FI95521C - Phase-locked loop - Google Patents

Phase-locked loop Download PDF

Info

Publication number
FI95521C
FI95521C FI922604A FI922604A FI95521C FI 95521 C FI95521 C FI 95521C FI 922604 A FI922604 A FI 922604A FI 922604 A FI922604 A FI 922604A FI 95521 C FI95521 C FI 95521C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
phase
frequency
modulation
reading circuit
mod
Prior art date
Application number
FI922604A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI922604A0 (en
FI95521B (en
FI922604A (en
Inventor
Pauli Visuri
Original Assignee
Nokia Mobile Phones Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nokia Mobile Phones Ltd filed Critical Nokia Mobile Phones Ltd
Priority to FI922604A priority Critical patent/FI95521C/en
Publication of FI922604A0 publication Critical patent/FI922604A0/en
Priority to GB9311535A priority patent/GB2267610B/en
Publication of FI922604A publication Critical patent/FI922604A/en
Publication of FI95521B publication Critical patent/FI95521B/en
Application granted granted Critical
Publication of FI95521C publication Critical patent/FI95521C/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03CMODULATION
    • H03C3/00Angle modulation
    • H03C3/02Details
    • H03C3/09Modifications of modulator for regulating the mean frequency
    • H03C3/0908Modifications of modulator for regulating the mean frequency using a phase locked loop
    • H03C3/0958Modifications of modulator for regulating the mean frequency using a phase locked loop applying frequency modulation by varying the characteristics of the voltage controlled oscillator
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03CMODULATION
    • H03C3/00Angle modulation
    • H03C3/02Details
    • H03C3/09Modifications of modulator for regulating the mean frequency
    • H03C3/0908Modifications of modulator for regulating the mean frequency using a phase locked loop
    • H03C3/0916Modifications of modulator for regulating the mean frequency using a phase locked loop with frequency divider or counter in the loop
    • H03C3/0925Modifications of modulator for regulating the mean frequency using a phase locked loop with frequency divider or counter in the loop applying frequency modulation at the divider in the feedback loop
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03CMODULATION
    • H03C3/00Angle modulation
    • H03C3/02Details
    • H03C3/09Modifications of modulator for regulating the mean frequency
    • H03C3/0908Modifications of modulator for regulating the mean frequency using a phase locked loop
    • H03C3/0941Modifications of modulator for regulating the mean frequency using a phase locked loop applying frequency modulation at more than one point in the loop
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03CMODULATION
    • H03C2200/00Indexing scheme relating to details of modulators or modulation methods covered by H03C
    • H03C2200/0037Functional aspects of modulators
    • H03C2200/005Modulation sensitivity
    • H03C2200/0054Filtering of the input modulating signal for obtaining a constant sensitivity of frequency modulation

Landscapes

  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

, 95521, 95521

Vaihelukittu silmukka - FasläsningskretsPhase locked loop - Fasläsningskrets

Esillä olevan keksinnön kohteena on vaihelukittu silmukka, 5 joka sisältää peräkkäin kytkettyinä vaihevertailijan, jonka toiseen sisääntuloon tuodaan vertailutaajuus, silmukkasuo-dattimen sekä jänniteohjatun oskillaattorin, jonka toiseen tuloon tuodaan modulaatiosignaali ja josta on johdettu ta-kaisinkytkentähaara vaihevertailijan toiseen sisääntuloon.The present invention relates to a phase-locked loop comprising, in series, a phase comparator having a reference frequency applied to one input, a loop filter and a voltage controlled oscillator having a modulation signal applied to the second input and from which a feedback comparator branch is derived.

10 Keksinnön kohteena on myös vaihelukitun silmukan toteuttama menetelmä.The invention also relates to a method implemented by a phase-locked loop.

Vaihelukittu silmukka (PLL, Phase Locked Loop) on esitetty lohkokaaviona kuviossa 1. Siinä tuodaan vertailutaajuus fref 15 vaihevertailijan 1 sisääntuloon. Vaihevertailijan lähtö on kytketty silmukkasuodattimeen 2 ja tämän lähtö edelleen jän-niteohjattuun oskillaattoriin 3. Oskillaattorin 3 lähtö on kytketty takaisin vaihevertailijaan 1 niin, että saadaan silmukka, joka tietyllä nopeudella asettuu vertailutaajuuden 2 0 fref mukaan.The Phase Locked Loop (PLL) is shown in a block diagram in Figure 1. It introduces a reference frequency fref 15 to the input of the phase comparator 1. The output of the phase comparator is connected to the loop filter 2 and its output is further connected to the voltage controlled oscillator 3. The output of the oscillator 3 is connected back to the phase comparator 1 so that a loop is obtained which at a certain speed is set according to the reference frequency 20 fref.

On hyvin tunnettua käyttää tällaista vaihelukittua silmukkaa esim. taajuussyntetisaattoreissa. Kun käytetään vaihelukittua silmukkaa taajuussynteesissä, jonka jänniteohjattua os-25 killaattoria (VCO) taajuusmoduloidaan, syntyy silmukan no- '·.? peuden suhteen ristiriitaisia vaatimuksia. Haluttaessa nope aa asettumisaikaa kun siirrytään kanavalta toiselle, täytyy silmukan rajataajuuden olla mahdollisimman suuri. Jotta toisaalta silmukka ei korostaisi eikä vaimentaisi modulaatiota, 30 olisi silmukan rajataajuuden taas oltava pieni, tarkemmin sanottuna olisi rajataajuuden oltava paljon pienempi kuin alin modulointitaajuus. Pienestä rajataajuudesta on lisäksi se etu, että jäännösmodulaatio pienenee ja vaihevertailutaa-juudelle saadaan suurempi vaimennus.It is well known to use such a phase-locked loop in e.g. frequency synthesizers. When a phase-locked loop is used in frequency synthesis, the voltage-controlled os-25 of a oscillator (VCO) is frequency modulated, a loop no- '·.? conflicting requirements. If a fast settling time is desired when switching from one channel to another, the cut-off frequency of the loop must be as high as possible. On the other hand, so that the loop does not emphasize or attenuate the modulation, the cut-off frequency of the loop should again be small, more specifically, the cut-off frequency should be much lower than the lowest modulation frequency. In addition, the low cut-off frequency has the advantage that the residual modulation is reduced and a higher attenuation is obtained for the phase reference frequency.

