JP2006254060A - 多周波出力位相同期発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】一つの位相同期回路を用いて多周波の出力信号を得ることが可能な多周波出力位相同期発振器を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る多周波出力位相同期発振器６は、外部から入力される基準信号と、後述する電圧制御発振器が出力する信号を分周した比較信号とを位相比較し位相差信号を発生する位相比較器２と、前記位相差信号の高周波成分を除去して直流電圧とするループフィルタ３と、ある一定の自走周波数を有し、前記直流電圧により発振周波数を変化させる電圧制御発振器４と、該電圧制御発振器４が出力する信号の周波数を複数の分周器のトータルで１／Ｎ分周し、前記位相比較器２に出力する分周器７、８、９、１０とにより構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は多周波出力位相同期発振器に関し、特に一つの位相同期発振器から複数の周波数の出力信号を得ることが可能な多周波出力位相同期発振器に関するものである。

近年、移動体通信機器においては、音声通信に加えデータ通信や、ＧＰＳ等の位置情報システムが付加される等多機能化が進んでいる。これにより、システム及び機器も複雑となり、夫々のデータレートや機能に合わせて様々な発振器が必要となる。一般的には、ＶＣＸＯ、ＴＣＸＯなどの発振器が用いられ、更にこれらの発振器を使用して位相同期回路を形成して位相同期発振器とする場合も多い。位相同期発振器とは、外部から入力された基準信号と、位相同期ループ内の電圧制御発振器が出力する信号との位相差が一定になるよう、前記電圧制御発振器にフィードバックを掛けて発振させる機能を有する発振器であり、この位相同期発振器を用いることで入力信号に同期した発振器出力信号を得ることが可能となる。

図４に、従来の位相同期発振器のブロック構成例を示す。位相同期発振器１は、外部から入力される基準信号と、後述する電圧制御発振器が出力する信号を分周した比較信号とを位相比較し位相差信号を発生する位相比較器２と、前記位相差信号の高周波成分を除去して直流電圧とするループフィルタ３と、ある一定の自走周波数を有し、前記直流電圧により発振周波数を変化させる電圧制御発振器４と、該電圧制御発振器４が出力する信号の周波数を１／Ｎ分周し、前記位相比較器２に出力する分周器５とにより構成する。

位相同期回路１の動作を説明すると、位相比較器２と、ループフィルタ３と、電圧制御発振器４と、及び、分周器５とを夫々ループ状に接続することにより、位相比較器２は、入力する基準信号と分周器５が出力する出力信号との位相差を検出し、前記基準信号と前記出力信号との位相差と周波数差に関係する誤差電圧を発生する。次に、この誤差電圧は、ループフィルタ３に入力されて高周波成分を除去し、電圧制御発振器４に直流成分の制御電圧として入力する。この時、電圧制御発振器４は、前記基準信号と前記分周器５が出力する出力信号との周波数差が小さくなるように制御されると共に、電圧制御発振器５の中心周波数が所望の位相同期発振器１の出力信号となるよう設定されている。

次に、電圧制御発振器４の出力信号は、分周器５により１／Ｎ分周され、前記基準信号に位相同期した出力信号として前記位相比較器に出力する。このような構成により得られた電圧制御発振器の出力信号は、高安定な出力信号であり、分配されて、アナログ回路や、ロジック回路の基準クロック信号等として使用される。
実開平６−１５３４９号公報

