JP2019087843A - 発振回路、それを用いた信号発生装置及び信号分析装置、並びに周波数切替方法 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数の高いローカル信号源を複数個用いることなく、互いに異なる周波数の出力信号を等しい周波数可変範囲で選択的に出力することができる発振回路、それを用いた信号発生装置及び信号分析装置、並びに周波数切替方法を提供する。【解決手段】発振回路１０は、入力電圧に応じた周波数の信号を出力するＶＣＯ１３と、ローカル信号とＶＣＯ１３の出力とを混合して得られた信号を出力する第１ミキサ１４−１と、ローカル信号の周波数を分周した信号を出力する分周器１６−１と、第１ミキサ１４−１の出力と分周器１６−１の出力とを混合して得られた信号を出力する第２ミキサ１４−２と、第２ミキサ１４−２の出力と基準信号との位相差に応じた信号を出力するＰＦＤ１７と、ＶＣＯ１３の出力と第１ミキサ１４−１の出力とのいずれかを選択して発振回路１０の出力信号として出力するＳＷ１９と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、発振回路、それを用いた信号発生装置及び信号分析装置、並びに周波数切替方法に関する。

従来より、信号発生装置やスペクトラムアナライザなどの信号分析装置には、発振回路として位相同期回路（Phase Locked Loop：ＰＬＬ）が使用されている。ＰＬＬ回路は、電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator：ＶＣＯ）を備え、基準信号にＶＣＯの出力信号を位相同期させる構成を有している。

従来のスペクトラムアナライザにおいては、広帯域にわたって掃引を行うために、複数のＶＣＯを切り替えることが行われている（例えば、特許文献１参照）。ここで、複数のＶＣＯの数を減少させるため、１つのＶＣＯの発振周波数とその数分の１の低い周波数とを発生させることが可能な構成とすることがある。この場合の構成例を図７に示す。

図７に示す発振回路７０は、基準信号を出力する基準信号発生回路７１と、ローカル信号ａ，ｂを出力するローカル信号源７２ａ，７２ｂと、ＶＣＯ７３と、ローカル信号ａとＶＣＯ７３の出力とを混合して得られた信号を出力するミキサ７４ａと、ミキサ７４ａの出力の低周波数成分を通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）７５ａと、ＬＰＦ７５ａの出力と基準信号との位相差に応じた信号を出力する位相比較器（Phase Frequency Detector：ＰＦＤ）７６と、ＰＦＤ７６の出力を所定のループ帯域幅で通過させてＶＣＯ７３に入力するループフィルタ７７と、を備える。

さらに、発振回路７０は、ローカル信号ｂとＶＣＯ７３の出力とを混合して得られた信号を出力するミキサ７４ｂと、ミキサ７４ｂの出力の低周波数成分を通過させるＬＰＦ７５ｂと、ＶＣＯ７３の出力とＬＰＦ７５ｂの出力とのいずれかを選択して出力するスイッチ（ＳＷ）７８，７９と、を備える。

例えば、基準信号の周波数範囲が１００ＭＨｚ〜２００ＭＨｚ、ローカル信号ａの周波数が５．０ＧＨｚ、ローカル信号ｂの周波数が４．０ＧＨｚ、ＶＣＯ７３の発振周波数の周波数範囲が５１００ＭＨｚ〜５２００ＭＨｚであるとする。ＳＷ７８，７９によりＶＣＯ７３の出力が選択された場合には、発振回路７０の出力信号の周波数範囲は５１００ＭＨｚ〜５２００ＭＨｚとなる。また、ＳＷ７８，７９によりＬＰＦ７５ｂの出力が選択された場合には、発振回路７０の出力信号の周波数範囲は１１００ＭＨｚ〜１２００ＭＨｚとなる。

しかしながら、図７に示した発振回路７０の構成では、周波数の高いローカル信号を出力するローカル信号源を複数個用いる必要があり、コストが掛かるという問題があった。

一方、図８に示すように、発振回路７０のローカル信号源７２ｂ、ミキサ７４ｂ、及びＬＰＦ７５ｂを、分周比Ｎの分周器８１に置き換えた発振回路８０のような構成も考えられる。

特許第５１８６４７４号公報

図８の発振回路８０においてＳＷ７８，７９により分周器８１の出力が選択された場合に、発振回路８０の出力信号の周波数範囲を例えば１１００ＭＨｚ〜１２００ＭＨｚにするためには、ＶＣＯ７３の発振周波数の周波数範囲をＮ×１１００ＭＨｚ〜Ｎ×１２００ＭＨｚにする必要がある。よって、ＶＣＯ７３の発振周波数幅はＮ×１００ＭＨｚとなり、１１００ＭＨｚ〜１２００ＭＨｚの発振周波数幅１００ＭＨｚに対して分周比Ｎ倍だけ広がることになる。