Esimerkiksi US-patenteista 4 482 869 ja 4 516 083 sekä EP-patenttihakemuksesta 85615 on tunnettua nopeuttaa silmuk-kasuodatinta muuttamalla suodattimen integraattoriasteen 35 95521 2 vastusarvoa joko vastuksia poistamalla tai oikosulkemalla. Vastaavasti hidastus perustuu oikosulkujen poistamiseen tai vastusten lisäämiseen. US-patentissa 4 156 855 nopeutetaan silmukkaa lisäksi kasvattamalla integraattoriasteen konden-5 saattoria syöttävää virtaa virtapumpun avulla.For example, it is known from U.S. Patents 4,482,869 and 4,516,083 and from EP Patent Application 85615 to speed up a loop filter by changing the resistance value of the filter integrator stage 35 95521 2 by either removing or shorting the resistors. Similarly, deceleration is based on removing short circuits or adding resistors. In U.S. Patent 4,156,855, the loop is further accelerated by increasing the current supplied to the condenser of the integrator stage by means of a current pump.

Esimerkiksi sellaisissa radiopuhelinsovellutuksissa, joissa vaaditaan pientä asettumisaikaa ja lineaarista modulaatio-taajuusvastetta joudutaan usein käyttämään ns. siirto-oskil-10 laattorijärjestelmää, jossa vastaanotininjektiotaajuuteen sekoitetaan moduloitu kiinteä siirto-oskillaattoritaajuus. Haittana tällaisessa järjestelmässä on kuitenkin se, ettei modulaation vaihevaste pysy lineaarisena matalilla taajuuksilla, silmukan rajataajuuden läheisyydessä, koska silmukka 15 pyrkii muuttamaan modulaatiota.For example, in radiotelephone applications that require a small settling time and a linear modulation frequency response, the so-called a transmission oscillator-10 generator system in which a modulated fixed transmission oscillator frequency is mixed with a receiver injection frequency. However, a disadvantage of such a system is that the phase response of the modulation does not remain linear at low frequencies, in the vicinity of the cut-off frequency of the loop, because the loop 15 tends to change the modulation.

Patentissa FI-79637 (US-patenttihakemus 698 483) on esitetty kytkentä, joka mahdollistaa moduloidun taajuussynteesin käyttämisen myös silloin, kun siltä vaaditaan sekä nopeaa 20 asettumisaikaa että pientä silmukan rajataajuutta. Kytkentä perustuu siihen ratkaisuun, että muutetaan vaihelukitun silmukan vahvistusta säätämällä digitaaliselta vaihevertaili-jalta saatavien pulssien jännitettä, jolloin on mahdollista käyttää suurta rajataajuutta eli nopeata silmukkaa asettu-25 misien aikana ja pientä rajataajuutta asettumisen jälkeen.FI-79637 (U.S. Patent Application 698,483) discloses a circuit that allows the use of modulated frequency synthesis even when it requires both a fast settling time and a low loop cutoff frequency. The switching is based on the solution of changing the gain of the phase-locked loop by adjusting the voltage of the pulses from the digital phase comparator, making it possible to use a high cut-off frequency, i.e. a fast loop during settlements and a low cut-off frequency after settling.

Kytkennässä voidaan pulssi jännitettä muuttamalla vaikuttaa vaihelukitun silmukan vahvistukseen ja siten muuttaa mm. silmukan rajataajuutta ja nopeutta. 1 2 3 4 5 6In the connection, the pulse can be changed by changing the voltage to affect the gain of the phase-locked loop and thus change e.g. loop cutoff frequency and speed. 1 2 3 4 5 6

Kyseisen ratkaisun haittapuolena on kuitenkin se, että no- 2 . , peata silmukkaa voidaan käyttää ainoastaan asettumisien ai- 3 . kana. Silmukan nopeudelle on lisäksi olemassa yläraja, jota 4 ei voida ylittää piirin tulematta epästabiiliksi, mikä joh 5 tuu siitä, ettei vaihevertailija pysty syöttämään tarpeeksi 6 virtaa silmukkasuodattimelle. Silmukan nopeusylärajasta joh tuen tulee silmukan asettumisajalle myös alaraja. Useimmiten taajuudelle asettumisaika ja matalin moduloitavissa oleva taajuus ovat ristiriidassa, mutta ovat soviteltavissa komp- 95521 3 romissina vaadittavista ominaisuuksista. Joissakin järjestelmissä ristiriita voi olla niin suuri, ettei vaatimuksia voida toteuttaa.However, the disadvantage of this solution is that no- 2. , the main loop can only be used during settlements. chicken. In addition, there is an upper limit to the loop speed that 4 cannot be exceeded without the circuit becoming unstable, due to the inability of the phase comparator to supply enough 6 currents to the loop filter. From the upper speed limit of the loop, the support also becomes the lower limit for the settling time of the loop. In most cases, the settling time for the frequency and the lowest modulatable frequency are inconsistent, but can be reconciled with the characteristics required as a comp. In some systems, the inconsistency may be so great that the requirements cannot be met.

