JP2001512948A - 段階制御型周波数合成装置 - Google Patents

段階制御型周波数合成装置

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JP2001512948A
JP2001512948A JP2000506725A JP2000506725A JP2001512948A JP 2001512948 A JP2001512948 A JP 2001512948A JP 2000506725 A JP2000506725 A JP 2000506725A JP 2000506725 A JP2000506725 A JP 2000506725A JP 2001512948 A JP2001512948 A JP 2001512948A
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phase locked
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アンドレ デッカー
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ノキア ネットワークス オサケ ユキチュア
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    • H03L7/06Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、周波数合成装置を制御する方法に係ると共に、制御可能な出力信号周波数を有する周波数合成装置であって、直接デジタル合成器(100)を備えていて、その出力信号が位相固定ループ(102)の入力に接続されるような周波数合成装置にも係る。この合成装置の安定化時間を減少するために、直接デジタル合成器(100)は、その直接デジタル合成器の周波数を所定の周波数段階で第1周波数から第2周波数へ制御するための手段(204)を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】
本発明は、制御可能な出力信号周波数を有する周波数合成装置であって、直接
デジタル合成器を備え、その出力信号が位相固定ループの入力に接続された周波
数合成装置に係る。
【0002】
【背景技術】
電子装置において、周波数合成装置は、例えば、無線送信器又は受信器に異な
る周波数の信号を発生するための共通のコンポーネントである。周波数合成装置
は、通常、位相固定ループで実施される。図1は、周波数合成装置の既知の実施
例を示す。周波数合成装置は、直接デジタル合成器100を備え、その出力10
6が位相固定ループ102の入力に接続される。合成装置が発生すべき周波数を
指示する制御信号104が直接デジタル合成器に与えられる。
【0003】 直接デジタル合成器は、その出力周波数を非常に迅速にスイッチング即ち切り
換えることができる。典型的なスイッチング値は、1μs以下であるが、これに
よって発生される信号は、テレコミュニケーションの用途にとって著しいノイズ
及び干渉をしばしば含む。更に、現在の技術を使用するデジタル合成器では比較
的低い周波数(約100MHz)しか得ることができない。これは、デジタル合
成器の後に位相固定ループを直列に接続することが一般的だからである。位相固
定ループは、周波数合成装置のスペクトルを純化し、そしてデジタル合成器の周
波数を、別のより高い周波数へと移行するように働く。位相固定ループは、ルー
プフィルタにより周波数合成装置のスペクトルを改善し、そして位相固定ループ
の助けにより、周波数合成装置の出力信号は、所望の周波数レンジへシフトされ
る。
【0004】 位相固定ループにおける問題は、出力周波数が変化するときに、ループが低速
であって、位相固定ループの安定化時間と、ノイズ及び干渉の抑制との間に正し
い妥協を見つけることがしばしば困難なことである。 上記問題を解決するために幾つかの解決策が提供されている。既知の方法は、
ループが新たな周波数に安定化するときに位相固定ループの巾を増加することで
ある。このような解決策により必要とされる二重速度ループフィルタは、大きさ
決めが困難であると共に、必要とされるスイッチからの干渉ピークによって干渉
が生じる。帯域巾が変化するときには、スイッチがループフィルタキャパシタへ
電荷を注入する。これは、電圧制御発振器の出力に電圧ステップを生じさせる。
位相固定ループが低速動作モードにスイッチされた状態では、電圧ステップが非
常にゆっくりと減衰するだけである。
【0005】 既知の解決策は、2つの位相検出器及び2つのループフィルタを使用し、これ
らは速度が異なりそして並列に動作する。高速度のループは、位相エラーが高い
ときだけ使用され、即ち同期の第1部分中だけ使用される。低速ループは、位相
エラーが低いときに使用され、即ち同期の最後の部分中、及び同期の後に使用さ
れる。米国特許第5,142,246号は、このような方法を開示している。こ
の方法に必要とされる非常に多数の余分なコンポーネントは、実施のための費用
を増大するという欠点をもたらす。
【0006】 別の既知の解決策では、位相固定ループの1つ以上の分割比が同期中に調整さ
れて、位相固定ループの伝達関数の1つ以上の極を補償し、ループフィルタの帯
