JP2000269949A

JP2000269949A - 位相同期制御装置

Info

Publication number: JP2000269949A
Application number: JP11073177A
Authority: JP
Inventors: Yuko Suzuki; 優子鈴木
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 2000-09-29
Anticipated expiration: 2019-03-18
Also published as: JP4165954B2

Abstract

(57)【要約】【課題】網同期の品質、信頼性の向上を図る。【解決手段】履歴情報保存手段１１は、同期時の出力
周波数の位相偏差の基準値及び基準値に対する方向を符
号化したデータからなる履歴データを生成し、時系列に
保存する。履歴情報補償手段１２は、最新の履歴データ
と最古の履歴データとの差分を補償して、出力周波数に
反映させる。ドリフト補正手段１３は、出力周波数の位
相偏差幅を算出して出力周波数のドリフトを監視し、あ
らかじめ決められた幅の範囲をはずれた場合に、履歴デ
ータに対して、ずれ幅分のオフセットを加えてドリフト
を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は位相同期制御装置に
関し、特にクロック障害の対策機能であるホールドオー
バの動作時に、出力周波数の位相同期制御を行う位相同
期制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータ技術や光ファイバ技
術の発展によって、高速コンピュータ通信、マルチメデ
ィア通信等の高度な通信サービスを提供するディジタル
網が広く普及している。

【０００３】ディジタル網を構築する場合、網内の装置
は、基準となるクロックの周波数に同期して動作する。
このような網同期を実現する回路としてＰＬＬ（Phase
Locked Loop)があり、特に有線通信ではディジタルＰＬ
Ｌが主流である。

【０００４】図９はディジタルＰＬＬの概略構成を示す
図である。ディジタルＰＬＬ３００は、網から受信する
入力リファレンスクロックｆｒとＰＬＬが出力する網同
期クロックｆｏとのフィードバックを常時比較し、ＰＬ
Ｌが出力する網同期クロックｆｏを入力リファレンスク
ロックｆｒに追従させる。

【０００５】位相比較器３０１は、入力リファレンスク
ロックｆｒと出力周波数ｆｏとの位相を比較し、位相差
を出力する。Ａ／Ｄ変換器３０２は、この位相差をディ
ジタル化する。ＰＬＬ制御部３０３は、ＣＰＵ、ＲＯ
Ｍ、ＲＡＭ等で構成され、ディジタル化された位相差に
もとづいて、ＶＣＸＯ（電圧制御水晶発振器）３０５の
制御を行うための制御信号を出力する。

【０００６】Ｄ／Ａ変換器３０４は、この制御信号をア
ナログ化して直流電圧にして出力する。ＶＣＸＯ３０５
は、直流電圧に対応した出力周波数を発振する。分周器
３０６は、出力周波数ｆｏをＮ分周し、分周信号ｆｏ／
Ｎを位相比較器３０１に入力する。

【０００７】このような構成に対し、ＰＬＬ制御部３０
３は、分周信号ｆｏ／Ｎがｆｒと一致するようにＶＣＸ
Ｏ３０５を制御する。一方、ＰＬＬは、入力リファレン
スクロックに異常（クロック断など）が発生した場合に
は、同期中に記録したクロック特性情報にしたがった網
同期クロックを出力するホールドオーバといわれる自走
モードになる。このようなホールドオーバ動作時のＰＬ
Ｌ出力は、信頼性の高いものでなければならない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
ホールドオーバ機能を持つ従来のＰＬＬは、同期状態中
にメモリに記録する情報として、周波数値や位相差の値
そのものを記録しており、さらに同期時の動作により近
づけるために、記録する情報数も大量に必要とされるた
め、メモリの容量が非常に大きくなってしまうといった
問題があった。

【０００９】また、記録した情報の最新のものと最も古
いものとでは差分があり、この差分のために、ＰＬＬ出
力に急激な変動を与えてしまうといった問題があった。
さらに、従来の網同期制御では、スリップ発生間隔が短
いといった問題があった。図１０はスリップ発生を説明
する図である。

【００１０】図のディジタル網は、クロックソースＣＫ
を有する上位局Ａと、伝送路端に設置される同期端局装
置１００を含む送信局Ｂと、伝送路端に設置される同期
端局装置２００を含む受信局Ｃと、から構成されてい
る。

【００１１】上位局Ａは、クロック分配路で送信局Ｂと
受信局Ｃに接続し、送信局Ｂと受信局Ｃは、ディジタル
情報伝送路で接続している。同期端局装置１００、２０
０はそれぞれ、クロック抽出部１０１、２０１とクロッ
ク生成部１０２、２０２と情報メモリ１０３、２０３と
から構成される。

【００１２】クロック抽出部１０１、２０１は、ディジ
タル情報からクロックを抽出する。クロック生成部１０
２は、クロックソースＣＫからのクロックｆａに同期し
た送信クロックｆｂ（＝ｆａ＋Δｆｂ）を生成し、クロ
ック生成部２０２は、クロックソースＣＫからのクロッ
クｆａに同期した受信クロックｆｃ（＝ｆａ＋Δｆｃ）
を生成する。情報メモリ１０３、２０３は、ディジタル
情報を格納する。