5 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on esittää vaihelukit tu silmukka, joka mahdollistaa suuremman rajataajuuden käytön nopean silmukkasuodattimen aiheuttaman vääristymän kasvamatta. Koska suuremman rajataajuuden käyttö mahdollistaa nopeamman silmukkasuodattimen käytön, saavutetaan käynnis-10 tystilanteessa nopeampi taajuudelle asettuminen. Keksintö perustuu siihen ratkaisuun, että vaihelukitun silmukan modu-laatiolinjaan eli jänniteohjatun oskillaattorin modulaatio-linjaan kytketään vaihekorjain, joka muuttaa moduloitavan signaalin vaihekäyttäytymistä vastakkaiseen suuntaan kuin 15 vaihelukittu silmukka. Keksinnölle on tunnusomaista se, että jänniteohjatun oskillaattorin modulaatiohaaraan on kytketty ennen jänniteoskillaattorin mainittua modulaatiotuloa vaihekorjain, joka muuttaa modulaatiosignaalin vaihekäyttäytymistä vastakkaiseen suuntaan kuin vaihelukittu silmukka ja muu-20 toksen suuruus on riippuvainen modulointitaajuudesta.It is an object of the present invention to provide a phase locked loop which allows a higher cut-off frequency to be used without increasing the distortion caused by a fast loop filter. Since the use of a higher cut-off frequency allows a faster use of the loop filter, a faster frequency setting is achieved in the start-up situation. The invention is based on the solution that a phase equalizer is connected to the modulation line of the phase-locked loop, i.e. the modulation line of the voltage-controlled oscillator, which changes the phase behavior of the signal to be modulated in the opposite direction to the phase-locked loop. The invention is characterized in that a phase equalizer is connected to the modulation branch of the voltage-controlled oscillator before said modulation input of the voltage oscillator, which changes the phase behavior of the modulation signal in the opposite direction to the phase-locked loop and the magnitude of the change depends on the modulation frequency.

Keksinnön sovellusta taajuusmoduloituun taajuussyntetisaat-toriin selostetaan seuraavassa lähemmin esimerkin muodossa ja viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa 25 kuvio 1 esittää jo selostettua vaihelukitun silmukan lohko-kaaviota, kuvio 2 esittää vaihelukitun silmukan sisältävän taajuussyn-tetisaattorin lohkokaaviota, 30 kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen taajuussyntetisaattorin lohkokaaviota, kuvio 4 esittää erästä vaihekorjaimen toteutusta, kuvio 5 kuvaa vaihekorjaimen vaikutusta modulaatiosignaalin vaiheeseen, 35 kuvio 6 esittää 50 Hz:n suorakulma-aaltoa generoituna PLLrllä ilman vaihekorjainta, kuvio 7 esittää 50 Hz:n suorakulma-aaltoa generoituna :’· PLL:llä vaihekorjaimella, 95521 4 kuvio 8 esittää NAMPS-järjestelmän DSAT-signaalia generoituna PLLillä ilman vaihekorjainta, kuvio 9 esittää NAMPS-järjestelmän DSAT-signaalia generoituna PLL:llä vaihekorjaimella, 5 kuvio 10 esittää PLL:llä generoidun NAMPS-järjestelmän DSAT- signaalin silmäkuviota ilman vaihekorjainta, kuvio 11 esittää PLLrllä generoidun NAMPS-järjestelmän DSAT-signaalin silmäkuviota vaihekorjaimella, kuvio 12 esittää jänniteohjatun oskillaattorin modulaa-10 tiolinjan amplitudi- ja vaihevastetta ilman vaihekorjainta, ja kuvio 13 esittää jänniteohjatun oskillaattorin modulaa-tiolinjan amplitudi- ja vaihevastetta vaihekorjaimella.The application of the invention to a frequency modulated frequency synthesizer will be described in more detail below by way of example and with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a block diagram of a phase-locked loop already described, Fig. 2 shows 4 shows an implementation of a phase equalizer, Fig. 5 illustrates the effect of a phase equalizer on the phase of a modulation signal, Fig. 6 shows a 50 Hz rectangular wave generated by a PLL without a phase equalizer, Fig. 7 shows a 50 Hz rectangular wave generated by a PLL with a phase equalizer, 95 4 Fig. 8 shows a DSAT signal of a NAMPS system generated by a PLL without a phase equalizer, Fig. 9 shows a DSAT signal of a NAMPS system generated by a PLL with a phase equalizer, 5 Fig. 10 shows an eye of a DSAT signal of a NAMPS system generated by a PLL Fig. 11 shows an eye pattern of a DSAT signal of a PLAM-generated NAMPS system with a phase equalizer, Fig. 12 shows the amplitude and phase response of a voltage-controlled oscillator modulo-10 line without a phase equalizer, and Fig. 13 shows a voltage-controlled oscillator with a modulus-phase response amplifier.

15 Kuvion 2 mukaisessa taajuussyntetisaattorissa saadaan refe- renssitaajuus stabiilista kideoskillaattorista 4 (TCXO), jonka taajuus jaetaan jakoelimellä 2 (luvulla R) sopivan vaihevertailutaajuuden synnyttämiseksi. Saatu vaihevertailu-taajuus viedään vaihevertailijaan l, jonka lähdöstä saatava 20 signaali syötetään silmukkasuodattimeen 2. Tämä silmukka- suodatin on alipäästötyyppinen suodatin, jossa vaihevertai-lijan signaalista suodatetaan vaihtokomponentit ja saadaan tasajännite, joka voidaan haluttaessa vahvistaa sopivalle tasolle, jänniteohjatun oskillaattorin 3 (VCO) ohjaukseen.In the frequency synthesizer according to Fig. 2, a reference frequency is obtained from a stable crystal oscillator 4 (TCXO), the frequency of which is divided by a divider 2 (number R) to generate a suitable phase reference frequency. The obtained phase comparison frequency is applied to a phase comparator 1, the output signal of which is fed to a loop filter 2. This loop filter is a low-pass type filter in which AC components are filtered from the phase comparator signal and a DC voltage .