域巾を増加することなく安定化時間が短縮される。米国特許第5,371,48
0号は、このような方法を教示する。要約すれば、ループ位相検出器の入力に現
われる急激な周波数ステップが、ループの出力周波数に急激な変化を得るように
予め歪められる。この方法が効果的であり即ち予めの歪みが充分な解決策となる
ためには、位相固定ループの分割係数が比較的高くなければならない。これは、
従来の位相固定ループでは問題でなく、直接デジタル合成器が位相固定ループと
共に使用されるときには、デジタル合成器では高い周波数分解能が得られるが、
位相固定ループでは得られない。ある場合には、デジタル合成器が、位相変調器
としても使用される。この場合にも、位相固定ループは、位相変調が歪まないよ
うにするために高速でなければならない。位相固定ループの位相ノイズをできる
だけ低く保持するために、速度に関わりなく、小さな分割係数を選択しなければ
ならない。これは、位相固定ループの周波数分解能が極の補償に対して充分に高
くないことを意味する。
【0007】
【発明の開示】
本発明の目的は、上記問題を解消するような周波数合成装置、及び周波数合成
装置の制御方法を提供することである。これは、冒頭で述べた形式の周波数合成
装置において、直接デジタル合成器が、直接デジタル合成器の周波数を所定の周
波数段階に基づいて第1周波数から第2周波数へ制御するための手段を備えたこ
とを特徴とする周波数合成装置によって達成される。
【0008】 又、本発明は、周波数合成装置を制御する方法であって、直接デジタル合成器
によって第1周波数を発生し、そして位相固定ループによって第2周波数を発生
し、第1の周波数は、位相固定ループの入力信号であり、そして第2の周波数に
おける位相固定ループの出力信号は、周波数合成装置の出力信号であるという方
法にも係る。本発明の方法は、第2の周波数が変化するときに、第1の周波数が
所望の所定の応答に基づいて段階的に変化するように直接デジタル合成器を制御
することを特徴とする。 本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に記載する。
【0009】 本発明は、位相固定ループの入力信号の周波数が切り換えられるときに、ルー
プの段階的応答を補償するように、切り換え段階が予め歪められる。この予めの
歪みは、直接デジタル合成器を制御することによって実行される。 本発明の周波数合成装置は、多数の効果を発揮する。位相固定ループの入力信
号の周波数が予め歪められるので、ループの安定化時間は、帯域巾の変化を伴わ
ずに短縮する。装置のアナログ構造は、著しく複雑にならない。更に、歪みは、
直接デジタル合成器によって与えられるので、位相固定ループに高い分割係数を
伴わずに充分な周波数分解能を得ることができる。
【0010】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。 本発明の好ましい実施形態による周波数合成装置を示した図2について説明す
る。本発明の周波数合成装置は、直列に接続された直接デジタル合成器100及
び位相固定ループ102を備えている。直接デジタル合成器100は、デジタル
形態で所望の周波数を発生する実際の合成ブロック200を備えている。この合
成ブロック200は、既知のやり方で実施することができる。発振器又はそれに
対応する周波数ソース202から合成ブロックへ入力として信号が供給される。
直接デジタル合成器100は、合成ブロック200の動作を制御するための制御
手段204を更に備えている。この制御手段は、例えば、プロセッサで実施する
ことができる。合成装置が発生すべき周波数を指示する情報104は、制御手段
へ入力として送られる。第2の入力206は、直接デジタル合成器100の出力
における所望の段階応答である。これは、以下で詳細に説明する。合成ブロック
200により発生される信号は、デジタル形態であるから、直接デジタル合成器
は、更に、デジタル/アナログコンバータも備えている。D/Aコンバータの出
力信号は、不必要な高調波信号をフィルタするフィルタ212へ送られる。フィ
ルタ212から、信号fDD106が位相固定ループ102へ送られる。
【0011】 位相固定ループ102は、信号を除数Rで除算して基準信号224を得るため
の周波数分割器214を備えている。基準信号224は、位相検出器216へ送
られる。この位相検出器は、基準信号224を第2の周波数分割器222の出力
信号228と比較する。比較の結果として、位相検出器の出力は、位相検出器の
入力信号の位相エラーに応答するエラー信号226を形成する。この信号は、フ
ィルタ218へ送られる。フィルタ動作の後に、エラー信号は、電圧制御発振器
220に送られ、該発振器は、エラー信号に応答して、出力信号fVCO108を 発生する。又、出力信号は、信号を除数Nで除算する第2の周波数分割器222
へも送られる。周波数分割器で分割された信号222は、上述したように、位相
検出器へ第2の入力として送られる。従って、上記解決策では、周波数合成装置
の出力信号fVCO108は、次の式で表わされる。 fVCO=(N/R)fDDS
【0012】 周波数合成装置の出力信号fVCO108の周波数は、直接デジタル合成器を制 御することにより切り換えられる。この制御は、合成装置の周波数が切り換わる
