(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準時刻信号およびその基準時刻信号に同期した基準１秒パルスを出力する基準時刻情報出力部と、
電源投入時に上記基準時刻情報出力部からの上記基準時刻信号に合わせて時刻が修正され、時刻計時に同期した１秒パルスを出力する時刻計時部と、
上記時刻計時部に発振周波数に基づくクロック信号を出力する電圧制御型水晶発振器と、
上記電圧制御型水晶発振器の発振周波数を制御する制御電圧を出力するＤ／Ａ変換器と、
上記電圧制御型水晶発振器の温度を検出する温度センサと、
上記基準時刻情報出力部からの上記基準１秒パルスに基づいて、標準発振周波数に対する上記電圧制御型水晶発振器の発振周波数の誤差を測定する周波数誤差測定部と、
上記周波数誤差測定部の測定結果に基づいて、上記Ｄ／Ａ変換器から出力される上記制御電圧を制御して、上記電圧制御型水晶発振器の発振周波数を校正する周波数校正動作を、時間間隔をあけて繰り返し行う制御部と、
上記周波数校正動作が終了する毎に、上記制御部から上記Ｄ／Ａ変換器に出力された上記制御電圧を制御するための制御電圧データを、上記温度センサにより検出された上記電圧制御型水晶発振器の温度と対応づけて温度補償用データとして記憶する不揮発性メモリと、
上記制御部により制御され、上記周波数校正動作時を除く期間は少なくとも上記基準時刻情報出力部の電源をオフする電源制御回路と
を備え、
上記制御部は、上記周波数校正動作時を除く期間、上記不揮発性メモリに記憶された上記温度補償用データに基づいて、上記温度センサにより検出された上記電圧制御型水晶発振器の現在温度に対応する上記制御電圧データを上記Ｄ／Ａ変換器に出力し、
上記周波数誤差測定部は、上記基準時刻情報出力部からの上記基準１秒パルスの立ち上がりまたは立ち下がりと、上記時刻計時部からの上記１秒パルスの立ち上がりまたは立ち下がりとの時間差を測定する時間差測定部と、上記時間差測定部による上記時間差の測定を、上記基準１秒パルスに基づく所定の比較時間をあけて少なくとも２回繰り返して、上記所定の比較時間をあけて測定された前後の時間差の差分を算出する時間差の差分算出部とを有すると共に、
上記制御部は、上記周波数誤差測定部により算出された上記時間差の差分がゼロになるように、上記制御電圧データを補正して上記Ｄ／Ａ変換器に出力する制御電圧データ出力部を有し、
上記時間差測定部において測定された上記時間差を表す時間差データを上記不揮発性メモリに記憶することを特徴とする時刻装置。
【請求項２】
請求項１に記載の時刻装置において、
上記制御部は、上記周波数誤差測定部における上記所定の比較時間を、要求される時刻精度に基づいて設定するための比較時間設定部を有することを特徴とする時刻装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の時刻装置において、
上記制御部は、上記周波数校正動作が終了して上記基準時刻情報出力部の電源を上記電源制御回路によりオフしてから、次に上記ＧＰＳ受信機の電源をオンして上記周波数校正動作を開始するまでの時間間隔を、上記電圧制御型水晶発振器の発振周波数の誤差が大きくなるほど短くする一方、上記誤差が小さくなるほど長くすることを特徴とする時刻装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１つに記載の時刻装置において、
上記制御部は、上記周波数校正動作が終了して上記基準時刻情報出力部の電源を上記電源制御回路によりオフしてから、次に上記ＧＰＳ受信機の電源をオンして上記周波数校正動作を開始するまでの時間間隔を、要求される時刻精度が高くなるほど短くする一方、上記要求される時刻精度が低くなるほど長くすることを特徴とする時刻装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１つに記載の時刻装置において、
上記基準時刻情報出力部は、協定世界時(ＵＴＣ)に同期した上記基準時刻信号および上記基準１秒パルスを出力するＧＰＳ受信機であることを特徴とする時刻装置。
【請求項６】
請求項１から４までのいずれか１つに記載の時刻装置において、
上記基準時刻情報出力部は、原子周波数標準器を内蔵する人工衛星からの基準時刻信号を含む電波を受信して、上記基準時刻信号および上記基準１秒パルスを出力する電波受信機であることを特徴とする時刻装置。
【請求項７】
請求項１から４までのいずれか１つに記載の時刻装置において、
上記基準時刻情報出力部は、高精度の基準時刻情報を含む信号を受信して、上記基準時刻信号および上記基準１秒パルスを出力する受信回路であることを特徴とする時刻装置。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１つに記載の時刻装置において、
上記電圧制御型水晶発振器は、上記電圧制御型水晶発振器の外側と熱的に分離されていることを特徴とする時刻装置。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１つに記載の時刻装置において、
上記Ｄ／Ａ変換器は、上記制御電圧データを保持するラッチ機能を有することを特徴とする時刻装置。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１つに記載の時刻装置と、
少なくとも上記時刻装置に電力を供給するバッテリーと
を備えたことを特徴とする可搬型電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、時刻装置および可搬型電子機器に関し、詳しくは、商用電源の得られない場所で用いられるバッテリー駆動の測定装置やシステムに好適な時刻装置およびその時刻装置を用いた可搬型電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧＰＳ(Global Positioning Satellite)衛星からの電波を受信して、協定世界時ＵＴＣ(Coordinated Universal Time)に同期した基準時刻信号から電圧制御型水晶発振器の発振周波数を常時校正する基準周波数発生装置がある(例えば、特開平８−１４６１６６号公報(特許文献１)参照)。
