JP2006067350A

JP2006067350A - 信号発生装置

Info

Publication number: JP2006067350A
Application number: JP2004248834A
Authority: JP
Inventors: Yasuhide Tanaka; 康英田中; Koji Kosuge; 幸治小菅
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】基準クロック信号が途絶えた場合の動作を実現する構成が、その基準クロック信号の周波数に依存しない信号発生装置を提供する。
【解決手段】第１の位相比較器２２は、基準クロック信号と電圧制御発振器１２が出力する信号との位相関係に基づく信号ＰＤ１を出力する。第２の位相比較器２４は、自走クロック発生器が出力する信号と電圧制御発振器１２が出力する信号との位相関係に基づく信号ＰＤ２を出力する。外部／自走切り換えスイッチ６０は、ＰＤ１とＰＤ２のいずれかを選択して、ループフィルタ１４に入力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基準クロック信号の位相に基づいて信号を発生する信号発生装置に関する。

一般に、無線通信システムにおける基地局やその下位局に設置される無線装置には、局部発振器が設けられている。局部発振器の出力信号は、送受信信号の周波数変換を行う周波数変換器や、無線装置において信号処理を行うディジタル回路の基準クロック信号などに用いられる。

局部発振器の回路方式としてはＰＬＬ方式が広く用いられている。この方式を用いた信号発生器、すなわちＰＬＬ信号発生器は、一般に、電圧制御発振器の出力信号と基準クロック信号の位相関係に基づいて制御信号を生成する位相比較器を備え、生成された制御信号をループフィルタで平滑して電圧制御発振器に入力するフィードバックループ構成となっている。また、信号発生器の出力信号は電圧制御発振器の出力から取り出される。このフィードバックループが定常状態にあるときは、電圧制御発振器は基準クロック信号の周波数誤差と同程度の周波数誤差を呈する信号を出力するため、基準クロック信号の周波数誤差を小さくすることでＰＬＬ信号発生器の出力信号の周波数誤差を小さくすることができる。

ＰＬＬ信号発生器が動作するためには基準クロック信号が必要とされる。もし、基準クロック信号を供給する回路の故障などによって基準クロック信号の入力が途絶えた場合には、出力信号の周波数が揺らぐ、いわゆるロック外れの状態となる。ＰＬＬ信号発生器をクロック同期回路としてディジタル伝送装置に設けている場合においても、ロック外れによる出力クロック周波数の揺らぎは伝送クロック周波数の揺らぎとして現れるため、公共の用に供する基地局やディジタル多重化装置に適用する場合にあっては著しく公益性を害することとなる。

そこで、ディジタル伝送システムにおける基地局やディジタル多重化装置などに設けられるディジタル伝送装置に用いるクロック同期用ＰＬＬ信号発生器は、基準クロック信号が途絶えた場合にも出力クロック信号の周波数に変化が現れない構成としておく必要がある。

図６に示す従来構成によるＰＬＬ信号発生器５は、このような背景に鑑みて構成されたものである。この構成では、基準クロック信号を供給する回路の故障などによって基準クロック信号が途絶えた場合には、ＰＬＬ信号発生器５が備える自走クロック信号発生器１０が出力する自走クロック信号を基準クロック信号の代わりに用いる。この構成によって、基準クロック信号が途絶えた後においても引き続き出力信号の周波数が定まった状態、すなわちロックされた状態が維持される。また、基準クロック信号から自走クロック信号へ切り換えることによる出力信号の周波数の揺らぎは、次に説明する動作によって抑制される。

まず、基準クロック信号が入力されている状態から基準クロック信号が途絶えた状態となった場合の動作について図６および図７を参照して説明する。基準クロック信号が入力されている状態においては、スイッチ切り換え信号Ｓはハイに設定されており、外部／自走切り換えスイッチ６０は、基準クロック信号を第１のＮ分周器４６でＮ分周した信号であるＲＥＦ１を選択して位相比較器２０に入力している。また、ＲＥＦ１の立ち上がり時点と、自走クロック信号を第２のＮ分周器４８でＮ分周した信号であるＲＥＦ２の立ち上がり時点とが一致するように位相調整がなされている。この位相調整は、第２のＮ分周器４８の出力信号の立ち上がり時点が、第１のＮ分周器４６の出力信号の立ち上がり時点と一致するよう、第２のＮ分周器４８が位相合わせを行いつつ自走クロック信号をＮ分周することで行われる。第２のＮ分周器４８はカウンタを備えており、当該カウンタをリセットするとともに入力された信号の周期をカウントし、Ｎカウントごとに予め定められたカウント数に相当するパルス長を有するパルス信号を出力する。すなわち、第２の分周器は、位相を合わせようとする信号の立ち上がり時点において自らが備えるカウンタをリセットし、Ｎ分周を実現するパルス信号を出力することで位相調整およびＮ分周を行うわけである。ただし、第２のＮ分周器４８が位相合わせを行うのは、位相制御タイミング信号生成部７０から出力される第２の位相制御タイミング信号ＰＣＮＴ２がハイのときに限られる。

