JP2000341116A - 位相同期回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位相比較器にＥＸＯＲを使用した場合や、位
相周波数比較器を使用してその入力信号に位相差がある
場合には、電圧制御発振器の発振周波数の変動により、
周波数品質の劣化を招き、また、電源電圧に変動があっ
た場合は、電圧制御発振器の制御電圧が変動するという
課題があった。 【解決手段】 位相比較器２による、基準信号と出力信
号に基づく信号との位相較結果を、正相および逆相の平
衡信号に変換する不平衡／平衡変換回路８と、その正相
および逆相の平衡信号の平均値をとる平均値回路９によ
って構成した変換手段によって、交流成分を含まない直
流信号に変換し、それを制御信号として電圧制御発振器
５に入力するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、入力された基準
信号に対して位相同期した出力信号を生成する位相同期
回路に関するものであり、特に、電圧制御発振器の発振
周波数変動防止に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来の位相同期回路の構成を示す
ブロック図であり、図において、１は基準信号の入力端
子、２は基準信号の位相比較のための位相比較器、３は
位相比較結果より高周波成分の除去を行うローパスフィ
ルタ、４はローパスフィルタ３からの信号を増幅する増
幅器、５は増幅器４からの信号を制御信号とする電圧制
御発振器、６は電圧制御発振器５で生成された信号を出
力信号として外部に出力する出力端子、７はその出力信
号を分周して位相比較器２に入力する分周器である。

【０００３】また、図８は位相比較器２に排他的論理和
回路（以下、ＥＸＯＲという）を使用した場合の位相比
較結果の一例を示すタイミング図であり、図９は位相比
較器２に位相周波数比較器を使用した場合の位相比較結
果の一例を示すタイミング図である。

【０００４】次に動作について説明する。入力端子１よ
り入力された基準信号は位相比較器２に送られて、分周
器７から出力される信号と位相比較される。ここで、位
相比較器２にＥＸＯＲを用いた場合には、図８に示すよ
うに、位相比較結果として比較周波数の２倍の周波数を
有する信号が出力され、入力された信号の位相差は出力
信号のデューティー比で表わされる。また、位相比較器
２に位相周波数比較器を用いた場合には、図９に示すよ
うに、位相比較結果として入力された信号の位相差に比
例した極性付きの信号として出力され、入力された信号
の位相が一致していれば、中点電位が出力される。

【０００５】この位相比較器２より出力された位相比較
結果の信号はローパスフィルタ３でその高周波成分が除
去されて平滑化され、さらに増幅器４にて増幅された
後、電圧制御発振器５に入力される。電圧制御発振器５
ではこの増幅器４の出力する信号を制御信号として、そ
の電圧に応じた周波数で発振し、周波数同期した出力信
号を生成して出力端子６より外部に出力する。一方、電
圧制御発振器５の生成した出力信号は分周器７にも入力
され、入力端子１より入力された基準信号と同じ周波数
に分周されて位相比較器２に入力される。

【０００６】次に上記増幅器４について説明する。図１
０は増幅器４の構成を示す回路図であり、図において、
２１は入力端子、２２は演算増幅器、２３、２４、２
５、２６は抵抗、２７は電源、２８は出力端子である。
入力端子２１にはローパスフィルタ３によって高周波が
除去された位相比較結果の信号が入力される。演算増幅
器２２は抵抗２３と抵抗２４の比で増幅率が決定される
差動増幅器として動作して、入力された信号を、抵抗２
５および抵抗２６が電源２７の電圧を分圧して生成する
比較電圧と比較する。従って、この増幅器４より出力さ
れる信号の電位は電源２７の電圧に依存するものとな
る。なお、図９に示したように、入力端子１より入力さ
れた基準信号と、分周器７から出力された信号の位相が
一致している場合には、位相比較器２の出力は中点電位
となって比較電圧と等しくなるため、出力端子２８に出
力される信号の電位は電源２７の電位の１／２となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の位相同期回路は
以上のように構成されているので、位相比較器２にＥＸ
ＯＲを使用した場合には、比較結果に比較周波数の２倍
の周波数を有する信号が出力され、回路応答を制御する
ローパスフィルタ３では平滑化が充分ではなく、その結
果として電圧制御発振器５に入力される制御信号に交流
成分が表われるため、発振周波数に変動、すなわちジッ
タが加わり、周波数品質が劣化するという課題があり、
また、位相比較器２に位相周波数比較器を使用した場合
にも、位相比較器２に入力される信号に位相差がある
と、その位相差に比例した信号が出力されるため、同様
に電圧制御発振器５に入力される制御信号に交流成分が
表われて、発振周波数に変動、すなわちジッタが加わ
り、周波数品質が劣化するという課題があった。