【０００３】
このような高精度の発振周波数のクロック信号が得られる時刻装置を用いて、標準時刻信号に対する誤差が極めて少ない波形データサンプリングを行う測定装置が考えられる。しかしながら、商用電源の得られない場所で使用するバッテリー駆動の地震観測用レコーダに、上記時刻装置を用いて要求される時刻精度を実現した場合、消費電力の大きいＧＰＳ受信機を用いて電圧制御型水晶発振器の周波数校正を常時行うと、バッテリー駆動時間が短くなるため、長時間の測定ができないという問題がある。
【０００４】
また、上記時刻装置では、電圧制御型水晶発振器の発振周波数は、温度変化により変動するため、装置内の温度を温度センサにより検出して、その検出された温度に基づいて、予め発振周波数の温度特性を測定して得た温度補償データにより、電圧制御型水晶発振器の制御電圧を制御するものがある(例えば、特開平１０−９３３４３号公報(特許文献１)参照)。
【０００５】
このような時刻装置では、複数の時刻装置を製造するとき、精密に管理された温度環境下で個々の時刻装置の補正データを取得して記憶させる必要があり、時刻装置の調整コストが高くつくという問題がある。
【特許文献１】特開平８−１４６１６６号公報
【特許文献２】特開平１０−９３３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、この発明の課題は、要求される時刻精度を維持しながら、低消費電力でかつ調整コストを大幅に低減できる時刻装置および可搬型電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、この発明の時刻装置は、
基準時刻信号およびその基準時刻信号に同期した基準１秒パルスを出力する基準時刻情報出力部と、
電源投入時に上記基準時刻情報出力部からの上記基準時刻信号に合わせて時刻が修正され、時刻計時に同期した１秒パルスを出力する時刻計時部と、
上記時刻計時部に発振周波数に基づくクロック信号を出力する電圧制御型水晶発振器と、
上記電圧制御型水晶発振器の発振周波数を制御する制御電圧を出力するＤ／Ａ変換器と、
上記電圧制御型水晶発振器の温度を検出する温度センサと、
上記基準時刻情報出力部からの上記基準１秒パルスに基づいて、標準発振周波数に対する上記電圧制御型水晶発振器の発振周波数の誤差を測定する周波数誤差測定部と、
上記周波数誤差測定部の測定結果に基づいて、上記Ｄ／Ａ変換器から出力される上記制御電圧を制御して、上記電圧制御型水晶発振器の発振周波数を校正する周波数校正動作を、時間間隔をあけて繰り返し行う制御部と、
上記周波数校正動作が終了する毎に、上記制御部から上記Ｄ／Ａ変換器に出力された上記制御電圧を制御するための制御電圧データを、上記温度センサにより検出された上記電圧制御型水晶発振器の温度と対応づけて温度補償用データとして記憶する不揮発性メモリと、
上記制御部により制御され、上記周波数校正動作時を除く期間は少なくとも上記基準時刻情報出力部の電源をオフする電源制御回路と
を備え、
上記制御部は、上記周波数校正動作時を除く期間、上記不揮発性メモリに記憶された上記温度補償用データに基づいて、上記温度センサにより検出された上記電圧制御型水晶発振器の現在温度に対応する上記制御電圧データを上記Ｄ／Ａ変換器に出力し、
上記周波数誤差測定部は、上記基準時刻情報出力部からの上記基準１秒パルスの立ち上がりまたは立ち下がりと、上記時刻計時部からの上記１秒パルスの立ち上がりまたは立ち下がりとの時間差を測定する時間差測定部と、上記時間差測定部による上記時間差の測定を、上記基準１秒パルスに基づく所定の比較時間をあけて少なくとも２回繰り返して、上記所定の比較時間をあけて測定された前後の時間差の差分を算出する時間差の差分算出部とを有すると共に、
上記制御部は、上記周波数誤差測定部により算出された上記時間差の差分がゼロになるように、上記制御電圧データを補正して上記Ｄ／Ａ変換器に出力する制御電圧データ出力部を有し、
上記時間差測定部において測定された上記時間差を表す時間差データを上記不揮発性メモリに記憶することを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、基準時刻情報出力部からの基準１秒パルスに基づいて、標準発振周波数に対する電圧制御型水晶発振器の発振周波数の誤差を周波数誤差測定部により測定し、その測定結果に基づいて、制御部は、Ｄ／Ａ変換器から出力される制御電圧を制御して、電圧制御型水晶発振器の発振周波数を校正する。この周波数校正動作を、制御部は、時間間隔をあけて繰り返し行う。そして、上記周波数校正動作が終了する毎に、制御部からＤ／Ａ変換器に出力された上記制御電圧を制御するための制御電圧データを、温度センサにより検出された電圧制御型水晶発振器の温度と対応づけて温度補償用データとして不揮発性メモリに記憶する。また、上記周波数校正動作時を除く期間は、制御部により制御された電源制御回路により、少なくとも基準時刻情報出力部の電源をオフする。また、上記制御部は、周波数校正動作時を除く期間、不揮発性メモリに記憶された温度補償用データに基づいて、温度センサにより検出された電圧制御型水晶発振器の現在温度に対応する制御電圧データをＤ／Ａ変換器に出力する。これにより、個別部品の温度係数のバラツキも含めた個々の装置固有の温度補正データが自動的に取得でき、生産時の調整コストが大幅に削減できる。したがって、要求される時刻精度を維持しながら、低消費電力でかつ調整コストを大幅に低減できる。
【０００９】
【００１０】
また、上記周波数誤差測定部は、基準時刻情報出力部からの基準１秒パルスの立ち上がり(または立ち下がり)と、時刻計時部からの１秒パルスの立ち上がり(または立ち下がり)との時間差の測定を、所定の比較時間をあけて少なくとも２回繰り返して、前後の時間差の差分(標準発振周波数に対する電圧制御型水晶発振器の発振周波数の誤差に相当)を時間差の差分算出部により算出する。ここで、「時間差」は、基準時刻情報出力部から出力される基準時刻信号と時刻計時部の計時時刻との時刻差を表す。
