JP2005311945A - Pll回路、無線通信装置及び発振周波数制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明のPLL回路は、複数のバンドを有する電圧制御発振器と、電圧制御発振器の出力信号を分周する第1の分周器と、基準信号発振器と、基準信号発振器が出力する基準信号を分周する第2の分周器と、第1の分周器の出力信号と第2の分周器の出力信号との位相誤差を検出し、位相誤差信号を出力する位相比較器と、位相誤差信号に基づき、選択されたバンドに応じて設定された利得で生成した電流を入出力するチャージポンプと、チャージポンプが入出力する電流により所定の低域周波数濾波特性で電圧を増減させ、制御電圧を生成するループフィルタと、を有する。
【選択図】図1
Description
バンドに応じてチャージポンプの利得を設定することにより、各バンドにおいて電圧制御発振器の周波数制御電圧対発振周波数の傾きKvがほぼ一定になる。本発明により、全てのバンドにおいて、PLL回路のロック時のC/N特性やロックするまでのロックアップタイム等が最適に設定された安価で安定なPLL回路を実現できる。
電源投入時に、前記電圧制御発振器が所定の目標周波数で発振するように、請求項8から請求項12のいずれかの請求項に記載の発振周波数制御方法を実行するステップと、新たな目標周波数が設定された場合、新たな目標周波数に基づいて、又は新たな目標周波数と前記所定の目標周波数との差分に基づいて、所定の演算式又は所定のテーブルを用いてバンドの選択と前記電流駆動ステップにおける利得の設定とを行うステップを更に有することを特徴とする発振周波数制御方法である。
バンドを切り替えた時電圧制御発振器のKvが変化した場合でも、C/N及びロックアップタイム等について安定した特性を得ることができる。
また、バンド及びチャージポンプ電流の最適設定を行う場合と既に設定されている状態でPLL回路を動作させる場合とを使い分けることにより高速ロックアップに対応したPLL回路、そのPLL回路を有する無線通信装置及び発振周波数制御方法を実現できる。
図1〜図7を用いて、本発明の実施の形態1のPLL回路、無線通信装置及び発振周波数制御方法を説明する。図1は、本発明の実施の形態1のPLL回路601の構成を示すブロック図である。図1において、1は複数のバンド(実施の形態1においては4バンド)を有する電圧制御発振器(Voltage Controlled Oscillator。「VCO」と略す。)、2は電圧制御発振器の出力を分周する分周器、3は基準信号発振器、4は基準信号を分周する分周器、5は位相比較器、6は位相比較器の信号に応じて定電流を入出力するチャージポンプ、7はループフィルタ、8はスイッチ、9は第1の固定電圧を供給する固定電圧源、11は周波数カウンタ、12は演算回路、13は記憶回路、14は電圧制御発振器のバンドを選択するVCO選択回路、15はチャージポンプの電流制御回路(「CP電流制御回路」と略す。)である。
制御部602は、PLL回路601の出力信号の周波数(例えば4種類)に応じて、分周比N及びRの値を定める。制御部602は、各周波数において分周器2の出力信号の周波数と分周器4の出力信号の周波数とが同一になる様に、分周比N及びRの値を定める。即ち、下記の式が成立するように、分周比N及びRの値を定める。
fOSC/N=fSTD/R
周波数カウンタ11と演算回路12との構成は、上記の構成に限られず、任意の構成であっても良い。
電流源41、42、43はミラー回路を構成しており、電流源42、43は電流源41の出力電流に比例した一定の電流を出力する。電流源42、43は同じ値の電流を出力する。従って、電流源41の電流を変えることにより、電流源42、43の電流値も変化する。
分周器2の出力信号の周波数fOSC/Nが分周器4の出力信号の周波数fSTD/Rより高く、位相比較器5がHighレベルの位相誤差信号47を出力すると、スイッチ45がONする。スイッチ45、一定の電流源43を通じて、ループフィルタ7のコンデンサ53(図5)が放電される。スイッチ45のON期間に比例して、ループフィルタ7のコンデンサ53の電圧が低くなる。