しかしながら、図８に示した発振回路８０の構成では、発振周波数幅の広いＶＣＯを準備するのにコストが掛かるとともに、そのようなＶＣＯの位相雑音性能が悪いという問題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、周波数の高いローカル信号源を複数個用いることなく、互いに異なる周波数の出力信号を等しい周波数可変範囲で選択的に出力することができる発振回路、それを用いた信号発生装置及び信号分析装置、並びに周波数切替方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る発振回路は、互いに異なる周波数の出力信号を選択的に出力する発振回路であって、所定の周波数可変範囲の周波数の基準信号を出力する基準信号発生回路と、ローカル信号を出力するローカル信号源と、入力電圧に応じた周波数の信号を出力する電圧制御発振器と、前記ローカル信号と前記電圧制御発振器の出力とを混合して得られた信号を出力する第１ミキサと、前記ローカル信号の周波数を分周した信号を出力する分周器と、前記第１ミキサの出力と前記分周器の出力とを混合して得られた信号を出力する第２ミキサと、前記第２ミキサの出力と前記基準信号との位相差に応じた信号を出力する位相比較器と、前記位相比較器の出力を所定のループ帯域幅で通過させて前記電圧制御発振器に入力するループフィルタと、前記電圧制御発振器の出力と前記第１ミキサの出力とのいずれかを選択して前記出力信号として出力する信号選択部と、を備える構成である。

この構成により、本発明に係る発振回路は、周波数の高いローカル信号源を複数個用いることなく、互いに異なる周波数の出力信号を等しい周波数可変範囲で選択的に出力することができる。また、本発明に係る発振回路は、ローカル信号源に起因する位相雑音を好適に減算することができる。

また、本発明に係る発振回路は、互いに異なる周波数の出力信号を選択的に出力する発振回路であって、所定の周波数可変範囲の周波数の基準信号を出力する基準信号発生回路と、ローカル信号を出力するローカル信号源と、入力電圧に応じた周波数の信号を出力する電圧制御発振器と、前記ローカル信号と前記電圧制御発振器の出力とを混合して得られた信号を出力する第１ミキサと、前記ローカル信号の周波数を分周した信号を出力する第ｍ分周器（ｍは１以上かつＭ−１以下の整数）と、第ｍ−１ミキサの出力と第ｍ−１分周器の出力とを混合して得られた信号を出力する第ｍミキサ（ｍは２以上かつＭ以下の整数）と、第Ｍミキサ（Ｍは３以上の整数）の出力と前記基準信号との位相差に応じた信号を出力する位相比較器と、前記位相比較器の出力を所定のループ帯域幅で通過させて前記電圧制御発振器に入力するループフィルタと、前記電圧制御発振器の出力と前記第ｍミキサ（ｍは１以上かつＭ−１以下の整数）の出力とのいずれかを選択して前記出力信号として出力する信号選択部と、を備えることを特徴とする構成である。

この構成により、本発明に係る発振回路は、周波数の高いローカル信号源を複数個用いることなく、互いに異なる周波数の出力信号を等しい周波数可変範囲で選択的に出力することができる。また、本発明に係る発振回路は、ローカル信号源に起因する位相雑音を好適に減算することができる。

また、本発明に係る信号発生装置は、互いに直交するＩ相成分及びＱ相成分の波形データを出力する波形データ発生部と、前記Ｉ相成分及びＱ相成分の波形データをそれぞれＩ相成分及びＱ相成分のアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、所望の周波数の局部発振信号を出力する局部発振器と、前記局部発振信号を前記Ｉ相成分及びＱ相成分のアナログ信号で直交変調して直交変調信号として出力する直交変調器と、を備え、前記局部発振器が、上記のいずれかに記載の発振回路を含む構成である。

この構成により、本発明に係る信号発生装置は、位相雑音が低減された互いに異なる周波数のローカル信号を容易に切り替えて利用することができる。

また、本発明に係る信号分析装置は、周波数掃引される局部発振信号を出力する局部発振器と、被測定信号と前記局部発振信号とを混合して得られた所定の中間周波数帯の信号を抽出する信号抽出部と、前記信号抽出部の出力をサンプリングしてディジタルの時系列データに変換するＡ／Ｄ変換器と、前記局部発振信号が周波数掃引されている間に前記Ａ／Ｄ変換器から出力される前記時系列データのスペクトラム波形を取得する信号処理部と、を備え、前記局部発振器が、上記のいずれかに記載の発振回路を含む構成である。

この構成により、本発明に係る信号分析装置は、位相雑音が低減された互いに異なる周波数のローカル信号を容易に切り替えて利用することができる。

また、本発明に係る周波数切替方法は、上記の発振回路を用いる周波数切替方法であって、前記電圧制御発振器の出力と前記第１ミキサの出力とのいずれかを選択して前記出力信号として出力する信号選択ステップを含む。

この構成により、本発明に係る周波数切替方法は、周波数の高いローカル信号源を複数個用いることなく、互いに異なる周波数の出力信号を等しい周波数可変範囲で選択的に出力することができる。

また、本発明に係る周波数切替方法は、上記の発振回路を用いる周波数切替方法であって、前記電圧制御発振器の出力と前記第ｍミキサ（ｍは１以上かつＭ−１以下の整数）の出力とのいずれかを選択して前記出力信号として出力する信号選択ステップを含む。

この構成により、本発明に係る周波数切替方法は、周波数の高いローカル信号源を複数個用いることなく、互いに異なる周波数の出力信号を等しい周波数可変範囲で選択的に出力することができる。

本発明は、周波数の高いローカル信号源を複数個用いることなく、互いに異なる周波数の出力信号を等しい周波数可変範囲で選択的に出力することができる発振回路、それを用いた信号発生装置及び信号分析装置、並びに周波数切替方法を提供するものである。

本発明の第１の実施形態に係る発振回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る発振回路を用いる周波数切替方法の処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る発振回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る発振回路を用いる周波数切替方法の処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る信号発生装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係る信号分析装置の構成を示すブロック図である。 従来の発振回路の構成を示すブロック図である。 従来の発振回路の他の構成を示すブロック図である。

