JP2009077239A - Pll circuit - Google Patents

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実 福田
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a PLL circuit which has a large loop gain and makes better phase noise during lock even when the loop gain is not increased. <P>SOLUTION: The PLL circuit is provided, wherein a reference frequency from an input terminal 1 is divided by first and third frequency dividers 2 and 9, an output from a VCO 8 and an output from an oscillator 13 are combined by a mixer 14, and a frequency is selected by an MCF 15a and divided by second and fourth frequency dividers 3 and 10. Outputs from the first and second frequency dividers 2 and 3 are phase-compared by a phase comparator 4 and smoothed by a low-pass filter (LPF) 5, outputs from the third and fourth frequency dividers 9 and 10 are detected in phase advancement or phase delay by a phase advancement/delay detector 11, and integrated by an integrator 12, and a voltage is output. The output from the LPF 5 and the output from the integrator 12 are added by an adder 6 and output to a VCO 8, an output from the MCF 15a is amplified by an amplifier 16 and output to an output terminal 17, and a frequency in the oscillator 13 is adjusted for the reference frequency. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、PLL(Phase Locked Loop:位相ロックド・ループ)回路に係り、特に、既存の発振器と安価なAT−CUT水晶振動子を用いて、ループ利得が上がらない場合にもロック時の位相ノイズを良化できるPLL回路に関する。   The present invention relates to a PLL (Phase Locked Loop) circuit, and in particular, using an existing oscillator and an inexpensive AT-CUT crystal resonator, even when the loop gain does not increase, the phase noise when locked It is related with the PLL circuit which can improve.

一般に、PLLの位相比較周波数は、ロック時の位相位置を一定にするために、同じ周波数を使用する。
しかしながら、基準周波数と電圧制御発振器の周波数が異なる場合は、両周波数を分周して、位相比較周波数を一致させる必要がある。
In general, the phase comparison frequency of the PLL uses the same frequency in order to make the phase position at the time of locking constant.
However, if the reference frequency and the frequency of the voltage controlled oscillator are different, it is necessary to divide both frequencies so that the phase comparison frequencies match.

例えば、基準周波数が5.0MHzであって、電圧制御発振器の周波数が7.68MHzであるときは、両周波数の一致周波数は、40kHzとなる。すなわち、基準周波数の位相比較周波数=基準周波数/125、電圧制御発振器の周波数の位相比較周波数=電圧制御発振器の周波数/192となる。   For example, when the reference frequency is 5.0 MHz and the frequency of the voltage controlled oscillator is 7.68 MHz, the coincidence frequency of both frequencies is 40 kHz. That is, the phase comparison frequency of the reference frequency = reference frequency / 125, and the phase comparison frequency of the frequency of the voltage controlled oscillator = frequency of the voltage controlled oscillator / 192.

一般的なPLLのループゲインK[rad]、位相比較の感度Kd[V/rad]、電圧制御発振器の制御感度Kv[rad/V]、増幅器の増幅度をG[倍]とすると、ループゲインKは、以下の式で表される。
K=Kd*Kv*G
When a general PLL loop gain K [rad], a phase comparison sensitivity Kd [V / rad], a voltage-controlled oscillator control sensitivity Kv [rad / V], and an amplifier amplification degree G [times], the loop gain K is represented by the following equation.
K = Kd * Kv * G

ここで、具体例として、以下に設計条件を定めて、ループゲインKを算出してみる。
設計条件としては、電源電圧Vcc:3.3V、基準周波数fref:5.0MHz、出力周波数fout:7.68MHz、電圧制御発振器の制御感度:7.68MHz±150ppm/1.65V±1.5V、位相比較器(PFD:Phase Frequency Detector)の感度Kd:4π[V/rad]、位相比較周波数:40kHzとする。
Here, as a specific example, the loop gain K is calculated with the design conditions set forth below.
As design conditions, power supply voltage Vcc: 3.3 V, reference frequency fref: 5.0 MHz, output frequency fout: 7.68 MHz, control sensitivity of voltage controlled oscillator: 7.68 MHz ± 150 ppm / 1.65 V ± 1.5 V, The sensitivity Kd of the phase comparator (PFD: Phase Frequency Detector) is 4π [V / rad], and the phase comparison frequency is 40 kHz.

上記条件から、ループゲインKは、
K=Kd*Kv*G
=(3.3V/4π)*(2π*40kHz*150ppm/1.5V)*G
PLLの出力周波数の位相ノイズは、位相比較周波数に依存して、ループゲインが大きいと基準周波数に近づき、ループゲインが小さいと電圧制御発振器の発振周波数に近づく。
From the above conditions, the loop gain K is
K = Kd * Kv * G
= (3.3V / 4π) * (2π * 40kHz * 150ppm / 1.5V) * G
Depending on the phase comparison frequency, the phase noise of the output frequency of the PLL approaches the reference frequency when the loop gain is large, and approaches the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator when the loop gain is small.

そのため、基準周波数の位相ノイズが、出力周波数よりよい場合には、ループゲインを大きくすることになるが、上記の設計例では、Gの値を大きくする以外にループゲインを大きくすることができず、設計に自由度を持たせることができないという問題点があった。   Therefore, when the phase noise at the reference frequency is better than the output frequency, the loop gain is increased. However, in the above design example, the loop gain cannot be increased except by increasing the value of G. There was a problem that the design could not be given a degree of freedom.

また、周波数の位相ノイズは、周波数の分周、逓倍によって、「20log周波数比」で変わり、分周によって良くなり、逓倍によって悪くなる。すなわち、位相比較周波数の位相ノイズを基準として20log(5MHz/40kHz)=41.9dbcは良くなるはずであるが、基準周波数の位相ノイズがもともと良い場合は、例えば、−95dbc/Hzであったとすると、−(95+41.9)=−136.9dbc/Hzとなるが、実際には、電源やグランドからのノイズや、分周時のクロックスキュー(素子を介することによるクロックのみだれ)の影響でよく分からないものとなる。   The phase noise of the frequency changes by “20 log frequency ratio” due to frequency division and multiplication, and is improved by frequency division and worsened by multiplication. That is, 20 log (5 MHz / 40 kHz) = 41.9 dbc should be improved with reference to the phase noise of the phase comparison frequency, but if the phase noise of the reference frequency is originally good, for example, -95 dbc / Hz. , − (95 + 41.9) = − 136.9 dbc / Hz, but in actuality, it may be affected by noise from the power supply or the ground or clock skew at the time of frequency division. I don't know.

逆に、位相比較周波数の位相ノイズを基準として出力周波数側の7.68MHzは、20log(40kHz/7.68MHz)=−45.6dbc/Hzは悪化することになるが、実際は、位相比較周波数の位相ノイズ自体が悪化しているので、更に悪化することになるという問題点があった。   Conversely, 7.68 MHz on the output frequency side with the phase noise of the phase comparison frequency as a reference, 20 log (40 kHz / 7.68 MHz) = − 45.6 dbc / Hz will deteriorate, but in reality, the phase comparison frequency Since the phase noise itself has deteriorated, there has been a problem of further deterioration.

[先行技術1:図9]
尚、位相同期回路において、常温位相誤差を減少させるために、特公昭63−19094号公報記載の「位相同期回路」がある(特許文献1)。
その構成は、図9に示すように、2つの位相比較器(PC:Phase Comparator)31,32と、積分器(INT)33と、ローパスフィルタ(LPF:Low Pass Filter)34と、加算器(ADD)35と、電圧制御発振器(VCO)36と、1/N分周器(DV)37とを備えている。
図9は、従来の位相同期回路のブロック図である。
[Prior Art 1: FIG. 9]
In order to reduce the room temperature phase error in the phase synchronization circuit, there is a “phase synchronization circuit” described in Japanese Patent Publication No. 63-19094 (Patent Document 1).
As shown in FIG. 9, the configuration includes two phase comparators (PCs) 31 and 32, an integrator (INT) 33, a low pass filter (LPF) 34, and an adder ( ADD) 35, voltage controlled oscillator (VCO) 36, and 1 / N frequency divider (DV) 37.
FIG. 9 is a block diagram of a conventional phase synchronization circuit.

