JP2013168990A - 多出力周波数シンセサイザにおける周波数制御のための装置と方法 - Google Patents

Abstract

【課題】共通の基準周波数信号に位相同期した２つ以上の信号を合成（シンセサイズ）する。
【解決手段】方法は、第１と第２の位相同期ループ回路２００′，２００″を使用して、基準クロック信号に位相同期する第１と第２の出力信号３５０，３７０を生成する工程を備える。第１の出力信号と第２の出力信号は、検出した周波数誤差から算出される調整パラメータを使用して、各々の位相同期ループ回路における周波数分周比を調整することにより別個に補正される。別の代表的な方法では、さらに第１の出力信号において検出された周波数誤差に応じて、第１の位相同期ループ回路における周波数分周比を調整し、制御信号３６０を生成して基準クロック信号の周波数を調整する。基準クロック周波数（ＦＲＥＦ）に対する調整はまた、第２の出力信号の周波数も調整する。
【選択図】図３

Description

本発明は一般には通信の分野に関するものであり、特に、セルラ電話機または他の通信機器における高精度な周波数源を生成および制御する技術に関する。

現代の通信機器は、有線または無線を介して通信するどちらの場合でも通常は、比較的安定した基準周波数で動作する少なくとも１つのクロックを必要とする。集積度が増すと、セルラ電話機等の機器は現在では共通して、無線ローカルエリアネットワーク（Ｗ−ＬＡＮ）トランシーバ、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））無線機、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）インタフェース等の付加的な通信機能を含むようになっている。さらに、セルラの標準規格はより複雑になってきており、それぞれ異なる動作周波数を使用できる複数の通信チャネルを同時に使用する傾向に向かっている。

各通信ブロックは、ベースバンド回路またはデジタル信号プロセッサにクロックを供給するため、または無線回路の中の局部発振器として使用するために、１つ以上のクロック周波数を必要とする。各ブロックに要求される正確な動作周波数は異なる場合があり、精度に対する要求条件も機能によって異なる。例えば、セルラ電話機は、電話機からの送信を受信する基地局における基準に関して、通常、約０．１ｐｐｍの精度の局部発振器を有さなければならない。基地局に相対的な電話機の移動によって生ずるドップラーシフトは最大で０．５ｐｐｍの明白な周波数シフトの原因となるので、この精度は通常は、公知の自動周波数制御（ＡＦＣ）技術を使用することにより達成することができる。一方で、ＧＰＳ受信機は、０．５ｐｐｍ程度の周波数精度、あるいは、２〜３ｐｐｍの周波数精度でさえも極めてよく動作するが、最良の動作性能を得るためには、測定時間間隔の間は、その周波数基準は２ｐｐｂ以内の安定性が要求されるであろう。これとは対照的に、ブルートゥース無線機では、基準周波数の精度は２０ｐｐｍ程度が要求されるだけである。

経費を最小にするために、複数のデバイスが基準クロックを共有することができる。例えば、ヴォール（Ｖｏｏｒ）他に特許された特許文献１は、セルラトランシーバとＧＰＳ受信機とを組み合わせた通信機器を記載している。ここでは、共有した基準クロックが使用されて、通信トランシーバのための局部発振器信号とＧＰＳ受信機のための高周波クロック信号を合成（シンセサイズ）している。しかしながら、基準クロックを共有することはいくつかの問題を引き起こす可能性がある。

第１に、例えば、セルラトランシーバの局部発振器（ＬＯ）が受信した基地局信号の周波数を追尾するためにＡＦＣを使用して基準クロック周波数を調整する場合には、基準クロック周波数の変動が、その基準を共有する他の回路の中で反映される。例えば、トンネルの中をドライブするときに生ずる可能性があるような、受信信号の一時的な損失は、損失を受けた信号に対するＡＦＣループの応答によって、基準クロック周波数に予期せぬ変動が引き起こされる場合がある。これらの変動はその基準を共有している他の回路における動作性能を劣化させる可能性がある。ドップラー誤差を追尾することにより基準周波数に生ずる変動もまた、基準クロックを共有している他の回路に伝搬して、これもまた、動作性能の劣化を起こす可能性がある。さらに、基準クロック周波数に対するＡＦＣ補正はそれが相対的には小さいとしても、ある決定的な間だけはクロックの安定度が要求されるようなアプリケーションでは動作性能が阻害される可能性がある。

上記した点を考慮に入れて、ここでは、単一の基準クロック信号から、通信機器における別々のアプリケーションに対して２つ以上のクロック信号を生成するための方法と装置を開示する。

米国特許第６，８６７，７３４号明細書 米国特許第６，８５６，７９１号明細書

ここで提示される教えとは、１つの共通の基準周波数信号に位相同期した２つ以上の信号をシンセサイズするための方法と回路を提供することである。いくつかの実施例においては、その方法は、第１と第２の位相同期ループ回路を使用して、基準クロック信号に位相同期した第１と第２の出力信号を生成する工程を備える。第１の出力信号において検出した周波数誤差に応じて、第１の位相同期ループ回路における周波数分周比を調整することにより、第１の出力信号を補正する。第２の出力信号は、その検出した周波数誤差から算出された調整パラメータを使用して、第２の位相同期ループ回路における周波数分周比を調整することにより、第１の出力信号への補正とは別個に補正される。

別の代表的な方法では、第１と第２の出力信号は、第１と第２の位相同期ループ回路を使用して、上述したように生成される。第１の出力信号において検出した周波数誤差に応じて、第１の位相同期ループ回路における周波数分周比を調整し、制御信号を生成して基準クロック信号の周波数を調整することにより、第１の出力信号が補正される。第２の出力信号は共通の基準クロック信号から導出されるので、基準クロック周波数に対する調整はまた、第２の出力信号の周波数を調整することにもなるであろう。いくつかの実施例においては、第２の位相同期ループ回路における周波数分周比を調整することにより、第２の出力信号に対する付加的な調整を施すことができる。