近年の移動体通信機器等の多機能化により通信機器の内部回路において、例えば、クロック信号等として複数の周波数信号が必要となる場合が多く、通信機器に使用される位相同期発振器も複数の周波数の出力信号が必要となってきている。従来、そのため一つの通信機器に複数の位相同期発振器を内蔵していたが、広い実装面積が必要であることや、消費電力が増大すると共にコスト高となるという問題を生じていた。
そこで本発明は、上述したような問題を解決するためになされたものであって、一つの位相同期回路を用いて多周波の出力信号を得ることが可能な多周波出力位相同期発振器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係わる多周波出力位相同期発振器は、以下の構成をとる。
請求項１に記載の多周波出力位相同期発振器は、位相比較器とループフィルタと電圧制御発振器と分周器とをループ状に接続し、前記位相比較器に基準入力信号と所定の分周比に分周された前記電圧制御発振器の出力信号とを入力することにより前記電圧制御発振器を基準入力信号に同期させて出力信号を取り出す位相同期回路において、前記分周器を複数の分周器を直列接続して構成し、第一の分周器の分周比をａ、第二の分周機の分周比をｂ、第三の分周器の分周比をｃ、第四の分周器の分周比をｄ、第Ｍの分周器の分周比をｍとし、入力する基準信号の周波数をｆ１とし、電圧制御発振器の出力周波数をｆ２とし、直列接続された複数の分周器のトータルの分周比をＮとした際に、
基準信号の周波数ｆ１＝電圧制御発振器の周波数ｆ２／Ｎ
Ｎ＝ａ×ｂ×ｃ×ｄ×・・・×ｍ
但し、Ｎ、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、・・・、ｍはいずれも１から始まる整数とする。
の関係式を満足し、第一の分周器の外部出力側、第二の分周器の外部出力側、第三の分周器の外部出力側、第四の分周器の外部出力側、第ｍの分周器の外部出力側より夫々所望の周波数の信号を出力するよう構成する。

請求項２に記載の多周波出力位相同期発振器は、前記複数の分周器の外部出力側に、バッファアンプ、或いはフィルタを追加するよう構成する。

請求項３に記載の多周波出力位相同期発振器は、位相比較器とループフィルタと電圧制御発振器と分周器、及び逓倍器とをループ状に接続し、前記位相比較器に基準入力信号と所定の分周比に分周された前記電圧制御発振器の出力信号とを入力することにより前記電圧制御発振器を基準入力信号に同期させて出力信号を取り出す位相同期回路において、前記分周器、及び逓倍器は夫々一つ、或いは複数を任意の配列で直列に接続して構成し、一つ、或いは複数の分周器のトータルの分周比をＡとし、一つ、或いは複数の逓倍器のトータルの逓倍比をＺとし、直列接続された分周器と逓倍器のトータルの分周比をＮとした際に、
基準信号の周波数ｆ１＝電圧制御発振器の周波数ｆ２／Ｎ
Ｎ＝Ａ／Ｚ
但し、Ｎ、Ａ、Ｚはいずれも１から始まる整数とする。
の関係式を満足し、一つ、或いは複数の分周器の外部出力側、一つ、或いは複数の逓倍器の外部出力側より夫々所望の周波数の信号を出力するよう構成する。

請求項４に記載の多周波出力位相同期発振器は、前記分周器、或いは逓倍器の外部出力側に、バッファアンプ、或いはフィルタを追加するよう構成する。

請求項１に記載の発明は、位相同期回路を構成する分周器を複数の分周器で構成したので、一つの位相同期発振器から複数の異なる周波数の信号を得ることが可能となった。そこで、通信機器において、複数の位相同期発振器を使用する必要がなくなったため、位相同期発振器を使用する際に広い実装面積が不要となると共に、複数の位相同期発振器を使用することによる位相同期発振器間の干渉等の特性面の悪影響を防止し、消費電力も少なく、低コスト化に貢献し、位相同期発振器を使用する上で大きな効果を発揮する。

請求項２及び４に記載の発明は、多周波出力位相同期発振器の出力側に、フィルタ、或いはバッファアンプを追加し、多周波出力位相同期発振器の出力信号の波形を正弦波、或いは矩形波としたので、多周波出力位相同期発振器を使用する際に自由度が増し、多周波出力位相同期発振器を使用する上で大きな効果を発揮する。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明の特徴の他、分周回路を分周器と逓倍器とにより構成したので、多周波出力位相同期発振器の出力信号として、より様々な周波数の出力信号を得ることが容易となり、多周波出力位相同期発振器を使用する上で大きな効果を発揮する。

以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
本発明においては、一つの位相同期回路から複数の周波数の出力信号を得るために、位相同期回路を構成する分周器を複数の分周器で構成した。
図１は、本発明に係る多周波出力位相同期発振器の第一の実施例を示すブロック構成図である。本発明に係る多周波出力位相同期発振器６は、外部から入力される基準信号と、後述する電圧制御発振器が出力する信号を分周した比較信号とを位相比較し位相差信号を発生する位相比較器２と、前記位相差信号の高周波成分を除去して直流電圧とするループフィルタ３と、ある一定の自走周波数有し、前記直流電圧により発振周波数を変化させる電圧制御発振器４と、該電圧制御発振器４が出力する信号の周波数を複数の分周器のトータルで１／Ｎ分周し、前記位相比較器２に出力する分周器７、８、９、１０とにより構成する。

