JPH03198423A - Ｐｌｌ周波数シンセサイザ - 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】 〔概要〕 ミキシングダウン方式のＰＬＬ周波数シンセサイザに関
し、 スプリアス特性を向上させたＰＬＬ周波数シンセサイザ
を提供することを目的とし、 電圧制御発振器の出力を分配器を介して取り出してミキ
サに入力し、局部発振器の出力によって周波数変換して
得られた信号を分周器を経てＮ分周したのち位相比較器
に加えて基準信号発生器の出力と位相比較して得られた
信号によって前記電圧制御発振器の発振周波数を制御す
ることによって、該電圧制御発振器から基準信号発生器
の出力周波数のＮ倍に前記局部発振器の出力周波数を加
算した周波数の出力を得るミキシングダウン方式のＰＬ
Ｌ周波数シンセサイザにおいて、前記分配器からミキサ
への入力レベルが局部発振器からミキサへの入力レベル
より高くなるようにしたことによって構成される。

〔産業上の利用分野〕

本発明はミキシングダウン方式のＰＬＬ周波数シンセサ
イザに係り、特に出力信号におけるスペクトラム純度が
高く、かつ良好なスプリアス特性を有するＰＬＬ周波数
シンセサイザに関するものである。

ＰＬＬ周波数シンセサイザは、移動無線や衛星通信の送
受信機、衛星放送のチューナ、ラジオ等において用いら
れているものであって、一定の出力可能な周波数間隔す
なわち周波数ステップを有するという特長を有している
。

このようなＰＬＬ周波数シンセサイザにおいては、高い
スペクトラム純度と、良好なスプリアス特性とを有する
ものであることが要求される。

〔従来の技術〕

周波数ステップを細かくすることと、高いスペクトラム
純度を保つこととは、周波数シンセサイザにとって、一
般に相反する要求であるが、このような相反する要求を
実現するための一つの方法として、ミキシングダウン方
式がある。

第４図（ａ）、　（ｂ）は、従来のＰＬＬ周波数シンセ
サイザを示したものであって、ミキシングダウン方式に
よって構成されているものであり、（ａ）は回路構成を
示し、（ｂ）は各部のレベルダイアグラムを示している
。各図において、１は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、２は
分配器（Ｈ）、３はミキサ（ＭＩＸ）、４は局部発振器
（ＬＯ）、５はフィルタ（ＦＩＬ）、６は分周器（１／
Ｎ）　、７は基準信号発生器（ＲＯ）、８は位相比較器
（ＰＣ）、９はループフィルタ（ＬＦ）である。

第４図（ａ）において、ＶＣＯＩの周波数ｒ０の出力は
、分配器２を経て取り出されて出力信号を生じるととも
に、一部は分配器２を経てミキサ３に加えられて、局部
発振器４の周波数ｆＬの信号と混合されて、より低い周
波数ｆｏ　　ｆＬの信号に変換される。ｔｏ　　　ｆＬ
の信号はフィルタ５を経て不要波を除去されたのち、分
周器６を経て１／Ｎに分周され、位相比較器８に加えら
れて基準信号発生器７からの周波数ｆ、の基準信号と位
相比較される。位相比較器８の位相比較結果の出力はル
ープフィルタ９を経て帯域制限されたのち、ＶＣＯ１に
加えられてその発振周波数を制御する。

このような帰還制御が行われたときの、第４図（ａ）の
構成におけるＶＣＯｌの出力周波数ｆ０は、ｆ０＝Ｎ−
ｒ、＋ｆＬ　　　　　　　　　・・−（１）となり、分
周比数を１ずつ増減させることによって、出力周波数ス
テップｒ、が得られる。

この方式では局部発振器４の発振周波数ｆＬをＶＣＯＬ
の出力周波数ｆ０に近い値に設計することによって、分
周比Ｎの値を小さくすることができる。ＰＬＬ周波数シ
ンセサイザの出力スペクトラム純度を定量づける位相雑
音は、位相比較器８の内部雑音の２０１ｏｇＮｄＢ増に
なるから、分周比Ｎを小さくすることによって、位相雑
音を小さくし、スペクトラム純度を高くすることができ
る。

第４図（ｂ）は、第４図（ａ）に示された従来のＰＬＬ
周波数シンセサイザにおける部分的なレベルダイアグラ
ムを例示したものであって、局部発振器４の周波数成分
子りがミキサ３を通ってＰＬＬ周波数シンセサイザの出
力に現れる過程での、各部のレベルの変化を図中に実線
で示している。この場合、ミキサ３にはダブルバランス
型ミキサを使用し、分配器２には１０ｄＢの方向性結合
器を用いることを想定している。また各部品の性能は、
次のようなものであるとする。