図9の位相同期回路は、2つの位相比較器は31,32、入力信号(IN)と1/N分周器37からの分周信号を共に入力し、位相比較結果を出力する。一方の位相比較器31の出力は、積分器33で定常位相誤差を補正するために積分され、他方の位相比較器32の出力は、LPF34で平滑化され、積分器33からの出力とLPF32からの出力が加算器35で加算され、加算結果がVCO36の制御電圧となって、VCO36で発振がなされ、出力端子(OUT)に出力される。また、VCO36の出力を分岐して1/N分周器37に入力し、1/N分周して位相比較器31,32に出力する。   In the phase synchronization circuit of FIG. 9, the two phase comparators 31 and 32 input the input signal (IN) and the frequency-divided signal from the 1 / N frequency divider 37, and output the phase comparison result. The output of one phase comparator 31 is integrated by an integrator 33 to correct the stationary phase error, and the output of the other phase comparator 32 is smoothed by the LPF 34, and the output from the integrator 33 and the LPF 32. Are added by the adder 35, and the addition result becomes the control voltage of the VCO 36. The VCO 36 oscillates and is output to the output terminal (OUT). Further, the output of the VCO 36 is branched and input to the 1 / N frequency divider 37, and 1 / N frequency is divided and output to the phase comparators 31 and 32.

[先行技術2:図10]
また、PLL回路において、分周比が大きいとループゲインが低くなり、位相ノイズが悪化するのを防止するために、特開平10−75175号公報「PLL回路」がある(特許文献2)。
その構成は、図10に示すように、VCO41と、周波数変換器42と、メインカウンタ43と、位相比較器44と、基準発振器(TCXO:Temperature Compensated Crystal Oscillator:温度補償水晶発振器)45と、リファレンスカウンタ46と、チャージポンプ47と、LPF48とを備えている。
図10は、従来のPLL回路の構成ブロック図である。
[Prior Art 2: FIG. 10]
Further, in a PLL circuit, there is JP-A-10-75175 “PLL circuit” in order to prevent a loop gain from being lowered and a phase noise to be deteriorated when a frequency division ratio is large (Patent Document 2).
As shown in FIG. 10, the configuration includes a VCO 41, a frequency converter 42, a main counter 43, a phase comparator 44, a reference oscillator (TCXO: Temperature Compensated Crystal Oscillator) 45, and a reference. A counter 46, a charge pump 47, and an LPF 48 are provided.
FIG. 10 is a configuration block diagram of a conventional PLL circuit.

図10のPLL回路は、VCO41で生成される発振周波数を周波数変換器42で7/8の周波数に変換し、メインカウンタ43で1/85に分周し、TCXO45で生成される基準周波数をリファレンスカウンタ46で1/8に分周する。両カウンタで分周された周波数が位相比較器44に入力され、チャージポンプ47及びLPF48を介してVCO41の制御電圧として入力される。   The PLL circuit of FIG. 10 converts the oscillation frequency generated by the VCO 41 into a frequency of 7/8 by the frequency converter 42, divides the frequency by 1/85 by the main counter 43, and references the reference frequency generated by the TCXO 45. The counter 46 divides the frequency by 1/8. The frequency divided by both counters is input to the phase comparator 44 and input as the control voltage of the VCO 41 via the charge pump 47 and the LPF 48.

特公昭63−19094号公報Japanese Patent Publication No. 63-19094 特開平10−75175号公報JP-A-10-75175

しかしながら、顧客の要求に応じて、高安定なPLL回路を提供するには、上記従来の位相ノイズ低減の技術では十分に対応できず、そのため、高価なSC−CUT水晶振動子を用いて、その要求に応じたOCXOをその都度開発しなければならず、コスト高になるという問題点があった。   However, in order to provide a highly stable PLL circuit according to the customer's request, the conventional phase noise reduction technique cannot sufficiently cope with this, and therefore, using an expensive SC-CUT crystal resonator, There is a problem that the OCXO according to the request must be developed each time, resulting in high costs.

尚、SC−CUT(Stress Compensation-cut)水晶振動子とは、ダブル回転水晶振動子であり、SCはストレス補正型を意味し、平面ストレス効果及び、熱過度電流に起因する特性を補正したものである。その優れた周波数・温度特性は、OCXOへの組み込みに最適である。   The SC-CUT (Stress Compensation-cut) crystal unit is a double-rotation crystal unit, and SC stands for a stress correction type, which corrects the planar stress effect and the characteristics caused by thermal transients. It is. Its excellent frequency and temperature characteristics are optimal for incorporation into OCXO.

また、上記従来のPLL回路では、基準入力と出力信号を帰還する従属側の信号とで位相比較周波数が低くなりすぎで、ループ利得が上がらない場合には、ロック時の位相ノイズが充分良化できないという問題点があり、また、温度に対する引き込み範囲が変化するという問題点があった。   In the above conventional PLL circuit, when the phase comparison frequency between the reference input and the subordinate signal that feeds back the output signal becomes too low and the loop gain does not increase, the phase noise at the time of locking is sufficiently improved. There is a problem that it cannot be performed, and there is a problem that the pull-in range with respect to temperature changes.

本発明は上記実状に鑑みて為されたものであり、ループゲインを大きくすることができ、位相の進み/遅れに応じてロックを維持でき、ループ利得が上がらない場合でも、ロック時の位相ノイズを良化できるPLL回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and can increase the loop gain, maintain the lock according to the advance / delay of the phase, and even when the loop gain does not increase, the phase noise at the time of lock An object of the present invention is to provide a PLL circuit that can improve the above.

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、PLL回路において、基準周波数を入力する入力端子と、入力電圧に応じて周波数を出力する電圧制御発振器と、入力電圧を増幅する第1の増幅器と、基準周波数を分周する第1の分周器と、電圧制御発振器からの出力を分周する第2の分周器と、第1の分周器からの出力と第2の分周器からの出力を入力し、位相比較を行う位相比較器と、位相比較器からの出力を平滑化するローパスフィルタと、基準周波数を分周する第3の分周器と、特定の周波数を発振する発振器と、電圧制御発振器からの出力と発振器からの出力を合成する第1の合成器と、第1の合成器からの出力を帯域制限する第1のフィルタと、第1のフィルタからの出力を分周する第4の分周器と、第3の分周器からの出力と第4の分周器からの出力を入力し、位相の進み又は遅れを検出する位相進み/遅れ検出器と、位相進み/遅れ検出器からの出力を積分し、電圧を出力する積分器と、ローパスフィルタからの出力と積分器からの出力を加算する加算器と、第1のフィルタからの出力を増幅して出力端子に出力する第2の増幅器とを有し、第3の分周器の出力と第4の分周器の出力は、同じ周波数となるまで各分周器で分周を行うよう設定され、基準周波数を第1の分周器で分周した値と第1のフィルタから出力される周波数を第2の分周器で分周した値とが等しくなるように発振器で発振する特定の周波数を調整することを特徴とする。   The present invention for solving the problems of the above-described conventional example includes, in a PLL circuit, an input terminal that inputs a reference frequency, a voltage-controlled oscillator that outputs a frequency according to the input voltage, and a first that amplifies the input voltage. An amplifier, a first frequency divider that divides the reference frequency, a second frequency divider that divides the output from the voltage controlled oscillator, an output from the first frequency divider, and a second frequency divider Oscillates a specific frequency, a phase comparator that inputs the output from the comparator, performs phase comparison, a low-pass filter that smoothes the output from the phase comparator, a third divider that divides the reference frequency A first synthesizer that combines the output from the voltage controlled oscillator and the output from the oscillator, a first filter that band-limits the output from the first synthesizer, and an output from the first filter A fourth frequency divider, and an output from the third frequency divider, A phase advance / delay detector for detecting the phase advance or delay, an integrator for integrating the output from the phase advance / delay detector, and outputting a voltage; An adder for adding the output from the filter and the output from the integrator; and a second amplifier for amplifying the output from the first filter and outputting the amplified output to the output terminal. And the output of the fourth frequency divider are set to divide by each frequency divider until the same frequency is obtained, and the value obtained by dividing the reference frequency by the first frequency divider is output from the first filter. The specific frequency oscillated by the oscillator is adjusted so that the frequency obtained by dividing the frequency by the second frequency divider becomes equal.

