JP2005198120A

JP2005198120A - ジッタ発生装置

Info

Publication number: JP2005198120A
Application number: JP2004003611A
Authority: JP
Inventors: Takashi Izumi; 敬士和泉
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】簡単な構成で、回路の非直線性や利得の変化などに起因する変調歪みを自動的に除去することができるジッタ発生装置を実現する。
【解決手段】ＰＬＬ回路の途中に変調信号を加算する構成のジッタ発生装置において、変調信号を加算したときの位相検出器の出力と前記変調信号から変調歪みをキャンセルする修正波形データを演算、格納し、変調信号の代わりにこの格納した修正波形データをＰＬＬ回路の途中に加算するようにした。簡単な構成で回路の非直線性や利得の変化に起因する変調歪みを除去することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、位相変調装置や周波数変調装置に用いられるジッタ発生装置に関し、特に簡単な構成で回路の非線形に起因する変調歪みを補正することができるジッタ発生装置に関するものである。

ジッタを補正するジッタ発生装置の先行文献としては次のようなものがある。

特開平１０−２２４２１３号公報特開平１０−１３２９０４号公報

図４にＰＬＬ(Phase Lock Loop)回路を用いたジッタ発生装置の構成を示す。図４において、伝達関数Ｋｐを有する位相検出器６１の端子Ａに基準信号が入力され、その出力は加算器６２に入力される。加算器６２は位相検出器６１の出力と変調信号発生部６６の出力を加算して、伝達関数Ｆ（ｓ）を有するループフィルタ６３に出力する。

ループフィルタ６３の出力は伝達関数Ｋｖ／ｓを有する電圧制御発振器６４に入力される。この電圧制御発振器６４の出力は変調キャリア信号として出力されると共に、分周比Ｎの分周器６５に入力される。分周器６５の出力は位相検出器６１の端子Ｂに入力される。

このような構成において、位相検出器６１，ループフィルタ６３、電圧制御発振器６４および分周器６５でＰＬＬを構成している。このＰＬＬの途中の経路に変調信号発生部６６の出力が加算されるので、その出力は変調信号発生部６６が出力する変調信号によって変調される。すなわち、ジッタを有する信号が得られる。

図５はジッタを説明した図である。図５（Ａ）はキャリア信号の波形であり、その周期を１ＵＩ_Ｐ−Ｐで表す。（Ｂ）はジッタを表したものであり、キャリア信号（Ａ）に対して位相が変動している。（Ｂ）では０．５ＵＩ_Ｐ−Ｐの振幅で変動していることを表している。なお、この位相が変動する周波数をジッタ周波数、変動の量（図では０．５ＵＩ_Ｐ−Ｐ）をジッタ振幅という。また、変調度とジッタ振幅との間には、下記（１）式の関係がある。
変調度＝π×（ジッタ振幅（ＵＩ_Ｐ−Ｐ単位））・・・・・（１）

図６に、図４のジッタ発生装置で用いたＰＬＬの周波数応答を示す。ただし、ジッタの成分は単一周波数の理想正弦波であるとする。このＰＬＬはｆ_ＰＬＬより低い周波数で一定の利得を有し、周波数がｆ_ＰＬＬより高くなると一定の傾斜で利得が低下する。周波数０からｆ_ＰＬＬまでがＰＬＬ応答周波数帯域である。なお、ｆ_Ｍは変調信号発生部６６の出力で変調された変調信号のスペクトラムである。

位相検出器６１，ループフィルタ６３，電圧制御発振器６４、分周器６５の伝達関数Ｋｐ、Ｆ（ｓ）、Ｋｖ／ｓ、Ｎが全て定数であり、かつ変調信号発生部６６の出力である変調信号の周波数ｆ_ＭがＰＬＬの応答周波数ｆ_ＰＬＬより十分小さいと、変調キャリア信号は変調信号発生部６６の出力に従って正確に変調される。

しかしながら、現実には前記Ｋｐ、Ｆ（ｓ）、Ｋｖ／ｓには非線形要素が多く含まれる。図７に位相検出器の特性の一例を示す。位相差入力に対する位相差検出電圧が実線７１のように直線であると、位相差入力波形Ａに対する位相差検出波形Ｂには歪みが発生しない。