以下、本発明に係る発振回路、それを用いた信号発生装置及び信号分析装置、並びに周波数切替方法の実施形態について、図面を用いて説明する。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る発振回路１０の構成について説明する。

本実施形態の発振回路１０は、互いに異なる周波数の出力信号を選択的に出力するものである。図１に示すように、発振回路１０は、基準信号発生回路１１と、ローカル信号源１２と、ＶＣＯ１３と、第１ミキサ１４−１と、第１ＬＰＦ１５−１と、分周器１６−１と、第２ミキサ１４−２と、第２ＬＰＦ１５−２と、ＰＦＤ１７と、ループフィルタ１８と、信号選択部としてのＳＷ１９と、ＳＷ２０と、入力電圧記憶部２１と、電圧入力部としてのＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ）２２と、操作部２３と、制御部２４と、を備える。

基準信号発生回路１１は、所定の周波数可変範囲の周波数の基準信号を出力するようになっている。本実施形態においては、基準信号の周波数は例えば１００ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの範囲の周波数である。

ローカル信号源１２は、ローカル信号を出力するようになっている。本実施形態においては、ローカル信号の周波数は例えば４．０ＧＨｚである。

ＶＣＯ１３は、入力電圧Ｖｔに応じた周波数（以下、「ＶＣＯ発振周波数」とも称する）の信号を出力するものであり、具体的には入力電圧Ｖｔにほぼ比例したＶＣＯ発振周波数ｆ（Ｖｔ）の信号を出力するようになっている。本実施形態においては、ＶＣＯ発振周波数ｆ（Ｖｔ）は、例えば５１００ＭＨｚ〜５２００ＭＨｚの範囲の周波数である。

第１ミキサ１４−１は、ローカル信号源１２から出力されたローカル信号と、ＶＣＯ１３の出力とを混合し、２つの出力の和及び差の周波数成分を含む信号を生成するものである。さらに、第１ミキサ１４−１は、上記の混合により得られた信号を第１ＬＰＦ１５−１を介して第２ミキサ１４−２に出力するようになっている。

第１ＬＰＦ１５−１は、第１ミキサ１４−１から出力された上記の和及び差の周波数成分を含む信号のうち、差の周波数成分を含む信号を通過させるようになっている。上記のように、ＶＣＯ発振周波数ｆ（Ｖｔ）が５１００ＭＨｚ〜５２００ＭＨｚの範囲の周波数であり、かつローカル信号の周波数が４．０ＧＨｚである場合には、第１ＬＰＦ１５−１の出力の周波数範囲は１１００ＭＨｚ〜１２００ＭＨｚとなる。

分周器１６−１は、ローカル信号源１２から出力されたローカル信号の周波数を分周比Ｎで分周した信号を出力するようになっている。本実施形態においては、分周比Ｎは例えば４である。

第２ミキサ１４−２は、第１ＬＰＦ１５−１の出力と分周器１６−１の出力とを混合し、２つの出力の和及び差の周波数成分を含む信号を生成するものである。さらに、第２ミキサ１４−２は、上記の混合により得られた信号を第２ＬＰＦ１５−２を介してＰＦＤ１７に出力するようになっている。

第２ＬＰＦ１５−２は、第２ミキサ１４−２から出力された上記の和及び差の周波数成分を含む信号のうち、差の周波数成分を含む信号を通過させるようになっている。

ＰＦＤ１７は、第２ＬＰＦ１５−２の出力と、基準信号発生回路１１の基準信号との位相差を検出し、その位相差に比例したパルス幅の電圧信号を出力するようになっている。なお、ＰＦＤ１７は、位相差に比例したパルス幅の電圧信号を出力するためのチャージポンプを内部に有している。

ループフィルタ１８は、ＰＦＤ１７の出力を所定のループ帯域幅で通過させてＶＣＯ１３に入力するようになっている。

ＳＷ１９は、ＶＣＯ１３の出力と第１ＬＰＦ１５−１の出力とのいずれかを選択して、発振回路１０の出力信号として出力するようになっている。すなわち、ＳＷ１９により発振回路１０の出力信号の周波数として、ＶＣＯ発振周波数と、ＶＣＯ発振周波数よりも低い周波数とのいずれかを選択することが可能である。例えば、図１に示した例では、ＳＷ１９によりＶＣＯ１３の出力が選択された場合には、発振回路１０の出力信号の周波数範囲は５１００ＭＨｚ〜５２００ＭＨｚとなる。また、ＳＷ１９により第１ＬＰＦ１５−１の出力が選択された場合には、発振回路１０の出力信号の周波数範囲は１１００ＭＨｚ〜１２００ＭＨｚとなる。

ＳＷ２０は、ループフィルタ１８の出力側をＤＡＣ２２に接続する状態、又は、ループフィルタ１８の出力側をＤＡＣ２２から切断する状態のいずれかの状態を取るように構成されている。

入力電圧記憶部２１は、ＶＣＯ１３の入力電圧Ｖｔ、すなわちＶＣＯチューニング電圧ＶｔのディジタルデータをＶＣＯ発振周波数に対応付けて記憶している。

ＤＡＣ２２は、ＳＷ２０によりループフィルタ１８の出力側とＤＡＣ２２が接続された状態で、入力電圧記憶部２１に記憶されたＶＣＯチューニング電圧Ｖｔのディジタルデータをアナログの電圧信号に変換するとともに、変換されたアナログの電圧信号をＶＣＯ１３に入力するようになっている。

