JP2655043B2 - Pll回路 - Google Patents

Pll回路

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JP2655043B2
JP2655043B2 JP5207102A JP20710293A JP2655043B2 JP 2655043 B2 JP2655043 B2 JP 2655043B2 JP 5207102 A JP5207102 A JP 5207102A JP 20710293 A JP20710293 A JP 20710293A JP 2655043 B2 JP2655043 B2 JP 2655043B2
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淳 城倉
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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  • Manipulation Of Pulses (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はPLL(フェイズロック
ドループ)回路に関し、特に変復調技術における安定な
同期信号を得るために用いられるPLL回路に関する。
【0002】
【従来の技術】PLL回路は、外部から与えられる基準
周波数信号と、VCO(電圧制御発振器)の発振出力を
分周した分周出力との位相差を検出し、その位相差に応
じた直流電圧によりVCOを制御して安定な発振出力を
得るものである。
【0003】受信システムにおいて、この発振出力をロ
ーカル発振信号として受信RF信号と混合し、IF信号
を作成するようになっており、チャンネル切換え時の周
波数切換えには、分周器(プログラムデバイダ)の分周
比を変更するか、あるいは基準周波数信号自体を信号源
にダイレクトディジタルシンセサイザ等を用いて変化さ
せることにより同調を得ている。
【0004】局部発振周波数シンセサシザにおいては、
高速の周波数切換えのためには、系の高利得設計が行わ
れるが、その反面雑音帯域幅が大きくなり、系内に雑音
を取り込み易く、発振出力のC/N値が問題となる。こ
うした場合にネガティブな措置として、位相比較におけ
る不感帯(デットゾーン)を拡げる方法がとられる。
【0005】図5は特開昭63−260317号公報に
示された従来のPLL回路の位相比較器の部分を示す回
路図であり、21はチャージポンプ,22は第1のD−
FF,23は第2のD−FF,24は第1のD−FF2
2のクロック入力端子に印加された基準周波数信号fR
を遅延する第1の遅延回路,25は第2のD−FF23
のクロック入力端子に印加された分周信号fP を遅延す
る第2の遅延回路である。25,24は遅延回路であ
り、28,29はデットゾーン拡大信号DZ に応じて遅
延量を選択する回路である。
【0006】次に動作について説明する。D−FF22
の入力端子D1 には、D−FF23反転出力Q2 が印加
され、D−FF23の入力端子D2 にはD−FF22の
反転出力Q1 が印加され、出力Q1 はチヤージポンプ回
路21のNMOS26のゲートに印加され、出力Q2 は
NMOS27のゲートに印加される。
【0007】デットゾーン拡大信号DZ をオフ
(“0”)にすると、遅延回路の最終段の遅延信号が選
択回路28,29より選択される。
【0008】まず、分周信号fP に対して基準周波数信
号fR の位相が一致しているとき、図6(A)に示す様
にfP とfR の立上りにより、D−FF22,23は共
に互いの反転出力“1”を取込んで各々出力Q1 及びQ
2 に出力する。この出力Q1及びQ2 は、図6(C)の
様に実線で示される傾斜で上昇し、スレッショルド電圧
Vt に達する時点TD で選択回路28,29の出力R1
とR2 が立上る。
【0009】すなわち、遅延回路24,25の最大遅延
量はTD と等しくなる様に設計してあり、出力R1 ,R
2 によりD−FF22,23は共にリセットされ、出力
Q1及びQ2 は低下し、従ってこの場合、NMOS2
6,27は共にオンせず、位相差に応じた出力PDは出
力されない。
【0010】図6(B)で示される如く、fR ′が10