しかし、点線７２のように非線形部分があると、位相差入力波形Ａが理想的な正弦波であっても、位相差検出波形Ｂには非線形領域が発生する。この非線形部分７２は位相検出器６１の伝達関数Ｋｐの非直線性によって発生する。

図８は、図７の７２に示すような非線形性を有する位相検出器を用いたＰＬＬの周波数応答を一例として表したものである。本来の変調信号のスペクトラムｆ_Ｍの他に、２ｆ_Ｍ、３ｆ_Ｍの歪み成分のスペクトルが表れている、この歪みはジッタ変調歪みであり、一般的に変調歪みと呼ばれている。

図９にＰＬＬの周波数応答の他の例を示す。このＰＬＬは何らかの非線形要素の影響によって、変調信号の周波数部分でその利得が減少している。そのため、図９の変調信号スペクトラムに示すように、実際の変調振幅（実線）は変調信号発生器６６の出力振幅（点線）より小さくなるので、実際のジッタ振幅は変調信号発生器６６の出力振幅から算出したジッタ振幅より小さくなる。

図１０にこのような非線形性を補正することができるジッタ発生装置の構成を示す。なお、図４と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図１０において、振幅検出部８１は位相検出器６１の出力振幅を検出する。利得調整部８２は、この振幅検出部８１の出力によって変調信号発生部８３の出力振幅を変化させて加算器６２に出力する。

すなわち、位相検出器６１の出力振幅をモニタして、この振幅によって変調信号の振幅を変化させる。このようにすることによって、非線形性の影響によるジッタを補正することができる。

このようなジッタ発生装置では変調度の相対値しか補正できず、絶対値を補正するためには、予めジッタ振幅の絶対値を求めておかなければならない。そのために、理想正弦波変調した変調キャリア信号をスペクトルアナライザなどの測定器で測定し、キャリア対側帯波のレベル差から変調度を算出して、前記（１）式からジッタ振幅を校正する。

次に、図１１に基づいて特許文献１に記載されたジッタ発生装置を説明する。図１１において、基準クロック信号発生部９１の出力である基準クロックは同相・逆相クロック出力部９２に入力されて同相と逆送の信号が生成される。これらの信号は切替部９３に入力される。

基準クロック信号と切替部９３の出力は位相比較器９４に入力されて位相差が検出され、キャリアフィルタ９５に入力される。加算器９６でこのキャリアフィルタ９５の出力にジッタ信号が加算され、電圧制御発振器９７に入力される。キャリアフィルタ９５の出力はレベル検出器９８でそのレベルが検出され、校正手段９９内のメモリに格納される。

このような構成において、最初に切替部９２によって基準信号と同相な信号が選択されて位相比較器９４に入力され、そのときのキャリアフィルタ９５の出力レベルが校正手段９９に保存される。次に、切替部９２によって基準信号の逆相信号が選択されて位相比較器９４に入力され、そのときのキャリアフィルタ９５の出力レベルが校正手段９９に保存される。基準信号の同相信号と逆相信号は互いに０．５ＵＩ離隔しているので、これらの測定値からジッタの校正値を求めることができる。

ジッタ信号を発生するときは、切替器９３を操作して電圧制御発振器９７の出力を位相比較器９４に入力する。このとき、キャリアフィルタ９５の出力からジッタ成分のレベルを検出して、この検出値を前述した方法で求めた校正値で校正して、レベル検出器９８の表示部に表示する。

特許文献２に記載されたジッタ発生装置は、位相変調器の出力からクロック信号のキャリア成分を抽出してそのレベルを検出する。変調信号を変化させて前記キャリア成分が極小になったときの変調度を求めて、この変調度と理論値に基づいて補正データを算出し、この補正データによってクロック信号の変調度を補正して表示するようにしたものである。

しかし、このようなジッタ発生装置には次のような課題があった。図１０のジッタ発生装置は、位相検出器６１の出力振幅をモニタして変調信号の振幅を制御するものであるので、図９に示したＰＬＬの利得変化を補正することはできるが、図７に示した位相検出器６１の非直線性を補正することはできないという課題があった。また、相対値しか補正することが出来ないという課題もあった。

