JP2003018001A - 位相ロック検出回路およびパワー測定装置 - Google Patents

位相ロック検出回路およびパワー測定装置

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JP2003018001A
JP2003018001A JP2001198410A JP2001198410A JP2003018001A JP 2003018001 A JP2003018001 A JP 2003018001A JP 2001198410 A JP2001198410 A JP 2001198410A JP 2001198410 A JP2001198410 A JP 2001198410A JP 2003018001 A JP2003018001 A JP 2003018001A
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phase
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voltage
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Kazuyoshi Takahashi
一喜 高橋
Satoshi Ito
聡 伊藤
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周波数変更時に短時間で周波数安定後に測定
開始することのできるパワー測定装置を提供する。 【解決手段】 周波数基準信号の周波数を所定の分周比
で変更する位相同期ループと、この位相同期ループの分
周比を小さくするためのオフセット周波数発生ループ7
と、このオフセット周波数発生ループ7に用いられる電
圧制御発振器の周波数制御電圧レベルを測定する電圧比
較器6と、この電圧比較器の出力レベルを判定し測定開
始させる測定制御部8と、測定開始信号を受け被測定信
号のレベル測定を開始するレベル測定部9とを備え、オ
フセット周波数発生ループ7の周波数制御電圧を監視す
ることで周波数変更時に短時間で周波数安定後に測定開
始する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、位相ロック検出回
路およびこの位相ロック検出回路を用いた広帯域な周波
数のパワー測定を行うパワー測定装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、位相ロック検出回路は特開平10
―322200号公報に記載されたものが知られてい
る。図5に示す従来の位相ロック検出回路は、周波数基
準信号RCLKはM分周器81に入力され、周波数基準
信号の周波数が1/Mに分周され、次いで、位相比較器
82に入力され、比較される2つの信号の基準信号とな
る。位相比較器82の出力はチャージポンプ83を介し
てローパスフィルタ84で平滑化され、電圧制御発振器
85の周波数制御電圧となる。この電圧制御発振器85
の出力はN分周器86で1/Nに分周され、位相比較器
82のもう1つの周波数比較対象信号となる。位相比較
器82では2つの信号の位相差に応じた誤差信号を出力
することで電圧制御発振器85の出力周波数を位相ロッ
クするまで変更し、位相ロック後ループが安定し出力周
波数が安定する。N分周器86の出力とM分周器81の
出力をそれぞれ分岐し、排他的論理和回路87に入力さ
れる。排他的論理和回路87は、位相ロック検出して、
ロックオフ検出信号を出力する。排他的論理和回路87
は、N分周器86の出力とM分周器81の出力の論理レ
ベルが異なる期間発生した場合に、その期間に“ハイ
(以下、H)”レベルの信号を発生し、論理レベルが同
一の期間発生した場合に“ロー(以下、L)”レベルの
信号を発生するものである。つまり前述のループにおい
て位相ロックした場合は“L”レベルの信号が出力され
続けるが、位相ロックしていない場合は“H”レベルの
信号が発生されるのでロック検出信号を“H”レベルが
発生しなくなるまで監視し、位相ロックを検出してい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
位相ロック検出回路においては、位相比較される周波数
が高ければ高いほど、周波数変更時の排他的論理和回路
の出力信号パルス幅が狭くなり、ロック安定状態の判定
が正確に行えなくなる。このため、被測定信号をレベル
測定用のIF周波数にダウンコンバートする目的で位相
ロックループの出力を用いる場合、ロック安定後に測定
を行うためには、実際の位相ロックまでの時間にロック
安定状態の判定が正確に行えない場合でも正確なレベル
測定が行われる必要がある。このため、周波数変更後に
ロック安定までに十分であると考えられるマージン時間
を加えてウエイト時間とし、周波数変更後に毎回ウエイ