【００１３】ここで、受信局Ｃに着目して説明すると、
まず、受信局Ｃは送信局Ｂから受信したディジタル情報
を、クロック抽出部２０１で抽出した受信クロックｆｂ
１によりいったん情報メモリ２０３に書き込む。

【００１４】そして、クロック生成部２０２から供給さ
れるクロックｆｃにより読み出しを行って装置内に取り
込む。したがって、伝送路上で発生するジッタ（Δｆ
ｂ、Δｆｃ）や瞬断等、ある程度の位相変動は、この情
報メモリ２０３で吸収することができる。ところが、図
のように上位局Ａから受信局Ｃへのクロック分配路（デ
ィジタル回線）に障害が発生した場合、受信局Ｃはクロ
ック抽出を止め、ホールドオーバ状態に入る。ワンダ
（長い周期で生じる位相差が存在する状態）のピークで
ホールドオーバ状態に入った場合などは、受信局Ｃにお
けるデータ受信クロックｆｂ1とホールドオーバにより
生成されるクロックｆｃとに周期的（ワンダの周期）に
大きな差分が発生し、書き込みが終わらないうちに読み
出したり、書き込む情報が多すぎてオーバフローしたり
して、ビットエラーとなるスリップが発生してしまう。

【００１５】網同期制御は、このようなスリップの発生
や位相変動要因を抑制し、安定したクロック周波数のデ
ィジタル網を構築しなければならない。本発明はこのよ
うな点に鑑みてなされたものであり、網同期の品質及び
信頼性の向上を図った位相同期制御装置を提供すること
を目的とする。

【００１６】また、本発明の他の目的は、網同期の品質
及び信頼性の向上を図ったＰＬＬ装置を提供することで
ある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、図１に示すような、クロック障害の対策
機能であるホールドオーバの動作時に、出力周波数の位
相同期制御を行う位相同期制御装置１０において、同期
時の出力周波数の位相偏差の基準値及び基準値に対する
方向を符号化したデータからなる履歴データを生成し、
時系列に保存する履歴情報保存手段１１と、最新の履歴
データと最古の履歴データとの差分を補償して、出力周
波数の位相同期制御に反映させる履歴情報補償手段１２
と、出力周波数の位相偏差幅を算出して出力周波数のド
リフトを監視し、あらかじめ決められた幅の範囲をはず
れた場合に、履歴データに対して、ずれ幅分のオフセッ
トを加えてドリフトを補正するドリフト補正手段１３
と、を有することを特徴とする位相同期制御装置１０が
提供される。

【００１８】ここで、履歴情報保存手段１１は、同期時
の出力周波数の位相偏差の基準値及び基準値に対する方
向を符号化したデータからなる履歴データを生成し、時
系列に保存する。履歴情報補償手段１２は、最新の履歴
データと最古の履歴データとの差分を補償して、出力周
波数の位相同期制御に反映させる。ドリフト補正手段１
３は、出力周波数の位相偏差幅を算出して出力周波数の
ドリフトを監視し、あらかじめ決められた幅の範囲をは
ずれた場合に、履歴データに対して、ずれ幅分のオフセ
ットを加えてドリフトを補正する。

【００１９】また、図２に示すような、信号の位相同期
制御を行うＰＬＬ装置１において、出力周波数を発振す
る出力周波数発振手段５０と、入力信号の周波数と出力
周波数との位相を比較して、位相差を出力する位相比較
手段２０と、同期時の出力周波数の位相偏差の基準値及
び基準値に対する方向を符号化したデータからなる履歴
データを生成し、時系列に保存する履歴情報保存手段１
１と、最新の履歴データと最古の履歴データとの差分を
補償して、出力周波数の位相同期制御に反映させる履歴
情報補償手段１２と、出力周波数の位相偏差幅を算出し
て出力周波数のドリフトを監視し、あらかじめ決められ
た幅の範囲をはずれた場合に、履歴データに対して、ず
れ幅分のオフセットを加えてドリフトを補正するドリフ
ト補正手段１３と、から構成されるＰＬＬ制御手段１０
０と、を有することを特徴とするＰＬＬ装置１が提供さ
れる。

【００２０】ここで、出力周波数発振手段５０は、出力
周波数を発振する。位相比較手段２０は、入力信号の周
波数と出力周波数との位相を比較して、位相差を出力す
る。履歴情報保存手段１１は、同期時の出力周波数の位
相偏差の基準値及び基準値に対する方向を符号化したデ
ータからなる履歴データを生成し、時系列に保存する。
履歴情報補償手段１２は、最新の履歴データと最古の履
歴データとの差分を補償して、出力周波数の位相同期制
御に反映させる。ドリフト補正手段１３は、出力周波数
の位相偏差幅を算出して出力周波数のドリフトを監視
し、あらかじめ決められた幅の範囲をはずれた場合に、
履歴データに対して、ずれ幅分のオフセットを加えてド
リフトを補正する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の位相同期制御装置
の原理図である。

