JP2004229045A - 携帯型無線機における発振周波数補正回路 - Google Patents

Abstract

【課題】アナログ音声信号又はディジタルデータ信号の両方での変調が可能な回路を有した携帯型無線機において、高い周波数精度が要求されるデータ伝送システムでの利用を可能にした携帯型無線機における発振周波数補正回路を提供することにある。
【解決手段】本発明の携帯型無線機における発振周波数補正回路は、電圧制御形水晶発振器を基準発振器として用いる携帯型無線機において、音声周波数帯域における低域周波数の変調がなされて、その変調された発振出力はディジタルＰＬＬ−ＩＣに制御入力として与えられる電圧制御形水晶発振器が備えられ、周波数偏差制御ＤＣ信号の調整により電圧制御形水晶発振器の基準発振周波数が補正されることにより電圧制御発振器の発振周波数が所定のチャネル発振周波数に微調整されるように構成されたものを提供することにより課題を解決した。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯型無線機の基準発振器の発振周波数の制御が行える電圧制御形温度補償水晶発振器の回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無線機は、ＶＣＯと基準発振器の両方に変調信号を入力し、ＶＣＯの変調で減衰される低域の周波数成分を基準発振器の変調で補い、変調周波数特性を低域から高域まで一定にすることにより、低域成分と高域成分を持った矩形波形であっても、変調波形に生じる歪みを抑える（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２８４５２４号公報（第２頁、第２欄、図７）
【０００４】
図２は、従来使われている説明図であり、電圧制御発振器（以下「ＶＣＯ」とする；Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）１と、ディジタルＰＬＬ集積回路（以下「ＰＬＬ−ＩＣ」とする；Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ ＩＣ）２と、電圧制御形温度補償水晶発振器（以下「ＶＣ−ＴＣＸＯ」とする；Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）３と、制御回路（Ｉ）６及び周波数調整回路８の回路ブロック構成を有する。
この回路をＦＭ変調方式の送信変調回路として用いる場合は、変調信号（信号▲１▼）として入力されたアナログ音声信号又はディジタルデータ信号は、そのＤＣ成分がコンデンサでカットされた後、信号▲４▼として、ｂ点からＶＣＯ１へ、（ｄ）点からＶＣ−ＴＣＸＯ３に入力される。ＶＣ−ＴＣＸＯ３では変調信号の低域周波数帯での変調が行われ、その出力である信号▲３▼は、ａ点からＰＬＬ−ＩＣ２に入力され、ＰＬＬ−ＩＣ２の出力である信号▲２▼に重畳される。
ＶＣＯ１と、自動又は手動のチャネル制御の信号が外部より入力される制御回路（Ｉ）６と、ＰＬＬ−ＩＣ２とのループされた回路で周波数シンセサイザとしての制御が行われてＶＣＯ１では送信搬送波の信号（信号▲６▼）を得る。同時に変調信号▲４▼がｂ点でＶＣＯ１に入力され、ＶＣＯ１では変調信号入力（信号▲１▼）の高域周波数帯での変調が行われる。
【０００５】
変調信号入力（信号▲１▼）は、アナログ音声信号での通信の場合、主に３００Ｈｚ〜３ＫＨｚの信号帯域、即ち３００Ｈｚ以上の高域変調周波数帯となり、ディジタルデータ信号の場合、一例を挙げると４８００ｂｐｓや９６００ｂｐｓの２値の矩形波となり、３００Ｈｚ以下の低域から３００Ｈｚ以上の高域までの変調周波数帯が必要であり、これら２つの信号のうちいずれか１つの信号が変調信号入力▲１▼として入力される。以上により高域と低域の両方の帯域を持った広帯域で変調された送信搬送波（信号▲６▼）がＶＣＯ１とＶＣ−ＴＣＸＯ３の一組の回路によって得られるようになる。
【０００６】