局部発振器４の出力レベル・−−〜＋７ｄＢｍＶＣＯＬ
の出力レベル・−＋　８　ｄ　Ｂ　ｍミキサ３のｆｔ入
カボートーｆ。入力ボート間のアイソレージタン−＝　
　　　　　３０　ｄ　Ｂミキサ３のｆ。→（ｒ、−ｒ、
）の変換損・・・・ｄＢ 分配器２の２つの出力ボート間のアイソレーション−・
−３０ｄＢ 第４図（ロ）に示されるように、ｆＬ酸成分＋７ｄＢｍ
でミキサ３に入力され、アイソレーションによって一２
３ｄＢｍでミキサ３のｆ０入力端子に現れる。さらにｆ
Ｌ酸成分分配器２で３０　ｄ　ＢＫ衰して、ＰＬＬ周波
数シンセサイザ出力では一５３ｄＢｍになる。

これに対して、所要の周波数ｆ０の成分は、■ＣＯ１の
出力レベル＋８ｄＢｍから分配器２で１ｄＢＮ衰して、
ＰＬＬ周波周波数シンセサイザ力では＋７ｄＢｍとなる
。

この結果、ＰＬＬ周波数シンセサイザ出力での周波数ｔ
ｏとｆｔのＤ／Ｕは、図示のように６０ｄＢとなる。

〔発明が解決しようとする課題］ 第５図は、ミキサを示したものである。この図のように
ミキサ１１によって周波数ｆＩ、ｆｚの２つの信号を混
合して第３の周波数ｆ３の信号に変換する場合、歪みに
よる不要波の発生を避けるためには、周波数ｆ、、ｆ、
の信号のうちいずれか一方の入力レベルを高くすること
が必要である。

例えば０．５ＧＨｚ〜２ＧＨｚで動作するダブルバラン
ス型のミキサ（ＤＢＭ）の場合、変換損失が大きくなら
ないようにするため、周波数ｆ　Ｉ’＋　ｆ　ｚの信号
の入力レベルＰ、、Ｐ、のうち一方を＋６ｄＢｍ〜＋１
０ｄＢｍとし、歪みによる不要波の発生を避けるため、
他方を一１０ｄＢｍ〜−５ｄＢｍとすることが多い。第
４図（ａ）に示された従来のＰＬＬ周波数シンセサイザ
では、局部発振器４からミキサ３への入力レベルＰＬを
高くとっていた。

一方、ＰＬＬ周波数シンセサイザの出力に現れる、局部
発振器４の周波数成分子りのレベルを下げて、スプリア
ス特性を良好にするためには、分配器２とミキサ３の間
、あるいは分配器２の出力側にフィルタを挿入すること
が考えられる。

第６図は、フィルタ特性を示したものである。

同図に示されるように、出力周波数ｆ。が例えばＩＧＨ
ｚ〜１．５ＧＨｚのような、広い範囲Ａにわたって変化
する広帯域シンセサイザの場合には、局部発振器の周波
数成分子ｔのレベルを下げるためには、帯域端と周波数
ｆｔとの隔りＢを小さくしなければならず、フィルタに
要求される特性が過大なものとなって、事実上不可能で
ある。

これは、前述の（１）式に示されるように、分周器６の
分周比Ｎを小さくして位相雑音を下げるためには、ＰＬ
Ｌ周波周波数シンセサイザ出力周波数色、ミキシング用
局部発振器４の発振周波数ｆＬとが接近していなければ
ならないためである。

このように、従来のミキシングダウン方式のＰＬＬ周波
数シンセサイザにおけるレベル配分では、ミキサ３に供
給される局部発振器周波数ｆｔの成分の、ＰＬＬ周波数
シンセサイザ出力への漏れ込みのために、良好なスプリ
アス特性を得ることが難しいという問題があった。