べきところの周波数又はチャンネル番号を制御手段204に指示する信号104
によって行われる。本発明の解決策では、所望の周波数への切り換えが行なわれ
るところの段階応答も、制御手段へ入力として与えられる。公知技術では、新た
な周波数へ切り換わるのに1つのステップが使用される。本発明の解決策では、
新たな周波数へ切り換わるのに多数の小さなステップが使用され、位相固定ルー
プの安定化時間を短縮することができる。
【0013】 図3は、段階応答の一例を示す図である。この図の横軸は時間を表わし、そし
て縦軸は直接デジタル合成器の出力周波数fDDSを表わす。周波数は、第1周波 数f1から第2周波数f2へ多数の小さなステップで切り換えられ、図中の実線3
00で示された発振パターンが形成される。換言すれば、図中の破線302で示
された形態の位相固定ループ発振に対抗するように意図される。
【0014】 図4に示された本発明の第2の好ましい実施形態による周波数合成装置につい
て説明する。本発明の周波数合成装置は、上述したように、直列接続された直接
デジタル合成器100及び位相固定ループ102を備えている。直接デジタル合
成器100の構造は、上記と同様であり、即ち実際の合成ブロック200と、発
振器又は対応する周波数ソース202と、合成ブロック200の動作を制御する
ための制御手段204とを備えている。合成装置が発生すべき周波数を指示する
情報104は、制御手段へ入力として送られる。第2の入力206は、直接デジ
タル合成器100の出力における所望の段階応答である。直接デジタル合成器は
、更に、D/Aコンバータ210及びフィルタ212を備えている。合成器の出
力信号fDDS106は、位相固定ループ102へ送られる。
【0015】 位相固定ループ102は、所望の周波数fLO402を発生するための局部発振
器400を備えている。この局部発振器の出力信号402は、ミクサ404へ送
られ、ここで、FLOと直接デジタル合成器の出力信号fDDSとが乗算され、周波 数変換が行なわれる。乗算された信号406は、フィルタ408へ送られ、この
フィルタは、信号から不所望な周波数をフィルタ除去し、周波数fLO+fDDS又 はfLO−fDDSのいずれかのみ一般的に通過させる。フィルタからの出力信号は 、更に、第1の周波数分割器214へ送られ、この分割器は、信号を除数Rで除
算して、基準信号224を得る。この基準信号224は、位相検出器216へ送
られる。この位相検出器は、基準信号224を第2の周波数分割器222の出力
信号228と比較する。この比較の結果として、位相検出器の出力は、位相検出
器のそれら入力信号の位相エラーに応答するエラー信号226より成る。この信
号は、フィルタ218へ送られる。フィルタ動作の後に、エラー信号は、電圧制
御発振器220へ送られ、この発振器は、エラー信号に応答しそして出力信号f VCO 108を発生する。又、出力信号は、第2の周波数分割器222へも送られ 、これは、信号を除数Nで除算する。この周波数分割器で除算された信号228
は、上述したように、位相検出器へ第2入力として送られる。従って、上記の解
決策において、周波数合成装置の出力信号fVCO108は、次の式で表わされる 。 fVCO=(N/R)(fLO±fDDS
【0016】 図5に示された本発明の別の好ましい実施形態による周波数合成装置について
説明する。この場合にも、本発明の周波数合成装置は、直列接続された直接デジ
タル合成器100及び位相固定ループ102を備えている。直接デジタル合成器
100の構造は、上述した通りであり、即ち実際の合成ブロック200と、発振
器又は対応する周波数ソース202と、合成ブロック200の動作を制御する制
御手段204とを備えている。合成装置が発生すべき周波数を指示する情報10
4は、制御手段へ入力として送られる。第2の入力206は、直接デジタル合成
器100の出力における所望の段階応答である。直接デジタル合成器は、更に、
D/Aコンバータ210及びフィルタ212を備えている。合成器の出力信号f DDS 106は、位相固定ループ102に送られる。
【0017】 位相固定ループ102は、信号を除数Rで除算して基準信号224を得る周波
数分割器214を備えている。この基準信号224は、位相検出器216に送ら
れる。位相検出器は、基準信号224を第2の周波数分割器222の出力信号2
28と比較する。比較の結果として、位相検出器の出力は、位相検出器のそれら
入力信号の位相エラーに応答するエラー信号226を含む。この信号は、フィル
タ218へ送られる。フィルタ動作の後に、エラー信号は、電圧制御発振器22
0へ送られ、この発振器は、エラー信号に応答して、出力信号fVCO108を発 生する。
【0018】 位相固定ループ102は、更に、所望の周波数fLO502を発生するための局
部発振器500も備えている。局部発振器の出力信号502及び電圧制御発振器
の出力信号108は、ミクサ504へ送られ、ここで、fLO及び電圧制御発振器
の出力信号fVCOが乗算されて、所望の周波数変換が達成される。乗算された信 号506は、更に、フィルタ508へ送られ、該フィルタは、信号から高調波周
波数を除去する。フィルタの出力信号510は、今や、式|fVCO−fLO|で表 わされ、これは、信号を除数Nで除算する第2の周波数分割器222に送られる