nsec早くなった状態では、D−FF22は“1”を
取込み、出力Q1 は(C)の点線の様に立上る。D−
FF23は10nsec遅れてfP の立上りで“1”を
取込み、その出力Q2 が上昇する。次に選択回路28か
らR1 ′が出力されると、D−FF23はリセットさ
れ、出力Q2 はVt に達する前に、(C)の破線の様
に立下がる。
【0011】一方,D−FF22の出力Q1 はVt に達
し、選択回路29の出力R2 によりD−FF22がリセ
ットされることになる。従って、出力Q1 がVt 以上に
なった期間、NMOS26がオンとなって、位相差に応
じた出力PD“0”が出力される。すなわち、図6
(C)の場合には、fR が早くなると、出力R2 が出力
される前に必ずVt に達することになり、デッドゾーン
は零となるのである。
【0012】次に図6(D)はDZ=“1”の場合であ
り、DZ=“0”の時より、遅延量の少い遅延信号が選
択される。まずf R とfP の位相が一致している時に
は、遅延回路の出力R1 とR2 が発生するのがTD より
早くなるので、Q1 とQ2 はVt に達せずにD−FF2
2,23がリセットされる。
【0013】いま、出力R1 とR2 がTD より10ns
ec早い遅延信号であるとした時、fR が図6(D)の
如く、10nsec早くなった場合、D−FF22の出
力Q1 は(D)の実線で示される如く上昇し、Vt に達
する直前において、出力R2が発生するためにD−FF
22がリセットされ、Q1 は低下する。
【0014】したがって、図6(E)の場合には、fR
とfP の位相差が10nsec以内では、出力Q1 がV
t に達する前に必ずD−FF22がリセットされること
になり、NMOS26がオンとなって位相差に対応する
出力PD が発生されることはない。すなわち、10ns
ecのデッドゾーンが設けられる。同様にfP がfRよ
り早くなった場合は、10nsec以下でれば、D−F
F23の出力Q2 がVt に達する前にD−FF23がリ
セットされるので、10nsecのデッドゾーンが発生
する。
【0015】デッドゾーンを設けることにより、PLL
回路がロックしている状態でVCOの外乱となるような
制御パルスの頻繁な発生が防止され、またジッタノイズ
等の雑音信号もカットされ、S/Nを大幅に改善してい
る。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の位相比
較回路で構成したPLL回路においては、デッドゾーン
近傍での位相差に対して、系の反応が鈍化する問題があ
る。
【0017】例えば、fR がfP に対して12nsec
早くなった場合を想定すると、図7に示す様になる。D
Z =“0”のデッドゾーン0の状態では、出力Q1 がV
t を越えている時間は約12nsecとみることがで
き、PD 信号として“1”が12nsec出力される
が、DZ =“1”のデッドゾーン10nsecの状態で
は、出力Q1 がVt を越える時間約2nsecとな
り、PD 信号として「1」は2nsec間しか続かず、
ループフィルタを通してのVCOの制御を行う積分電圧
値の変化の割合が鈍くる。
【0018】この位相比較の特性を図に示すと図8のよ
うになる。fR とfP の位相差が大きい時には、相対的
にみてそのデッドゾーン設定分の10nsecで削られ
る時間が小さくなるため、影響は少くなるが、デッドゾ
ーン近傍でかなり系としての感度は劣化する。
【0019】具体的には、PLL回路の発振周波数の切
換時,シフト周波数付近への変化に支障はないが、収束
値付近での同調に影響が出て、収束値に対して振動が尾
を引く現象が生じ易い問題点がある。
【0020】本発明の目的は、位相比較時にデッドゾー
ンを設けつつ安定な同期収束を可能としたPLL回路を
提供することである。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、電圧制
御発振手段と、この発振出力周波数信号と外部発振周波
数信号との位相比較をなす位相比較手段と、この位相比
較出力に応じて前記電圧制御発振手段の制御電圧を生成
する制御電圧生成手段とを含むPLL回路であって、前
記制御電圧生成手段は、前記位相比較出力を遅延する遅
延手段と、前記位相比較出力を積分する積分回路と、こ
の積分回路の出力を所定閾値電圧と比較する閾値回路
