JP2003273651A - 周波数変調装置、周波数変調方法、および、無線回路装置 - Google Patents
周波数変調装置、周波数変調方法、および、無線回路装置Info
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Abstract
でき、かつ、デジタルの変調信号に基づき広帯域の変調
を行える周波数変調装置を提供する。 【解決手段】 電圧制御発振器1、可変分周器2、位相
比較器3、および、ループフィルタ4は、位相同期ルー
プ(PLL)を形成している。シグマデルタ変調器5
は、可変分周器2の出力信号をクロックとして、分数部
データM2と変調データXとを加算したデータをシグマ
デルタ変調する。シグマデルタ変調器5の出力信号は、
整数部データM1と加算され、可変分周器2の実効分周
数データ13となる。これとともに、シグマデルタ変調
器5の出力信号は、D/A変換器6と低域通過フィルタ
7と振幅調整回路8とを通過して、制御信号14とな
る。制御信号14は、電圧制御発振器1の周波数変調端
子に入力される。
Description
関し、より特定的には、PLL(Phase Locked Loop :
位相同期ループ)を用いて周波数変調を行う周波数変調
装置および周波数変調方法、並びに、これらを用いた無
線回路装置に関する。
行う方法として、基準信号源を周波数変調の制御対象と
する方法(以下「第1の方法」という)や、電圧制御発
振器の周波数制御端子に変調信号を与える方法(以下
「第2の方法」という)などが知られている。通常、デ
ジタル通信などで使用される変調信号は、所定の帯域内
において低域から高域まで一様な周波数特性を有してい
る。したがって、このような変調信号に基づき周波数変
調を行う場合には、変調信号の周波数が低いときから高
いときまで一様な特性が得られる必要がある。
調可能な基準信号源が必要であり、また、PLLのルー
プ帯域幅より広い周波数帯域については変調が困難とな
る。この場合、PLLのループ帯域幅を広くすれば、広
い帯域に亘る変調が可能となる。しかし一般に、ループ
帯域幅を広くすると、ループ帯域幅ほど離調した点にお
けるC/N(Carrier to Noise Ratio:搬送波電力対雑
音電力比)が劣化する。このため、PLLではループ帯
域幅を十分に広くすることは難しい。
プ帯域幅より低い周波数における変調が困難となる。こ
の場合、PLLのループ帯域幅を狭くすれば、低い周波
数帯域における変調も可能となる。しかし一般に、ルー
プ帯域幅を狭くすると、PLLのループ応答速度が遅く
なる。このため、PLLではループ帯域幅を十分に狭く
することも難しい。
記第1および第2の方法を併用する方法(以下「第3の
方法」という)が知られている。図10は、従来の第3
の方法を用いた周波数変調装置の構成を示すブロック図
である。図10に示す周波数変調装置は、電圧制御発振
器1、可変分周器2、位相比較器3、ループフィルタ
4、および、基準信号源10を備える。基準信号源10
は、所定の周波数の基準信号を発生させる。電圧制御発
振器1、可変分周器2、位相比較器3、および、ループ
フィルタ4は、以下に示すPLLを形成している。
Mに従い、電圧制御発振器1の出力信号を分周する。位
相比較器3は、基準信号源10の出力信号と可変分周器
2の出力信号との位相を比較する。位相比較器3の出力
信号は、ループフィルタ4を通過して電圧制御発振器1
に入力される。電圧制御発振器1は、ループフィルタ4
の出力信号に応じた周波数で発振する。このPLLは、
電圧制御発振器1の出力信号の中心周波数が所定値とな
るようにフィードバック制御を行う。基準信号源10と
電圧制御発振器1とは、それぞれ周波数変調端子を有し
ており、各周波数変調端子にはアナログの変調信号Xa
が加えられる。
周波数変調特性を示す図である。図11において、実線
で示す低域通過特性は、基準信号源10に加えられた変
調信号に対する出力信号の変調度を表し、破線で示す高
域通過特性は、電圧制御発振器1に加えられた変調信号
に対する出力信号の変調度を表す。この場合、低域通過
特性(実線)と高域通過特性(破線)とを加算すると、
広帯域に亘って平坦な周波数変調特性が得られる。この
ため、変調信号の帯域幅(斜線で示す)がPLLのルー
プ帯域幅より大きい場合でも、良好な周波数変調特性を
得ることができる。
3の方法を用いた周波数変調装置では、アナログの変調
信号を加える必要があるため、デジタルの変調データを
アナログの変調信号に変換する高精度のD/A変換器が
必要となる。また、基準信号源と電圧制御発振器の両方
に変調信号を加えるため、良好な周波数変調特性を得る
ためには、基準信号源と電圧制御発振器の両方につい
て、変調信号のレベルを個別に調整する必要が生じる。
たない基準信号源を使用でき、かつ、デジタルの変調信
号に基づき広帯域の変調を行える周波数変調装置を提供
することを目的とする。
発明は、デジタルの変調データに基づき周波数変調を行
う周波数変調装置であって、与えられた分周数データの
分数部データと変調データとを加算したデータをシグマ
デルタ変調するシグマデルタ変調器と、発振周波数を制
御できる電圧制御発振器と、シグマデルタ変調器の出力
と分周数データの整数部データとを加算したデータに基
づき、電圧制御発振器の出力を分周する可変分周器と、
与えられた基準信号と可変分周器の出力との位相を比較
する位相比較器と、位相比較器の出力を平滑化し、電圧
制御発振器に供給するループフィルタとを備え、電圧制
御発振器の出力は、シグマデルタ変調器の出力をアナロ
グに変換した制御信号に基づき周波数変調されることを
特徴とする。このような第1の発明によれば、デジタル