基準クロック信号がある時間で途絶えると、基準クロック断続検出部８０はその旨を検出し、外部／自走切り換え信号ＣＨをローに設定する。これによって、位相制御タイミング信号生成部７０は第２のＮ分周器４８に入力される第２の位相制御タイミング信号ＰＣＮＴ２をローに設定し、スイッチ切り換え信号Ｓは切り換え遅延部８２を介してローに設定される。これによって、外部／自走切り換えスイッチ６０はＲＥＦ２を選択して位相比較器２０に入力し、第２のＮ分周器４８は位相調整を停止する。このとき、ＲＥＦ１の位相とＲＥＦ２の位相は既に一致している状態にあるので、外部／自走切り換えスイッチ６０がＲＥＦ２を位相比較器２０に入力するよう切り換えられても、位相比較器２０に入力される信号に位相不連続は生じない。なお、切り換え遅延部８２は、位相比較器２０に入力される信号の位相状態の収束を待って外部／自走切り換えスイッチ６０の動作を遅延させるものである。しかしながら、基準クロック信号が入力されている状態から基準クロック信号が途絶えた状態となった場合は、既に位相比較器２０に入力される信号、すなわちＲＥＦ２の位相状態は収束しているので、外部／自走切り換えスイッチ６０の動作を遅延させる必要はないわけである。

このように、基準クロック信号から自走クロック信号への切り換え時には、位相比較器２０に入力される信号に位相不連続が生じないため、図６の電圧制御発振器１２、Ｍ分周器５０、位相比較器２０およびループフィルタ１４から構成されるＰＬＬ発振部１００の出力には周波数の揺らぎは生じない。

次に、基準クロック信号が途絶えている状態において基準クロック信号が入力された場合の動作について図６および図８を参照して説明する。基準クロック信号がある時間において入力されると、基準クロック断続検出部８０はその旨を検出し、外部／自走切り換え信号ＣＨをハイに設定する。これによって、位相制御タイミング信号生成部７０は予め定められたカウント数だけ基準クロックパルスをカウントした後、第１のＮ分周器４６に入力される第１の位相制御タイミング信号ＰＣＮＴ１をハイに設定する。これに伴い第１のＮ分周器４６は、ＲＥＦ１の立ち上がり時点がＲＥＦ２の立ち上がり時点と一致するよう位相調整を行う。この位相調整は、第１のＮ分周器４６の出力信号の立ち上がり時点が、第２のＮ分周器４８の出力信号の立ち上がり時点と一致するよう、第１のＮ分周器４６が位相合わせを行いつつ基準クロック信号をＮ分周することで行われる。第１のＮ分周器４６はカウンタを備えており、当該カウンタをリセットするとともに入力された信号の周期をカウントし、Ｎカウントごとに予め定められたカウント数に相当する時間のパルス長を有するパルス信号を出力する。すなわち、第１のＮ分周器４６は、位相を合わせようとする信号の立ち上がり時点において自らが備えるカウンタをリセットし、Ｎ分周を実現するパルス信号を出力することで位相調整およびＮ分周を行うわけである。ただし、第１のＮ分周器４６が位相合わせを行うのは、位相制御タイミング信号生成部７０から出力される第１の位相制御タイミング信号ＰＣＮＴ１がハイのときに限られる。

第１のＮ分周器４６に入力される第１の位相制御タイミング信号ＰＣＮＴ１は、予め定められた時間ハイを維持した後ローに切り変わる。ＰＣＮＴ１がハイに維持されている間に第１のＮ分周器４６は位相調整を完了する。また、基準クロック断続検出部８０は基準クロックが信号が入力された旨を検出すると、外部／自走切り換え信号ＣＨをハイに設定する。これによって切り換え遅延部８２は予め定められたカウント数だけ基準クロックパルスをカウントした後、スイッチ切り換え信号Ｓをハイに設定する。このカウント数は、第１のＮ分周器４６が位相調整を完了した後にスイッチ切り換え信号Ｓがハイに設定されるよう決定されている。すなわち、切り換え遅延部８２は、このように決定されたカウント数に基づいて外部／自走切り換えスイッチ６０の動作を遅延させるわけである。ここで、ＲＥＦ１の位相とＲＥＦ２の位相は既に一致している状態にあるので、外部／自走切り換えスイッチ６０がＲＥＦ１を位相比較器２０に入力するよう切り換えられても、位相比較器２０に入力される信号に位相不連続は生じない。

位相比較器２０に入力される信号に位相不連続が生じないため、図６の電圧制御発振器１２、Ｍ分周器５０、位相比較器２０およびループフィルタ１４から構成されるＰＬＬ発振部１００の出力には周波数の揺らぎは生じないこととなる。

基準クロック信号が途絶えた場合において、ＰＬＬ信号発生器が備える自走クロック発生器が出力する自走クロック信号を基準クロック信号の代わりに用いる構成については、特開平８−１０２６６５号公報にも開示されている。

