JP2017063356A - Frequency multiplier circuit - Google Patents
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Description
本発明は整数のみならず少数点以下の数値を有する実数で基準周波数信号を逓倍可能な周波数逓倍回路に関するものである。 The present invention relates to a frequency multiplication circuit capable of multiplying a reference frequency signal not only by an integer but also by a real number having a numerical value of a decimal point or less.
「アナログCMOS集積回路の設計 応用編」第15章5節には一般的な周波数逓倍回路が記載されている。図1は一般的な位相同期(PLL)型周波数逓倍回路である。回路は位相比較器13、チャージポンプ14、ローパスフィルタ15、n分周器17、電圧制御型発振器(VCO)16からなる。これら構成回路に対し、位相比較に基準周波数信号とn分周器の出力を入力し、位相比較器で位相比較に基準周波数信号とn分周器の出力信号の波形の立ち上がりの差分を比較し差分の長さのパルスを生成する。このパルス波形をチャージプンプに入力し、チャージプンプで電流に変換し、フィルタ内の容量を充放電するとともにフィルタ出力電圧を平滑化する。この平滑化された電圧をVCOの制御電圧入力端子に入力し、制御電圧に相当する周波数の発振波形をVCO出力として出力する。さらに、この発振波形をn分周器に入力しVCO発振波形の1/nの周波数が波形を分周器出力となり、これを位相比較器に入力する構成になっている。
図2に図1回路の各構成回路の出力信号のタイミングチャートを示す。VCO出力をn分周器により分周し、周波数が1/nの矩形波を得る。図2ではn=4の例を示した。この分周器出力と基準周波数信号の波形の立ち上がり時刻の差分(位相差)を位相検出器により検出し、チャージポンプにより、立ち上がり時刻の差分の部分だけがHighとなるパルス波形を発生する。このパルス波形をローパスフィルタにより平滑化し、VCOの制御電圧とする。図1回路は負帰還制御回路となっており、分周器出力と基準周波数信号の波形の立ち上がり時刻の差分が0になるように制御される。分周器出力と基準周波数信号の波形の立ち上がりが一致することから分周器出力と基準周波数信号の波形の周期が一致し、分周器出力と基準周波数信号の周波数は一致する。このため、分周器の入力であるVCO出力の周波数は基準周波数信号のn倍に逓倍される。しかし、この回路では分周器の分周数と同一の逓倍しかできない。また分周器は入力波形の立ち上がりまたは立ち下がりで動作するため、VCO出力の1周期の時間でしか動作できないため、分周数nは整数しか実現できない。 FIG. 2 shows a timing chart of output signals of the respective constituent circuits of the circuit of FIG. The VCO output is divided by an n divider to obtain a rectangular wave with a frequency of 1 / n. FIG. 2 shows an example of n = 4. A difference (phase difference) between the rise time of the frequency divider output and the reference frequency signal waveform is detected by a phase detector, and a pulse waveform in which only the difference in the rise time is high is generated by the charge pump. This pulse waveform is smoothed by a low-pass filter to obtain a VCO control voltage. The circuit in FIG. 1 is a negative feedback control circuit, and is controlled so that the difference between the rise time of the waveform of the divider output and the reference frequency signal becomes zero. Since the rising edges of the waveform of the frequency divider output and the reference frequency signal match, the period of the waveform of the frequency divider output and the reference frequency signal matches, and the frequency of the frequency divider output and the reference frequency signal match. For this reason, the frequency of the VCO output, which is the input of the frequency divider, is multiplied by n times the reference frequency signal. However, this circuit can only multiply the frequency by the frequency division number of the frequency divider. Further, since the frequency divider operates at the rising or falling edge of the input waveform, it can operate only in the time of one cycle of the VCO output, and therefore the frequency dividing number n can be realized only as an integer.