【００１１】
そうして算出された前後の時間差の差分がゼロになるように、制御部の制御電圧データ出力部は、制御電圧データを補正してＤ／Ａ変換器に出力する。上記基準時刻情報出力部からの基準１秒パルスと時刻計時部からの１秒パルスとの時間差の差分は、標準発振周波数に対する電圧制御型水晶発振器の発振周波数の誤差に相当するから、この時間差の差分を略ゼロにすることにより、電圧制御型水晶発振器の発振周波数の誤差を略ゼロ(要求される時刻精度を満足する誤差範囲内)にすることが可能となる。このように、電圧制御型水晶発振器の発振周波数の誤差を、基準時刻情報出力部からの基準１秒パルスの立ち上がり(または立ち下がり)と、時刻計時部からの１秒パルスの立ち上がり(または立ち下がり)との時間差の差分により求めることができ、桁数の大きなカウンタを用いることなく、簡単な構成で周波数誤差を測定できる。
【００１２】
また、一実施形態の時刻装置では、上記制御部は、上記周波数誤差測定部における上記所定の比較時間を、要求される時刻精度に基づいて設定するための比較時間設定部を有する。
【００１３】
上記実施形態によれば、上記制御部の比較時間設定部により、要求される時刻精度に基づいて周波数誤差測定部における上記所定の比較時間を設定することによって、例えば、要求される時刻精度が高いときは、上記所定の比較時間を長くして、周波数誤差の検出精度を上げて周波数校正動作を行う。また、要求される時刻精度が低いときは、上記所定の比較時間を短くして、周波数誤差の検出精度を下げて周波数校正動作を行うことにより、基準時刻情報出力部の電源オン時間を少なくできる。
【００１４】
また、一実施形態の時刻装置では、上記制御部は、上記周波数校正動作が終了して上記基準時刻情報出力部の電源を上記電源制御回路によりオフしてから、次に上記ＧＰＳ受信機の電源をオンして上記周波数校正動作を開始するまでの時間間隔を、上記電圧制御型水晶発振器の発振周波数の誤差が大きくなるほど短くする一方、上記誤差が小さくなるほど長くする。
【００１５】
上記実施形態によれば、上記制御部は、周波数校正動作が終了して基準時刻情報出力部の電源を電源制御回路によりオフしてから、次に基準時刻情報出力部の電源をオンして周波数校正動作を開始するまでの時間間隔を、電圧制御型水晶発振器の発振周波数の誤差が大きくなるほど短くすることにより、電圧制御型水晶発振器の発振周波数の校正をより早く行うことができる。一方、電圧制御型水晶発振器の発振周波数の誤差が小さくなるほど長くすることにより、時刻精度を維持したままで、周波数校正動作の頻度を少なくして、基準時刻情報出力部の電源オン時間を少なくできる。
【００１６】
また、一実施形態の時刻装置では、上記制御部は、上記周波数校正動作が終了して上記基準時刻情報出力部の電源を上記電源制御回路によりオフしてから、次に上記ＧＰＳ受信機の電源をオンして上記周波数校正動作を開始するまでの時間間隔を、要求される時刻精度が高くなるほど短くする一方、上記要求される時刻精度が低くなるほど長くする。
【００１７】
上記実施形態によれば、上記制御部は、周波数校正動作が終了して基準時刻情報出力部の電源を電源制御回路によりオフしてから、次にＧＰＳ受信機の電源をオンして周波数校正動作を開始するまでの時間間隔を、要求される時刻精度が高くなるほど短くすることにより、電圧制御型水晶発振器の発振周波数を校正した後の次の周波数校正までの周波数変動が小さくなり、要求される時刻精度を維持できる。一方、要求される時刻精度が低くなるほど長くすることにより、次の周波数校正までの周波数変動が大きくなっても要求される時刻精度を維持することが可能となり、周波数校正動作の頻度を少なくして、基準時刻情報出力部の電源オン時間を少なくできる。
【００１８】
また、一実施形態の時刻装置では、上記基準時刻情報出力部は、協定世界時(ＵＴＣ)に同期した上記基準時刻信号および上記基準１秒パルスを出力するＧＰＳ受信機である。
【００１９】
上記実施形態によれば、上記基準時刻情報出力部としてＧＰＳ受信機を用いることによって、協定世界時(ＵＴＣ)に同期した高精度の基準時刻信号と基準１ＰＰＳ信号を容易に得ることができる。
【００２０】
また、一実施形態の時刻装置では、上記基準時刻情報出力部は、原子周波数標準器を内蔵する人工衛星からの基準時刻信号を含む電波を受信して、上記基準時刻信号および上記基準１秒パルスを出力する電波受信機である。
【００２１】
上記実施形態によれば、上記基準時刻情報出力部として原子周波数標準器を内蔵する人工衛星からの基準時刻信号を含む電波を受信する電波受信機を用いることによって、人工衛星の基準時刻に同期した高精度の基準時刻信号と基準１ＰＰＳ信号を容易に得ることができる。
【００２２】
また、一実施形態の時刻装置では、上記基準時刻情報出力部は、高精度の基準時刻情報を含む信号を受信して、上記基準時刻信号および上記基準１秒パルスを出力する受信回路である。
【００２３】
上記実施形態によれば、上記基準時刻情報出力部として高精度の基準時刻情報を含む信号を受信する電波受信回路を用いることによって、高精度の基準時刻情報に同期した基準時刻信号と基準１ＰＰＳ信号を容易に得ることができる。
【００２４】
また、一実施形態の時刻装置では、上記電圧制御型水晶発振器は、上記電圧制御型水晶発振器の外側と熱的に分離されている。
【００２５】
上記実施形態によれば、上記電圧制御型水晶発振器が外側と熱的に分離されていることによって、電圧制御型水晶発振器の温度変化を抑えて、発振周波数を安定させることができる。
【００２６】
また、一実施形態の時刻装置では、上記Ｄ／Ａ変換器は、上記制御電圧データを保持するラッチ機能を有する。
【００２７】
上記実施形態によれば、上記Ｄ／Ａ変換器が上記制御電圧データを保持するラッチ機能を有することにより、制御電圧データを出力する制御部側で保持する必要がなくなる。