【００２２】図のグラフは、ホールドオーバを説明する
ものであり、縦軸に位相偏差、横軸に経過時間ｔをとっ
てある。時間ｔ０がクロック断が起きた時間であり、０
〜ｔ０が同期状態、ｔ０以降がホールドオーバである。

【００２３】ホールドオーバは、クロックパスが切れた
時、クロックパスが切れる直前の位相偏差で自走を開始
し（次段の装置に対し、記録した入力リファレンスクロ
ックを供給する）機能のことをいう。

【００２４】なお、時間がある程度経過すると、従来で
は発振器の周波数ドリフト率（環境条件によって変化す
る）に対応して位相偏差は徐々に増えていくが、本発明
では、後述するドリフト補正を行って、ホールドオーバ
時のクロックの信頼性を高めている。

【００２５】位相同期制御装置１０は、このようなクロ
ック障害の対策機能であるホールドオーバの動作時に、
出力周波数の位相同期制御を行う。履歴情報保存手段１
１は、同期時の出力周波数の位相偏差（または周波数偏
差、以降同様）の基準値及び基準値に対する方向を符号
化したデータからなる履歴データ（以下、ヒストリデー
タと呼ぶ）を生成し、時系列に保存する。

【００２６】履歴情報補償手段１２は、最新のヒストリ
データと最古のヒストリデータとの差分を補償して、出
力周波数の位相同期制御に反映させる。ドリフト補正手
段１３は、出力周波数のすべての位相偏差幅を算出する
ことで出力周波数の中心周波数のドリフトを監視し、あ
らかじめ決められた幅の範囲をはずれた場合に、ヒスト
リデータに対して、ずれ幅分のオフセットを加えてドリ
フトを補正する。

【００２７】位相偏差監視手段１４は、出力周波数の位
相偏差を監視し、入力された位相差に異常があった場合
に位相偏差が正常であるならば、入力リファレンスクロ
ックに異常があるものとみなして、ホールドオーバへ移
行させる。

【００２８】ワンダ・エミュレーション手段１５は、出
力周波数のピーク間の間隔をヒストリデータを利用して
記録し、同期中に存在していたワンダをモデル化する。
そして、モデル化したワンダのエミュレーションを行っ
て、出力周波数の位相同期制御を行う。なお、上記の各
構成手段の詳細は後述する。

【００２９】次に位相同期制御装置１０を適用したＰＬ
Ｌ装置について説明する。図２はＰＬＬ装置の構成を示
す図である。ＰＬＬ装置１は、ディジタルＰＬＬであ
り、網から受信する入力リファレンスクロックｆｒと出
力周波数ｆｏとのフィードバック制御を行って、出力周
波数ｆｏを入力リファレンスクロックｆｒに追従させ
る。位相比較手段２０は、入力リファレンスクロック
ｆｒと出力周波数ｆｏとの位相を比較し、位相差を出力
する。Ａ／Ｄ変換手段３０は、この位相差をディジタル
化する。

【００３０】ＰＬＬ制御手段１００は、同期制御手段１
１０と、位相同期制御装置１０と、出力制御手段１２０
とから構成される。同期制御手段１１０はＰＬＬの同期
状態時の位相同期制御、位相同期制御装置１０はホール
ドオーバ時の位相同期制御を行う。そして、出力制御手
段１２０は、同期制御手段１１０及び位相同期制御装置
１０からの位相制御情報にもとづいて、ＶＣＸＯ５０に
対し、入力リファレンスクロックｆｒの追従制御を行う
ための制御信号ＣＮＴを出力する。位相同期制御装置１
０内部の構成手段の概略説明は上述したので省略する。

【００３１】Ｄ／Ａ変換手段４０は、制御信号ＣＮＴを
アナログ化して直流電圧を出力する。出力周波数発振手
段（ＶＣＸＯ）５０は、直流電圧に対応した出力周波数
ｆｏを発振する。分周器６０は、出力周波数ｆｏをＮ分
周し、分周信号ｆｏ／Ｎを位相比較手段２０に入力す
る。位相偏差抽出手段７０は、出力周波数ｆｏから位相
偏差を抽出し、ＰＬＬ制御手段１００に送信する。

【００３２】また、分周制御手段８０は、電源投入時の
入力リファレンスクロックｆｒの引き込み動作（位相ず
れから位相ずれがない状態へ移行する動作）時には、ロ
ック状態になるまで、入力リファレンスクロックｆｒの
分周値を段階的に切り替える。詳細は後述する。

【００３３】以上説明したように、本発明の位相同期制
御装置１０及び位相同期制御装置１０を適用したＰＬＬ
装置１は、同期時の出力周波数ｆｏの位相偏差からヒス
トリデータを生成することで効率のよいロギングを行う
ことが可能になる。

【００３４】また、最新ヒストリデータと最古ヒストリ
データとの差分を補償して出力周波数に反映させるの
で、出力周波数ｆｏに急激な変動を与えることを防ぐこ
とが可能になる。

