JP2001044826A - 高周波変調式位相同期ループ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基準信号ｆＩＮの周波数を基準として周波数
変調された出力信号ｆＯＵＴを出力する。 【解決手段】 切替信号に応じてループフィルタ３によ
って出力された電圧値またはＤ／Ａ変換器６によって出
力された電圧値を選択して出力する切替器１１と、切替
器１１によって出力された電圧値に応じた周波数の出力
信号ｆＯＵＴを発振し、その出力信号ｆＯＵＴを帰還信
号として位相比較器１に帰還する電圧制御発振器４と、
所定周期毎に切替器１１に切替信号を出力すると共に、
その所定周期に応じてアップダウン信号をＤ／Ａ変換器
６に出力するカウンタ１２とを備えた。

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、電磁妨害対策さ
れた安定な変調周波数が得られる高周波変調式位相同期
ループ回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の高周波変調式位相同期ルー
プ回路を示す構成図であり、図において、１はリファレ
ンスクロックｆＩＮとフィードバッククロックとの位相
差に応じた位相差信号を出力する位相比較器、２はその
位相差信号に応じた電流値に変換して出力する位相差電
流変換器、３はその電流値を積分して電圧値に変換して
出力するループフィルタ、４はその電圧値に応じた周波
数のフィードバッククロックを発振し、位相比較器１に
フィードバックする電圧制御発振器である。５はリファ
レンスクロックｆＩＮをカウントしてアップダウン信号
を生成するカウンタ、６はループフィルタ３によって出
力された電圧値を基準としたカウンタ５によって出力さ
れたアップダウン値に応じた電圧値を出力するＤ／Ａ変
換器、７はＤ／Ａ変換器６によって出力された電圧値に
応じた周波数の変調されたクロックｆＯＵＴを出力する
電圧制御発振器である。

【０００３】次に動作について説明する。位相同期ルー
プ回路におけるＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉ
ｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：電磁妨害）対策とし
て、出力の周波数を変調させる手法がある。図２は周波
数と搬送波および周波数変調により生じる側帯波の相対
振幅との関係を示した特性図である。図２（Ａ）は周波
数を変調させない場合、図２（Ｂ）は周波数を変調させ
た場合である。このように周波数を変調させることによ
り図２（Ｂ）に示すように搬送波と周波数変調により生
じる側帯波との相対振幅を小さくすることができ、電磁
妨害、即ち、ノイズの発生を低くすることができる。

【０００４】図６において、位相比較器１は、Ａ［Ｈ
ｚ］のリファレンスクロックｆＩＮとフィードバックク
ロックとの位相を比較し、その位相差に応じた位相差信
号を出力する。位相差電流変換器２は、その位相差信号
に応じた電流値に変換して出力し、ループフィルタ３
は、その電流値を積分して電圧値に変換して出力する。
電圧制御発振器４は、その電圧値に応じた周波数のフィ
ードバッククロックを発振し、位相比較器１にフィード
バックする。また、カウンタ５は、Ａ［Ｈｚ］のリファ
レンスクロックｆＩＮをカウントしてアップダウン信号
を生成し、Ｄ／Ａ変換器６は、ループフィルタ３によっ
て出力された電圧値を基準としたカウンタ５によって出
力されたアップダウン値に応じた電圧値を出力する。