これに対し、整数のみではなく少数点以下の数字を含む逓倍が可能な分数分周PLL型周波数逓倍回路が「ΔΣモジュレータを用いた可変分周器にいる分数分周PLLの検討」電気学会電子回路研究会 2015年3月5日 ECT-15-032等で提案されている。図3にこの回路を示す。この回路は前述のPLL型周波数逓倍回路のn分周回路をn分周とn+1分周を制御信号31で可変とできる可変分周器32とするものである。例えば、nを5とした場合、5分周を4回行い、次に6分周を1回行い、これを繰り返すと、平均的には5.2分周が実現できる。これにより、図3に示す周波数逓倍回路で小数を含む実数の逓倍が可能となる。しかし、基準周波数信号の1周期をTrefとすると、5分周の期間のVCO出力の1周期はTref/5となり、6分周の期間のVCO出力の1周期はTref/6となる。理想的な5.2分周のVCO出力の1周期はTref/5.2であるため、分数分周PLL型周波数逓倍回路のVCO出力波形の各々の立ち上がり時刻は、理想的なVCO出力波形の各々の立ち上がり時刻に対し位相誤差が発生してしまう。
On the other hand, a fractional frequency division PLL frequency multiplier that can multiply not only integers but also numbers less than a decimal point is "Frequency-divided PLL in a variable frequency divider using a ΔΣ modulator." Proposed by ECT-15-032 etc. on March 5, 2015. Figure 3 shows this circuit. In this circuit, the n frequency dividing circuit of the above-mentioned PLL type frequency multiplying circuit is a
図4は基準周波数信号の周波数を80kHz、n=12とし、nとn+1を1:1にすることにより分周数を12.5とした場合の分数分周PLL型周波数逓倍回路のVCO出力のシミュレーション結果のスペクトラム図である。VCO出力の周波数は基準周波数信号の周波数である80kHzの12.5倍である1MHzとなっているが、基準周波数信号の周波数の80kHzを逓倍数の小数部分である0.5で乗じた40kHzおきに、フラクショナルスプリアスと呼ばれる位相雑音が発生している。また、逓倍数が12.01のような小数が小さな値である場合、12分周を99回、13分周を1回行うため、図4と同じ条件ではフラクショナルスプリアスは800Hzに発生する。このように、VCO出力の逓倍周波数とフラクショナルスプリアスの周波数差が小さくなってしまい、このフラクショナルスプリアスを抑圧するためにはローパスフィルタ15のカットオフ周波数を十分に低減させる必要がある。この場合、フィルタの構成素子の素子値を大きくする必要があり、ICの場合ではフィルタをオンチップできない、800Hzおきに発生するスプリアスを十分に抑圧するためにはフィルタの時定数を大きくしなければならず、位相同期の時間が長くなってしまう欠点を有している。
Figure 4 shows the VCO output of the fractional frequency division PLL frequency multiplier when the frequency of the reference frequency signal is 80 kHz, n = 12, and n and n + 1 are 1: 1 and the frequency division is 12.5. It is a spectrum figure of a simulation result. The frequency of the VCO output is 1 MHz, which is 12.5 times the frequency of the
本発明は、従来の分数分周PLL型周波数逓倍回路の倍数の小数が小さな値である場合、フィルタの構成素子の素子値を大きくする必要があり、ICの場合ではフィルタをオンチップできない、フィルタの時定数が大きくなることにより位相同期の時間が長くなってしまうと言った欠点を解決するものである。また基準周波数信号の周波数が製造バラツキや温度変動によって変動しても、逓倍数を調整することによりこれらの変動を補償可能な機能を提供する。 The present invention requires that the element value of the constituent elements of the filter be increased when the fractional number of the conventional fractional frequency division PLL type frequency multiplication circuit is a small value. In the case of an IC, the filter cannot be on-chip. This solves the drawback that the time of phase synchronization becomes longer due to the increase of the time constant. Further, even if the frequency of the reference frequency signal fluctuates due to manufacturing variations or temperature fluctuations, a function capable of compensating for these fluctuations by adjusting the multiplication number is provided.