制御部２４は、例えばＣＰＵ、入力電圧記憶部２１を構成するＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤなどを含むマイクロコンピュータ又はパーソナルコンピュータ等で構成され、発振回路１０を構成する上記各部の動作を制御する。なお、制御部２４は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのディジタル回路で構成することも可能である。あるいは、制御部２４は、ディジタル回路によるハードウェア処理と、ＣＰＵによるソフトウェア処理と、を適宜組み合わせて構成することも可能である。

操作部２３は、ユーザによる操作入力を行うためのものであり、例えばＬＣＤやＣＲＴなどの表示機器の表示画面に設けられたタッチパネルで構成される。あるいは、操作部２３は、キーボード又はマウスのような入力デバイスを含んで構成されてもよい。また、操作部２３は、リモートコマンドなどによる遠隔制御を行う外部制御装置で構成されてもよい。

操作部２３による入力操作は、制御部２４により検知されるようになっている。例えば、操作部２３により、出力信号の所望の周波数や所望のＶＣＯ発振周波数ｆ（Ｖｔ）をユーザが指定することができる。さらに、操作部２３により、ＳＷ１９により選択される出力の切り替えをユーザが手動で指定することができるようになっていてもよい。

以下、本実施形態に係る発振回路１０を用いる周波数切替方法について、図２のフローチャートを参照しながらその処理の一例を説明する。

まず、制御部２４は、ループフィルタ１８の出力側とＤＡＣ２２を接続する方向にＳＷ２０をオンにする（ステップＳ１）。これにより、ループフィルタ１８の出力に加えてＤＡＣ２２の出力がＶＣＯ１３に入力可能な状態になる。

次に、制御部２４は、ユーザによる操作部２３への操作に応じて、ＶＣＯ１３の出力と第１ＬＰＦ１５−１の出力とのいずれかを選択するようにＳＷ１９を切り替える（信号選択ステップＳ２）。

次に、制御部２４は、所望の周波数の出力信号を得るための、ＶＣＯ発振周波数ｆ（Ｖｔ）のＶＣＯチューニング電圧Ｖｔのディジタルデータを入力電圧記憶部２１から取得する（ステップＳ３）。

例えば、ステップＳ２においてＶＣＯ１３の出力が選択された場合には、制御部２４は、出力信号の所望の周波数に等しいＶＣＯ発振周波数ｆ（Ｖｔ）に対応するＶＣＯチューニング電圧Ｖｔのディジタルデータを取得する。

また、ステップＳ２において第１ＬＰＦ１５−１の出力が選択され、例えば出力信号の所望の周波数が１１５０ＭＨｚである場合には、制御部２４は、５１５０ＭＨｚのＶＣＯ発振周波数に対応するＶＣＯチューニング電圧Ｖｔのディジタルデータを取得する。

次に、制御部２４は、ステップＳ３で取得したＶＣＯチューニング電圧ＶｔのディジタルデータをＤＡＣ２２に入力する（ステップＳ４）。

次に、制御部２４は、ＶＣＯ発振周波数ｆ（Ｖｔ）がロックするまでの所定時間（例えば１００μｓｅｃ）を待機する（ステップＳ５）。

次に、制御部２４は、ＳＷ２０をオフとして、ループフィルタ１８の出力側をＤＡＣ２２から切断する（ステップＳ６）。

これらのステップＳ１〜Ｓ６の処理によって、所望の周波数の出力信号が発振回路１０から出力される。

以上説明したように、本実施形態に係る発振回路１０は、１つのローカル信号源１２からのローカル信号を２分岐して、第１ミキサ１４−１と第２ミキサ１４−２の２段のミキサに入力する構成になっており、ＶＣＯ１３の出力と１段目の第１ミキサ１４−１からの出力とを選択するＳＷ１９を備える。

このような構成により、本実施形態に係る発振回路１０は、周波数の高いローカル信号源を複数個用いることなく、互いに異なる周波数の出力信号を等しい周波数可変範囲で選択的に出力することができる。

また、本実施形態に係る発振回路１０は、１つのローカル信号源１２からのローカル信号を第１ミキサ１４−１と第２ミキサ１４−２に入力するため、ローカル信号源１２に起因する位相雑音をこれら２つのミキサにより好適に減算することができる。これに対して、図７に示した従来の発振回路７０は、２つのローカル信号源７２ａ，７２ｂ間で位相雑音が無相関であるため、位相雑音を効果的に減算することができない。

なお、本実施形態で例示した周波数や分周比の数値はあくまで一例であり、本発明はこれらの値に限定されるものではない。

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態に係る発振回路３０について図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。また、第１の実施形態と同様の動作についても適宜説明を省略する。

図３に示すように、本実施形態の発振回路３０は、基準信号発生回路１１と、ローカル信号源１２と、ＶＣＯ１３と、Ｍ個のミキサ１４−ｍ（ｍは１以上かつＭ以下の整数）と、Ｍ個のＬＰＦ１５−ｍ（ｍは１以上かつＭ以下の整数）と、Ｍ−１個の分周器１６−ｍ（ｍは１以上かつＭ−１以下の整数）と、ＰＦＤ１７と、ループフィルタ１８と、ＳＷ１９，２０と、入力電圧記憶部２１と、ＤＡＣ２２と、操作部２３と、制御部２４と、を備える。ここで、Ｍは３以上の整数である。

