JP2002185314A - 位相同期ループ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 真の位相ロックオフが生じて間もないとき
は、周波数が大きくずれていないにも拘わらず、全範囲
の掃引制御を実施して、余分な周波数まで掃引してしま
うため、真の周波数をロックするまでに長時間を要し、
引込みに時間がかかるという課題があった。 【解決手段】 真の位相ロックオフと判定されてから既
定時間が経過するまでは掃引周波数範囲の狭い第１の位
相差検出情報を出力し、その既定時間を経過すると第１
の位相差検出情報より掃引周波数範囲が広い第２の位相
差検出情報を出力する。

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、非同期状態にな
ると掃引用の位相差検出情報を用いて同期状態に引き込
む位相同期ループ回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】位相同期ループ回路は、ＰＬＬ（Ｐｈａ
ｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）とも呼ばれ、位相比較
器、ループフィルタ及びＶＣＯから構成される閉ループ
処理を実行する。一般的に、位相同期ループでは入力信
号とＶＣＯ信号の周波数が極端に異なる場合、開ループ
処理を用いた掃引処理という特殊な処理を実行する場合
がある。

【０００３】図６は例えば特開平２−１００３４８号公
報に示された従来の位相同期ループ回路を示す構成図で
あり、図において、１は入力信号とＶＣＯ信号の位相を
比較し、その比較結果を位相差検出情報Δθとして出力
する位相比較器、２は位相比較器１から出力された位相
差検出情報Δθに基づいて同期状態を判定する位相ロッ
ク用同期判定部、３は位相ロック用同期判定部２により
同期状態が真の位相ロックオフと判定された場合、掃引
反転情報（掃引用の位相差制御情報）を出力する掃引範
囲制御部である。

【０００４】４は位相ロック用同期判定部２により同期
状態が真の位相ロックオンと判定された場合、位相比較
器１から出力された位相差検出情報Δθを位相差制御情
報Δθｏｕｔとしてループフィルタ５に出力し、同期状
態が真の位相ロックオフと判定された場合、掃引範囲制
御部３から出力された掃引反転信号を位相差制御情報Δ
θｏｕｔとしてループフィルタ５に出力する位相差制御
部、５は位相差制御部４から出力された位相差制御情報
Δθｏｕｔを平滑化するループフィルタ、６はループフ
ィルタ５により平滑化されたマイナスの位相差情報を有
するＶＣＯ信号を搬送波として出力するＶＣＯである。

【０００５】次に動作について説明する。最初に、位相
同期ループ回路における閉ループ処理の動作を説明す
る。まず、位相比較器１が入力信号とＶＣＯ信号の位相
を比較し、その比較結果を位相差検出情報Δθとして位
相ロック用同期判定部２及び位相差制御部４に出力す
る。

【０００６】位相ロック用同期判定部２は、位相比較器
１から位相差検出情報Δθを受けると、その位相差検出
情報Δθに基づいて同期状態を判定する。即ち、現在の
同期状態が真の位相ロックオンであるか、真の位相ロッ
クオフであるかを判定する。なお、位相同期ループ回路
は現在の同期状態が真の位相ロックオンであるとき閉ル
ープ処理を実行し、真の位相ロックオフであるとき開ル
ープ処理を実行するが、位相ロック用同期判定部２にお
ける判定処理は、規定回数以上、位相差検出情報Δθが
位相ロックオンと判定される値より小さいと判定された
場合、真の位相ロックオン状態と判定される。逆に規定
回数以上、位相差検出情報Δθが位相ロックオフと判定
される値より大きいと判定された場合、真の位相ロック
オフ状態と判定される。

【０００７】位相差制御部４は、位相ロック用同期判定
部２により同期状態が真の位相ロックオンと判定される
と、位相比較器１から出力された位相差検出情報Δθを
位相差制御情報Δθｏｕｔとしてループフィルタ５に出
力する。なお、この処理は、位相ロック用同期判定部２
により同期状態が真の位相ロックオフと判定されるまで
継続する。

【０００８】ループフィルタ５は、位相差制御部４から
位相差制御情報Δθｏｕｔを受けると、その位相差制御
情報Δθｏｕｔの平滑化処理を実行する。ＶＣＯ６は、
ループフィルタ５により平滑化されたマイナスの位相差
情報を有するＶＣＯ信号を搬送波として位相比較器１に
出力する。位相比較器１，位相差制御部４，ループフィ
ルタ５及びＶＣＯ６における各処理を繰り返し実行する
と、入力信号とＶＣＯ信号の位相差が徐々に減少し、入
力信号とＶＣＯ信号の位相がほぼ同一となり、位相ロッ
クが成立する。