25 Jänniteohjatun oskillaattorin 3 lähdöstä viedään takaisin- v kytkentä esijakajan 6 ja jakoelimen 7 kautta vaihevertaili- jan 1 toiseen tuloon. Kun takaisinkytkentäsilmukan taajuus-jakaja 7 (jakoluku N) tehdään ohjelmoitavaksi, voidaan jako-lukua N muuttamalla syntetisoida useita taajuuksia. Esijaka-30 jaa 6 käytetään pudottamaan jänniteohjatun oskillaattorin 3 taajuutta ohjelmoitavan jakajan 7 toiminta-alueelle, jonka . taajuusalue yleensä on suhteellisen pieni. Jänniteohjatun oskillaattorin 3 lähtö muodostaa samalla syntetisaattorin lähdön fout. Vaihelukitulla silmukalla saadaan jänniteohjattu 35 oskillaattori lukittuinaan vaihevertailijalle tulevan refe- renssisignaalin taajuuteen ja vaiheeseen.From the output of the voltage-controlled oscillator 3, a feedback circuit is applied via a pre-divider 6 and a divider 7 to the second input of the phase comparator 1. When the frequency divider 7 (divider N) of the feedback loop is made programmable, several frequencies can be synthesized by changing the divider N. The pre-divider 30 is used to drop the frequency of the voltage-controlled oscillator 3 to the operating range of the programmable divider 7, which. the frequency range is usually relatively small. At the same time, the output of the voltage-controlled oscillator 3 forms the output fout of the synthesizer. The phase-locked loop provides the voltage-controlled oscillator 35 when locked to the frequency and phase of the reference signal to the phase comparator.

Il 95521 5Il 95521 5

Koska tämä kytkentä on periaatteessa ammattimiehen hyvin tuntema, sitä ei tässä yhteydessä selosteta yksityiskohtaisemmin. Nykyisin on saatavissa valmiita integroituja piirejä, jotka sisältävät esimerkiksi jakoelimet 5, vaihevertai-5 lijan 1 sekä ohjelmoitavan jakajan 7, ja tällainen piiri on kuviossa 2 merkitty viitteellä IC.Since this connection is in principle well known to a person skilled in the art, it will not be described in more detail in this context. At present, ready-made integrated circuits are available, which include, for example, dividers 5, a phase comparator 5 and a programmable divider 7, and such a circuit is denoted IC in Fig. 2.

Edellä mainittiin, että vaihelukitun silmukan moduloinnissa esiintyy ongelmia matalilla taajuuksilla. Silmukka pyrkii 10 korjaamaan jänniteohjattuun oskillaattoriin tuotavia muutok sia, kuten signaalin moduloinnin. Rajataajuuden alapuolella silmukka korjaa täysin kaikki muutokset eikä matalilla taajuuksilla voida signaalia moduloida tästä johtuen. Jos taas rajataajuutta kasvatetaan, kasvavat nopean silmukkasuodatti-15 men taajuusvasteeseen aiheuttamat vääristymät. Rajataajuuden läheisyydessä sen yläpuolella signaalia voidaan moduloida, vaikka silmukka pyrkii korjaamaan moduloinnin, mutta silmukka on kuitenkin siinä määrin hidas, ettei se ehdi korjata muutoksia täysin ja tämä näkyy erityisesti kanttiaalloissa 20 vaihevirheinä.It was mentioned above that there are problems in modulating a phase locked loop at low frequencies. The loop tends to correct for changes in the voltage controlled oscillator, such as signal modulation. Below the cut-off frequency, the loop completely corrects all changes and at low frequencies the signal cannot be modulated due to this. On the other hand, if the cutoff frequency is increased, the distortions caused by the fast loop filter-15 to the frequency response increase. In the vicinity of the cut-off frequency above it, the signal can be modulated, although the loop tends to correct the modulation, but the loop is so slow that it does not have time to correct the changes completely and this is especially evident in the square waves as phase errors.

ii

Keksinnön mukaista vaihelukittua silmukkaa voidaan käyttää esim. kuvion 2 mukaisessa taajuussyntetisaattorissa, jota selostettiin edellä. Kuviossa 3 on esitetty kyseinen taa-25 juussyntetisaattori, jossa kytkemällä modulaatiolinjaan MODThe phase-locked loop according to the invention can be used, for example, in the frequency synthesizer according to Fig. 2, which was described above. Figure 3 shows this hair-25 synthesizer in which, by connecting to the modulation line MOD

keksinnön mukaisesti,vaihekorjäin 8, joka muuttaa moduloitavan signaalin vaihekäyttäytymistä vastakkaiseen suuntaan kuin vaihelukittu silmukka, saadaan suorempi vaihevaste ja tilanne näyttää moduloinnin kannalta siltä, kuin silmuk-30 kasuodatin olisi hitaampi, ja tämä näkyy erityisesti matala- taajuisen suorakulmaisen datan pienempänä vääristymisenä. Vääristymää voidaan mitata esim. NAMPS-järjestelmässä ns. silmäkuvion avulla, josta lähemmin kuvioiden 10 ja 11 yhteydessä. Näin ollen käyttämällä keksinnön mukaista vaihelu-35 kittua silmukkaa voidaan käyttää hieman suurempaa rajataa juutta vääristymien olennaisesti kasvamatta ja suuremman rajataajuuden ansiosta voidaan käyttää nopeampaa silmukka-suodatinta, jolloin saadaan nopeampi asettumisaika.according to the invention, a phase equalizer 8 which changes the phase behavior of the signal to be modulated in the opposite direction to the phase-locked loop provides a more direct phase response and the situation appears to be slower for modulation, especially as less distortion of low frequency rectangular data. Distortion can be measured, for example, in the NAMPS system, the so-called by means of an eye pattern, which is described in more detail in connection with Figures 10 and 11. Thus, by using the step-35 loop according to the invention, a slightly higher limiting frequency can be used without substantially increasing distortions, and due to the higher limiting frequency, a faster loop filter can be used, resulting in a faster settling time.