従来の周波数逓倍回路ではPLLの帰還ループに挿入した分周器と位相同期機能を用いて逓倍を行っていたが、本発明はノーズシェーピングD/A変換器またはΔΣ変調器の原理を用いて周波数同期を行うことにより周波数逓倍を行う。 In the conventional frequency multiplication circuit, frequency division was performed using a frequency divider and a phase synchronization function inserted in the feedback loop of the PLL, but the present invention uses the principle of a nose shaping D / A converter or a ΔΣ modulator. Frequency multiplication is performed by synchronizing.
図5は本発明の元となるノイズシェーピングDACの一例であるΔΣD/A変換器の構成例である。入力信号50は16bit〜24bit程度のデジタル信号であり、減算器55により入力信号からレジスタ出力を減算しループフィルタに入力する。ΔΣ変調器ではループフィルタは一般的に離散積分特性1/(1-z-1)のn乗の特性としている。ループフィルタ出力は入力信号と同等以上のbit数の信号となる。このループフィルタの出力を量子化器に入力し16bit〜24bit程度以上のデジタル値を1bit〜4bit程度の低bitの信号57に変換する。この低bitの信号を低bitDACに入力すると共にレジスタの入力とし、レジスタはサンプリングクロックにより入力をラッチし出力する。この時、入力信号50をX、の低bitの信号57をY、量子化するときの丸め込み誤差(量子化雑音)をQとすると、Yはz関数表記で下式となる。
FIG. 5 is a configuration example of a ΔΣ D / A converter which is an example of a noise shaping DAC which is the basis of the present invention. The
Y = X + (1−z-1)n・Q (1)
(1−z-1)nはn次の微分特性であり、低周波領域ほど減衰の大きな特性となる。Qは量子化雑音であり、すべての周波数領域において均一な量の電力を有するので、Yは図6に示すような低周波領域ほど量子化雑音が小さな特性となる。このことから、入力信号が低周波または直流である場合は、低bit信号から高周波の量子化雑音を除去した信号は入力信号と一致することがわかる。
Y = X + (1−z -1 ) n ・ Q (1)
(1−z −1 ) n is an n-th order differential characteristic, and the attenuation becomes larger in the low frequency region. Since Q is quantization noise and has a uniform amount of power in all frequency regions, Y has a characteristic that the quantization noise becomes smaller in the low frequency region as shown in FIG. From this, it can be seen that when the input signal is low frequency or direct current, the signal obtained by removing high frequency quantization noise from the low bit signal matches the input signal.
図7に本発明の概念構成を示す。図5に示すΔΣD/A変換器の量子化器をDAC75、VCO76、カウンタ77で置き換えたものである。入力信号は逓倍数であり、固定小数点で表現される2進数であり、逓倍出力信号はVCO出力となる。ここで、ループフィルタ出力はDACでアナログ値に変換されてVCOの周波数制御信号となる。この周波数制御信号の電圧値に応じた周波数の信号がVCOから出力される。カウンタは1サンプリング期間内のVCO出力信号の波数をカウントし整数値のカウント数を出力する。ここでDAC入力のbit数は10bit〜16bit程度の多bitであり、カウンタ出力は逓倍数近傍の整数値となるため少bitとなる。これは図5で説明した量子化器と全く同一の動作である。このため本構成回路ではカウンタ出力の平均値と入力逓倍数は等しくなる。
FIG. 7 shows a conceptual configuration of the present invention. The quantizer of the ΔΣ D / A converter shown in FIG. 5 is replaced with a
DAC出力電圧値をVcont、VCOの中心発振周波数をFcent、VCO利得をGfv、基準周波数信号の周波数をFsamp、逓倍数をFDW, VCO出力周波数Fvco、カウンタ出力値をNcount、カウンタのリセットで発生する切り捨て誤差をQとすると、下記の式が成立する。 DAC output voltage value Vcont, VCO center oscillation frequency Fcent, VCO gain Gfv, reference frequency signal frequency Fsamp, multiplication factor FDW, VCO output frequency Fvco, counter output value Ncount, generated by counter reset If the truncation error is Q, the following formula is established.
