JP2001223580A - 位相同期回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位相同期回路の動作状態に応じた適切なルー
プゲインを、簡素な回路構成によって得ること。 【解決手段】 位相比較器１０は、外部からの信号Ｖｉ
と、ＶＣＯ１７の出力信号Ｖｏとを乗算して出力する。
ＬＰＦ１１はこの出力のうち２信号の周波数差成分のみ
通過させ、増幅器１６，利得制御部１２へ出力する。利
得制御部１２ではコンデンサ１３で入力信号の直流成分
を除去し、整流器１４で全波整流、平滑器１５で平滑す
ることにより、Ｖｉの周波数変動に応じて振幅が変動す
る直流電圧を生成する。増幅器１６ではこれを用いてそ
の利得を、直流電圧が大きいときは大きく、小さいとき
は小さく調整し、ＶＣＯ１７に加える。これにより入力
信号に応じたループゲインでの制御が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部クロックや搬
送波に同期した信号を生成する位相同期回路において、
同期引き込み性能を改善する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、位相同期回路のＬＳＩ化、高性能
化が進んだことに伴い、テレビ、ラジオ、各種デジタル
機器、あるいは衛星放送、ＦＭ、ＡＭ放送等において、
外部クロックや搬送波に同期した信号を生成する手段と
して、位相同期回路が使用されることが多くなってきて
いる。

【０００３】通常、位相同期回路では同期引き込みの速
さと、引き込み後の動作の安定性とは、相反する関係に
ある。即ち同期引き込みを速く出来るようにすると、引
き込み後の安定性が悪くなり、安定性を良くしようとす
ると、同期引き込みに要する時間が長くなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで速い同期引き込
みと、引き込み後の安定動作を両立させる一手法とし
て、後述するように利得の異なる２つの増幅器を切換え
て使用することが考えられる。これにより本来の位相同
期回路では、実現困難であった動作が可能となる。しか
しながら上記構成では、ループゲインを調整するための
増幅器は、少なくとも２個必要となり、使用条件、用途
によっては更に必要となる。又これに伴って切り替えス
イッチの構成も複雑になり、全体的に回路構成が大規模
化、複雑化する。これは増幅器を１個とし、利得調整素
子を切り替えるようにしても同様である。

【０００５】又このような増幅器や利得調整素子を切り
替える方法では、増幅器の利得が固定されていて離散的
であるため、必ずしも位相同期回路の動作状態に応じた
適切なループゲインが得られないという問題点を有して
いる。

【０００６】本発明は上記問題点を解決するもので、回
路構成が簡素でループゲインを連続的に可変調整でき、
動作状態に応じた適切なループゲインが得られる位相同
期回路を提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明
は、入力信号の電圧に応じた周波数の信号を生成する電
圧制御発振器と、外部から入力された信号と前記電圧制
御発振器の出力信号との位相差を検出する位相比較器
と、前記位相比較器の出力信号を入力するローパスフィ
ルタと、前記ローパスフィルタの出力信号を増幅し、増
幅出力を前記電圧制御発振器に入力信号として供給す
る、利得調整が可能な増幅器と、前記ローパスフィルタ
の出力信号の変動の大小に対応して、前記増幅器の利得
を連続して変化させる利得調整部と、を備えたことを特
徴とするものである。

【０００８】ここで前記利得調整部は、前記ローパスフ
ィルタの出力信号の電圧変動に応じ、電圧変動が大きい
ときは前記増幅器の利得を大きくし、小さいときは前記
増幅器の利得を小さくするための制御信号を、前記増幅
器に対して出す。

【０００９】本構成により、本発明の位相同期回路の入
力信号に大きな周波数変動があった場合、前記ローパス
フィルタの出力信号の電圧は大きく変動し、それに伴っ
て前記増幅器の利得も大きくなる。その結果、位相同期
回路は大きなループゲインを持ち、速い同期引き込み性
能を持つ。