と、前記遅延手段の出力によって前記閾値回路の出力状
態をラッチし前記遅延手段の出力が消失したときにこの
ラッチ状態を解除するラッチ手段とを含み、このラッチ
出力を用いて前記制御電圧を生成するよう構成されてい
ることを特徴とするPLL回路が得られる。
【0022】
【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。
【0023】図1は本発明の実施例のブロック図であ
り、基準周波数fR を発生する発振器1の出力は位相比
較器3の一入力となる。この位相比較器3の他入力に
は、VCO7の発振周波数を分周器2にて分周した周波
数fP の信号が印加されている。
【0024】位相比較器3からは、位相差に応じたパル
ス幅の進み信号PD と遅れ信号PUとが出力され、フィ
ルタ回路4a,4bへ夫々入力される。このフィルタ回
路4a,4bが本発明の特徴部分の回路であって図2に
その一具体例が示されている。このフィルタ回路4a,
4bにおいて、デッドゾーンが設定されつつPD ,PU
のパルス幅(位相差情報を含んでいる)が変化すること
のない、位相差信号RU ,RD が生成される。
【0025】この位相差信号RU ,RD はチャージポン
プ5を介してループフィルタ6へ入力され積分されるこ
とによりVCO7の制御電圧となる。
【0026】このVCO7の出力が受信システムにおけ
るローカル発振周波数となっており、受信チャンネルの
切換え指令に応答して基準周波数発振器1の発振周波数
fR及びプログラムデバイダ2の分周比がコントロール
され、PLL周波数シンセサイザを構成している。
【0027】図2(A),(B)は図1のフィルタ回路
4a,4bの各具体例回路図である。まず、図2(A)
を参照すると、進み信号PU は遅延回路11a及び時定
数回路10aへ夫々入力される。遅延回路11aの遅延
出力は、ラッチ回路12aを構成するD−FF13aの
クロック入力となる。
【0028】時定数回路10aの出力は、ラッチ回路1
2aを構成するPNPトランジスタ15aのベース入力
となり、このトランジスタ15aのエミッタ出力はD−
FF13aのデータ入力となると共に、オアゲート14
aの一入力となる。このオアゲート14aの他入力には
遅延回路11aの遅延出力が印加され、オア出力はD−
FF13aのリセット入力となっている。そして、D−
FF13aの反転Q出力がRU となる。
【0029】図2(B)は遅れ信号PD 側についても、
具体的に遅延回路11b,時定数回路10b及びラッチ
回路12bからなっているが、時定数回路10bの電源
ラインの極性,ラッチ回路内のトランジスタ15bの極
性が進み信号PU 側とは逆となっており、また、トラン
ジスタ15bのコレクタ出力はインバータ16bにて極
性反転されてD−FF13bのデータ入力及びオアゲー
ト14bの一入力となっている。
【0030】図3は図2(B)の回路の動作を示す各信
号波形図であり、fR がfP に対して位相が遅れたと
き、遅れ信号PD が出力された場合のものであって、本
例では遅れ度合が異なる2つのPD パルスを示してい
る。
【0031】(C)に示すPD パルスは時定数回路10
bの時定数によって(d)に示す立上りの緩やかな波形
(積分波形)に変換される。この波形がトランジスタ1
5bの閾値Vt に達しないPD パルスでは、トランジス
タ15bはオンせず、よってインバータ16bからD−
FF13bへのデータ入力信号(D入力信号)は生成さ
れない。一方、積分波形が閾値Vt に達するPD パルス
では、トランジスタ15bはオンしてインバータ16b
からデータ入力信号が(e)に示す如く生成され、この
データ入力信号は積分波形が閾値Vt より小となるまで
生成される。
【0032】D−FF13bのクロック入力にはPD パ
ルスが時間tD だけ遅延された(f)に示す如き遅延P
D パルスが供給されている。ここで、遅延時間tD と時
定数回路10bの時定数により定まる時間tM (図
(e)参照)とを殆ど同一か若しくはtM をtD より若
干小に選定しておけば、クロック信号(遅延パルスPD
)の立上りタイミングに同期しD−FF13bにはデ
ータ入力信号が取込まれてラッチされる。
【0033】遅延PD パルスが立下がると、オアゲート
14bの出力によりD−FF13bはリセットされるの
で、ラッチ状態がリセットされ、結果として(g)に示
