JP2019047424A - Pll circuit, measuring apparatus with the same, and control method of pll circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、PLL回路及びそれを備えた測定装置並びにPLL回路の制御方法に関する。 The present invention relates to a PLL circuit, a measurement apparatus including the same, and a control method of the PLL circuit.
従来、例えば、スペクトラムアナライザや信号発生器等の測定装置には、発振回路として位相同期ループ(Phase Locked Loop:PLL)回路が用いられているものがある。一般に、PLL回路は、電圧制御発振器を備え、電圧制御発振器の発振周波数を速やかに希望周波数にロックするために、例えばDAC(デジタルアナログコンバータ)を使用して発振周波数を予め調整(プリチューン)する構成を有している(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, for example, in a measuring apparatus such as a spectrum analyzer or a signal generator, there is one using a phase locked loop (PLL) circuit as an oscillation circuit. In general, a PLL circuit includes a voltage controlled oscillator, and adjusts (pretunes) the oscillation frequency in advance using, for example, a DAC (digital analog converter) in order to quickly lock the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator to a desired frequency. It has composition (for example, refer to patent documents 1).
特許文献1に記載のプリチューン装置は、プリチューン電圧を発生するDACと、プリチューン電圧の電圧制御発振器への供給をオン又はオフにするスイッチと、複数の積分回路のいずれか1つを選択する積分回路選択スイッチと、を備えている。この構成により、特許文献1に記載のものは、より正確なプリチューンを行うことで動作安定化とロック時間の短縮化を図ることができるようになっている。
The pretune device described in
しかしながら、特許文献1に記載のものでは、経時変化等により、プリチューン電圧と、希望周波数発振時の電圧制御発振器の入力電圧との間に電圧誤差(プリチューン電圧誤差)が生じるので、そのプリチューン電圧誤差に起因する積分回路の電流をゼロにするための、プリチューン電圧誤差を小さくする回路が望まれていた。また、プリチューン電圧誤差に起因する積分回路の電流をゼロにするための周波数引き込み時間を短縮するためにも、プリチューン電圧誤差を小さくする回路が望まれていた。
However, in the device described in
本発明は、前述のような事情に鑑みてなされたものであり、従来よりもプリチューン電圧誤差を小さくすることができるPLL回路及びそれを備えた測定装置並びにPLL回路の制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a PLL circuit capable of reducing pretune voltage error more than that of the prior art, a measuring apparatus including the same, and a control method of the PLL circuit. With the goal.
本発明の請求項1に係るPLL回路は、予め定められた周波数の信号を生成する信号生成手段(11)と、入力電圧に応じた発振周波数の信号を出力する電圧制御発振器(13)と、前記信号生成手段及び前記電圧制御発振器の各出力信号を比較して位相誤差信号を出力する位相周波数比較器(12)と、前記位相誤差信号を積分する積分手段(20)と、前記積分手段と前記電圧制御発振器との間に直列に接続された抵抗(31)と、前記電圧制御発振器の前記発振周波数を予め調整するプリチューン電圧を生成するプリチューン電圧生成手段(15)と、前記抵抗の両端の電位差と前記プリチューン電圧とを加算して前記プリチューン電圧を補正した補正プリチューン電圧を生成し前記電圧制御発振器に出力するプリチューン電圧補正手段(41、50)と、を備えた構成を有している。
A PLL circuit according to
この構成により、本発明の請求項1に係るPLL回路は、積分手段と電圧制御発振器との間に直列に接続された抵抗の両端の電位差とプリチューン電圧とを加算してプリチューン電圧を補正した補正プリチューン電圧を生成し電圧制御発振器に出力するので、従来よりもプリチューン電圧誤差を小さくすることができる。
With this configuration, the PLL circuit according to
本発明の請求項2に係るPLL回路は、前記抵抗の両端の電位差が0Vを含む予め定められた電圧範囲内にあることを条件に前記補正プリチューン電圧の出力を停止する補正プリチューン電圧出力停止手段(70)をさらに備えた構成を有している。
The PLL circuit according to
この構成により、本発明の請求項2に係るPLL回路は、抵抗の両端の電位差が0V付近になった場合には、補正プリチューン電圧の出力を自動的に停止することができる。
With this configuration, the PLL circuit according to
本発明の請求項3に係るPLL回路は、請求項1に記載の積分手段を第1の積分信号を出力する第1の積分手段として備え、前記抵抗を有し前記第1の積分信号を積分して第2の積分信号を前記電圧制御発振器に出力する第2の積分手段(30)をさらに備えた構成を有している。 A PLL circuit according to a third aspect of the present invention includes the integrating means according to the first aspect as a first integrating means for outputting a first integrated signal, and includes the resistor and integrates the first integrated signal. And second integrating means (30) for outputting a second integrated signal to the voltage controlled oscillator.
この構成により、本発明の請求項3に係るPLL回路は、第2の積分手段が有する抵抗の両端の電位差に基づいて、従来よりもプリチューン電圧誤差を小さくすることができる。 With this configuration, the PLL circuit according to claim 3 of the present invention can make the pre-tune voltage error smaller than that of the prior art based on the potential difference between both ends of the resistance of the second integrating means.