【０００５】図７は従来のＤ／Ａ変換器の出力電圧を示
す特性図であり、図に示すように、Ｄ／Ａ変換器６は、
Ａ［Ｈｚ］でロックされた時のループフィルタ３によっ
て出力された電圧値を基準とし、さらに、カウンタ５に
よって出力されたアップダウン値に応じて上下した周期
Ｂ［ｓ］の電圧値を出力する。電圧制御発振器７は、Ｄ
／Ａ変換器６によって出力された電圧値に応じた周波数
の変調されたクロックｆＯＵＴを出力する。図８は従来
の電圧制御発振器の出力周波数を示す特性図であり、図
に示すように、電圧制御発振器７は、ロックされたＡ
［Ｈｚ］を基準とし、さらに、周期Ｂ［ｓ］で上下する
周波数変調されたクロックｆＯＵＴを出力する。このク
ロックｆＯＵＴを用いることによってノイズの発生を低
くすることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の高周波変調式位
相同期ループ回路は以上のように構成されているので、
２台の電圧制御発振器４，７を用いており、それら２台
の電圧制御発振器４，７を同一の回路にしたとしても、
回路素子のばらつきにより２台の電圧制御発振器４，７
間で出力周波数の誤差が生じてしまい、そのため、リフ
ァレンスクロックｆＩＮのＡ［Ｈｚ］を基準として、ク
ロックｆＯＵＴを周波数変調させることができないなど
の課題があった。例えば、電圧制御発振器４の入力電圧
値がＤ［ｖ］で出力周波数がＡ［Ｈｚ］である場合に、
電圧制御発振器７の入力電圧値がＤ［ｖ］であったとし
ても上記理由により出力周波数がＡ［Ｈｚ］にはならな
い。

【０００７】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、基準信号の周波数を基準として周
波数変調された出力信号を出力することができる高周波
変調式位相同期ループ回路を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る高周波変
調式位相同期ループ回路は、切替信号に応じてループフ
ィルタによって出力された第１の電圧値またはＤ／Ａ変
換器によって出力された第２の電圧値を選択して出力す
る切替器と、切替器によって出力された第１または第２
の電圧値に応じた周波数の出力信号を発振し、その出力
信号を帰還信号として位相比較器に帰還する電圧制御発
振器と、所定周期毎に切替器に切替信号を出力すると共
に、その所定周期に応じてアップダウン信号をＤ／Ａ変
換器に出力する制御器とを備えたものである。

【０００９】この発明に係る高周波変調式位相同期ルー
プ回路は、制御器を、基準信号であるリファレンスクロ
ックをカウントして、基準信号と帰還信号との位相が一
致するロック時間と、アップダウン信号を出力するアッ
プダウン信号出力時間とを判断し、それらロック時間か
らアップダウン信号出力時間への移行時に第２の電圧値
を選択させ、それらアップダウン信号出力時間からロッ
ク時間への移行時に第１の電圧値を選択させる切替信号
を切替器に出力するカウンタとしたものである。

【００１０】この発明に係る高周波変調式位相同期ルー
プ回路は、制御器を、ロック時間からアップダウン信号
出力時間への移行時に位相差電流変換器を停止させ、そ
れらアップダウン信号出力時間からロック時間への移行
時にその停止を解除させる制御信号を位相差電流変換器
に出力するカウンタとしたものである。

【００１１】この発明に係る高周波変調式位相同期ルー
プ回路は、制御器を、基準信号であるリファレンスクロ
ックをカウントして、アップダウン信号出力時間に上に
凸のアップダウン信号と下に凸のアップダウン信号とを
交互にＤ／Ａ変換器に出力するカウンタとしたものであ
る。

【００１２】

【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による高
周波変調式位相同期ループ回路を示す構成図であり、図
において、１は基準信号であるリファレンスクロックｆ
ＩＮとフィードバッククロックとの位相差に応じた位相
差信号を出力する位相比較器、２はその位相差信号に応
じた電流値に変換して出力する位相差電流変換器、３は
その電流値を積分して電圧値（第１の電圧値）に変換し
て出力するループフィルタ、４は後述する切替器１１に
よって選択された、ループフィルタ３によって出力され
た電圧値または後述するＤ／Ａ変換器６によって出力さ
れた電圧値（第２の電圧値）に応じた周波数の出力信号
を発振し、クロックｆＯＵＴとして出力すると共に、フ
ィードバッククロックとして位相比較器１にフィードバ
ックする電圧制御発振器、６はループフィルタ３によっ
て出力された電圧値を基準とした後述するカウンタ１２
によって出力されたアップダウン値に応じた電圧値を出
力するＤ／Ａ変換器である。