【０００９】次に、位相同期ループ回路における開ルー
プ処理の動作を説明する。位相比較器１，位相ロック用
同期判定部２，ループフィルタ５及びＶＣＯ６における
処理は、閉ループ処理の場合と同様であるため説明を省
略する。掃引範囲制御部３は、位相ロック用同期判定部
２により同期状態が真の位相ロックオフと判定される
と、掃引反転情報（掃引用の位相差制御情報）を位相差
制御部４に出力する。

【００１０】なお、掃引範囲制御部３は、ループフィル
タ５の出力信号の位相差が増加→減少→増加→…と繰り
返すように、掃引反転情報を位相差制御部４に出力す
る。この処理は、主にカウンタを用いて実行し、位相ロ
ック用同期判定部２の判定結果が真の位相ロックオフと
なったときをトリガにして、規定カウント値だけカウン
トする毎に掃引反転情報の極性を反転するようにする。

【００１１】位相差制御部４は、位相ロック用同期判定
部２により同期状態が真の位相ロックオフと判定される
と、位相比較器１から出力された位相差検出情報Δθを
出力せずに、掃引範囲制御部３から出力された掃引反転
情報を位相差制御情報Δθｏｕｔとしてループフィルタ
５に出力する。なお、この処理は、位相ロック用同期判
定部２により同期状態が真の位相ロックオンと判定され
るまで継続する。

【００１２】ループフィルタ５の動作は、閉ループ処理
時と同様であるが、固定位相差を与えられることによ
り、ループフィルタ５内の積分器の影響によって、ルー
プフィルタ５の出力信号である平滑化した位相差が一定
増加又は一定減少する。位相差は位相値の微分、即ち、
周波数と考えられるので、位相差が増加するということ
は周波数が増加することを意味する。同様に位相差が減
少するということは周波数が減少するということを意味
する。

【００１３】よって、固定位相差をループフィルタ５へ
入力することにより、ＶＣＯ６から出力されるＶＣＯ信
号の周波数が規定周波数範囲を掃引し続ける動作とな
り、位相同期ループ回路の入力信号とＶＣＯ信号の周波
数・位相が同一となる状態を作成することが可能とな
る。この周波数の規定掃引範囲は、ＶＣＯ信号の周波数
が、位相同期ループ回路の入力信号の周波数がずれた場
合でも対応できる範囲で掃引する必要がある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来の位相同期ループ
回路は以上のように構成されているので、一度真の位相
ロックオンが成立した後、雑音などの影響により真の位
相ロックオフと判定された場合、閉ループ処理から開ル
ープ状態に変更してＶＣＯ６の周波数掃引を行うが、真
の位相ロックオフが生じて間もないときは、周波数が大
きくずれていないにも拘わらず、全範囲の掃引制御を実
施して、余分な周波数まで掃引してしまうため、真の周
波数をロックするまでに長時間を要し、引込みに時間が
かかるという課題があった。

【００１５】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、非同期状態から同期状態への引き
込み時間を短縮することができる位相同期ループ回路を
得ることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る位相同期
ループ回路は、真の位相ロックオフと判定されてから既
定時間が経過するまでは掃引周波数範囲の狭い第１の位
相差検出情報を出力し、その既定時間を経過すると第１
の位相差検出情報より掃引周波数範囲が広い第２の位相
差検出情報を出力するようにしたものである。

【００１７】この発明に係る位相同期ループ回路は、Ｖ
ＣＯ手段により平滑化された位相差検出情報を参照して
掃引周波数範囲を変更するようにしたものである。

【００１８】

【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
相同期ループ回路を示す構成図であり、図において、１
１は入力信号とＶＣＯ信号の位相を比較し、その比較結
果を位相差検出情報Δθとして出力する位相比較器（位
相差検出手段）、１２は位相比較器１１から出力された
位相差検出情報Δθに基づいて現在の同期状態が真の位
相ロックオンであるのか、真の位相ロックオフであるの
かを判定する位相ロック用同期判定部（同期判定手段）
である。