本発明の請求項4に係るPLL回路は、前記補正プリチューン電圧を所定の値に制限する補正プリチューン電圧制限手段(47)をさらに備えた構成を有している。 The PLL circuit according to claim 4 of the present invention further comprises a correction pretune voltage limiting means (47) for limiting the correction pretune voltage to a predetermined value.
この構成により、本発明の請求項4に係るPLL回路は、チューニング電圧をより短時間で確実に収束させることができる。 With this configuration, the PLL circuit according to claim 4 of the present invention can reliably converge the tuning voltage in a shorter time.
本発明の請求項5に係るPLL回路は、前記プリチューン電圧補正手段は、前記抵抗の両端の電位差を差動増幅する差動増幅回路(50)を備え、前記補正プリチューン電圧制限手段は、前記差動増幅回路に供給する電源電圧を調整することにより前記補正プリチューン電圧を所定の値に制限するものである構成を有している。 In the PLL circuit according to claim 5 of the present invention, the pretune voltage correction means includes a differential amplifier circuit (50) for differentially amplifying the potential difference between both ends of the resistor, and the correction pretune voltage limiting means The correction pre-tune voltage is limited to a predetermined value by adjusting a power supply voltage supplied to the differential amplifier circuit.
この構成により、本発明の請求項5に係るPLL回路は、差動増幅回路に供給する電源電圧を調整することにより、チューニング電圧をより短時間で確実に収束させることができる。 According to this configuration, the PLL circuit according to claim 5 of the present invention can reliably converge the tuning voltage in a short time by adjusting the power supply voltage supplied to the differential amplifier circuit.
本発明の請求項6に係る測定装置は、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載のPLL回路を備えた構成が好ましい。
The measuring apparatus according to claim 6 of the present invention preferably has a configuration provided with the PLL circuit according to any one of
本発明の請求項7に係る測定装置は、前記PLL回路は、予め定められた局部発振周波数の局部発振信号を生成するものである構成を有している。 A measuring apparatus according to claim 7 of the present invention is configured such that the PLL circuit generates a local oscillation signal of a predetermined local oscillation frequency.
この構成により、本発明の請求項7に係る測定装置は、従来よりもプリチューン電圧誤差を小さくすることができるPLL回路により局部発振信号を生成できるので、従来よりも短時間で周波数の切り替えが可能となる。 With this configuration, the measurement apparatus according to claim 7 of the present invention can generate the local oscillation signal by the PLL circuit that can make the pretune voltage error smaller than in the conventional case, so switching of the frequency can be performed in a shorter time than in the conventional case. It becomes possible.
本発明の請求項8に係るPLL回路の制御方法は、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載のPLL回路の制御方法であって、予め定められた周波数の信号を生成する信号生成ステップ(S11)と、入力電圧に応じた周波数の信号を出力する周波数信号出力ステップ(S18)と、前記信号生成手段及び前記電圧制御発振器の各出力信号を比較して位相誤差信号を出力する位相誤差信号出力ステップ(S13)と、前記位相誤差信号を積分する積分ステップ(S14)と、前記電圧制御発振器の発振周波数を予め調整するプリチューン電圧を生成するプリチューン電圧生成ステップ(S12)と、前記抵抗の両端の電位差と前記プリチューン電圧とを加算して前記プリチューン電圧を補正した補正プリチューン電圧を生成し前記電圧制御発振器に出力するプリチューン電圧補正ステップ(S17)と、を含む構成を有している。 A PLL circuit control method according to an eighth aspect of the present invention is the PLL circuit control method according to any one of the first to fifth aspects, wherein a signal of a predetermined frequency is generated. A signal generation step (S11), a frequency signal output step (S18) for outputting a signal of a frequency according to the input voltage, and an output signal of the signal generation means and the voltage control oscillator are compared to output a phase error signal. Phase error signal output step (S13), integration step (S14) for integrating the phase error signal, and pretune voltage generation step (S12) for generating a pretune voltage for adjusting the oscillation frequency of the voltage control oscillator in advance , Adding the potential difference between both ends of the resistor and the pretune voltage to generate a corrected pretune voltage obtained by correcting the pretune voltage; And outputs to the controlled oscillator has a configuration comprising a pretune voltage correction step (S17), the.
この構成により、本発明の請求項8に係るPLL回路の制御方法は、抵抗の両端の電位差とプリチューン電圧とを加算してプリチューン電圧を補正した補正プリチューン電圧を生成し電圧制御発振器に出力するので、従来よりもプリチューン電圧誤差を小さくすることができる。 With this configuration, the control method of the PLL circuit according to claim 8 of the present invention adds the potential difference between both ends of the resistor and the pretune voltage to generate a corrected pretune voltage in which the pretune voltage is corrected to generate a voltage controlled oscillator. Since the output is performed, the pretune voltage error can be made smaller than in the prior art.
本発明の請求項9に係るPLL回路の制御方法は、前記抵抗の両端の電位差が0Vを含む予め定められた電圧範囲内にあることを条件に前記補正プリチューン電圧の出力を停止する補正プリチューン電圧出力停止ステップ(S19)をさらに含む構成を有している。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a control method of a PLL circuit according to the ninth aspect of the present invention, wherein the correction pre-tuning voltage is stopped on condition that the potential difference between both ends of the resistor is within a predetermined voltage range including 0V. It has a configuration further including a tune voltage output stopping step (S19).
