップＳ１２）。更に所定時間後に再度内部温度Ｔ２ａを測定する（ステップＳ１３）。そして、ＯＣＸＯ内部温度Ｔ１ａ−Ｔ２ａの差分の絶対値を閾値Ｔγと比較し、差分の絶対値が閾値Ｔγより小さければ、言い換えればＯＣＸＯ内部温度の変化が閾値Ｔγより小さければ、ステップＳ１２の内部温度Ｔ１ａの測定に戻る（ステップＳ１４）。このステップＳ１４の処理はＣＰＵ１１で行われる。
【００２９】
一方、ＯＣＸＯ内部温度Ｔ１ａ−Ｔ２ａの差分の絶対値が閾値Ｔγ以上であれば、言い換えれば、ＯＣＸＯ内部温度の変化が大きければＴＣＸＯ１６の電源をＯＮとし（ステップＳ１５）、図４の時刻ｔ２経過後の線分Ｌ１に矢印Ｙ４で示すように、基準クロックを切替スイッチ１７でＯＣＸＯクロックからＴＣＸＯクロックに切り替える（ステップＳ１６）。これはＯＣＸＯ１５の内部温度変化が大きいのでクロック精度が低下しているためである。
【００３０】
次に、温度センサ１３でＯＣＸＯ１５の外部温度Ｔ２を測定し（ステップＳ１７）、このＯＣＸＯ１５の外部温度Ｔ２と内部温度Ｔ２ａとの差分（Ｔ２−Ｔ２ａ）と、所定温度を示す閾値Ｔδとを比較する（ステップＳ１８）。このステップＳ１８の処理はＣＰＵ１１で行われる。ここで、差分（Ｔ２−Ｔ２ａ）が閾値Ｔδより小さい場合は、図４の時刻ｔ２経過後に線分Ｌ１に矢印Ｙ５で示すように、ＯＣＸＯ１５のヒータをＯＮとする（ステップＳ１９）。このＯＮとした後、ステップＳ８に戻りＯＣＸＯ内部温度Ｔ０ａの測定を行う。
【００３１】
一方、差分（Ｔ２−Ｔ２ａ）が閾値Ｔδ以上の場合は、図４の線分Ｌ１に矢印Ｙ６で示すように、ＯＣＸＯ１５が外部の熱で温められるので、電力削減のためにＯＣＸＯ１５のヒータをＯＦＦとする（ステップＳ２０）。次に、ＯＣＸＯ外部温度Ｔ３を測定し（ステップＳ２１）、更に、ＯＣＸＯ内部温度Ｔ３ａを測定する（ステップＳ２２）。
【００３２】
ＯＣＸＯ１５の外部温度Ｔ３と内部温度Ｔ３ａとの差分（Ｔ３−Ｔ３ａ）と閾値Ｔεとを比較する（ステップＳ２３）。このステップＳ２３の処理はＣＰＵ１１で行われる。ここで、差分（Ｔ３−Ｔ３ａ）が閾値Ｔεより小さい場合は、図４に矢印Ｙ７で示すようにＯＣＸＯ１５のヒータをＯＮとし（ステップＳ２４）、ステップＳ８のＯＣＸＯ内部温度測定Ｔ０ａに戻る。この後、ＯＣＸＯ内部温度Ｔ０ａが閾値Ｔβ以上となったら基準クロックを、ステップＳ９において、図４の矢印Ｙ８で示すようにＴＣＸＯクロックからＯＣＸＯクロックに切り替える。
【００３３】
一方、ステップＳ２３において、差分（Ｔ３−Ｔ３ａ）が閾値Ｔε以上の場合は、図７に矢印Ｙ６で示すように外部の熱でＯＣＸＯ１５を温める。そして、ステップＳ２１のＯＣＸＯ外部温度Ｔ３の測定に戻る。
（実施形態の効果）
以上説明のように本実施形態に係る発振装置１は、恒温槽付水晶発振器であるＯＣＸＯ１５と、温度補償水晶発振器であるＴＣＸＯ１６とを有しており、制御手段により、ＯＣＸＯ１５で基準精度以上のクロック周波数が得られない場合にＴＣＸＯ１６をオンとして使用し、ＯＣＸＯ１５をオフとするように構成した。また、制御手段は、発振装置１の起動時にＴＣＸＯ１６のみをオンとして使用する制御を行うように構成した。但し、制御手段は、ＣＰＵ１１、温度センサ１３、電源制御スイッチ１２、切替スイッチ１７を備えて構成される。
【００３４】
このような構成の発振装置１の効果を図５を参照して説明する。なお、図５に示す時刻ｔ０〜ｔ４と、図４に示した時刻ｔ０〜ｔ４とは対応関係にある。図５に示す破線Ｌ２は、一般的なＯＣＸＯのみの場合の発振装置（一般的発振装置という）における消費電力を表す。発振装置の起動時は、一般的発振装置では図５の時刻ｔ１〜ｔ２間に示すように消費電力が数Ｗまで急激に上昇するが、本発振装置１では、実線Ｌ３で示すように殆ど上昇しない。これは本実施形態では、図４の時刻ｔ０〜ｔ２に示すように起動時にＴＣＸＯ１６のみをオンとするためであるが、これに加えて、ＴＣＸＯ１６がＯＣＸＯ１５の１００〜１０００分の１程度の消費電力となっているためである。
【００３５】
即ち、消費電力は、ＯＣＸＯが数Ｗ、ＴＣＸＯが数ｍＷ〜数十ｍＷとなっており、このことから本実施形態の発振装置１では、大幅に電力削減を行うことができる。
【００３６】