の変調データに基づき、可変分周器による周波数変調と
電圧制御発振器による周波数変調とが同時に実行され
る。出力信号の変調度は、2種類の周波数変調の変調特
性を加算したものとなるため、ループ帯域幅より広い帯
域幅に亘って平坦な周波数変調特性を得ることができ
る。したがって、周波数変調機能を持たない基準信号源
を使用でき、かつ、デジタルの変調信号に基づき広帯域
の周波数変調を行うことができる。
制御発振器は、ループフィルタと接続する周波数制御端
子と、制御信号を入力するための周波数変調端子とを有
し、ループフィルタの出力と周波数変調端子から入力さ
れた制御信号とに基づき、発振周波数を制御することを
特徴とする。このような第2の発明によれば、周波数変
調端子を有する電圧制御発振器を用いて、デジタルの変
調データに基づき広帯域の周波数変調を行うことができ
る。
制御発振器は、周波数変調端子の入力周波数が変化した
ときには、周波数制御端子の入力周波数が変化したとき
より、出力周波数の変化が小さいことを特徴とする。こ
のような第3の発明によれば、変調の精度を向上させる
ことができる。
信号は、ループフィルタと電圧制御発振器との接続点に
結合されることを特徴とする。このような第4の発明に
よれば、周波数変調端子を有しない電圧制御発振器を用
いて、デジタルの変調データに基づき広帯域の周波数変
調を行うことができる。
データの周波数帯域幅は、ループフィルタの帯域幅より
広く、変調データの最大周波数は、基準信号の周波数よ
り小さいことを特徴とする。
マデルタ変調器から電圧制御発振器に至る経路上に、信
号の振幅を調整する振幅調整回路をさらに備える。この
ような第6の発明によれば、電圧制御発振器の特性に応
じて制御信号の振幅を調整することにより、正しい出力
信号を得ることができる。
マデルタ変調器から電圧制御発振器に至る経路上に、シ
グマデルタ変調器で発生した雑音成分を除去する低域通
過フィルタをさらに備える。このような第7の発明によ
れば、シグマデルタ変調器で発生した雑音成分を除去す
ることにより、雑音成分の少ない出力信号を得ることが
できる。
マデルタ変調器は、可変分周器の出力または基準信号を
クロックとして動作し、少なくとも2次以上の構成を有
することを特徴とする。このような第8の発明によれ
ば、高速のクロックを別途発生させることなく、シグマ
デルタ変調を行うとともに、安定性の高いシグマデルタ
変調を行うことにより、安定した出力信号を得ることが
できる。
づき周波数変調を行う周波数変調装置であって、与えら
れた基準分周数データの基準分数部データと変調データ
とを加算したデータをシグマデルタ変調するシグマデル
タ変調器と、シグマデルタ変調器の出力と基準分周数デ
ータの整数部データとを加算したデータに基づき、与え
られた基準信号を分周する基準分周器と、発振周波数を
制御できる電圧制御発振器と、電圧制御発振器の出力を
分周する分周器と、基準分周器で分周された基準信号と
分周器の出力との位相を比較する位相比較器と、位相比
較器の出力を平滑化し、電圧制御発振器に供給するルー
プフィルタとを備え、電圧制御発振器の出力は、シグマ
デルタ変調器の出力をアナログに変換した制御信号に基
づき周波数変調されることを特徴とする。このような第
9の発明によれば、デジタルの変調データに基づき、基
準信号源による周波数変調と電圧制御発振器による周波
数変調とが同時に実行される。出力信号の変調度は、2
種類の周波数変調の変調特性を加算したものとなるた
め、ループ帯域幅より広い帯域幅に亘って平坦な周波数
変調特性を得ることができる。したがって、周波数変調
機能を持たない基準信号源を使用でき、かつ、デジタル
の変調信号に基づき広帯域の周波数変調を行うことがで
きる。
周器は、可変分周器であることを特徴とする。このよう
な第10の発明によれば、多様な周波数に対応すること
ができる。
圧制御発振器は、ループフィルタと接続する周波数制御
端子と、制御信号を入力するための周波数変調端子とを
有し、ループフィルタの出力と周波数変調端子から入力
された制御信号とに基づき、発振周波数を制御すること
を特徴とする。このような第11の発明によれば、周波
数変調端子を有する電圧制御発振器を用いて、デジタル
の変調データに基づき広帯域の周波数変調を行うことが
できる。
電圧制御発振器は、周波数変調端子の入力周波数が変化
したときには、周波数制御端子の入力周波数が変化した
ときより、出力周波数の変化が小さいことを特徴とす
る。このような第12の発明によれば、変調の精度を向
上させることができる。
御信号は、ループフィルタと電圧制御発振器との接続点
に結合されることを特徴とする。このような第13の発
明によれば、周波数変調端子を有しない電圧制御発振器
を用いて、デジタルの変調データに基づき広帯域の周波
数変調を行うことができる。
調データの周波数帯域幅は、ループフィルタの帯域幅よ
り広く、変調データの最大周波数は、基準信号の周波数
より小さいことを特徴とする。
グマデルタ変調器から電圧制御発振器に至る経路上に、
信号の振幅を調整する振幅調整回路をさらに備える。こ
のような第15の発明によれば、電圧制御発振器の特性
に応じて制御信号の振幅を調整することにより、正しい
出力信号を得ることができる。
グマデルタ変調器から電圧制御発振器に至る経路上に、
シグマデルタ変調器で発生した雑音成分を除去する低域
通過フィルタをさらに備える。このような第16の発明
によれば、シグマデルタ変調器で発生した雑音成分を除
去することにより、雑音成分の少ない出力信号を得るこ
とができる。
グマデルタ変調器は、基準信号をクロックとして動作
し、少なくとも2次以上の構成を有することを特徴とす
る。このような第17の発明によれば、高速のクロック