【００３５】さらに、出力周波数ｆｏの中心周波数のド
リフトを監視して、ずれ幅分のオフセットをヒストリデ
ータに加えることにより、効率よくドリフトの補正を行
うことが可能になる。

【００３６】また、出力周波数ｆｏの位相偏差を常時監
視することで、入力リファレンスクロックｆｒのクロッ
ク断を早期に検出することが可能になる。さらに、ワン
ダをモデル化し、エミュレーションすることで、スリッ
プ発生を抑制することが可能になる。

【００３７】次に位相偏差監視手段１４について説明す
る。位相偏差監視手段１４は、同期状態での、位相比較
手段２０の出力する位相差を一定周期で読み取りつつ、
同時に位相偏差抽出手段７０が抽出した出力周波数ｆｏ
の位相偏差を監視する。

【００３８】位相差に異常な変動が見られた場合、その
原因が出力周波数ｆｏの異常変動によるものなのか、入
力リファレンスクロックｆｒの異常によるものなのかを
判断する。ここで、出力周波数ｆｏが正常な範囲内であ
った場合、入力リファレンスクロックｆｒの異常と判断
して、ホールドオーバ動作を開始する。

【００３９】このように、本発明の位相偏差監視手段１
４は、位相偏差を常時監視してホールドオーバに入る構
成としたので、クロック断以外の異常な入力リファレン
スクロックｆｒに追従する可能性を減少させることが可
能になる。

【００４０】次に分周制御手段８０について説明する。
従来のディジタルＰＬＬでは、位相比較回路に引き込む
出力周波数ｆｏと入力リファレンスクロックｆｒとを固
定値で分周し、比較結果にもとづいて、固定の追従精度
でＶＣＸＯを制御していた。

【００４１】そして、ディジタルＰＬＬでは、位相差を
測定する基準クロックの量子化誤差をなるべく小さくす
るためには、分周値を極力小さくする必要がある。とこ
ろが、分周値を小さくするほど、測定に時間にかかって
しまう（例えば、１Ｈｚにすれば１秒かかる）。

【００４２】一般的には、パワーオン直後の出力周波数
ｆｏと入力リファレンスクロックｆｒとでは、比較的大
きな周波数差が存在するため、従来のような固定分周
値、固定追従精度では、量子化誤差を小さくして、さら
にＰＬＬ追従精度をあげようとすると引き込み時間がか
かってしまう。

【００４３】したがって、本発明の分周制御手段８０
は、入力リファレンスクロックｆｒの分周値をパワーオ
ン時には、段階的に切り替えてロック状態にもってい
く。すなわち、パワーオン直後では、入力リファレンス
クロックｆｒと出力周波数ｆｏとの位相偏差が大きいた
めに分周値を大きくし、徐々に近づいてきたら分周値を
小さくしてロック状態にもっていく。

【００４４】また、分周制御手段８０で行う制御と合わ
せて、ＰＬＬ制御手段１００の出力制御手段１２０で
も、追従精度を段階的に切り替えていく。すなわち、パ
ワーオン直後では、入力リファレンスクロックｆｒと出
力周波数ｆｏとの位相偏差が大きいために追従精度を大
きくし、徐々に近づいてきたら追従精度を小さくしてロ
ック状態にもっていく。

【００４５】以上説明したように、本発明のように、パ
ワーオン時での分周値及び追従精度の段階的な切替えを
行うことにより、初期のアンロック状態から、すみやか
に、かつ安定して出力周波数ｆｏを入力リファレンスク
ロックｆｒに追従させることができ、かつ引き込み時間
を適切に短縮することが可能になる。

【００４６】次に履歴情報保存手段１１について説明す
る。履歴情報保存手段１１は、出力周波数ｆｏが入力リ
ファレンスクロックｆｒに追従している同期状態の間、
ホールドオーバ機能を実現するためにクロック動作を示
すためのヒストリデータをメモリに保存する。

【００４７】このヒストリデータのポイント数が多いほ
どホールドオーバ状態での、実際の同期時のクロック動
作により近いものを再現できる。そこでより小さいメモ
リ領域でより多くのヒストリデータを残すために、同期
時の出力周波数ｆｏの位相偏差の基準値及び基準値に対
する方向を符号化したデータからなるヒストリデータを
生成し、時系列に保存していく。

【００４８】図３はヒストリデータの保存の様子を示す
図である。図には、方向を示す符号化データを保存する
領域１１ａと、方向なし（基準値に対応）の連続回数を
保存する領域１１ｂが示されている。

【００４９】保存制御としては、まず、ヒストリデータ
を位相差の値そのものではなく、位相偏差の方向を符号
化してデータとして残す。位相差の比較出力がされた時
点で、ＰＬＬ制御手段１００が出力周波数ｆｏを上げる
（増える）方向に制御した場合を＋方向とし、ヒストリ
には＋１を残す。