【００２８】
また、この発明の可搬型電子機器では、
上記のいずれか１つの時刻装置と、
少なくとも上記時刻装置に電力を供給するバッテリーと
を備えたことを特徴とする。
【００２９】
上記構成によれば、要求される時刻精度を維持しながら、低消費電力でかつ調整コストを大幅に低減できる時刻装置を用いることによって、少なくとも上記時刻装置に電力を供給するバッテリーの寿命を長くできると共に、商用電源の得られない場所で長時間の運転ができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上より明らかなように、この発明の時刻装置によれば、要求される時刻精度を維持しながら、低消費電力でかつ調整コストを大幅に低減できる時刻装置を実現することができる。
【００３１】
また、この発明の可搬型電子機器によれば、上記時刻装置を用いることにより、商用電源の得られない場所で長時間の運転が可能なバッテリー駆動の可搬型電子機器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、この発明の時刻装置および可搬型電子機器を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３３】
図１はこの発明の実施の一形態の時刻装置の構成を示すブロック図である。
【００３４】
この実施形態の図１に示す時刻装置は、屋外で使用することを前提としたバッテリー駆動の地震観測用レコーダ(図示せず)に搭載される。この地震観測用レコーダにおいて要求される時刻精度は、協定世界時ＵＴＣ(Coordinated Universal Time)に対して常時１ｍｓｅｃ以下の誤差である。
【００３５】
この時刻装置は、図１に示すように、基準時刻情報出力部の一例としてのＧＰＳ受信機１１と、上記ＧＰＳ受信機１１から出力された基準１ＰＰＳ(１パルス／秒)信号を受ける時間差測定部１２と、上記ＧＰＳ受信機１１から出力された基準時刻信号および時間差測定部１２により測定された時間差を表す信号を受ける制御部１３と、上記制御部１３からの制御電圧データを表す信号を受けて、制御電圧を出力するＤ／Ａ変換器１４と、上記Ｄ／Ａ変換器１４からの制御電圧により発振周波数が制御される電圧制御型水晶発振器１５(標準発振周波数４ＭＨｚ)と、上記電圧制御型水晶発振器１５の温度を測定する温度センサ１６と、上記制御部１３により読出しおよび書き込みが行われる不揮発性メモリ１７と、上記制御部１３により制御され、電圧制御型水晶発振器１５からのクロック信号(４ＭＨｚ)により時刻を計時する時刻計時部の一例としてのリアルタイムクロック１８と、上記制御部１３により制御され、各部の電源のオンオフを制御する電源制御回路１９とを備えている。
【００３６】
上記ＧＰＳ受信機１１から出力される基準時刻信号および基準１ＰＰＳ信号は、協定世界時ＵＴＣに同期している。
【００３７】
また、上記時間差測定部１２は、ＧＰＳ受信機１１からの基準１ＰＰＳ信号とリアルタイムクロック１８から出力される１ＰＰＳ信号との時間差を、電圧制御型水晶発振器１５からのクロック信号を用いて測定する。ここで、時間差の測定分解能は、４ＭＨzのクロック信号に基づく０.２５μsecである。
【００３８】
具体的には、基準１ＰＰＳ信号が３０パルス分(３０秒)の比較時間で、時間差測定部１２によりＧＰＳ受信機１１からの基準１ＰＰＳ信号の立ち上がりと、リアルタイムクロック１８からの１ＰＰＳ信号の立ち上がりとの時間差を測定する。ここで、時間差の測定分解能は、電圧制御型水晶発振器１５からの４ＭＨzのクロック信号に基づく０.２５μsecである。そして、上記制御部１３の時間差の差分算出部１３aにより、時間差測定部１２で上記比較時間をあけて測定された前後の時間差の差分(標準発振周波数に対する電圧制御型水晶発振器１５の発振周波数の誤差に相当)を算出する。
【００３９】
図７(a)〜(d)は時間差の差分の測定を説明するための図を示しており、(a)はＧＰＳ受信機１１からの基準１ＰＰＳ信号、(b)はリアルタイムクロック１８からの１ＰＰＳ信号、(c)は基準１ＰＰＳ信号と１ＰＰＳ信号との時間差△ｔ1,△ｔ2,…に対応する時間だけオンするゲート信号、(c)は上記ゲート信号がオンのときにカウンタ(図示せず)に入力されるクロック信号を夫々示している。なお、図７(c),(d)では、図を見やすくするために時間軸を拡大して示している。
【００４０】
ここで、時間差△ｔ1と時間差△ｔ2との差分は、基準１ＰＰＳ信号の３０パルス分(３０秒)の時間において、標準発振周波数４ＭＨzに対するクロック信号の周波数誤差を表している。すなわち、周波数誤差がゼロなら、時間差△ｔ1,△ｔ2は一致する。また、電圧制御型水晶発振器１５の発振周波数が低い場合は、時間差の差(△ｔ1−△ｔ2)は正の値となる一方、電圧制御型水晶発振器１５の発振周波数が高い場合は、時間差の差(△ｔ1−△ｔ2)が負の値となる。
【００４１】
なお、時間差の差分を算出する代わりに大きな桁数のカウンタを用いて、ＧＰＳ受信機１１からの基準１ＰＰＳ信号が３０パルス分(３０秒)の間、電圧制御型水晶発振器１５からの４ＭＨzのクロック信号をカウントしても良い。
【００４２】
図８(a)〜(c)は大きな桁数のカウンタ(図示せず)を用いて電圧制御型水晶発振器１５のクロック信号をカウントする場合について説明するための図を示しており、(a)はＧＰＳ受信機１１からの基準１ＰＰＳ信号、(b)は基準１ＰＰＳ信号の３０パルス分(３０秒)の間、オンするゲート信号、(c)は上記ゲート信号がオンのときに大きな桁数のカウンタに入力されるクロック信号を夫々示している。
【００４３】
例えば、電圧制御型水晶発振器１５からの４ＭＨzのクロック信号に誤差がなく正確であれば、基準１ＰＰＳ信号が３０パルス分(３０秒)の間のカウント数は、４×１０６×３０となる。電圧制御型水晶発振器１５の発振周波数が低い場合は、カウント数は少なくなる一方、電圧制御型水晶発振器１５の発振周波数が高い場合は、カウント数が多くなる。
【００４４】