印加される制御電圧が高くなれば、電圧制御発振器1の発振周波数は高くなり、制御電圧が低くなれば、電圧制御発振器1の発振周波数は低くなる。
G(s)/(1+G(s)×H(s))
但し、G(s)、H(s)は下記の式で表される。
G(s)=IKp×Kv×F(s)/s
H(s)=1/N
F(s)=(s・C・R2+1)/(s・C・R1)
ξ=(R1×C/2)×(IKp×Kv/(N×C×R1))1/2
ωn=(IKp×Kv/(N×C×R1))1/2
最初に、制御部602がスイッチ8に送ったスイッチ切り替え信号16に従って、スイッチ8は固定電圧源9の出力電圧を制御電圧として電圧制御発振器1に送る。PLL回路は開ループ状態になる(ステップ701)。固定電圧源9が出力する第1の固定電圧は電圧制御発振器1の周波数制御電圧の可変範囲のセンター値に設定することが好ましい。
CP電流選択回路15は、チャージポンプ6の電流の値を設定する(ステップ707)。
BPF606は、周波数加算器605の出力信号の中から、所望の周波数帯域の成分のみを透過させる。送信部607は、BPF606の出力信号を無線アンテナ608を通じて出力する。
図8及び図9を用いて、本発明の実施の形態2のPLL回路、無線通信装置及び発振周波数制御方法を説明する。図8は、本発明の実施の形態2のPLL回路の構成を示すブロック図である。実施の形態2のPLL回路は、2点切り替えのスイッチ8に代えて3点切り替えのスイッチ88を有し、第2の固定電圧を供給する固定電圧源10を更に有する点で、実施の形態1のPLL回路(図1)と異なる。それ以外の点において、実施の形態2のPLL回路は実施の形態1のPLL回路と同一である。固定電圧源10は、電圧制御発振器1の半導体素子等と共に1つのICに集積されている。
最初に、制御部602がスイッチ88に送ったスイッチ切り替え信号16に従って、スイッチ88は固定電圧源9の出力電圧(第1の固定電圧)を制御電圧として電圧制御発振器1に送る。PLL回路は開ループ状態になる(ステップ901)。固定電圧源9が出力する第1の固定電圧は電圧制御発振器1の周波数制御電圧の可変範囲のセンター値に設定することが好ましい。
演算回路12は、周波数カウンタ11が出力する第1の差分パルス及び第2の差分パルスを入力し、2つの隣接するVCOバンドのセンター周波数をそれぞれNで分周した信号を周波数カウンタ11に入力した場合に周波数カウンタ11が出力する第1の差分パルス(又は第2の差分パルス)の時間幅の整数分の1の周期を有するクロックで、第1の差分パルス又は第2の差分パルスの時間幅をカウントし、カウント値を記憶回路13に格納する(ステップ907)。
演算回路12は、周波数カウンタ11が出力する第1の差分パルス及び第2の差分パルスを入力し、2つの隣接するVCOバンドのセンター周波数をそれぞれNで分周した信号を周波数カウンタ11に入力した場合に周波数カウンタ11が出力する第1の差分パルス(又は第2の差分パルス)の時間幅の整数分の1の周期を有するクロックで、第1の差分パルス又は第2の差分パルスの時間幅をカウントし、カウント値を記憶回路13に格納する(ステップ909)。
CP電流選択回路15は、そのバンドにおける電圧制御発振器1のKvに適したチャージポンプ6の電流の値を設定する(ステップ911)。具体的には、実測したKvにおいて(Kv×チャージポンプ電流)がどのバンドにおいても一定の最適値になるように、チャージポンプ6の電流の値を設定する。
図10を用いて、本発明の実施の形態3のPLL回路、無線通信装置及び発振周波数制御方法を説明する。本発明の実施の形態3のPLL回路、無線通信装置の構成は、実施の形態2のPLL回路(図8)、無線通信装置(図6)と同一の構成を有する。但し、実施の形態3において、固定電圧源10は、固定電圧源9が出力する第1の固定電圧より所定電圧だけ高い第2の固定電圧と、第1の固定電圧より所定電圧だけ低い第2の固定電圧と、を選択可能に出力できる。それ以外の点において、両者は同一である。
実施の形態3の発振周波数制御方法(図10)においては、実施の形態2の発振周波数制御方法(図9)のステップ907とステップ908との間にステップ1008を設ける。それ以外の点において、実施の形態3の発振周波数制御方法(図10)は、実施の形態2の発振周波数制御方法(図9)と同一である。