【００１３】１１はトランスミッションゲート１１ａ，
１１ｂからなり、切替信号に応じてループフィルタ３に
よって出力された電圧値またはＤ／Ａ変換器６によって
出力された電圧値を選択して出力する切替器、１２はリ
ファレンスクロックｆＩＮをカウントして、アップダウ
ン信号を出力するアップダウン信号出力時間に上に凸の
アップダウン信号と下に凸のアップダウン信号とを交互
に生成してＤ／Ａ変換器６に出力するカウンタ（制御
器）である。また、このカウンタ１２は、リファレンス
クロックｆＩＮをカウントして、位相比較器１において
リファレンスクロックｆＩＮとリファレンスクロックと
の位相の一致に要するロック時間と、アップダウン信号
を出力するアップダウン信号出力時間とを判断し、それ
らロック時間からアップダウン信号出力時間への移行時
にＤ／Ａ変換器６からの電圧値を選択させる切替信号を
切替器１１に出力し、アップダウン信号出力時間からロ
ック時間への移行時にループフィルタ３からの電圧値を
選択させる切替信号を切替器１１に出力するものであ
る。さらに、このカウンタ１２は、ロック時間からアッ
プダウン信号出力時間への移行時にループフィルタ３の
出力電圧値が保持されるように位相差電流変換器２を停
止させる制御信号をその位相差電流変換器２に出力し、
アップダウン信号出力時間からロック時間への移行時に
その停止を解除（位相差電流変換器２の動作を再開させ
る）する制御信号を位相差電流変換器２に出力するもの
である。なお、１２ａは反転した切替信号を切替器１１
に出力するためのインバータである。

【００１４】次に動作について説明する。位相同期ルー
プ回路におけるＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉ
ｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：電磁妨害）対策とし
て、出力の周波数を変調させる手法がある。図２は周波
数と搬送波および周波数変調により生じる側帯波の相対
振幅との関係を示した特性図である。図２（Ａ）は周波
数を変調させない場合、図２（Ｂ）は周波数を変調させ
た場合である。このように周波数を変調させることによ
り図２（Ｂ）に示すように搬送波と周波数変調により生
じる側帯波との相対振幅を小さくすることができ、電磁
妨害、即ち、ノイズの発生を低くすることができる。

【００１５】図３はこの発明の実施の形態１による高周
波変調式位相同期ループ回路の主要部のパルスを示すタ
イミングチャートであり、上記図１とこの図３を参照し
ながら動作を説明する。図１において、カウンタ１２
は、常にリファレンスクロックｆＩＮ（図３のａ）をカ
ウントして、位相比較器１においてリファレンスクロッ
クｆＩＮとリファレンスクロックとの位相の一致に要す
る予め設定されたロック時間と、アップダウン信号を出
力する予め設定されたアップダウン信号出力時間とを判
断し、それらアップダウン信号出力時間からロック時間
への移行時に‘Ｌ’レベルの切替信号を出力し（図３の
切替器（１）に相当）、切替器１１のトランスミッショ
ンゲート１１ａをオン、トランスミッションゲート１１
ｂをオフさせ、ループフィルタ３からの電圧値を切替器
１１に選択させる。また、カウンタ１２は、そのアップ
ダウン信号出力時間からロック時間への移行時に位相差
電流変換器２の停止を解除する‘Ｌ’レベルの制御信号
を位相差電流変換器２に出力する（図３の切替器（１）
に相当）。

【００１６】この時、位相比較器１は、Ａ［Ｈｚ］のリ
ファレンスクロックｆＩＮ（図３のａ）とフィードバッ
ククロックとの位相を比較し、その位相差に応じた位相
差信号を出力する。位相差電流変換器２は、その位相差
信号に応じた電流値に変換して出力し、ループフィルタ
３は、その電流値を積分して電圧値に変換して出力す
る。切替器１１は、このループフィルタ３側を選択して
いるので、そのループフィルタ３からの電圧値を電圧制
御発振器４に出力する。電圧制御発振器４は、その電圧
値に応じた周波数のクロックｆＯＵＴを発振して出力す
ると共に、フィードバッククロックとして位相比較器１
にフィードバックする（図３のｆの周波数一定期間）。
そして、それら位相同期ループ回路により、位相比較器
１においてリファレンスクロックｆＩＮとリファレンス
クロックとの位相が一致し、即ち、ロックしてループフ
ィルタ３からは、そのリファレンスクロックｆＩＮでロ
ックした時の電圧値が出力される（図３のｅ）。これら
の機能は、従来の技術で言えば、電圧制御発振器４から
なる位相同期ループ回路の機能に相当するものである。