上記電圧制御型水晶発振器１５は、温度補償型水晶発振器(ＶＣ−ＴＣＸＯ(Voltage Controlled - Temperature Compensated crystal Oscillator))を用いている。電圧制御型であれば必ずしも温度補償型でなくても良い。この電圧制御型水晶発振器１５の４ＭＨｚの発振周波数の温度特性は−３０℃〜７５℃において±２.５ｐｐｍである。この電圧制御型水晶発振器１５は、時刻装置だけでなく、図示しない地震観測用レコーダの他の回路にもクロック信号を供給している(＊印参照)。
【００４５】
また、上記電圧制御型水晶発振器１５に対して制御電圧を出力して発振周波数を制御するＤ／Ａ変換器１４は、高分解能での制御が必要なために１４ビットのＤ／Ａ変換器を用いている。また、上記温度センサ１６は、測定範囲が−３０℃〜１００℃である。この温度センサ１６は、測定再現性が良ければ必ずしも絶対温度精度や直線性が優れていなくても良い。
【００４６】
上記不揮発性メモリ１７は、ＥＥＰＲＯＭ(電気的消去書込み可能な読出し専用メモリ)を用いている。この不揮発性メモリ１７に記憶する制御電圧データと温度データのセットデータ(温度補償用データ)は、温度データを基準に管理する(温度データ分解能は０.１℃)。
【００４７】
また、上記リアルタイムクロック１８は、オートカレンダ機能付きである。
【００４８】
上記電源制御回路１９は、この時刻装置だけでなく、図示しない地震観測用レコーダの他の回路の電源も制御している(＊印参照)。
【００４９】
上記制御部１３は、マイクロコンピュータと入出力回路などからなり、時刻装置だけでなく、地震観測用レコーダの他の回路の制御も兼ねている。また、制御部１３は、時間差の差分算出部１３aと、Ｄ／Ａ変換器１４に制御電圧データを出力する制御電圧データ出力部１３bと、要求される時刻精度に基づいて所定の比較時間を設定する比較時間設定部１３cとを有している。上記時間差測定部１２と時間差の差分算出部１３aで周波数誤差測定部を構成している。
【００５０】
図２は上記制御部１３の電圧制御型水晶発振器１５の周波数校正動作およびＧＰＳ受信機１１の電源制御に関するフローチャートを示している。
【００５１】
電源投入時、電圧制御型水晶発振器１５は初期状態で水晶発振が行われ、リアルタイムクロック１８は、仮の日付時刻でスタートする。
【００５２】
そして、図２のステップＳ１でＧＰＳ受信機１１の電源をオンして立ち上げた後、ステップＳ２に進み、ＧＰＳ受信機１１からの基準時刻信号でリアルタイムクロック１８を正しい日付時刻に修正する。ここで、リアルタイムクロック１８の時刻精度は、協定世界時ＵＴＣに対して数μｓｅｃ以下の誤差となるようにしている。
【００５３】
次に、ステップＳ３に進み、この状態でＧＰＳ受信機１１からの基準１ＰＰＳ信号とリアルタイムクロック１８の１ＰＰＳ信号の時間差の測定を時間差測定部１２により３０秒間隔(基準１ＰＰＳ信号の３０パルス分)で行い、時間差測定部１２により測定された前回の時間差と今回の時間差の差分を時間差の差分算出部１３aにより算出する。
【００５４】
次に、ステップＳ４に進み、ステップＳ３で算出された時間差の差分がゼロでないとき、ステップＳ１２に進み、時間差の差分がゼロになるように、制御電圧データ出力部１３bからＤ／Ａ変換器１４に制御電圧データを出力した後、ステップＳ３に戻る。
【００５５】
一方、ステップＳ４で時間差の差分がゼロと判断すると、ステップＳ５に進む。ここで、時間差の差分は、完全にゼロでなくともよい。４ＭＨzのクロック信号で±１カウント以内に調整すれば、電圧制御型水晶発振器１５の発振周波数の誤差を１×１０−８程度で調整できる。
【００５６】
次に、制御電圧データ出力部１３bからＤ／Ａ変換器１４に出力される制御電圧データを固定し、ステップＳ５で現在の時間差データを不揮発性メモリ１７に記憶する。
【００５７】
そして、ステップＳ６に進み、電圧制御型水晶発振器１５の温度を測定した後、ステップＳ７に進み、制御電圧データと温度データのセットデータを不揮発性メモリ１７に記憶する。
【００５８】
次に、ステップＳ８に進み、ＧＰＳ受信機１１の電源を遮断した後、ステップＳ９に進み、次のＧＰＳ受信機１１の電源オン時刻の計算を行う。ここで、次のＧＰＳ受信機１１の電源立ち上げるまでの時間間隔は初回のみ固定値とし、この実施の形態では１時間としている。
【００５９】
そして、ステップＳ１０でＧＰＳ受信機１１の電源オン時刻になったと判定すると、ステップＳ１１に進み、ＧＰＳ受信機１１の電源をオンした後、ステップＳ３に戻る。
【００６０】
ステップＳ３以降は、同様にＧＰＳ受信機１１からの基準１ＰＰＳ信号とリアルタイムクロック１８の１ＰＰＳ信号の時間差測定を行い、その時間差データを前回の時間差データと比較をする。
【００６１】
次回のＧＰＳ受信機１１を立ち上げるまでの時間間隔は、この時間差の差分に基づいて判断する。この実施の形態における時間間隔の判断基準を表１に示している。
【００６２】
【表１】
0004950922.tif 000002
【００６３】
図３は上記制御部１３のセットデータ記憶処理(ステップＳ７)のフローチャートを示している。
【００６４】
このセットデータ記憶処理では、ステップＳ２１で測定された温度に該当するセットデータが不揮発性メモリ１７にあるか否かを判定する。
【００６５】
そして、ステップＳ２１で測定された温度に該当するセットデータが不揮発性メモリ１７にあると判定したときは、ステップＳ２２に進み、電圧制御データを不揮発性メモリ１７に記憶された既存データと平均値処理する。
【００６６】
次に、ステップＳ２３に進み、ステップＳ２２で求めた平均値を不揮発性メモリ１７の既存データに上書きして、この処理を終了する。
【００６７】
一方、ステップＳ２１で測定された温度に該当するセットデータが不揮発性メモリ１７にないと判定したときは、ステップＳ２４に進み、不揮発性メモリ１７にセットデータを記憶して、この処理を終了する。
【００６８】