特開平８−１０２６６５号公報

基地局の無線装置などＰＬＬ信号発生器を適用するシステムは、自走クロック信号発生器の他にも様々なシステムクロック信号発生器を搭載していることが一般的である。そこで、実装スペース削減および製造原価削減のため、自走クロック信号供給源としては自走クロック信号発生器に代えて、他に搭載されているシステムクロック信号発生器を用いることが考えられる。

しかしながら、図６に示す従来構成のＰＬＬ信号発生器５では、基準クロック信号と自走クロック信号の位相関係を調整する必要があるため、基準クロック信号の周波数と自走クロック信号の周波数を一致させなければならず、自走クロック信号発生源とは異なる用途に用いられているシステムクロック信号発生器をそのまま自走クロック信号供給源として用いることができない場合が多い。

本発明は、このような課題に対してなされたものであり、基準クロック信号が途絶えた場合の動作を実現する構成が、その基準クロック信号の周波数に依存しない信号発生装置を提供する。

本発明は、周波数制御信号に基づいて出力信号の周波数が制御される信号制御発振部を含み、信号制御発振部が出力する信号を出力信号とする信号発生装置であって、第１の入力クロック信号と信号制御発振部が出力する信号との位相関係に基づいて第１の周波数制御信号を生成する第１の周波数制御信号生成部と、第２の入力クロック信号と信号制御発振部が出力する信号との位相関係に基づいて第２の周波数制御信号を生成する第２の周波数制御信号生成部と、第１の周波数制御信号と第２の周波数制御信号のいずれかを選択し、前記周波数制御信号として信号制御発振部に入力する周波数制御信号選択部と、を含むことを特徴とする。

また、本発明による信号発生装置においては、第１の入力クロック信号の位相を信号制御発振部が出力する信号の位相に基づいて調整する第１の位相調整部と、第２の入力クロック信号の位相を信号制御発振部が出力する信号の位相に基づいて調整する第２の位相調整部と、を含み、周波数制御信号選択部が第１の周波数制御信号を選択するのに先立って、第１の位相調整部は第１の入力クロック信号の位相を調整し、周波数制御信号選択部が第２の周波数制御信号を選択するのに先立って、第２の位相調整部は第２の入力クロック信号の位相を調整する構成とすることが好適である。

また、本発明による信号発生装置においては、第１の入力クロック信号の断続を検知する断続検知部を含み、第１の入力クロック信号が入力されている状態から断たれた状態になったと検知されたときは、周波数制御信号選択部は第２の周波数制御信号を選択し、前記周波数制御信号として信号制御発振部に入力し、第１の入力クロック信号が断たれた状態から入力されている状態になったと検知されたときは、周波数制御信号選択部は第１の周波数制御信号を選択し、前記周波数制御信号として信号制御発振部に入力する構成とすることが好適である。

また、本発明による信号発生装置においては、自走クロック信号発生器を含み、第２の入力クロック信号は自走クロック信号発生器の出力信号である構成とすることが好適である。

また、本発明は、周波数制御信号に基づいて出力信号の周波数が制御される第１の発振状態と、当該周波数制御信号に基づかないで出力信号の周波数を定める第２の発振状態のいずれかの状態を選択する発振状態選択部を有する信号制御発振部を含み、信号制御発振部が出力する信号を出力信号とする信号発生装置であって、入力クロック信号と信号制御発振部が出力する信号との位相関係に基づいて周波数制御信号を生成する周波数制御信号生成部と、発振状態選択部が第２の発振状態を選択しているときに信号制御発振部に入力される擬似周波数制御信号を、信号制御発振部が出力する信号に基づいて生成する擬似周波数制御信号生成部と、発振状態選択部が第１の発振状態を選択しているときは、周波数制御信号を選択して信号制御発振部に入力し、発振状態選択部が第２の発振状態を選択したときから第１の発振状態を選択するまでの間に、擬似周波数制御信号を選択して信号制御発振部に入力する周波数制御信号選択部と、を含むことを特徴とする。

また、本発明による信号発生装置においては、入力クロック信号の断続を検知する断続検知部を含み、入力クロック信号が入力されている状態から断たれた状態になったと検知されたときは、発振状態選択部は第２の発振状態を選択し、入力クロック信号が断たれた状態から入力されている状態になったと検知されたときは、発振状態選択部は第１の発振状態を選択する構成とすることが好適である。

また、本発明による信号発生装置においては、擬似周波数制御信号生成部は、擬似周波数制御信号の振幅の時間平均値が、第１の発振状態における周波数制御信号の振幅の時間平均値と等しくなるよう、擬似周波数制御信号を生成する構成とすることが好適である。

また、本発明による信号発生装置においては、周波数制御信号生成部は、２つの信号の排他的論理和演算を行い演算結果を出力する排他的論理和演算器を含み、擬似周波数制御信号生成部は、信号制御発振部が出力する信号の周波数を分周する分周器を含む構成とすることが好適である。