95521 695521 6

Kuviossa 4 on esitetty eräs vaihtoehto vaihekorjaimen toteuttamiseksi. Rakenne on varsin yksinkertainen ja muodostuu kolmesta tähtikytketystä vastuksesta Rl, R2 ja R3 sekä yhdestä vastuksen R3 kanssa sarjaan kytketystä kondensaatto-5 rista C, edullisesti tantaalikondensaattorista, jonka toinen napa on kytketty maahan. Modulaatiosignaali tulee vaihekor-jaimeen vastuksen Rl toiseen napaan ja vaihekorjattu modulaatiosignaali saadaan vaihekorjaimen lähtönä vastuksen R2 toisesta navasta. Vaihekorjaimen kytkentä on varsin yksin-10 kertainen, eikä se ole sinänsä uusi. Vaihekorjaimet (vai- heensiirtäjät) ovat ennestään tunnettuja alan ammattimiehelle ja niitä voidaan toteuttaa usealla eri tavalla eikä niitä tästä syystä tarkastella tässä tarkemmin. Tässä esitetty vaiheensiirtoelementti on toteutettu passiivisilla komponen-15 teillä ja toimii integraattorina. Vastaavasti vaihekorjaime- na voidaan käyttää myös esim. operaatiovahvistimen sisältävää aktiivista integraattoria tai muuta aktiivista vaiheen-siirtoelementtiä. Vaiheensiirtäjällä on tavallisesti kiinteä vaiheensiirtoarvo, joka riippuu käytetystä rakenteesta ja 20 käytetyistä komponenttiarvoista. Näin ollen haluttaessa kor jata mödulaatiovastetta keksinnön mukaisesti, tulee käytettävän taajuussyntetisaattorin tai vaihelukitun silmukan modulaation suhteellinen vaihevirhe ensin mitata modulaatio-taajuuden funktiona tai laskea kyseinen virhe silmukan siir-25 tofunktion avulla. Tämän jälkeen modulaatiolinjaan kytketään .*·> esim. jokin aikaisemmin tunnettu vaihekorjain, joka on suun niteltu siten, että se muuttaa modulaatiosignaalin vaihe-käyttäytymistä vastakkaiseen suuntaan kuin vaihelukittu silmukka, joka pyrkii muuttamaan modulaatiota etenkin matalilla 30 taajuuksilla. Vaihekorjain voi sisältää useampia vaiheen- siirtoelementtejä, esim. kuviossa 4 esitettyjä elementtejä, jotta saavutetaan toivottu vaiheensiirto.Figure 4 shows an alternative for implementing a phase equalizer. The structure is quite simple and consists of three star-connected resistors R1, R2 and R3 and one capacitor-C connected in series with the resistor R3, preferably a tantalum capacitor with one terminal connected to ground. The modulation signal enters the phase equalizer at the other terminal of the resistor R1 and the phase-corrected modulation signal is obtained as the phase equalizer output from the second terminal of the resistor R2. The connection of the phase equalizer is quite simple-10 times, and it is not new in itself. Phase equalizers (phase shifters) are already known to the person skilled in the art and can be implemented in several different ways and are therefore not considered in more detail here. The phase shift element shown here is implemented with passive components and acts as an integrator. Correspondingly, an active integrator or other active phase-shifting element containing an operational amplifier can also be used as the phase equalizer. The phase shifter usually has a fixed phase shift value depending on the structure used and the component values used. Thus, if it is desired to correct the modulation response according to the invention, the relative phase error of the modulation of the frequency synthesizer or phase-locked loop used must first be measured as a function of the modulation frequency or calculated by the loop shift function. Then, for example, a previously known phase equalizer is designed which changes the phase behavior of the modulation signal in the opposite direction to a phase-locked loop which tends to change the modulation, especially at low frequencies. The phase equalizer may include several phase shift elements, e.g., the elements shown in Figure 4, in order to achieve the desired phase shift.

Kuviossa 5 on havainnollistettu modulaatiosignaalin suhteel-3 5 lista vaihetta 4>sig modulaatiotaajuuden funktiona sekä vaihe korjaimen vaihetta 4>phc ja sen vaikutusta modulaatiovastee-seen 4>mod. Vastaavanlainen tilanne on esitetty kuvioissa 12 ja 13. Keksinnön kannalta ei absoluuttinen vaihearvo jolla- li 95521 7 kin taajuudella ole sinänsä olennainen, vaan olennaista on suhteellisen vaiheen pysyminen suunnilleen vakiona. Vaihelukittu silmukka voidaan mitoittaa tarvittavan asettumisajan mukaan ja pienin modulointitaajuus, jolla vielä saavutetaan 5 riittävän pieni vaihevirhe, jotta sitä voidaan käyttää vai helukitun silmukan modulointiin, on jokin taajuus fl. Usein esintyy tarvetta käyttää pienempää modulointitaajuutta, mutta tällöin vaihevirheet kasvavat kuten kuvasta näkyy. Ratkaisuna ongelmaan on kytkeä modulaatiolinjaan keksinnön mu-10 kaisesti vaiheensiirrin, joka muuttaa modulaation vaihetta vastakkaiseen suuntaan kuin vaihelukittu silmukka, etenkin matalilla taajuuksilla, ja jonka vaihevaste on esitetty kuvassa käyränä S>phc. Tällöin saadaan modulaatiosignaalin ja vaihekorjaimen yhteisvaikutuksena modulaatio pysymään suh-15 teelliseltä vaiheeltaan vaihelukitussa silmukassa suunnil leen vakiona myös matalilla taajuuksilla, jolloin modulaation vaihevaste <i>mod on suunnilleen suora jopa taajuudella f2 ja suuremmilla taajuuksilla (jossa f2 < fl). Täten voidaan vaihelukitussa silmukassa käyttää pienempää modulointitaa-20 juutta vaihevirheen pysyessä yhä riittävän pienenä, kuin ilman suoritettua vaiheensiirtoa.Figure 5 illustrates a list of steps 4> sig of the modulation signal as a function of modulation frequency and a step equalizer step 4> phc and its effect on the modulation response 4> mod. A similar situation is shown in Figures 12 and 13. From the point of view of the invention, the absolute phase value at any frequency 95521 7 is not essential per se, but it is essential that the relative phase remains approximately constant. The phase-locked loop can be dimensioned according to the required settling time, and the minimum modulation frequency at which a sufficiently small phase error is still achieved to be used or for modulating the locked loop is some frequency f1. Often there is a need to use a lower modulation frequency, but then the phase errors increase as shown in the figure. A solution to the problem is to connect to the modulation line according to the invention a phase shifter which changes the phase of the modulation in the opposite direction to the phase-locked loop, especially at low frequencies, and whose phase response is shown in the figure as a curve S> phc. In this case, the combined effect of the modulation signal and the phase equalizer is to keep the modulation relatively constant in the phase-locked loop relative to the phase, even at low frequencies, whereby the modulation phase response <i> mod is approximately direct even at frequency f2 and higher frequencies (where f2 <). Thus, a lower modulation frequency can be used in the phase-locked loop, while the phase error still remains sufficiently small than without the phase shift performed.