本発明の１つ以上の実施例に従う周波数シンセサイザ回路では、共通の基準クロック信号に位相同期された第１と第２の出力信号をそれぞれ生成するよう構成された第１と第２の位相同期ループ回路を備える。その周波数シンセサイザ回路は、第１の出力信号において検出された周波数誤差に応じて、第１の位相同期ループ回路における第１の周波数分周比を調整することにより、第１の出力信号を補正するよう構成された周波数補正回路をさらに備える。周波数補正回路はさらに、その検出された周波数誤差に基づいて調整パラメータを算出し、この調整パラメータを使用して、第２の位相同期ループ回路における第２の周波数分周比を調整することにより第２の出力信号を補正するよう構成される。

いくつかの実施例では、周波数補正回路は、オフセットに基づいて調整パラメータを算出し、第１と第２の出力信号の周波数を異なる割合に補正するよう構成される。１つ以上の実施例においては、周波数補正回路は、第１と第２の周波数分周比のいずれかあるいは全てに、または基準クロックに適用される調整をスケジュールし、アプリケーションに依存した１つ以上の時間間隔の間に生ずる、第１または第２の出力信号、またはそれら双方における周波数不連続を回避するよう構成される。

代表的な通信機器もまた開示される。この通信機器は、通信トランシーバ回路、第２の受信機回路、共通の基準クロック信号に位相同期した第１と第２の出力信号それぞれを生成するよう構成された第１と第２の位相同期ループ回路、および周波数補正回路を備える。第１の出力信号は通信トランシーバ回路によって使用され、第２の出力信号は第２の受信機回路によって使用される。周波数補正回路は、通信トランシーバ回路によって検出された第１の出力信号における周波数誤差に応じて、第１の位相同期ループ回路における第１の周波数分周比を調整し、制御信号を生成して基準クロック信号の周波数を調整することにより第１の出力信号を補正するよう構成される。いくつかの実施例においては、その周波数補正回路はさらに、検出された周波数誤差と基準クロック周波数に対する調整とに基づいて調整パラメータを算出し、この調整パラメータを使用して、第２の位相同期ループ回路における第２の周波数分周比を調整することにより第２の出力信号を補正するよう構成されると良い。

いくつかの実施例においては、第２の受信機は、ＧＰＳ受信機回路等の測位衛星受信機回路を備えることができ、周波数補正回路は、調整をスケジュールして衛星測位受信機回路によって行われる１つ以上の衛星信号測定の間に生ずる周波数不連続を回避するよう構成される。

無論のことながら、本発明は上記の特徴および利点に限られるものではない。当業者であれば、以下に示す詳細な説明を読み、添付図面を見ることにより、さらなる特徴と利点とを認識するであろう。

セルラ基地局と通信し、測位衛星の信号を受信する通信機器の１実施例のブロック図である。 位相同期ループ回路のブロック図である。 本発明の１つ以上の実施例に従った周波数シンセサイザ回路の機能ブロック図である。 共通の基準クロック信号に位相同期した複数の出力信号を生成し、検出した周波数誤差に応じてこれらの信号を補正する代表的な方法を示すフローチャートである。 本発明のいくつかの実施例に従った、検出した周波数誤差の第１と第２の部分との決定を例示するフローチャートである。 第１の出力信号における検出した周波数誤差と第２の出力信号における予測される誤差とに基づく第２の出力信号の補正を例示するフローチャートである。

次に、代表的なセルラ電話機を説明して、本発明の種々の側面を例示する。しかしながら、当業者であれば、記載の技術が、自動周波数制御（ＡＦＣ）のいずれかの形を使用する通信モード、さらにはＡＦＣを使用するかまたは使用しない１つ以上の他の無線または通信モード等をサポートする何らかの機器にも適用できることを理解するであろう。例えば、ここに記述する方法と回路は、これらの機器のいずれかが他の通信ブロックと統合されて、テレビジョン受信機、放送無線受信機、コードレス電話機等に使用することができる。従って、本発明は決して、セルラ電話機に対するアプリケーションに限定されるものではない。

図１はセルラ電話機１００を示す。セルラ電話機１００は、セルラトランシーバ１１０とＧＰＳ受信機１２０とを含む。セルラトランシーバ１１０はセルラアンテナ１１７を介してセルラ基地局１１５と通信を行う。ＧＰＳ受信機１２０は、アンテナ１２７を介して、１つ以上の測位衛星１２５からの測位信号を受信する。セルラ電話機１００はまた、ブルートゥース無線機１３０を含み、ブルートゥース無線機１３０はブルートゥースアンテナ１３２を介してブルートゥース機能を具備した他の機器と通信を行うことができる。

セルラ電話機１００はまた、周波数シンセサイザ回路１４０を含む。周波数シンセサイザ回路１４０は、基準クロック１５０からの基準クロック信号によって駆動され、セルラトランシーバ１１０とＧＰＳ受信機１２０のそれぞれに対して１つ以上のクロック信号を供給する。供給されるこれらのクロック信号のそれぞれは、アップコンバータ回路またはダウンコンバータ回路の中で直接に使用するための局部発振器（ＬＯ）信号であっても良いし、または、ＬＯとデジタルクロック信号との内の少なくともいずれかが導出される中間信号であってよい。図示した実施例では、ブルートゥース無線機１３０は、基準クロック１５０から直接供給される基準クロック信号を使用する。他の実施例においては、ブルートゥース無線機１３０には周波数シンセサイザ回路１４０によって生成される別のクロック信号が供給されてもよいであろう。制御プロセッサ１６０は、周波数シンセサイザ回路１４０とともに、ＧＰＳ受信機１２０、セルラトランシーバ１１０、および、ブルートゥース無線機１３０を制御する。