また、本発明による信号発生装置においては、電圧制御用定電圧源を含み、第２の発振状態においては、電圧制御用定電圧源の呈する電圧に基づいて出力信号の周波数が定まる構成とすることが好適である。

本発明によれば、基準クロック信号が途絶えた場合に用いられる自走クロック信号の周波数を基準クロック信号の周波数に無関係に設定できるため、自走クロック信号供給源として、自走クロック信号発生源とは異なる用途に用いられているシステムクロック信号発生器を用いる構成とすることができる。また、そもそも自走クロック信号を用いない構成とすることで、基準クロック信号が途絶えた場合の動作を実現する構成を基準クロック信号の周波数に無関係に決定する構成とすることができる。更に、基準クロック信号の断続時において、出力信号の周波数変動を低減する構成とすることができる。

本発明の第１の実施形態につき説明する。図１は第１の実施形態のＰＬＬ信号発生器１の構成を示す。この構成では、図６に示す構成と同様、基準クロック信号が途絶えた場合には、自走クロック信号発生器１０が出力する自走クロック信号を基準クロック信号の代わりに用いる。この構成によって、基準クロック信号が途絶えた後においても、引き続き出力信号の周波数が定まった状態、すなわちロックされた状態が維持される。基準クロック信号から自走クロック信号へ切り換えることによる出力信号の周波数の揺らぎは、次に説明する動作によって抑制される。

まず、基準クロック信号が入力されている状態から基準クロック信号が途絶えた状態となった場合の動作について図１および図２を参照して説明する。基準クロック信号が入力されている状態においては、スイッチ切り換え信号Ｓはハイに設定されており、外部／自走切り換えスイッチ６０は第１の位相比較器２２の出力信号であるＰＤ１を選択してループフィルタ１４に入力している。

また、電圧制御発振器１２の出力信号をＪ分周器３４によってＪ分周した信号であるＣＮＴ１と基準クロック信号をＩ分周器３２によってＩ分周した信号であるＲＥＦ１は、第１の位相比較器２２に入力され、これらの信号の位相差に基づく信号ＰＤ１がループフィルタ１４に入力されており、電圧制御発振器１２の出力信号の周波数は基準クロック信号の周波数のＩ分のＪにロックしている。

このとき、電圧制御発振器１２の出力信号をＹ分周器３８でＹ分周した信号であるＣＮＴ２の立ち上がり時点と、自走クロック信号をＸ分周器３６でＸ分周した信号であるＲＥＦ２の立ち上がり時点とが一致するように位相調整がなされている。この位相調整は、Ｘ分周器３６の出力信号の立ち上がり時点が、Ｙ分周器３８の出力信号の立ち上がり時点と一致するよう、Ｘ分周器３６が位相合わせを行いつつ自走クロック信号をＸ分周することで行われる。Ｘ分周器３６はカウンタを備えており、当該カウンタをリセットするとともに入力された信号の周期をカウントし、Ｘカウントごとに予め定められたカウント数に相当する時間のパルス長を有するパルス信号を出力する。すなわち、Ｘ分周器３６は、位相を合わせようとする信号の立ち上がり時点において自らが備えるカウンタをリセットし、Ｘ分周を実現するパルス信号を出力することで位相調整およびＸ分周を行うわけである。ただし、Ｘ分周器３６が位相合わせを行うのは、第２の位相制御タイミング信号生成部７４から出力される第２の位相制御タイミング信号ＰＣＮＴ２がハイのときに限られる。

基準クロック信号がある時間で途絶えると、基準クロック断続検出部８０はその旨を検出し、外部／自走切り換え信号ＣＨをローに設定する。これによって、第２の位相制御タイミング信号生成部７４はＸ分周器３６に入力する位相制御タイミング信号ＰＣＮＴ２をローに設定する。また、切り換え遅延部８２は、外部／自走切り換え信号ＣＨに基づいてスイッチ切り換え信号Ｓをローに設定し、これによって外部／自走切り換えスイッチ６０はＰＤ２を選択してループフィルタ１４に入力し、Ｘ分周器３６は位相調整を停止する。このとき、ＣＮＴ２の位相とＲＥＦ２の位相は既に一致している状態にあるので、外部／自走切り換えスイッチ６０がＰＤ２をループフィルタ１４に入力するよう切り換えられても、電圧制御発振器１２から出力される信号に位相不連続は生じない。なお、切り換え遅延部８２は、ループフィルタ１４に入力される信号の位相状態の収束を待って外部／自走切り換えスイッチ６０の動作を遅延させるものである。しかしながら、基準クロック信号が入力されている状態から基準クロック信号が途絶えた状態となった場合は、既にループフィルタ１４に入力される信号、すなわちＰＤ２の位相状態は収束しているので、外部／自走切り換えスイッチ６０の動作を遅延させる必要はないわけである。

次に、基準クロック信号が途絶えている状態において基準クロック信号が入力された場合の動作について図１および図３を参照して説明する。基準クロック信号が途絶えており、自走クロック信号が入力されている状態においては、スイッチ切り換え信号Ｓはローに設定されており、外部／自走切り換えスイッチ６０は第２の位相比較器２４の出力信号であるＰＤ２を選択してループフィルタ１４に入力している。