上記制御電圧データと温度データのセットデータは、温度データを基準にして０.１℃分解能で記憶するが、同じ温度によるセットデータが取得できた場合は、上述のとおり上書きを行う。この上書きを行うとき、データ急変のリスクを避けるために既存データとの平均化を行ったが、既存データとの比較である一定以上の変動が生じる場合は上書きしない等の判断を加えても良い。このセットデータは、水晶発信周波数に関する個別の時刻装置の部品の持つ温度係数に関する影響を全て包含したものになり、最新データに書き換えることにより経時変動にも対応できる。
【００６９】
また、図４Ａ,図４Ｂは上記制御部１３のＧＰＳ受信機１１の電源オン時刻計算(ステップＳ９)のフローチャートを示している。
【００７０】
この電源オン時刻計算の処理では、図４Ａに示すステップＳ３１で前回の時間差データがないと判定すると、ステップＳ３２に進み、次回のＧＰＳ受信機１１の電源オン時刻を１時間後として、図４Ｂに示すステップＳ４１進み、今回の時間間隔を記憶する。
【００７１】
一方、図４Ａに示すステップＳ３１で前回の時間差データがあると判定すると、ステップＳ３３に進み、前回の時間差との差分が１ｍｓｅｃ以上か否かを判定する。そして、ステップＳ３３で前回の時間差との差分が１ｍｓｅｃ以上であると判定すると、ステップＳ３２に戻る。
【００７２】
また、ステップＳ３３で前回の時間差との差分が１ｍｓｅｃ未満であると判定すると、ステップＳ３４に進み、前回の時間差との差分が０．８ｍｓｅｃ以上か否かを判定する。
【００７３】
そして、ステップＳ３４で前回の時間差との差分が０．８ｍｓｅｃ以上であると判定すると、ステップＳ３５に進む一方、前回の時間差との差分が０．８ｍｓｅｃ未満であると判定すると、図４Ｂに示すステップＳ４２に進む。
【００７４】
次に、ステップＳ３５で前回の時間間隔が１時間であると判定すると、ステップＳ３２に進む一方、前回の時間間隔が１時間でないと判定すると、ステップＳ３６に進む。
【００７５】
そして、ステップＳ３６で次回のＧＰＳ受信機１１の電源オン時刻は、(前回の時間間隔−１時間)後として、図４Ｂに示すステップＳ４１進む。
【００７６】
また、図４Ｂに示すステップＳ４２では、前回の時間差との差分が０．６ｍｓｅｃ以上であると判定すると、ステップＳ４３に進み、次回のＧＰＳ受信機１１の電源オン時刻は、前回の時間間隔と同一として、ステップＳ４１に進む。
【００７７】
一方、ステップＳ４２では、前回の時間差との差分が０．６ｍｓｅｃ未満であると判定すると、ステップＳ４４に進み、次回のＧＰＳ受信機１１の電源オン時刻は、(前回の時間間隔＋１時間)後として、ステップＳ４１に進む。
【００７８】
上記ＧＰＳ受信機１１の電源がオフの期間において、図５のフローチャートにしたがって電圧制御型水晶発振器１５の温度計測による電圧制御が行われる。
【００７９】
この電圧制御の処理では、まず、図５に示すステップＳ５１で電圧制御型水晶発振器１５の温度を温度センサ１６により測定した後、ステップＳ５２に進む。
【００８０】
次に、ステップＳ５２で、ステップＳ５１で測定された温度に該当するセットデータが不揮発性メモリ１７にあると判定すると、ステップＳ５３に進み、電圧制御型水晶発振器１５の電圧制御を行った後、この処理を終了する。
【００８１】
具体的には、温度センサ１６により測定された温度データに対応する制御電圧データを不揮発性メモリ１７から読み出して、その制御電圧データを制御電圧データ出力部１３bからＤ／Ａ変換器１４に出力する。
【００８２】
一方、ステップＳ５２で、ステップＳ５１で測定された温度に該当するセットデータが不揮発性メモリ１７にないと判定すると、ステップＳ５４に進み、制御電圧データの近似値計算を行った後、ステップＳ５３に進む。
【００８３】
図６は上記ステップＳ５４の制御電圧データの近似値計算のフローチャートを示している。ここで、予め少なくとも１組の代表的なセットデータ(温度補償用データ)を不揮発性メモリ１７に記憶しているものとする。
【００８４】
この制御電圧データの近似値計算の処理では、まず、ステップＳ６１でセットデータが１組だけ存在すると判定すると、ステップＳ６２に進み、不揮発性メモリ１７に記憶されているセットデータを使用して、この処理を終了する。
【００８５】
一方、ステップＳ６１で該当するセットデータが２組以上存在すると判定すると、ステップＳ６３に進み、測定温度の高温側と低温側にセットデータが存在するか否かを判定する。そして、ステップＳ６３で、測定温度の高温側と低温側にセットデータが存在すると判定すると、ステップＳ６４に進む一方、測定温度の高温側と低温側にセットデータが存在しないと判定すると、ステップＳ６５に進む。
【００８６】
そして、ステップＳ６４では、高温側と低温側で測定温度に最も近いセットデータで比例配分法により近似値を計算した後、この処理を終了する。
【００８７】
一方、ステップＳ６５では、測定温度に最も近い２点のセットデータで比例配分法により近似値計算した後、この処理を終了する。
【００８８】
このように、上記ＧＰＳ受信機１１が電源オフ状態で動作していない間は、不揮発性メモリ１７に記憶されている制御電圧データと温度データのセットデータに基づいて、電圧制御型水晶発振器１５の電圧制御を行う。そして、定期的に電圧制御型水晶発振器１５の温度を測定し、測定温度が０.１℃以上変化した場合、記憶されているセットデータと同一温度の制御電圧に変更する。また、測定温度と同一温度のセットデータが無い場合は、最も近い２点の温度データを比例配分等で近似して制御電圧を決定する。
【００８９】
この実施形態では、比例配分法を用いて近似値計算をしたが、近似曲線などを用いた他の方法により近似値計算をしてもよい。
【００９０】
上記電圧制御型水晶発振器１５を装置筐体や他の回路から熱的に分離した構造にすることによって、温度変化による発振周波数の変動が抑えられるので、電圧制御型水晶発振器１５の温度測定による電圧制御の時間間隔を長期化できる。
【００９１】
以上により、この第１実施形態の時刻装置は、電源投入後の時間経過と共に回路の安定化とデータの蓄積が進み、要求される時刻精度を維持しながら、ＧＰＳ受信機１１の電源投入の時間間隔が長期化でき、消費電力を低減することができる。