ト時間後に測定を開始しなければならない。したがっ
て、本来のロック安定までの時間後に測定開始するより
測定に必要な時間が長くなるという問題があった。ま
た、なんらかの要因で周波数変更時に位相ロックまでの
時間が通常より長くなった場合、ロック安定前に測定を
開始してしまうという問題があった。さらに、位相ロッ
ク回路を用いたパワー測定装置の小型化を図るため位相
比較器、N分周器、M分周器をPLL集積化回路とし
て、一つのパッケージに収納された形態で提供され、こ
れを装置を構成する部品として使用する場合が少なくな
い。このようなPLL集積化回路において位相ロック検
出は、周波数変更時のロック時間の検出に使用される用
途より、ロック安定後にロック外れの確認に使用される
用途が大きいため、周波数変更時に出力されるロック検
出信号が正確ではなく、周波数変更時ロック検出信号出
力とロック安定状態になる時間が前後する場合があり、
正確な測定を行うためには周波数変更後にロック安定ま
でに十分であると考えられるマージン時間を加えた固定
ウエイト時間を取った後に測定を開始しなければなら
ず、本来のロック安定までの時間後に測定開始するより
測定時間が長くなるという問題があった。本発明は、従
来の問題を解決するためになされたもので、周波数変更
時にPLLロック安定までの時間に応じたロック検出信
号を検出することにより、短時間でレベル測定すること
のできる位相ロック検出回路を用いた選択レベル計のパ
ワー測定装置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、周波数基準信
号の周波数を所定の分周比で変更し位相比較する位相比
較部を有する位相同期ループと、位相ロック検出部を有
する位相ロック検出回路において、位相ロック検出部
は、位相同期ループの分周比を小さくするためのオフセ
ット周波数発生ループと、オフセット周波数発生ループ
に用いられる電圧制御発振器の周波数制御電圧レベルを
判定する電圧比較器とを有する位相ロック検出回路であ
る。
【0005】この構成により、オフセット周波数発生ル
ープの周波数制御電圧を監視することで周波数変更時に
短時間で電圧制御発振器の周波数制御電圧レベルを判定
するすることができる。
【0006】また、本発明は、位相同期ループおよび位
相ロック検出部は、一体に集積化される位相ロック検出
回路である。
【0007】この構成により、位相ロック検出回路を小
型化することができる。
【0008】さらに、本発明は、位相ロック検出回路
と、位相ロック検出回路が出力する位相ロック判定信号
に基づいて、レベル測定を開始するレベル測定部を有す
るパワー測定装置である。
【0009】この構成により、オフセット周波数発生ル
ープの周波数制御電圧を監視することで周波数変更時に
短時間で周波数安定後に測定開始することができる。
【0010】さらに、本発明は、位相ロック検出回路
と、位相ロック検出回路が出力する位相ロック判定信号
に基づいて、パワー測定開始信号を出力する測定制御部
と、被測定信号を位相同期ループ出力を用いて一定の周
波数にダウンコンバートするIF信号発生部と、測定開
始信号に基づいて、IF信号のレベル測定を開始するレ
ベル測定部と、レベル測定結果を表示する表示部とを有
するパワー測定装置である。
【0011】この構成により、オフセット周波数発生ル
ープの周波数制御電圧を監視することで周波数変更時に
短時間で周波数安定後に測定開始することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。
【0013】本発明の第1の実施の形態の位相ロック検
出回路を用いたパワー測定装置を図1に示す。
【0014】図1において、位相同期部1は分周器と位
相比較器で構成され、周波数ミキサ5の出力と周波数基
準信号11をそれぞれ分周し、位相比較し、比較結果で
ある位相誤差信号をローパスフィルタ2に出力する。前
述の位相同期部1、ローパスフィルタ2、電圧制御発振
器3、および周波数ミキサ5から構成される位相同期ル
ープ14は、被測定信号周波数に応じた周波数を可変に
してIF信号発生部4に被測定信号13の周波数よりf
だけ低い周波数を出力する。これによりIF信号発生部
4の出力周波数は常にfHzになり、レベル測定部9で
は常に同じ周波数の信号のパワー測定を行い、測定結果
を測定制御部8に出力し、被測定信号13のパワーとし
て表示部12に数値で表示する。
【0015】オフセット周波数発生ループ7は位相同期
ループ14の分周比を小さくし、位相雑音を低減させる
と共に電圧制御発振器3の出力周波数の可変量に対し、
位相同期部(PLL集積回路)1での比較周波数の可変
量を小さくする。例えばオフセット周波数発生ループ7
が無い場合、比較周波数をAHzとし、位相同期ループ
14の出力周波数をBHzからCHzに変更した場合、