図３に図２従来回路の変調特性図を示す。先ずＶＣＯ１側の特性として、即ちＶＣ−ＴＣＸＯ３側へ入力される信号▲４▼のラインが未接続の状態とし、ＶＣＯ１にのみ信号▲４▼を入力して変調をかけた場合の変調では、×ポイントで示す特性カーブを有し、３００Ｈｚ以上の変調信号の周波数帯域の変調が行われ、ここでは変調信号の周波数帯域が低くなるほど変調感度が低い特性である。これは音声の全帯域とディジタルデータの高域周波数成分をそれぞれ変調特性としてカバーすることになる。
一方ＶＣ−ＴＣＸＯ３側の変調では、ＶＣＯ１側へ供給する信号▲４▼のラインが未接続の状態で、ＶＣ−ＴＣＸＯ３にのみ信号▲４▼を入力して変調を行うと、黒丸ポイントで示す特性カーブであり、３００Ｈｚ以下の変調信号の周波数帯域の変調がなされ、変調信号の周波数帯域が高くなるほど変調感度が低い特性である。ここではディジタルデータの低域周波数成分であるＤＣ成分に近い周波数帯を変調特性としてカバーする。
従って両特性カーブを合体された特性として２０Ｈｚ付近の低い周波数から、５ＫＨｚ付近の高い周波数まで平坦な特性が得られる。この合体特性カーブは、黒三角ポイントで示す特性カーブのように低域から広域まで平坦な特性を有し、音声周波数帯域のみならず４８００ｂｐｓないし９６００ｂｐｓのディジタルデータ速度の変調に対応できている。
【０００７】
また、図２による送信搬送波の発振回路としての動作は、ＶＣ−ＴＣＸＯ３を基準発振器として、その出力ａ点（信号▲３▼）をＰＬＬ−ＩＣ２に入力し、ＰＬＬ−ＩＣ２の出力（信号▲２▼）の電圧に従った周波数をＶＣＯ１で作り出すシンセサイザ回路となり、ＶＣＯ１では送信信号の搬送波（信号▲６▼）が作り出される。このようにＰＬＬ−ＩＣ２とＶＣＯ１が組み合わされて制御回路（Ｉ）６からのチャネル周波数制御信号により送信チャネル周波数が制御されて、自動又は手動で任意の送信チャネル周波数に設定される。ＶＨＦ帯での一例を示すと、信号▲２▼が１．０Ｖでの搬送波（信号▲６▼）は１３６．０００ＭＨｚ、同様に信号▲２▼が２．０Ｖで搬送波（信号▲６▼）は１５５．０００ＭＨｚ、信号▲２▼が３．０Ｖで搬送波（信号▲６▼）は１７４．０００ＭＨｚとなる。
図２従来回路でのＶＣ―ＴＣＸＯ３は、周波数調整回路８で設定される固定の基準周波数発振器であり、これに、変調信号（信号▲４▼）の入力レベルに応じて周波数変調された、周波数変調成分を合成された基準周波数発振の形で出力し、ＰＬＬ−ＩＣ２の基準周波数とされたものとなる。一例を示すと、ＶＣ―ＴＣＸＯ３への入力される信号▲４▼が２．５Ｖのとき信号▲３▼として１９．２ＭＨｚを出力し、変調信号電圧の変化に対しては、１０ｐｐｍ／Ｖの特性を有する。
回路のシンセサイザとしての周波数合成については、先ずＶＣＯ１の出力周波数（搬送波の周波数）信号▲６▼は、ＶＣ―ＴＣＸＯ３の出力周波数の１／Ｎ倍と、ＶＣＯ１の出力周波数の１／Ｍ倍が等しくなるような周波数関係からＶＣＯ１の出力周波数が得られる。Ｍ、Ｎの値は制御回路（Ｉ）６よりチャネル周波数制御信号としてＰＬＬ−ＩＣ２に入力され、チャネル周波数が設定される。例えば基準周波数発振器としてのＶＣ―ＴＣＸＯ３の出力周波数が１９．２ＭＨｚであれば、Ｎ＝１０、Ｍ＝１００とＰＬＬ−ＩＣ２に設定され、ＶＣＯ１の出力周波数信号▲６▼は、送信搬送波周波数として１９２ＭＨｚとなる。
【０００８】
前記の送信回路は、無線機が送信モードの時であって、図２の従来回路が受信モードの時には変調信号入力（信号▲１▼）は入力ＯＦＦ状態となり、ＶＣＯ１の出力信号（信号▲６▼）は、スーパーヘテロダイン方式の受信機の局部発振周波数信号として受信回路に供給される。