本発明はこのような従来技術の課題を解決しようとする
ものであって、ミキシングダウン方式のＰＬＬ周波数シ
ンセサイザによって高いスペクトラム純度を保ちながら
、ミキシング用局部発振器周波数ｆｔの成分の、ＰＬＬ
周波数シンセサイザ出力への漏れ込みを減少させて、ス
プリアス特性を向上させたＰＬＬ周波数シンセサイザを
提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は第１図にその原理的構成を示すように、電圧制
御発振器１の出力を分配器２を介して取り出してミキサ
３に入力し、局部発振器４の出力によって周波数変換し
て得られた信号を分周器６を経てＮ分周したのち位相比
較器８に加えて基準信号発生器７の出力と位相比較して
得られた信号によって電圧制御発振器１の発振周波数を
制御することによって、電圧制御発振器１から基準信号
発生器７の出力周波数のＮ倍に局部発振器４の出力周波
数を加算した周波数の出力を得るミキシングダウン方式
のＰＬＬ周波数シンセサイザにおいて、局部発振器４の
出力周波数の成分の、ＰＬＬ周波数シンセサイザ出力へ
の漏れ込みを減少させるために、分配器２からミキサ３
への入力レベルカ局部発振器４からミキサ３への入力レ
ベルより高くなるようにしたものである。

〔作用〕

ミキシングダウン方式のＰＬＬ周波数シンセサイザにお
いては、電圧制御発振器１の周波数ｆ０の出力を分配器
２を介して取り出してミキサ３に入力し、局部発振器４
の周波数ｒＬの出力によって周波数変換を行う。このよ
うにして得られた周波数ｆｏ　　　ｆＬの信号を分周器
６を経てＮ分周したのち、位相比較器８に加えて基準信
号発生器７の周波数ｆ、の出力と位相比較する。そして
位相比較器８から得られ信号によって、電圧制御発振器
ｌの発振周波数を制御することによって、電圧制御発振
器１から周波数ｆ。の出力を得るが、この信号周波数ｒ
。は、基準信号発生器７の出力周波数ｆ、のＮ倍に局部
発振器４の出力周波数ｆＬを加算した周波数となる。

この様なＰＬＬ周波数シンセサイザにおいて、分配器２
からミキサ３への入力レベルが局部発振器４からミキサ
３への入力レベルより高くなるようにする。

これによって、局部発振器の周波数ｆＬの成分のＰＬＬ
周波数シンセサイザ出力への漏れ込みを少なくすること
ができ、良好なスプリアス特性を得ることができる。

〔実施例〕

第２図（ａ）、　（ｂ）は、本発明の一実施例を示した
ものである。（ａ）は構成を示したものであって、第４
図（ａ）におけると同じものを同じ番号で示し、ＩＯは
増幅器である。

第２図（ａ）の構成においては、その動作は第４図（ａ
）の場合とほぼ同様であるが、分配器２の接続方向が第
４図（ａ）の場合と異なるとともに、分配器２の出力側
に増幅器１０が挿入されている。

すなわち第２図（ａ）の場合、ＶＣＯＩから分配器２を
経てＰＬＬ周波数シンセサイザ出力に向かう方向の減衰
は極めて小さく、例えば−１ｄＢ程度である。この方向
は分配器２の主方向である。またミキサ３から分配器２
を経てＰＬＬ周波数シンセサイザ出力に向かう方向の減
衰は極めて大きく、例えば−３０ｄＢ程度である。この
方向は分配器２の逆方向である。さらにＶＣＯＬから分
配器２を経てミキサ３に向かう方向の減衰は中位であっ
て、例えば−１０ｄＢ程度である。この方向は分配器２
の副方向である。

このような分配器２は、例えば方向性結合器の主線路と
ブランチの関係によって実現することができる。

第２図（ａ）に示された実施例においては、分配器２は
ＶＣＯＩから分配器２を経てミキサ３に向かう方向が分
配器２の主方向となり、またミキサ３から分配器２を経
てＰＬＬ周波数シンセサイザ出力に向かう方向が分配器
２の逆方向となり、さらにＶＣＯＬから分配器２を経て
ＰＬＬ周波数シンセサイザ出力に向かう方向が分配器２
の副方向となるように接続されている。

すなわち分配器２として方向性結合器を用いる場合には
、第４図（ａ）の場合とは逆に、ブランチ側がシンセサ
イザ出力になるようにすればよい。

第２図（ｂ）は、第２図（ａ）に示された実施例におけ
る部分的なレベルダイアグラムを例示したものである。

第２図（ｂ）に示されるように、本実施例では、ＶＣＯ
Ｉからミキサ３に対する周波数ｆ０の成分のレベルは、
＋７ｄＢｍと高くとられている。局部発振器４の周波数
ｆＬの出力のレベルは、分周器６が安定に動作できる程
度のレベルがあればよいので、−１０ｄＢｍにとられて
いる。周波数ｆＬの成分のレベルは、ミキサ３のアイソ
レーションによって、ミキサ３のｆ０入力端子では一４
０ｄＢｍとなり、これに対して分配器２の逆方向の減衰
によって３０ｄＢ減衰したのち、増幅器１０の利得９ｄ
Ｂが加わって、ＰＬＬ周波数シンセサイザ出力では、　
　６１ｄＢｍとなる。