図２は位相同期ループ（ＰＬＬ）回路２００を示す。ＰＬＬ回路２００は、周波数シンセサイザ回路１４０の中で使用され、基準クロック信号に位相同期した出力信号を生成することができる。ＰＬＬ回路２００は、発振器２１０、デルタシグマ（ΔΣ）周波数分周器２２０、位相検出器２３０、チャージポンプ２４０、ループフィルタ２５０、および、基準分周器２６０を備える。ＰＬＬの動作はこの技術分野では公知であり、従って、ここでは簡単に議論するだけとする。一般的に表現すれば、発振器２１０によって生成される周波数ｆ_outにおける出力信号はΔΣ分周器２２０にフィードバックされ、ΔΣ分周器２２０は周波数がｆ_out／Ｎの信号を出力する。以下でより詳細に検討するように、ΔΣ分周器２２０は高分解能で整数でない周波数分周比で動作することができる。ΔΣ分周器２２０の出力は位相検出器２３０に供給されて、そこでΔΣ分周器２２０の出力は基準信号と比較される。図２における基準信号は、周波数分周比Ｒを有する基準分周器２６０を使用して基準クロック信号（周波数はｆ_REF）を分周することにより得られる。（当業者が認識するように、基準周波数を分周するのはオプションである。また、基準周波数を分周しないなら、この解析の目的に対してはＲ＝１である。）位相検出器２３０は、分周出力信号と分周基準信号との相対位相を比較し、チャージポンプ２４０を使用して、ループフィルタ２５０と発振器２１０とを駆動する信号を生成する。ループフィルタは、位相検出器２３０とチャージポンプ２４０とによって生成される補正信号を効率よく積分して制御信号を生成する。この制御信号は、位相検出器２３０において比較された信号が一定（通常はゼロ）の位相差を有するように、発振器２１０の出力周波数（および位相）を制御する。従って、位相検出器２３０の入力における信号は、同一の周波数になるように駆動され、発振器２１０からの出力信号の周波数はｆ_out＝（Ｎ／Ｒ）ｆ_REFで安定化する。

ＰＬＬ回路２００は、分数分周方式周波数シンセサイザ（フラクショナルＮ周波数シンセサイザ）の１つの例である。一般に、分数分周方式シンセサイザは、フィードバック分周比Ｎの高速な変化がＰＬＬ回路２００のローパス閉ループ応答によって平均化されるという事実を利用している。例えば、基準信号の１０周期の間に、もし分周比が、７周期にわたって整数Ｎ₁であり、残りの３周期にわたって整数Ｎ₂であったとすれば、平均分周比は（７Ｎ₁＋３Ｎ₂）／１０となる。当業者であれば、実効的な分周比が整数に限定されないことを認識するであろう。例えば、Ｎ₂＝Ｎ₁＋１であれば、先の例に対しては、実効的な分周比は（Ｎ₁＋０．３）になる。分数分周方式シンセサイザは、より小さな同調ステップサイズを得るために（または、等価的に、より高い周波数の基準周波数が使用できるように）数１０年にわたり使用されてきたが、歴史的には、出力信号の中の抑圧しがたいスプリアストーンが解決できないでいた。しかしながら、より最近になって、図２に示すΔΣ分周器の使用を含めて、瞬時のフィードバック分周比に対する変化の時系列を扱う全デジタル化した方法が開発されて、スプリアス応答の影響を最小にして、かつ殆ど任意の小さなステップサイズで分周比を変化させることができる柔軟性を得ることができるようになった。

適切に設計した分数分周方式シンセサイザでは同調ステップを非常に小さくできるので、周波数分周比Ｎを調整することにより、出力周波数の小さな調整または補正を施すことができる。その結果、従来は基準クロックの周波数を調整することにより実行されていた自動周波数制御（ＡＦＣ）を、ΔΣ分周器２２０における周波数分周比を調整することにより実行することができる。参照により本願に組み入れられるクレンメル（Ｋｌｅｍｍｅｒ）に特許され２００５年２月１５日に発行された特許文献２には、シンセサイズされた周波数における誤差を直接低減できる分数分周方式ＰＬＬ回路を使用した移動端末のためのＡＦＣ回路について記載している。シンセサイズされた出力周波数における周波数誤差は基地局から受信した信号を解析することにより検出され、制御信号が生成されて分数分周方式周波数分周比を調整し、その誤差を補償する。特許文献２に記載されている実施例では、その周波数誤差は、受信したＩ／Ｑコンステレーションにおけるシンボルの回転の平均速度を観測することにより検出される。外部の送信機から受信した信号に対する、周波数源の相対的な誤差の検出と測定に関しては、種々の技術が当業者にはよく知られている。

周波数分周器２２０に適用される周波数補正は、基準クロック信号には影響を与えないので、これらの調整は同様に、基準クロック信号の周波数を共有する他の回路にも影響を与えないであろう。図３は、２つのＰＬＬ回路２００を備える周波数シンセサイザ回路３００を示す。２つのＰＬＬ回路は図３ではＰＬＬ２００′およびＰＬＬ２００″で区別されており、それぞれは基準クロック１５０からの基準クロック信号によって駆動される。周波数シンセサイザ回路３００は、周波数補正回路３１０をさらに備え、周波数補正回路３１０はこれら出力信号の内の１つの出力信号における少なくとも検出された周波数誤差に応じて、ＰＬＬ２００′における周波数分周器２２０′を調整することにより、第１の出力信号３５０の周波数を補正するよう構成される。周波数補正回路３１０はさらに、制御信号３６０を生成し基準クロック１５０の周波数を調整するよう構成される。さらに、図３に示す代表的な実施例では、周波数補正回路はまた、ＰＬＬ２００″における周波数分周器２２０″に調整を施すよう構成される。

周波数分周器２２０′を調整することにより行う出力信号３５０に対する周波数補正は、出力信号３７０（ＰＬＬ２００″からの）に影響を与えないが、基準クロック１５０への調整は出力信号３７０に直接影響する。従って、第１の信号（出力信号３５０）の周波数に対する補正は、分周器２２０′の周波数分周比に対する調整と基準クロック１５０に対する調整との間に配分することができる。この配分は、第２の出力（出力信号３７０）の周波数に対して所望の補正に基づいて行うことができる。例えば、出力信号３５０において＋５ｐｐｍの周波数誤差が検出された場合を考える。（正の誤差は、出力信号３５０の周波数は所望の周波数よりも高いことを意味すると任意に定義することができる。）周波数補正回路３１０は、周波数補正回路３１０が行うべき補正の内の３ｐｐｍを、ＰＬＬ２００′の中の周波数分周器２２０′の調整に配分するよう構成することができる。従って、分周器２２０′の周波数分周比を設定する制御信号は、出力信号３５０の周波数が所望の周波数に対して相対的に３ｐｐｍ（または０．０００３％）だけ低くされるよう調整される。従って、周波数補正回路３１０は、制御信号３６０を生成して基準クロック１５０を調整し、誤差の残りの部分を取り除くことができる。なお、いくつかの実施例では、周波数補正回路３１０は、所望の調整に基づいて、制御信号３６０を算出して基準クロック１５０を調整しても良い。他の実施例では、検出した誤差に基づいて、従来の閉ループ技術を使用してアナログ制御信号３６０を生成し基準クロックを調整することにより、分周器２２０′の調整によってでは補正されない何らかの周波数誤差も取り除くようにすることができる。