Fvco = Fcent + Vcont・Gfv (2)
Ncount + Q = Fvco / Fsamp (3)
この回路の負帰還ループの作用で減算器83の出力値が0になるように制御されるので
FDW = Ncount (4)
となる。これから、
Fvco = FDW・Fsamp +Q・Fsamp (5)
となる。ここで誤差Qはランダム雑音なので長期間の平均は0となり、
Fvco = FDW・Fsamp (6)
となる。また、Vcontについては
Vcont = (FDW・Fsamp−Fcent) / Gfv (7)
が得られる。
これから、VCO出力は基準周波数信号の周波数の逓倍数を乗じた周波数になること、および、VCO制御電圧(Vcont)はVCOの発振周波数を中心発振周波数から基準周波数信号の周波数の逓倍数を乗じた周波数へ移動させる電圧値になることがわかる。この場合、逓倍数を16bitから24bit程度とすることができるので、小数点以下が5桁程度の逓倍数を設定することが可能になる。サンプリング信号に基準周波数信号を用いると、基準周波数信号を小数点以下の数値を有する逓倍数で逓倍可能な周波数逓倍回路を得ることができる。
Fvco = Fcent + Vcont ・ Gfv (2)
Ncount + Q = Fvco / Fsamp (3)
Since the output value of the subtracter 83 is controlled to 0 by the action of the negative feedback loop of this circuit,
FDW = Ncount (4)
It becomes. from now on,
Fvco = FDW ・ Fsamp + Q ・ Fsamp (5)
It becomes. Since the error Q is random noise, the long-term average is 0,
Fvco = FDW ・ Fsamp (6)
It becomes. For Vcont
Vcont = (FDW ・ Fsamp−Fcent) / Gfv (7)
Is obtained.
From this, the VCO output becomes the frequency multiplied by the frequency multiplication factor of the reference frequency signal, and the VCO control voltage (Vcont) is the VCO oscillation frequency multiplied by the frequency multiplication factor of the reference frequency signal from the center oscillation frequency. It can be seen that the voltage value is shifted to the frequency. In this case, since the multiplication number can be about 16 bits to 24 bits, it is possible to set a multiplication number of about 5 digits after the decimal point. When a reference frequency signal is used as the sampling signal, a frequency multiplication circuit capable of multiplying the reference frequency signal by a multiplication number having a numerical value after the decimal point can be obtained.
従来技術では基準周波数信号とVCO出力を分周した信号の位相を同期し周波数逓倍するのに対し、本発明では基準周波数信号の1周期の間のVCO出力の波数を逓倍数に合わせることにより周波数逓倍を行うものであり、従来技術とは逓倍原理の基本が異なる。このため、逓倍数を小数点以下の値を含む実数に設定する場合、従来技術ではn分周とn+1分周の可変分周により実現するためファラクショナルスプリアスが発生するが、本発明ではこのファラクショナルスプリアスが原理的に発生しない利点を有している。また、従来技術では基準周波数信号とVCO出力を分周した信号の立ち上がりが一致するタイミングで位相比較と同期のための動作を行うが、逓倍数が小数点以下の値を含む場合は、逓倍数のk倍が整数になるようなkをもとめ、基準周波数信号の波長のk倍ごとのタイミングでのみでしか位相比較と同期のための動作をすることができない。このため逓倍数の設定値によってはkが非常に大きな値になり、位相同期が困難になる。これに対し、本発明では1周期の間のVCO出力の波数の平均値をノイズシェーピング動作により逓倍数と同一にするようにするため、基準周波数信号とVCO出力を分周した信号の周波数が一致するための時間を短くすることが可能で、原理的には逓倍数を任意の実数とすることができる。 In the prior art, the phase of the reference frequency signal and the signal obtained by dividing the VCO output are synchronized and multiplied by the frequency. In the present invention, the frequency of the VCO output during one period of the reference frequency signal is adjusted by matching the frequency. Multiplication is performed, and the basic principle of multiplication is different from that of the prior art. For this reason, when the multiplication number is set to a real number including a value after the decimal point, the conventional technique generates a fractional spurious because it is realized by variable division of n division and n + 1 division. There is an advantage that no fractional spurious is generated in principle. In addition, in the prior art, the operation for phase comparison and synchronization is performed at the timing when the rising edges of the reference frequency signal and the signal obtained by dividing the VCO output match, but if the multiplication number includes a value after the decimal point, The operation for phase comparison and synchronization can be performed only at the timing of every k times the wavelength of the reference frequency signal by obtaining k such that k times becomes an integer. For this reason, depending on the set value of the multiplication number, k becomes a very large value, and phase synchronization becomes difficult. On the other hand, in the present invention, the frequency of the reference frequency signal and the signal obtained by dividing the VCO output coincide with each other so that the average value of the wave number of the VCO output during one period is made the same as the multiplication number by the noise shaping operation. It is possible to shorten the time required to do this, and in principle, the multiplication number can be any real number.