【０００８】さらに、位相比較器２に位相周波数比較器
を使用して、入力信号の位相が一致している場合におい
ても、電源２７の電圧が変動した場合には、増幅器４の
出力が電源の電圧に依存しているため、電圧制御発振器
５に入力される制御電位が変動して出力周波数が変動す
るという課題があった。

【０００９】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、位相比較器にＥＸＯＲを使用し
た場合や、位相周波数比較器を使用している場合に入力
信号に位相差があるようなときにおいても、電圧制御発
振器の制御信号に交流成分が現れるようなことがなく、
周波数品質の劣化を防止することができる位相同期回路
を得ることを目的とする

【００１０】また、この発明は、電源電圧の変動があっ
た場合においても、電圧制御発振器の制御電圧が変動す
ることがなく、周波数品質の高い位相同期回路を得るこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る位相同期
回路は、入力された基準信号と、生成された出力信号に
基づく信号との比較手段による比較結果を、変換手段に
よって交流成分を含まない直流信号に変換し、それを制
御信号として電圧制御発振器に入力するようにしたもの
である。

【００１２】また、この発明に係る位相同期回路は、比
較手段からの比較結果を交流結合して正相および逆相の
平衡信号に変換する不平衡／平衡変換回路と、この不平
衡／平衡変換回路より出力される正相および逆相の平衡
信号の平均値をとる平均値回路によって、比較手段の出
力する比較結果を直流信号に変換する変換手段を形成し
たものである。

【００１３】また、この発明に係る位相同期回路は、初
期設定時の電源電圧の１／２の電位を保持し、この電位
と、ローパスフィルタにて平滑化され、第１の増幅器に
よって増幅された位相比較器の位相比較結果との電位差
を増幅する第２の増幅器を設けて、それより出力される
信号を制御電圧として電圧制御発振器に入力するように
したものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による位
相同期回路の構成を示すブロック図である。図におい
て、１は基準信号が入力される入力端子であり、２はこ
の入力端子１から入力された基準信号と、後述する分周
器７で出力信号を分周して生成した信号との位相比較を
行う比較手段としての位相比較器である。なお、これら
は、図７に同一符号を付して示した従来の位相同期回路
におけるそれらと同等のものである。

【００１５】８は位相比較器２の出力する位相比較結果
を交流結合して、正相および逆相の平衡信号に変換する
不平衡／平衡変換回路であり、９はこの不平衡／平衡変
換回路８より出力される正相および逆相の平衡信号の平
均値をとって直流信号に変換する平均値回路である。な
お、これらは、位相比較器２より出力される位相比較結
果を直流信号に変換する変換手段を形成しており、図７
に符号３を付して示した従来の位相同期回路におけるロ
ーパスフィルタに代替して、位相比較器２と増幅器４と
の間に配置されたものである。

【００１６】４はこの平均値回路９より出力される直流
信号を増幅する増幅器であり、５はこの増幅器４より出
力される直流信号を制御信号とし、その電圧で発振周波
数が制御されて、周波数同期した出力信号を生成する電
圧制御発振器である。６はこの電圧制御発振器５にて生
成された信号を出力信号として外部に出力するための出
力端子であり、７は電圧制御発振器５にて生成された出
力信号を基準信号と同一の周波数に分周し、それを位相
比較器２に入力する分周器である。なお、これらも、図
７に同一符号を付して示した従来の位相同期回路におけ
るそれらと同等のものである。