を別途発生させることなく、シグマデルタ変調を行うと
ともに、安定性の高いシグマデルタ変調を行うことによ
り、安定した出力信号を得ることができる。
周器と位相比較器とループフィルタとを有する位相同期
ループを用いて、デジタルの変調データに基づき周波数
変調を行う周波数変調方法であって、与えられた分周数
データの分数部データと変調データとを加算したデータ
をシグマデルタ変調するステップと、シグマデルタ変調
された信号と分周数データの整数部データとを加算した
データを、実効分周数データとして可変分周器に与える
ステップと、シグマデルタ変調された信号をアナログに
変換した制御信号に基づき、電圧制御発振器の出力を周
波数変調するステップとを備える。
と位相比較器とループフィルタとを有する位相同期ルー
プを用いて、デジタルの変調データに基づき周波数変調
を行う周波数変調方法であって、与えられた基準分周数
データの基準分数部データと変調データとを加算したデ
ータをシグマデルタ変調するステップと、シグマデルタ
変調された信号と基準分周数データの整数部データとを
加算したデータに基づき、与えられた基準信号を分周
し、位相同期ループに供給するステップと、シグマデル
タ変調された信号をアナログに変換した制御信号に基づ
き、電圧制御発振器の出力を周波数変調するステップと
を備える。このような第18および第19の発明によれ
ば、デジタルの変調データに基づき、可変分周器(また
は基準信号源)による周波数変調と電圧制御発振器によ
る周波数変調とが同時に実行される。出力信号の変調度
は、2種類の周波数変調の変調特性を加算したものとな
るため、ループ帯域幅より広い帯域幅に亘って平坦な周
波数変調特性を得ることができる。したがって、周波数
変調機能を持たない基準信号源を使用でき、かつ、デジ
タルの変調信号に基づき広帯域の周波数変調を行うこと
ができる。
基づき周波数変調された信号を送受信する無線回路装置
であって、基準信号を発生させる基準発振器と、基準信
号に基づき動作する周波数変調器と、電波を放射および
受信するアンテナと、周波数変調器の出力を増幅し、ア
ンテナに出力する送信増幅器と、アンテナで受信した信
号を処理する受信回路とを備え、周波数変調器は、与え
られた分周数データの分数部データと変調データとを加
算したデータをシグマデルタ変調するシグマデルタ変調
器と、発振周波数を制御できる電圧制御発振器と、シグ
マデルタ変調器の出力と分周数データの整数部データと
を加算したデータに基づき、電圧制御発振器の出力を分
周する可変分周器と、基準信号と可変分周器の出力との
位相を比較する位相比較器と、位相比較器の出力を平滑
化し、電圧制御発振器に供給するループフィルタとを含
み、電圧制御発振器の出力は、シグマデルタ変調器の出
力をアナログに変換した制御信号に基づき周波数変調さ
れ、データ送信時には、周波数変調器は、送信データに
基づき周波数変調を行うように制御され、データ受信時
には、周波数変調器は、無変調信号を出力するように制
御され、受信回路は、周波数変調器から出力された無変
調信号をローカル信号として、アンテナで受信した信号
を処理することを特徴とする。
基づき周波数変調された信号を送受信する無線回路装置
であって、基準信号を発生させる基準発振器と、基準信
号に基づき動作する周波数変調器と、電波を放射および
受信するアンテナと、周波数変調器の出力を増幅し、ア
ンテナに出力する送信増幅器と、アンテナで受信した信
号を処理する受信回路とを備え、周波数変調器は、与え
られた基準分周数データの基準分数部データと変調デー
タとを加算したデータをシグマデルタ変調するシグマデ
ルタ変調器と、シグマデルタ変調器の出力と基準分周数
データの整数部データとを加算したデータに基づき、基
準信号を分周する基準分周器と、発振周波数を制御でき
る電圧制御発振器と、電圧制御発振器の出力を分周する
分周器と、基準分周器で分周された基準信号と分周器の
出力との位相を比較する位相比較器と、位相比較器の出
力を平滑化し、電圧制御発振器に供給するループフィル
タとを備え、電圧制御発振器の出力は、シグマデルタ変
調器の出力をアナログに変換した制御信号に基づき周波
数変調され、データ送信時には、周波数変調器は、送信
データに基づき周波数変調を行うように制御され、デー
タ受信時には、周波数変調器は、無変調信号を出力する
ように制御され、受信回路は、周波数変調器から出力さ
れた無変調信号をローカル信号として、アンテナで受信
した信号を処理することを特徴とする。このような第2
0および第21の発明によれば、アナログの変調信号を
与えなくても、周波数チャンネルを指定するためのデジ
タルデータと、周波数変調を行うためのデジタル変調デ
ータを与えることにより、無線回路装置を実現すること
ができる。
明の第1の実施形態に係る周波数変調装置の構成を示す
ブロック図である。図1に示す周波数変調装置は、電圧
制御発振器1、可変分周器2、位相比較器3、ループフ
ィルタ4、シグマデルタ変調器5、D/A変換器6、低
域通過フィルタ7、振幅調整回路8、および、加算器1
1、12を備える。この周波数変調装置には、所定の周
波数の基準信号が外部から供給される。基準信号の信号
源(図示せず)には、周波数変調機能を持たない信号源
を使用することができる。
較器3、および、ループフィルタ4は、以下に示す位相
同期ループ(PLL)を形成している。可変分周器2
は、与えられた実効分周数データ13に従い、電圧制御
発振器1の出力信号を分周する。位相比較器3は、可変
分周器2の出力信号と基準信号との位相を比較する。位
相比較器3の出力信号は、ループフィルタ4を通過して
電圧制御発振器1の周波数制御端子に入力される。電圧
制御発振器1は、ループフィルタ4の出力信号に応じた