本発明は、上記PLL回路において、第1の合成器からの出力を分岐して入力し、帯域制限する第2のフィルタを有し、第2の増幅器が、第1のフィルタからの出力を入力するのではなく、第2のフィルタからの出力を入力して増幅することを特徴とする。   The present invention has a second filter for branching and inputting the output from the first synthesizer in the PLL circuit and band-limiting the second amplifier, and the second amplifier inputs the output from the first filter. Instead, the output from the second filter is inputted and amplified.

本発明は、上記PLL回路において、発振器からの出力を分岐して入力し、第1のフィルタからの出力と合成する第2の合成器と、第2の合成器からの出力を帯域制限する第2のフィルタとを有し、第2の増幅器が、第1のフィルタからの出力を入力するのではなく、第2のフィルタからの出力を入力して増幅し、第1のフィルタの特性と第2のフィルタの特性を異なるようにしたことを特徴とする。   According to the present invention, in the PLL circuit, the output from the oscillator is branched and input, the second synthesizer for combining with the output from the first filter, and the output from the second synthesizer is band-limited. The second amplifier does not input the output from the first filter but amplifies the output from the second filter, and the characteristics of the first filter and the first filter The characteristics of the two filters are different.

本発明は、上記PLL回路において、電圧制御発振器から出力される周波数の温度特性に対して発振器から発振される特定の周波数の温度特性を同じに設定したことを特徴とする。   The present invention is characterized in that, in the PLL circuit, the temperature characteristic of a specific frequency oscillated from the oscillator is set to be the same as the temperature characteristic of the frequency output from the voltage controlled oscillator.

本発明は、上記PLL回路において、発振器の代わりに、特定の基準周波数を発振する恒温槽付水晶発振器を有し、恒温槽付水晶発振器からの基準周波数が入力端子と第1の合成器に入力されることを特徴とする。   The present invention includes a crystal oscillator with a thermostat that oscillates a specific reference frequency in place of the oscillator in the PLL circuit, and the reference frequency from the crystal oscillator with a thermostat is input to the input terminal and the first synthesizer. It is characterized by being.

本発明は、上記PLL回路において、位相進み/遅れ検出器の代わりに、第3の分周器からの出力と第4の分周器からの出力を入力し、位相の進み又は遅れを検出し、検出結果を三値で出力する位相周波数検出器を有し、積分器の代わりに、位相周波数検出器からの出力を平滑化して、電圧を出力する第2のローパスフィルタを有することを特徴とする。   According to the present invention, in the PLL circuit, the output from the third frequency divider and the output from the fourth frequency divider are input instead of the phase advance / delay detector to detect the phase advance or delay. A phase frequency detector for outputting the detection result in three values, and having a second low-pass filter for smoothing the output from the phase frequency detector and outputting a voltage instead of the integrator. To do.

本発明によれば、基準周波数を入力する入力端子と、入力電圧に応じて周波数を出力する電圧制御発振器と、入力電圧を増幅する第1の増幅器と、基準周波数を分周する第1の分周器と、電圧制御発振器からの出力を分周する第2の分周器と、第1の分周器からの出力と第2の分周器からの出力を入力し、位相比較を行う位相比較器と、位相比較器からの出力を平滑化するローパスフィルタと、基準周波数を分周する第3の分周器と、特定の周波数を発振する発振器と、電圧制御発振器からの出力と発振器からの出力を合成する第1の合成器と、第1の合成器からの出力を帯域制限する第1のフィルタと、第1のフィルタからの出力を分周する第4の分周器と、第3の分周器からの出力と第4の分周器からの出力を入力し、位相の進み又は遅れを検出する位相進み/遅れ検出器と、位相進み/遅れ検出器からの出力を積分し、電圧を出力する積分器と、ローパスフィルタからの出力と積分器からの出力を加算する加算器と、第1のフィルタからの出力を増幅して出力端子に出力する第2の増幅器とを有し、第3の分周器の出力と第4の分周器の出力は、同じ周波数となるまで各分周器で分周を行うよう設定され、基準周波数を第1の分周器で分周した値と第1のフィルタから出力される周波数を第2の分周器で分周した値とが等しくなるように発振器で発振する特定の周波数を調整するPLL回路としているので、ループゲインを大きくすることができ、位相ノイズを良化でき、位相の進み/遅れに応じてロックを維持できる効果がある。   According to the present invention, an input terminal for inputting a reference frequency, a voltage controlled oscillator for outputting a frequency according to the input voltage, a first amplifier for amplifying the input voltage, and a first divider for dividing the reference frequency. Phase that performs phase comparison by inputting the frequency divider, the second frequency divider that divides the output from the voltage controlled oscillator, and the output from the first frequency divider and the output from the second frequency divider A comparator, a low-pass filter that smoothes the output from the phase comparator, a third frequency divider that divides the reference frequency, an oscillator that oscillates a specific frequency, an output from the voltage controlled oscillator, and an oscillator A first synthesizer that synthesizes the output of the first synthesizer, a first filter that band-limits the output from the first synthesizer, a fourth divider that divides the output from the first filter, The output from the frequency divider 3 and the output from the fourth frequency divider are input, and the phase advance or delay is input. A phase lead / lag detector for detecting the output, an integrator for integrating the output from the phase lead / lag detector, outputting a voltage, an adder for adding the output from the low-pass filter and the output from the integrator, A second amplifier that amplifies the output from the first filter and outputs it to the output terminal, and the output of the third divider and the output of the fourth divider are each set to the same frequency. A frequency divider is set to divide, and a value obtained by dividing the reference frequency by the first divider and a value obtained by dividing the frequency output from the first filter by the second divider are: Since the PLL circuit adjusts the specific frequency oscillated by the oscillator to be equal, the loop gain can be increased, the phase noise can be improved, and the lock can be maintained according to the phase advance / delay. is there.

本発明によれば、第1の合成器からの出力を分岐して入力し、帯域制限する第2のフィルタを有し、第2の増幅器が、第1のフィルタからの出力を入力するのではなく、第2のフィルタからの出力を入力して増幅する上記PLL回路としているので、PLLの従属周波数の信号と出力端子への出力信号を独立させることができ、お互いの影響を小さくできる効果がある。   According to the present invention, the output from the first synthesizer is branched and input, and the second filter that limits the band is provided, and the second amplifier does not input the output from the first filter. Since the PLL circuit that receives and amplifies the output from the second filter is used, the PLL dependent frequency signal and the output signal to the output terminal can be made independent, and the effect of reducing the mutual influence can be obtained. is there.

本発明によれば、発振器からの出力を分岐して入力し、第1のフィルタからの出力と合成する第2の合成器と、第2の合成器からの出力を帯域制限する第2のフィルタとを有し、第2の増幅器が、第1のフィルタからの出力を入力するのではなく、第2のフィルタからの出力を入力して増幅し、第1のフィルタの特性と第2のフィルタの特性を異なるようにした上記PLL回路としているので、電圧制御発振器の出力を出力端子から出力できる効果がある。   According to the present invention, the output from the oscillator is branched and input, the second combiner that combines the output from the first filter, and the second filter that limits the band of the output from the second combiner. The second amplifier does not input the output from the first filter, but inputs and amplifies the output from the second filter, and the characteristics of the first filter and the second filter Since the PLL circuit having different characteristics is used, the output of the voltage controlled oscillator can be output from the output terminal.