これまでの例は数値の詳細を加えることによって、さらに明確にすることができる。基準クロック周波数ｆ_REFを２６．００ＭＨｚ、所望の出力周波数を８６９．０１ＭＨｚであると仮定する。さらに、基準分周器２６０は使用せず、あるいはＲ＝１であると仮定する。従って、分周比Ｎの公称値は約３３．４２３４６２と設定されなければならない。（無論のことながら、実際は、分周比は２進数表現で定義することができる。さらに、実際の機器では、分解能はこの例において暗示されるものよりも低くてよい。）さらに、生成された出力信号３５０を受信信号と比較して４．０ｋＨｚの周波数誤差が検出されたと仮定する。換言すれば、所望の周波数は８６９．０１０ＭＨｚのところを、実際の出力周波数は８６９．０１４ＭＨｚと求められたと仮定する。相対値で表現すれば、この誤差は約４．６ｐｐｍの量である。この周波数誤差は、ドップラーシフトによって生ずる誤差とともに、基準クロック１５０における温度に関連するドリフトによって生ずる誤差を含むかもしれない。この誤差は、分周器２２０′の周波数分周比Ｎの値を調整して３３．４２３３０８とすることによって、殆ど完璧に補正することができる。換言すれば、Ｎの値を僅かに下方に０．０００１５４だけ調整することにより、０．１ｐｐｍより十分に低い誤差とすることができる。

先に注記したように、分周器２２０′単独にＡＦＣを適用することにより、分周器２２０′と同様に基準クロック１５０から導出される出力信号３７０の周波数には影響を与えない。しかしながら、もし検出された周波数誤差の一部分が基準クロック１５０を調整することにより補正されるとすれば、出力信号３７０も同じ割合で調整される。例えば、上記の例では、出力信号３５０は、約＋４．６ｐｐｍの初期周波数誤差を有するよう決定された。この誤差の内、約＋０．３ｐｐｍがドップラーシフトによって生じ、残りの＋４．３ｐｐｍは基準クロック１５０における誤差に帰することができるとわかる、または推定することができる。出力信号３５０は、上述したように、分周器２２０′の周波数分周比への調整と基準クロック１５０への調整との間で調整を配分することにより補正することができる。この場合は、基準クロック１５０によって生ずる誤差の部分が適切に推定されたと仮定すれば、出力信号３７０は基準クロック１５０に対する調整の結果として補正されるであろう。

周波数分周器２２０′と基準クロック１５０に対して独立な調整を施すよう周波数補正回路３１０を構成することによって、２つの自由度を得ることができることを、当業者は直ちに認識するであろう。従って、出力信号３５０と出力信号３７０は、独立に調整または補正を行うことができる。これらの調整は、分周器２２０′、制御信号３６０を生成するための制御回路、および周波数計画の詳細設計によって課せられる範囲と分解能の限界の中では完全に任意である。従って、調整は、所望のオフセットに基づいて、周波数分周器２２０′と基準クロック１５０に対して配分し、第１と第２の出力信号周波数を異なる割合で補正することができる。

またさらに、周波数補正回路３１０をＰＬＬ２００″の中の周波数分周器２２０″に対しても調整を施すよう構成することにより、第３の自由度を得ることができる。これは、例えば、基準クロック１５０が、さらに別の回路、例えば、追加された通信トランシーバ等により使用される場合に有効であるだろう。基準クロック１５０に対する調整が行われなければ、出力信号３７０に対する所望の補正は、出力信号３５０に施す補正の全部または一部に対して整合がとれるよう、直接算出して分周器２２０″に適用することができる。一方、基準クロック１５０に対する調整が行われる場合には、その調整の大きさは、出力信号３７０に対する所望の調整または補正を達成するために要求される分周器２２０″に対して予測する調整に対応していなければならない。例えば、以前の例では、出力信号３５０において＋４．６ｐｐｍの誤差が検出されて、周波数分周器２２０′を調整することにより＋０．３ｐｐｍの誤差が補正され、基準クロック１５０を調整することにより残りの＋４．３ｐｐｍの誤差が補正された（上記の例におけるように、＋４．６ｐｐｍの誤差が正の誤差に対応するならば、基準クロックの周波数を下方に調整してその誤差を相殺する）。出力信号３７０の周波数もまた、基準クロック１５０に対する調整によって影響を受けるので、出力信号３７０の周波数は対応する割合だけ下げられる。例えば、周波数誤差の独立な要因を補償するために、出力信号３７０に対して異なる調整が望まれる場合には、周波数分周器２２０″に対して付加的な調整を施すことができる。この独立な要因は、出力信号３７０を受信信号と比較する等によって測定または検出することができる。または、例えば、出力信号３５０において検出された誤差、または基準クロック１５０の動作特性に関わる知見に基づいて予測することができる。または、衛星１２５からの衛星測位信号等の受信信号において予測されるドップラーシフトに基づいて予測することができる。従って、基準クロック１５０の補正によって生ずる出力信号３７０に対する調整を、分周器２２０″に対してオフセットまたはさらなる調整を加えて同じ方向に周波数シフトを生じさせることにより、増加させることができる。あるいは、反対方向に周波数をシフトさせるような調整を付加することにより、または、分周器２２０″の周波数分周比に対して十分に大きな調整を加えて完全に反対方向にすることにより、総合的な調整を低減することができる。