【００５０】また、出力周波数ｆｏを下げる（減る）方
向に制御した場合を−方向とし、ヒストリには−１を残
す。出力周波数ｆｏを何も制御しなかった場合には０を
残す。０が連続した場合は、連続回数のカウント値を残
す。

【００５１】以上説明したように、履歴情報保存手段１
１を設けて、ホールドオーバのためのヒストリデータの
保存制御を行う構成とした。従来では周波数値や位相差
の値そのものを保存していたので、位相差カウント値と
同幅のサイズ分を測定毎に残していたため（１つの情報
に２バイト以上要していた）、大きなメモリ容量を必要
としていたが、本発明の履歴情報保存手段１１では、方
向のみを符号化したデータを保存するため、最大で１バ
イト、場合によっては２ビット単位で残すことが可能で
あり、小さいメモリサイズを用いて、実際に同期してい
た期間のクロック動作により近いクロックが生成するこ
とが可能になる。

【００５２】なお、上記のようなヒストリデータを生成
して位相同期制御を行った場合でも、クロック供給諸元
（例えば、ＳＯＮＥＴ等のクロック・ストラタム・レベ
ル）を十分満たす。

【００５３】次に履歴情報補償手段１２について説明す
る。ホールドオーバ状態で参照するヒストリデータは、
その最新の値と最も古い値との間に、ある程度の差分が
ある。

【００５４】このため、ヒストリデータを履歴の時間軸
と同一方向のみにシステマチックに読み出すだけでは、
この差分が出力周波数ｆｏの瞬間的な変動として出力さ
れてしまう。

【００５５】したがって、本発明の履歴情報補償手段１
２は、最新のヒストリデータから最古のヒストリデータ
へ時間軸を遡って読み出し、最古のヒストリデータに到
達した際は、その最古のヒストリデータから最新のヒス
トリデータへ時間軸にそって読み出すことを繰り返すこ
とで（このようなサイクリックな読み出し制御を以降、
ミラーリングと呼ぶ）、差分を補償して瞬間的変動を抑
制し、出力周波数ｆｏの位相同期制御に反映させる。

【００５６】図４はミラーリングを示す図である。縦軸
に出力周波数ｆｏの位相偏差（出力の変動値）、横軸に
経過時間ｔをとり、図中の折れ線グラフはヒストリデー
タを示している。

【００５７】時間ｔ０が入力リファレンスクロックｆｒ
の異常判定ポイントとし、この時間ｔ０で同期状態から
ホールドオーバへ移行する。また、ヒストリデータを格
納するヒストリサイズは、実際にホールドオーバ時に参
照されるヒストリデータであるホールドオーバ参照デー
タと、入力リファレンスクロックｆｒの異常検出を行う
ための保護時間と、をカバーするだけのサイズを持って
いる。なお、ヒストリデータのグラフのピーク〜ピーク
が同期精度を表すことになる。

【００５８】図に示すように、時間ｔ０のホールドオー
バ動作を開始した時点で、最新のヒストリデータから順
番に時間を遡るかたちで読み出している。また、最古の
ヒストリデータに到達した時間ｔ１から、時間軸にそっ
てヒストリデータを読み出している。そして、このよう
な動作を繰り返して、出力周波数ｆｏを制御する。

【００５９】以上説明したように、本発明の履歴情報補
償手段１２は、ミラーリング動作を行って、ホールドオ
ーバ動作時の最新ヒストリデータ及び最古ヒストリデー
タとの差分を補償する構成とした。これにより、出力周
波数ｆｏに急激な変動を与えることを防ぐことが可能に
なる。

【００６０】次にドリフト補正手段１３について説明す
る。ホールドオーバ状態では出力周波数ｆｏのフィード
バックがなされないため、ＶＣＸＯ５０のドリフトに対
する補正が入らない。

【００６１】したがって、長時間たつと本来生成しよう
としている周波数よりもずれた出力クロックを生成して
しまうことになる。そこで、ドリフトによる出力周波数
ｆｏの変動を抑制するための中心周波数のずれを補正す
るため、中心周波数がずれていなければ必ず特定の値に
なるという基準点を用意してドリフト補正を行う。

【００６２】まず、正常な期間に記録されたヒストリデ
ータの読み出しを開始した時点で、ヒストリデータの特
定のポイントをドリフト検出ポイントＴdrift とする。
ホールドオーバ動作中は、ヒストリデータを読み出す毎
に（すなわち、全ヒストリポイント毎に）位相偏差抽出
手段７０から抽出された出力周波数ｆｏの位相偏差（ｐ
plodevとする）を積分していく。毎回の出力周波数ｆｏ
をｆplooutとすると、位相偏差ｐplodevは次式のように
なる。

【００６３】

【数１】ｐplodev（ｎ）＝ｆploout（ｎ）−ｆploout（ｎ−１） …（１）そして、ヒストリデータの読み出しポイントがドリフト
検出ポイントＴdriftに戻った時点で、積分値Ｐを確認
する。ポイント数をｍとすると積分値Ｐは、