図8は本発明の請求項1の実施形態である。周波数逓倍回路は、定数である逓倍数80と基準信号である基準周波数信号81を入力とし、周波数逓倍回路の逓倍出力信号82はVCO86出力である。逓倍数80から基準周波数信号81をラッチクロックとして動作するレジスタ88の出力を減算器83で減算しループフィルタに入力する。ループフィルタは離散積分特性1/(1-z-1)のn乗の特性または利得を有するn次ローパスフィルタ特性を有する利得を持つデジタルフィルタまたは積分器である。このループフィルタのデジタル出力をDAC(D/A変換器)で電圧値または電流値に変換し、この電圧値または電流値をVCOの制御入力に入力しVCOの発振周波数を制御する。さらに、VCO出力をカウンタ87に入力し、VCO出力の波数をカウントする。このカウンタ出力をレジスタ88に入力し基準周波数信号81の立ち上がりまたは立ち下がりのタイミングでラッチするとともに、同一タイミングでカウンタの内容を0にリセットする構成となっている。ここでDACとVCOをデジタル値制御発振器(DCO)に置き換えても同等の回路となる。本回路は図7回路と同一であるため、DAC、VCO、カウンタを1つのブロックとし、量子化器として扱えば動作が前述したものと同一である。
FIG. 8 shows an embodiment of
図9は本発明の請求項2の実施形態である。DACの入力にデジタルフィルタ90を、DACの出力にアナログフィルタ91を挿入することによりVCOの制御入力に入力される制御電圧の雑音を低減することにより、VCO出力の位相雑音およびジッタを低減するものである。本例ではデジタルフィルタとアナログフィルタの両方を挿入しているが、どちらか一方だけも良い。どちらか一方でも雑音低減の効果は得られる。
FIG. 9 shows an embodiment of
図10は本発明の請求項3の実施形態である。定数である逓倍数80と基準周波数信号81が入力であり、VCO出力が逓倍出力信号82となる。定数3から乗算器105の出力を減算器83で減算しループフィルタに入力する。定数3は0とするが、他の値もよい。ループフィルタは離散積分特性1/(1-z-1)のn乗の特性または利得を有するn次ローパスフィルタ特性を有するデジタルフィルタである。このループフィルタのデジタル出力に定数1を加算器102で加算し加算結果をDAC(D/A変換器)で電圧値または電流値に変換し、この電圧値または電流値をVCOの制御入力に入力しVCOの発振周波数を制御する構成となっている。さらに、VCO出力をカウンタ87に入力し、VCO出力の波数をカウントする。このカウンタ出力をレジスタ88に入力し基準周波数信号81の立ち上がりまたは立ち下がりのタイミングでラッチするとともに、同一タイミングでカウンタの内容を0にリセットする。レジスタ出力から逓倍数80を減算器104で減算し、減算器104の出力に定数2を乗算器105で乗算し減算器83の減算入力とする構成となっている。ここでDACとVCOをデジタル値制御発振器(DCO)に置き換えても同等の回路となる。
FIG. 10 shows an embodiment of claim 3 of the present invention. A
定数1をC1とすると、前述(7)式から下式となる
Vcont + C1 = (FDW・Fsamp−Fcent) / Gfv (8)
ここでC1 = (FDW・Fsamp−Fcent) / Gfvとなるような値に定めておけばVcontの平均値を0とすることができる。また、
FDW = Fvco/Fsamp
であるので、(3)式から
Ncount−FDW = Ncount−Fvco/Fsamp = -Q (9)
となり、レジスタ出力から逓倍数を減算したものに定数2= C2を乗算したものは、
-Q・C2となる。ここでC2を1より小さい定数とすると、減算器83に帰還する値のなかのカウンタのリセットで発生する切り捨て誤差を小さくすることができ、VCO出力に発生する位相雑音を低減できる。
When constant 1 is C1, the following formula is obtained from the above formula (7).