この構成により、本発明の請求項9に係るPLL回路の制御方法は、抵抗の両端の電位差が0V付近になった場合には、補正プリチューン電圧の出力を自動的に停止することができる。 With this configuration, the control method of the PLL circuit according to claim 9 of the present invention can automatically stop the output of the correction pretune voltage when the potential difference between both ends of the resistor becomes around 0V.
本発明は、従来よりもプリチューン電圧誤差を小さくすることができるという効果を有するPLL回路及びそれを備えた測定装置並びにPLL回路の制御方法を提供することができるものである。 The present invention can provide a PLL circuit having an effect that pre-tune voltage error can be made smaller than that of the prior art, a measuring apparatus including the same, and a control method of the PLL circuit.
以下、本発明に係るPLL回路及びそれを備えた測定装置並びにPLL回路の制御方法の実施形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of a PLL circuit according to the present invention, a measuring apparatus provided with the same, and a control method of the PLL circuit will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
まず、本発明に係るPLL回路の第1実施形態における構成について説明する。
First Embodiment
First, the configuration of the PLL circuit according to the first embodiment of the present invention will be described.
図1に示すように、本実施形態におけるPLL回路10は、基準信号生成部11、位相周波数比較器(Phase Frequency Detector:PFD)12、電圧制御発振器(Voltage Controlled Oscillator:VCO)13、帰還回路14、プリチューン電圧生成部15、第1の積分回路20、第2の積分回路30、プリチューン電圧制御部40を備えている。
As shown in FIG. 1, the
基準信号生成部11は、予め定められた周波数の基準信号を生成し、PFD12に出力するようになっている。この基準信号生成部11は、信号生成手段の一例である。
The reference
PFD12は、基準信号生成部11の出力信号と帰還回路14の出力信号とを比較して位相誤差信号を第1の積分回路20に出力するようになっている。このPFD12は、位相周波数比較器の一例である。
The
第1の積分回路20は、PFD12が出力した位相誤差信号を積分し、第1の積分信号として第2の積分回路30に出力するようになっている。この第1の積分回路20は、例えば、ループフィルタで構成され、オペアンプ(演算増幅器)21、コンデンサ22、抵抗23を有している。なお、第1の積分回路20は、積分手段、第1の積分手段の一例である。
The
第2の積分回路30は、第1の積分回路20が出力した第1の積分信号を積分し、第2の積分信号としてVCO13に出力するようになっている。この第2の積分回路30は、抵抗31、コンデンサ32及び抵抗33を有している。抵抗31は、第1の積分回路20とVCO13との間に直列に接続されている。抵抗31のVCO13側の端子は、コンデンサ32及び抵抗33を介して接地されている。なお、第2の積分回路30は、第2の積分手段の一例である。
The
VCO13は、第2の積分回路30からの入力電圧に応じた発振周波数の信号を帰還回路14に出力するとともに、PLL回路10の出力信号Lとして出力するようになっている。このVCO13は、電圧制御発振器の一例である。
The
帰還回路14は、PFD12に入力される比較周波数を生成する手段として、例えば、入力周波数をN分周する分周器、又は、周波数変換を行うミキサ等を含むものである。なお、帰還回路14は、VCO13の出力信号をPFD12に直接フィードバックするものであってもよい。
The
プリチューン電圧生成部15は、例えばDACで構成され、VCO13の発振周波数を予め調整するためのプリチューン電圧を生成するようになっている。このプリチューン電圧生成部15は、プリチューン電圧生成手段の一例である。本実施形態では、プリチューン電圧生成部15が生成したプリチューン電圧は、プリチューン電圧制御部40によって補正された後にVCO13に入力される構成となっている。
The pretune
プリチューン電圧制御部40は、差動増幅回路50、加算器41、増幅回路60、出力停止部70を備えている。
The pre-tune
差動増幅回路50は、第2の積分回路30が有する抵抗31の両端の電位差を差動増幅し、差動増幅した電位差を帰還電圧として加算器41に出力するようになっている。抵抗31の両端の電位差は、第1の積分回路20の出力電圧V1と、第2の積分回路30の出力電圧V2との差である。この電位差は、VCO13に対するチャージ電流又はディスチャージ電流によって発生する。出力信号Lの周波数を設定変更してからVCO13のチューニング電圧(入力電圧)が収束するまでは、V1<V2の期間とV1>V2の期間とが交互に現れる。VCO13のチューニング電圧が収束するとV1=V2となり、抵抗31の両端の電位差は0Vになる。
The
具体的には、差動増幅回路50は、オペアンプ51、抵抗52〜55、コンデンサ56及び57を有する。オペアンプ51の非反転入力端子(+入力端子)は、抵抗52を介して抵抗31の一方の端子に接続されるとともに、コンデンサ56及び抵抗54を介して接地されている。オペアンプ51の反転入力端子(−入力端子)は、抵抗53を介して抵抗31の他方の端子に接続されるとともに、コンデンサ57及び抵抗55を介してオペアンプ51の出力端子に接続されている。オペアンプ51の出力端子は、加算器41に接続されている。