演算回路12は、周波数カウンタ11が出力する第1の差分パルス及び第2の差分パルスを入力し、2つの隣接するVCOバンドのセンター周波数をそれぞれNで分周した信号を周波数カウンタ11に入力した場合に周波数カウンタ11が出力する第1の差分パルス(又は第2の差分パルス)の時間幅の整数分の1の周期を有するクロックで、第1の差分パルス又は第2の差分パルスの時間幅をカウントし、カウント値を記憶回路13に格納する(ステップ907)。
この状態で、周波数カウンタ11及び演算回路12は、分周器2の出力信号の周波数fOSC/Nを再々度測定する。
閉ループ状態での発振周波数が第1の固定電圧より低ければ、固定電圧源10は、固定電圧源9が出力する第1の固定電圧より所定電圧だけ低い第2の固定電圧を出力する(ステップ1008)。
図11を用いて、本発明の実施の形態4のPLL回路、無線通信装置及び発振周波数制御方法を説明する。本発明の実施の形態4のPLL回路、無線通信装置の構成は、実施の形態3のPLL回路(図8)、無線通信装置(図6)と同一の構成を有する。
図12を用いて、本発明の実施の形態5のPLL回路、無線通信装置及び発振周波数制御方法を説明する。本発明の実施の形態5のPLL回路、無線通信装置の構成は、実施の形態3のPLL回路(図8)、無線通信装置(図6)と同一の構成を有する。
携帯電話の移動端末(又は基地局装置)である実施の形態5の無線通信装置が、周波数チャンネルを変更する。PLL回路の目標発振周波数が変更される(ステップ1206)。変更された無線通信周波数チャンネルが元の無線通信周波数チャンネルから所定チャンネル数以上ずれたとする。
制御部602から送られた選択制御信号に応じて、PLL回路は、実施の形態1〜3のいずれかの発振周波数制御方法を実行し、電圧制御発振器1のバンド設定とチャージポンプ6の電流設定とを行う(ステップ1207)。新しい設定で、PLL回路がロックする(ステップ1208)。
図13を用いて、本発明の実施の形態6のPLL回路、無線通信装置及び発振周波数制御方法を説明する。本発明の実施の形態6のPLL回路、無線通信装置の構成は、実施の形態3のPLL回路(図8)、無線通信装置(図6)と同一の構成を有する。
携帯電話の移動端末(又は基地局装置)である実施の形態6の無線通信装置が、周波数チャンネルを変更する。PLL回路の目標発振周波数が変更される(ステップ1306)。変更された無線通信周波数チャンネルが元の無線通信周波数チャンネルから所定チャンネル数以上ずれたとする。しかし、早いロックアップタイムが要求されており、再度実施の形態3の方法によりバンド及びチャージポンプ電流の選択をし直す時間が無い。
2、4 分周器
3 基準信号発振器
5 位相比較器
6 チャージポンプ
7 ループフィルタ
8、88 スイッチ
9、10 固定電圧電源
11 周波数カウンタ
12 演算回路
13 記憶回路
14 VCO選択回路
15 チャージポンプ選択回路
1401 アナログ/デジタル変換回路
1402 演算回路
204、205 バラクタダイオード
210〜213 コンデンサ
220〜223 スイッチ
206、207 インダクタ
41、42、43 電流源
43、44 スイッチ
Claims (19)
- 複数の発振周波数帯域(以下、「バンド」と呼ぶ。)を有し、選択されたバンドにおいて制御電圧に応じた周波数で発振する電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器の出力信号を分周する第1の分周器と、
基準信号発振器と、
前記基準信号発振器が出力する基準信号を分周する第2の分周器と、
前記第1の分周器の出力信号と前記第2の分周器の出力信号との位相誤差を検出し、位相誤差信号を出力する位相比較器と、
前記位相誤差信号に基づき、選択されたバンドに応じて設定された利得で生成した電流を入出力するチャージポンプと、
前記チャージポンプが入出力する電流により所定の低域周波数濾波特性で電圧を増減させ、前記制御電圧を生成するループフィルタと、