本発明によれば、電圧制御発振器から出力される周波数の温度特性に対して発振器から発振される特定の周波数の温度特性を同じに設定した上記PLL回路としているので、温度変動分をキャンセルできる効果がある。   According to the present invention, since the PLL circuit in which the temperature characteristic of the specific frequency oscillated from the oscillator is set to be the same as the temperature characteristic of the frequency output from the voltage-controlled oscillator, the temperature variation can be canceled. There is.

本発明によれば、発振器の代わりに、特定の基準周波数を発振する恒温槽付水晶発振器を有し、恒温槽付水晶発振器からの基準周波数が入力端子と第1の合成器に入力される上記PLL回路としているので、入力信号の周波数及び従属周波数が安定したものにできる効果がある。   According to the present invention, instead of the oscillator, the crystal oscillator with a thermostatic chamber that oscillates a specific reference frequency is provided, and the reference frequency from the crystal oscillator with a thermostatic chamber is input to the input terminal and the first combiner. Since the PLL circuit is used, there is an effect that the frequency of the input signal and the dependent frequency can be stabilized.

本発明によれば、位相進み/遅れ検出器の代わりに、第3の分周器からの出力と第4の分周器からの出力を入力し、位相の進み又は遅れを検出し、検出結果を三値で出力する位相周波数検出器を有し、積分器の代わりに、位相周波数検出器からの出力を平滑化して、電圧を出力する第2のローパスフィルタを有する上記PLL回路としているので、ループゲインを大きくすることができ、位相ノイズを良化でき、第2のローパスフィルタの定数値が大きくならず、位相ノイズ特性を改善でき、位相の進み/遅れに応じてロックを維持できる効果がある。   According to the present invention, instead of the phase advance / delay detector, the output from the third frequency divider and the output from the fourth frequency divider are input, the phase advance or delay is detected, and the detection result Since the PLL circuit has the second low-pass filter that outputs the voltage by smoothing the output from the phase frequency detector instead of the integrator, The loop gain can be increased, the phase noise can be improved, the constant value of the second low-pass filter is not increased, the phase noise characteristics can be improved, and the lock can be maintained according to the phase advance / delay. is there.

[実施の形態の概略]
本発明の実施の形態に係るPLL回路は、入力端子からの基準周波数を第1,3の分周器で分周し、電圧制御発振器(VCO:Voltage Controlled Oscillator)からの出力と発振器からの出力をミキサで合成し、水晶フィルタで周波数を選択して、第2,4の分周器で分周し、第1の分周器と第2の分周器からの出力を位相比較器で位相比較し、位相比較結果をローパスフィルタで平滑化し、第3の分周器と第4の分周器からの出力を位相進み/遅れ検出器で位相の進み又は遅れを検出し、当該検出結果を積分器で積分して電圧を出力し、加算器でローパスフィルタからの出力と積分器からの出力を加算してVCOに出力し、更に水晶フィルタからの出力を第2の増幅器で増幅して出力端子に出力するものであり、ループゲインを大きくすることができ、第3の分周器の出力と第4の分周器の出力は、同じ周波数となるまで各分周器で分周を行うようにし、基準周波数を第1の分周器で分周した値と第1のフィルタから出力される周波数を第2の分周器で分周した値とが等しくなるように発振器で発振する特定の周波数を調整するようにしているので、位相の進み/遅れに応じてロックを維持できるものであり、更に、ループ利得が上がらない場合でも、ロック時の位相ノイズを良化できる。
[Outline of the embodiment]
The PLL circuit according to the embodiment of the present invention divides the reference frequency from the input terminal by the first and third frequency dividers, and outputs from the voltage controlled oscillator (VCO) and the output from the oscillator. Is synthesized with a mixer, the frequency is selected with a crystal filter, the frequency is divided with second and fourth frequency dividers, and the output from the first frequency divider and the second frequency divider is phase-shifted with a phase comparator. The phase comparison result is smoothed by a low-pass filter, the output from the third frequency divider and the fourth frequency divider is detected by the phase advance / delay detector, and the phase advance or delay is detected. The integrator integrates the voltage and outputs the voltage. The adder adds the output from the low-pass filter and the integrator to output to the VCO. The output from the crystal filter is amplified by the second amplifier and output. Is output to the terminal, and the loop gain can be increased. The output of the third divider and the output of the fourth divider are divided by each divider until the same frequency is obtained, and the reference frequency is divided by the first divider. Since the specific frequency oscillated by the oscillator is adjusted so that the value and the frequency output from the first filter are equalized by the second divider, the phase advance / delay is adjusted. Therefore, even when the loop gain does not increase, the phase noise at the time of locking can be improved.

尚、位相比較周波数となる基準周波数を位相ノイズが−125dbc/Hzより下回らない分周数又は分周なしとする。電圧制御発振器の分周後の位相比較周波数は同じではなく、両位相比較周波数間で最大公約数が求められる周波数の組み合わせとする。
位相比較器は、EX−OR(Exclusive OR)又はR−S(Reset Set Flip-Flop)式を用いて、その出力をLPF(Low Pass Filter)により平滑化する。
Note that the reference frequency serving as the phase comparison frequency is set to a frequency division number at which the phase noise does not fall below −125 dbc / Hz or no frequency division. The phase comparison frequency after frequency division of the voltage controlled oscillator is not the same, and is a combination of frequencies for which the greatest common divisor is required between the phase comparison frequencies.
The phase comparator uses an EX-OR (Exclusive OR) or RS (Reset Set Flip-Flop) equation to smooth the output using an LPF (Low Pass Filter).

[第1の実施の形態:図1]
本発明の第1の実施の形態に係るPLL回路(第1のPLL回路)について図1を参照しながら説明する。図1は、第1のPLL回路の構成ブロック図である。
第1のPLL回路は、図1に示すように、入力端子1と、第1の分周器2と、第2の分周器3と、位相比較器(PC)4と、LPF5と、加算器6と、第1の増幅器7と、VCO8と、第3の分周器9と、第4の分周器10と、位相進み/遅れ検出器11と、積分器12と、発振器13と、ミキサ(MIX)14と、水晶フィルタ(MCF:Monolithic Crystal Filter)15と、第2の増幅器16と、出力端子17とから構成されている。
[First Embodiment: FIG. 1]
A PLL circuit (first PLL circuit) according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration block diagram of the first PLL circuit.
As shown in FIG. 1, the first PLL circuit includes an input terminal 1, a first frequency divider 2, a second frequency divider 3, a phase comparator (PC) 4, an LPF 5, and an addition A first amplifier 7, a VCO 8, a third frequency divider 9, a fourth frequency divider 10, a phase advance / lag detector 11, an integrator 12, an oscillator 13, It comprises a mixer (MIX) 14, a crystal filter (MCF) 15, a second amplifier 16, and an output terminal 17.

[第1のPLL回路の各部]
以下、第1のPLL回路の各部を説明する。
入力端子1は、基準周波数を入力する端子である。ここで、基準周波数をFrとする。
第1の分周器2は、入力端子1からの基準周波数の信号を入力し、周波数の分周を行う分周器である。ここで、第1の分周器2の分周数をN1とする。
第2の分周器3は、MCF11からの信号を分岐して入力し、周波数の分周を行う分周器である。ここで、第2の分周器3の分周数をN2とする。
[Each part of the first PLL circuit]
Hereinafter, each part of the first PLL circuit will be described.
The input terminal 1 is a terminal for inputting a reference frequency. Here, the reference frequency is Fr.
The first frequency divider 2 is a frequency divider that receives a reference frequency signal from the input terminal 1 and divides the frequency. Here, the frequency division number of the first frequency divider 2 is N1.
The second frequency divider 3 is a frequency divider that divides and inputs a signal from the MCF 11 and divides the frequency. Here, the frequency division number of the second frequency divider 3 is N2.