Specifically, the
加算器41は、差動増幅回路50が差動増幅した抵抗31の両端の電位差Vdと、プリチューン電圧生成部15が生成したプリチューン電圧Vpとを加算し、増幅回路60に出力するようになっている。
The
前述の差動増幅回路50及び加算器41は、抵抗31の両端の電位差とプリチューン電圧とを加算してプリチューン電圧を補正した補正プリチューン電圧を生成するものであって、プリチューン電圧補正手段の一例である。
The above-described
増幅回路60は、加算器41の出力信号を増幅して出力するようになっている。この増幅回路60は、オペアンプ61、抵抗62及び63を有している。オペアンプ61の非反転入力端子(+入力端子)は、加算器41に接続されている。オペアンプ61の反転入力端子(−入力端子)は、抵抗62を介してオペアンプ61の出力端子に接続されるとともに、抵抗63を介して接地されている。オペアンプ61の出力端子は、抵抗42を介して出力停止部70のスイッチ74(後述)に接続されている。
The
出力停止部70は、電位差検出回路71、抵抗72、コンデンサ73、スイッチ74を備えている。この出力停止部70は、補正プリチューン電圧出力停止手段の一例である。
The
電位差検出回路71は、第2の積分回路30が有する抵抗31の両端の電位差を検出するようになっている。この電位差検出回路71は、抵抗31の両端の電位差が0Vのときにハイレベルの信号を出力するものであり、例えばコンパレータ回路を用いた簡易な構成で実現可能である。
The potential
電位差検出回路71の出力側には抵抗72の一端が接続され、抵抗72の他端は、スイッチ74の制御端子に接続されるとともに、コンデンサ73を介して接地されている。
One end of a
スイッチ74は、電位差検出回路71からの切替制御信号Cに従って動作するようになっている。具体的には、スイッチ74は、電位差検出回路71からの切替制御信号Cに従って、補正プリチューン電圧をVCO13に出力する期間はオン状態、VCO13のチューニング電圧が収束した後はオフ状態に設定されるものである。
The
以上の構成により、出力停止部70は、抵抗31の両端の電位差が0Vとなった場合には、スイッチ74をオン状態からオフ状態に切り替えるための切替制御信号Cをスイッチ74に出力することができ、補正プリチューン電圧のVCO13への出力を自動的に停止することができる。
With the above configuration, when the potential difference between both ends of the
本実施形態において、抵抗31の両端の電位差が0Vとなった場合とは、電位差が0Vと完全に一致した場合のみを意味するのではなく、VCO13のチューニング電圧が収束したとみなしても実用上問題のない電位差であればよい。すなわち、出力停止部70は、抵抗31の両端の電位差が0Vを含む予め定められた電圧範囲内にあることを条件に、補正プリチューン電圧のVCO13への出力を停止するものである。
In the present embodiment, the case where the potential difference between both ends of the
なお、電位差検出回路71が、抵抗31の両端の電位差が0Vのときに出力するハイレベルの信号は、コンデンサ43の充電時間を経てスイッチ74に出力される。そのため、抵抗31の両端の電位差が瞬間的に0Vとなった場合ではコンデンサ73が満充電されず、出力停止部70は切替制御信号Cをスイッチ74に出力しない。
A high level signal output by the potential
次に、プリチューン動作について、従来のPLL回路と、本実施形態のPLL回路10とを比較して説明する。
Next, the pretune operation will be described by comparing the conventional PLL circuit with the
まず、従来のPLL回路の構成を図2に示す。図2に示すように、従来のPLL回路1は、本実施形態におけるプリチューン電圧制御部40(図1参照)に代えて、スイッチ74と、このスイッチ74を制御する制御回路2と、を備えている。
First, FIG. 2 shows the configuration of a conventional PLL circuit. As shown in FIG. 2, the
制御回路2は、プリチューンの開始時にスイッチ74をオンにし、プリチューンの終了時にスイッチ74をオフにするようになっている。なお、従来のPLL回路1のその他の構成は、本実施形態と同じとしている。
The
次に、図3を用いてプリチューン動作を比較説明する。図3は、プリチューン動作時における第1の積分回路20及び第2の積分回路30の出力電圧について、従来のPLL回路1(図3(a))及び本実施形態のPLL回路10(図3(b))の実験データを模式的に表したものである。図3(a)及び(b)では、時刻t=0で周波数設定変更とプリチューン電圧の印加とを開始し、第1の積分回路20及び第2の積分回路30の出力電圧をそれぞれV1及びV2、目標電圧をVt、プリチューン電圧をVp、V1及びV2の初期値をV0で示しVt<V0としている。
Next, the pre-tuning operation will be compared and described using FIG. FIG. 3 shows the conventional PLL circuit 1 (FIG. 3A) and the
図3(a)に示すように、従来のPLL回路1では、第1の積分回路20の出力電圧V1は、時間の経過とともに、目標電圧Vtに対して上下に変動しながら収束していく。一方、第2の積分回路30の出力電圧V2は、時間の経過とともに、第1の積分回路20の出力電圧V1よりも緩やかに目標電圧Vtに向かって低下し、目標電圧Vtの近傍で変動しながら収束していく。
As shown in FIG. 3A, in the
従来のPLL回路1では、目標電圧Vtとプリチューン電圧Vpとに誤差(プリチューン電圧誤差)があるため、第2の積分回路30の出力電圧V2が目標電圧Vtとほぼ一致した時刻t1でプリチューン電圧Vpの印加が制御回路2によりオフにされる。この時刻t1は、予め実験により求められた時刻である。
In the