すフィルタ回路出力RD が得られることになる。
【0034】従って、位相差に応じた進み信号PD は、
その位相差の度合によってはフィルタ回路4b(図1)
を通すことにより後段のチャージポンプ5へ入力される
ことなく、よってフィルタ回路12bの閾値Vt により
定まる時間tM がデッドゾーンとなるのである。
【0035】デッドゾーンを越える位相進み信号PD に
ついては、そのパルスの波形が変化することなくチャー
ジポンプ5へ出力されるで、デッドゾーン近傍におい
て、VCO7の制御を行う積分電圧値の変化の割合が、
従来の如く鈍くなることがないので、位相比較特性とし
ては図4に示すものが得られる。
【0036】尚、フィルタ回路4a,4bの出力RU ,
RD のPU ,PD に対する遅延時間TD については、デ
ッドゾーンtM を100ns(10MHZ )またはそれ
以上としても、ローカル発振周波数のチャンネル切換え
時に要求される収束時間(1ms以下のオーダ)に比し
無視できる。
【0037】図2の回路は単に一例に示すに止まるもの
で、種々の回路変形が可能であることは明らかである。
【0038】
【発明の効果】以上のべた様に、本発明によれば、PL
L受信システムにおいて要求される高速チャンネル切換
えのために高利得でPLLを設計した場合にも、位相比
較におけるデッドゾーンを設定しつつチャンネル切換え
時に収束値近傍での振動や尾引き現象を伴うことのない
高性能PLL回路が実現できるという効果がある。
【0039】定量的に述べると、S/N値で10dB以上
の改善があり、チャンネル切換え収束時間で2ms以上
の短縮が図れるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるPLL回路のブロック図である。
【図2】図1のフィルタ回路4a,4bの一例を示す回
路図である。
【図3】図2の回路の各部動作波形図である。
【図4】本発明によるPLL回路の位相比較特性図であ
る。
【図5】従来のPLL回路の位相比較器の回路図であ
る。
【図6】図5の回路の各動作波形図である。
【図7】図5の回路の各動作波形図である。
【図8】図5の回路の位相比較特性図である。
【符号の説明】
1 基準周波数発振器 2 分周器 3 位相比較器 4a,4b フィルタ回路 5 チャージポンプ 6 ループフィルタ 7 VCO 10a,10b 時定数回路 11a,11b 遅延回路 12a,12b ラッチ回路 13a,13b D−FF 14a,14b オアゲート 15a,15b トランジスタ 16b インバータ

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電圧制御発振手段と、この発振出力周波
    数信号と外部発振周波数信号との位相比較をなす位相比
    較手段と、この位相比較出力に応じて前記電圧制御発振
    手段の制御電圧を生成する制御電圧生成手段とを含むP
    LL回路であって、前記制御電圧生成手段は、前記位相
    比較出力を遅延する遅延手段と、前記位相比較出力を
    分する積分回路と、この積分回路の出力を所定閾値電圧
    と比較する閾値回路と、前記遅延手段の出力によって前
    閾値回路の出力状態をラッチし前記遅延手段の出力が
    消失したときにこのラッチ状態を解除するラッチ手段と
    を含み、このラッチ出力を用いて前記制御電圧を生成す
    るよう構成されていることを特徴とするPLL回路。
  2. 【請求項2】 前記位相比較手段は、前記発振出力周波
    数信号と外部発振周波数信号との一方に対する他方の位
    相ずれを検出して位相進み及び位相遅れに夫々対応した
    位相比較出力を生成するよう構成されており、前記遅延
    手段、前記積分回路、前記閾値回路及び前記ラッチ手段
    の各々は前記位相進み及び位相遅れに対応した位相比較
    出力に夫々対応して設けられていることを特徴とする請
    求項1記載のPLL回路。
  3. 【請求項3】 前記遅延手段の遅延時間は、前記位相比
    較における不感帯(デッドゾーン)に相当する時間に設
    定されていることを特徴とする請求項1または2記載の
    PLL回路。
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