また、ＣＮＴ２とＲＥＦ２は、第２の位相比較器２４に入力され、これらの信号の位相差に基づく信号ＰＤ２がループフィルタ１４に印加されており、電圧制御発振器１２の出力信号の周波数は自走クロック信号の周波数のＸ分のＹにロックしている。

基準クロック信号がある時間において入力されると、基準クロック断続検出部８０はその旨を検出し、外部／自走切り換え信号ＣＨをハイに設定する。これによって、第１の位相制御タイミング信号生成部７２は予め定められたカウント数だけ基準クロックパルスをカウントした後、Ｉ分周器３２に入力される第１の位相制御タイミング信号ＰＣＮＴ１をハイに設定する。これに伴いＩ分周器３２は、ＲＥＦ１の立ち上がり時点がＣＮＴ１の立ち上がり時点と一致するよう位相調整を行う。この位相調整は、Ｉ分周器３２の出力信号の立ち上がり時点が、Ｊ分周器３４の出力信号の立ち上がり時点と一致するよう、Ｉ分周器３２が位相合わせを行いつつ基準クロック信号をＩ分周することで行われる。Ｉ分周器３２はカウンタを備えており、当該カウンタをリセットするとともに入力された信号の周期をカウントし、Ｉカウントごとに予め定められたカウント数に相当する時間のパルス長を有するパルス信号を出力する。すなわち、Ｉ分周器３２は、位相を合わせようとする信号の立ち上がり時点において自らが備えるカウンタをリセットし、Ｉ分周を実現するパルス信号を出力することで位相調整およびＮ分周を行うわけである。ただし、Ｉ分周器３２が位相合わせを行うのは、第１の位相制御タイミング信号生成部７２から出力される第１の位相制御タイミング信号ＰＣＮＴ１がハイのときに限られる。

Ｉ分周器３２に入力される第１の位相制御タイミング信号ＰＣＮＴ１は、予め定められた時間ハイを維持した後ローに切り変わる。ＰＣＮＴ１がハイに維持されている間に、Ｉ分周器３２は位相調整を完了する。また、基準クロック断続検出部８０は基準クロック信号が入力された旨を検出すると外部／自走切り換え信号ＣＨをハイに設定し、これによって切り換え遅延部８２は、予め定められたカウント数だけ基準クロックパルスをカウントした後、スイッチ切り換え信号Ｓをハイに設定する。このカウント数は、Ｉ分周器３２が位相調整を完了した後にスイッチ切り換え信号Ｓがハイに設定されるよう決定されている。すなわち、切り換え遅延部８２は、このように決定されたカウント数に基づいて外部／自走切り換えスイッチ６０の動作を遅延させるわけである。ここで、ＲＥＦ１の位相とＣＮＴ１の位相は既に一致している状態にあるので、外部／自走切り換えスイッチ６０がＰＤ１をループフィルタ１４に入力するよう切り換えても、電圧制御発振器１２から出力される信号に位相不連続は生じない。

以上説明した第１の実施形態では、基準クロック信号の位相は出力信号の位相に基づいて調整され、自走クロック信号の位相もまた出力信号の位相に基づいて調整されるので、基準クロック信号と自走クロック信号との間で位相関係を調整する必要がない。したがって、自走クロック信号の周波数を基準クロック信号の周波数に合わせる必要がなく、基準クロック信号の周波数に直接関係なく自走クロック発振器の発振周波数を決定することができる。そのため、自走クロック信号供給源として、ＰＬＬ信号発生器１に自走クロック信号発生器１０を備える構成とする他、外部に設けられている任意のシステムクロック信号発生器を用いることができ、実装スペース削減および製造原価削減に対して有利である。

ところで、第１の実施形態では自走クロック信号が必要とされ、分周器など自走クロック信号の入力に伴う回路が備えられているため構成が複雑になっている。また、クロック信号発生器などの高い周波数精度が要求される回路は設計製造コストが嵩むため、なるべく使用数を削減することが好ましい。そこで、基準クロック断時には自走クロック信号発生器１０を用いない構成として構成を簡単にしたものが、次に説明する第２の実施形態である。この構成では、そもそも自走クロック信号を用いないので、基準クロック信号が途絶えた場合の動作を実現する構成を基準クロック信号の周波数に無関係に決定することができる。

図４は第２の実施形態のＰＬＬ信号発生器３の構成を示す。基準クロック信号が途絶えたときには、電圧制御発振器１２の制御電圧入力端子は定電圧源９０に接続され、電圧制御発振器１２はこの定電圧源９０の呈する電圧に基づいて定まる周波数の信号を出力する。

まず、基準クロック信号が入力されている状態から基準クロック信号が途絶えた状態となった場合の動作について図４を参照して説明する。基準クロック信号が入力されている状態においては、スイッチ切り換え信号Ｓはハイに設定されている。これによって第１の外部／自走切り換えスイッチ６２は、ＥＯＲ型位相比較器２６の出力信号であるＰＤ１を選択してループフィルタ１４に入力し、第２の外部／自走切り換えスイッチ６４はループフィルタ１４の出力信号を選択して電圧制御発振器１２の制御電圧入力端子に入力している。