【００６４】

【数２】

【００６５】ここで、出力周波数ｆｏがヒストリデータ
にぴったり一致した変動をしていれば、積分値Ｐは０に
なるはずであるが、ＶＣＸＯ５０の精度やドリフトによ
り微妙に差分が生じる。ここで、特定のポイントの出力
周波数ｆｏの差分だけの計測だけでなく積分を行うの
は、出力周波数ｆｏの変動を全体の傾向としてとらえる
ためである。

【００６６】また、検出ポイントＴdrift の毎回の積分
結果Ｐをさらに積分しＱとすると、

【００６７】

【数３】Ｑ（ｎ）＝Ｑ（ｎ−１）＋ΣＰ（ｎ） …（３）そして、ドリフト検出ポイントＴdrift でのＱの積分値
Ｑtotal が、あらかじめ設定した閾値を越えたら出力周
波数ｆｏ（の中心周波数）の異常と判定する。また、こ
の出力異常が、ＶＣＸＯ５０の故障によるものなのか、
ドリフトによるものなのかを判定する必要がある。

【００６８】そこで、ドリフト補正手段１３では、出力
周波数ｆｏの中心周波数にＱtotalだけの値を与えて、
再度出力周波数ｆｏが追従してくるかを監視する。追従
してくれば、それは中心周波数のズレの原因はドリフト
によるものと判断でき、ずれ幅分のオフセットをヒスト
リデータに加えてドリフトを補正する。

【００６９】以上説明したように、本発明のドリフト補
正手段１３は、出力周波数の総位相偏差幅を算出してド
リフトを監視し、あらかじめ決められた幅の範囲をはず
れた場合に、ヒストリデータに、ずれ幅分のオフセット
を加えてドリフトを補正する構成とした。これにより、
ドリフトによる出力周波数ｆｏの変動を効率よく抑制す
ることが可能になる。

【００７０】なお、出力周波数ｆｏの位相偏差は、１つ
前との差分であるため、全体としてどの方向に動いたか
を判断するには、すべてのポイント測定値を総合的に見
る必要がある。したがって、上述の計算式では、積分と
いう形をとって行った。

【００７１】次にワンダにもとづくスリップ発生につい
て説明する。図１０で説明したようなディジタル網シス
テム、すなわち、受信クロックと送信クロックが独立で
あり、片方のクロックのみが網同期クロックを使用して
いるようなシステムに対しては、ワンダにもとづいたス
リップの発生が起きやすい。

【００７２】図５はワンダにもとづくスリップの発生を
示す図である。縦軸に送信クロックと受信クロックとの
位相差、横軸に時間ｔをとる。また、実線の曲線が送信
クロック、点線の曲線が受信クロックを示している。

【００７３】図ではワンダが発生し、ワンダのインター
バル内で、時間ｔ０で同期状態からホールドオーバへ移
行したとする。時間ｔ０に到達するまでの同期状態で
は、受信クロックと送信クロックには位相差は生じてい
ない。

【００７４】一方、時間ｔ０からホールドオーバに入
り、ワンダのピークで、すなわち、受信クロックと送信
クロックに大きな位相差が生じた状態で、長時間その位
相差が保たれる場合では、スリップ発生の可能性が高く
なる。

【００７５】したがって、網同期制御では、必ずワンダ
が生成されているという前提にたつと、上記のような条
件が発生するのを抑制する必要がある。ここで、ワンダ
周期分のヒストリが十分記録できる程メモリが大きけれ
ば、そのまま読み出して出力周波数ｆｏの位相同期制御
に使うことができるが、これは実用的ではなく、また、
ワンダの周期を予測しているわけではない。

【００７６】次にワンダ・エミュレーション手段１５に
ついて、図６〜図８を用いて説明する。ワンダ・エミュ
レーションとは、モデル化したワンダにもとづいて、想
定したワンダ発生時の出力周波数ｆｏの位相同期制御を
行うことをいう。

【００７７】図６はワンダのモデル化を示す図であり、
（Ａ）は実際の位相偏差、（Ｂ）はワンダモデルを示し
ている。同期状態での（Ａ）では、位相偏差のピークを
サンプリングして記憶する。そして、ホールドオーバ状
態での（Ｂ）では、記憶したピーク値にもとづいてワン
ダモデルを生成する。

【００７８】図７はワンダエミュレーション手段１５の
処理手順を示すフローチャートである。〔Ｓ１〕同期状態に入った時点から、位相偏差計測ポイ
ント毎のヒストリデータとに加え、位相偏差あるいは出
力周波数ｆｏのピーク値とピーク値との間の時間間隔
（ピーク間周期）をワンダの量子化データとして記録す
る。

【００７９】ワンダにも複数のスペクトル成分が含まれ
ることが想定されるため、ピーク測定だけでは、それら
の複合的な周期が混ざり合いモデル化が困難になる。そ
こでサンプリングは、あらかじめ規定する特定の周波数
成分以上かつ特定の振幅以上のもののみを対象として行
う。〔Ｓ２〕ホールドオーバ状態では、網同期中にサンプリ
ングしたピーク〜ピーク間の周期情報から、ワンダのモ
デルを生成する。〔Ｓ３〕位相偏差計測ポイント毎に記録したヒストリデ
ータが、その生成したワンダモデル周期のどの位置にい
たかを割り出し（後述の部分パターンマッチングを行
う）、そのポイントからワンダ・モデルにしたがってワ
ンダエミュレートを開始する（図６のStart Point ）。

