JPH04504035A - ヘテロダイン無線受信機における発振器の自動較正 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ヘテロダイン無線受信機における発振器の自動較正技術分野 本発明は、発振器の自動較正に関し、さらに詳しくは、周波数精度および安定度 を達成するための、高周波単側波帯（ＨＦ　５ＳＢ）ヘテロダイン無線受信機に おける発振器の温度および周波数の較正に関する。

背景技術 周波数の精度および安定度は、無線通信、特にＨＦ　ＳＳＢにおいて重要な問題 である。ラジオ用の発振部分（特に、発振する水晶）の振動周波数は特に、温度 の変化に敏感でおり、そのため、オーブン容器内で一定の温度に保だ−れること によって、通常は周囲温度の状態から隔離されている。

発振器の主な周波数寄与部分は水晶からのものである。

水晶について、典型的な温度に対する周波数偏移の特性を図示したのが第１図で ある。このため高い周波数安定度は、水晶の温度を、ある与えられた湿度変化に 対する最低周波数偏移点（すなわち、傾きゼロ）近傍に調節することによって達 成できる。また、水晶自体の基本特性に基づき、発振器全体の動作温度を調節す る方法によっても、高い周波数安定度が得られる。

最大周波数安定度が得られるこの最適温度は水晶によって相当違いがあり、また 各水晶においても、時間が経過するとエージングのために異なってくる。このた め、オーブン温度は通常、各発振器に対し、それらがラジオに組み込まれる前に 、工場で精密計測器を用いて一定の許容誤差の範囲内で個々に設定され、ついで 、いったん組み立てられた後に個々に周波数調整が行われるが、各発振器は、そ の製品寿命を通じ、また時間の経過につれて、現場で調整を行う必要が必る。

ラジオが、水晶発振器からの信号など基準周波数信号に同期された位相同期ルー プから構成される場合、もう１つの周波数偏移源となるのが、位相同期ループ内 の電圧制御発振器（ＶＣＯ）である。ラジオの製品寿命の間、中心周波数は周囲 の動作条件およびエージングのためにずれやすい。回路の中心周波数が臨界周波 数である場合には、はとんどの位相同期ループがポテンシオメータによる手動調 整を必要とする。

そこで必要とされるのか、発振器の動作部分を独立して調節する方法（ラジオ自 体に必要不可欠〉である。現代のＮＦ　ＳＳＢラジオでは、精密試験計器を用い ず、単にラジオ自体の素子を用いて、現場のラジオ内部で自動的に較正すること が可能である。これは、既知のデジタル信号処理／周波数サンプリング法を用い て、従来のマイクロプロセッサにより簡単に可聴出力で測定できるように、周波 数誤差が無線受信機内で逓倍されるからである。

従って本発明の目的は、外部周波基準信号のみを用いて、望ましい周波数安定度 を得るために、発振器の基本主要特性に基づき、発振器の温度および周波数を自 動的かつ積分法により較正する方法を提供することである。

発明の概要 本発明により、発振器の温度が設定可能なシステムにおいて周波数安定度を達成 するために、発振器の温度を自動的かつ積分法により較正するシステムが提供さ れる。温度の較正は、発振器の現在の最適動作温度を積分法によって算定し、発 振器の温度を前記最適温度に積分法によりリセットすることによって実行される 。このため、周波数安定度関係の安定度が達成され、ついで周波数の較正が可能 となる。

図面の簡単な説明 本発明に基づく典型的なシステムを、下記の添付図を参照して、単に例として示 す： 第１図は、水晶の温度に対する典型的な周波数偏移特性を表すグラフである。

第２図は、本発明を組み込む周波数合成型ラジオのブロック図である。

第３図は、本発明に基づき構成された、第２図の処理装置のブロック図である。

第４図は、本発明の第２の側面に基づく位相同期ループのブロック図である。

発明を実施するための最良の形態 第２図は、本発明を組み込む周波数合成型ラジオのブロック図である。この周波 数合成型ラジオは、基準周波数を提供する周波数発振器１０、第１中間周波ミク サおよび第２中間周波ミクサ１４．１６のために第１インジェクション周波数お よび第２インジェクション周波数を提供してそのプログラマブル周波数分割器が プロセッサ１８からロード可能なシンセサイザ１２、ならびに復調器２０を含ん でおり、このラジオの通常の可聴音出力は、周波数偏移および較正に関する情報 をプロセッサに提供するために本発明に従って効果的に使用される。

この周波数合成型ラジオの発振器１０は、無線受信機が受信する外部基準周波数 とそれ自体の内部基準周波数との間の周波数誤差がベースバンドに変換され、受 信周波数対基準周波数の比率で逓倍されるので、正確に較正できる。