多周波出力位相同期発振器６は、位相比較回路２として、例えば、ＳＲ―ＦＦ（セットリセット型フリップフロップ）等の論理回路が、ループフィルタ３として、例えば、抵抗２個、コンデンサ１個で構成するラグリードフィルタが、電圧制御発振器４としては、例えば、小型の電圧制御水晶発振器等が、分周器７、８、９、１０としては、例えば、分周用論理回路等が夫々使用され、小型のモジュールとする場合が多い。

次に、多周波出力位相同期回路６の動作を説明すると、位相比較器２と、ループフィルタ３と、電圧制御発振器４と、及び、分周器７、８、９、１０とを夫々ループ状に接続することにより、位相比較器２は、入力する基準信号と分周器１０が出力する出力信号との位相差を検出し、前記基準信号と前記出力信号との位相差と周波数差に関係する誤差電圧を発生する。次に、この誤差電圧は、ループフィルタ３に入力されて高周波成分を除去し、電圧制御発振器４に直流成分の制御電圧として入力する。この時、電圧制御発振器４は、前記基準信号と前記分周器５が出力する出力信号との周波数差が小さくなるように制御される。電圧制御発振器４は、その発振周波数が、入力する直流電圧からなる制御電圧に対して直線的に変化する発振器である。

次に、電圧制御発振器４の出力は、分周器７、８、９、１０によりトータルで１／Ｎ分周され、前記入力する基準信号に位相同期した出力信号として前記位相比較器２に出力する。この時、分周器７の分周比をａ、分周器８の分周比をｂ、分周器９の分周比をｃ、第１０の分周器の分周比をｄとし、入力する基準信号の周波数をｆ１とし、電圧制御発振器の出力周波数をｆ２とし、複数の分周器のトータルの分周比をＮとした際に、下記の関係式（１）、（２）を満足するように設定する。
基準信号周波数ｆ１＝（電圧制御発振器の周波数ｆ２）／Ｎ・・・・（１）
Ｎ＝（ａ×ｂ×ｃ×ｄ）・・・・（２）
但し、Ｎ、ａ、ｂ、ｃ、ｄは１から始まる整数とする。

従って、本多周波出力位相同期発振器６からは、分周器７の出力信号２として（電圧制御発振器の周波数ｆ２）／ａの周波数信号を、分周器８の出力信号３として（電圧制御発振器の周波数ｆ２）／ａ×ｂの周波数信号を、分周器９の出力信号４として（電圧制御発振器の周波数ｆ２）／ａ×ｂ×ｃの周波数信号を、分周器１０の出力信号５として（電圧制御発振器の周波数ｆ２）／ａ×ｂ×ｃ×ｄの周波数信号を、夫々得ることが可能となる。又、これらの出力信号は、全て、基準信号と同期が確立されている。

尚、本第一の実施例においては、分周器を四つにより構成したが、本発明はこれに限るものではなく、Ｍ個の分周器を直列接続することも可能であり、Ｍ個の分周器の分周比を夫々、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、・・・・ｍとすると、下記の（３）式を満足するよう設定すれば、夫々の分周器から所望の周波数の出力信号を得ることが出来る。
Ｎ＝（ａ×ｂ×ｃ×ｄ×・・・・ｍ）・・・・（３）
但し、Ｎ、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、・・・・、ｍはいずれも１から始まる整数とする。

次に、本発明の変形例を示す。
図２は、本発明に係る多周波出力位相同期発振器の変形例を示すブロック構成図である。本変形例においては、図１に示した多周波出力位相同期発振器の複数の分周器の外部出力側に、バッファアンプ、フィルタを追加することにより、多周波出力位相同期発振器から出力する複数の周波数の出力信号の波形を、正弦波、或いは矩形波にする等、多種の要求の出力信号に変換したものである。