【００１７】このように、この実施の形態１による位相
同期回路は、ローパスフィルタ３を不平衡／平衡変換回
路８と平均値回路９とで構成される変換手段にて代替し
ている点で、従来の位相同期回路とは異なっている。

【００１８】次に動作について説明する。ここで、位相
比較器２としてＥＸＯＲを使用した場合には、図８に示
したように、このＥＸＯＲによる位相比較結果は基準信
号の２倍の周波数を有する信号となる。また、位相比較
器２として位相周波数比較器を使用した場合で、入力さ
れた信号の位相が一致していない場合には、図９に示し
たように、位相差に比例した信号が出力される。不平衡
／平衡変換回路８では、このような位相比較器２から出
力される位相比較結果を交流結合することによって、そ
れを正相および逆相の平衡信号に変換する。平均値回路
９ではこの不平衡／平衡変換回路８で変換された正相お
よび逆相の平衡信号の平均値を求め、それを増幅器４に
出力する。

【００１９】ここで、不平衡／平衡変換回路８および平
均値回路９の一例を図２に、位相比較器２にＥＸＯＲを
使用して構成した場合の動作タイミングの一例を図３
に、位相比較器２に位相周波数比較器を使用して構成し
た場合の動作タイミングの一例を図４に示す。

【００２０】図２において、３１は不平衡／平衡変換回
路８の入力端子、３２は交流結合用のコンデンサ、３３
および３４はバイアス用の抵抗、３５および３６は互い
に相補動作するトランジスタ、３７および３８はトラン
ジスタ３５、３６のコレクタに接続された負荷抵抗、３
９および４０はトランジスタ３６のベースを所定電位に
保持するための抵抗、４１はトランジスタ３５、３６の
エミッタに接続された電流源であり、４２および４３は
不平衡／平衡変換回路８からの正相および逆相の平衡信
号がベースに入力される平均値回路９のトランジスタ、
４４および４５はトランジスタ４２、４３のエミッタに
接続された負荷抵抗、４６および４７はトランジスタ４
２、４３のエミッタ電位の平均値を生成するための抵
抗、４８はこの不平衡／平衡変換回路８と平均値回路９
の電源、４９は平均値回路９の出力端子である。

【００２１】位相比較器２から不平衡／平衡変換回路８
の入力端子３１に入力された不平衡の位相比較結果は、
コンデンサ３２を介して接続することにより交流的に結
合される。この不平衡の位相比較結果は波形のデューテ
ィー比に対応して、抵抗３３および抵抗３４で与えられ
るバイアス電位を基準とする正相および逆相の平衡信号
に、トランジスタ３５およびトランジスタ３６によって
変換される。この正相および逆相の平衡信号を平均値回
路９のトランジスタ４２およびトランジスタ４３に入力
され、抵抗４６および抵抗４７の接続点よりそれらの平
均値が平均値回路９の出力端子４９に出力される。

【００２２】図３および図４に示すように、不平衡／平
衡変換回路８の入力端子３１に入力される位相比較結果
の信号が直流でなくても、不平衡／平衡変換回路８で正
相および逆相の平衡信号に変換し、平均値回路９にてそ
れらの平均値を求めることにより、入力される位相比較
結果に比例した直流信号が得られる。

【００２３】このように、この実施の形態１によれば、
位相比較器２からの位相比較結果を交流結合した後、正
相および逆相の平衡信号に変換する不平衡／平衡変換回
路８と、この正相および逆相の平衡信号の平均値をとる
平均値回路９によって形成した変換手段によって、位相
比較器２からの位相比較結果を交流成分を含まない直流
信号に変換して、電圧制御発振器５の制御信号としてい
るので、位相比較器２にＥＸＯＲを使用した場合や、位
相周波数比較器を使用しているときに入力信号に位相差
があるような場合でも、電圧制御発振器５の発振周波数
の変動による周波数品質の劣化が防止できるという効果
が得られる。