Kuvioissa 6 ja 7 on esitetty 50 Hz:n suorakulma-aalto generoituna vaihelukitulla silmukalla ilman vaihekorjainta ja 25 vastaavasti vaihekorjaimella jänniteohjatun oskillaattorin modulaatiolinjassa, jossa vaihelukitun silmukan rajataajuus on muutamia hertsejä. Kuviosta 6 nähdään, että sakara-aalto 9 on vääristynyt eikä ole suorakulmainen, kuten toivottua, vaan pulssien vaakasuorat osuudet ovat vääristyneet. Keksin-30 nön mukaisella vaihelukitulla silmukalla generoitu vastaava aalto 10 on suorakulmaista, kuten on esitetty kuviossa 7.Figures 6 and 7 show a 50 Hz rectangular wave generated by a phase-locked loop without a phase equalizer and 25 by a phase equalizer in a modulation line of a voltage-controlled oscillator with a phase-locked loop cut-off frequency of a few hertz. It can be seen from Figure 6 that the square wave 9 is distorted and not rectangular as desired, but the horizontal portions of the pulses are distorted. The corresponding wave 10 generated by the phase-locked loop according to the invention is rectangular, as shown in Fig. 7.

NAMPS-matkapuhelinjärjestelmässä lähetetään puhekanavalla digitaalinen audiovalvontaääni, nk. DSAT-signaali (Digital 35 Supervisory Audio Tone). DSAT-signaali generoidaan tu kiasemalla ja liikkuva asema vastaa siihen eli muodostuu suljettu silmukka. Tukiasema käyttää DSAT-signaalia liikkuvan aseman identifiointiin. DSAT-signaalin nopeus on 100 8 95521 bit/s Manchester ja 200 bit/s NRZ (non-return-to-zero) ja deviaatio on ± 700 Hz. Kuviossa 8 on esitetty NAMPS-järjes-telmän DSAT-signaali 11 tuotettuna vaihelukitulla silmukalla ilman vaihekorjainta modulaatiolinjassa sekä kuviossa 9 vas-5 taavasti (käyrä 12) vaihekorjaimella. Kuvioita 8 ja 9 ver tailemalla nähdään, että käyttämällä vaihekorjainta keksinnön mukaisesti saadaan DSAT-signaalin DC-tason vaihtelu pie-nemmäks i.In a NAMPS mobile telephone system, a digital audio surveillance tone, called DSAT (Digital 35 Supervisory Audio Tone), is transmitted on the voice channel. The DSAT signal is generated at the base station and the mobile station responds to it, i.e. a closed loop is formed. The base station uses the DSAT signal to identify the mobile station. The DSAT signal rate is 100 8 95521 bit / s Manchester and 200 bit / s NRZ (non-return-to-zero) and the deviation is ± 700 Hz. Fig. 8 shows the DSAT signal 11 of the NAMPS system produced with a phase-locked loop without a phase equalizer in the modulation line, and in Fig. 9, respectively (curve 12) with a phase equalizer. Comparing Figures 8 and 9, it can be seen that by using a phase equalizer according to the invention, the variation of the DC level of the DSAT signal is reduced.

10 Syöttämällä siirtotien läpi pulssijonoa, havaitsemalla vaste oskilloskoopilla ja tahdistamalla se ulkoisesti käytettyyn pulssigeneraattoriin, saadaan oskilloskoopin kuvapinnalle pulssijonon silmäkuvio. Silmäkuvion reunat vastaavat pulssi-jonon bittiyhdistelmien pahinta mahdollista keskinäisvaiku-15 tustilannetta. Kuvioissa 10 ja 11 on esitetty NAMPS-järjes telmän DSAT-signaalin silmäkuvio 13, 14 ilman vaihekorjainta ja vaihekorjaimella. Silmäkuvion avulla voidaan mitata DSAT-signaalin vääristymää. Tarkastelemalla kuvioita 10 ja 11 nähdään, kuinka paljon silmäkuvio on 'auki'. Tämä näkyy ku-20 viossa prosenttilukuna, joka esittää silmäkuvion sisäreunan korkeutta nollatason ja kuvion yläreunan rajaamalla pystyakselilla. Kuvioon piirretyn vaakasuoran katkoviivan avulla voidaan nähdä, että silmäkuvio 13 on 53,2 % 'auki', kun modulaatiolinjassa ei käytetty vaihekorjainta (kuvio 10) ja 25 73,8 % 'auki', kun modulaatiolinjassa käytettiin vaihekor- ··, jainta (kuvio 11) . NAMPS-järjestelmässä on minimivaatimukse na 65 %:n aukiolo lähtevässä signaalissa ja voidaan nähdä, ettei se täytä tätä vaatimusta tässä esimerkissä, jollei jänniteohjatun oskillaattorin modulaatiolinjaan kytketä vai-30 hekorjainta keksinnön mukaisesti.10 By feeding a pulse train through the transmission path, detecting the response with an oscilloscope and synchronizing it with an externally used pulse generator, an eye pattern of the pulse train is obtained on the image surface of the oscilloscope. The edges of the mesh pattern correspond to the worst possible interaction situation of the pulse train bit combinations. Figures 10 and 11 show the mesh pattern 13, 14 of the DSAT signal of the NAMPS system without a phase equalizer and with a phase equalizer. The eye pattern can be used to measure the distortion of the DSAT signal. Looking at Figures 10 and 11, one can see how much the eye pattern is ‘open’. This is shown in Fig. 20 as a percentage showing the height of the inner edge of the mesh pattern on the vertical axis delimited by the zero plane and the upper edge of the pattern. From the horizontal dashed line drawn in the figure, it can be seen that the mesh pattern 13 is 53.2% 'open' when no phase equalizer was used in the modulation line (Figure 10) and 73.8% 'open' when the phase equalizer was used in the modulation line (Figure 10). 11). The NAMPS system has a minimum requirement of 65% open in the outgoing signal and it can be seen that it does not meet this requirement in this example unless a phase equalizer is connected to the modulation line of the voltage controlled oscillator according to the invention.