多周波出力位相同期発振器１１は、外部から入力される基準信号と、後述する電圧制御発振器が出力する信号を分周した比較信号とを位相比較し位相差信号を発生する位相比較器２と、前記位相差信号の高周波成分を除去して直流電圧とするループフィルタ３と、ある一定の自走周波数を有し、前記直流電圧により発振周波数を変化させる電圧制御発振器４と、該電圧制御発振器４が出力する信号の周波数を複数の分周器のトータルで１／Ｎ分周し、前記位相比較器２に出力する分周器７、８、９、１０と、分周器７が出力する信号を入力して、この出力信号より高調波成分を除去して正弦波の信号を出力するフィルタ１２と、分周器８が出力する信号を入力して、この出力信号のレベル比較を行い矩形波の信号を出力するバッファアンプ１３と、分周器９が出力する信号を入力して、この出力信号より高調波成分を除去して正弦波の信号を出力するフィルタ１４と、分周器１０が出力する信号を入力して、この出力信号より高調波成分を除去して正弦波の信号を出力するフィルタ１５と、分周器１０が出力する信号を入力して、この出力信号のレベル比較を行い矩形波の信号を出力するバッファアンプ１６とにより構成する。

従って、本変形例においては、所定の出力信号を波形整形するので、分周器７の出力信号２は正弦波の信号とし、分周器８の出力信号３は矩形波の信号とし、分周器９の出力信号４は正弦波の信号とし、分周器１０の出力信号５は正弦波とし、分周器１０の出力信号５’は矩形波の信号として出力することが出来る。
尚、本変形例においては、フィルタとバッファアンプとを図２に示す如く配置したが、本発明はこれに限るものではなく、所望の機能を得るようフィルタとバッファアンプを任意の位置に配置することが可能である。

次に、第一の実施例においては、位相同期回路を構成する分周器に着目し、分周器に工夫を加えることで複数の異なる周波数の出力信号を生成することとしたが、更に、逓倍器を用いることにより、より様々な周波数の出力信号を得ることが可能となる。

図３は、本発明に係る多周波出力位相同期発振器の第二の実施例を示すブロック構成図である。多周波出力位相同期発振器１７は、外部から入力される基準信号と、後述する電圧制御発振器が出力する信号を分周した比較信号とを位相比較し位相差信号を発生する位相比較器２と、前記位相差信号の高周波成分を除去して直流電圧とするループフィルタ３と、ある一定の自走周波数を有し、前記直流電圧により発振周波数を変化させる電圧制御発振器４と、該電圧制御発振器４が出力する信号の周波数を複数の分周器と逓倍器のトータルで１／Ｎ分周し、前記位相比較器２に出力するための分周器１８と逓倍器１９と分周器２０と逓倍器２１とにより構成する。

本第二の実施例は、基本的な位相同期発振器としての機能は第一の実施例と同様であるので、第一の実施例と異なる部分のみ動作の説明を行うと、電圧制御発振器４が出力する信号の分周を、夫々二つの分周器と二つの逓倍器を用いて行ったことが特徴であり、分周器１８の分周比をｅ、分周器２０の分周比をｇ、逓倍器１８の逓倍比をｙ、逓倍器１９の逓倍比をｚとすると、下記の（４）、（５）式を満足する。
基準信号周波数ｆ１＝（電圧制御発振器の周波数ｆ２）／Ｎ・・・・（４）
Ｎ＝（ｅ×ｇ）／（ｙ×ｚ）・・・・（５）
但し、Ｎ、ｅ、ｇ、ｙ、ｚは１から始まる整数とする。

従って、本第二の実施例は、分周器１８の出力信号２として、（電圧制御発振器の周波数ｆ２）／ｅの周波数信号を、逓倍器１９の出力信号３として、｛（電圧制御発振器の周波数ｆ２）／ｅ｝×ｙの周波数信号を、分周器２０の出力信号４として、｛（電圧制御発振器の周波数ｆ２）／（ｅ×ｇ）｝×ｙの周波数信号を、逓倍器２１の出力信号５として、｛（電圧制御発振器の周波数ｆ２）／（ｅ×ｇ）｝×（ｙ×ｚ）の周波数信号を出力し、分周比ｅ、ｇと逓倍比ｙ、ｚを任意に設定することにより所望の周波数の出力信号を得ることが可能となる。