【００１０】又位相同期回路が入力信号にロックしてい
て大きな周波数変動がない場合、前記ローパスフィルタ
の出力信号電圧の変動は小さくなり、それに伴って前記
増幅器の利得も小さくなる。その結果、位相同期回路は
小さいループゲインを持ち、安定した動作を行う。

【００１１】このように本発明の位相同期回路は、ルー
プゲインを連続的に可変調整でき、動作状態に応じた適
切なループゲインを持つことが出来る。又増幅器は１個
でよいので回路構成が簡素となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】まず本発明の前提となった位相同
期回路について図３を用いて説明する。この位相同期回
路は、入力信号ＶｉとＶｏの位相を比較する位相比較器
１、位相比較器１の出力信号のうち低域成分のみを通す
ローパスフィルタ２（以下、ＬＰＦという）２、ＬＰＦ
２の出力信号のうち直流成分を除去するコンデンサ３、
コンデンサ３の出力信号を全波整流する整流器４、整流
器４の出力信号とあらかじめ設定された基準電圧ＶＬと
を比較し、比較結果に応じた制御信号を出力するコンパ
レータ５、各々異なった利得を持ちＬＰＦ２の出力信号
を増幅する増幅器６，７、増幅器６，７の出力信号のい
ずれかをコンパレータ５からの制御信号によって切り替
え出力するスイッチ８、及びスイッチ８からの信号を発
振周波数制御信号として用い、発振出力を位相比較器１
へ出力する電圧制御発振器９、を含んで構成される。尚
以下では電圧制御発振器をＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃ
ｏｎｔｒｏｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）という。

【００１３】以上のように構成された位相同期回路につ
いて、以下にその動作を説明する。外部からのクロッ
ク、搬送波等の入力信号Ｖｉと、ＶＣＯ９からの出力信
号Ｖｏは、位相比較器１に入力される。位相比較器１は
乗算器であり、同出力信号は、Ｖｉ，Ｖｏ各々の周波数
の和成分と差成分を持つ。ＬＰＦ２ではこの出力信号の
うち和成分を除去し、差成分のみを通す。図４（ｅ）
は、ＬＰＦ２より出力される差成分の波形を示したもの
である。ＬＰＦ２の出力信号は二分され、一方はコンデ
ンサ３へ、もう一方は更に二分されて、増幅器６，７へ
入力される。

【００１４】増幅器側に入力される信号は、各々６，７
で増幅される。ここで増幅器６は７よりも利得が大きい
ものとし、各々の増幅器で増幅された信号は、スイッチ
８に入力される。図４（ｈ）は、夫々の増幅器６，７で
増幅された信号の波形である。

【００１５】コンデンサ３に入力された信号は、直流成
分が除去され、図４（ｆ）で示すＯＶを中心にして振動
する交流成分のみとなる。この交流成分は整流器４によ
って全波整流され、図４（ｇ）に示す波形となって、コ
ンパレータ５へ入力される。

【００１６】コンパレータ５では図４（ｇ）に示す基準
電圧ＶＬが設定されており、全波整流電圧と大小比較す
る。そして比較の結果、全波整流電圧がＶＬよりも大き
い場合は増幅器６を、ＶＬの方が大きい場合は増幅器７
をＶＣＯ９と接続するよう、スイッチ８を制御する。

【００１７】位相同期回路がＶｉにロックするまでの
間、及びロック中でもＶｉに大きな周波数変動がある場
合、ＬＰＦ２の出力電圧は大きく変動し、それに伴って
コンパレータ５において全波整流電圧は、ＶＬを超え
る。従ってコンパレータ５は、増幅器６とＶＣＯ９とが
接続されるようスイッチ８を制御する。この結果ＶＣＯ
９には、図４（ｈ）で示される増幅器６の大振幅の発振
周波数制御電圧が入力され、Ｖｉの大きな周波数変動に
速く追従できる。この場合、位相同期回路は位相比較器
１、ＬＰＦ２、増幅器６、スイッチ８、ＶＣＯ９で構成
されるループゲインの大きなものとなり、速い同期引き
込み性能を持つことになる。

