JP2827968B2 - Pll周波数シンセサイザ - Google Patents

Pll周波数シンセサイザ

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JP2827968B2
JP2827968B2 JP7164346A JP16434695A JP2827968B2 JP 2827968 B2 JP2827968 B2 JP 2827968B2 JP 7164346 A JP7164346 A JP 7164346A JP 16434695 A JP16434695 A JP 16434695A JP 2827968 B2 JP2827968 B2 JP 2827968B2
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  • 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周波数シンセサイ
ザに関し、特に移動無線機等に用いられる分数分周方式
を用いたPLL周波数シンセサイザに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、移動体通信、例えば、携帯電話や
コードレス電話等においては、それらの需要の増大にと
もない使用周波数帯が高周波帯域に移行してゆくととも
に、多チャネル化の要求が強くなってきている。したが
って、高い周波数精度のチャネル周波数への切替が必要
になり、また、高速切替すなわち高速ロックの要求が高
まってきている。局部発振周波数源として多チャネルお
よび高速ロックの要求に対応して非同期状態での位相比
較周波数を高く設定できる分数分周方式のPLL周波数
シンセサイザが、広く用いられるようになってきてい
る。
【0003】従来のこの種のPLL周波数シンセサイザ
は、例えば特開昭61−245629号公報(文献1)
記載のN分数型周波数シンセサイザのように、分周比P
とP+1との2モードの分周器すなわちプリスケーラを
前置し、データN,AをそれぞれカウントするNおよび
Aの2つのカウンタから成るプログラマブルカウンタと
を備え、これら2つのデータNとAを、n進の累算器お
よび加算器を用いることにより増減させることにより一
定の周期における平均分周比を分数として実現するとい
う方式である。
【0004】文献1記載の従来のPLL周波数シンセサ
イザをブロックで示す図4を参照すると、この従来のP
LL周波数シンセサイザは、制御データA,Nの供給に
応答して入力のVCO信号Vの周波数fvを所定の分周
比で分周し周波数fpの出力信号Fpを出力する可変分
周回路100と、出力信号Fpの周波数fpと基準信号
Fpの周波数frと比較し差信号pcを出力する位相比
較器200と、差信号pcを平滑して制御信号dcを出
力するLPF300と、制御信号dcの電圧に応答して
発振周波数fvが制御され出力信号FO,Vを出力する
VCO400とを備える。
【0005】可変分周回路100は、制御信号MCの供
給に応答して入力信号Vの周波数fvのPおよびP+1
分周のいずれか一方の動作を行い周波数fsのプリスケ
ール信号Q2を出力するプリスケーラ1と、データN,
ACの制御により設定される分周比で信号Q2を分周し
出力信号Fpおよび制御信号MCを出力するプログラマ
ブルカウンタ3と、TFFから成る累算器41と加算器
42とを含みデータN,Aと基準信号Frの供給に応答
して信号Frの2周期毎に1回データAに+1したデー
タN,ACを出力する制御回路4とを備える。
【0006】プリスケーラ1は、OR信号ORの供給に
応答して分周比がP/4,P/4+1のいずれか一方に
設定され信号sを出力する可変分周器11と、信号sの
供給に応答して動作し各々2分周の信号Q1,Q2をそ
れぞれ出力する2段のT型フリップフロップ(TFF)
F11,F12と、信号MC,Q1,Q2のOR演算を
行い信号ORを出力する3入力のOR回路14とを備え
る。
【0007】次に、図4および動作タイムチャートを示
す図5を参照して、従来のPLL周波数シンセサイザの
動作について説明すると、まず、説明の便宜上、プリス
ケーラ1の基本分周比Pを16、VCO400の出力信
号Vの周波数fvを2473MHz、位相比較器200
の基準信号Frの周波数frを2Mzとする。この場合
の所要分周比は1236.5となる。ここで、制御回路
4に供給するデータN,Aをそれぞれ77,4と設定す
る。まず、制御回路4の累算器41は、基準信号Frの
供給に応答し2周期毎に1回+1命令を加算器42に出
力し、加算器42はデータAに+1を加算しデータAC
=5をデータN=77とともに出力し、プログラムカウ
ンタ3に供給する。
【0008】プリスケーラ1はトータルカウント数であ
るデータN=77を1周期とする制御信号MCのHレベ
ルに応答して基本分周比P=16、信号MCのLレベル
に応答してP+1=17のそれぞれの入力信号Vに対す
る出力信号Q2の分周比が制御される。
【0009】したがって、ある周期において信号MCの
H,L各レべル期間が信号Q2のトータルカウント値7
7のうちのそれぞれ73,4周期分であるとすると、次
の周期では信号MCのH,L各レべル期間が信号Q2の
それぞれ72,5周期分となる。これにより、信号Fp