さらに、特許文献１および特許文献２に記載された発明は、自分自身で校正点を持つことが出来るので、相対値はもちろん外部の測定器がなくても変調度の絶対値を補正することができる。しかし、歪み自体を取り除くことができないため、歪みが大きい場合は補正するとができないという課題があった。

従って本発明が解決しようとする課題は、特別な測定器を必要としないで位相検出器の非線形性に起因する誤差を補正することが出来るジッタ発生装置を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、２つの入力信号の位相差を検出する位相検出器の出力を所定の周波数成分を除去するループフィルタに入力し、このループフィルタの出力を電圧制御発振器に入力して、この電圧制御発振器の出力を前記位相検出器に帰還させるＰＬＬ回路の経路の途中に変調信号を入力する構成のジッタ発生装置において、２つの入力端子を有し、一方の入力端子に変調信号が入力され、これらの入力端子に入力された信号を選択して前記ＰＬＬ回路の経路の途中に出力する切替器と、前記変調信号および前記位相検出器の出力が入力され、これら入力された信号から修正波形データを演算する演算部と、その内部に保存したデータを前記切替器の他方の入力端子に出力すると共に、前記切替器が前記変調信号を選択したときに、前記演算部が出力した前記修正波形データを保存する修正波形データ格納部とを備えるようにしたものである。簡単な構成で回路の非線形性起因する誤差を補正することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記修正波形データは、前記変調信号から、前記位相検出器と前記変調信号の差を差し引いた値としたものである。簡単な構成で回路の非線形性起因する誤差を補正することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１若しくは請求項２記載の発明において、変調信号の波形データを格納する変調信号波形データ格納部を有し、この変調信号波形データ格納部の出力を前記変調信号とするようにしたものである。外部から変調信号を供給する必要がない。

請求項４記載の発明は、請求項１若しくは請求項３いずれかに記載の発明において、外部から前記変調信号を入力するようにしたものである。任意の信号を変調信号とすることができる。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１、２および３の発明によれば、変調信号とこの変調信号を入力したときの位相検出器の出力から修正波形データを求め、この修正波形データをＰＬＬの経路の途中に入力するようにした。回路の非線形性等に起因する誤差を織り込んだ修正波形データを変調信号として使用するので、簡単な構成で振幅の変動はもちろん、波形歪みの相対値を補正することができるという効果がある。

また、従来は高価な非線形性などの誤差の小さい部品を使用していたが、これらの誤差が大きい安価な部品を使用することができるという効果もある。さらに、従来は非線形性などの誤差を小さくするために調整回路や調整作業が必要であったが、本発明ではこれらの調整回路や調整作業が不要になるという効果もある。

請求項４記載の発明は、請求項１若しくは３いずれかに記載の発明において、外部から入力した変調信号を使用するようにした。任意の変調信号を用い、また簡単に変調信号を変えることができるという効果がある。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係るジッタ発生装置の一実施例を示す構成図である。なお、図１０と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図１において、１はＡＤ変換器であり、位相検出器６１の出力が入力され、この値をデジタル信号に変換する。このデジタル信号に変換されたデータがモニタ波形データである。３は変調信号波形データ格納部であり、所望の変調信号の波形データが格納される。変調信号波形データ格納部３はこの格納された波形データを変調信号波形データとして出力する。

２１は演算部であり、モニタ波形データおよび変調信号波形データが入力され、修正波形データを演算する。２２は修正波形データ格納部であり、演算部２１が演算した修正波形データを格納する。４は切替器であり、その接点Ａには修正波形データが、接点Ｂには変調信号波形データが入力され、これらのいずれかを選択して接点Ｃに出力する。５はＤＡ変換器であり、切替器４で選択されたデータが入力され、このデータをアナログ信号に変換して加算器６２に出力する。

次に、この実施例の動作を図２フローチャートに基づいて説明する。最初にＡ−１で切替器４の接点Ｃを接点Ｂに接続して、変調信号波形データをＤＡ変換器５に入力する。基準信号はこの変調信号波形によって変調され、変調キャリア信号が生成される。このときの位相検出器６１が出力するモニタ波形には、回路の非線形性等に起因する誤差が含まれている。