即ち、図２の従来回路を受信の無線周波数の局部発振器としても用いられ、この場合は変調信号（信号６）が断の状態であり、ＶＣ−ＴＣＸＯ３を固定の単一周波数の基準発振器として動作し、その出力をＰＬＬ−ＩＣ２に入力し、ＰＬＬ−ＩＣ２はＶＣＯ１と組み合わされて制御回路（Ｉ）６からのチャネル周波数制御信号により受信チャネル周波数が制御されて、自動又は手動で任意の受信チャネル周波数に設定される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来回路では、ＶＣ−ＴＣＸＯの周波数偏差を周波数調整回路８で初期設定後は自動又は手動で制御することは行っていない。そのため、従来の携帯型無線機では、送信及び受信の周波数の初期偏差の分又は経時偏差の分だけ偏差を持ったままの周波数精度であり、高い周波数精度を要求されるデータ伝送システムでは、ＶＣ−ＴＣＸＯの発振周波数に対して微細な補正をしないと基準発振器として安定に用いることが出来ない問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、アナログ音声信号又はディジタルデータ信号の両方での変調が可能な回路を有した携帯型無線機において、高い周波数精度が要求されるデータ伝送システムでの利用を可能にした携帯型無線機における発振周波数補正回路を提供することにある。
【００１１】
【発明を解決するための手段】
本発明の携帯型無線機における発振周波数補正回路は、電圧制御形水晶発振器を基準発振器として用いる携帯型無線機において、
ディジタルＰＬＬ−ＩＣにより制御される電圧制御発振器の位相制御ループ内にチャネル選択用の第１の制御回路を備えて周波数シンセサイザ機能を有せしめるとともに、該電圧制御発振器の発振周波数は変調入力信号により音声周波数帯域における高域周波数の変調がなされるように構成された電圧制御発振回路と、
水晶発振器を備え該水晶発振器の発振周波数は、前記変調入力信号により音声周波数帯域における低域周波数の変調がなされて該変調された発振出力は前記ディジタルＰＬＬ−ＩＣに制御入力として与えられる電圧制御形水晶発振器と、
自動又は手動の制御入力によりステップ状の周波数偏差制御ＤＣ信号を出力する第２の制御回路と、
該周波数偏差制御ＤＣ信号を前記変調入力信号の差動入力として重畳する演算増幅回路とを備え、
前記周波数偏差制御ＤＣ信号の調整により前記電圧制御形水晶発振器の基準発振周波数が補正されることにより前記電圧制御発振器の発振周波数が所定のチャネル発振周波数に微調整されるように構成されたものを提供することにより前記課題を解決した。
【００１２】
【作用】
本発明の作用は、ＶＣ−ＴＣＸＯの発振周波数が、第２の制御回路から出力される周波数偏差制御信号により、送信及び受信の周波数偏差を微調整制御されるようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例は、図１に示されるように、ＶＣＯ１、ＰＬＬ−ＩＣ２，ＶＣ−ＴＣＸＯ３、演算増幅器（Ｉ）４、演算増幅器（ＩＩ）５、制御回路（Ｉ）６、制御回路（ＩＩ）７から構成される。
ＦＭ変調方式の送信回路としての動作は、先ずアナログ音声の送信信号又はディジタルデータの送信信号のいずれかを変調信号入力（信号▲１▼）として、演算増幅器（Ｉ）４に入力され、その出力信号▲５▼のｂ点がＶＣＯ１に入力されると同時に、演算増幅器（ＩＩ）５へも入力され、演算増幅器（ＩＩ）５の出力は信号▲４▼（ｄ）点としてＶＣ−ＴＣＸＯ３に入力される。
演算増幅器（Ｉ）４からＶＣＯ１に入力された信号▲５▼のｂ点によりＶＣＯ１では高域周波数帯（約３００Ｈｚ以上）の変調が行なわれる。演算増幅器（ＩＩ）５の出力からＶＣ−ＴＣＸＯ３に入力された信号▲４▼のａ点により低域周波数帯（約３００Ｈｚ以下）の変調が行なわれる。
以上の２つの帯域の変調が行われることにより、入力された変調信号のＤＣ近傍の低域から高域までの周波数変調が可能となり、これにより、高域部分でのアナログ音声と低域から高域を用いたディジタルデータ信号の両方での変調が可能となる。
【００１４】
さらに図１の回路構成において、送信周波数の搬送波発生回路としても機能しており、無線周波数の基準発振器の発振周波数を周波数制御させる周波数偏差制御信号（信号▲７▼）のｃ点が演算増幅器（Ｉ）４と演算増幅器（ＩＩ）５の基準電圧として両演算増幅器へ入力される。これにより、演算増幅器（ＩＩ）５の出力である信号▲４▼の（ｄ）点のＤＣ電圧分は、周波数偏差制御としての電圧分となる。