周波数で発振する。このPLLは、電圧制御発振器1の
中心周波数が所定値となるようにフィードバック制御を
行う。
タ13は、以下のようにして算出される。可変分周器2
における分周数データは、外部から、整数部データM1
と分数部データM2とからなる組の形式で与えられる。
整数部データM1は分周数データの整数部を表し、小数
部データM2は分周数データの小数部を表す。加算器1
1は、分数部データM2とデジタルの変調データXとを
加算する。シグマデルタ変調器5は、可変分周器2の出
力信号をクロックとして、加算器11の出力データをシ
グマデルタ変調する。シグマデルタ変調器5の出力信号
は、加算器12とD/A変換器6とに入力される。加算
器12は、シグマデルタ変調器5の出力信号と整数部デ
ータM1とを加算する。加算器12の出力データが、実
効分周数データ13となる。
調器5の出力信号をアナログ信号に変換する。このアナ
ログ信号は、低域通過フィルタ7と振幅調整回路8とを
通過して、制御信号14となる。低域通過フィルタ7
は、D/A変換器6から出力されたアナログ信号から、
シグマデルタ変調器5で発生した高域の雑音成分を除去
する。振幅調整回路8は、電圧制御発振器1の周波数変
調端子の変調感度に対して適切な値となるよう、低域通
過フィルタ7の出力信号の振幅の絶対値を調整する。制
御信号14は、電圧制御発振器1の周波数変調端子に入
力される。
は、2種類の周波数変調を同時に実行する。第1に、変
調データXは、シグマデルタ変調された後、実効分周数
データ13として可変分周器2に与えられる。これによ
り、PLLの出力信号が周波数変調される。第1の周波
数変調の効果は、図11において実線で示した低域通過
特性と同様になる。第2に、変調データXは、シグマデ
ルタ変調器5とD/A変換器6との作用により、ステッ
プ状に変化する信号となる。この信号は、低域通過フィ
ルタ7と振幅調整回路8とを通過して、制御信号14と
なる。制御信号14は、電圧制御発振器1の周波数変調
端子に入力される。これにより、電圧制御発振器1の出
力信号が周波数変調される。第2の周波数変調の効果
は、図11において破線で示した高域通過特性と同様に
なる。
変調度は、図11に示す低域通過特性(実線)と高域通
過特性(破線)とを加算したものとなる。よって、本実
施形態に係る周波数変調装置によれば、周波数変調機能
を持たない基準信号源を使用でき、かつ、デジタルの変
調データに基づき、ループ帯域幅より広い帯域幅の変調
信号に対しても平坦な周波数変調特性を得ることができ
る。特に、図11に示すように、変調データの周波数帯
域幅がループフィルタの帯域幅より広く、変調データの
最大周波数が基準信号の周波数より小さい場合であって
も、同様の効果を奏する。
のとおりである。本実施形態に係る周波数変調装置には
変調信号として、高い精度を有するデジタルの変調デー
タXが与えられる。変調データXは、分周数データの分
数部データM2の変化分として扱われる。すなわち、変
調データXは、分数部データM2に加算され、シグマデ
ルタ変調器5でシグマデルタ変調を受ける。シグマデル
タ変調器5は、入力データに基づき、入力データよりビ
ット数は少ないがクロック周波数の高いデータを出力す
る。このため、変調信号の周波数成分に比べて、シグマ
デルタ変調器5のクロックを十分に高く設定した場合、
シグマデルタ変調後のデータは、変調信号に含まれてい
た情報をほとんど含むことになる。
デルタ変調による量子化雑音が加算され、可変分周器2
の出力信号にも量子化雑音が現れる。この量子化雑音
は、低域通過特性を有するループフィルタ4で十分に低
減されるため、電圧制御発振器1の出力信号に現れるこ
とはない。しかし、信号がループフィルタ4を通過する
際に、変調信号の周波数成分のうち、PLLのループ帯
域幅(主に、ループフィルタ4の特性で定まる)より高
い周波数成分が同時に減衰されてしまう。そこで、本実
施形態に係る周波数変調装置では、上記減衰分を補償す
るために、シグマデルタ変調後のデータをアナログ信号
に変換した制御信号14を、電圧制御発振器1の周波数
変調端子に与えているのである。
装置には、高い精度を有するデジタルの変調データXが
与えられる。このため、変調データXを直接、D/A変
換するためには、高精度のD/A変換器が必要となる。
これに対して、本実施形態に係るシグマデルタ変調器5
の出力は、クロックは高速ではあるが、ビット数は少な
いという特徴を有している。したがって、精度のそれほ
ど高くない簡単な構成のD/A変換器6を使用すること
ができる。このようなD/A変換器6を使用しても、低
域通過フィルタ7でシグマデルタ変調による高域の雑音
成分を除去することにより、高精度のアナログ周波数変
調信号を再現し、電圧制御発振器1の周波数変調端子に
与えることができる。
るシグマデルタ変調器5について説明する。図2から図
5は、いずれも、1クロック遅延をz-1とするz変換を
用いて、シグマデルタ変調器5の構成例を示した図であ
る。
例を示した図である。図2に示すシグマデルタ変調器5
aは、加算器101、102、104、105、遅延回
路103、106、108、量子化器107、および、
乗算器109を備える。量子化器107は、加算器10
5の出力を量子化単位Lで量子化する。量子化器107
の出力は、遅延回路108を経由して、乗算器109に
入力される。乗算器109は、この入力に量子化単位L
を乗算する。乗算器109の出力は、加算器101と加
算器104とに入力される。加算器101は、シグマデ
ルタ変調器5aの入力Fから乗算器109の出力を減算
する。加算器101の出力は、加算器102と遅延回路
103とにより構成された一次積分器を経由して、加算