また、制御手段は、ＯＣＸＯ１５の温度が基準精度以上のクロック周波数が得られる状態に上昇した際に、ＴＣＸＯ１６をオフとし、ＯＣＸＯ１５をオンする制御を行うように構成した。
【００３７】
この構成によれば、ＯＣＸＯ１５が基準精度以上のクロック周波数が得られる状態に上昇した際に、ＴＣＸＯ１６をオフとしてＯＣＸＯ１５のみを使用することができる。
【００３８】
また、制御手段は、ＯＣＸＯ１５の温度が所定以上に急激に低下した際に、ＴＣＸＯ１６をオンとして使用し、ＯＣＸＯ１５をオフとする制御を行うように構成した。
【００３９】
この構成によれば、図４の時刻ｔ２前後に示すように、ＯＣＸＯ１５の温度が急激に下がった場合は、矢印Ｙ６で示すようにＯＣＸＯ１５の外部の熱を有効利用することにより、図５の時刻ｔ２〜ｔ３間に実線Ｌ３で示すように消費電流を下げることが出来る。
【００４０】
また、制御手段は、ＯＣＸＯ１５の温度が基準精度以上のクロック周波数が得られない状態に低下した際に、ＴＣＸＯ１６をオンとして使用し、ＯＣＸＯ１５をオフとする制御を行うように構成した。
【００４１】
この構成によれば、ＯＣＸＯ１５の温度が急激に変化し、クロック周波数の精度が悪化するような場合には、温度補償回路が内蔵されたＴＣＸＯ１６を使用することにより、基準クロックの精度の劣化を抑え、所定の周波数精度を保つことができる。
【００４２】
また、制御手段は、ＯＣＸＯ１５の温度が所定以上に急激に低下した際に、当該ＯＣＸＯ１５を温めるヒータをオフとする制御を行う構成とした。
【００４３】
この構成によれば、ＯＣＸＯ内の温度が急激に下がった場合に、ＯＣＸＯ内の急なヒータの加熱による電力の消費を抑えることができる。
【００４４】
更に、制御手段は、ＯＣＸＯ１５が故障した場合に、ＴＣＸＯ１６をオンとして使用し、ＯＣＸＯ１５をオフとする制御を行うように構成した。この構成によれば、ＯＣＸＯ１５が故障してもＴＣＸＯ１６で補償することができる。
【００４５】
以上のように、一般的発振装置の破線Ｌ２で示す消費電力を、本実施形態の発振装置１では実線Ｌ３のように低減させることが可能となるので、全体として大幅な消費電力の低減を図ることができる。
【００４６】
なお、前述した特許文献１，２の技術では、ＯＣＸＯを常時ＯＮ状態としておき、使用状況に応じてＴＣＸＯをオンとするので、一般的発振装置よりも、より消費電力が大きくなる。
【００４７】
また、本実施形態の発振装置１は、通信基地局以外に、放送局、測定器（周波数カウンタ）などの、ＯＣＸＯを使用するような装置全てについて適用することが可能である。例えば、測定器を使用した場合、測定中には可能な限り、周波数精度の劣化を避けなければならないため、起動時のみ本実施形態の発振装置１を適用し、運用時にはＯＣＸＯのみで動作させる、などが考えられる。そのように、本実施形態の発振装置１を柔軟に適用することも可能である。
【００４８】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明の技術的範囲予測は上記実施形態に記載の範囲予測には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更また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。またその様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲予測に含まれ得ることが、特許請求の範囲予測の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００４９】
１・・発振装置、１０・・メモリ、１１‥ＣＰＵ、１２・・電源制御スイッチ、１３・・温度センサ、１４・・ＧＰＳモジュール、１５・・ＯＣＸＯ（恒温槽付水晶発振機）、１６・・ＴＣＸＯ（温度補償水晶発振器、１７・・切替スイッチ、１８・・ＧＰＳアンテナ、１９・・電源ユニット。
【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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