周波数偏差制御信号は、制御回路（ＩＩ）７出力の信号▲７▼のｃ点であり、０〜５Ｖを１０２４ステップに分割した中の自動又は手動で任意の分解能の電圧を周波数偏差制御信号として出力する。
周波数偏差制御信号であるＤＣ電圧を変化させることにより、ＶＣ−ＴＣＸＯ３とＶＣＯ１での発振回路でとしての搬送波周波数を送信のチャネル周波数に対し自動又は手動で任意の周波数に微調整できるものである。
ＶＣＯ１からの出力周波数（信号▲６▼）の周波数調整は、先ず変調信号入力（信号▲１▼）を入力断にしてＶＣ−ＴＣＸＯ３とＶＣＯ１とも無変調の状態にしておき、ＶＣＯ１からの出力周波数（信号▲６▼）を測定し、希望とする搬送波周波数より周波数偏差が生じていた場合に周波数偏差制御信号（信号▲７▼）の電圧をステップ調整し、所定の搬送波周波数に合わせるものである。
【００１５】
図１発明回路の周波数シンセサイザの周波数合成関係としてのＭ、Ｎ値は、ＶＣ−ＴＣＸＯ３の出力周波数が仕様値の周波数を標準として決めてあるので、先ず、制御回路（ＩＩ）７の出力である周波数偏差制御信号（信号▲７▼）の電圧はＶＣ−ＴＣＸＯ３の出力周波数が仕様値の周波数になるように調整される。例えば周波数偏差制御信号（信号▲７▼）の制御電圧ＤＣ２．５Ｖのとき、発振周波数（信号▲３▼）は１９．２ＭＨｚの仕様値であっても、時には回路部品の特性バラツキで、制御電圧２．３Ｖで発振周波数（信号▲３▼）が１９．２ＭＨｚとなる装置もあれば、制御電圧２．７Ｖで発振周波数（信号▲３▼）が１９．２ＭＨｚとなる装置もある。
そこで本発明のＶＣ−ＴＣＸＯ３発振回路の発信周波数を周波数偏差制御信号（信号▲７▼）のステップ電圧によりＶＣ−ＴＣＸＯ３を独自に微調整がおこなえるようにしたものである。通常一度設定されたあとの周波数偏差制御信号（信号▲７▼）の入力ステップ電圧は、所定のＤＣ電圧を維持する。
周波数偏差制御信号（信号▲７▼）のステップ電圧は、演算増幅器（Ｉ）４、演算増幅器（ＩＩ）５の（＋）側端子に入力されることにより、（−）側端子に入力された変調信号入力（信号▲１▼）とで差動増幅で合成される。ＶＣ−ＴＣＸＯ３側に入力された信号▲４▼は周波数偏差制御信号（信号▲７▼）のステップ電圧にＶＣ−ＴＣＸＯ３側での変調信号が重畳されて、かつ、基準周波数発振器としても制御回路（ＩＩ）７から自動又は手動で任意に周波数制御されるようにしている。このようにして、高精度の搬送波周波数安定度や高精度の変調精度を求められるデータ伝送などのディジタル通信に適合するものである。
【００１６】
次に図１の回路構成は受信モードの局部発振周波数の発生回路としても機能している。この場合、変調信号（信号６）は、入力「なし」の状態としておく。先ず、周波数偏差制御信号（信号▲７▼）を演算増幅器（Ｉ）４と演算増幅器（ＩＩ）５の基準電圧として入力される。次に、演算増幅器（ＩＩ）５の出力のＤＣ電圧成分は制御電圧として、制御回路（ＩＩ）７からの周波数偏差制御信号（信号▲７▼）入力と演算増幅器（Ｉ）４の出力のＤＣ電圧成分を入力とした差動増幅出力であり、一定のＤＣ値の周波数偏差制御信号となる。
周波数偏差制御信号（信号▲７▼）は、制御回路（ＩＩ）７（例えばマイクロプロセッサ）の出力であり、ＤＣ０〜５Ｖを１０２４ステップに分割した中の自動又は手動で任意のステップ電圧を出力することが出来る。
周波数偏差制御信号（信号▲７▼）のＤＣ電圧を変化させ調整することにより、受信の周波数を、自動又は手動で任意の周波数に合わせることが出来る。
なおＰＬＬ−ＩＣ２と、ＶＣＯ１と、制御回路（Ｉ）６とによるシンセサイザとしての周波数発生される原理（Ｍ値、Ｎ値の関係）は送信と同じである。
受信した信号の周波数が当該無線機に設定された受信周波数との間で周波数差が生じていた場合の周波数偏差制御として、その周波数差分を所定の手段で検出し、周波数の差分だけ当該無線機に設定された受信周波数を補正できるようにした制御回路（ＩＩ）７の出力である周波数偏差制御信号（信号▲７▼）によってＶＣ−ＴＣＸＯ３の発振周波数が微調整され、最終的に受信モードの局部発振周波数としてＶＣＯ１の出力周波数を受信した信号の周波数に合わせることができる。