器104に入力される。加算器104は、この入力から
乗算器109の出力を減算する。加算器104の出力
は、加算器105と遅延回路106とにより構成された
一次積分器を経由して、量子化器107に入力される。
出力Yとの関係は、Y=F/L+(1−z-1)2 ×Qと
なる。したがって、クロック周波数をfs とおくと、|
1−z-1|に対する周波数特性は、|2sin(πf/
fs )|で与えられる。よって、シグマデルタ変調器5
aでは、量子化雑音Qに対して、|2sin(πf/f
s )|2 の周波数特性が乗算されることになる。
例を示した図である。図3に示すシグマデルタ変調器5
bは、1次シグマデルタ変調器121、122、12
3、1次微分器124、2次微分器125、および、加
算器126、127を備える。シグマデルタ変調器5b
は、1次のシグマデルタ変調器を多段に接続した構成を
有している。すなわち、1次シグマデルタ変調器121
の分数部に相当する値が、1次シグマデルタ変調器12
2の入力となり、1次シグマデルタ変調器122の分数
部に相当する値が、1次シグマデルタ変調器123の入
力となる。また、1次シグマデルタ変調器122の整数
部に相当する値は、1次微分器124に入力され、1次
シグマデルタ変調器123の整数部に相当する値は、2
次微分器125に入力される。加算器126、127
は、1次シグマデルタ変調器121の整数部に相当する
値と、1次微分器124の出力と、2次微分器125の
出力とを加算する。これにより、シグマデルタ変調器5
bの出力Yが算出される。
出力Yとの関係は、Y=F/L+(1−z-1)3 ×Qと
なる。したがって、シグマデルタ変調器5aの場合と同
様の考察により、シグマデルタ変調器5bでは、量子化
雑音Qに対して、|2sin(πf/fs )|3 (fs
はクロック周波数)の周波数特性が乗算される。
例を示した図である。図4に示すシグマデルタ変調器5
cは、図2に示したシグマデルタ変調器5aとは異なる
構成の2次のシグマデルタ変調器を2つ用いることを特
徴とする。シグマデルタ変調器5cは、第1の2次シグ
マデルタ変調器141、第2の2次シグマデルタ変調器
142、遅延回路143、2次微分器144、乗算器1
45、および、加算器146、147を備える。
の2次シグマデルタ変調器141に入力される。第1の
2次シグマデルタ変調器141の分数部に相当する値
は、乗算器145および加算器146を経由して、第2
の2次シグマデルタ変調器142の入力となる。第1の
2次シグマデルタ変調器141の整数部に相当する値
は、遅延回路143により1クロック分遅延された後
に、加算器147に入力される。第2の2次シグマデル
タ変調器142の出力は、2次微分器144を経由し
て、加算器147に入力される。加算器147は、これ
ら2つの信号を加算する。これにより、シグマデルタ変
調器5cの出力Yが算出される。
出力Yとの関係は、Y=−Z-2×F/L+(1−Z-1)
4 ×Qとなる。したがって、シグマデルタ変調器5a、
5bの場合と同様の考察により、シグマデルタ変調器5
cでは、量子化雑音Qに対して、|2sin(πf/f
s )|4 (fs はクロック周波数)の周波数特性が乗算
される。
例を示した図である。図5に示すシグマデルタ変調器5
dは、1次積分器161〜165、加算器166〜16
9、係数器171〜177、量子化器178、および、
乗算器179を備える。
量子化単位Lで量子化する。乗算器179は、量子化器
178の出力に量子化単位Lを乗算する。乗算器179
の出力は、加算器166に入力される。加算器166
は、シグマデルタ変調器5dの入力Fから乗算器179
の出力を減算する。1次積分器161は、加算器166
の出力を1次積分する。加算器167は、1次積分器1
61の出力と係数器176の出力とを加算する。1次積
分器162は、加算器167の出力を1次積分し、1次
積分器163は、1次積分器162の出力を1次積分す
る。係数器176は、1次積分器163の出力に所定の
係数(図5では−a1 )を乗算する。加算器168は、
1次積分器163の出力と係数器177の出力とを加算
する。1次積分器164は、加算器168の出力を1次
積分し、1次積分器165は、1次積分器164の出力
を1次積分する。係数器177は、1次積分器165の
出力に所定の係数(図5では−a2 )を乗算する。
積分器161〜165の出力に所定の係数(図5ではc
1 からc5 )を乗算する。加算器169は、係数器17
1〜175の出力を加算する。量子化器178の出力
が、シグマデルタ変調器5dの出力Yとなる。シグマデ
ルタ変調器5dによれば、各係数器の係数を任意に設定
することにより、5次のシグマデルタ変調の周波数特性
を任意に変化させることができる。
の構成例を示したが、これらの回路は例示に過ぎない。
言い替えると、回路規模や周波数特性や遅延特性などを
考慮した上で、シグマデルタ変調器5として、任意のシ
グマデルタ変調器を使用してもよい。例えば、シグマデ
ルタ変調器5として、他の構成を有する2次から5次の
シグマデルタ変調器を使用してもよく、より高次のシグ
マデルタ変調器を使用してもよい。
まず、変調器の次数を決定する必要がある。図6は、2
次から5次のシグマデルタ変調器における量子化雑音特
性の例を示す図である。図6において、横軸は正規化周
波数を対数目盛りで表したものであり、縦軸は量子化ノ
イズをデシベル(dB)値で表したものである。図6に
示すように、シグマデルタ変調器が高次になるに従っ
て、直流(DC)付近の雑音レベルを小さくすることが
できる。例えば、このような点を考慮して、シグマデル
タ変調器5を設計すればよい。
ついては、以下に示す各種の変形例を構成することがで
きる。まず、図1に示す周波数変調装置では、制御信号