図示のように、第2の積分回路30の出力電圧V2(VCO13のチューニング電圧)は、プリチューン電圧Vpの印加がオフにされた時刻t1以降も変動し、収束するのに時間を要する。そのため、従来のPLL回路1では、想定し得る最大のプリチューン電圧誤差が発生する場合でも、VCO13のチューニング電圧が十分に収束するよう設定されるため、図示のように待ち時間が設けられる。その結果、従来は、ほとんどの場合で過剰な待ち時間となっていた。
As illustrated, the output voltage V2 of the second integration circuit 30 (tuning voltage of the VCO 13) also fluctuates after time t1 when the application of the pretune voltage Vp is turned off, and it takes time to converge. Therefore, in the
これに対し、図3(b)に示すように、本実施形態のPLL回路10は、プリチューン電圧Vpを補正する構成を有するので、目標電圧Vtに対して上下に変動しながら収束していく。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, since the
具体的には、プリチューン電圧Vpが補正された補正プリチューン電圧Vpcは、時間の経過とともに、抵抗31の両端の電位差(V1とV2との差)により補正されて変動する。図示のように、補正プリチューン電圧Vpcは、V1<V2の時間領域では下降し、V1>V2の時間領域では上昇し、時間の経過とともにV2の値に近づきながら、V2が収束するのと同様に変動し、最終的には時刻t3で目標電圧Vtと一致する。その結果、本実施形態のPLL回路10では、従来よりも短時間で、プリチューン電圧誤差が0Vの状態で補正プリチューン電圧の印加をオフにでき、即座に希望の周波数にロックした状態にすることができる。
Specifically, the corrected pre-tune voltage Vpc in which the pre-tune voltage Vp has been corrected varies with the potential difference between the both ends of the resistor 31 (difference between V1 and V2) as time passes. As illustrated, the correction pretune voltage Vpc falls in the time domain of V1 <V2, rises in the time domain of V1> V2, and approaches the value of V2 with the passage of time, like V2 converges. And finally match the target voltage Vt at time t3. As a result, in the
さらに、本実施形態のPLL回路10は、出力停止部70を備えているので、プリチューン電圧Vpが自動的に補正された後に補正プリチューン電圧Vpcの印加を自動的にオフにでき、VCO13のチューニング電圧が収束した状態を得ることができる。
Furthermore, since the
次に、本実施形態におけるPLL回路10の動作について、図4を用いて説明する。図4は、本実施形態におけるPLL回路10の制御方法を説明するためのフローチャートである。なお、初期状態においてスイッチ74はオン状態であるとする。
Next, the operation of the
基準信号生成部11は、予め定められた周波数の基準信号を生成し(ステップS11)、PFD12に出力する。
The reference
プリチューン電圧生成部15は、所定のプリチューン電圧Vpを生成し(ステップS12)、加算器41に出力する。
The pretune
PFD12は、基準信号生成部11及び帰還回路14の各出力信号の位相を比較して位相差を求め、位相差に応じた信号レベルの信号を第1の積分回路20に出力する(ステップS13)。
The
第1の積分回路20は、PFD12が出力した位相誤差信号を積分し、第1の積分信号(V1)として第2の積分回路30に出力する(ステップS14)。
The first integrating
第2の積分回路30は、第1の積分回路20が出力した第1の積分信号を積分し、第2の積分信号(V2)としてVCO13に出力する(ステップS15)。ここで、プリチューン電圧制御部40の差動増幅回路50は、第2の積分回路30が有する抵抗31の両端の電位差を差動増幅し、差動増幅した電位差Vdを帰還電圧として加算器41に出力する。加算器41は、プリチューン電圧Vpと電位差Vdとを加算して増幅回路60に出力し、増幅回路60は入力電圧を増幅して補正プリチューン電圧Vpcを出力する。
The second integrating
電位差検出回路71は、第2の積分回路30が有する抵抗31の両端の電位差を検出し(ステップS16)、その電位差が0Vではない場合には、プリチューン電圧制御部40は、補正プリチューン電圧VpcをVCO13に出力する(ステップS17)。
The potential
VCO13は、入力電圧に応じた発振周波数の信号を帰還回路14に出力するとともに、PLL回路10の出力信号Lとして出力し(ステップS18)、ステップS13の処理に戻る。
The
一方、ステップS16において、抵抗31の両端の電位差が0Vの場合には、電位差検出回路71は、スイッチ74をオフ状態に切り替え、補正プリチューン電圧の印加を停止する(ステップS19)。
On the other hand, when the potential difference between both ends of the
以上のように、本実施形態におけるPLL回路10は、第1の積分回路20とVCO13との間に直列に接続された抵抗31の両端の電位差とプリチューン電圧とを加算してプリチューン電圧を補正した補正プリチューン電圧を生成しVCO13に出力するので、従来よりもプリチューン電圧誤差を小さくすることができる。
As described above, the
(変形例)
図5は、第2の積分回路30(図1参照)に代わる積分回路30aを示している。積分回路30aは、第2の積分回路30の抵抗31を複数個、例えば任意の2つの抵抗値に分割した2個の抵抗31a及び31bを有する。この構成においても、抵抗31a又は31bの両端の電位差を電位差検出回路71によって検出すれば、前述と同様の効果が得られる。