ここで、第1の分周器2と第2の分周器3の出力周波数は、最大公約数があれば同じである必要はなく、最大公約数で求められる周波数より高い周波数とするものである。これにより、ループゲインを大きくすることができ、位相ノイズを基準周波数により近づけることが可能となる。   Here, the output frequencies of the first frequency divider 2 and the second frequency divider 3 do not have to be the same if the greatest common divisor is present, and are higher than the frequency obtained by the greatest common divisor. is there. Thereby, the loop gain can be increased and the phase noise can be brought closer to the reference frequency.

位相比較器4は、第1の分周器2からの出力と第2の分周器3からの出力を入力し、両者の位相比較を行い、比較結果を出力する位相比較器である。
LPF5は、位相比較器4からの出力を入力し、低周波帯域の周波数信号を通過させるものであり、第1の分周器2と第2の分周器3との位相差に比例する電圧を生成して出力するものである。
The phase comparator 4 is a phase comparator that receives the output from the first frequency divider 2 and the output from the second frequency divider 3, compares the phases of the two, and outputs a comparison result.
The LPF 5 inputs an output from the phase comparator 4 and passes a low-frequency band frequency signal, and is a voltage proportional to the phase difference between the first frequency divider 2 and the second frequency divider 3. Is generated and output.

加算器6は、LPF5からの出力と積分器12からの出力を加算するものである。
第1の増幅器7は、加算器6からの出力を増幅してVCO8の制御電圧を出力するものである。
The adder 6 adds the output from the LPF 5 and the output from the integrator 12.
The first amplifier 7 amplifies the output from the adder 6 and outputs the control voltage of the VCO 8.

VCO8は、安価なAT−CUT水晶振動子を備えた電圧制御発振器であり、第1の増幅器7からの制御電圧によってPLLとしてロックを維持するよう動作するものである。
ここで、VCO8の出力周波数をFoとする。
尚、AT−CUT水晶振動子は、主面がX軸に平行で、Z軸から約35°、r面から約−3°傾いた水晶片を用いたものである。
The VCO 8 is a voltage controlled oscillator including an inexpensive AT-CUT crystal resonator, and operates so as to maintain the lock as a PLL by the control voltage from the first amplifier 7.
Here, the output frequency of the VCO 8 is assumed to be Fo.
The AT-CUT quartz crystal resonator uses a crystal piece whose main surface is parallel to the X axis and tilted by about 35 ° from the Z axis and about -3 ° from the r plane.

第3の分周器9は、入力端子1からの基準周波数を入力して分周を行う分周器である。ここで、第3の分周器9の分周数をN3とする。
第4の分周器10は、MCF11の出力を分岐して入力し、分周を行う分周器である。ここで、第4の分周器10の分周数をN4とする。
尚、第3の分周器の出力と第4の分周器の出力は、同じ周波数となるまで分周を行うよう設定されている。
The third frequency divider 9 is a frequency divider that performs frequency division by inputting a reference frequency from the input terminal 1. Here, the frequency division number of the third frequency divider 9 is N3.
The fourth frequency divider 10 is a frequency divider that divides and inputs the output of the MCF 11 and performs frequency division. Here, the frequency dividing number of the fourth frequency divider 10 is N4.
Note that the output of the third frequency divider and the output of the fourth frequency divider are set to perform frequency division until they have the same frequency.

位相進み/遅れ検出器11は、第3の分周器9の立ち上がりを起点として、第4の分周器10の立ち上がり位相位置が、進んでいれば論理Lowレベルを出力し、遅れていれば論理Highレベルを出力する論理回路である。よって、位相進み/遅れ検出器11の回路構成は、簡単な論理回路で実現できる。
積分器12は、位相進み/遅れ検出器11の出力を積分して定電圧を出力する回路である。
The phase advance / delay detector 11 outputs a logic low level if the rising phase position of the fourth frequency divider 10 is advanced from the rise of the third frequency divider 9, and if it is delayed. This is a logic circuit that outputs a logic high level. Therefore, the circuit configuration of the phase lead / lag detector 11 can be realized by a simple logic circuit.
The integrator 12 is a circuit that integrates the output of the phase lead / lag detector 11 and outputs a constant voltage.

尚、温度変化によってVCO8の出力周波数が変動しても、発振器9も同様の温度特性を持たせるようにすることで、発振器9の出力周波数も同様に変動して、ロックを維持するために、位相比較器4への入力位相位置が適正に変化することになる。   Even if the output frequency of the VCO 8 fluctuates due to a temperature change, the output frequency of the oscillator 9 also fluctuates in the same manner so that the oscillator 9 has the same temperature characteristics, so that the lock is maintained. The input phase position to the phase comparator 4 changes appropriately.

積分器12の出力は、ロック時に位相がずれるのを防止して、位相位置を一定に保つ動作をするが、基準周波数の変動量/秒に対応して、第3の分周器9と第4の分周器10からの出力周波数と積分器12の積分量を定めれば、位相位置変動時に元の位相位置への戻り時間を最短にすることができる。また、位相ノイズ特性も積分器12の出力に影響を与えるが、ループゲインによらずに積分時間の調整で改善することができる。   The output of the integrator 12 prevents the phase from being shifted at the time of locking, and keeps the phase position constant. The third divider 9 and the output of the integrator 12 correspond to the fluctuation amount / second of the reference frequency. If the output frequency from the frequency divider 10 of 4 and the integration amount of the integrator 12 are determined, the return time to the original phase position can be minimized when the phase position fluctuates. Further, the phase noise characteristic also affects the output of the integrator 12, but it can be improved by adjusting the integration time regardless of the loop gain.

つまり、積分器12の積分量若しくは積分時間を少なくすれば、戻り時間を早くすることが可能であるが、安定性を犠牲にするものであり、積分量若しくは積分時間を多くすれば、安定して位相ノイズも改善できるが、戻り時間を早くできないものである。
理想的には、積分量若しくは積分時間を多くして重い特性とする方がよいが、戻り時間を勘案して積分量若しくは積分時間を設定することになる。
That is, if the integration amount or integration time of the integrator 12 is reduced, the return time can be shortened, but stability is sacrificed, and if the integration amount or integration time is increased, the return time is stabilized. Although phase noise can be improved, the return time cannot be shortened.
Ideally, it is better to increase the integration amount or integration time to make it heavy, but the integration amount or integration time is set in consideration of the return time.

発振器13は、固定発振器で、発振周波数をMIX14に出力する。
ここで、出力周波数をFfとする。
MIX14は、VCO8からの出力周波数と発振器13からの出力周波数を入力し、両方の周波数を合成する。
MIX14からの出力は、Fo±Ffとなる。
The oscillator 13 is a fixed oscillator and outputs an oscillation frequency to the MIX 14.
Here, the output frequency is Ff.
The MIX 14 inputs the output frequency from the VCO 8 and the output frequency from the oscillator 13 and synthesizes both frequencies.
The output from the MIX 14 is Fo ± Ff.

MCF15は、水晶フィルタであり、MIX14からの出力から+Ffの周波数成分を除去して(この場合、MCFはローパスフィルタである)、若しくは、−Ffの周波数成分を除去して(この場合、MCFはハイパスフィルタである)、第2の増幅器16と第2の分周器3に出力するものである。
ここでは、MCF15をローパスフィルタとして、+Ffの周波数成分を除去して、Fo−Ffの周波数を出力するようにしている。
第2の増幅器16は、MCF15からの出力を分岐して入力し、増幅して出力端子17に出力する。
The MCF 15 is a crystal filter, and removes the + Ff frequency component from the output from the MIX 14 (in this case, the MCF is a low-pass filter) or removes the −Ff frequency component (in this case, the MCF is This is a high-pass filter) and is output to the second amplifier 16 and the second frequency divider 3.
Here, the MCF 15 is used as a low-pass filter, the frequency component of + Ff is removed, and the frequency of Fo−Ff is output.
The second amplifier 16 branches and inputs the output from the MCF 15, amplifies it, and outputs it to the output terminal 17.