【００２４】実施の形態２．次に、電源の電圧変動の影
響を受けにくい位相同期回路について説明する。図５は
そのようなこの発明の実施の形態２による位相同期回路
の構成を示すブロック図であり、相当部分には図１と同
一符号を付してその説明を省略する。図において、３は
位相比較器２から出力される位相比較結果より高周波成
分を除去して平滑化を行う、図７に同一符号を付して示
した従来のものに相当するローパスフィルである。４は
このローパスフィルタ３で平滑化された位相比較結果の
信号を増幅する第１の増幅器であり、図１に同一符号を
付して示した実施の形態１の位相同期回路における増幅
器と同等のものである。１０は第１の増幅器４の初期設
定時の電源２７の電圧の１／２の電位を保持し、その電
位と第１の増幅器４で増幅された信号との電位差を増幅
する第２の増幅器であり、１１はこの第２の増幅器１０
の正相に接続され、その電圧が上記電源２７の電圧の１
／２に設定された比較電源である。

【００２５】次に動作について説明する。入力端子１よ
り入力された基準信号は位相比較器２に入力される。位
相比較器２ではこの基準信号と、分周器７から出力され
る信号との位相比較を行う。ここで、位相比較器２とし
てＥＸＯＲを使用している場合には、図８に示すよう
に、位相比較結果として比較周波数の２倍の周波数を有
する信号が出力され、入力された信号の位相差は出力信
号のデューティー比で表わされる。また、位相比較器２
として位相周波数比較器を使用している場合には、図９
に示すように、位相比較結果として入力された信号の位
相差に比例した極性付きの信号として出力される。その
時、この位相比較器２に入力された信号の位相が互いに
一致している場合には、中点電位が出力される。この位
相比較器２より出力された位相比較結果の信号はローパ
スフィルタ３に入力され、その高周波成分が除去されて
平滑化された後、第１の増幅器４に入力されて増幅され
る。なお、ここまでの動作は従来の位相同期回路の場合
と同様である。

【００２６】この第１の増幅器４で増幅された信号は、
第２の増幅器１０の逆相に入力される。この第２の増幅
器１０は差動増幅器として機能するものであり、その正
相に接続された比較電源１１の比較電圧は初期設定時の
電源２７の電圧の１／２の電位に設定されている。この
比較電位と、第１の増幅器４にて増幅された信号との電
位差を増幅することにより、電源電圧の変動によって出
力される信号が変動するのを防止している。この第２の
増幅器１０で増幅された信号は電圧制御発振器５に制御
電圧として入力され、電圧制御発振器５ではこの第２の
増幅器１０からの制御信号の電圧に応じた周波数で発振
する。このようにして電圧制御発振器５は、周波数同期
した出力信号を生成して出力端子６より外部に出力す
る。一方、電圧制御発振器５の生成した出力信号は分周
器７にも入力され、入力端子１より入力された基準信号
と同じ周波数に分周されて位相比較器２に入力される。

【００２７】次に上記第１の増幅器４および第２の増幅
器１０について説明する。図６はそれら第１の増幅器４
と第２の増幅器１０の構成を示す回路図であり、図にお
いて、２１は第１の増幅器４の入力端子であり、２２は
差動増幅器として動作する第１の増幅器４の演算増幅器
である。２３、２４は演算増幅器２２の逆相に接続され
て、当該演算増幅器２２の増幅率を決定する抵抗であ
り、２５、２６は演算増幅器２２の正相に接続されて、
比較電圧を与える抵抗である。２７は電源、２８は第１
の増幅器４の出力端子である。このように、第１の増幅
器４は図１０に示した従来の増幅器４と同等に構成され
ている。

【００２８】また、５１は第２の増幅器１０の入力端子
であり、５２は差動増幅器として動作する第２の増幅器
１０の演算増幅器である。５３は演算増幅器５２の正相
に接続されて比較電圧を与える比較電源で、図５に符号
１１を付して示すものに相当するものであり、その電圧
は第１の増幅器４の初期設定を行ったときの電源２７の
電圧の１／２に設定されている。５４、５５は演算増幅
器５２の逆相に接続されて、当該演算増幅器５２の増幅
率を決定するための抵抗である。なお、この第２の増幅
器１０の電源は、第１の増幅器４内の電源２７より供給
されている。