従って、当業者であれば、上述した回路とその変形によって可能となる制御の柔軟性と範囲とを理解するであろう。いくつかのアプリケーションでは、ただ２つの制御点が要求されるだけであるが、３つの制御点が要求される場合もある。従って、いくつかの実施例では、周波数補正回路３１０は周波数分周器２２０′とともに基準クロック１５０を調整するよう構成することができ、または他の実施例では、周波数分周器２２０′と周波数分周器２２０″とだけを調整するよう構成することができる。３つの制御点を必要とするアプリケーションに対しては、周波数補正回路３１０は、図３に示すように、周波数分周器２２０′と周波数分周器２２０″とともに、基準クロック１５０も調整するよう構成することができる。当業者であれば、さらなる調整を行うよう構成された追加的なＰＬＬ回路２００を含むさらなる変形もまた可能であることを認識するであろう。

当業者はまた、上述した周波数シンセサイザ回路３００のいくつかの機能要素は、１つ以上のマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサの上で実施することができ、また、それらの間に適切なアプリケーションプログラムインタフェースを使用して、それらを協働的にまたは個別的な形で実行することができることを認識するであろう。１つ以上のこれらの要素は、制御プロセッサ１６０、または、例えば、セルラトランシーバ１１０またはＧＰＳ受信機１２０が共有するプロセッサ上で実行することができる。あるいは、これらの要素は、個別のハードウェア機器を使用して実現することができる。基準分周器２６０やΔΣ分周器２２０等のいくつかの機能ブロックは、個別の集積回路を使用して実現することができる。または、デジタルのまたは混成信号のアプリケーション専用集積回路（ＡＳＩＣ）の部分として集積化することができる。位相検出器２３０、チャージポンプ２４０、およびループフィルタ２５０も同様に、１つ以上の個別の集積回路を備えるか、または１つのＡＳＩＣに集積することができる。いくつかの実施例においては、ループフィルタ２５０は従来のアナログ素子を使用することができるが、他の実施例においては、位相同期ループ２００には全デジタル化した設計を導入することができる。同様に、ＶＣＯ２１０は個別アナログ回路を備えても良いが、または、デジタルまたは混成信号ＡＳＩＣで実現することができる。基準クロック１５０は通常、水晶を基本とした発振器を有し、当該技術で既知の種々の方法で補償または安定化することができる。しかし他の基準クロック信号源も使用することができる。これらの設計の選定には、経費、動作性能、および保守に関するトレードオフが本質的に必要であることを当業者であれば認識するであろう。

図４は、１つの基準クロック信号に位相同期した２つ以上の出力信号をシンセサイズするための代表的な方法を示すフローチャートである。この方法は、例えば、図３に示す周波数シンセサイザ回路３００またはその変形の内の１つを使用して実行することができる。図４に示した方法は、図３に示した構成要素に関連して以下で説明するが、当業者は、代替の回路構成および機能的に等価な構成要素も適切な環境下では使用することができることを認識するであろう。

ブロック４１０では、第１のＰＬＬ回路２００′を用いて、第１の出力信号３５０が生成され、基準クロック信号に位相同期される。ブロック４２０では、第２のＰＬＬ回路２００″を用いて、第２の出力信号３７０が生成され、同じ基準クロック信号に位相同期される。代表的なＰＬＬ回路２００の動作は上述したので、ここでは繰り返さない。

ブロック４３０では、第１の出力信号３５０において周波数誤差が検出される。以前に検討したように、この周波数誤差は、出力信号３５０の周波数を遠隔の送信機から受信する信号を比較することにより検出することができる。無線通信システムにおいては、例えば、基地局からの送信は通常、極度に安定な基準から生成される。移動局からの送信は、一般に、精度が０．１ｐｐｍ程度以内の基準周波数に基づいていなければならない。このことは通常、１つ以上の公知の自動周波数制御（ＡＦＣ）技術を使用して達成される。この技術の１つは、上述したように、受信信号から導出するＩ／Ｑコンステレーションの回転の平均速度を測定することに関わる。受信信号は通常、送信信号の生成のために使用した基準周波数と同一のまたは関連する基準周波数を使用してダウンコンバートされているので、Ｉ／Ｑコンステレーションの回転の測定から検出される誤差は、送信局部発振器信号における周波数誤差を補正するために使用することができる。

ブロック４４０では、周波数補正回路３１０は基準クロック１５０の周波数を調整することにより、検出された周波数誤差の少なくとも第１の部分を補正する。上述したように、周波数補正回路３１０は、同調ワード等のデジタル制御信号を算出生成し、基準クロック１５０の周波数を調整することができる。あるいは、検出した誤差は、それがデジタル形式であれば、アナログ制御インタフェースを介して、基準クロック１５０の調整に使用するアナログ信号に変換することができる。これは、例えば、バラクタをベースとした電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）を制御するためには必要であるだろう。基準クロック１５０を調整するために生成された制御信号３６０は、温度補償等の基準クロック１５０に施される他の調整と組み合わせることができる。または別個に適用することもできる。

上述のように、基準クロック１５０を調整することにより補正される検出された周波数誤差部分は、任意に選定することができる。あるいは、基準クロック１５０の補正は、検出した周波数誤差の第２の部分の補正を分周器２２０′の周波数分周比を使用して行った後の、残りの周波数誤差の補正を行う処理を含むと良い。周波数補正回路３１０はまた、クロックに基づいた誤差要因に帰することができる誤差の予測値または測定値に基づいて、周波数誤差補正の一部分を基準クロックの調整に配分するよう構成することができる。例えば、周波数補正回路３１０は、温度データが供給されて、温度によって生ずる周波数誤差成分を予測するよう構成することができる。この予測した誤差成分は、基準クロック周波数に適用される補正に配分することができる。

いくつかの実施例では、周波数補正回路３１０は、複数の誤差測定値を所定の時間間隔にわたって平均化し、周波数誤差の平均値を求めるよう構成することができる。これは、検出された誤差が何秒かまたは何分かにわたって変動する場合に特に有効である。これらの変動は、恐らくは、相対速度の変化によって生ずるドップラーシフトにおける変動に起因するものであろう。周波数補正回路３１０は、この平均誤差を基準クロック１５０に配分し、それに対応して基準クロック周波数を調整するよう構成することができる。