(Modification)
FIG. 5 shows an
(第2実施形態)
図6に示すように、本実施形態におけるPLL回路10Aは、図1に示した第1実施形態のPLL回路10に対して、補正プリチューン電圧制限部47を備えている点が異なっている。なお、図1で説明した構成と同様な構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
Second Embodiment
As shown in FIG. 6, the
補正プリチューン電圧制限部47は、例えば、差動増幅回路50に供給する電源電圧を所定電圧に設定することにより、補正プリチューン電圧Vpcを所定の値に制限するようになっている。この補正プリチューン電圧制限部47は、補正プリチューン電圧制限手段の一例である。
The correction pretune
具体的には、図7に示すように、補正プリチューン電圧制限部47は、差動増幅回路50に供給する電源電圧を所定電圧に設定することにより、補正プリチューン電圧Vpcを制限電圧Vprで制限する。この構成により、PLL回路10Aは、目標電圧Vtと補正プリチューン電圧Vpcとの差を狭く制限するので、第1実施形態よりもさらにプリチューン電圧誤差を小さくすることができる。
Specifically, as shown in FIG. 7, the correction pretune
なお、補正プリチューン電圧制限部47を設けることにより、チューニング電圧の収束時間の短縮化と同時に、誤差補正範囲が狭くなるというトレードオフが発生するので、例えば実験により制限電圧Vprの最適化を図るのが望ましい。
Note that by providing the correction pre-tuning
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態としての信号分析装置80について、図8を用いて説明する。なお、信号分析装置80は、測定装置の一例である。
Third Embodiment
Next, a
図8に示すように、本実施形態の信号分析装置80は、周波数掃引が可能な局部発振信号Lを、局部発振信号発生器を構成する第1実施形態のPLL回路10により生成して入力信号SINとともにミキサ82に与え、ミキサ82の出力から所定の中間周波数帯の信号Mをフィルタ83で抽出する周波数変換部81を備えている。
As shown in FIG. 8, the
また、信号分析装置80は、入力信号SINのうち、指定された観測帯域の信号成分が周波数変換部81のフィルタ83から時系列に出力されるように、PLL回路10の局部発振信号Lの周波数掃引制御を行う掃引制御部84と、周波数変換部81の出力信号をサンプリングしてデジタルの信号列に変換するADC85と、局部発振信号Lの周波数掃引中にADC85から出力される信号列Dmを記憶し、周波数対信号強度のスペクトラム特性を求める信号解析部86と、信号解析部86で得られたスペクトラム特性を波形表示する表示部87と、を備えている。
Further, the
すなわち、入力信号SINは、周波数変換部81のミキサ82に入力され、PLL回路10からの局部発振信号Lとミキシングされ、その差又は和(以下の説明では差とする)の周波数成分のうち、所定の中間周波帯の信号成分Mがフィルタ83によって抽出される。
That is, the input signal S IN is input to the
ここで、フィルタ83の通過中心周波数をFIF、局部発振信号Lの周波数をFLとし、中間周波帯に変換しようとする解析対象信号の周波数FINよりローカル周波数FLが高い上側ヘテロダインでミキシングすると仮定すると、FL−FIF=FINの関係が成り立つ。
Here, the center frequency of passage of the
例えば、FIF=8GHzとし、ローカル周波数FLを8.1GHzから9GHzまで掃引すれば、解析対象信号の周波数FINは、100MHzから1GHzまで変化することになる。つまり、フィルタ83からは、入力信号SINのうち100MHzから1GHzまでの信号成分がその元の周波数順に時系列に抽出されることになる。
For example, if F IF = 8 GHz and the local frequency F L is swept from 8.1 GHz to 9 GHz, the frequency F IN of the signal to be analyzed changes from 100 MHz to 1 GHz. That is, from the
なお、ここでは周波数変換を1回行う回路例を示しているが、実際には周波数変換部81内で複数回の周波数変換処理(一般的には固定周波数の局部発振信号による)を行って、より低い周波数帯に変換している。
Here, although a circuit example in which frequency conversion is performed once is shown, in actuality, frequency conversion processing (generally by a local oscillation signal of fixed frequency) is performed a plurality of times in the
PLL回路10は、所定の周波数の局部発振信号Lを出力できるようになっており、その局部発振信号Lの周波数掃引は掃引制御部84から入力される周波数データを順次更新することで行われる。
The
掃引制御部84は、操作部88によって指定された基準周波数(スタート周波数あるいはセンタ周波数)、掃引幅(スパン)、取得サンプル数等に応じて、局部発振信号Lの周波数を所定ステップで掃引させるとともに、その各周波数の情報fを信号解析部86に与える。
The
一方、周波数変換部81から出力された信号Mは、ADC85により所定のサンプリング周期(フィルタ83の通過帯域の上限の2倍以上の周波数)でサンプリングされ、そのサンプリングで得られたデジタルの信号列Dmが信号解析部86に入力される。
On the other hand, the signal M output from the
信号解析部86は、周波数掃引によって得られたデジタルの信号列Dmと周波数情報fとを対応付けて受信して図示しないメモリに格納し、指定された帯域制限処理等を行って観測帯域内における周波数対信号強度S(f)の特性、すなわちスペクトラム特性を求める。表示部87は、信号解析部86が求めたスペクトラム特性の波形を画面に表示する。