【００１９】１３は掃引範囲を決定するために同期状態
の遷移を監視する掃引範囲制御用同期判定部、１４は真
の位相ロックオフと判定されてから既定時間が経過する
までは掃引周波数範囲の狭い掃引反転情報（第１の位相
差検出情報）を出力し、その既定時間を経過すると第１
の位相差検出情報より掃引周波数範囲が広い掃引反転情
報（第２の位相差検出情報）を出力する掃引範囲制御部
である。なお、掃引範囲制御用同期判定部１３及び掃引
範囲制御部１４から掃引手段が構成されている。

【００２０】１５は位相ロック用同期判定部１２により
同期状態が真の位相ロックオンと判定された場合、位相
比較器１１から出力された位相差検出情報Δθを位相差
制御情報Δθｏｕｔとしてループフィルタ１６に出力
し、同期状態が真の位相ロックオフと判定された場合、
掃引範囲制御部１４から出力された掃引反転信号を位相
差制御情報Δθｏｕｔとしてループフィルタ１６に出力
する位相差制御部、１６は位相差制御部１５から出力さ
れた位相差制御情報Δθｏｕｔを平滑化するループフィ
ルタ、１７はループフィルタ１６により平滑化されたマ
イナスの位相差情報を有するＶＣＯ信号を搬送波として
出力するＶＣＯである。なお、位相差制御部１５，ルー
プフィルタ１６及びＶＣＯ１７からＶＣＯ手段が構成さ
れている。

【００２１】次に動作について説明する。最初に、位相
同期ループ回路における閉ループ処理の動作を説明す
る。まず、位相比較器１１が入力信号とＶＣＯ信号の位
相を比較し、その比較結果を位相差検出情報Δθとして
位相ロック用同期判定部１２及び位相差制御部１５に出
力する。

【００２２】位相ロック用同期判定部１２は、位相比較
器１１から位相差検出情報Δθを受けると、その位相差
検出情報Δθに基づいて同期状態を判定する。即ち、現
在の同期状態が真の位相ロックオンであるか、真の位相
ロックオフであるかを判定する。なお、位相同期ループ
回路は現在の同期状態が真の位相ロックオンであるとき
閉ループ処理を実行し、真の位相ロックオフであるとき
開ループ処理を実行するが、位相ロック用同期判定部１
２における判定処理は、規定回数以上、位相差検出情報
Δθが位相ロックオンと判定される値より小さいと判定
された場合、真の位相ロックオン状態と判定される。逆
に規定回数以上、位相差検出情報Δθが位相ロックオフ
と判定される値より大きいと判定された場合、真の位相
ロックオフ状態と判定される。

【００２３】位相差制御部１５は、位相ロック用同期判
定部１２により同期状態が真の位相ロックオンと判定さ
れると、位相比較器１１から出力された位相差検出情報
Δθを位相差制御情報Δθｏｕｔとしてループフィルタ
１６に出力する。なお、この処理は、位相ロック用同期
判定部１２により同期状態が真の位相ロックオフと判定
されるまで継続する。

【００２４】ループフィルタ１６は、位相差制御部１５
から位相差制御情報Δθｏｕｔを受けると、その位相差
制御情報Δθｏｕｔの平滑化処理を実行する。ＶＣＯ１
７は、ループフィルタ１６により平滑化されたマイナス
の位相差情報を有するＶＣＯ信号を搬送波として位相比
較器１１に出力する。位相比較器１１，位相差制御部１
５，ループフィルタ１６及びＶＣＯ１７における各処理
を繰り返し実行すると、入力信号とＶＣＯ信号の位相差
が徐々に減少し、入力信号とＶＣＯ信号の位相がほぼ同
一となり、位相ロックが成立する。

【００２５】次に、位相同期ループ回路における開ルー
プ処理の動作を説明する。位相比較器１１，位相ロック
用同期判定部１２，位相制御部１５，ループフィルタ１
６及びＶＣＯ１７における処理は、閉ループ処理の場合
と同様であるため説明を省略する。掃引範囲制御用同期
判定部１３は、掃引範囲を決定するために、位相ロック
用同期判定部１２からの真の位相ロックオン／オフ情報
および経過時間に基づいて同期状態の遷移を監視する。

【００２６】ここで、図２は同期状態の遷移を示す説明
図である。掃引範囲用同期成立Ａから掃引範囲用前方保
護Ｂへの遷移は、位相ロック用同期判定部１２からの真
の位相ロックオフを検出することによって遷移する。掃
引範囲用前方保護Ｂから掃引範囲用同期成立Ａへの遷移
は、位相ロック用同期判定部１２からの真の位相ロック
オンを検出することによって遷移する。