Ｍ−１個の分周器のうちの分周器１６−ｍ（ｍは１以上かつＭ−１以下の整数）は、ローカル信号源１２から出力されたローカル信号の周波数を分周比Ｎ_ｍで分周した信号を出力するようになっている。

Ｍ個のミキサのうちの第ｍミキサ１４−ｍ（ｍは２以上かつＭ以下の整数）は、第ｍ−１ＬＰＦ１５−（ｍ−１）の出力と第ｍ−１分周器１６−（ｍ−１）の出力とを混合し、２つの出力の和及び差の周波数成分を含む信号を生成するものである。さらに、第ｍミキサ１４−ｍは、上記の混合により得られた信号を第ｍＬＰＦ１５−ｍに出力するようになっている。特に、Ｍ個のミキサのうちの第Ｍミキサ１４−Ｍは、第Ｍ−１ＬＰＦ１５−（Ｍ−１）の出力と第Ｍ−１分周器１６−（Ｍ−１）の出力とを混合して得られた信号を第ＭＬＰＦ１５−Ｍを介してＰＦＤ１７に出力する。

第ｍＬＰＦ１５−ｍは、第ｍミキサ１４−ｍから出力された上記の和及び差の周波数成分を含む信号のうち、差の周波数成分を含む信号を通過させるようになっている。

本実施形態においてＰＦＤ１７は、第ＭＬＰＦ１５−Ｍの出力と、基準信号発生回路１１の基準信号との位相差を検出し、その位相差に比例したパルス幅の電圧信号を出力するようになっている。

ＳＷ１９は、ＶＣＯ１３の出力と第ｍＬＰＦ１５−ｍ（ｍは１以上かつＭ−１以下の整数）の出力とのいずれかを選択して、発振回路１０の出力信号として出力するようになっている。すなわち、ＳＷ１９により発振回路１０の出力信号の周波数として、ＶＣＯ発振周波数と、ＶＣＯ発振周波数よりも低い複数の周波数とのいずれかを選択することが可能である。

以下、本実施形態に係る発振回路３０を用いる周波数切替方法について、図４のフローチャートを参照しながらその処理の一例を説明する。なお、ステップＳ１１，Ｓ１４〜Ｓ１６については、第１の実施形態のステップＳ１，Ｓ４〜Ｓ６と同様であるため説明を省略する。

以下の説明では、基準信号の周波数範囲を１００ＭＨｚ〜２００ＭＨｚ、ローカル信号の周波数を２．０ＧＨｚ、ＶＣＯ発振周波数の周波数範囲を５１００ＭＨｚ〜５２００ＭＨｚ、ミキサ１４−ｍの個数Ｍを３、分周器１６−１の分周比Ｎ_１を１、分周器１６−２の分周比Ｎ_２を２とする。

制御部２４は、ユーザによる操作部２３への操作に応じて、ＶＣＯ１３の出力と第ｍＬＰＦ１５−ｍ（ｍは１以上かつＭ−１以下の整数）の出力とのいずれかを選択するようにＳＷ１９を切り替える（信号選択ステップＳ１２）。

次に、制御部２４は、所望の周波数の出力信号を得るための、ＶＣＯ発振周波数ｆ（Ｖｔ）のＶＣＯチューニング電圧Ｖｔのディジタルデータを入力電圧記憶部２１から取得する（ステップＳ１３）。

例えば、ステップＳ１２においてＶＣＯ１３の出力が選択された場合には、制御部２４は、出力信号の所望の周波数に等しいＶＣＯ発振周波数ｆ（Ｖｔ）に対応するＶＣＯチューニング電圧Ｖｔのディジタルデータを取得する。

また、ステップＳ１２において第１ＬＰＦ１５−１の出力が選択され、例えば出力信号の所望の周波数が３１５０ＭＨｚである場合には、制御部２４は、５１５０ＭＨｚのＶＣＯ発振周波数に対応するＶＣＯチューニング電圧Ｖｔのディジタルデータを取得する。

また、ステップＳ１２において第２ＬＰＦ１５−２の出力が選択され、例えば出力信号の所望の周波数が１１５０ＭＨｚである場合には、制御部２４は、５１５０ＭＨｚのＶＣＯ発振周波数に対応するＶＣＯチューニング電圧Ｖｔのディジタルデータを取得する。

これらのステップＳ１１〜Ｓ１６の処理によって、所望の周波数の出力信号が発振回路３０から出力される。

以上説明したように、本実施形態に係る発振回路３０は、１つのローカル信号源１２からのローカル信号をＭ分岐して、ミキサ１４−１〜１４−ＭのＭ段のミキサに入力する構成になっており、ＶＣＯ１３の出力と１〜Ｍ−１段目のミキサ１４−１〜１４−（Ｍ−１）からの出力とを選択するＳＷ１９を備える。

このような構成により、本実施形態に係る発振回路３０は、周波数の高いローカル信号源を複数個用いることなく、互いに異なる周波数の出力信号を等しい周波数可変範囲で選択的に出力することができる。

また、本実施形態に係る発振回路３０は、１つのローカル信号源１２からのローカル信号をミキサ１４−１〜１４−Ｍに入力するため、ローカル信号源１２に起因する位相雑音をこれらＭ個のミキサにより好適に減算することができる。