分周比の可変量はB/A − C/Aとなる。オフセット
周波数発生ループ7を用いてDHzの出力を周波数ミキ
サ5に加えた場合、比較周波数をAHzとし、位相同期
ループ14の出力周波数をBHzからCHzに変更した
場合、分周比の可変量は(B−D)/A−(C−D)/
Aとなり、位相同期ループ14の出力周波数を変更して
もDに適切な値を入れることによりループの分周比を小
さくし、可変量も小さくすることができる。
【0016】オフセット周波数発生ループ7は分周比の
変化量を小さくするように、位相同期ループ14の出力
周波数に対応して周波数を切換えて周波数ミキサ5に出
力する。周波数ミキサ5は、オフセット周波数発生ルー
プ7の出力が位相ロックした後、位相比較の対象となる
信号を位相同期部1に出力することにより、位相同期部
1のロックがかかり、位相同期ループ14の位相ロック
が安定状態となる。位相ロック検出部10は、オフセッ
ト周波数発生ループ7に用いられる電圧制御発振器の周
波数制御電圧を電圧比較器6で基準電圧と比較すること
により位相ロック検出信号を測定制御部8へ出力する。
測定制御部8は、この位相ロック検出信号を監視するこ
とにより、オフセット周波数発生ループ7の周波数ロッ
クを検知して測定許可信号をレベル測定部9へ出力す
る。
【0017】以上のように構成された位相ロック検出回
路を用いたパワー測定装置の位相ロック検出部10のブ
ロック図を図2に示す。
【0018】図2において、オフセット周波数発生ルー
プの基準周波数発生器71の出力が位相比較器72の一
方の入力に接続される。位相比較器72の出力はローパ
ルフィルタに接続され、その出力は入力選択器74に接
続されている。入力選択器74の出力は、複数の電圧制
御発信器27A、27B…、27Nを介して出力選択器
76に接続されている。また、オフセット周波数発生ル
ープ7の出力、すなわち出力選択器76の出力が位相比
較器72の他方の入力に接続されている。さらに、ロー
パルフィルタ73の出力には制御部77と電圧比較器6
がそれぞれ接続され、制御器77は入力選択器74と出
力選択器76を制御して、N個の電圧制御発信器27
A、27B、…、27Nの何れか1つを選択するように
なっている。 次に、このオフセット周波数発生ループ
7の動作を説明する。
【0019】まず、要求されるオフセット周波数に対応
した電圧制御発振器75のN個の電圧制御発振器75
A、75B、…、75Nの中からいずれか1個の電圧制
御発振器が、制御部77からの制御信号に応じて入力選
択器74、出力選択器76によって選択されると、選択
された電圧制御発振器に周波数制御電圧が加えられて、
選択された周波数の信号が出力される。この選択され他
電圧制御発振器の出力は位相比較器72に入力されて、
そこで基準周波数発生器71の出力と位相比較され、ロ
ーパスフィルタ73をとおり入力選択74に戻され、位
相比較ループを構成する。
【0020】また、電圧比較器6は、ローパスフィルタ
73の出力である電圧制御発振器の制御電圧を監視する
ことにより、オフセット周波数の位相ロック状態を検知
するものである。
【0021】次に、図3を用いて電圧比較器22の動作
を説明する。
【0022】まず、電圧制御発振器の電圧はオペアンプ
66とオペアンプ77で構成されるコンパレータ64に
入力され、基準電圧33に接続される抵抗60、抵抗6
0に接続される抵抗61、抵抗61とグランドに接続さ
れる抵抗62によって決定される2つのしきい値電圧と
電圧比較される。抵抗60、抵抗61間の電圧、抵抗6
1、抵抗62間の電圧は位相ロック時の電圧制御発振器
の電圧の上限下限が中心になるように設定することによ
り、判定信号出力として位相ロック判定信号を出力す
る。位相ロック時は“H”レベルの判定信号を出力し、
位相ロックを検出する。また、周波数変更時またはその
他の要因による位相アンロック時は、“L”レベルの判
定信号を出力し、位相アンロックを検出する。
【0023】周波数変更時の動作を図4を用いて説明す
る。
【0024】まず、周波数変更時に電圧制御発振器75
の電圧制御発振器75A、75B、…、75Nの何れか
選択すると同時に、制御部77により電圧制御発振器の
電圧を一定電圧にし、必ずしきい値範囲から外れる電圧
にする。この時電圧制御発振器電圧がしきい値から外れ
た電圧となると同時にオフセット周波数発生ループロッ
ク検出信号が“L”レベルになる。その状態から位相ロ
ックするような動作になり、電圧制御発振器の電圧は位
相ロック安定状態になる電圧に向けて変化し、しきい値
上限、しきい値下限の範囲内に入りオフセット周波数発
生ループのロック検出信号は“H”レベルになる。この
ように電圧比較器6は、周波数変更時に判定信号は必ず
“L”レベルになり、オフセット周波数ループ7の位相
ロックと同時に“H”レベルを出力する。