また、電圧制御発振器１２の出力信号をＬ分周器４２によってＬ分周した信号であるＣＮＴと基準クロック信号をＫ分周器４０によってＫ分周した信号であるＲＥＦは、ＥＯＲ型位相比較器２６に入力され、これらの信号の位相差に基づく信号であるＰＤ１がループフィルタ１４に入力されており、電圧制御発振器１２の出力信号の周波数は基準クロック信号の周波数のＫ分のＬにロックしている。

基準クロック信号がある時間で途絶えると、基準クロック断続検出部８０はその旨を検出し、外部／自走切り換え信号ＣＨをローに設定する。これによってスイッチ切り換え信号Ｓは、切り換え遅延部８２を介してローに設定される。スイッチ切り換え信号Ｓがローに設定されると、第２の外部／自走切り換えスイッチ６４は定電圧源９０を選択して電圧制御発振器１２の制御電圧入力端子に入力する。電圧制御発振器１２はこの定電圧源９０の呈する電圧に基づいて定まる周波数の信号を出力する。図４の構成では、定電圧源９０の呈する電圧を、ＰＬＬ信号発生器３がロックしている状態においてループフィルタ１４が出力する電圧と等しく設定しているので、第２の外部／自走切り換えスイッチ６４が定電圧源９０を選択したとしても電圧制御発振器１２から出力される信号に位相不連続は生じない。

次に、基準クロック信号が途絶えている状態において基準クロック信号が入力された場合の動作について図４および図５を参照しつつ説明する。

基準クロック信号がある時間において入力されると、基準クロック断続検出部８０はその旨を検出し、外部／自走切り換え信号ＣＨをハイに設定する。これによって位相制御タイミング信号生成部７０は、予め定められたカウント数だけ基準クロックパルスをカウントすると、Ｋ分周器４０に入力される位相制御タイミング信号ＰＣＮＴをハイに設定する。これに伴いＫ分周器４０は、基準クロック信号をＫ分周した信号であるＲＥＦの立ち上がり時点が、電圧制御発振器１２の出力信号をＬ分周器４２でＬ分周した信号であるＣＮＴのパルス中央における時点と一致するよう位相調整を行う。この位相調整は、Ｋ分周器４０の出力信号の立ち上がり時点がＣＮＴ信号のパルス中央における時点と一致するよう、Ｋ分周器４０が位相合わせを行いつつ基準クロック信号をＫ分周することで行われる。Ｋ分周器４０はカウンタを備えており、当該カウンタをリセットするとともに入力された信号の周期をカウントし、Ｋが偶数であればＫ／２周期カウントした後に、Ｋカウントごとに予め定められたカウント数に相当する時間のパルス長を有するパルス信号を出力する。また、Ｋが奇数であれば（Ｋ−１）／２周期または（Ｋ＋１）２周期カウントした後に、Ｋカウントごとに予め定められたカウント数に相当する時間のパルス長を有するパルス信号を出力する。すなわち、Ｋ分周器４０は、位相を合わせようとする信号の立ち上がり時点において自らが備えるカウンタをリセットし、所定の周期カウントした後に、Ｋ分周を実現するパルス信号を出力することで位相調整およびＫ分周を行うわけである。ただし、Ｋ分周器４０が位相合わせを行うのは、位相制御タイミング信号生成部７０から出力される位相制御タイミング信号ＰＣＮＴがハイのときに限られる。

Ｋ分周器４０によって位相調整を受けたＲＥＦ信号と、位相調整の基準となったＣＮＴ信号はＥＯＲ型位相比較器２６に入力される。ＥＯＲ型位相比較器２６は、信号振幅が重なる時間をローとし、信号振幅が重ならない時間をハイとすることで２信号の位相差をデューティ比に反映させるものである。本実施形態においては、デューティ比０．５においてＰＬＬ信号発生器３がロック状態となるようにしており、それゆえ、ＲＥＦがＣＮＴのパルス中央で立ち上がるよう位相調整を行っている。

Ｋ分周器４０に入力される位相制御タイミング信号ＰＣＮＴは、予め定められた時間ハイを維持した後ローに切り変わる。ＰＣＮＴがハイに維持されている間に、Ｋ分周器４０は位相調整を完了する。また、基準クロック断続検出部８０は基準クロック信号が入力された旨を検出すると、外部／自走切り換え信号ＣＨをハイに設定する。これによって、切り換え遅延部８２は予め定められたカウント数だけ基準クロックパルスをカウントした後、スイッチ切り換え信号Ｓをハイに設定する。このカウント数は、Ｋ分周器４０が位相調整を完了した後にスイッチ切り換え信号Ｓがハイに設定されるよう決定されている。すなわち、切り換え遅延部８２は、このように決定されたカウント数に基づいて第１の外部／自走切り換えスイッチ６２および第２の外部／自走切り換えスイッチ６４の動作を遅延させるわけである。