ブロック４５０では、第１の出力信号３５０において検出された周波数誤差の第２の部分は、周波数分周器２２０′における周波数分周比を調整することにより補正される。検出された周波数誤差の第２の部分は、第１の部分に関連する周波数誤差の残りの部分を含むことができる。あるいは、周波数補正回路３１０は、特定なアプリケーションと状況によっては、過小補正または過大補正するよう構成することができる。さらに、周波数誤差の第２の部分に対する調整が実際には最初に適用されても良い。例えば、周波数補正回路３１０は、周波数分周器２２０′を介して行われる所望の調整の値を算出して、この調整を施し、その後に、閉ループＡＦＣ回路をイネーブルにして、基準クロック周波数を調整することにより残りの周波数誤差を除去することができる。

図４に示された方法では、最後にブロック４６０において、周波数補正回路３１０は、第２のＰＬＬ回路２００″の分周器２２０″における周波数分周比を調整することにより、第２の出力信号３７０の補正を行う。先に注記したように、第２の出力信号３７０への補正は、第２の出力信号における誤差の測定値または予測値に基づいてなされても良い。そして、通常は、基準クロック１５０に対して行う何らかのの調整も考慮に入れるであろう。

図４に示された方法は、３つの調整（分周器２２０′、分周器２２０″、及び、基準クロック１５０に対して）を行って２つの出力信号３５０、３７０の補正を行う。他の実施例においては、出力信号３５０、３７０は、これら３つの制御点の内の２つだけを使用して制御しても良い。例えば、調整は分周器２２０′と基準クロック１５０との間で配分して、出力信号３５０、３７０に対して独立した制御を施すことができる。同様に、分周器２２０′と分周器２２０″とを独立に調整することもできる。

ここに記述した方法によって提供される柔軟性は、受信機機能またはトランシーバ機能の動作が基準周波数の変化に敏感である場合に特に有用であろう。例えば、ＧＰＳ受信機は通常、相関演算を実行することにより、受信した拡散スペクトラム信号の検出を行う。所望の感度を達成するために、この相関を取る演算は数１００ｍｓにわたって行われる。この演算中に基準信号周波数の変化があれば、相関演算が妨害され、その結果、測定を価値のないものにしてしまう可能性がある。従って、本発明のある実施例では、周波数補正回路３１０は、分周器２２０′と分周器２２０″のいずれかまたは全て、または基準クロック１５０に対して施す調整をスケジュールするよう構成し、そのアプリケーションに依存した決定的な時間間隔の間における出力信号の周波数不連続（例えば、周波数の突然の変化）を回避することができる。このスケジューリングは、調整を据え置くべきであることを指示する信号等の、そのアプリケーション回路からの信号を受信することにより実行することができる。ある実施例においては、周波数補正回路３１０は、アプリケーションに依存する特定の時間間隔を規定する情報が提供されて、この情報から調整を行うためのスケジュールを展開することができる。

いくつかの場合には、この調整のスケジュールが、ある特定の補正の行い方に対して一時的に影響を与えるだけであるという場合もある。例えば、周波数誤差がセルラトランシーバ１１０に使用される出力信号において検出された場合を考えてみる。もし、調整スケジュールが第２の出力信号に影響する調整を禁止しているとすれば、セルラ信号は、対応する周波数分周器２２０を調整することにより直ちに補正することができる。この調整は第２の出力信号には何の影響も与えないであろう。その後、第２の出力信号に影響する調整の禁止が解けてから、補正の全てまたは一部分を基準クロック１５０の調整に配分することにより、第１の出力信号に対する補正を再配分することができる。

ある実施例においては、基準クロック１５０に対する比較的大きな調整は望ましくない場合がある。このような実施例においては、周波数補正回路３１０は、第１の出力信号３５０に対して所望の補正を周波数分周器２２０′と基準クロック１５０との間で継続的に配分することにより、基準クロックに対する調整を徐々に導入するよう構成することができる。この継続的な調整は、所定の時間間隔にわたって基準クロック１５０と周波数分周器２２０′とに適用し、検出された周波数誤差の補正全体のより多くの部分を徐々に基準クロック周波数の調整にシフトさせて行くことができる。いくつかの実施例では、これらの調整を計算し、継続的な調整での各調整において、基準クロック周波数の調整に、補正全体の内の寄与部分を増加させながらシフトするようにできる。他の実施例においては、この時間間隔は前もって決定される必要はない。むしろ、連続的な調整は固定のステップサイズ、または最大のステップサイズを使用して行い、誤差補正の所望する部分が基準クロック周波数の調整にシフトするまで連続的に行うことができる。

図５は、周波数分周器２２０′と基準クロック１５０との間に調整を配分する代表的な方法を示すフローチャートである。ある実施例においては、この配分は、図４に示す方法と組み合わせることができる。この場合には、これらのステップは、ブロック４３０とブロック４４０との間に挿入することができる。いずれの場合においても、検出した周波数誤差に基づいて、周波数誤差の第１の部分はブロック４３２で求められる。ここで、第１の部分は長期間誤差の要因に対応する。これらの誤差要因は、例えば、基準クロック１５０の同調における固定的な誤差、基準クロック１５０に及ぼす温度効果によるゆっくりと変動する誤差、または、ほとんど放電してしまった電池から供給される低下電圧によって誘起される誤差を含むかもしれない。ブロック４３４において、検出された周波数誤差の第２の部分が求められる。第２の部分は、短期間誤差の要因に対応する。短期間誤差は、例えば、ドップラーシフトから生ずることがある。検出した周波数誤差のこれら第１の部分と第２の部分が求められたなら、周波数補正回路３１０がそれらを使用して、図４に示すように、例えば、分周器２２０′と基準クロック１５０との間での調整を配分することができる。