従って、Fr/N1=(Fo−Ff)/N2を満たすようなFfの値を選択して、発振器13に周波数Ffを発振させるようにする。これにより、位相比較周波数を低くしないと一致しない場合に、位相比較周波数を高くするための基準入力信号(基準周波数Fo)と(従属周波数[VCO8の出力周波数Fr]−第3の周波数[周波数成分Ff])で位相周波数を一致させて、つまり、基準周波数を位相周波数で割りきれる値にして、ループ利得を上げて位相ノイズを良化させるものである。   Therefore, a value of Ff that satisfies Fr / N1 = (Fo-Ff) / N2 is selected to cause the oscillator 13 to oscillate the frequency Ff. As a result, if the phase comparison frequency does not match unless the phase comparison frequency is lowered, the reference input signal (reference frequency Fo) for increasing the phase comparison frequency and (dependent frequency [output frequency Fr of VCO 8] −third frequency [frequency component] Ff]), the phase frequency is matched, that is, the reference frequency is divided by the phase frequency, and the loop gain is increased to improve the phase noise.

ここで、Foの温度特性を同じ温度特性を持つFfを選択すれば、(Fo−Ff)は一定となり、温度変動分をキャンセルできる効果がある。
また、周波数の組み合わせの選択度が増し、第2の増幅器16の選択度が増え、回路設計に余裕を持つことができる効果がある。
Here, if Ff having the same temperature characteristic as the temperature characteristic of Fo is selected, (Fo-Ff) becomes constant, and there is an effect that the temperature variation can be canceled.
Further, the selectivity of the frequency combination is increased, the selectivity of the second amplifier 16 is increased, and there is an effect that the circuit design can be afforded.

[第2の実施の形態:図2]
次に、本発明の第2の実施の形態に係るPLL回路(第2のPLL回路)について図2を参照しながら説明する。図2は、第2のPLL回路の構成ブロック図である。
第2のPLL回路は、図2に示すように、第1のPLL回路とほぼ同様であるが、相違する点は、第1のMCF15aと第2のMCF15bを設けている。
具体的には、MIX14からの出力を分岐して第1のMCF15aと第2のMCF15bに出力し、第1のMCF15aからの出力を第2の分周器3及び第4の分周器10に出力し、第2のMCF15bからの出力を第2の増幅器16に出力する。
[Second Embodiment: FIG. 2]
Next, a PLL circuit (second PLL circuit) according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a configuration block diagram of the second PLL circuit.
As shown in FIG. 2, the second PLL circuit is substantially the same as the first PLL circuit, except that a first MCF 15a and a second MCF 15b are provided.
Specifically, the output from the MIX 14 is branched and output to the first MCF 15a and the second MCF 15b, and the output from the first MCF 15a is supplied to the second frequency divider 3 and the fourth frequency divider 10. The output from the second MCF 15 b is output to the second amplifier 16.

このように、第1のPLL回路では1つのMCF15を用いていたが、第2のPLL回路では、2つのMCFを用いることで、各々特性を変えることが可能となる。
例えば、MIX14からの出力周波数はFo±Ffであるから、第1のMCF15aはローパスフィルタとし、Fo−Ffの周波数を通過させ、第2のMCF15bはハイパスフィルタとし、Fo+Ffの周波数を通過させる。
これにより、PLLの従属周波数の信号と出力端子17への出力信号を独立させることができ、お互いの影響を小さくできる効果がある。
As described above, one MCF 15 is used in the first PLL circuit, but the characteristics can be changed by using two MCFs in the second PLL circuit.
For example, since the output frequency from the MIX 14 is Fo ± Ff, the first MCF 15a is a low-pass filter, passes the Fo-Ff frequency, the second MCF 15b is a high-pass filter, and passes the Fo + Ff frequency.
As a result, the PLL dependent frequency signal and the output signal to the output terminal 17 can be made independent, and there is an effect that the mutual influence can be reduced.

[第3の実施の形態:図3]
次に、本発明の第3の実施の形態に係るPLL回路(第3のPLL回路)について図3を参照しながら説明する。図3は、第3のPLL回路の構成ブロック図である。
第3のPLL回路は、図3に示すように、第1のPLL回路とほぼ同様であるが、相違する点は、第1のMIX14aと、第2のMIX14bと、第1のMCF15aと、第2のMCF15bとを備えている。
[Third Embodiment: FIG. 3]
Next, a PLL circuit (third PLL circuit) according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a configuration block diagram of the third PLL circuit.
As shown in FIG. 3, the third PLL circuit is substantially the same as the first PLL circuit, except that the first MIX 14a, the second MIX 14b, the first MCF 15a, 2 MCFs 15b.

具体的には、発振器13からの出力を分岐して第1のMIX14aと第2のMIX14bに出力し、更に第1のMIX14aではVCO8からの信号と発振器13からの信号を合成して第1のMCF15aに出力し、第2のMIX14bでは発振器13からの信号と第1のMCF15aからの信号を合成して第2のMCF15bに出力する。
更に、第1のMCF15aでは第1のMIX14aからの信号を帯域制限して第2の分周器3と第4の分周器10に出力し、第2のMCF15bでは第2のMIX14bからの信号を帯域制限して第2の増幅器16に出力する。
Specifically, the output from the oscillator 13 is branched and output to the first MIX 14a and the second MIX 14b, and the first MIX 14a combines the signal from the VCO 8 and the signal from the oscillator 13 to generate the first MIX 14a and the second MIX 14b. The signal is output to the MCF 15a, and the second MIX 14b combines the signal from the oscillator 13 and the signal from the first MCF 15a and outputs the resultant signal to the second MCF 15b.
Further, the first MCF 15a band-limits the signal from the first MIX 14a and outputs it to the second frequency divider 3 and the fourth frequency divider 10, and the second MCF 15b receives the signal from the second MIX 14b. Is band-limited and output to the second amplifier 16.

ここで、第1のMCF15aと第2のMCF15bとは第2のPLL回路と同様に、異なる特性のものを使用する。
つまり、VCO8の出力周波数はFoで、発振器13の出力周波数Ffであるから、第1のMIX14aからの出力周波数はFo±Ffとなる。
第1のMCF15aをローパスフィルタとすると、第1のMCF15aの出力周波数はFo−Ffとなり、第2のMIX14bで周波数成分Ffを合成すると、出力周波数は(Fo−Ff)±Ffとなる。第2のMCF15bがハイパスフィルタとすると、周波数成分(Fo−Ff)+Ffが残り、周波数Foが第2のMCF15bから第2の増幅器16に入力される。
Here, the first MCF 15a and the second MCF 15b have different characteristics as in the second PLL circuit.
That is, since the output frequency of the VCO 8 is Fo and the output frequency Ff of the oscillator 13, the output frequency from the first MIX 14a is Fo ± Ff.
When the first MCF 15a is a low-pass filter, the output frequency of the first MCF 15a is Fo-Ff, and when the frequency component Ff is synthesized by the second MIX 14b, the output frequency is (Fo-Ff) ± Ff. If the second MCF 15b is a high-pass filter, the frequency component (Fo−Ff) + Ff remains, and the frequency Fo is input from the second MCF 15b to the second amplifier 16.