【００２９】第１の増幅器４は、その入力端子２１にロ
ーパスフィルタ３にて高周波成分が除去されて平滑化さ
れた位相比較結果が入力される。この第１の増幅器４の
演算増幅器２２は差動増幅器を構成しており、その増幅
率は抵抗２３と抵抗２４の比によって決定される。抵抗
２５および抵抗２６は演算増幅器２２の正相に接続され
て、そこに電源２７の電圧を分圧した比較電圧を与え
る。ここで、電源２７の電圧をＶｃｃ、入力端子２１か
ら入力される入力電圧をＶｉｎ、抵抗２３および抵抗２
４をそれぞれR１およびR２と表わし、抵抗２５および抵
抗２６にて与えられる比較電圧をＶｒとすると、出力端
子２８に出力される出力電圧Ｖｏｕｔは次式のように表
わされる。

【００３０】

【数１】

【００３１】ここで、位相周波数比較器を用いた位相比
較器２においては、入力端子１より入力された基準信号
と、分周器７から出力された信号の位相が一致している
場合は、位相比較器２の出力は中点電位となって比較電
圧Ｖｒと等しくなるため、出力端子２８に出力される信
号の電位はＶｃｃ／２となる。なお、この第１の増幅器
４の動作は、図１０に回路構成を示した従来の増幅器１
の場合と同様の動作である。

【００３２】一方、第２の増幅器１０は第１の増幅器４
の電源２７の電圧変動を補償するものであり、第１の増
幅器４で増幅された信号を入力として、比較電源５３の
電位との比較を行う。入力端子１より位相比較器２に入
力される基準信号と、分周器７で生成されて位相比較器
２に入力される信号の位相が一致している状態におい
て、第１の増幅器４の出力電位は動作余裕が最も大きく
なるように、電源２７の１／２の電圧となるように初期
設定される。

【００３３】ここで、位相比較器２への入力位相が一致
している場合でも、電源２７の電圧が変動すると、第１
の増幅器４の出力電圧は電源２７の電圧に比例して、そ
れと同様に変動する。このことは、従来の技術の説明に
おいても述べた通りである。そのため、この実施の形態
２においては、第２の増幅器１０の増幅率を１倍に、比
較電源５３の電圧を第１の増幅器４の初期設定を行った
ときの電源２７の電位の１／２に設定している。これに
よって、初期設定時の第２の増幅器１０の出力端子５６
には初期設定時の電源２７の電位がそのまま現われる。
以後、電源２７の電圧変動によって第１の増幅器４の出
力電位が変動しても、その変動分はこの第２の増幅器１
０により補償される。

【００３４】このように、この実施の形態２によれば、
位相比較器２からの位相比較結果を高周波成分を除去し
て増幅した後、第２の増幅器１０に入力し、それが保持
している初期設定時の電源電圧の１／２の電位との電位
差を増幅して電圧制御発振器５の制御電圧としているの
で、位相比較器２に位相周波数比較器を使用し、その入
力信号の位相が一致している場合に、電源２７の電圧が
変動したようなときでも、第２の増幅器１０の出力が電
源２７の電圧変動によって変化することはなく、電圧制
御発振器５に入力される制御電位の変動による出力周波
数の変動を防止することができるという効果が得られ
る。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、入力
された基準信号と、生成された出力信号に基づく信号と
の比較結果を、交流成分を含まない直流信号に変換し
て、それを電圧制御発振器の制御信号とするように構成
したので、位相比較器にＥＸＯＲを使用した場合、ある
いは位相周波数比較器を使用しているときにその入力信
号に位相差があるような場合においても、電圧制御発振
器から出力される信号の周波数変動を防止することがで
き、周波数品質の高い位相同期回路が得られる効果があ
る。