14は、電圧制御発振器1aの周波数変調端子に入力さ
れることとした。これに代えて、周波数変調端子を持た
ない電圧制御発振器1を用いる場合には、図7に示すよ
うに、制御信号14をループフィルタ4と電圧制御発振
器1との接続点に結合することとしてもよい。図7に示
す周波数変調装置は、図1に示す周波数変調装置と同様
に動作し、同様の効果を奏する。また、シグマデルタ変
調器5のクロックとして、外部から供給される基準信号
を用いてもよい。また、周波数変調端子の入力周波数が
変化したときには、周波数制御端子の入力周波数が変化
したときより、出力周波数の変化が小さい特性を有する
電圧制御発振器1を用いることにより、変調の精度を向
上させることができる。
7、および、振幅調整回路8は、シグマデルタ変調器5
から電圧制御発振器1に至る経路上に配置されている限
り、それらの接続順序は任意でよい。また、電圧制御発
振器1の周波数変調感度にばらつきがない場合には、振
幅調整回路8は固定の減衰器であってもよい。また、電
圧制御発振器1は、ループフィルタ4に接続する端子と
兼用で周波数変調端子を有していてもよく、ループフィ
ルタ4に接続する端子と独立して周波数変調端子を有し
ていてもよい。また、図1に示す構成要素の一部(例え
ば、シグマデルタ変調器5)を、プログラムによって実
現してもよい。
の実施形態に係る周波数変調装置の構成を示すブロック
図である。図8に示す周波数変調装置は、電圧制御発振
器1、可変分周器2、位相比較器3、ループフィルタ
4、シグマデルタ変調器5、D/A変換器6、低域通過
フィルタ7、振幅調整回路8、基準分周器9、および、
加算器11、12を備える。本実施形態の構成要素のう
ち、第1の実施形態と同一の構成要素については、同一
の参照符号を付して、説明を省略する。
施形態と同様に、所定の周波数の基準信号が外部から供
給される。基準信号の信号源(図示せず)には、周波数
変調機能を持たない信号源を使用することができる。電
圧制御発振器1、可変分周器2、位相比較器3、およ
び、ループフィルタ4は、第1の実施形態と同様に、位
相同期ループ(PLL)を形成している。ただし、図8
に示すPLLは、以下に示す4つの点で、図1に示すP
LLと相違する。第1に、外部から供給された基準信号
は、基準分周器9で分周された後にPLLに入力され
る。第2に、可変分周器2は、変調データXに依存しな
い分周数データに従い、電圧制御発振器1の出力信号を
分周する。第3に、位相比較器3は、可変分周器2の出
力信号と基準分周器9の出力信号との位相を比較する。
第4に、可変分周器2は、分周数を固定した分周器であ
ってもよい。
数データ15に従い、外部から供給された基準信号を分
周する。基準分周器9に与えられる実効基準分周数デー
タ15は、第1の実施形態に係る実効分周数データ13
と概ね同じ方法で算出される。すなわち、基準分周器9
における基準分周数データは、外部から、基準整数部デ
ータN1と基準分数部データN2とからなる組の形式で
与えられる。加算器11は、基準分数部データN2とデ
ジタルの変調データXとを加算する。シグマデルタ変調
器5は、基準信号をクロックとして、加算器11の出力
データをシグマデルタ変調する。加算器12は、シグマ
デルタ変調器5の出力信号と基準整数部データN1とを
加算する。加算器12で求めた和が、実効基準分周数デ
ータ15となる。
は、第1の実施形態と同様に、D/A変換器6、低域通
過フィルタ7、および、振幅調整回路8を通過して制御
信号14となる。制御信号14は、電圧制御発振器1の
周波数変調端子に入力される。
は、第1の実施形態と同様に、2種類の周波数変調を同
時に行う。第1に、変調データXは、シグマデルタ変調
された後に、実効基準分周数データ15として基準分周
器9に与えられる。これにより、PLLの出力信号が周
波数変調される。第1の周波数変調の効果は、図11に
おいて実線で示した低域通過特性と同様になる。第2の
周波数変調は、第1の実施形態と同じである。第2の周
波数変調の効果は、図11において破線で示した高域通
過特性と同様になる。
変調度は、図11に示す低域通過特性(実線)と高域通
過特性(破線)とを加算したものとなる。よって、本実
施形態に係る周波数変調装置によれば、周波数変調機能
を持たない基準信号源を使用でき、かつ、デジタルの変
調データに基づき、ループ帯域幅より広い帯域幅の変調
信号に対しても平坦な周波数変調特性を得ることができ
る。特に、図11に示すように、変調データの周波数帯
域幅がループフィルタの帯域幅より広く、変調データの
最大周波数が基準信号の周波数より小さい場合であって
も、同様の効果を奏する。
ついては、第1の実施形態と同様の変形例(ただし、シ
グマデルタ変調器5のクロック選択を除く)を構成する
ことができる。例えば、シグマデルタ変調器5として、
図2から図5に示すシグマデルタ変調器5a〜5dや、
他の構成を有する2次から5次のシグマデルタ変調器
や、より高次のシグマデルタ変調器を使用してもよく、
制御信号14をループフィルタ4と電圧制御発振器1と
の接続点に結合することとしてもよい。
の実施形態に係る無線回路装置の構成を示すブロック図
である。本実施形態に係る無線回路装置は、第1または
第2の実施形態に係る周波数変調装置を用いることを特
徴とする。図9に示す無線回路装置は、基準発振器20
1、周波数変調器202、送信増幅器203、受信回路
204、共用器205、および、アンテナ206を備え
る。この無線回路装置は、図示しない相手側の無線回路
装置との間でデータを送受信する。
信号を発生させる。基準発振器201は、例えば、安定
に動作する水晶発振器などによって構成される。基準発