従って、ＰＬＬ周波数シンセサイザ出力での周波数ｆ０
とｆｔ、のＤ／ｌＪは、図示のように６８ｄＢとなり、
第２図（ａ）に示された従来の場合と比較して、ブリア
ス特性が８ｄＢ向上している。

第３図（ａ）、（ロ）は、本発明の他の実施例を示した
ものである。（ａ）は構成を示したものであって、第４
図（ａ）におけると同じものを同じ番号で示し、１１は
増幅器である。

第３図（ａ）の構成においては、その動作は第２図（ａ
）の場合とほぼ同様であるが、分配器２の接続方向が第
４図（ａ）の場合と同じであり、増幅器１１が分配器２
とミキサ３の間に挿入されている点が異なっている。

すなわち分配器２として方向性結合器を用いる場合には
、第４図（ａ）の場合と同様に、ブランチ側にミキサ３
を接続する。

本実施例では、ＶＣＯＩから分配器２を経てミキサ３に
向かう方向が、分配器の副方向となって減衰が生じるた
め、ミキサ３におけるＶＣＯＩからの周波数ｆ。の入力
レベルを高くするために、分配器２とミキサ３の間に増
幅器１１が使用されている。

第３図（ｂ）は、第３図（ａ）に示された実施例におけ
る部分的なレベルダイアグラムを例示したものである。

第３図（ｂ）に示されるように、ＶＣＯＩからミキサ３
に対する周波数ｆ。の成分のレベルを、第２図（ａ）の
実施例と同様に＋７ｄＢｍとし、局部発振器４の周波数
ｆｔの出力のレベルを一１０ｄＢｍとしたとき、増幅器
１１の逆方向のアイソレーションにより、ＰＬＬ周波数
シンセサイザ出力での周波数ｆ０とｒＬのＤ／Ｕは、図
示のように８７ｄＢとなり、第４図（ａ）に示された従
来の場合と比較して、スプリアス特性が２７ｄＢ向上し
ている。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、ミキシングダウン
方式のＰＬＬ周波数シンセサイザにおいて、ミキサにお
けるＶＣＯ側の入力ｒ。のレベルを高くとって、局部発
振器側の入力ｒＬのレベルを低くしているので、局部発
振器の周波数ｆＬの成分のＰＬＬ周波数シンセサイザ出
力への漏れ込みを少なくすることができ、良好なスプリ
アス特性を持つＰＬＬ周波数シンセサイザを実現するこ
とができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理的構成を示す図、第２図（ａ）、
　（ｂ）は本発明の一実施例を示す図、第３図（ａ）。 （ｂ）は本発明の他の実施例を示す図、第４図（ａ）、
　（ｂ）は従来のＰＬＬ周波数シンセサイザを示す図、
第５図はミキサを示す図、第６図はフィルタ特性を示す
図である。 ■は電圧制御発振器（ＶＣＯ）　、２は分配器（Ｈ）、
３はミキサ（ＭＩＸ）、４は局部発振器（ＬＯ）、６は
分周器（１／Ｎ）　、７は基準信号発生器（ＲＯ）、８
は位相比較器（ｐｃ）である。 本発明の庁理的構成を示す図 第１図 本発明の一実施例奄示す図 第２図 杢兜明の他の＊流部を示す図 （ａ） 従来のＰＬＬ周波数シンセサイザ奢示す図に１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電圧制御発振器（１）の出力を分配器（２）を介して取
   り出してミキサ（３）に入力し、局部発振器（４）の出
   力によって周波数変換して得られた信号を分周器（６）
   を経てＮ分周したのち位相比較器（８）に加えて基準信
   号発生器（７）の出力と位相比較して得られた信号によ
   って前記電圧制御発振器（１）の発振周波数を制御する
   ことによって、該電圧制御発振器（１）から基準信号発
   生器（７）の出力周波数のＮ倍に前記局部発振器（４）
   の出力周波数を加算した周波数の出力を得るミキシング
   ダウン方式のＰＬＬ周波数シンセサイザにおいて、 前記分配器（２）からミキサ（３）への入力レベルが局
   部発振器（４）からミキサ（３）への入力レベルより高
   くなるようにしたことを特徴とするＰＬＬ周波数シンセ
   サイザ。