なお、本実施形態で例示した周波数や分周比の数値はあくまで一例であり、本発明はこれらの値に限定されるものではない。

（第３の実施形態）
続いて、本発明の第３の実施形態に係る信号発生装置４０について図面を参照しながら説明する。なお、第１又は第２の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。また、第１又は第２の実施形態と同様の動作についても適宜説明を省略する。

図５に示すように、信号発生装置４０は、波形データ発生部４１と、ＤＡＣ４２と、ＬＰＦ４３と、局部発振器を構成する第１又は第２の実施形態に係る発振回路１０，３０と、直交変調器４４と、増幅器４５と、表示部４６と、操作部４７と、制御部４８と、を備える。

波形データ発生部４１は、直交変調器４４から出力される直交変調信号のベースバンド信号として、互いに直交する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（ディジタル値）を出力するようになっている。なお、以降では、Ｉ相成分のベースバンドの波形データを「Ｉ波形データ」、Ｑ相成分のベースバンドの波形データを「Ｑ波形データ」ともいう。

Ｉ波形データ及びＱ波形データが対応する通信規格としては、例えば、セルラ（ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａ、Ｗ−ＣＤＭＡ（登録商標）、ＧＳＭ（登録商標）、ＣＤＭＡ２０００、１ｘＥＶ−ＤＯ、ＴＤ−ＳＣＤＭＡ等）、無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ｇ／ａ／ｎ／ａｃ／ａｄ等）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＧＮＳＳ（ＧＰＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、ＧＬＯＮＡＳＳ、ＢｅｉＤｏｕ等）、ＦＭ、及びディジタル放送（ＤＶＢ−Ｈ、ＩＳＤＢ−Ｔ等）が挙げられる。

例えば、波形データ発生部４１は、様々な通信規格に対応したＩ波形データ及びＱ波形データを個別の波形ファイルとして記憶しており、操作部４７により選択された通信規格に対応した波形ファイルからＩ波形データ及びＱ波形データを展開して、後段のＤＡＣ４２に出力するようになっている。あるいは、波形データ発生部４１は、操作部４７により選択された通信規格に対応したＩ波形データ及びＱ波形データを、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）により逐次生成して出力するものであってもよい。

ＤＡＣ４２は、ディジタル信号であるＩ波形データ及びＱ波形データをそれぞれＩ相成分及びＱ相成分のアナログ信号に変換するようになっている。なお、以降では、Ｉ相成分のアナログ信号を「Ｉ波形アナログ信号」、Ｑ相成分のアナログ信号を「Ｑ波形アナログ信号」ともいう。

ＬＰＦ４３は、ＤＡＣ４２から出力されたＩ波形アナログ信号及びＱ波形アナログ信号の出力信号の高周波成分を除去するようになっている。

発振回路１０，３０は、制御部４８からの制御信号に基づいた所望の周波数の局部発振信号（ローカル信号）を直交変調器４４に出力するようになっている。

直交変調器４４は、発振回路１０，３０から入力されたローカル信号を、ＬＰＦ４３を通過したＩ波形アナログ信号及びＱ波形アナログ信号で直交変調して直交変調信号として出力するようになっており、移相器４４ａと、乗算器４４ｂ，４４ｃと、加算器４４ｄと、を備える。

発振回路１０，３０からのローカル信号は、直接乗算器４４ｂへ入力されるとともに、移相器４４ａで位相が９０°移相された後、乗算器４４ｃへ入力される。また、乗算器４４ｂ，４４ｃには、それぞれＬＰＦ４３を通過したＩ波形アナログ信号及びＱ波形アナログ信号が入力される。

乗算器４４ｂは、ローカル信号とＩ波形アナログ信号とを乗算して加算器４４ｄへ出力する。乗算器４４ｃは、９０°移相されたローカル信号とＱ波形アナログ信号とを乗算して加算器４４ｄへ出力する。加算器４４ｄは、各乗算器４４ｂ，４４ｃの出力を加算して直交変調信号として出力する。直交変調器４４から出力された直交変調信号は、増幅器４５で増幅される。

表示部４６は、例えばＬＣＤやＣＲＴなどの表示機器で構成され、制御部４８からの制御信号に応じて各種表示内容を表示するようになっている。この表示内容には、複数の通信規格や、複数の波形データの一覧などが含まれる。

操作部４７は、ユーザによる操作入力を行うためのものであり、例えば、ユーザは、操作部４７を用いて、信号発生装置４０から出力される直交変調信号の通信規格を複数の通信規格の中から選択することができる。また、操作部４７により、発振回路１０，３０からの出力信号の周波数を設定することなども可能である。

制御部４８は、信号発生装置４０を構成する上記各部の動作を制御する。なお、操作部４７と制御部４８は、それぞれ第１又は第２の実施形態の操作部２３と制御部２４と共通であってもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る信号発生装置４０は、第１又は第２の実施形態の発振回路１０，３０を局部発振器として用いることにより、位相雑音が低減された互いに異なる周波数のローカル信号を容易に切り替えて利用することができる。

（第４の実施形態）
続いて、本発明の第４の実施形態に係る信号分析装置５０について図面を参照しながら説明する。なお、第１又は第２の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。また、第１又は第２の実施形態と同様の動作についても適宜説明を省略する。