【００１８】位相同期回路がＶｉにロックしており、大
きな周波数変動がない場合、ＬＦＰ２の出力電圧変動は
小さくなり、それに伴ってコンパレータ５において全波
整流電圧は、ＶＬ以下となる。従ってコンパレータ５は
増幅器７とＶＣＯ９とが接続されるよう、スイッチ８を
制御する。この結果、ＶＣＯ９には図４（ｈ）で示され
る増幅器７の小振幅の発振周波数制御電圧が入力され、
安定したロック状態を維持できる。この場合、位相同期
回路は、位相比較器１、ＬＰＦ２、増幅器７、スイッチ
８、ＶＣＯ９で構成されるループゲインの小さいものと
なり、安定した動作が可能となる。

【００１９】しかしながらこの構成では、前記発明が解
決しようとする課題で述べたように、回路構成が複雑、
大規模化する、位相同期回路の動作状態に応じた適切な
ループゲインが得られない、という欠点がある。

【００２０】次に本発明の実施の形態について、図面を
参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に
おける位相同期回路の構成を示すものである。図１にお
いて位相比較器１０はクロック、搬送波信号等、外部か
らの信号Ｖｉと、ＶＣＯ１７からの信号Ｖｏとを乗算す
るものである。ＬＰＦ１１は位相比較器１０の出力信号
のうち低域周波数成分のみを通し、利得制御部１２は及
び増幅器１６に出力する。利得制御部１２は図示のよう
にコンデンサ１３、整流器１４、平滑器１５で構成され
る。コンデンサ１３では、ＬＰＦ１１の出力信号の直流
成分を除去する。整流器１４では、コンデンサ１３の出
力信号を全波整流する。平滑器１５では、整流器１４で
全波整流された信号を平滑する。

【００２１】増幅器１６は平滑器１５の出力信号によっ
て利得を調整し、ＬＰＦ１１の出力信号を増幅する可変
利得増幅器である。ＶＣＯ１７は増幅器１６の出力信号
を発振周波数制御信号として入力し、出力信号Ｖｏの発
振周波数を制御する。

【００２２】以上のように構成された位相同期回路につ
いて、以下にその動作を説明する。図１において位相比
較器１０に、クロック、搬送波信号等、外部からの信号
Ｖｉと、ＶＣＯ１７の出力信号Ｖｏとが入力される。こ
れらの信号は位相比較器１０で乗算され、各々の信号の
周波数の和成分と差成分がＬＰＦ１１に出力される。

【００２３】ＬＰＦ１１ではこれらの成分のうち和成分
が除去され、差成分のみが出力される。図２（ａ）に、
このＬＰＦ１１の出力信号波形を示す。ＬＰＦ１１の出
力信号は２分され、一方はコンデンサ１３に、もう一方
は増幅器１６に入力される。

【００２４】コンデンサ１３に入力された信号は、直流
成分が除去され、図２（ｂ）に示すように電圧が０Ｖを
中心にして振動する交流波形となる。このコンデンサ１
３の出力信号は整流器１４で全波整流され、図２（ｃ）
に示した波形となる。そして平滑器１５で平滑され、そ
の包絡線となる直流信号が出力される。図２（ｄ）に、
平滑器１５の出力信号波形を示す。

【００２５】ＬＰＦ１１の出力信号のうちもう一方は増
幅器１６で増幅される。同時に増幅器１６では、平滑器
１５の出力信号が入力され、この信号の電圧の大きさに
応じて利得を調整する。即ち信号の電圧が大きいと利得
も大きくなり、小さいと利得も小さくなる。