振器201で発生させた基準信号は、周波数変調器20
2に与えられる。周波数変調器202は、第1または第
2の実施形態に係る周波数変調装置であり、基準発振器
201で発生させた基準信号に基づき動作する。
送信時とデータ受信時とで異なる用途に使用される。デ
ータ送信時(図9の実線)の周波数変調器202には、
送信すべきデータが変調データとして入力され、周波数
変調器202の出力信号は、周波数変調波として送信増
幅器203に入力される。送信増幅器203は、入力さ
れた周波数変調波を増幅する。送信増幅器203で増幅
された信号は、共用器205を通過し、アンテナ206
から電波として放射される。
器202には、変調データは入力されない。これに代え
て、周波数変調器202は、無変調信号を出力するよう
に制御される。周波数変調器202から出力された無変
調信号は、無線信号を復調するためのローカル信号とし
て受信回路204に入力され、同時に共用器205にも
入力される。受信回路204は、この無変調信号をロー
カル信号として用いて、共用器205の出力信号を復調
する。
回路装置によれば、アナログの変調信号を与えなくて
も、周波数チャンネルを指定するためのデジタルデータ
と、周波数変調を行うためのデジタル変調データを与え
ることにより、無線回路装置を実現することができる。
の構成を示すブロック図である。
数変調装置におけるシグマデルタ変調器の構成例を示す
図である。
数変調装置におけるシグマデルタ変調器の他の構成例を
示す図である。
数変調装置におけるシグマデルタ変調器の他の構成例を
示す図である。
数変調装置におけるシグマデルタ変調器の他の構成例を
示す図である。
例を示す図である。
変調装置の構成を示すブロック図である。
の構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
図である。
す図である。
Claims (21)
- 【請求項1】 デジタルの変調データに基づき周波数変
調を行う周波数変調装置であって、 与えられた分周数データの分数部データと前記変調デー
タとを加算したデータをシグマデルタ変調するシグマデ
ルタ変調器と、 発振周波数を制御できる電圧制御発振器と、 前記シグマデルタ変調器の出力と前記分周数データの整
数部データとを加算したデータに基づき、前記電圧制御
発振器の出力を分周する可変分周器と、 与えられた基準信号と前記可変分周器の出力との位相を
比較する位相比較器と、 前記位相比較器の出力を平滑化し、前記電圧制御発振器
に供給するループフィルタとを備え、 前記電圧制御発振器の出力は、前記シグマデルタ変調器
の出力をアナログに変換した制御信号に基づき周波数変
調されることを特徴とする、周波数変調装置。 - 【請求項2】 前記電圧制御発振器は、 前記ループフィルタと接続する周波数制御端子と、 前記制御信号を入力するための周波数変調端子とを有
し、 前記ループフィルタの出力と前記周波数変調端子から入
力された前記制御信号とに基づき、発振周波数を制御す
ることを特徴とする、請求項1に記載の周波数変調装
置。 - 【請求項3】 前記電圧制御発振器は、前記周波数変調
端子の入力周波数が変化したときには、前記周波数制御
端子の入力周波数が変化したときより、出力周波数の変
化が小さいことを特徴とする、請求項2に記載の周波数
変調装置。 - 【請求項4】 前記制御信号は、前記ループフィルタと
前記電圧制御発振器との接続点に結合されることを特徴
とする、請求項1に記載の周波数変調装置。 - 【請求項5】 前記変調データの周波数帯域幅は、前記
ループフィルタの帯域幅より広く、前記変調データの最
大周波数は、前記基準信号の周波数より小さいことを特
徴とする、請求項1に記載の周波数変調装置。 - 【請求項6】 前記シグマデルタ変調器から前記電圧制
御発振器に至る経路上に、信号の振幅を調整する振幅調
整回路をさらに備えた、請求項1に記載の周波数変調装
置。 - 【請求項7】 前記シグマデルタ変調器から前記電圧制
御発振器に至る経路上に、前記シグマデルタ変調器で発
生した雑音成分を除去する低域通過フィルタをさらに備
えた、請求項1に記載の周波数変調装置。 - 【請求項8】 前記シグマデルタ変調器は、前記可変分
周器の出力または前記基準信号をクロックとして動作
し、少なくとも2次以上の構成を有することを特徴とす
る、請求項1に記載の周波数変調装置。 - 【請求項9】 デジタルの変調データに基づき周波数変
調を行う周波数変調装置であって、 与えられた基準分周数データの基準分数部データと前記
変調データとを加算したデータをシグマデルタ変調する
シグマデルタ変調器と、 前記シグマデルタ変調器の出力と前記基準分周数データ
の整数部データとを加算したデータに基づき、与えられ
た基準信号を分周する基準分周器と、 発振周波数を制御できる電圧制御発振器と、 前記電圧制御発振器の出力を分周する分周器と、 前記基準分周器で分周された基準信号と前記分周器の出
力との位相を比較する位相比較器と、 前記位相比較器の出力を平滑化し、前記電圧制御発振器
に供給するループフィルタとを備え、 前記電圧制御発振器の出力は、前記シグマデルタ変調器
の出力をアナログに変換した制御信号に基づき周波数変
調されることを特徴とする、周波数変調装置。 - 【請求項10】 前記分周器は、可変分周器であること
を特徴とする、請求項9に記載の周波数変調装置。 - 【請求項11】 前記電圧制御発振器は、 前記ループフィルタと接続する周波数制御端子と、 前記制御信号を入力するための周波数変調端子とを有
し、 前記ループフィルタの出力と前記周波数変調端子から入
力された前記制御信号とに基づき、発振周波数を制御す
ることを特徴とする、請求項9に記載の周波数変調装