【００２７】掃引範囲用前方保護Ｂから掃引範囲用同期
外れＣへの遷移は、掃引範囲用前方保護規定時間、位相
ロック用同期判定部１２からの真の位相ロックオンを検
出しないことで遷移する。掃引範囲用同期外れＣから掃
引範囲用後方保護Ｄへの遷移は、位相ロック用同期判定
部１２からの真の位相ロックオンを検出することで遷移
する。掃引範囲用後方保護Ｄから掃引範囲用同期外れＣ
への遷移は、位相ロック用同期判定部１２からの真の位
相ロックオフを検出することで遷移する。

【００２８】掃引範囲用後方保護Ｄから掃引範囲用同期
成立Ａへの遷移は、掃引範囲用後方保護規定時間、位相
ロック用同期判定部１２からの真の位相ロックオフを検
出しないことで遷移する。なお、掃引範囲用前方保護Ｂ
においては、掃引範囲用前方保護規定時間を例えば７２
クロック幅とし、掃引範囲用後方保護Ｄにおいては、掃
引範囲用後方保護規定時間を例えば４クロック幅とす
る。これら遷移の監視結果である掃引範囲用同期判定情
報を掃引範囲制御部１４へ出力する。

【００２９】この実施の形態１では、真の位相ロックオ
フした直後のように、周波数があまりずれていないと考
えられる状態では、掃引範囲用同期状態を掃引範囲用前
方保護Ｂの状態として全掃引範囲の掃引を行わず、少な
い範囲でしか掃引を行わないように制御する。即ち、掃
引範囲制御部１４は、掃引範囲制御用同期判定部１３か
ら掃引範囲用同期判定情報を受けると、下記に示すよう
に掃引範囲を決定する。掃引範囲用同期外れＣの状態に
おいては、掃引範囲が大きくなるように制御し、掃引範
囲用後方保護Ｄ及び掃引範囲用同期成立Ａの状態では掃
引制御を実施しない。また、掃引範囲用前方保護Ｂの状
態においては、掃引範囲が小さくなるように制御する。

【００３０】なお、掃引範囲の制御はカウンタを用いて
行う。規定カウント数えたら、位相差制御部１５へ掃引
反転情報を出力し、これを繰り返す。ただし、初回は規
定カウント数の１／２で掃引反転情報を出力する。例え
ば、掃引範囲用前方保護Ｂの状態においては、２４クロ
ック間隔で掃引方向が反転するように制御する。また、
掃引範囲用同期外れＣの状態においては、全範囲が掃引
できるように、１００００クロック間隔で掃引方向が反
転するように制御する。

【００３１】図３は実施の形態１と従来技術による引込
み例を示している。図３の引込み例は、真の位相ロック
オンした後、雑音などにより真の位相ロックオフと判定
されて開ループの掃引処理となり、１回目に位相同期ル
ープ回路の入力周波数と交わる位置では引込み失敗し、
２回目に位相同期ループ回路の入力周波数と交わる位置
で引込み成功を示している。この例では、実施の形態１
における引込み周波数Ｘが従来技術における引込み周波
数Ｙより狭い範囲で周波数掃引を行っているため、速く
位相同期ループ回路の入力信号の周波数に落着き、従来
技術より速く引込めていることが分かる。

【００３２】以上で明らかなように、この実施の形態１
によれば、真の位相ロックオフと判定されてから既定時
間が経過するまでは掃引周波数範囲の狭い第１の位相差
検出情報を出力し、その既定時間を経過すると第１の位
相差検出情報より掃引周波数範囲が広い第２の位相差検
出情報を出力するように構成したので、非同期状態から
同期状態への引き込み時間を短縮することができる効果
を奏する。

【００３３】実施の形態２．上記実施の形態１では、真
の位相ロックオフと判定されてからの経過時間を考慮し
て掃引周波数範囲を決定するものについて示したが、図
４に示すように、掃引範囲制御部１８（掃引手段）がル
ープフィルタ１６により平滑化された位相差検出情報
（ループフィルタ出力電圧）を参照して掃引周波数範囲
を変更するようにしてもよい。