【００２６】位相同期回路がＶｉにロックするまでの
間、あるいはロック中でもＶｉに大きな周波数変動があ
る場合、ＬＰＦ１１の出力電圧は大きく変動し、それに
伴って平滑器１５の出力電圧も大きくなる。従って増幅
器１６の利得も大きくなるよう調整され、ＶＣＯ１７に
は大きく増幅された信号が、発振周波数制御信号として
入力される。この結果、位相同期回路はＶｉの大きな周
波数変動に速く追従できる。

【００２７】即ちこの場合、位相同期回路は、位相比較
器１０、ＬＰＦ１１、利得大の増幅器１６、ＶＣＯ１７
で構成されるループゲインの大きなものとなり、速い同
期引き込み性能を持つことになる。

【００２８】位相同期回路が入力信号Ｖｉにロックし、
大きな周波数変動がない場合、ＬＰＦ１１の出力電圧変
動も小さくなり、それに伴って平滑器１５の出力電圧も
小さくなる。従って増幅器１６の利得も小さくなるよう
調整され、ＶＣＯ１７には電圧振幅の小さい信号が、発
振周波数制御信号として入力される。この結果、位相同
期回路は、安定したロック状態を維持できる。

【００２９】即ちこの場合、位相同期回路は、位相比較
器１０、ＬＰＦ１１、利得小の増幅器１６、ＶＣＯ１７
で構成されるループゲインの小さなものとなり、安定し
た動作が可能となる。

【００３０】尚本実施の形態ではＬＰＦ１１の出力を増
幅器１６で増幅するようにしているが、この２つを一体
化してもよい。この場合、利得調整部１２への入力信号
は、一体化した回路のＬＰＦ出力に相当する箇所から取
り出す。又同様にして利得調整部１２の出力信号は、一
体化した回路の増幅器に相当する箇所に入力する。これ
により、回路構成は更に簡素化される。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明の位相同期回路で
は、外部からの入力信号Ｖｉの周波数変動に応じて可変
利得の増幅器の利得を連続的に可変調整することができ
る。このため速い同期引き込みが必要な場合、安定した
ロック状態が必要な場合各々において、位相同期回路の
動作状態に応じた適切なループゲインを得ることができ
る。

【００３２】又可変利得の増幅器は１個でよいので、コ
ンパレータ、複数の増幅器、及びそれらを切り替えるス
イッチが不要となり、回路が簡素化されるという効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態における位相同期回路の構成
を示すブロック図。

【図２】図１の位相同期回路において、各ブロックの出
力信号の波形を示す図。

【図３】本発明の前提となった位相同期回路の構成を示
すブロック図。

【図４】図３の位相同期回路において、各ブロックの出
力信号の波形を示す図。

【符号の説明】

１０ 位相比較器 １１ ＬＰＦ １２ 利得調整部 １３ コンデンサ １４ 整流器 １５ 平滑器 １６ 増幅器 １７ ＶＣＯ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号の電圧に応じた周波数の信号を
   生成する電圧制御発振器と、 外部から入力された信号と前記電圧制御発振器の出力信
   号との位相差を検出する位相比較器と、 前記位相比較器の出力信号を入力するローパスフィルタ
   と、 前記ローパスフィルタの出力信号を増幅し、増幅出力を
   前記電圧制御発振器に入力信号として供給する、利得調
   整が可能な増幅器と、 前記ローパスフィルタの出力信号の変動の大小に対応し
   て、前記増幅器の利得を連続して変化させる利得調整部
   と、を備えたことを特徴とする位相同期回路。
2. 【請求項２】 請求項１記載の位相同期回路において、
   前記利得調整部は、前記ローパスフィルタの出力信号の
   電圧変動に応じて振幅が変動する直流電圧を生成し、前
   記増幅器に入力することを特徴とする位相同期回路。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の位相同期回路にお
   いて、前記増幅器はその利得を、前記利得調整部からの
   出力が大きければ大きく、小さければ小さく調整するこ
   とを特徴とする位相同期回路。