図６は、第１の出力信号３５０において検出された周波数誤差と第２の出力信号３７０において予測または検出された誤差とに基づいた、第２の出力信号３７０の補正をより詳細に示したものである。第１の出力信号３５０において検出された周波数誤差の全部または一部分が、例えば、基準周波数誤差によって生ずることが知られているとすれば、第２の出力信号３７０に対して対応する誤差は予測することができる。しかしながら、他の要因もまた予測される誤差に寄与する可能性がある。いずれの場合においても、ブロック４５５では、周波数補正回路３１０は、第１の出力信号３５０において検出された周波数誤差と第２の出力信号３７０において検出または予測された誤差とに基づいて、調整パラメータを算出する。予測される誤差は、例えば、ＧＰＳ受信機で受信される測位信号において予期されるドップラーシフトを含んでも良い。調整パラメータは、第１の出力信号３５０において検出される誤差を考慮に入れて算出される。この算出は直接に行われるか、または、周波数分周器２２０′と基準クロック１５０との内の少なくともいずれかに対してなされる調整を介して第１の出力信号３５０に対して行った補正という形で行うかである。例えば、周波数補正回路３１０は、いくつかの実施例においては、分周器２２０′における周波数分周比だけを調整することにより、第１の出力信号３５０を補正するかもしれない。この場合は、周波数補正回路３１０は、検出した誤差に直接基づいて、第２の出力信号３７０の補正に使用するための調整パラメータを算出するかもしれない。別の実施例においては、基準クロック１５０を調整することにより、第１の出力信号３５０において検出された周波数誤差の少なくとも一部を補正することができる。この場合は、誤差の配分と検出した誤差とを使用して、第２の出力信号３７０に対する所望の調整を算出することができる。

当業者であれば、これまでの検討から、ここで説明した方法と回路の、図１に示した多機能通信機器等の通信機器に対する適用性を理解するであろう。通信機器１００は、セルラトランシーバ回路１１０として図１に示す通信トランシーバ回路と、ＧＰＳ受信機１２０として図１に示す第２の受信機回路を備える。周波数シンセサイザ回路１４０は、図３に示す周波数シンセサイザ回路３００と対応しており、それぞれ、第１と第２の出力信号３５０、３７０を生成するよう構成された第１と第２の位相同期ループ回路２００′、２００″を備えることができる。第１と第２の出力信号３５０、３７０は基準クロック１５０からの共通の基準クロック信号に位相同期している。第１の出力信号は通信トランシーバ回路１１０によって使用され、第２の出力信号は第２の受信機回路１２０によって使用される。

周波数シンセサイザ回路１４０は周波数補正回路３１０をさらに備えることができる。周波数補正回路３１０は、通信トランシーバ回路１１０によって検出された第１の出力信号における周波数誤差に応じて、第１の位相同期ループ回路２００′における第１の周波数分周比を調整し、制御信号を生成して基準クロック信号の周波数を調整することにより、第１の出力信号を補正するよう構成される。いくつかの実施例においては、周波数補正回路３１０はさらに、検出した周波数誤差と基準クロック周波数への調整に基づいて調整パラメータを算出し、その調整パラメータを使用して第２の位相同期ループ回路２００″における第２の周波数分周比を調整することにより、第２の出力信号を補正するよう構成することができる。いくつかの実施例においては、周波数補正回路３１０は、位相同期ループ回路２００′と２００″のいずれかまたは全て、または基準クロック１５０に対する調整をスケジュールし、衛星測位受信機回路によりなされる１つ以上の衛星信号測定の間に生ずる周波数不連続を回避するよう構成することができる。

当業者であれば、前述の説明と添付図面は、１つの共通の基準信号に位相同期した複数の信号をシンセサイズするためにここで教示する方法と装置の非限定的な例を示していることを認識するであろう。従って、本発明は以下に続く請求の範囲とそれらの法的均等物によってのみ限定される。

Claims (25)