このため、内部基準周波数が１１．４ＭＨｚで、受信機が１０ＭＨ２に同調され ており、外部周波数が１０．００１ＭＨ２である場合には、約１ＫＨ２のトーン が可聴音出力から導出される−−０，１［）ｍの発振器誤差は可聴音出力ではｉ ｏｏｏｐｐｍの偏移として反映される。このような周波数誤差の逓倍は、低価格 の水晶によってクロックが提供される簡素なマイクロプロセッサでも、簡単に可 聴音出力で測定される。

第３図は、本発明に従って構成された、第２図のプロセッサ１８のブロック図で ある。このプロセッサは、受信機の可聴音出力に結合されたマイクロプロセッサ ２２を含んであり、本発明に基づき、周波数偏移および較正に関する情報をプロ セッサに提供するために使用されており、ざらに、温度較正および周波数較正に 関する情報を発振器に提供するために、デジタル・アナログ変換器２４．２６を 含んでいる。

発振器を較正するため、受信機は較正周波数（較正されたトランスミッタ、外部 精密試験計器、または送信された周波数標準から受信した周波数−一時間および 周波数の基−単信号は通常、航行および時刻を知る目的のためにＨＦバンドで得 られる）に同調される。つぎに、温度ＤＡ変換器２４を使用することによって生 成される電圧を変化させ、発振器１０のオーブン温度を、最低温度から最高温度 までの設計範囲にわたり動作させる。それぞれの電圧変化の後、オーブン温度が 安定化するのに充分な時間が経過した後、周波数偏移の変化が可聴音出力で測定 され、記録される（マイクロプロセッサは、デジタル周波数サンプリング技術を 用いて、前記の合成周波数偏移を記録するのに用いる）。いったん、充分な数の 周波数／温度の点が記録されたならば（たとえば、第１図の放物曲線近似法には 最低３点が必要）、周波数偏移が最少となるオーブン温度が決定できる。また、 第１図の基本放物特性の場合、前記最適温度（傾きがゼロの場合）は、 放物線ｆ＝Ａｔ＊＊２＋Ｂｔ＋ｃの係数から算定される。ここで：Ｔｃａｌ　１ ｂｒａｔｉｏｎ＝−３／２Ａ　またここで＾＝［（ｆｌ−ｆｏ）（ｔ２−ｔＯ） −（ｆ２−ｆＯ）（ｔｌ−ｔＯ）］／（ｔｌ−ｔｏ）（ｔ２−ｔＯ）（ｔｌ−ｔ ２） および Ｂ＝［ｆ２−ｆＯ−Ａ（ｔ２＊＊２−ｔＯ＊＊２）］／１２−ｔＯであり、これ らは温度／周波数の組（ｔｏ、　ｆｏ）、　（ｔＬ　ｆｌ）および（ｔ２．ｆ２ ）を基にしている。

最後に、最適温度Ｔｃａ　ｌ　ｉ　ｂｒａｔ　ｉ　Ｏｎに対応する電圧は、温度 Ｄ／Ａ２４を通じて生成され、周波数同調Ｄ／Ａ　２６は、可聴音出力で測定さ れた周波数偏移が消えるまで調整される（発振器内のバリキャップ・ダイオード 上の電圧を変化させる）。較正は、温度Ｄ／Ａおよび周波数同調Ｄ／Ａの両方の 値が不揮発性メモリに格納されると完了する。

従って、提供されるのは、発振器の温度が５２定可能な周波数合成型ラジオ内で 周波数精度および安定度を達成するために、発振器の温度を自動的かつ積分法に より較正するシステムである。温度較正は、発振器の現在の最適動作温度を積分 法によって決定し、発振器の温度を前記最適温度に積分法によりリセットするこ とによって実行される。このため、周波数／温度関係の安定度が達成され、つい で周波数較正を行うことができる。

本発明の較正方法は、オーブン温度が制御されない発振器を含め、周波数精度お よび安定度か重要ないずれの発振器でも使用に適している。特に、水晶のエージ ングを補正するための環境での周波数調節にとって効果がある。

第４図について言えば、ラジオの位相同期ループ（Ｐ。

Ｌ、　Ｌ、　）が、位相検波器（Ｐ、Ｄ、＞３０、低域通過フィルタ（Ｌ、Ｐ、 Ｆ、＞３２および電圧制御発掘器（Ｖ。

Ｃ，Ｏ，＞３４から構成されていることを示している。通常の動作においては、 位相検波器３０が基準周波数人力ｆＯを受信し、マイクロプロセッサ３６がＶ、 Ｃ，０，３４の周波数を読み取り、Ａ／Ｄ変換器３８にデジタル制御ワードを提 供する。ついでこの変換器がＶ、Ｃ，Ｏ，の電圧入力を制御して、閉ループ制御 回路を提供する。中心周波数はコンデンサｃｏおよび抵抗Ｒ８によって設定され る。