また、第1のMCF15aをハイパスフィルタとすると、第1のMCF15aの出力周波数はFo+Ffとなり、第2のMIX14bで周波数成分Ffを合成すると、出力周波数は(Fo+Ff)±Ffとなる。第2のMCF15bがローパスフィルタとすると、周波数成分(Fo+Ff)−Ffが残り、周波数Foが第2のMCF15bから第2の増幅器16に入力される。
これにより、第2のMCF15bからの出力周波数は、VCO8の出力周波数Foと同じものを出力端子17から得ることができる。
When the first MCF 15a is a high-pass filter, the output frequency of the first MCF 15a is Fo + Ff, and when the frequency component Ff is synthesized by the second MIX 14b, the output frequency is (Fo + Ff) ± Ff. If the second MCF 15b is a low-pass filter, the frequency component (Fo + Ff) −Ff remains and the frequency Fo is input from the second MCF 15b to the second amplifier 16.
As a result, the output frequency from the second MCF 15 b can be obtained from the output terminal 17 as the same as the output frequency Fo of the VCO 8.

[第4の実施の形態:図4]
次に、本発明の第4の実施の形態に係るPLL回路(第4のPLL回路)について図4を参照しながら説明する。図4は、第4のPLL回路の構成ブロック図である。
第4のPLL回路は、図4に示すように、第1のPLL回路とほぼ同様であるが、相違する点は、発振器13を取り除き、代わりにOCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator:恒温槽付水晶発振器)20を設け、OCXO20の基準信号を入力端子1とMIX14に入力している。
これにより、入力信号の周波数及び従属周波数が安定したものにできる効果がある。
尚、OCXO20を図2,3の第2,3のPLL回路に適用してもよい。
[Fourth Embodiment: FIG. 4]
Next, a PLL circuit (fourth PLL circuit) according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the fourth PLL circuit.
As shown in FIG. 4, the fourth PLL circuit is substantially the same as the first PLL circuit, except that the oscillator 13 is removed and an OCXO (Oven Controlled Crystal Oscillator) is used instead. ) 20, and the OCXO 20 reference signal is input to the input terminal 1 and the MIX 14.
As a result, the frequency of the input signal and the dependent frequency can be stabilized.
The OCXO 20 may be applied to the second and third PLL circuits shown in FIGS.

[応用例]
次に、第1〜4のPLL回路において、位相進み/遅れ検出器11及び積分器12の代わりに位相周波数検出器(PFD)及びローパスフィルタ(LPF)を用いる応用例を説明する。
[Application example]
Next, an application example using a phase frequency detector (PFD) and a low-pass filter (LPF) in place of the phase lead / lag detector 11 and the integrator 12 in the first to fourth PLL circuits will be described.

位相周波数検出器(PFD:Phase Frequency Detector)は、第3の分周器9からの出力信号の立ち上がりエッジで、当該出力信号と第4の分周器10からの出力信号との位相差を検出し、位相の進み/遅れを三値で出力する。   The phase frequency detector (PFD) detects a phase difference between the output signal and the output signal from the fourth frequency divider 10 at the rising edge of the output signal from the third frequency divider 9. Then, the phase advance / delay is output in three values.

LPFは、PFDからの位相差を平滑化して加算器6に出力する。
PFDから位相の進み/遅れ結果が三値で出力されるので、LPFの定数値が大きくならない。
また、位相ノイズ特性は、PFDへの入力周波数を低くすれば、改善できる。
LPFにおける時定数を調整すれば、積分器12における積分量若しくは積分時間を調整したのと同様に、安定性と反応性のバランスを図ることができる。
The LPF smoothes the phase difference from the PFD and outputs it to the adder 6.
Since the phase advance / delay result is output in three values from the PFD, the constant value of the LPF does not increase.
The phase noise characteristics can be improved by lowering the input frequency to the PFD.
By adjusting the time constant in the LPF, the balance between stability and reactivity can be achieved in the same manner as the integration amount or integration time in the integrator 12 is adjusted.

尚、上記各部の具体的回路は、分周器がフリップフロップ又はプログラムカウンターを、位相比較器、LPF、加算器、位相進み/遅れ検出器、積分器がオペアンプを用いて実現している。   The specific circuit of each of the above parts is realized by using a flip-flop or a program counter as a frequency divider, a phase comparator, an LPF, an adder, a phase advance / lag detector, and an integrator as an integrator.

[LPFの構成:図5,6]
例えば、LPFの具体的な構成は、図5又は図6のようになる。図5は、LPFの回路図であり、図6は、オペアンプを用いたLPFの回路図である。
[Configuration of LPF: FIGS. 5 and 6]
For example, the specific configuration of the LPF is as shown in FIG. FIG. 5 is a circuit diagram of an LPF, and FIG. 6 is a circuit diagram of an LPF using an operational amplifier.

[PFDの構成・タイムチャート:図7,8]
また、PFD21の具体的な構成は、図7のようになる。図7は、PFDの回路図である。PFDのICの入力Rには、第3の分周器9からの出力が入力され、ICの入力Oi-3 には、図8に示すような、第4の分周器10からの三値(O1-3 )が入力されるものである。図8は、ICへの入力のタイムチャートを示す図である。
[Configuration and time chart of PFD: FIGS. 7 and 8]
The specific configuration of the PFD 21 is as shown in FIG. FIG. 7 is a circuit diagram of the PFD. The output from the third frequency divider 9 is inputted to the input R of the IC of the PFD, and the ternary value from the fourth frequency divider 10 as shown in FIG. 8 is inputted to the input Oi-3 of the IC. (O1-3) is input. FIG. 8 is a diagram showing a time chart of input to the IC.

[実施の形態の効果]
第1〜第3のPLL回路によれば、ループゲインを大きくすることができ、位相の進み/遅れに応じてロックを維持でき、位相ノイズを良化できる効果がある。
[Effect of the embodiment]
According to the first to third PLL circuits, the loop gain can be increased, the lock can be maintained according to the phase advance / delay, and the phase noise can be improved.

また、第2のPLL回路によれば、第2の増幅器16が、第2のMCF15bからの出力を入力して増幅するようにしているので、PLLの従属周波数の信号と出力端子への出力信号を独立させることができ、お互いの影響を小さくできる効果がある。   Further, according to the second PLL circuit, since the second amplifier 16 inputs and amplifies the output from the second MCF 15b, the signal of the dependent frequency of the PLL and the output signal to the output terminal Can be made independent of each other, and the influence of each other can be reduced.

また、第3のPLL回路によれば、第2の増幅器16が、第2のMCF15bからの出力を入力して増幅し、第1のMCF15aの特性と第2のMCF15bの特性を異なるようにしているので、電圧制御発振器の出力を出力端子から出力できる効果がある。   Further, according to the third PLL circuit, the second amplifier 16 inputs and amplifies the output from the second MCF 15b so that the characteristics of the first MCF 15a and the characteristics of the second MCF 15b are different. Therefore, the output of the voltage controlled oscillator can be output from the output terminal.

また、第4のPLL回路によれば、OCXO20の基準信号を入力端子1とMIX14に入力しているので、入力信号の周波数及び従属周波数が安定したものにできる効果がある。   Further, according to the fourth PLL circuit, since the reference signal of the OCXO 20 is input to the input terminal 1 and the MIX 14, there is an effect that the frequency of the input signal and the dependent frequency can be stabilized.

また、応用例のPLL回路によれば、位相進み/遅れ検出器11及び積分器12の代わりにPFD及びLPF(第2のLPF)を用いているので、第2のLPFの定数値が大きくならず、位相ノイズ特性を改善できる効果がある。   Further, according to the PLL circuit of the application example, since the PFD and the LPF (second LPF) are used instead of the phase lead / lag detector 11 and the integrator 12, if the constant value of the second LPF is large. The phase noise characteristics can be improved.

本発明は、ループゲインを大きくすることができ、位相の進み/遅れに応じてロックを維持でき、ループ利得が上がらない場合でも、ロック時の位相ノイズを良化できるPLL回路に好適である。   The present invention is suitable for a PLL circuit that can increase the loop gain, maintain the lock according to the advance / delay of the phase, and improve the phase noise at the time of the lock even when the loop gain does not increase.