【００１７】また、カウンタ１２は、ロック時間からア
ップダウン信号出力時間への移行時に‘Ｈ’レベルの切
替信号を出力し（図３の切替器（２）に相当）、切替器
１１のトランスミッションゲート１１ａをオフ、トラン
スミッションゲート１１ｂをオンさせ、Ｄ／Ａ変換器６
からの電圧値を切替器１１に選択させる。また、カウン
タ１２は、そのロック時間からアップダウン信号出力時
間への移行時に位相差電流変換器２を停止する‘Ｈ’レ
ベルの制御信号を位相差電流変換器２に出力する（図３
の切替器（２）に相当）。さらに、カウンタ１２は、リ
ファレンスクロックｆＩＮをカウントして、アップダウ
ン信号を出力するアップダウン信号出力時間に上に凸の
アップダウン信号と下に凸のアップダウン信号とを交互
に生成してＤ／Ａ変換器６に出力する。

【００１８】この時、ループフィルタ３は、位相差電流
変換器２が停止しているので、リファレンスクロックｆ
ＩＮでロックした時の電圧値を出力し続け、Ｄ／Ａ変換
器６に供給する（図３のｅ）。また、カウンタ１２から
３本のビットラインｂ０〜ｂ２によってアップダウン信
号がＤ／Ａ変換器６に出力される（図３のｂ０〜ｂ
２）。図３における１０進表示は、そのアップダウン信
号を１０進法によって示したものである。Ｄ／Ａ変換器
６は、ループフィルタ３によって出力された電圧値を基
準としたカウンタ１２によって出力されたアップダウン
値に応じた電圧値を出力する（図３のｄ）。切替器１１
は、このＤ／Ａ変換器６側を選択しているので、そのＤ
／Ａ変換器６からの電圧値を電圧制御発振器４に出力す
る。電圧制御発振器４は、その電圧値に応じた周波数の
クロックｆＯＵＴを発振して出力する（図３のｆの周波
数ｕｐ周波数ｄｏｗｎ期間）。これらの機能は、従来の
技術で言えば、電圧制御発振器７からなるクロックｆＯ
ＵＴの出力回路の機能に相当するものである。

【００１９】なお、そのクロックｆＯＵＴは、フィード
バックラインによって位相比較器１にフィードバックさ
れるが、位相差電流変換器２が停止しているので、ルー
プフィルタ３の出力電圧値に影響を与えることはない。
その後、再びカウンタ１２は、リファレンスクロックｆ
ＩＮに応じてロック時間であると判断して、切替器１１
をループフィルタ３からの電圧値の選択に切り替えると
共に、位相差電流変換器２の停止を解除し、リファレン
スクロックｆＩＮでロックさせ、次のアップダウン信号
出力時間に備える。

【００２０】図４はこの発明の実施の形態１による切替
器の出力電圧を示す特性図であり、図に示すように、切
替器１１は、ロック時間Ｃ［ｓ］では、Ａ［Ｈｚ］でロ
ックされた時のループフィルタ３の出力電圧値を選択
し、アップダウン信号出力時間Ｂ／２［ｓ］では、Ａ
［Ｈｚ］でロックされた時のループフィルタ３によって
出力された電圧値を基準とし、さらに、カウンタ１２に
よって出力されたアップダウン値に応じて上下したＤ／
Ａ変換器６の出力電圧値を選択する。これらは周期的に
選択され、Ｂ［ｓ］＋２Ｃ［ｓ］周期で行われる。図５
はこの発明の実施の形態１による電圧制御発振器の出力
周波数を示す特性図であり、図に示すように、電圧制御
発振器４は、ロック時間Ｃ［ｓ］では、ロックされたル
ープフィルタ３の出力電圧値に応じたクロックｆＯＵＴ
を出力し、アップダウン信号出力時間Ｂ／２［ｓ］で
は、ロックされた時のループフィルタ３によって出力さ
れた電圧値を基準とし、さらに、カウンタ１２によって
出力されたアップダウン値に応じて上下したＤ／Ａ変換
器６の出力電圧値に応じたクロックｆＯＵＴを出力す
る。このクロックｆＯＵＴを用いることによってノイズ
の発生を低くすることができる。