·] Kuvioissa 12 ja 13 on esitetty modulaatiosignaalin mitattu amplitudi- A ja vaihevaste Φ, kun modulaatiolinjassa ei ole vaihekorjainta ja vastaavasti kun linjaan on keksinnön mu-35 kaisesti kytketty vaihekorjain. Kuvioita vertailemalla näh dään, että vaihe Φ muuttuu melko jyrkästi matalilla taajuuksilla, kun modulaatiolinjassa ei ole vaihekorjainta, kun taas vaihevaste Φ on suoristunut olennaisesti matalilla taa-Figures 12 and 13 show the measured amplitude A and phase response Φ of the modulation signal when there is no phase equalizer in the modulation line and when a phase equalizer is connected to the line according to the invention. Comparing the figures, it can be seen that the phase Φ changes quite sharply at low frequencies when there is no phase equalizer in the modulation line, while the phase response Φ is substantially straightened at low frequencies.

IIII

95521 9 juuksilla käytettäessä vaihekorjainta keksinnön mukaisesti, kuten esittiin edellä kuvion 5 yhteydessä. Tästä nähdään, että kytkemällä vaihekorjain modulaatiolinjaan, voidaan käyttää pienempää modulointitaajuutta. Pystyakselin as-5 teikolla jokainen väli on vaiheessa 10° ja amplitudissa 6 dB. Vaaka-akselin esittämä logaritminen taajuusasteikko ulottuu 10 Hz:stä 10 kHz:iin.95521 9 using a phase equalizer according to the invention, as shown above in connection with Figure 5. It can be seen from this that by connecting the phase equalizer to the modulation line, a lower modulation frequency can be used. For the vertical axis as-5, each gap is in phase 10 ° and in amplitude 6 dB. The logarithmic frequency scale shown on the horizontal axis ranges from 10 Hz to 10 kHz.

Keksinnön mukaista menetelmää ja vaihelukittua silmukkaa 10 voidaan soveltaa eri tarkoituksiin, joissa tarvitaan tai käytetään vaihelukittua silmukkaa, kuten taajuussyntetisaat-torissa tai siirto-oskillaattorissa. Näin ollen keksintö ei rajoitu tässä esitettyihin esimerkkeihin, vaan on sovellettavissa eri tarkoituksiin patenttivaatimusten puitteissa.The method according to the invention and the phase-locked loop 10 can be applied for various purposes in which a phase-locked loop is required or used, such as in a frequency synthesizer or a transfer oscillator. Accordingly, the invention is not limited to the examples set forth herein, but is applicable to various purposes within the scope of the claims.

Claims (10)