【００３４】即ち、掃引範囲制御部１８では、掃引範囲
制御用同期判定部１３からの掃引範囲用同期判定情報と
ループフィルタ１６からのループフィルタ出力電圧によ
り、掃引範囲を決定する。具体的には、掃引範囲制御部
１８が掃引範囲用同期成立Ａの状態におけるループフィ
ルタ１６の出力電圧を記憶しておき、掃引範囲用前方保
護Ｂの時、その記憶したループフィルタ１６の出力電圧
を中心にして掃引を行う。例えば、掃引範囲用前方保護
Ｂの状態においては、位相ロック用同期成立Ａの状態に
おける出力電圧の±０．３Ｖの範囲を掃引し、掃引範囲
用同期外れＣの状態においては全範囲を掃引するように
制御する。

【００３５】この実施の形態２では、真の位相ロックオ
フした直後のように、周波数があまりずれていないと考
えられる状態は、掃引範囲用同期状態を掃引範囲用前方
保護Ｂの状態として全掃引範囲の掃引を行わず、以前ロ
ックしていた周波数を中心とした少ない範囲でしか掃引
を行わないように制御する。この場合、ループフィルタ
１６の出力電圧を観測しているので、より正確な周波数
掃引範囲の制御が行える。

【００３６】図５は実施の形態２と従来技術による引込
み例を示している。図５の引込み例は、真の位相ロック
オンした後、雑音などにより真の位相ロックオフと判定
されて開ループの掃引処理となり、１回目に位相同期ル
ープ回路の入力周波数と交わる位置では引込み失敗し、
２回目に位相同期ループ回路の入力周波数と交わる位置
で引込み成功を示している。

【００３７】この例では、実施の形態２における引込み
周波数Ｚが従来技術における引込み周波数Ｙより狭い範
囲で周波数掃引を行い、かつ、掃引範囲用同期成立Ａ時
に記憶した位相同期ループ回路の入力周波数を中心に掃
引しているため、速く位相同期ループ回路の入力信号の
周波数に落着き、従来技術より速く引込めていることが
分かる。

【００３８】従って、この実施の形態２は、掃引範囲用
同期状態に適した掃引範囲を上記実施の形態１より正確
に掃引するため、位相同期ループ回路の引込み時間をさ
らに速くすることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、真の
位相ロックオフと判定されてから既定時間が経過するま
では掃引周波数範囲の狭い第１の位相差検出情報を出力
し、その既定時間を経過すると第１の位相差検出情報よ
り掃引周波数範囲が広い第２の位相差検出情報を出力す
るように構成したので、非同期状態から同期状態への引
き込み時間を短縮することができる効果がある。

【００４０】この発明によれば、ＶＣＯ手段により平滑
化された位相差検出情報を参照して掃引周波数範囲を変
更するように構成したので、非同期状態から同期状態へ
の引き込み時間を更に短縮することができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

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

【図２】 同期状態の遷移を示す説明図である。

【図３】 実施の形態１と従来技術による引込み例を示
す説明図である。

【図４】 この発明の実施の形態２による位相同期ルー
プ回路を示す構成図である。

【図５】 実施の形態２と従来技術による引込み例を示
す説明図である。

【図６】 従来の位相同期ループ回路を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１１ 位相比較器（位相差検出手段）、１２ 位相ロッ
ク用同期判定部（同期判定手段）、１３ 掃引範囲制御
用同期判定部（掃引手段）、１４ 掃引範囲制御部（掃
引手段）、１５ 位相差制御部（ＶＣＯ手段）、１６
ループフィルタ（ＶＣＯ手段）、１７ ＶＣＯ（ＶＣＯ
手段）、１８ 掃引範囲制御部（掃引手段）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号とＶＣＯ信号の位相差を検出す
   る位相差検出手段と、上記位相差検出手段により検出さ
   れた位相差に基づいて同期状態を判定する同期判定手段
   と、上記同期判定手段により同期状態が真の位相ロック
   オフと判定された場合、掃引用の位相差検出情報を出力
   する掃引手段と、上記掃引手段から出力された位相差検
   出情報にしたがってＶＣＯ信号を出力するＶＣＯ手段と
   を備えた位相同期ループ回路において、上記掃引手段
   は、真の位相ロックオフと判定されてから既定時間が経
   過するまでは掃引周波数範囲の狭い第１の位相差検出情
   報を出力し、その既定時間を経過すると第１の位相差検
   出情報より掃引周波数範囲が広い第２の位相差検出情報
   を出力することを特徴とする位相同期ループ回路。
2. 【請求項２】 掃引手段は、ＶＣＯ手段により平滑化さ
   れた位相差検出情報を参照して掃引周波数範囲を変更す
   ることを特徴とする請求項１記載の位相同期ループ回
   路。