Vcont + C1 = (FDW ・ Fsamp−Fcent) / Gfv (8)
If the value is set such that C1 = (FDW · Fsamp−Fcent) / Gfv, the average value of Vcont can be set to zero. Also,
FDW = Fvco / Fsamp
Therefore, from equation (3)
Ncount−FDW = Ncount−Fvco / Fsamp = -Q (9)
The result of subtracting the multiplication number from the register output multiplied by the constant 2 = C2 is
-Q / C2. Here, if C2 is a constant smaller than 1, the truncation error generated by resetting the counter among the values fed back to the subtracter 83 can be reduced, and the phase noise generated at the VCO output can be reduced.
図11は本発明の請求項4の実施形態である。第2のDAC115を有し、定数1を第2のDACによりアナログ値に変換し、第1のDAC出力とアナリグ値の加算器113により加算し加算結果をVCOの制御電圧としている。また請求項3の第1および第2の実施形態とも実施形態2のようにDACの前後にフィルタを挿入することもできる。
FIG. 11 shows an embodiment of claim 4 of the present invention. A
図12は本発明の請求項4の実施形態である。図10の請求項3の実施形態に直流検出回路121を追加した回路である。直流検出回路はループフィルタ84の出力の直流値を検出し、ループフィルタ84の出力が0になるような値を加算器103で加算しDACに入力する回路である。図13にこの動作を実現する直流検出回路の例をしめす。ループフィルタ出力の直流値をローパスフィルタで抽出し、この直流値を加算器133とレジスタ132からなる積分器で積分し、この積分値を出力とする。図12回路ではこの積分器出力がVCO、カウンタを介して負帰還されるため、ループフィルタ出力の絶対値が小さくなるように制御せれ、ループフィルタ出力の直流値が0となると積分値は変化しなくなる。これによりループフィルタ出力の直流値を0にすることが可能となる。
FIG. 12 shows an embodiment of claim 4 of the present invention. This is a circuit obtained by adding a
図14は本発明の請求項5の第1の実施形態である。係数141をa1としたとき、ループフィルタの特性(伝達関数)を離散積分特性1/(1- a1・z-1)とし、ΔΣ変調器の特性を持たせたものである。ΔΣ変調器は入力が0近傍の小さい直流値である場合、リミットサイクル発振と呼ばれる発振現象をおこし正常な動作をしなくなる。このとき、係数141を1より大きい値にすると、リミットサイクル発振が抑圧され正常に動作する。 FIG. 14 shows a first embodiment of claim 5 of the present invention. When the coefficient 141 is a1, the characteristic (transfer function) of the loop filter is the discrete integral characteristic 1 / (1-a1 · z −1 ), and the characteristic of the ΔΣ modulator is given. When the input is a small DC value near 0, the ΔΣ modulator causes an oscillation phenomenon called limit cycle oscillation and does not operate normally. At this time, if the coefficient 141 is set to a value larger than 1, limit cycle oscillation is suppressed and the circuit operates normally.
図15は本発明の請求項5の第2の実施形態である。ループフィルタとして離散積分器を2段直列接続したものを用い [1/(1- a1・z-1)]2とし、2次ΔΣ変調器の特性を持たせたものである。1段目出力に乗算器出力を負帰還させることにより、ループを安定化させた構成である。本実施形態でも入力が0近傍の小さい直流値である場合、リミットサイクル発振と呼ばれる発振現象をおこし正常な動作をしなくなる。このとき、係数141と係数147のどちらかを1より大きい値にすると、リミットサイクル発振が抑圧され正常に動作する。 FIG. 15 shows a second embodiment of the fifth aspect of the present invention. A loop filter with two stages of discrete integrators connected in series is used as [1 / (1-a1 · z -1 )] 2 and has the characteristics of a second-order ΔΣ modulator. The loop is stabilized by negatively feeding back the multiplier output to the first stage output. Even in this embodiment, when the input is a small DC value near 0, an oscillation phenomenon called limit cycle oscillation occurs and normal operation is not performed. At this time, if either the coefficient 141 or the coefficient 147 is set to a value larger than 1, limit cycle oscillation is suppressed and the circuit operates normally.