を有することを特徴とするPLL(Phase Locked Loop)回路。 - 前記基準信号又は前記基準信号の分周信号と、前記電圧制御発振器の出力信号又はその分周信号と、を入力し、前記基準信号又は前記基準信号の分周信号に基づいて、前記電圧制御発振器の出力信号又はその分周信号の周波数を測定する周波数測定部と、
前記周波数測定部が測定した周波数に応じて、前記電圧制御発振器が動作するバンドを選択するバンド選択部と、
を更に有することを特徴とする請求項1に記載のPLL回路。 - 前記チャージポンプは、前記位相誤差信号に応じた期間、選択されたバンドに応じて設定された電流を入出力することを特徴とする請求項1に記載のPLL回路。
- 前記ループフィルタと前記電圧制御発振器との間に挿入されたスイッチを更に有し、
前記スイッチは、前記ループフィルタの出力電圧及び第1の固定電圧のいずれかを前記電圧制御発振器の制御電圧として選択的に出力することを特徴とする請求項1に記載のPLL回路。 - 前記ループフィルタと前記電圧制御発振器との間に挿入されたスイッチを更に有し、
前記スイッチは、前記ループフィルタの出力電圧、第1の固定電圧、並びに1又は複数の第2の固定電圧の中から選択された電圧を前記電圧制御発振器の制御電圧として出力することを特徴とする請求項1に記載のPLL回路。 - 請求項1から請求項5のいずれかの請求項に記載のPLL回路を有し、前記PLL回路が出力する前記電圧制御発振器の出力信号又はそれを分周した信号により、入力信号を変調して無線で送信し、又は無線で受信した入力信号を復調する無線通信装置。
- 前記無線通信装置が携帯電話の移動端末、携帯電話の基地局装置のいずれかであることを特徴とする請求項6に記載の無線通信装置。
- 複数のバンドを有する電圧制御発振器を、選択したバンドで発振させる発振ステップと、
前記電圧制御発振器の出力信号を分周する第1の分周ステップと、
基準信号を分周する第2の分周ステップと、
前記第1の分周ステップにおける分周信号と前記第2の分周ステップにおける分周信号との位相誤差を検出し、位相誤差信号を出力する位相比較ステップと、
前記位相誤差信号に基づき、選択されたバンドに応じて設定された利得で生成した電流を入出力する電流駆動ステップと、
前記電流駆動ステップで入出力する電流により所定の低域周波数濾波特性で電圧を増減させ、前記電圧制御発振器の制御電圧を生成する制御電圧生成ステップと、
を有することを特徴とする発振周波数制御方法。 - 前記電流駆動ステップにおいて、前記位相誤差信号に応じた期間、選択されたバンドに応じて設定された電流を入出力することを特徴とする請求項8に記載の発振周波数制御方法。
- 前記電圧制御発振器を所定のバンドに設定し且つ一定の前記制御電圧を印加した状態で、前記基準信号又は前記基準信号の分周信号と、前記電圧制御発振器の出力信号又はその分周信号と、を入力し、前記基準信号又は前記基準信号の分周信号に基づいて、前記電圧制御発振器の出力信号又はその分周信号の周波数を測定する第1の周波数測定ステップと、
前記第1の周波数測定ステップにおいて測定した周波数に応じて、前記電圧制御発振器が動作するバンドを選択するバンド選択ステップと、
を更に有することを特徴とする請求項8に記載の発振周波数制御方法。 - 選択されたバンドにおいて、第1の固定電圧を前記制御電圧として印加して、前記電圧制御発振器の発振周波数を測定する第2の周波数測定ステップと、
選択されたバンドにおいて、第2の固定電圧を前記制御電圧として印加して、前記電圧制御発振器の発振周波数を測定する第3の周波数測定ステップと、
前記第2の周波数測定ステップで測定した発振周波数と、前記第3の周波数測定ステップで測定した発振周波数との差分に基づいて、そのバンドでの前記電流駆動ステップにおける利得を設定する利得設定ステップと、
前記電流駆動ステップにおいて、前記位相誤差信号に基づき、設定された利得で生成した電流を入出力し、前記制御電圧生成ステップの出力電圧を前記制御電圧として印加して、前記電圧制御発振器を発振させるステップと、
を有することを特徴とする請求項8に記載の発振周波数制御方法。 - 選択されたバンドにおいて、第1の固定電圧を前記制御電圧として印加して、前記電圧制御発振器の発振周波数を測定する第2の周波数測定ステップと、