The
以上のように、本実施形態の信号分析装置80は、従来よりもプリチューン電圧誤差を小さくすることができるPLL回路10により局部発振信号発生器を構成しているので、従来よりも短時間で周波数の切り替えが可能となる。その結果、本実施形態の信号分析装置80は、信号分析時間の短縮化を図ることができる。
As described above, the
なお、前述の実施形態では、信号分析装置80が、第1実施形態のPLL回路10を備える構成を例に挙げて説明したが、これに代えて第2実施形態のPLL回路10Aを備える構成とすれば、信号分析時間のさらなる短縮化を図ることができる。
In the above embodiment, the
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態としての信号発生装置90について、図9を用いて説明する。なお、信号発生装置90は、測定装置の一例である。
Fourth Embodiment
Next, a
図9に示すように、本実施形態の信号発生装置90は、波形データ記憶部91、DAC92及び93、直交変調器94、局部発振信号発生器を構成する第1実施形態のPLL回路10、自動レベル制御回路(ALC)95、操作部96、設定部97、ステップアッテネータ(ステップATT)98を備えている。
As shown in FIG. 9, the
波形データ記憶部91は、被試験装置を試験するための複数の試験信号データとして、デジタル値のベースバンドの波形データを記憶している。試験者は、操作部96を操作し、設定部97を介して、波形データ記憶部91に記憶された試験信号データを選択して出力できるようになっている。試験信号データは、I相成分(同相成分)及びQ相成分(直交成分)のベースバンドの波形データを含む。波形データは、例えば、図示しないDSP(Digital Signal Processor)によって生成される。
The waveform
DAC92及び93は、それぞれ、波形データ記憶部91が出力するI相成分及びQ相成分のデジタル値のベースバンド信号波形データをアナログ値に変換して直交変調器94に出力するようになっている。
The
PLL回路10は、設定部97からの設定信号に基づいた局部発振周波数の局部発振信号Lを生成し、直交変調器94に出力するようになっている。
The
直交変調器94は、DAC92からのI相成分及びDAC93からのQ相成分と、PLL回路10から入力した局部発振信号Lとを乗算することにより直交変調及び周波数変換を行って無線周波数の信号(RF信号)を生成してALC95に出力するようになっている。
The
ALC95は、直交変調器94の出力信号の電力レベルを所定の電力レベルに調整してステップATT98に出力するようになっている。ALC95が設定する電力レベルは、設定部97からの設定信号によって設定されるようになっている。ALC95は、出力信号レベルを例えば0.1dB単位で調整できるものである。
The
操作部96は、試験者が試験条件及び試験手順に関する設定等を行うために操作するものであり、例えば、キーボード、ダイヤル又はマウスのような入力デバイス、これらを制御する制御回路等で構成される。試験者が設定する試験条件としては、例えば、波形データ記憶部91に記憶された波形データ、ステップATT98が出力するRF試験信号の出力レベル及び無線周波数等がある。
The
設定部97は、例えばマイクロコンピュータによって構成されており、装置全体の制御を行うようになっている。また、設定部97は、試験者が操作部96を操作して設定した各試験条件に基づき、各試験条件を設定する設定信号を波形データ記憶部91、PLL回路10、ALC95、ステップATT98にそれぞれ出力し、各試験条件を設定するようになっている。
The setting
ここで、ALC95に対する設定としては、例えば、ユーザが信号発生装置90の出力レベルを−40.2dBmに設定した場合、設定部97は、ステップATT98の減衰量を30dBに設定し、ALC95に対し、出力信号レベルを−10.2dBmに設定するための制御信号を出力する。
Here, as a setting for the
ステップATT98は、各々の減衰量が予め定められた複数のアッテネータセクションを備え、各アッテネータセクションの減衰量の組み合わせにより、入力したRF信号のレベルを所定の減衰量のステップで減衰することができるATTである。このステップATT98は、設定部97からの設定信号によって設定された減衰量で入力信号を減衰し、試験者が所望する電力レベルのRF試験信号を出力するようになっている。
The
以上のように構成された本実施形態の信号発生装置90は、従来よりもプリチューン電圧誤差を小さくすることができるPLL回路10により局部発振信号発生器を構成しているので、従来よりも短時間で周波数の切り替えが可能となる。その結果、本実施形態の信号発生装置90は、周波数切替時間の短縮化を図ることができる。
The
なお、前述の実施形態では、信号発生装置90が、第1実施形態のPLL回路10を備える構成を例に挙げて説明したが、これに代えて第2実施形態のPLL回路10Aを備える構成とすれば、周波数切替時間のさらなる短縮化を図ることができる。
In the above-described embodiment, the
以上のように、本発明に係るPLL回路及びそれを備えた測定装置並びにPLL回路の制御方法は、従来よりもプリチューン電圧誤差を小さくすることができるという効果を有し、スペクトラムアナライザや信号発生器等の測定装置のPLL回路及びその制御方法として有用である。 As described above, the PLL circuit according to the present invention, the measuring apparatus provided with the same, and the control method of the PLL circuit have an effect that pretune voltage error can be made smaller than before, and a spectrum analyzer or signal generation is generated. It is useful as a PLL circuit of a measuring device such as an instrument and a control method thereof.