図16は本発明の請求項6の実施形態である。請求項6は請求項1から請求項5の全てに適用できるが、図16は請求項1の実施形態である図8に適用した例である。DAC58の出力をフィルタ161に入力し、フィルタ161の出力をVCO162の制御入力に入力し、VCO162の出力を周波数逓倍回路の出力とする。このとき、VCO162をVCO86と同一特性とし、かつフィルタをカットオフ周波数の低いローパスフィルタ特性とすることにより、実施形態1と同一の周波数同期時間でありなが、カットオフ周波数の低いローパスフィルタにより高周波雑音を除去し、周波数逓倍回路の出力としては低位相雑音特性を得ることができる。
FIG. 16 shows an embodiment of claim 6 of the present invention. Although claim 6 can be applied to all of
11:基準周波数信号、12:逓倍出力信号、13:位相検出器、14:チャージポンプ、15:ローパスフィルタ、16:電圧制御発振器、17: n分周器、
31:分周制御信号、32: n/n+1可変分周器、
50:入力信号、51:サンプリングクロック、52:ループフィルタ、53:量子化器、54:レジスタ、56:低bitDAC、57:低bit信号、58:アナログ出力、59:ΔΣモジュレータ、
75:DAC、76:VCO、77:カウンタ、
80:逓倍数、81:基準周波数信号、82:逓倍出力信号、83:減算器、84:ループフィルタ、85:DAC、86:VCO、87:カウンタ、88:レジスタ、
90:デジタルフィルタ、91:アナログフィルタ、
101:定数1、102:定数2、103:加算器、104:減算器、105:乗算器、106:定数3、
113:加算器、115:DAC、
121:直流検出回路、
130:入力、131:出力、132:レジスタ、133:加算器、134:ローパスフィルタ、135:積分器
141:係数1、142:レジスタ、143:加算器
144:減算器、145:レジスタ、146:加算器、147:係数2
161:フィルタ、162:VCO
11: Reference frequency signal, 12: Multiplication output signal, 13: Phase detector, 14: Charge pump, 15: Low-pass filter, 16: Voltage controlled oscillator, 17: n divider,
31: Frequency division control signal, 32: n / n + 1 variable frequency divider,
50: Input signal, 51: Sampling clock, 52: Loop filter, 53: Quantizer, 54: Register, 56: Low bit DAC, 57: Low bit signal, 58: Analog output, 59: ΔΣ modulator,
75: DAC, 76: VCO, 77: Counter,
80: Multiplier, 81: Reference frequency signal, 82: Multiplier output signal, 83: Subtractor, 84: Loop filter, 85: DAC, 86: VCO, 87: Counter, 88: Register,
90: Digital filter, 91: Analog filter,
101: constant 1, 102: constant 2, 103: adder, 104: subtractor, 105: multiplier, 106: constant 3,
113: Adder, 115: DAC,
121: DC detection circuit,
130: Input, 131: Output, 132: Register, 133: Adder, 134: Low-pass filter, 135: Integrator
141:
144: subtractor, 145: register, 146: adder, 147:
161: Filter, 162: VCO
Claims (6)
前記減算器で任意の実数である逓倍数から基準周波数信号をクロックとした前記レジスタの出力値を減算し、この減算値を前記ループフィルタに入力し、前記ループフィルタのデジタル出力を前記デジタルアナログ変換器(DAC)によりアナログ値に変換し、このアナログ値を前記電圧制御型発振器(VCO)に入力し、前記電圧制御型発振器(VCO)の発振出力を出力信号とし、この出力信号を前記カウンタの入力とし、前記出力信号の波数をカウントし、前記カウンタの出力を前記レジスタの入力とすると共に、前記基準周波数信号により前記カウンタの出力を”0”にリセットし、前記基準周波数信号の1周期の間の前記電圧制御型発振器(VCO)出力の波数をカウントし、このカウント数の平均を逓倍数と一致させることを特徴とする周波数逓倍回路。 A frequency multiplier circuit that outputs an output signal with a frequency obtained by multiplying the frequency of the reference frequency signal by an arbitrary real number. Subtracter, loop filter, digital analog converter (DAC), voltage controlled oscillator (VCO), counter, register With