。周波数分割器で除算された信号228は、位相検出器216へ第2の入力とし
て送られる。上記解決策では、周波数合成装置の出力信号fVCO108は、次の 式で表わされる。 fVCO=fLO±(N/R)fDDS
【0019】 上記の実施形態は、本発明を単に例示したものに過ぎない。位相固定ループの
入力の信号周波数が切り換えられるときに切り換えステップを予め歪めるという
本発明の考え方は、直接デジタル合成器及び位相固定ループを含む種々の周波数
合成装置に適用することができる。従って、本発明は、添付図面の例を参照して
説明したが、これに限定されるものではなく、請求の範囲に記載した本発明の精
神及び範囲内で種々の変更がなされ得ることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】 公知の解決策を示す図である。
【図2】 本発明の周波数合成装置の構造例を示す図である。
【図3】 段階的応答を示す図である。
【図4】 本発明による周波数合成装置の第2の構造例を示す図である。
【図5】 本発明による周波数合成装置の第3の構造例を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GE,GH,GM,HR ,HU,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP, KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,L V,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI, SK,SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,U S,UZ,VN,YU,ZW

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 制御可能な出力信号周波数を有する周波数合成装置であって
    、直接デジタル合成器(100)を備え、その出力信号が位相固定ループ(102)の入力
    に接続されている周波数合成装置において、上記直接デジタル合成器(100)は、 その直接デジタル合成器の周波数を所定の周波数段階に基づいて第1周波数から
    第2周波数へ制御する手段(204)を備えたことを特徴とする周波数合成装置。
  2. 【請求項2】 上記周波数合成装置は、出力信号の周波数が上記手段(204) により制御されるデジタル合成器(200)と、信号成分を除去するフィルタ(212)が
    出力に機能的に接続されたデジタル/アナログコンバータ(210)と、基準信号(22
    4)を発生する第1周波数分割器(214)と、基準信号及び第2信号(228)に基づいて
    エラー信号を発生するための位相検出器(216)と、エラー信号から信号成分を除 去するフィルタ(218)と、フィルタされたエラー信号に応答する電圧制御発振器(
    220)と、発振器の出力信号(108)を分割しそして出力が第2信号(228)より成る第
    2周波数分割器とを備えている請求項1に記載の周波数合成装置。
  3. 【請求項3】 上記周波数合成装置は、局部周波数(402)を発生するための 発振器(400)と、直接デジタル合成器の出力信号(106)を局部周波数(402)で乗算 するためのミクサ(404)とを備え、その出力信号(406)は、フィルタ(408)を経て 位相固定ループ(102)の入力に機能的に接続される請求項2に記載の周波数合成 装置。
  4. 【請求項4】 上記周波数合成装置は、局部周波数(502)を発生するための 発振器(500)と、電圧制御発振器(220)の出力信号(108)を局部周波数(502)で乗算
    するためのミクサ(504)とを備え、その出力信号(506)は、フィルタ(508)を経て 第2周波数分割器(222)の入力に機能的に接続される請求項2に記載の周波数合 成装置。
  5. 【請求項5】 周波数合成装置を制御する方法であって、直接デジタル合成
    器(100)によって第1周波数を発生し、そして位相固定ループ(102)によって第2
    周波数を発生し、第1の周波数は、位相固定ループ(102)の入力信号であり、そ して第2の周波数における位相固定ループの出力信号は、周波数合成装置の出力
    信号であるという方法において、 第2の周波数が変化するときに、第1の周波数が所望の所定の応答に基づいて
    段階的に変化するように直接デジタル合成器(100)を制御することを特徴とする 方法。
  6. 【請求項6】 第1の周波数を有する信号がデジタル合成器(200)において 発生され、この信号はアナログ形態に変換され、この信号から信号成分がフィル
    タされ、そしてデジタル合成器は、制御手段(204)により、制御手段の第2入力 における段階応答(206)に基づき制御手段の入力の周波数(104)へと制御される請
    求項5に記載の方法。
  7. 【請求項7】 上記信号は、局部発振器(400,500)で発生された周波数を信 号に乗算することにより位相固定ループ(102)において周波数変換を受ける請求 項5に記載の方法。
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