Ｄ／Ａという手段によって電流Ｉを変化させることによって、システムは中心周 波数を所望の値に調節する。

本発明により、Ｐ、Ｌ、ｌ　、への入力を切断するための手段が、スイッチＳＷ Ｉの形態で提供され、位相検波器３０を中和するための手段が、スイッチＳＷ２ の形態で提供される。本発明に基づく動作は下記のとおりである。マイクロプロ セッサ３６は、試験モードを入力し、スイッチＳＷ１を開き、スイッチＳＷ２を 閉じる。マイクロプロセッサはＶ、Ｃ，０，３４から周波数を読み取り、これを 、メモリ内に予めプログラムされている所望の周波数と比較する。これらの周波 数が符合しない場合、Ｖ、Ｃ，Ｏ，の周波数は下記の２つの方法の内の１つによ って訂正される：ａ）Ｄ／Ａ３８は、マイクロプロセッサが正しい周波数を読み 取るまで、電流Ｉを変化させる；またはｂ）マイクロプロセッサは、所望の周波 数からの偏移を計算し、訂正を行うために必要なデジタル・ワードを提供し、そ の後新しい周波数をチェックし、必要に応じてこのプロセスを繰り返す。

この手順によって、中心周波数を高い精度に調節する機能が提供される。この調 節は、Ｐ、Ｌ、Ｌ、の中心周波数の安定度を確保するため、いつでも所望のとき に行うことができる。