【0025】測定制御部8(図1参照)は、この信号を
受け、オフセット周波数発生ループ7の位相ロックを確
認した後、位相同期ループ14の位相ロックにかかる時
間を加えて、位相同期ループのロックまでの時間として
認識し、レベル測定部9に対して測定開始信号を出力
し、レベル測定部9でレベル測定を行う。また、このよ
うなオフセット周波数発生ループ7を位相ロックループ
に持つことにより、位相ロックループの位相ロックは時
間を短く、変更周波数幅に影響をあまり受けないものに
することができるようになる。したがって、オフセット
周波数発生ループ7の位相ロックを判定信号により検出
した後、一定時間後に位相ロックループのロック安定状
態を知ることとなる。つまり、図1においてオフセット
周波数ループ7の位相ロック検出後に電圧比較器6から
オフセット周波数ループ7の位相ロック判定信号を測定
制御部8に送り、測定制御部8ではループ全体の位相ロ
ックするまでの一定時間を待ち、レベル測定部9に測定
開始命令をおくることにより、短時間で安定した測定を
可能にすることができる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、周波数
基準信号の周波数を所定の分周比で変更し位相比較する
位相比較部を有する位相同期ループと、位相ロック検出
部を有する位相ロック検出回路において、位相ロック検
出部は、位相同期ループの分周比を小さくするためのオ
フセット周波数発生ループと、オフセット周波数発生ル
ープに用いられる電圧制御発振器の周波数制御電圧レベ
ルを判定する電圧比較器とを有することより、オフセッ
ト周波数発生ループの周波数制御電圧を監視することで
周波数変更時に短時間で電圧制御発振器の周波数制御電
圧レベルを判定するすることができると言う優れた効果
を有する位相ロック検出回路を提供することができるも
のである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態のパワー測定装置のブロッ
ク図
【図2】本発明の実施の形態のパワー測定装置の動作説
明のためのブロック図
【図3】本発明の実施の形態のパワー測定装置の動作説
明のための回路図
【図4】本発明の実施の形態におけるパワー測定装置の
動作説明のためのタイミングチャート図
【図5】従来の位相ロック検出回路を備えた位相ロック
ループのブロック図
【符号の説明】
1 位相同期部 2 ローパスフィルタ 3 電圧制御発振器 4 IF信号発生部 5 周波数ミキサ 6 電圧比較器 7 オフセット周波数発生ループ 8 測定制御部 9 レベル測定部 10 位相ロック検出部 11 周波数基準信号 12 表示部 13 被測定信号 14 位相同期ループ 60 抵抗 61 抵抗 62 抵抗 63 基準電圧 64 コンパレータ 65 プルアップ電圧 66 オペアンプ 67 オペアンプ 71 基準周波数発生器 72 位相比較器 73 ローパスフィルタ 74 入力選択 75 電圧制御発振器郡 76 出力選択 77 制御部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周波数基準信号の周波数を所定の分周比
    で変更し位相比較する位相比較部を有する位相同期ルー
    プと、位相ロック検出部を有する位相ロック検出回路に
    おいて、前記位相ロック検出部は、前記位相同期ループ
    の分周比を小さくするためのオフセット周波数発生ルー
    プと、前記オフセット周波数発生ループに用いられる電
    圧制御発振器の周波数制御電圧レベルを判定する電圧比
    較器とを有する位相ロック検出回路。
  2. 【請求項2】 前記位相同期ループおよび前記位相ロッ
    ク検出部は、一体に集積化されることを特徴とする請求
    項1に記載の位相ロック検出回路。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の位相ロック検出回路と、
    前記位相ロック検出回路が出力する位相ロック判定信号
    に基づいて、レベル測定を開始するレベル測定部を有す
    るパワー測定装置。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の位相ロック検出回路と、
    前記位相ロック検出回路が出力する位相ロック判定信号
    に基づいて、パワー測定開始信号を出力する測定制御部
    と、被測定信号を位相同期ループ出力を用いて一定の周
    波数にダウンコンバートするIF信号発生部と、前記測
    定開始信号に基づいて、IF信号のレベル測定を開始す
    るレベル測定部と、レベル測定結果を表示する表示部と
    を有するパワー測定装置。
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