図６に示すように、信号分析装置５０は、アッテネータ（ＡＴＴ）５１と、局部発振器を構成する第１又は第２の実施形態に係る発振回路１０，３０と、ミキサ５２と、ＩＦフィルタ５３と、検波器５４と、ビデオ・フィルタ５５と、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）５６，５７と、掃引部５８と、信号処理部５９と、操作部６０と、表示部６１と、制御部６２と、を備え、ＤＵＴ１から出力される被測定信号Ｓの解析処理を行うものである。

ＡＴＴ５１は、内部に抵抗を有し、ＤＵＴ１からの高周波の被測定信号Ｓを後段の信号処理部５９において処理可能な信号レベルに減衰させるためのもので、インピーダンスを変化させない電子部品である。

本実施形態においては、発振回路１０，３０から発振される局部発振信号（ローカル信号）の周波数ｆ_Ｌが、掃引部５８から出力される掃引ランプ信号により所定の周波数範囲にわたって掃引される。発振回路１０，３０から発振されるローカル信号の周波数は、所望の解析帯域に応じて制御部６２により設定される。

ミキサ５２は、ＡＴＴ５１で減衰された周波数ｆ_Ｓの被測定信号Ｓと、発振回路１０，３０から発振された周波数ｆ_Ｌのローカル信号とを混合し、２つの信号の和及び差の周波数成分を含む出力信号を生成するものである。

ＩＦフィルタ５３は、ミキサ５２からの出力信号をフィルタリングするようになっている。ＩＦフィルタ５３は、ミキサ５２によって被測定信号Ｓとローカル信号とを混合させた中間周波数｜ｆ_Ｌ−ｆ_Ｓ｜又はｆ_Ｌ＋ｆ_Ｓの中間周波数信号が所定の中間周波数帯にあるときに、これらの中間周波数信号を出力する。

ＩＦフィルタ５３は、アナログのバンドパス・フィルタなどで構成されるＲＢＷ（Resolution Band Width）フィルタ及び対数増幅器（ログアンプ）によって構成されている。

ＩＦフィルタ５３が備える対数増幅器は、被測定信号Ｓの対数に対応する増幅信号を出力する増幅器なので、ＩＦフィルタ５３に被測定信号Ｓを通過させると、被測定信号Ｓを対数圧縮した大きなダイナミック・レンジの信号として一括して扱うことができるようになる。このため、信号分析装置５０は、リニアな表示デバイスを用いてデシベルに対応した表示を行うことができるようになる。

本実施形態においては、ミキサ５２からの出力信号が掃引動作に同期して変化する。このため、その変化に応じて、ＩＦフィルタ５３によって、１掃引時間（掃引期間）内において、時間経過とともに中間周波数信号に変換された被測定信号Ｓの各周波数成分における時系列波形である信号が抽出される。

なお、発振回路１０，３０、ミキサ５２、及びＩＦフィルタ５３は、ローカル信号と被測定信号Ｓとを混合して得られた所定の中間周波数帯の信号を抽出する信号抽出部を構成する。

検波器５４は、例えば包絡線検波器であり、ＩＦフィルタ５３で抽出された信号を直流に変換するようになっている。

検波器５４は、ＩＦフィルタ５３から出力されたアナログの周波数スペクトラム波形における各時間軸位置のピーク値を検出し、包絡線検波された状態の周波数スペクトラム波形を出力する。

検波器５４によって掃引期間内において検波された信号は、掃引された周波数における時系列波形の大きさを示す。この場合、表示部６１において、横軸を周波数、縦軸を振幅レベル（デシベル）としてグラフを表示すると、その表示されるグラフは周波数スペクトラム波形になる。

ビデオ・フィルタ５５は、ビデオ帯域幅（ＶＢＷ）フィルタであり、検波器５４によって検波された信号のスペクトラムに対してではなく、検波された信号の時間変動に対するフィルタとして機能する。この機能により、ビデオ・フィルタ５５は、被測定信号Ｓの周波数ごとの強度を求め、周波数スペクトラム波形を表示するための信号を出力する。

ＡＤＣ５６は、ビデオ・フィルタ５５から出力された信号を所定のサンプリングレートでサンプリングして、ディジタルデータとしての時系列データに変換する。ここでの時系列データは、被測定信号Ｓの振幅の周波数特性を示すものになっている。

掃引部５８は、発振回路１０，３０から発振されるローカル信号の周波数ｆ_Ｌを所定の周波数範囲にわたって掃引させるための掃引ランプ信号を生成するもので、設定される掃引時間に応じて掃引ランプ信号の生成を制御するものである。

ＡＤＣ５７は、掃引部５８において生成される掃引ランプ信号をディジタルデータに変換して制御部６２に出力する。

これにより、制御部６２は、ＡＤＣ５７からのディジタルデータを基準として、掃引部５８における掃引ランプ信号を生成するための掃引期間などを制御する。

信号処理部５９は、ローカル信号が周波数掃引されている間にＡＤＣ５６から出力される時系列データから、あらかじめ定められた周波数範囲の周波数スペクトラム波形を取得するようになっている。また、信号処理部５９は、取得した周波数スペクトラム波形のデータを表示部６１に出力するようになっている。

表示部６１は、例えばＬＣＤやＣＲＴなどの表示機器で構成され、信号処理部５９が出力する周波数スペクトラム波形のデータを、周波数ドメイン（横軸を周波数、縦軸を振幅）で表示するようになっている。