【００８０】なお、同期状態に入った時点からホールド
オーバ状態に遷移するまでの間で、ピークが１つあるい
は１つも観測されていなかった場合、その間の最大値と
最小値を擬似的なピークとみなし、ワンダをエミュレー
トする。

【００８１】この場合、上述した手法と同様にエミュレ
ートすると、本来存在していたであろうワンダよりも高
周波のワンダを生成してしまうことになる、したがっ
て、こういった場合には、擬似的なピーク間の時間間隔
には意味を持たせずに、ワンダ周期Ｔwandは独自に設定
する。

【００８２】Ｔwandの決定要因となるのは、１つは本発
明を適用する装置に対する各種のワンダ規定（ワンダ生
成規定、ワンダ耐力等）未満であること。もう１つは擬
似的なピークポイント間の大きさが持続した場合に、ス
リップが発生することが予想される時間等を目安とす
る。

【００８３】図８は部分パターンマッチングの処理手順
を示す図である。〔Ｓ１０〕ヒストリデータを次のパラメータで量子化す
る。量子化されるパラメータは、最新のヒストリデータ
に対応する出力周波数ｆｏの周波数値Ｆlatestと、ヒス
トリデータ全体としての方向である。〔Ｓ１１〕周波数値Ｆlatestと、ワンダモデルの交差す
るポイントを出す。〔Ｓ１２〕ワンダモデルは１周期分のみであるため、交
差するのは必ず２ポイント存在する。そこで、ステップ
Ｓ１０のヒストリデータの方向を示す情報により、ヒス
トリデータのブロックがワンダモデルのどの位置にいる
のかを判断し、そこをエミュレーションのスタートポジ
ション（図６のStart Point ）とする。〔Ｓ１３〕ワンダ・エミュレーション手段１５は、この
スタートポイントからエミュレーションを開始する。

【００８４】以上説明したように、本発明のワンダ・エ
ミュレーション手段１５は、出力周波数ｆｏまたは位相
偏差のピーク間の間隔を記録して、同期中に存在してい
たワンダをモデル化し、モデル化したワンダのエミュレ
ーションを行って、出力周波数の位相同期制御を行う構
成とした。

【００８５】このようにワンダを量子化してとらえるこ
とで、ホールドオーバ機能で参照するヒストリデータの
ポイント数を必要最小限に抑えて、ワンダのモデル化を
行うことができ、さらにモデル化したワンダのエミュレ
ーションを行うことで、スリップの発生を抑制すること
が可能になる。

【００８６】以上説明したように、本発明の位相同期制
御装置１０及びＰＬＬ装置１は、位相比較手段２０から
出力される位相差と同時に、出力周波数ｆｏの位相偏差
を監視することで、出力クロックに対する入力リファレ
ンスクロックｆｒの障害波及を避けることが可能にな
る。

【００８７】また、ホールドオーバ動作で使用するヒス
トリデータとして、出力周波数ｆｏの基準値と基準値に
対して方向を示す符号化データだけを記録することによ
り、位相差の値そのものを記録するよりもメモリ使用量
を節約することが可能になる。

【００８８】さらに、ヒストリデータのミラーリングを
行うことで、出力周波数ｆｏの急激な変動を避けること
が可能になる。また、ホールドオーバ動作中に、ヒスト
リデータにずれ幅分のオフセットを加えて、ドリフト補
正を行うことにより、ドリフトによる出力周波数ｆｏの
変動を効率よく抑制することが可能になる。

【００８９】さらに、受信クロックと送信クロックが独
立で、一方のクロックのみが出力周波数ｆｏのクロック
を使用しているシステムに対しては、同期中にワンダを
サンプリングし、ホールドオーバ動作中にエミュレーシ
ョンする構成としたので、システムで発生しうるスリッ
プを抑制することが可能になる。

【００９０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の位相同期
制御装置は、同期時の出力周波数の位相偏差から生成さ
れた履歴データを出力周波数に反映させ、かつ履歴デー
タにオフセットを加えて出力周波数のドリフトを補正す
る構成とした。これにより、網同期の品質及び信頼性を
向上させ、特にホールドオーバ時の同期安定化を図るこ
とが可能になる。

【００９１】また、本発明のＰＬＬ装置は、同期時の出
力周波数の位相偏差から生成された履歴データを出力周
波数に反映させ、かつ履歴データにオフセットを加えて
出力周波数のドリフトを補正する構成とした。これによ
り、網同期の品質及び信頼性を向上させ、特にホールド
オーバ時の同期安定化を図ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位相同期制御装置の原理図である。