次に、Ａ−２で演算部２１は入力された変調信号波形データとモニタ波形データから修正波形データを作成して、修正波形データ格納部２２に格納する。

少なくとも変調信号波形データの１周期以上の修正波形データが格納されると、Ａ−３で切替器４の接点Ｃを接点Ａに接続する。修正波形データ格納部２２に格納された修正波形データは順次ＤＡ変換部５に出力され、アナログ信号に変換されて加算器６２に入力される。

図３に、変調信号波形、モニタ波形および修正波形の関係を示す。図３（Ａ）の実線は変調信号波形、点線はモニタ波形である。位相検出器６１などの非直線性のため、モニタ波形は変調信号波形に比べてずれている。

図３（Ｂ）の実線は変調信号波形、破線は修正波形である。（Ａ）と（Ｂ）を比較すると明らかなように、モニタ波形と修正波形は、変調信号波形に対して上下対称になっている。

修正波形データは変調信号波形データからモニタ波形データの歪みを引き算したものである。演算部２１は下記（２）式に基づいて修正波形データを演算、出力する。
修正波形データ＝Ｖｈ−（Ｖｍ−Ｖｈ）＝２Ｖｈ−Ｖｍ・・・・（２）
Ｖｈ：変調信号波形データ、Ｖｍ：モニタ波形データ

すなわち、位相検出器６１等の非直線性に起因する波形の歪みを測定し、変調信号をこの歪みと逆方向に歪ませた修正波形データを作成して、この修正波形データによって基準信号を変調するようにする。このようにすることによって、非直線性だけでなく、図９のような利得の変化に起因する歪みを除去することもできる。

なお、この実施例では図２のフローを一度だけ実施するようにしたが、何度か繰り返して実施すると、より正確に補正することができる。また、回路の特性は温度などの周囲環境などによって変化する。そのため、図２のフローを適宜実施するとよい。

さらに、この実施例では変調信号波形データ格納部３を内蔵するようにしたが、外部から変調信号を入力する構成の位相変調器に適用することもできる。この場合、図２のフローを実施する毎に外部から変調信号を取り込んでもよく、また最初に変調信号波形格納部３に格納するようにしてもよい。

本発明の一実施例を示す構成図である。本発明の一実施例を示すフローチャートである。変調信号波形、モニタ波形、修正波形の関係を示す波形図である。従来のジッタ発生装置の構成図である。ジッタを説明するための波形図である。ＰＬＬの周波数応答を示す特性図である。位相検出器の非直線性に起因する変調歪みを説明するための特性図である。変調信号スペクトラムの歪みスペクトル成分を示す特性図である。ＰＬＬの周波数応答の一例を示す特性図である。従来のジッタ発生装置の構成図である。従来のジッタ発生装置の構成図である。

符号の説明

１ＡＤ変換部
２１演算部
２２修正波形データ格納部
３変調信号波形データ格納部
４切替器
５ＤＡ変換部
６１位相検出器
６２加算器
６３ループフィルタ
６４電圧制御発振器
６５分周器

Claims

２つの入力信号の位相差を検出する位相検出器の出力を所定の周波数成分を除去するループフィルタに入力し、このループフィルタの出力を電圧制御発振器に入力して、この電圧制御発振器の出力を前記位相検出器に帰還させるＰＬＬ回路の経路の途中に変調信号を入力する構成のジッタ発生装置において、
２つの入力端子を有し、一方の入力端子に変調信号が入力され、これらの入力端子に入力された信号を選択して前記ＰＬＬ回路の経路の途中に出力する切替器と、
前記変調信号および前記位相検出器の出力が入力され、これら入力された信号から修正波形データを演算する演算部と、
その内部に保存したデータを前記切替器の他方の入力端子に出力すると共に、前記切替器が前記変調信号を選択したときに、前記演算部が出力した前記修正波形データを保存する修正波形データ格納部と、
を備えたことを特徴とするジッタ発生装置。
前記修正波形データは、前記変調信号から、前記位相検出器と前記変調信号の差を差し引いた値であることを特徴とする請求項１記載のジッタ発生装置。
変調信号の波形データを格納する変調信号波形データ格納部を有し、この変調信号波形データ格納部の出力を前記変調信号とするようにしたことを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載のジッタ発生装置。
外部から前記変調信号を入力するようにしたことを特徴とする請求項１若しくは請求項３いずれかに記載のジッタ発生装置。