選択されたバンドにおいて、前記制御電圧生成ステップの出力電圧を前記制御電圧として印加して、前記電圧制御発振器の発振周波数を測定する第4の周波数測定ステップと、
選択されたバンドにおいて、第4の周波数測定ステップにおいて測定した周波数が前記第2の周波数測定ステップにおいて測定した周波数より高ければ、前記第1の固定電圧より所定電圧だけ高い固定電圧を選択し、第4の周波数測定ステップにおいて測定した周波数が前記第2の周波数測定ステップにおいて測定した周波数より低ければ、前記第1の固定電圧より所定電圧だけ低い固定電圧を選択し、選択された固定電圧を前記制御電圧として印加して、前記電圧制御発振器の発振周波数を測定する第5の周波数測定ステップと、
前記第2の周波数測定ステップで測定した発振周波数と、前記第5の周波数測定ステップで測定した発振周波数との差分に基づいて、そのバンドでの前記電流駆動ステップにおける利得を設定する利得設定ステップと、
前記電流駆動ステップにおいて、前記位相誤差信号に基づき、設定された利得で生成した電流を入出力し、前記制御電圧生成ステップの出力電圧を前記制御電圧として印加して、前記電圧制御発振器を発振させるステップと、
を有することを特徴とする請求項8に記載の発振周波数制御方法。 - 電源投入時に、所定の周波数を目標周波数として、請求項10から請求項12のいずれかの請求項に記載の発振周波数制御方法を実行し、目標周波数を含むバンドを選択し、前記電流駆動ステップにおける利得を設定することを特徴とする発振周波数制御方法。
- バンド選択動作及び前記電流駆動ステップにおける利得の設定動作を禁止し、又は許可するステップを更に有し、
バンド選択動作及び前記電流駆動ステップにおける利得の設定動作を許可した場合にのみ、請求項10から請求項12のいずれかの請求項に記載の発振周波数制御方法を実行することを特徴とする発振周波数制御方法。 - 電源投入時に、前記電圧制御発振器が所定の目標周波数で発振するように、請求項8から請求項12のいずれかの請求項に記載の発振周波数制御方法を実行するステップと、
新たな目標周波数が設定された場合、新たな目標周波数に基づいて、又は新たな目標周波数と前記所定の目標周波数との差分に基づいて、所定の演算式又は所定のテーブルを用いてバンドの選択と前記電流駆動ステップにおける利得の設定とを行うステップを更に有することを特徴とする発振周波数制御方法。 - 各バンドにおける前記電流駆動ステップの利得を記憶する記憶部から、選択したバンドに対応する前記電流駆動ステップの利得を読み出して設定し、請求項8に記載の発振周波数制御方法を実行するステップと、
請求項110から請求項12のいずれかの請求項に記載の発振周波数制御方法を実行するステップと、
を選択的に実行することを特徴とする発振周波数制御方法。 - 固定電圧を前記制御電圧として印加して前記電圧制御発振器の発振周波数を測定する周波数測定ステップから、前記制御電圧生成ステップの出力電圧を前記制御電圧として印加して前記電圧制御発振器を発振させるステップに切り替える時、前記電流駆動ステップの利得を過渡的に高く設定し、所定時間後又は前記電圧制御発振器の発振周波数が目標周波数に対して所定の誤差範囲にロックした後、前記電流駆動ステップの利得を前記選択されたバンドに応じた値に設定することを特徴とする請求項10から請求項12のいずれかの請求項に記載の発振周波数制御方法。
- 電圧制御発振器の出力信号又はそれを分周した信号により、入力信号を変調して無線で送信し、又は無線で受信した入力信号を復調する無線通信ステップと、
前記無線通信ステップを実行していない時に、請求項10から請求項12のいずれかの請求項に記載の発振周波数制御方法を実行する調整ステップと、
を有することを特徴とする発振周波数制御方法。 - 前記無線通信ステップを実行していおらず、且つ前記無線通信ステップにおける前記電圧制御発振器の発振周波数が目標周波数から所定の閾値以上ずれている時に、前記調整ステップを実行することを特徴とする請求項18に記載の発振周波数制御方法。
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