【００１７】
基地局からの送信周波数を受信して、その受信周波数偏差を検出し、その偏差を補正するように微調整された値の周波数偏差制御信号を得ることにより、携帯型無線機の送信及び受信の周波数を基地局の送信周波数に合わせることが出来る。
この周波数偏差を検出する手段の一例としては、受信機のＲＳＳＩ機能（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ；受信した信号の電界レベルに比例した電圧を出力する。）を用いて周波数偏差を補正するものであり、周波数偏差制御信号を変化させながらＲＳＳＩ出力電圧をモニタし、ＲＳＳＩ出力電圧が一番高いときが周波数の偏差が一番少ない状態とされるので、周波数偏差制御信号を変化させた中でＲＳＳＩ出力電圧が一番高いときの電圧に固定されるものである。
周波数の偏差を検出する手段の他の例としては、ディジタルデータ信号受信の場合において、受信信号の中の同期信号等の特定のパターンのところで、無線機の内部でパターンのビット誤り率を監視するものであって、周波数偏差制御信号を変化させながら誤り率を監視して、誤り率が一番少ないときが周波数偏差が一番少ない状態とされるので、周波数偏差制御信号を変化させた中で誤り率が一番少ないときの電圧に固定されるものである。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明によれば、変調をＶＣＯ及びＶＣ−ＴＣＸＯの両方で行うので、低域から高域まで偏差の少ない平坦な周波数特性を持ち、これによりアナログ音声信号及びディタルデータ信号両方での高精度な周波数変調回路を有したことになる。このような回路を用いれば、各演算増幅器を通して基準電圧をＶＣ−ＴＣＸＯへ供給され、ＶＣ−ＴＣＸＯの周波数を制御され、これが送信搬送波周波数及び受信局部発振周波数の周波数偏差を制御し、基地局の偏差を有した送信周波数に、受信周波数を整合させるような微調整の周波数補正効果を有するので、高精度の周波数を条件とするようなディジタルデータ伝送に適した携帯型無線機としたものとして極めて効果大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る携帯型無線機の変調回路を例としたブロック図である。
【図２】従来の携帯型無線機の変調回路を表したブロック図である。
【図３】従来の携帯型無線機の変調回路の変調特性を表した特性図である。
【符号の説明】
１ ＶＣＯ
２ ＰＬＬ−ＩＣ
３ ＶＣ−ＴＣＸＯ
４、５ 演算増幅器（Ｉ、ＩＩ）
６、７ 制御回路（Ｉ、ＩＩ）
８ 周波数調整回路

Claims (1)

1. 電圧制御形水晶発振器を基準発振器として用いる携帯型無線機において、
   ディジタルＰＬＬ−ＩＣにより制御される電圧制御発振器の位相制御ループ内にチャネル選択用の第１の制御回路を備えて周波数シンセサイザ機能を有せしめるとともに、該電圧制御発振器の発振周波数は変調入力信号により音声周波数帯域における高域周波数の変調がなされるように構成された電圧制御発振回路と、
   水晶発振器を備え該水晶発振器の発振周波数は、前記変調入力信号により音声周波数帯域における低域周波数の変調がなされて該変調された発振出力は前記ディジタルＰＬＬ−ＩＣに制御入力として与えられる電圧制御形水晶発振器と、
   自動又は手動の制御入力によりステップ状の周波数偏差制御ＤＣ信号を出力する第２の制御回路と、
   該周波数偏差制御ＤＣ信号を前記変調入力信号の差動入力として重畳する演算増幅回路とを備え、
   前記周波数偏差制御ＤＣ信号の調整により前記電圧制御形水晶発振器の基準発振周波数が補正されることにより前記電圧制御発振器の発振周波数が所定のチャネル発振周波数に微調整されるように構成された携帯型無線機における発振周波数補正回路。

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