第1のPLL回路の構成ブロック図である。It is a block diagram of the configuration of the first PLL circuit. 第2のPLL回路の構成ブロック図である。It is a block diagram of the configuration of the second PLL circuit. 第3のPLL回路の構成ブロック図である。It is a block diagram of the configuration of the third PLL circuit. 第4のPLL回路の構成ブロック図である。It is a block diagram of the configuration of a fourth PLL circuit. LPFの回路図である。It is a circuit diagram of LPF. オペアンプを用いたLPFの回路図である。It is a circuit diagram of LPF using an operational amplifier. PFDの回路図である。It is a circuit diagram of PFD. ICへの入力のタイムチャートを示す図である。It is a figure which shows the time chart of the input to IC. 従来の位相同期回路のブロック図である。It is a block diagram of the conventional phase locked loop. 従来のPLL回路の構成ブロック図である。It is a configuration block diagram of a conventional PLL circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1…入力端子、 2…第1の分周器、 3…第2の分周器、 4…位相比較器、 5…LPF、 6…加算器、 7…第1の増幅器、 8…VCXO、 9…第3の分周器、 10…第4の分周器、 11…位相進み/遅れ検出器、 12…積分器、 13…発振器、 14…ミキサ(MIX)、 15…水晶フィルタ(MCF)、 16…第2の増幅器、 17…出力端子、 20…OCXO   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Input terminal, 2 ... 1st frequency divider, 3 ... 2nd frequency divider, 4 ... Phase comparator, 5 ... LPF, 6 ... Adder, 7 ... 1st amplifier, 8 ... VCXO, 9 DESCRIPTION OF SYMBOLS 3rd frequency divider, 10 ... 4th frequency divider, 11 ... Phase advance / lag detector, 12 ... Integrator, 13 ... Oscillator, 14 ... Mixer (MIX), 15 ... Crystal filter (MCF), 16 ... second amplifier, 17 ... output terminal, 20 ... OCXO

Claims (6)

基準周波数を入力する入力端子と、
入力電圧に応じて周波数を出力する電圧制御発振器と、
前記入力電圧を増幅する第1の増幅器と、
前記基準周波数を分周する第1の分周器と、
前記電圧制御発振器からの出力を分周する第2の分周器と、
前記第1の分周器からの出力と前記第2の分周器からの出力を入力し、位相比較を行う位相比較器と、
前記位相比較器からの出力を平滑化するローパスフィルタと、
前記基準周波数を分周する第3の分周器と、
特定の周波数を発振する発振器と、
前記電圧制御発振器からの出力と前記発振器からの出力を合成する第1の合成器と、
前記第1の合成器からの出力を帯域制限する第1のフィルタと、
前記第1のフィルタからの出力を分周する第4の分周器と、
前記第3の分周器からの出力と前記第4の分周器からの出力を入力し、位相の進み又は遅れを検出する位相進み/遅れ検出器と、
前記位相進み/遅れ検出器からの出力を積分し、電圧を出力する積分器と、
前記ローパスフィルタからの出力と前記積分器からの出力を加算する加算器と、
第1のフィルタからの出力を増幅して出力端子に出力する第2の増幅器とを有し、
前記第3の分周器の出力と前記第4の分周器の出力は、同じ周波数となるまで各分周器で分周を行うよう設定され、
前記基準周波数を前記第1の分周器で分周した値と前記第1のフィルタから出力される周波数を前記第2の分周器で分周した値とが等しくなるように前記発振器で発振する特定の周波数を調整することを特徴とするPLL回路。
An input terminal for inputting a reference frequency;
A voltage controlled oscillator that outputs a frequency according to an input voltage;
A first amplifier for amplifying the input voltage;
A first divider for dividing the reference frequency;
A second divider for dividing the output from the voltage controlled oscillator;
A phase comparator that receives the output from the first frequency divider and the output from the second frequency divider and performs phase comparison;
A low pass filter for smoothing the output from the phase comparator;
A third divider for dividing the reference frequency;
An oscillator that oscillates a specific frequency;
A first combiner that combines the output from the voltage controlled oscillator and the output from the oscillator;
A first filter for band limiting the output from the first combiner;
A fourth divider for dividing the output from the first filter;
A phase advance / delay detector for inputting an output from the third frequency divider and an output from the fourth frequency divider, and detecting a phase advance or delay;
An integrator that integrates the output from the phase advance / lag detector and outputs a voltage;
An adder for adding the output from the low-pass filter and the output from the integrator;
A second amplifier for amplifying the output from the first filter and outputting it to the output terminal;
The output of the third divider and the output of the fourth divider are set to divide by each divider until the same frequency is reached,
The oscillator oscillates so that a value obtained by dividing the reference frequency by the first divider is equal to a value obtained by dividing the frequency output from the first filter by the second divider. A PLL circuit characterized by adjusting a specific frequency.
第1の合成器からの出力を分岐して入力し、帯域制限する第2のフィルタを有し、
第2の増幅器は、第1のフィルタからの出力を入力するのではなく、前記第2のフィルタからの出力を入力して増幅することを特徴とする請求項1記載のPLL回路。
A second filter for branching and inputting the output from the first synthesizer to limit the bandwidth;
2. The PLL circuit according to claim 1, wherein the second amplifier does not input the output from the first filter but amplifies the input from the second filter.
発振器からの出力を分岐して入力し、第1のフィルタからの出力と合成する第2の合成器と、前記第2の合成器からの出力を帯域制限する第2のフィルタとを有し、
第2の増幅器は、第1のフィルタからの出力を入力するのではなく、前記第2のフィルタからの出力を入力して増幅し、前記第1のフィルタの特性と前記第2のフィルタの特性を異なるようにしたことを特徴とする請求項1記載のPLL回路。
A second synthesizer for branching and inputting the output from the oscillator and synthesizing with the output from the first filter; and a second filter for band-limiting the output from the second synthesizer;
The second amplifier does not input the output from the first filter, but inputs and amplifies the output from the second filter, and the characteristics of the first filter and the characteristics of the second filter 2. The PLL circuit according to claim 1, wherein the two are different from each other.
電圧制御発振器から出力される周波数の温度特性に対して発振器から発振される特定の周波数の温度特性を同じに設定したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載のPLL回路。   4. The PLL circuit according to claim 1, wherein a temperature characteristic of a specific frequency oscillated from the oscillator is set to be the same as a temperature characteristic of a frequency output from the voltage controlled oscillator. 発振器の代わりに、特定の基準周波数を発振する恒温槽付水晶発振器を有し、
前記恒温槽付水晶発振器からの基準周波数が入力端子と第1の合成器に入力されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載のPLL回路。
Instead of an oscillator, it has a crystal oscillator with a thermostatic chamber that oscillates a specific reference frequency,
4. The PLL circuit according to claim 1, wherein a reference frequency from the crystal oscillator with a thermostatic bath is input to an input terminal and the first synthesizer. 5.
位相進み/遅れ検出器の代わりに、第3の分周器からの出力と第4の分周器からの出力を入力し、位相の進み又は遅れを検出し、検出結果を三値で出力する位相周波数検出器を有し、
積分器の代わりに、前記位相周波数検出器からの出力を平滑化して、電圧を出力する第2のローパスフィルタを有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか記載のPLL回路。
Instead of the phase advance / delay detector, the output from the third frequency divider and the output from the fourth frequency divider are input, the phase advance or delay is detected, and the detection result is output as a ternary value. Having a phase frequency detector;
6. The PLL circuit according to claim 1, further comprising a second low-pass filter that smoothes the output from the phase frequency detector and outputs a voltage instead of the integrator.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011244279A (en) * 2010-05-19 2011-12-01 Advantest Corp Pll frequency synthesizer

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