操作部６０は、ユーザによる操作入力を行うためのものであり、例えば、ユーザは、操作部６０を用いて、測定結果の表示周波数範囲などを設定することができる。

制御部６２は、信号発生装置４０を構成する上記各部の動作を制御する。なお、操作部６０と制御部６２は、それぞれ第１又は第２の実施形態の操作部２３と制御部２４と共通であってもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る信号分析装置５０は、第１又は第２の実施形態の発振回路１０，３０を局部発振器として用いることにより、位相雑音が低減された互いに異なる周波数のローカル信号を容易に切り替えて利用することができる。

１０，３０ 発振回路
１１ 基準信号発生回路
１２ ローカル信号源
１３ ＶＣＯ
１４−１〜１４−Ｍ ミキサ
１６−１〜１６−（Ｍ−１） 分周器
１７ ＰＦＤ
１８ ループフィルタ
１９，２０ ＳＷ
２１ 入力電圧記憶部
２２，４２ ＤＡＣ
４０ 信号発生装置
４１ 波形データ発生部
４４ 直交変調器
５０ 信号分析装置
５２ ミキサ
５３ ＩＦフィルタ
５６，５７ ＡＤＣ
５９ 信号処理部

Claims (6)

1. 互いに異なる周波数の出力信号を選択的に出力する発振回路（１０）であって、
   所定の周波数可変範囲の周波数の基準信号を出力する基準信号発生回路（１１）と、
   ローカル信号を出力するローカル信号源（１２）と、
   入力電圧に応じた周波数の信号を出力する電圧制御発振器（１３）と、
   前記ローカル信号と前記電圧制御発振器の出力とを混合して得られた信号を出力する第１ミキサ（１４−１）と、
   前記ローカル信号の周波数を分周した信号を出力する分周器（１６−１）と、
   前記第１ミキサの出力と前記分周器の出力とを混合して得られた信号を出力する第２ミキサ（１４−２）と、
   前記第２ミキサの出力と前記基準信号との位相差に応じた信号を出力する位相比較器（１７）と、
   前記位相比較器の出力を所定のループ帯域幅で通過させて前記電圧制御発振器に入力するループフィルタ（１８）と、
   前記電圧制御発振器の出力と前記第１ミキサの出力とのいずれかを選択して前記出力信号として出力する信号選択部（１９）と、を備えることを特徴とする発振回路。
2. 互いに異なる周波数の出力信号を選択的に出力する発振回路（３０）であって、
   所定の周波数可変範囲の周波数の基準信号を出力する基準信号発生回路（１１）と、
   ローカル信号を出力するローカル信号源（１２）と、
   入力電圧に応じた周波数の信号を出力する電圧制御発振器（１３）と、
   前記ローカル信号と前記電圧制御発振器の出力とを混合して得られた信号を出力する第１ミキサ（１４−１）と、
   前記ローカル信号の周波数を分周した信号を出力する第ｍ分周器（１６−ｍ）（ｍは１以上かつＭ−１以下の整数）と、
   第ｍ−１ミキサの出力と第ｍ−１分周器の出力とを混合して得られた信号を出力する第ｍミキサ（１４−ｍ）（ｍは２以上かつＭ以下の整数）と、
   第Ｍミキサ（１４−Ｍ）（Ｍは３以上の整数）の出力と前記基準信号との位相差に応じた信号を出力する位相比較器（１７）と、
   前記位相比較器の出力を所定のループ帯域幅で通過させて前記電圧制御発振器に入力するループフィルタ（１８）と、
   前記電圧制御発振器の出力と前記第ｍミキサ（ｍは１以上かつＭ−１以下の整数）の出力とのいずれかを選択して前記出力信号として出力する信号選択部（１９）と、を備えることを特徴とする発振回路。
3. 互いに直交するＩ相成分及びＱ相成分の波形データを出力する波形データ発生部（４１）と、
   前記Ｉ相成分及びＱ相成分の波形データをそれぞれＩ相成分及びＱ相成分のアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器（４２）と、
   所望の周波数の局部発振信号を出力する局部発振器（１０，３０）と、
   前記局部発振信号を前記Ｉ相成分及びＱ相成分のアナログ信号で直交変調して直交変調信号として出力する直交変調器（４４）と、を備え、
   前記局部発振器が、請求項１又は請求項２に記載の発振回路を含むことを特徴とする信号発生装置。
4. 周波数掃引される局部発振信号を出力する局部発振器（１０，３０）と、
   被測定信号と前記局部発振信号とを混合して得られた所定の中間周波数帯の信号を抽出する信号抽出部（１０，３０，５２，５３）と、
   前記信号抽出部の出力をサンプリングしてディジタルの時系列データに変換するＡ／Ｄ変換器（５６）と、
   前記局部発振信号が周波数掃引されている間に前記Ａ／Ｄ変換器から出力される前記時系列データのスペクトラム波形を取得する信号処理部（５９）と、を備え、
   前記局部発振器が、請求項１又は請求項２に記載の発振回路を含むことを特徴とする信号分析装置。
5. 請求項１に記載の発振回路を用いる周波数切替方法であって、
   前記電圧制御発振器の出力と前記第１ミキサの出力とのいずれかを選択して前記出力信号として出力する信号選択ステップ（Ｓ２）を含むことを特徴とする周波数切替方法。
6. 請求項２に記載の発振回路を用いる周波数切替方法であって、
   前記電圧制御発振器の出力と前記第ｍミキサ（ｍは１以上かつＭ−１以下の整数）の出力とのいずれかを選択して前記出力信号として出力する信号選択ステップ（Ｓ１２）を含むことを特徴とする周波数切替方法。

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