置。 - 【請求項12】 前記電圧制御発振器は、前記周波数変
調端子の入力周波数が変化したときには、前記周波数制
御端子の入力周波数が変化したときより、出力周波数の
変化が小さいことを特徴とする、請求項11に記載の周
波数変調装置。 - 【請求項13】 前記制御信号は、前記ループフィルタ
と前記電圧制御発振器との接続点に結合されることを特
徴とする、請求項9に記載の周波数変調装置。 - 【請求項14】 前記変調データの周波数帯域幅は、前
記ループフィルタの帯域幅より広く、前記変調データの
最大周波数は、前記基準信号の周波数より小さいことを
特徴とする、請求項9に記載の周波数変調装置。 - 【請求項15】 前記シグマデルタ変調器から前記電圧
制御発振器に至る経路上に、信号の振幅を調整する振幅
調整回路をさらに備えた、請求項9に記載の周波数変調
装置。 - 【請求項16】 前記シグマデルタ変調器から前記電圧
制御発振器に至る経路上に、前記シグマデルタ変調器で
発生した雑音成分を除去する低域通過フィルタをさらに
備えた、請求項9に記載の周波数変調装置。 - 【請求項17】 前記シグマデルタ変調器は、前記基準
信号をクロックとして動作し、少なくとも2次以上の構
成を有することを特徴とする、請求項9に記載の周波数
変調装置。 - 【請求項18】 電圧制御発振器と可変分周器と位相比
較器とループフィルタとを有する位相同期ループを用い
て、デジタルの変調データに基づき周波数変調を行う周
波数変調方法であって、 与えられた分周数データの分数部データと前記変調デー
タとを加算したデータをシグマデルタ変調するステップ
と、 シグマデルタ変調された信号と前記分周数データの整数
部データとを加算したデータを、実効分周数データとし
て前記可変分周器に与えるステップと、 シグマデルタ変調された信号をアナログに変換した制御
信号に基づき、前記電圧制御発振器の出力を周波数変調
するステップとを備えた、周波数変調方法。 - 【請求項19】 電圧制御発振器と分周器と位相比較器
とループフィルタとを有する位相同期ループを用いて、
デジタルの変調データに基づき周波数変調を行う周波数
変調方法であって、 与えられた基準分周数データの基準分数部データと前記
変調データとを加算したデータをシグマデルタ変調する
ステップと、 シグマデルタ変調された信号と前記基準分周数データの
整数部データとを加算したデータに基づき、与えられた
基準信号を分周し、前記位相同期ループに供給するステ
ップと、 シグマデルタ変調された信号をアナログに変換した制御
信号に基づき、前記電圧制御発振器の出力を周波数変調
するステップとを備えた、周波数変調方法。 - 【請求項20】 デジタルの変調データに基づき周波数
変調された信号を送受信する無線回路装置であって、 基準信号を発生させる基準発振器と、 前記基準信号に基づき動作する周波数変調器と、 電波を放射および受信するアンテナと、 前記周波数変調器の出力を増幅し、前記アンテナに出力
する送信増幅器と、 前記アンテナで受信した信号を処理する受信回路とを備
え、 前記周波数変調器は、 与えられた分周数データの分数部データと前記変調デー
タとを加算したデータをシグマデルタ変調するシグマデ
ルタ変調器と、 発振周波数を制御できる電圧制御発振器と、 前記シグマデルタ変調器の出力と前記分周数データの整
数部データとを加算したデータに基づき、前記電圧制御
発振器の出力を分周する可変分周器と、 前記基準信号と前記可変分周器の出力との位相を比較す
る位相比較器と、 前記位相比較器の出力を平滑化し、前記電圧制御発振器
に供給するループフィルタとを含み、 前記電圧制御発振器の出力は、前記シグマデルタ変調器
の出力をアナログに変換した制御信号に基づき周波数変
調され、 データ送信時には、 前記周波数変調器は、送信データに基づき周波数変調を
行うように制御され、 データ受信時には、 前記周波数変調器は、無変調信号を出力するように制御
され、 前記受信回路は、前記周波数変調器から出力された無変
調信号をローカル信号として、前記アンテナで受信した
信号を処理することを特徴とする、無線回路装置。 - 【請求項21】 デジタルの変調データに基づき周波数
変調された信号を送受信する無線回路装置であって、 基準信号を発生させる基準発振器と、 前記基準信号に基づき動作する周波数変調器と、 電波を放射および受信するアンテナと、 前記周波数変調器の出力を増幅し、前記アンテナに出力
する送信増幅器と、 前記アンテナで受信した信号を処理する受信回路とを備
え、 前記周波数変調器は、 与えられた基準分周数データの基準分数部データと前記
変調データとを加算したデータをシグマデルタ変調する
シグマデルタ変調器と、 前記シグマデルタ変調器の出力と前記基準分周数データ
の整数部データとを加算したデータに基づき、前記基準
信号を分周する基準分周器と、 発振周波数を制御できる電圧制御発振器と、 前記電圧制御発振器の出力を分周する分周器と、 前記基準分周器で分周された基準信号と前記分周器の出
力との位相を比較する位相比較器と、 前記位相比較器の出力を平滑化し、前記電圧制御発振器
に供給するループフィルタとを備え、 前記電圧制御発振器の出力は、前記シグマデルタ変調器
の出力をアナログに変換した制御信号に基づき周波数変
調され、 データ送信時には、 前記周波数変調器は、送信データに基づき周波数変調を
行うように制御され、 データ受信時には、 前記周波数変調器は、無変調信号を出力するように制御
され、 前記受信回路は、前記周波数変調器から出力された無変
調信号をローカル信号として、前記アンテナで受信した
信号を処理することを特徴とする、無線回路装置。
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