【００３６】また、この発明によれば、比較結果を、交
流結合して正相および逆相の平衡信号に変換し、その正
相および逆相の平衡信号の平均値をとって直流信号に変
換すように構成したので、入力された基準信号と、生成
された出力信号に基づく信号との比較結果を、交流成分
を含まない直流信号に容易に変換することが可能になる
という効果がある。

【００３７】また、この発明によれば、初期設定時の電
源電圧の１／２の電位を保持している第２の増幅器に、
ローパスフィルタで平滑化されて第１の増幅器で増幅さ
れた位相比較結果を入力し、それと上記初期設定時の電
源電圧の１／２の電位との電位差を増幅して、電圧制御
発振器への制御電圧を生成するように構成したので、電
源電圧変動による第１の増幅器の出力の変動が補償さ
れ、電圧制御発振器の制御電圧が電源電圧によって変動
するようなことがなくなるため、制御精度の高い位相同
期回路が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による位相同期回路
の構成を示すブロック図である。

【図２】 上記実施の形態１における、不平衡／平衡変
換回路および平均値回路の構成を示す回路図である。

【図３】 上記実施の形態１における、位相比較器にＥ
ＸＯＲを使用した場合の不平衡／平衡変換回路および平
均値回路の動作を説明するためのタイミング形図であ
る。

【図４】 上記実施の形態１における、位相比較器に位
相周波数比較器を使用した場合の不平衡／平衡変換回路
および平均値回路の動作を説明するためのタイミング図
である。

【図５】 この発明の実施の形態２による位相同期回路
の構成を示すブロック図である。

【図６】 上記実施の形態２における、第１の増幅器と
第２の増幅器の構成を示す回路図である。

【図７】 従来の位相比較回路の構成を示すブロック図
である。

【図８】 従来の位相比較回路における、位相比較器に
ＥＸＯＲを使用した場合の位相比較結果を示すタイミン
グ図である。

【図９】 従来の位相比較回路における、位相比較器に
位相周波数比較器を使用した場合の位相比較結果を示す
タイミング図。

【図１０】 従来の位相比較回路における、増幅器の構
成を示す回路図である。

【符号の説明】

２ 位相比較器（比較手段）、３ ローパスフィルタ、
４ 第１の増幅器、５ 電圧制御発振器、７ 分周器、
８ 不平衡／平衡変換回路（変換手段）、９ 平均値回
路（変換手段）、１０ 第２の増幅器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 見目 一男 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5J106 AA04 CC01 CC21 CC38 CC52 DD01 DD05 KK14 KK25

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力された基準信号と生成した出力信号
   に基づく信号との比較を行う比較手段と、 前記比較手段より出力される比較結果を直流信号に変換
   する変換手段と、 前記変換手段より出力される直流信号を制御信号として
   その発振周波数が制御され、周波数同期した前記出力信
   号を生成する電圧制御発振器とを備えた位相同期回路。
2. 【請求項２】 比較手段の比較結果を直流信号に変換す
   る変換手段が、 前記比較手段の出力する比較結果を交流結合した後、正
   相および逆相の平衡信号に変換する不平衡／平衡変換回
   路と、 前記不平衡／平衡変換回路より出力される、正相および
   逆相の平衡信号の平均値をとる平均値回路を備えたもの
   であることを特徴とする位相同期回路。
3. 【請求項３】 入力された基準信号と生成した出力信号
   に基づく信号との位相比較を行う位相比較器と、 前記位相比較器より出力される位相比較結果の信号を平
   滑化するローパスフィルタと、 前記ローパスフィルタにて平滑化された信号を増幅する
   第１の増幅器と、 初期設定時の電源電圧の１／２の電位を保持し、この電
   位と前記第１の増幅器で増幅された信号との電位差を増
   幅する第２の増幅器と、 前記第２の増幅器で増幅された信号を制御電圧としてそ
   の発振周波数が制御され、周波数同期した前記出力信号
   を生成する電圧制御発振器と、 前記電圧制御発振器の生成した出力信号を分周して前記
   位相比較器に入力する分周器とを備えた位相同期回路。