1. 基準クロック信号に対して位相同期した第１の出力信号を生成するよう構成された第１の位相同期ループ回路と、
   前記基準クロック信号に対して位相同期した第２の出力信号を生成するよう構成された第２の位相同期ループ回路と、
   前記第１の出力信号において検出された周波数誤差に応じて、前記第１の位相同期ループ回路における第１の周波数分周比を調整し、前記基準クロック信号の周波数を調整するための制御信号を生成することにより、前記第１の出力信号を補正するよう構成された周波数補正回路とを有することを特徴とする周波数シンセサイザ回路。
2. 前記周波数補正回路は、前記検出された周波数誤差に関し、１つ以上の相対的に長期的な要因について補正を行うために、前記制御信号を生成し、１つ以上の相対的に短期的な要因についての補正を行なうために前記第１の周波数分周比の調整を決定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の周波数シンセサイザ回路。
3. 前記周波数補正回路は、遠い場所にある送信機に相対した前記周波数シンセサイザ回路の動きの結果として得られるドップラーシフトに基づいた前記第１の周波数分周比の調整を決定するように構成されることを特徴とする請求項２に記載の周波数シンセサイザ回路。
4. 前記周波数補正回路は、前記基準クロック信号における基準周波数誤差に基づいて前記制御信号を生成するように構成されることを特徴とする請求項２に記載の周波数シンセサイザ回路。
5. 前記周波数補正回路は、平均した間隔にわたる前記検出された周波数誤差の平均に基づいて前記制御信号を生成し、前記周波数誤差平均と前記検出された周波数誤差との差に基づいて前記第１の周波数分周比の調整を決定するよう構成されることを特徴とする請求項２に記載の周波数シンセサイザ回路。
6. 前記周波数補正回路はさらに、前記検出された周波数誤差に基づく調整パラメータと前記基準クロック周波数に対する前記調整を算出し、前記調整パラメータを用いて、前記第２の位相同期ループ回路における第２の周波数分周比を調整することにより前記第２の出力信号を補正するよう構成されることを特徴とする請求項１に記載の周波数シンセサイザ回路。
7. 前記周波数補正回路は、前記基準クロック信号の周波数の調整と前記第１の周波数分周比の調整とをスケジュールし、１つ以上のアプリケーション依存の時間間隔の期間における前記第１或は第２の出力信号、或は、その両方における周波数不連続を回避するよう構成されることを特徴とする請求項１に記載の周波数シンセサイザ回路。
8. 前記周波数補正回路は、前記基準クロック信号の周波数と前記第１の周波数分周比に対して継続的な調整を適用し、前記検出された周波数誤差の全体的な補正の大部分を前記基準クロック信号の周波数の調整へと時間とともにシフトするよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の周波数シンセサイザ回路。
9. 基準クロック信号に対して位相同期した第１の出力信号を生成するよう構成された第１の位相同期ループ回路と、
   前記基準クロック信号に対して位相同期した第２の出力信号を生成するよう構成された第２の位相同期ループ回路と、
   周波数補正回路とを有し、
   前記周波数補正回路は、
   前記第１の出力信号において検出された周波数誤差に応じて、前記第１の位相同期ループ回路における第１の周波数分周比を調整することにより前記第１の出力信号を補正し、
   前記検出された周波数誤差に基づいて調整パラメータを算出し、
   前記調整パラメータを用いて、前記第２の位相同期ループ回路における第２の周波数分周比を調整することにより前記第２の出力信号を補正するよう構成されたことを特徴とする周波数シンセサイザ回路。
10. 前記周波数補正回路は、オフセットに基づいて前記調整パラメータを算出し、前記第１と第２の出力信号の周波数が異なる割合で調整されるようにすることを特徴とする請求項９に記載の周波数シンセサイザ回路。
11. 前記周波数補正回路は、前記第２の出力信号において検出された誤差に基づいて前記オフセットを決定するよう構成されることを特徴とする請求項１０に記載の周波数シンセサイザ回路。
12. 前記周波数補正回路は、前記第２の出力信号において予測された誤差に基づいて前記オフセットを決定するよう構成されることを特徴とする請求項１０に記載の周波数シンセサイザ回路。
13. 前記周波数補正回路は、前記第１の周波数分周比の調整と前記第２の周波数分周比の調整とをスケジュールし、１つ以上のアプリケーション依存の時間間隔の期間に、前記第１或は前記第２の出力信号、或はその両方における周波数不連続を回避するよう構成されることを特徴とする請求項９に記載の周波数シンセサイザ回路。
14. 基準クロック信号から２つ以上の出力信号を合成する方法であって、
    第１の位相同期ループ回路を用いて基準クロック信号に対して位相同期した第１の出力信号を生成する工程と、
    第２の位相同期ループ回路を用いて前記基準クロック信号に対して位相同期した第２の出力信号を生成する工程と、
    前記第１の出力信号において検出された周波数誤差に応じて、前記第１の位相同期ループ回路において第１の周波数分周比を調整し、制御信号を生成して前記基準クロック信号の周波数を調整することにより、前記第１の出力信号を補正する工程とを有することを特徴とする方法。
15. 前記第１の位相同期ループ回路において第１の周波数分周比を調整することには、遠い所にある送信機に相対した動きの結果得られるドップラーシフトに基づいて前記第１の周波数分周比を調整することを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記制御信号を生成することには、前記基準クロック信号における周波数誤差に基づいて前記制御信号を生成することを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
17. 前記制御信号を生成することには、平均した間隔にわたって得られた前記検出された周波数誤差の平均に基づいて前記制御信号を生成することを含み、
    前記第１の位相同期ループ回路において第１の周波数分周比を調整することには、前記周波数誤差平均と前記検出された周波数誤差との差に基づいて前記第１の周波数分周比の調整を決定することを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
18. 前記第１の出力信号において前記検出された周波数誤差に基づく調整パラメータと前記基準クロック周波数に対する前記調整を算出する工程と、
    前記調整パラメータを用いて、前記第２の位相同期ループ回路における第２の周波数分周比を調整することにより前記第２の出力信号を補正する工程とをさらに有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
19. 前記基準クロック信号の周波数の調整と前記第１の周波数分周比の調整とをスケジュールし、１つ以上のアプリケーション依存の時間間隔の期間における前記第１或は第２の出力信号、或は、その両方における周波数不連続を回避する工程をさらに有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
20. 基準クロック信号から２つ以上の出力信号を合成する方法であって、
    第１の位相同期ループ回路を用いて、基準クロック信号に対して位相同期した第１の出力信号を生成する工程と、
    第２の位相同期ループ回路を用いて、前記基準クロック信号に対して位相同期した第２の出力信号を生成する工程と、
    前記第１の出力信号において検出された周波数誤差に応じて、前記第１の位相同期ループ回路における第１の周波数分周比を調整することにより前記第１の出力信号を補正する工程と、
    前記検出された周波数誤差に基づいて調整パラメータを算出する工程と、
    前記調整パラメータを用いて、前記第２の位相同期ループ回路における第２の周波数分周比を調整することにより、前記第１の出力信号に対する補正とは別に、前記第２の出力信号を補正する工程とを有することを特徴とする方法。
21. 前記検出された周波数誤差に基づいて調整パラメータを算出することには、オフセットに基づいて前記調整パラメータを算出し、前記第１と第２の出力信号の周波数が異なる割合で調整されるようにすることを含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. 前記第１の周波数分周比の調整と前記第２の周波数分周比の調整とをスケジュールし、１つ以上のアプリケーション依存の時間間隔の期間に、前記第１或は前記第２の出力信号、或はその両方における周波数不連続を回避する工程をさらに有することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
23. 通信トランシーバ回路と、
    第２の受信機回路と、
    前記通信トランシーバ回路による使用のため、基準クロック信号に対して位相同期した第１の出力信号を生成するよう構成された第１の位相同期ループ回路と、
    前記第２の受信機回路による使用のため、前記基準クロック信号に対して位相同期した第２の出力信号を生成するよう構成された第２の位相同期ループ回路と、
    前記通信トランシーバ回路により検出された前記第１の出力信号における周波数誤差に応じて、前記第１の位相同期ループ回路における第１の周波数分周比を調整し、制御信号を生成して前記基準クロック信号の周波数を調整することにより、前記第１の出力信号を補正するよう構成された周波数補正回路とを有することを特徴とする通信機器。
24. 前記周波数補正回路はさらに、前記検出された周波数誤差に基づく調整パラメータと前記基準クロック周波数に対する前記調整を算出し、前記調整パラメータを用いて、前記第２の位相同期ループ回路における第２の周波数分周比を調整することにより前記第２の出力信号を補正するよう構成されることを特徴とする請求項２３に記載の通信機器。
25. 前記周波数補正回路は、前記基準クロック信号の周波数の調整と前記第１の周波数分周比の調整とをスケジュールし、１つ以上のアプリケーション依存の時間間隔の期間における前記第１或は第２の出力信号、或は、その両方における周波数不連続を回避するよう構成されることを特徴とする請求項２３に記載の通信機器。

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