【００２１】なお、上記実施の形態１では、カウンタ１
２によって、ロック時間、上に凸のアップダウン信号出
力時間、ロック時間、下に凸のアップダウン信号出力時
間の順で周期的に制御したが、ロック時間は、上に凸の
アップダウン信号出力時間と、下に凸のアップダウン信
号出力時間との間に常に挿入する必要はなく、例えば、
ロック時間、上に凸のアップダウン信号出力時間、下に
凸のアップダウン信号出力時間の順で周期的に制御して
も良い。また、上記実施の形態１では、カウンタ１２か
らＤ／Ａ変換器６に接続されるビットラインを３本にし
たが、任意の本数で設計しても良い。

【００２２】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、１台の電圧制御発振器４によって構成されるので、
従来の技術のように、２台の電圧制御発振器４，７によ
る出力周波数の誤差が生じることがなく、リファレンス
クロックｆＩＮのＡ［Ｈｚ］を基準としたクロックｆＯ
ＵＴを周波数変調させることができる効果が得られる。
また、１台の電圧制御発振器４によって構成されるの
で、回路構成を簡単にすることができる効果が得られ
る。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、切替
信号に応じてループフィルタによって出力された第１の
電圧値またはＤ／Ａ変換器によって出力された第２の電
圧値を選択して出力する切替器と、切替器によって出力
された第１または第２の電圧値に応じた周波数の出力信
号を発振し、その出力信号を帰還信号として位相比較器
に帰還する電圧制御発振器と、所定周期毎に切替器に切
替信号を出力すると共に、その所定周期に応じてアップ
ダウン信号をＤ／Ａ変換器に出力する制御器とを備える
ように構成したので、従来の技術のように、２台の電圧
制御発振器による出力周波数の誤差が生じることがな
く、基準信号を基準とした出力信号を周波数変調させる
ことができる効果が得られる。また、１台の電圧制御発
振器によって構成されるので、回路構成を簡単にするこ
とができる効果が得られる。

【００２４】また、この発明によれば、制御器を、基準
信号であるリファレンスクロックをカウントして、基準
信号と帰還信号との位相が一致するロック時間と、アッ
プダウン信号を出力するアップダウン信号出力時間とを
判断し、それらロック時間からアップダウン信号出力時
間への移行時に第２の電圧値を選択させ、それらアップ
ダウン信号出力時間からロック時間への移行時に第１の
電圧値を選択させる切替信号を切替器に出力するカウン
タとするように構成したので、カウンタによるリファレ
ンスクロックのカウントによって切替信号を切替器に出
力することにより、切替器でロック時間に応じた第１の
電圧値の選択、およびアップダウン信号出力時間に応じ
た第２の電圧値の選択を的確に行わせることができる効
果が得られる。

【００２５】さらに、この発明によれば、制御器を、ロ
ック時間からアップダウン信号出力時間への移行時に位
相差電流変換器を停止させ、それらアップダウン信号出
力時間からロック時間への移行時に停止を解除させる制
御信号を位相差電流変換器に出力するカウンタとするよ
うに構成したので、ロック時間においては、基準信号に
自動的にロックできると共に、アップダウン信号出力時
間においては、基準信号または帰還信号が変動してもル
ープフィルタから出力される第１の電圧値に影響を与え
ることが無く、基準信号を基準とした出力信号を精度良
く周波数変調させることができる効果が得られる。