スイッチ切り換え信号Ｓがハイに設定されると、第１の外部／自走切り換えスイッチ６２はＰＤ１信号を選択してループフィルタ１４に入力する。また、第２の外部／自走切り換えスイッチ６４はループフィルタ１４の出力電圧を選択して、電圧制御発振器１２の制御電圧入力端子に入力する。

スイッチ切り換え信号Ｓがローに設定されている間、第１の外部／自走切り換えスイッチ６２は、電圧制御発振器１２の出力信号をＺ分周器４４によってＺ分周し、疑似位相比較信号調整部２８によって振幅およびデューティ比の調整を受けた信号であるＰＤ２を選択している。いまの場合、ＺはＬ分の２に設定されデューティ比は０．５に設定されている。したがって、第２の外部／自走切り換えスイッチ６４が定電圧源９０を選択して、ループフィルタ１４の出力が開放状態となっている間は、このＰＤ２がループフィルタ１４に入力されることとなる。

一般的にループフィルタは、キャパシタンスを備えるローパスフィルタによって構成されている。このようなループフィルタにおいて、出力端が開放されている状態で全く信号を入力しないこととすると、ループフィルタを構成するキャパシタンスは自然放電された状態となる。この状態において過渡電圧を入力すると、出力には固有振動を伴う応答電圧が現れる。この応答電圧は、電圧制御発振器１２の制御電圧入力端子にそのまま印加されることとなるため、電圧制御発振器１２の出力信号の周波数が応答電圧に応じて変動してしまう。本実施形態は、このような問題に鑑みて、ＰＬＬ信号発生器３のロック状態においてループフィルタ１４に入力される信号と等価な信号をＺ分周器４４および疑似位相比較信号調整部２８によって生成し、基準クロック断時にはこれをループフィルタ１４に入力しておく構成としたものである。

このような構成にすることで、基準クロック信号が途絶えている状態から基準クロック信号が入力された状態となったことによりＰＤ１がループフィルタ１４に入力され、ループフィルタ１４の出力電圧が制御電圧端子に入力されたとしても、ループフィルタ１４の過渡応答に基づく出力周波数の変動は極力抑えられる。

第１の外部／自走切り換えスイッチ６２がＰＤ１を選択してループフィルタ１４に入力し、第２の外部／自走切り換えスイッチ６４がループフィルタ１４の出力電圧を選択して電圧制御発振器１２の制御電圧入力端子に入力する時点においては、ＲＥＦとＣＮＴはロック状態と同等の位相関係に調整されており、ループフィルタ１４にはロック状態において入力されるものと等価な信号が入力されている。これによって、電圧制御発振器１２から出力される信号に位相不連続は生じない。

なお、本実施形態においては、ＥＯＲ型位相比較器２６が出力する信号のデューティ比が０．５となった場合に出力信号の周波数がロック状態となる構成としている。しかしながら、このデューティ比を０．５とする必然性はなく任意の値とすることができる。仮にデューティ比を０から１までの任意の値αとした場合、Ｋ分周器４０による位相調整は、Ｋ分周器４０の出力信号の立ち上がり時点がＣＮＴ信号の立ち上がりから（１−α）ｔ_W経過した時点と一致するよう、Ｋ分周器４０が位相合わせを行いつつ基準クロック信号をＫ分周する。ここに、ｔ_WはＣＮＴ信号のパルス幅である。また、疑似位相比較信号調整部２８はＰＤ２のデューティ比がαとなるようＺ分周器４４の出力信号のデューティ比を調整する。

以上、本発明の第１の実施形態および第２の実施形態について、その構成と動作について説明した。本発明は、これらの実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、信号のハイ、ローに応じてその動作状態が決定される構成部については、ハイ、ローの動作論理を反転させて構成することが可能である。

また、本発明に係る信号発生装置は、無線装置などに用いられることはもちろん、より一般的な汎用の信号発生装置として用いることができることはいうまでもない。

第１の実施形態のＰＬＬ信号発生器の構成を示す図である。第１の実施形態のＰＬＬ信号発生器において、基準クロック信号が途絶えた場合の動作タイミングを示す図である。第１の実施形態のＰＬＬ信号発生器において、基準クロック信号が途絶えた後、再び入力された場合の動作タイミングを示す図である。第２の実施形態のＰＬＬ信号発生器構成を示す図である。第２の実施形態のＰＬＬ信号発生器において、基準クロック信号が途絶えた後、再び入力された場合の動作タイミングを示す図である。従来構成によるＰＬＬ信号発生器の構成を示す図である。従来構成によるＰＬＬ信号発生器において、基準クロック信号が途絶えた場合の動作タイミングを示す図である。従来構成によるＰＬＬ信号発生器において、基準クロック信号が途絶えた後、再び入力された場合の動作タイミングを示す図である。