1. Fasläsningskrets som innehäller successivt kopplade en 3 fasdetektor (1), tili vars ena ingäng bringas en referens- 4 frekvens (fref) , ett kretsfilter (2) samt en modulerbar spän- 5 ningskontrollerad oscillator (3), till vilken bringas dessu- 6 torn en moduleringssignal (MOD) och frän vilken en äterkop- plingsgren har letts till fasdetektorns (1) andra ingäng, kännetecknad av att det tili den spänningskontrollerade os-cillatorns (3) moduleringsgren (MOD) har kopplats före spän- 95521 ningskontrollerade oscillatorn en faskorrigerare (8) som ändrar pä moduleringssignalens (MOD) fasuppförande i motsatt riktning i förhällande till fasläsningskretsen och storleken av ändringen är beroende av moduleringsfrekvensen (f). 51. A phase reading circuit containing successively coupled a 3 phase detector (1), to each of whose inputs a reference 4 frequency (fref), a circuit filter (2) and a modulatable voltage controlled oscillator (3), 6 shows a modulation signal (MOD) and from which an feedback link has been fed to the second input of the phase detector (1), characterized in that the modulating branch (MOD) of the voltage controlled oscillator (3) has been connected before a voltage controlled oscillator. phase rectifier (8) which changes the phase behavior of the modulation signal (MOD) in the opposite direction relative to the phase reading circuit and the magnitude of the change is dependent on the modulation frequency (f). 5 2. Fasläsningskrets enligt patentkravet 1, kännetecknad av att faskorrigeraren (8) omfattar ätminstone ett fasförskjut-ningselement.Phase reading circuit according to claim 1, characterized in that the phase rectifier (8) comprises at least one phase shift element. 3. Fasläsningskrets enligt patentkravet 1, kännetecknad av att fasförskjutningselementet är en aktiv krets.Phase reading circuit according to claim 1, characterized in that the phase shifting element is an active circuit. 4. Fasläsningskrets enligt patentkravet 1, kännetecknad av att fasförskjutningselementet är en passiv krets. 154. The phase reading circuit according to claim 1, characterized in that the phase shifting element is a passive circuit. 15 5. Fasläsningskrets enligt patentkravet 4, kännetecknad av att fasförskjutningselementet omfattar en av motständ (Rl, R2, R3) bildad stjärnkoppling, varvid moduleringssignalen anbringas pä det första motständets (Rl) ena pol och den 20 faskorrigerade moduleringssignalen (MOD) fäs frän det andra motständets (R2) ena pol och det tredje motständet (R3) har kopplats via en kondensator (C) tili jorden.5. A phase reading circuit according to claim 4, characterized in that the phase shifting element comprises a resistor formed by resistor (R1, R2, R3), wherein the modulation signal is applied to one pole of the first resistor (R1) and the phase-corrected modulation signal (MOD) is attached from the second resistor. (R2) one pole and the third resistor (R3) are connected via a capacitor (C) to the ground. 6. Fasläsningskrets enligt patentkravet 1, kännetecknad av 25 att den är en del av en överföringsoscillator.6. A phase reading circuit according to claim 1, characterized in that it is part of a transmission oscillator. 7. Fasläsningskrets enligt patentkravet 1, kännetecknad av att den är en del av en frekvenssyntetisator. 1 2 3 4 5 6A phase reading circuit according to claim 1, characterized in that it is part of a frequency synthesizer. 1 2 3 4 5 6 8. Förfarande för bildande av en fasläsningskrets som är 2 modulerbar med läga frekvenser, i vilket 3 - en referensfrekvens (fref) och frän en spänningskontrollerad 4 oscillator (3) erhällen utgängssignal jämföres i en fasde- 5 tektor (1), 6 - växelkomponenterna filtreras frän fasdetektorns (1) signal med ett kretsfilter (2), frän vilket en likspänning erhälles för kontrollering av den spänningskontrollerade oscillatorn - (3), och 95521 - den spänningskontrollerade oscillatorn (3) moduleras med en moduleringssignal (MOD), kännetecknat av att - moduleringssignalens (MOD) fas (4>sig) ändras i motsatt rikt- 5 ning mot vad fasläsningskretsen ändrar pä den och storleken av ändringen är beroende av moduleringsfrekvensen (f).8. A method for forming a phase reading circuit which is 2 modular with low frequencies, in which 3 - a reference frequency (fref) and from a voltage controlled 4 oscillator (3) received output signal is compared in a phase detector (1), 6 - the switch components is filtered from the phase detector (1) signal by a circuit filter (2) from which a direct voltage is obtained to control the voltage controlled oscillator - (3), and 95521 - the voltage controlled oscillator (3) is characterized by a modulation signal (MOD), characterized in that the phase (4) of the modulation signal (MOD) changes in the opposite direction to what the phase reading circuit changes on it and the magnitude of the change is dependent on the modulation frequency (f). 9. Förfarande enligt patentkravet 8, kännetecknat av att moduleringssignalens (MOD) fas (<t>fig) ändras pd ldga frekven- 10 ser i motsatt riktning mot vad fasläsningskretsen ändrar pa den.9. A method according to claim 8, characterized in that the phase of the modulation signal (MOD) (<t> fig) is changed at low frequencies in the opposite direction to what the phase reading circuit changes on it. 10. Förfarande enligt patentkravet 8, kännetecknat av att moduleringssignalens (MOD) fas ($>eig) ändras pä sä sätt, att 15 modulationens relativa fas är väsentligen samma pä ldga och höga frekvenser. ( >· l ·Method according to Claim 8, characterized in that the phase ($) of the modulation signal (MOD) is changed in such a way that the relative phase of the modulation is essentially the same at high frequencies. (> · L ·
FI922604A 1992-06-05 1992-06-05 Phase-locked loop FI95521C (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI922604A FI95521C (en) 1992-06-05 1992-06-05 Phase-locked loop
GB9311535A GB2267610B (en) 1992-06-05 1993-06-04 Phase-locked loop

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI922604A FI95521C (en) 1992-06-05 1992-06-05 Phase-locked loop
FI922604 1992-06-05

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI922604A0 FI922604A0 (en) 1992-06-05
FI922604A FI922604A (en) 1993-12-06
FI95521B FI95521B (en) 1995-10-31
FI95521C true FI95521C (en) 1996-02-12

Family

ID=8535427

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI922604A FI95521C (en) 1992-06-05 1992-06-05 Phase-locked loop

Country Status (2)

Country Link
FI (1) FI95521C (en)
GB (1) GB2267610B (en)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3810046A (en) * 1973-02-23 1974-05-07 California Microwave Microwave source
US4110707A (en) * 1976-12-13 1978-08-29 Texas Instruments Incorporated Indirect FM modulation scheme using phase locked loop

Also Published As

Publication number Publication date
GB2267610A (en) 1993-12-08
FI922604A0 (en) 1992-06-05
FI95521B (en) 1995-10-31
GB2267610B (en) 1996-05-15
GB9311535D0 (en) 1993-07-21
FI922604A (en) 1993-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100360403B1 (en) Circuit and method for duty cycle correction
KR100312574B1 (en) Phase detector with frequency steering
US5854575A (en) Dual-loop phase-locked loop
US6909329B2 (en) Adaptive loop bandwidth circuit for a PLL
KR101307498B1 (en) Sigma-delta based phase lock loop
US7009456B2 (en) PLL employing a sample-based capacitance multiplier
GB2345210A (en) Digital phase-frequency detector
US20110187425A1 (en) Phase-locked loop systems using adaptive low-pass filters in switched bandwidth feedback loops
FI101437B (en) Control of a voltage controlled oscillator
US6137368A (en) Frequency synthesizer with constant loop characteristics
US6950957B1 (en) Phase comparator for a phase locked loop
KR19980018659A (en) Ultra-Low Gain Voltage Controlled Oscillators
GB2426641A (en) Multiple phase locked loop (PLL) arrangement for reproduction of a clock signal
AU639850B2 (en) Parameter tolerant pll synthesizer
US5751194A (en) Phase-locked loop having charge pump controlled according to temperature and frequency
FI95521C (en) Phase-locked loop
CZ140494A3 (en) Process and apparatus for digital modulation employing simultaneous adding and subtracting of pulses
EP0497801B1 (en) A phase locked loop for producing a reference carrier for a coherent detector
JP2006514485A (en) Phase lock loop circuit
CA1142240A (en) Method and apparatus for forcing a phase-lock oscillator to a predetermined frequency when unlocked
FI97003C (en) Method for controlling a phase-locked loop and a phase-locked loop
EP0917292A2 (en) Dual-loop phase-locked loop
FI79637B (en) KRETSKOPPLING FOER EN FASLAOST SLINGA.
KR20010090750A (en) Phase comparator, and pahse locked loop circuit having the same as well as method of phase comparison
JPH11251902A (en) Pll circuit

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Owner name: NOKIA MATKAPUHELIMET OY

BB Publication of examined application