【００２６】さらに、この発明によれば、制御器を、基
準信号であるリファレンスクロックをカウントして、ア
ップダウン信号出力時間に上に凸のアップダウン信号と
下に凸のアップダウン信号とを交互にＤ／Ａ変換器に出
力するカウンタとするように構成したので、基準信号を
基準とした側帯波の周波数特性が対称な出力信号を得る
ことができる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による高周波変調式
位相同期ループ回路を示す構成図である。

【図２】 周波数と搬送波および周波数変調により生じ
る側帯波の相対振幅との関係を示した特性図である。

【図３】 この発明の実施の形態１による高周波変調式
位相同期ループ回路の主要部のパルスを示すタイミング
チャートである。

【図４】 この発明の実施の形態１による切替器の出力
電圧を示す特性図である。

【図５】 この発明の実施の形態１による電圧制御発振
器の出力周波数を示す特性図である。

【図６】 従来の高周波変調式位相同期ループ回路を示
す構成図である。

【図７】 従来のＤ／Ａ変換器の出力電圧を示す特性図
である。

【図８】 従来の電圧制御発振器の出力周波数を示す特
性図である。

【符号の説明】

１ 位相比較器、２ 位相差電流変換器、３ ループフ
ィルタ、４ 電圧制御発振器、６ Ｄ／Ａ変換器、１１
切替器、１２ カウンタ（制御器）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北野 徹 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 三 菱電機エンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 5J106 AA04 BB08 CC01 CC21 CC38 CC41 DD09 DD35 EE08 GG07 GG11 HH10 KK03 KK39 PP01 QQ09 RR15 RR20

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準信号と帰還信号との位相差に応じた
   位相差信号を出力する位相比較器と、上記位相比較器に
   よって出力された位相差信号に応じた電流値を出力する
   位相差電流変換器と、上記位相差電流変換器によって出
   力された電流値に応じた第１の電圧値を出力するループ
   フィルタと、上記ループフィルタによって出力された第
   １の電圧値を基準としたアップダウン値に応じた第２の
   電圧値を出力するＤ／Ａ変換器と、切替信号に応じて上
   記ループフィルタによって出力された第１の電圧値また
   は上記Ｄ／Ａ変換器によって出力された第２の電圧値を
   選択して出力する切替器と、上記切替器によって出力さ
   れた第１または第２の電圧値に応じた周波数の出力信号
   を発振し、その出力信号を帰還信号として上記位相比較
   器に帰還する電圧制御発振器と、所定周期毎に上記切替
   器に切替信号を出力すると共に、その所定周期に応じて
   アップダウン信号を上記Ｄ／Ａ変換器に出力する制御器
   とを備えた高周波変調式位相同期ループ回路。
2. 【請求項２】 制御器は、基準信号であるリファレンス
   クロックをカウントして、基準信号と帰還信号との位相
   が一致するロック時間と、アップダウン信号を出力する
   アップダウン信号出力時間とを判断し、それらロック時
   間からアップダウン信号出力時間への移行時に切替器に
   第２の電圧値を選択させ、それらアップダウン信号出力
   時間からロック時間への移行時に切替器に第１の電圧値
   を選択させる切替信号をその切替器に出力するカウンタ
   であることを特徴とする請求項１記載の高周波変調式位
   相同期ループ回路。
3. 【請求項３】 制御器は、ロック時間からアップダウン
   信号出力時間への移行時に位相差電流変換器を停止さ
   せ、それらアップダウン信号出力時間からロック時間へ
   の移行時に位相差電流変換器の停止を解除させる制御信
   号をその位相差電流変換器に出力するカウンタであるこ
   とを特徴とする請求項２記載の高周波変調式位相同期ル
   ープ回路。
4. 【請求項４】 制御器は、基準信号であるリファレンス
   クロックをカウントして、アップダウン信号出力時間に
   上に凸のアップダウン信号と下に凸のアップダウン信号
   とを交互にＤ／Ａ変換器に出力するカウンタであること
   を特徴とする請求項２または請求項３記載の高周波変調
   式位相同期ループ回路。