符号の説明

１，３，５ＰＬＬ信号発生器、１０自走クロック信号発生器、１２電圧制御発振器、１４ループフィルタ、２０，２２，２４位相比較器、２６ＥＯＲ型位相比較器、２８疑似位相比較信号調整部、３２Ｉ分周器、３４Ｊ分周器、３６Ｘ分周器、３８Ｙ分周器、４０Ｋ分周器、４２Ｌ分周器、４４Ｚ分周器、４６，４８Ｎ分周器、５０Ｍ分周器、６０，６２，６４外部／自走切り換えスイッチ、７０，７２，７４位相制御タイミング信号生成部、８０基準クロック断続検出部、８２切り換え遅延部、９０定電圧源、１００ＰＬＬ発振部。

Claims

周波数制御信号に基づいて出力信号の周波数が制御される信号制御発振部を含み、
信号制御発振部が出力する信号を出力信号とする信号発生装置であって、
第１の入力クロック信号と信号制御発振部が出力する信号との位相関係に基づいて第１の周波数制御信号を生成する第１の周波数制御信号生成部と、
第２の入力クロック信号と信号制御発振部が出力する信号との位相関係に基づいて第２の周波数制御信号を生成する第２の周波数制御信号生成部と、
第１の周波数制御信号と第２の周波数制御信号のいずれかを選択し、前記周波数制御信号として信号制御発振部に入力する周波数制御信号選択部と、
を含むことを特徴とする信号発生装置。
請求項１に記載の信号発生装置であって、
第１の入力クロック信号の位相を信号制御発振部が出力する信号の位相に基づいて調整する第１の位相調整部と、
第２の入力クロック信号の位相を信号制御発振部が出力する信号の位相に基づいて調整する第２の位相調整部と、
を含み、
周波数制御信号選択部が第１の周波数制御信号を選択するのに先立って、第１の位相調整部は第１の入力クロック信号の位相を調整し、
周波数制御信号選択部が第２の周波数制御信号を選択するのに先立って、第２の位相調整部は第２の入力クロック信号の位相を調整することを特徴とする信号発生装置。
請求項１または請求項２に記載の信号発生装置であって、
第１の入力クロック信号の断続を検知する断続検知部を含み、
第１の入力クロック信号が入力されている状態から断たれた状態になったと検知されたときは、周波数制御信号選択部は第２の周波数制御信号を選択し、前記周波数制御信号として信号制御発振部に入力し、
第１の入力クロック信号が断たれた状態から入力されている状態になったと検知されたときは、周波数制御信号選択部は第１の周波数制御信号を選択し、前記周波数制御信号として信号制御発振部に入力することを特徴とする信号発生装置。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の信号発生装置であって、
自走クロック信号発生器を含み、
第２の入力クロック信号は自走クロック信号発生器の出力信号であることを特徴とする信号発生装置。
周波数制御信号に基づいて出力信号の周波数が制御される第１の発振状態と、当該周波数制御信号に基づかないで出力信号の周波数を定める第２の発振状態のいずれかの状態を選択する発振状態選択部を有する信号制御発振部を含み、
信号制御発振部が出力する信号を出力信号とする信号発生装置であって、
入力クロック信号と信号制御発振部が出力する信号との位相関係に基づいて周波数制御信号を生成する周波数制御信号生成部と、
発振状態選択部が第２の発振状態を選択しているときに信号制御発振部に入力される擬似周波数制御信号を、信号制御発振部が出力する信号に基づいて生成する擬似周波数制御信号生成部と、
発振状態選択部が第１の発振状態を選択しているときは、周波数制御信号を選択して信号制御発振部に入力し、発振状態選択部が第２の発振状態を選択したときから第１の発振状態を選択するまでの間に、擬似周波数制御信号を選択して信号制御発振部に入力する周波数制御信号選択部と、
を含むことを特徴とする信号発生装置。
請求項５に記載の信号発生装置であって、
入力クロック信号の断続を検知する断続検知部を含み、
入力クロック信号が入力されている状態から断たれた状態になったと検知されたときは、発振状態選択部は第２の発振状態を選択し、
入力クロック信号が断たれた状態から入力されている状態になったと検知されたときは、発振状態選択部は第１の発振状態を選択することを特徴とする信号発生装置。
請求項５または請求項６に記載の信号発生装置であって、
擬似周波数制御信号生成部は、擬似周波数制御信号の振幅の時間平均値が、第１の発振状態における周波数制御信号の振幅の時間平均値と等しくなるよう、擬似周波数制御信号を生成することを特徴とする信号発生装置。
請求項７に記載の信号発生装置であって、
周波数制御信号生成部は、２つの信号の排他的論理和演算を行い演算結果を出力する排他的論理和演算器を含み、
擬似周波数制御信号生成部は、信号制御発振部が出力する信号の周波数を分周する分周器を含むことを特徴とする信号発生装置。
請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の信号発生装置であって、
電圧制御用定電圧源を含み、
第２の発振状態においては、電圧制御用定電圧源の呈する電圧に基づいて出力信号の周波数が定まることを特徴とする信号発生装置。