The subtracter subtracts the output value of the register using a reference frequency signal as a clock from a multiplication number which is an arbitrary real number, inputs the subtraction value to the loop filter, and converts the digital output of the loop filter to the digital-to-analog conversion The analog value is converted by an analog-to-digital converter (DAC), and the analog value is input to the voltage-controlled oscillator (VCO). The oscillation output of the voltage-controlled oscillator (VCO) is used as an output signal. As an input, the wave number of the output signal is counted, the output of the counter is used as an input of the register, the output of the counter is reset to “0” by the reference frequency signal, and one cycle of the reference frequency signal is obtained. The frequency of the voltage controlled oscillator (VCO) output during the period is counted, and the average of the number of counts coincides with the multiplication number. Circuit.
前記デジタルアナログ変換器(DAC)の入力側にデジタルフィルタ、出力側にアナログフィルタの両方を有し、または、どちらか一方を有する周波数逓倍回路。 The frequency multiplier circuit according to claim 1, wherein
A frequency multiplying circuit having either or both of a digital filter and an analog filter on the input side of the digital-analog converter (DAC).
前記減算器の入力を第3の定数とし、前記デジタルアナログ変換器(DAC)の入力値に第1の定数を加算する機能と、前記レジスタの出力値から逓倍数を減算する機能と、前記レジスタの出力値から逓倍数を減算した値に第2の定数を乗算する機能を有する周波数逓倍回路。 The frequency multiplier circuit according to claim 1, wherein
A function of adding a first constant to an input value of the digital-analog converter (DAC), a function of subtracting a multiplication number from an output value of the register, Frequency multiplication circuit having a function of multiplying a value obtained by subtracting the multiplication number from the output value of the second constant by a second constant.
前記ループフィルタの出力を入力とし、このループフィルタの出力の平均値が”0”になるような第4の定数を出力し前記デジタルアナログ変換器(DAC)の入力値に加算する機能を有する周波数逓倍回路。 The frequency multiplication circuit according to claim 3,
A frequency having a function of taking the output of the loop filter as an input, outputting a fourth constant such that an average value of the output of the loop filter is “0”, and adding it to the input value of the digital analog converter (DAC) Multiplier circuit.
前記ループフィルタ内に1つ以上の積分器を有する場合、その中の1つまたはそれ以上の前記積分器の積分係数を1より大きな係数とすることによりリミットサイクル発振を防止する周波数逓倍回路。 In the frequency multiplication circuit as described in any one of Claim 1 to 4,
When one or more integrators are included in the loop filter, a frequency multiplication circuit that prevents limit cycle oscillation by setting an integration coefficient of one or more of the integrators therein to a coefficient larger than one.
前記フィルタと前記電圧制御型発振器(VCO)を追加し、前記デジタルアナログ変換器(DAC)の出力を追加した前記フィルタに入力し、追加した前記フィルタの出力を追加した前記電圧制御型発振器(VCO)の制御入力に入力し、追加した前記電圧制御型発振器(VCO)の出力を周波数逓倍回路の出力とする周波数逓倍回路。 In the frequency multiplication circuit as described in any one of Claim 1 to 5,
The filter and the voltage controlled oscillator (VCO) are added, the output of the digital-analog converter (DAC) is input to the added filter, and the output of the added filter is added to the voltage controlled oscillator (VCO) ), And the output of the added voltage controlled oscillator (VCO) is the output of the frequency multiplier.
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