【００９２】
また、出荷時には、制御電圧データと温度データのセットデータの蓄積を進めておくことが望ましいが、ＧＰＳ信号が受信可能な状態で装置の仕様範囲内で比較的緩やかな温度勾配で周囲温度が変化する環境下において、装置を動作させることにより、制御電圧データと温度データのセットデータの蓄積することができるので、特段の調整作業は不要である。
【００９３】
上記構成の時刻装置において、ＧＰＳ受信機１１からの基準１秒パルスに基づいて、標準発振周波数４ＭＨzに対する電圧制御型水晶発振器１５の発振周波数の誤差を周波数誤差測定部(１２,１３a)により測定し、その測定結果に基づいて、制御部１３は、Ｄ／Ａ変換器１４から出力される制御電圧を制御して、電圧制御型水晶発振器１５の発振周波数を校正する。この周波数校正動作を、制御部１３は、時間間隔をあけて繰り返し行う。そして、上記周波数校正動作が終了する毎に、制御部１３からＤ／Ａ変換器１４に出力された制御電圧データを、温度センサ１６により検出された電圧制御型水晶発振器１５の温度を表す温度データと対応づけて温度補償用データとして不揮発性メモリ１７に記憶する。また、上記周波数校正動作時を除く期間は、制御部１３により制御された電源制御回路１９により、消費電力が他の回路と比べて大きいＧＰＳ受信機１１の電源をオフする。また、上記制御部１３は、周波数校正動作時を除く期間、不揮発性メモリ１７に記憶された温度補償用データに基づいて、温度センサ１６により検出された電圧制御型水晶発振器１５の現在温度に対応する制御電圧データをＤ／Ａ変換器１４に出力する。これにより、個別部品の温度係数のバラツキも含めた個々の装置固有の温度補償用データが自動的に取得でき、生産時の調整コストが大幅に削減できる。
【００９４】
したがって、この第１実施形態の時刻装置において、要求される時刻精度を維持しながら、低消費電力でかつ調整コストを大幅に低減することができる。
【００９５】
また、周波数誤差測定部(１２,１３a)は、ＧＰＳ受信機１１からの基準１ＰＰＳ信号の立ち上がり(または立ち下がり)と、リアルタイムクロック１８からの１ＰＰＳ信号の立ち上がり(または立ち下がり)との時間差の測定を、所定の比較時間(この実施形態では基準１ＰＰＳ信号の３０パルス分)をあけて少なくとも２回繰り返して、前後の時間差の差分を時間差の差分算出部１３aにより算出する。そうして算出された前後の時間差の差分がゼロになるように、制御部１３の制御電圧データ出力部は、制御電圧データを補正してＤ／Ａ変換器１４に出力する。上記ＧＰＳ受信機１１からの基準１ＰＰＳ信号とリアルタイムクロック１８からの１ＰＰＳ信号との時間差の差分は、標準発振周波数に対する電圧制御型水晶発振器１５の発振周波数の誤差に相当するから、この時間差の差分を略ゼロにすることにより、電圧制御型水晶発振器１５の発振周波数の誤差を略ゼロにすることが可能となる。このように、電圧制御型水晶発振器１５の発振周波数の誤差を、ＧＰＳ受信機１１からの基準１ＰＰＳ信号の立ち上がり(または立ち下がり)と、リアルタイムクロック１８からの１ＰＰＳ信号の立ち上がり(または立ち下がり)との時間差の差分により求めることができ、桁数の大きなカウンタを用いることなく、簡単な構成で周波数誤差を測定できる。
【００９６】
また、上記制御部１３の比較時間設定部１３cにより、要求される時刻精度に基づいて周波数誤差測定部(１２,１３a)における上記所定の比較時間を設定することによって、例えば、要求される時刻精度が高いときは、上記所定の比較時間を長くして、周波数誤差の検出精度を上げて周波数校正動作を行う。また、要求される時刻精度が低いときは、上記所定の比較時間を短くして、周波数誤差の検出精度を下げて周波数校正動作を行うことにより、ＧＰＳ受信機１１の電源オン時間を少なくできる。
【００９７】
例えば、地震観測用レコーダでは、要求される時刻精度は、協定世界時ＵＴＣに対して常時１ｍｓｅｃ以下の誤差であるが、この時刻装置によれば、他の分野において、要求される時刻精度が１００ｍｓｅｃ以下の場合や、１００μｓｅｃ以下の場合などに対応することが可能となる。
【００９８】
また、周波数校正動作が終了してＧＰＳ受信機１１の電源を電源制御回路１９によりオフしてから、次にＧＰＳ受信機１１の電源をオンして周波数校正動作を開始するまでの時間間隔を、電圧制御型水晶発振器１５の発振周波数の誤差(時間差の差)が大きくなるほど短くすることにより、電圧制御型水晶発振器１５の発振周波数の校正をより早く行うことができる。一方、電圧制御型水晶発振器１５の発振周波数の誤差(時間差の差)が小さくなるほど長くすることにより、時刻精度を維持したままで、周波数校正動作の頻度を少なくして、ＧＰＳ受信機１１の電源オン時間を少なくできる。
【００９９】
また、周波数校正動作が終了してＧＰＳ受信機１１の電源を電源制御回路１９によりオフしてから、次にＧＰＳ受信機の電源をオンして周波数校正動作を開始するまでの時間間隔を、要求される時刻精度が高くなるほど短くすることにより、電圧制御型水晶発振器１５の発振周波数を校正した後の次の周波数校正までの周波数変動が小さくなり、要求される時刻精度を維持できる。一方、要求される時刻精度が低くなるほど時間間隔を長くすることにより、次の周波数校正までの周波数変動が大きくなっても要求される時刻精度を維持することが可能となり、周波数校正動作の頻度を少なくして、ＧＰＳ受信機１１の電源オン時間を少なくできる。
【０１００】
この要求される時刻精度に応じて上記時間間隔を調整する処理は、前述の電圧制御型水晶発振器１５の発振周波数の誤差(時間差の差)に応じて上記時間間隔を調整する処理と合わせて行ってもよいし、いずれか一方のみを行ってもよい。
【０１０１】
また、上記ＧＰＳ受信機１１を用いることによって、協定世界時(ＵＴＣ)に同期した高精度の基準時刻信号と基準１ＰＰＳ信号を容易に得ることができる。
【０１０２】