10、10A PLL回路
11 基準信号生成部(信号生成手段)
12 PFD(位相周波数比較器)
13 VCO(電圧制御発振器)
14 帰還回路
15 プリチューン電圧生成部(プリチューン電圧生成手段)
20 第1の積分回路(積分手段、第1の積分手段)
30 第2の積分回路(第2の積分手段)
30a 積分回路
31 抵抗
40 プリチューン電圧制御部
41 加算器(プリチューン電圧補正手段)
47 補正プリチューン電圧制限部(補正プリチューン電圧制限手段)
50 差動増幅回路(プリチューン電圧補正手段)
70 出力停止部(補正プリチューン電圧出力停止手段)
71 電位差検出回路
72 抵抗
73 コンデンサ
74 スイッチ
80 信号分析装置(測定装置)
90 信号発生装置(測定装置)
10,
12 PFD (phase frequency comparator)
13 VCO (voltage controlled oscillator)
14
20 First integrating circuit (integrating means, first integrating means)
30 Second integration circuit (second integration means)
47 Correction pretune voltage limiter (correction pretune voltage limiter)
50 Differential amplifier circuit (pretune voltage correction means)
70 Output stop part (corrected pretune voltage output stop means)
71 Potential
90 Signal Generator (Measurement Device)
Claims (9)
入力電圧に応じた発振周波数の信号を出力する電圧制御発振器(13)と、
前記信号生成手段及び前記電圧制御発振器の各出力信号を比較して位相誤差信号を出力する位相周波数比較器(12)と、
前記位相誤差信号を積分する積分手段(20)と、
前記積分手段と前記電圧制御発振器との間に直列に接続された抵抗(31)と、
前記電圧制御発振器の前記発振周波数を予め調整するプリチューン電圧を生成するプリチューン電圧生成手段(15)と、
前記抵抗の両端の電位差と前記プリチューン電圧とを加算して前記プリチューン電圧を補正した補正プリチューン電圧を生成し前記電圧制御発振器に出力するプリチューン電圧補正手段(41、50)と、
を備えたことを特徴とするPLL回路(10、10A)。 Signal generation means (11) for generating a signal of a predetermined frequency;
A voltage control oscillator (13) that outputs a signal of an oscillation frequency corresponding to the input voltage;
A phase frequency comparator (12) which compares the output signals of the signal generation means and the voltage control oscillator and outputs a phase error signal;
Integrating means (20) for integrating the phase error signal;
A resistor (31) connected in series between the integrating means and the voltage controlled oscillator;
Pretune voltage generation means (15) for generating a pretune voltage for adjusting in advance the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator;
Pretune voltage correction means (41, 50) for generating a corrected pretune voltage obtained by correcting the pretune voltage by adding the potential difference between both ends of the resistor and the pretune voltage, and outputting the corrected pretune voltage to the voltage controlled oscillator;
PLL circuit (10, 10A) characterized by having.
前記抵抗を有し前記第1の積分信号を積分して第2の積分信号を前記電圧制御発振器に出力する第2の積分手段(30)をさらに備えたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のPLL回路。 The integrating means according to claim 1 is provided as a first integrating means for outputting a first integrated signal,
A second integration means (30) comprising the resistor and integrating the first integration signal to output a second integration signal to the voltage controlled oscillator, further comprising: The PLL circuit according to Item 2.
前記補正プリチューン電圧制限手段は、前記差動増幅回路に供給する電源電圧を調整することにより前記補正プリチューン電圧を所定の値に制限するものであることを特徴とする請求項4に記載のPLL回路。 The pretune voltage correction means comprises a differential amplifier circuit (50) for differentially amplifying the potential difference between both ends of the resistor,
The correction pre-tune voltage limiting means limits the correction pre-tune voltage to a predetermined value by adjusting a power supply voltage supplied to the differential amplifier circuit. PLL circuit.
予め定められた周波数の信号を生成する信号生成ステップ(S11)と、
入力電圧に応じた周波数の信号を出力する周波数信号出力ステップ(S18)と、
前記信号生成手段及び前記電圧制御発振器の各出力信号を比較して位相誤差信号を出力する位相誤差信号出力ステップ(S13)と、
前記位相誤差信号を積分する積分ステップ(S14)と、
前記電圧制御発振器の発振周波数を予め調整するプリチューン電圧を生成するプリチューン電圧生成ステップ(S12)と、
前記抵抗の両端の電位差と前記プリチューン電圧とを加算して前記プリチューン電圧を補正した補正プリチューン電圧を生成し前記電圧制御発振器に出力するプリチューン電圧補正ステップ(S17)と、
を含むことを特徴とするPLL回路の制御方法。 A control method of a PLL circuit according to any one of claims 1 to 5,
A signal generation step (S11) of generating a signal of a predetermined frequency;
A frequency signal output step (S18) for outputting a signal of a frequency according to the input voltage;
A phase error signal output step (S13) of comparing each output signal of the signal generation means and the voltage control oscillator and outputting a phase error signal;
Integrating the phase error signal (S14);
A pretune voltage generation step (S12) of generating a pretune voltage for adjusting the oscillation frequency of the voltage control oscillator in advance;
A pretune voltage correction step (S17) of adding a potential difference between both ends of the resistor and the pretune voltage to generate a corrected pretune voltage obtained by correcting the pretune voltage and outputting the corrected pretune voltage to the voltage controlled oscillator;
And controlling the PLL circuit.
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WO2023187856A1 (en) * | 2022-03-28 | 2023-10-05 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Measuring device |
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2017
- 2017-09-06 JP JP2017171320A patent/JP2019047424A/en active Pending
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