尚、本第二の実施例においては、二つの分周器と二つの逓倍器を用いた実施例を示したが、本発明はこれに限るものではなく、分周器のトータルの分周比をＡとし、逓倍器のトータルの逓倍比をＺとすると、下記の（６）、（７）式を満足する範囲で任意の数の分周器及び逓倍器を使用して多周波出力位相同期発振器を構成可能である。
基準信号周波数ｆ１＝（電圧制御発振器の周波数ｆ２）／Ｎ・・・・（６）
Ｎ＝Ａ／Ｚ・・・・（７）
但し、Ｎ、Ａ、Ｚは１から始まる整数とする。
又、本第二の実施例に、前述した変形例を適応して構成することも可能である。

本発明に係る多周波出力位相同期発振器の第一の実施例を示すブロック構成図である。 本発明に係る多周波出力位相同期発振器の変形例を示すブロック構成図である。 本発明に係る多周波出力位相同期発振器の第二の実施例を示すブロック構成図である。 従来の位相同期発振器のブロック構成例を示す。

符号の説明

１・・位相同期発振器、
２・・位相比較器、
３・・ループフィルタ、
４・・電圧制御発振器、
５・・分周器、
６・・多周波出力位相同期発振器、
７、８、９、１０・・分周器、
１１・・多周波出力位相同期発振器、
１２・・フィルタ、
１３・・バッファアンプ、
１４・・フィルタ、
１５・・フィルタ、
１６・・バッファアンプ、
１７・・多周波出力位相同期発振器、
１８・・分周器、
１９・・逓倍器、
２０・・分周器、
２１・・逓倍器

Claims (4)

1. 位相比較器とループフィルタと電圧制御発振器と分周器とをループ状に接続し、前記位相比較器に基準入力信号と所定の分周比に分周された前記電圧制御発振器の出力信号とを入力することにより前記電圧制御発振器を基準入力信号に同期させて出力信号を取り出す位相同期回路において、
   前記分周器を複数の分周器を直列接続して構成し、第一の分周器の分周比をａ、第二の分周機の分周比をｂ、第三の分周器の分周比をｃ、第四の分周器の分周比をｄ、第Ｍの分周器の分周比をｍとし、入力する基準信号の周波数をｆ１とし、電圧制御発振器の出力周波数をｆ２とし、直列接続された複数の分周器のトータルの分周比をＮとした際に、
   基準信号の周波数ｆ１＝電圧制御発振器の周波数ｆ２／Ｎ
   Ｎ＝ａ×ｂ×ｃ×ｄ×・・・×ｍ
   但し、Ｎ、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、・・・、ｍはいずれも１から始まる整数とする。
   の関係式を満足し、第一の分周器の外部出力側、第二の分周器の外部出力側、第三の分周器の外部出力側、第四の分周器の外部出力側、第ｍの分周器の外部出力側より夫々所望の周波数の信号を出力したことを特徴とする多周波出力位相同期発振器。
2. 前記複数の分周器の外部出力側に、バッファアンプ、或いはフィルタを追加したことを特徴とする請求項１に記載の多周波出力位相同期発振器。
3. 位相比較器とループフィルタと電圧制御発振器と分周器、及び逓倍器とをループ状に接続し、前記位相比較器に基準入力信号と所定の分周比に分周された前記電圧制御発振器の出力信号とを入力することにより前記電圧制御発振器を基準入力信号に同期させて出力信号を取り出す位相同期回路において、
   前記分周器、及び逓倍器を夫々一つ、或いは複数を任意の配列で直列に接続して構成し、一つ、或いは複数の分周器のトータルの分周比をＡとし、一つ、或いは複数の逓倍器のトータルの逓倍比をＺとし、直列接続された分周器と逓倍器のトータルの分周比をＮとした際に、
   基準信号の周波数ｆ１＝電圧制御発振器の周波数ｆ２／Ｎ
   Ｎ＝Ａ／Ｚ
   但し、Ｎ、Ａ、Ｚはいずれも１から始まる整数とする。
   の関係式を満足し、一つ、或いは複数の分周器の外部出力側、一つ、或いは複数の逓倍器の外部出力側より夫々所望の周波数の信号を出力したことを特徴とする多周波出力位相同期発振器。
4. 前記分周器、或いは逓倍器の外部出力側に、バッファアンプ、或いはフィルタを追加したことを特徴とする請求項３に記載の多周波出力位相同期発振器。
   

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