また、上記Ｄ／Ａ変換器１４が制御電圧データを保持するラッチ機能を有することにより、制御電圧データを出力する制御部１３側で保持する必要がなくなる。
【０１０３】
〔第２実施形態〕
図９はこの発明の第２実施形態の可搬型電子機器の一例としての地震観測用レコーダの構成を示すブロック図である。
【０１０４】
この第２実施形態の地震観測用レコーダは、第１実施形態の図１に示す時刻装置２０を備えると共に、速度センサ(図示せず)からの第１〜第３入力信号をＡ／Ｄ変換する３つのＡ／Ｄ変換器２１〜２３と、上記時刻装置２０からの時刻信号とＡ／Ｄ変換器２１〜２３からの信号を連続して記憶する記憶装置２４と、上記Ａ／Ｄ変換器２１〜２３にサンプリング信号を出力するサンプリング信号生成部２５と、バッテリー２６とを備えている。
【０１０５】
上記サンプリング信号生成部２５は、時刻装置２０からのクロック信号に基づいて、サンプリング信号を生成する。
【０１０６】
上記２実施形態の地震観測用レコーダでは、時刻装置２０からの高精度なクロック信号に基づいて、Ａ／Ｄ変換器２１〜２３によるサンプリングを行って、図１に示すリアルタイムクロック１８からの時刻データと対応づけてＡ／Ｄ変換器２１〜２３のサンプリングデータが記憶装置２４に記憶される。これと同時に、図１に示す不揮発性メモリ１７に記憶された時間差データも記憶装置２４に記憶される。そうして、記憶装置２４に記憶されたサンプリングデータについて、時刻データから対応する時間差データ分を補正することにより、協定世界時ＵＴＣに対して誤差が１ｍｓｅｃ以下の正確な時刻が得られる。
【０１０７】
また、時刻装置２０は、最初の電源投入時に図１に示すＧＰＳ受信機１１からの基準時刻信号でリアルタイムクロック１８を正しい日付時刻に修正するが、その後は、リアルタイムクロック１８の時刻修正をせずに、電圧制御型水晶発振器１５の周波数校正を行うことにより時刻精度を維持している。これにより、サンプリングデータの時系列が不連続になることがなく、全てのサンプリングデータについて協定世界時(ＵＴＣ)に対する時刻誤差が１ｍｓｅｃ以下となる。
【０１０８】
上記構成の地震観測用レコーダによれば、要求される時刻精度を維持しながら、低消費電力でかつ調整コストを大幅に低減できる時刻装置２０を用いることによって、電力を供給するバッテリーの寿命を長くでき、商用電源の得られない場所において長時間の運転が要求される地震観測用レコーダに特に好適である。
【０１０９】
上記第１,第２実施形態では、基準時刻情報出力部として協定世界時(ＵＴＣ)に同期した基準時刻信号および基準１秒パルスを出力するＧＰＳ受信機１１を用いたが、基準時刻情報出力部はこれに限らず、原子周波数標準器を内蔵する人工衛星からの基準時刻信号を含む電波を受信して、基準時刻信号および基準１秒パルスを出力する電波受信機であってもよいし、高精度の基準時刻情報を含む信号を受信して、基準時刻信号および基準１秒パルスを出力する受信回路であってもよい。
【０１１０】
一般的に、電圧制御型水晶発振器の発振周波数の変動要因は、機械的ストレス、温度変化、電圧変化、経時変化、であるが、適切に実装された装置の場合、振動や衝撃の少ない環境下では機械的ストレス要因は排除できる。本発明では、温度変化、電圧変化、を制御下に置き、また記憶させる制御電圧と温度のセットデータを最新調整測定データに書き換えることにより、経時変化にも対応できる。
【０１１１】
この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記第１,第２実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態の時刻装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は上記時刻装置の制御部による電圧制御型水晶発振器の周波数校正動作およびＧＰＳ受信機の電源制御を説明するフローチャートである。
【図３】図３は上記制御部のセットデータ記憶処理のフローチャートを示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは上記制御部のＧＰＳ受信機の電源オン時刻計算のフローチャートを示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは図４Ａに続くフローチャートを示す図である。
【図５】図５は電圧制御型水晶発振器の温度計測による電圧制御の処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】図６は制御電圧データの近似値計算の処理を説明するためのフローチャートである。
【図７】図７(a)〜(d)は時間差の差分の測定を説明するための図である。
【図８】図８(a)〜(c)は大きな桁数のカウンタ(図示せず)を用いて電圧制御型水晶発振器のクロック信号をカウントする場合について説明するための図である。
【図９】図９はこの発明の第２実施形態の可搬型電子機器の一例としての地震観測用レコーダの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１１…ＧＰＳ受信機
１２…時間差測定部
１３…制御部
１４…Ｄ／Ａ変換器
１５…電圧制御型水晶発振器
１６…温度センサ
１７…不揮発性メモリ
１８…リアルタイムクロック
１９…電源制御回路
２０…時刻装置
２１,２２,２３…Ａ／Ｄ変換器
２４…記憶装置
２５…サンプリング信号生成部
２６…バッテリー
【図１】
0004950922.tif 000003
【図２】
0004950922.tif 000004
【図３】
0004950922.tif 000005
【図４Ａ】
0004950922.tif 000006
【図４Ｂ】
0004950922.tif 000007
【図５】
0004950922.tif 000008
【図６】
0004950922.tif 000009
【図７】
0004950922.tif 000010
【図８】
0004950922.tif 000011
【図９】
0004950922.tif 000012