本発明の好適な実施例の位相同期ループはラジオに関して記述されているが、本 発明は、位相同期ループを利用し、その都度較正が望まれる多くの機械に適用で きる。

本発明の好適な実施例を示したが、当業者には、本発明のその他のバリエーショ ンおよび変更態様が実現可能で必ることが理解されるであろう。

ラシーオｌｉ、ｌｌイ吐〜 国際調査報告

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．発振器の温度が設定可能な周波数合成型ラジオにおける周波数の安定度を達 成するために、発振器の温度を自動的かつ積分法により較正する方法であって、 前記較正方法は； 積分法によって、発振器に対する現在の最適動作温度を決定し、および 積分法によって、発振器の温度を前記最適温度に設定し、これにより周波数対温 度関係の安定度が達成されることを特徴する較正方法。
2. ２．前記温度較正に続いて前記発振器の動作周波数を較正し、これによって周波 数精度が達成されることをさらに特徴とする請求項１記載の方法。
3. ３．前記周波数較正は、前記温度較正に続いて合成周波数偏移を記録し、そして 前記周波数偏移を排除するために前記発振器の周波数を調節することをさらに特 徴とする請求項２記載の方法。
4. ４．マイクロプロセッサ駆動のＤ／Ａ変換器は、発振器の周波数生成器内のバリ キャップ・ダイオードに供給された電圧を変化させることによって発振器の周波 数を調節するために利用されることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. ５．前記の積分決定はさらに； 前記発振器の固有の周波数対温度特性を導出し最適動作温度を計算し、相対温度 微分が、ほぼ最小の周波数偏移をとることを特徴とする請求項１記載の方法。
6. ６．前記導出はさらに； 発振器の動作温度をその動作温度の範囲にわたって調節し、合成周波数偏移を記 録し、 表現多項式の係数を計算し、および 前記多項式の極小値を計算し、 これにより、前記極小値が前記発振器の最適動作温度を表すことを特徴とする請 求項５記載の方法。
7. ７．３組の周波数と温度が、係数の解を得るため、ならびに水晶発振器の放物型 二次方程式表現の極小値を計算するために記録されることを特徴とする請求項６ 記載の方法。
8. ８．マイクロプロセッサ駆動のＤ／Ａ変換器は、発振器の温度制御装置に供給さ れる電圧を変化させることによって発振器の動作温度を調節するために利用され ることを特徴とする請求項１記載の方法。
9. ９．マイクロプロセッサは、デジタル周波数サンプリング技術を用いることによ って前記合成周波数偏移を記録するために利用されることを特徴とする請求項３ または請求項５記載の方法。
10. １０．水晶発振器のオーブン温度が設定可能な周波数合成型ラジオにおける周波 数安定度を達成するために自動的かつ積分法により発振器を較正する方法であっ て、前記方法は； 発振器の現在の最適動作温度を積分法により決定する段階であって； 前記発振器の固有の周波数対温度特性を導出し、および相対温度微分の結果周波 数偏移が極小値をとるところの最適動作温度を計算する段階であって； 発振器の動作温度をその動作温度範囲にわたって調節する段階、 合成周波数偏移を記録する段階、 表現多項式の係数を計算する段階、ならびに前記多項式の極小値を計算する段階 （これにより、前記極小値は前記発振器の最適動作温度を表す）であって；係数 の解を得、水晶発振器の放物型二次方程式の極小値を計算するために、３組の周 波数対温度を記録する段階、によって極小値計算を行う段階、 によって前記導出および計算を行う段階、積分法により、発振器の温度を前記最 適温度にリセットする段階であって； マイクロプロセッサ駆動のＤ／Ａ変換器を、発振器の温度制御装置に供給される 電圧を変化させることによって発振器の動作温度を調節するために、利用する段 階であって；最適動作温度に比例して電圧を生成するため、ならびに前記電流を 発振器の温度制御装置に供給するために、マイクロプロセッサ駆動のＤ／Ａ変換 器を利用する段階、によってＤ／Ａ変換器の利用を行う段階、によって前記積分 法によるリセットを行う段階、前記温度較正に続いて前記発振器の動作周波数を 較正する段階であって； 前記温度較正に続いて合成周波数偏移を記録し、前記周波数偏移を除去するため に前記発振器の周波数を調節する段階であって； マイクロプロセッサ駆動のＤ／Ａ変換器を、発振器の周波数生成器内のバリキャ ップ・ダイオードに供給される電圧を変化させることによって発振器の周波数を 調節するために利用する段階、 によって周波数調節を行う段階、 によって前記較正を行う段階、 によって前記積分法による算定を行うことを特徴とし、マイクロプロセッサは、 デジタル周波数サンプリング技術を用いて前記合成周波数偏移を記録するのに利 用され、および これにより周波数対温度の安定度が達成され、またこれにより周波数精度が達成 されることを特徴として、発振器を自動的かつ積分法により較正する方法。
11. １１．基準周波数入力，位相検波器および周波数制御発振器から構成される位相 同期ループの中心周波数を自動的かつ積分法により較正する方法において；発振 器を中心周波数で動作せしめるために、位相同期ループを使用禁止にする段階； 積分法により、発振器の中心周波数を予め定める中心中波数と比較する段階； 周波数制御発振器を、予め定める中心周波数で発振させるために、前記比較に基 づいて、較正信号を周波数制御発振器に与える段階；および 位相同期ループを再度使用可能にする段階；によって構成され、 これにより中心周波数の較正が達成されることを特徴とする較正方法。
12. １２．発振器から構成される周波数合成型ラジオであって、前記発振器の温度は 設定可能であり、前記ラジオは；積分法により、発振器の現在の最適動作温度を 決定する手段、および 積分法により、発振器の温度を前記最適温度に設定する手段、 によって構成され、 これにより周波数対温度の安定度が達成可能であることを特徴とするラジオ。
13. １３．前記温度較正に続いて前記発振器の動作周波数を較正する手段によってさ らに構成され、これによって周波数の精度が達成できることを特徴とする請求項 １２記載のラジオ。
14. １４．前記温度較正に続いて合成周波数偏移を記録する手段によってさらに構成 され、発振器の温度を設定する前記手段は、温度較正に応答して、前記周波数偏 移を排除するための前記発振器の周波数を調節することを特徴とする請求項１３ 記載のラジオ。
15. １５．発振器は、発振器の周波数を調節するために少なくとも１つのバリキャッ プ・ダイオードを有する周波数発生器から構成されることを特徴とする請求項１ ３記載のラジオ。
16. １６．前記発振器の固有の周波数対温度特性を導出して、相対温度微分の結果周 波数偏移が極小値をとるところの最適動作温度を計算する手段からさらに構成さ れることを特徴とする請求項１記載のラジオ。
17. １７．発振器の動作温度を発振器の動作温度範囲にわたって調節する手段、 合成周波数偏移を記録する手段、 表現多項式の係数を計算する手段、および前記多項式の極小値を計算する手段、 によって構成され、 これにより、前記極小値が、前記発振器の最適動作温度を表すことを特徴とする 請求項１６記載のラジオ。
18. １８．マイクロプロセッサ駆動のＤ／Ａ変換器は、発振器の温度制御装置に供給 される電圧を変化することによって発振器の動作温度を調節することを特徴とす る請求項／２記載のラジオ。
19. １９．基準周波数入力，位相検波器および周波数制御発振器によって構成される 位相同期ループの制御回路であって、前記制御回路は； 発振器をその中心周波数で動作させるために、位相同期ループを使用禁止にする 手段； 積分法により、発振器の中心周波数を予め定める中心周波数と比較する手段； 周波数制御発振器を、前記の予め定める中心周波数で動作させるために、前記比 較に基づいて、較正信号を前記周波数制御発振器に与える手段；むよび 位相同期ループを再度使用可能にする手段；によって構成され、 これにより中心周波数の較正が達成できることを特徴とする回路。