【図２】ＰＬＬ装置の構成を示す図である。

【図３】ヒストリデータの保存の様子を示す図である。

【図４】ミラーリングを示す図である。

【図５】ワンダにもとづくスリップの発生を示す図であ
る。

【図６】ワンダのモデル化を示す図であり、（Ａ）は実
際の位相偏差、（Ｂ）はワンダモデルを示す。

【図７】ワンダ・エミュレーション手段の処理手順を示
すフローチャートである。

【図８】部分パターンマッチングの処理手順を示す図で
ある。

【図９】ディジタルＰＬＬの概略構成を示す図である。

【図１０】スリップ発生を説明する図である。

【符号の説明】

１０位相同期制御装置１１履歴情報保存手段１２履歴情報補償手段１３ドリフト補正手段１４位相偏差監視手段１５ワンダ・エミュレーション手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】クロック障害の対策機能であるホールド
オーバの動作時に、出力周波数の位相同期制御を行う位
相同期制御装置において、同期時の前記出力周波数の位相偏差の基準値及び前記基
準値に対する方向を符号化したデータからなる履歴デー
タを生成し、時系列に保存する履歴情報保存手段と、最新の履歴データと最古の履歴データとの差分を補償し
て、前記出力周波数の位相同期制御に反映させる履歴情
報補償手段と、前記出力周波数の位相偏差幅を算出して前記出力周波数
のドリフトを監視し、あらかじめ決められた幅の範囲を
はずれた場合に、前記履歴データに対して、ずれ幅分の
オフセットを加えてドリフトを補正するドリフト補正手
段と、を有することを特徴とする位相同期制御装置。
【請求項２】前記出力周波数の位相偏差を監視し、入
力された位相差に異常があった場合に前記位相偏差が正
常であるならば、入力に異常があるものとみなして、前
記ホールドオーバへ移行させる位相偏差監視手段をさら
に有することを特徴とする請求項１記載の位相同期制御
装置。
【請求項３】前記履歴情報補償手段は、前記ホールド
オーバの開始時に、最新の履歴データから最古の履歴デ
ータへ時間軸を遡って読み出し、最古の履歴データに到
達した際は、最古の履歴データから最新の履歴データへ
時間軸にそって読み出すことを繰り返して、前記差分を
補償することを特徴とする請求項１記載の位相同期制御
装置。
【請求項４】前記出力周波数または前記出力周波数の
位相偏差のピーク間の間隔を記録して、同期中に存在し
ていたワンダをモデル化し、モデル化した前記ワンダの
エミュレーションを行って、前記出力周波数の位相同期
制御を行うワンダ・エミュレーション手段をさらに有す
ることを特徴とする請求項１記載の位相同期制御装置。
【請求項５】信号の位相同期制御を行うＰＬＬ装置に
おいて、出力周波数を発振する出力周波数発振手段と、入力信号の周波数と前記出力周波数との位相を比較し
て、位相差を出力する位相比較手段と、同期時の前記出力周波数の前記位相偏差の基準値及び前
記基準値に対する方向を符号化したデータからなる履歴
データを生成し、時系列に保存する履歴情報保存手段
と、最新の履歴データと最古の履歴データとの差分を補
償して、前記出力周波数の位相同期制御に反映させる履
歴情報補償手段と、前記出力周波数の位相偏差幅を算出
して前記出力周波数のドリフトを監視し、あらかじめ決
められた幅の範囲をはずれた場合に、前記履歴データに
対して、ずれ幅分のオフセットを加えてドリフトを補正
するドリフト補正手段と、から構成されるＰＬＬ制御手
段と、を有することを特徴とするＰＬＬ装置。
【請求項６】前記出力周波数の前記位相偏差を監視
し、入力された前記位相差に異常があった場合に前記位
相偏差が正常であるならば、入力に異常があるものとみ
なして、前記ホールドオーバへ移行させる位相偏差監視
手段をさらに有することを特徴とする請求項５記載のＰ
ＬＬ装置。
【請求項７】前記履歴情報補償手段は、前記ホールド
オーバの開始時に、最新の履歴データから最古の履歴デ
ータへ時間軸を遡って読み出し、最古の履歴データに到
達した際は、最古の履歴データから最新の履歴データへ
時間軸にそって読み出すことを繰り返して、前記差分を
補償することを特徴とする請求項５記載のＰＬＬ装置。
【請求項８】前記出力周波数または前記出力周波数の
位相偏差のピーク間の間隔を記録して、同期中に存在し
ていたワンダをモデル化し、モデル化した前記ワンダの
エミュレーションを行って、前記出力周波数の位相同期
制御を行うワンダ・エミュレーション手段をさらに有す
ることを特徴とする請求項５記載のＰＬＬ装置。
【請求項９】初期引き込み時、前記入力信号の分周値
を段階的に切り替える分周制御手段をさらに有すること
を特徴とする請求項５記載のＰＬＬ装置。
【請求項１０】前記ＰＬＬ制御手段は、初期引き込み
時、前記入力信号に対する追従精度を段階的に切り替え
ることを特徴とする請求項５記載のＰＬＬ装置。