の周波数fpは2473MHzの1236分周に対応す
る2.0008MHzから1237分周対応の1.99
92MHzに変化する。
【0010】入力のVCO信号Vの周波数fvに対する
プリスケーラ1の2つの分周比をそれぞれP,P+1と
すると、平均分周比M2avは次式で表される。
【0011】 M2av=[(N−A)P+A(P+1) +{(N−(A+1)P+(A+1)(P+1)}]/2 =NP+A+1/2…………………………………………………………(1) これは、いわゆるP+1/2分周動作であり、上記のP
=16,N=77,A=4を(1)式に代入すると、次
のようになる。
【0012】 M2av=77×16+4+1/2=1236.5 すなわち、平均分周比は1236.5となり対応の出力
周波数fpは2.0000MHzとなる。
【0013】また、プログラマブルカウンタ3に供給す
るデータACの値はPと同一すなわち16まで必要とな
るので加算器42は5ビット以上の加算器である必要が
ある。
【0014】ここで、半導体集積回路上に形成する場
合、2入力ORの回路規模を2セルとすると、累算器4
1のTFFは8セル、1ビットの加算器は9セル程度の
規模となり、5ビットの加算器42の場合は9×5=4
5セルとなり、制御回路4として53セル程度の回路規
模となる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のPLL
周波数シンセサイザは、制御回路としてプログラマブル
カウンタに供給する分周比のデータN,Aに対して、+
1命令を出力する2進の累算器とこの+1命令を受けて
データN,Aに加算した分周比命令を出力するビット長
の長い加算器とを必要とするため、制御回路の構成が複
雑化となり回路規模の増大要因となるという欠点があっ
た。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明のPLL周波数シ
ンセサイザは、第1,第2の制御データの供給に応答し
て被分周信号を所定の分周比で分周し分周出力信号を出
力する可変分周回路と、前記分周出力信号のの周波数と
基準信号の周波数とを比較し差信号を出力する位相比較
回路と、前記差信号を平滑して周波数制御信号を出力す
るローパスフィルタ回路と、前記周波数制御信号の供給
に応答して発振周波数が制御され前記被分周信号を出力
する電圧制御発振回路を備えるPLL周波数シンセサイ
ザにおいて、前記可変分周回路が、第1,第2の分周制
御信号の供給に応答して前記被分周信号の第1および第
2の分周比のいずれか一方の分周動作を選択的に行いプ
リスケール信号を出力するプリスケーラ回路と、前記第
1,第2の制御データにより設定される第3の分周比で
前記プリスケール信号を分周し前記分周出力信号と前記
第1,第2の制御データ対応の前記第1の分周制御信号
とを出力するプログラマブルカウンタと、前記プリスケ
ール信号と前記分周制御信号との論理演算を行い論理信
号を出力する第1の論理回路と前記論理信号を予め定め
た第4の分周比で分周し前記第2の分周制御信号を出力
する分周回路とを含む制御回路とを備えて構成されてい
る。
【0017】
【実施例】次に、本発明の実施例を図4と共通の構成要
素には共通の参照文字/数字を付して同様にブロックで
示す図1を参照すると、この図に示す本実施例のPLL
周波数シンセサイザは、従来と共通の位相比較器200
と、LPF300と、VCO400とに加えて、可変分
周回路100の代りに簡易化した制御回路2を備え制御
データA,Nの供給に応答して入力のVCO信号Vの周
波数fvを所定の分周比で分周し周波数fpの出力信号
Fpを出力する可変分周回路100Aを備える。
【0018】可変分周回路器100Aは、従来と共通の
プログラムカウンタ3に加えて、プリスケーラ1の代り
に制御信号MCの供給に応答して入力信号Vの周波数f
vのPおよびP+1分周のいずれか一方の動作を行い周
波数fsのプリスケール信号Q2を出力するプリスケー
ラ1Aと、制御信号MCとプリスケール信号Q2とのO
R演算を行い信号C3を出力するOR回路21と信号C
3の供給に応答して2分周信号Q3を出力するTFF2
2とを備える制御回路2とを備える。
【0019】プリスケーラ1Aは、従来と共通の可変分
周器11と、TFFF11,F12とに加えて、OR回
路13の代りに信号MC,Q1,Q2,およびQ3のO
R演算を行い信号ORを出力する4入力のOR回路13
Aを備える。
【0020】次に、図1および動作タイムチャートを示
す図2を参照して本実施例の動作について説明すると、
説明の便宜上従来と同様に、プリスケーラ1の基本分周
比Pを16、VCO400の出力信号Vの周波数fvを
2473MHz、位相比較器200の基準信号Frの周
波数frを2Mzとし、したがって、所要分周比は12
36.5となるものとする。
【0021】プログラムカウンタ3にはデータNとして
従来と同様プリスケーラ1Aの出力信号Q2のトータル
カウント値N=77を、データAとして信号Q2のLレ
ベルの期間の信号Q2のカウント数A=9をそれぞれ設
定する。プリスケーラ1Aの制御信号MCのLレベルの
期間は、N=77に対応する1周期のうち、出力信号Q
2のカウント数A=9に対応する幅となる。信号MCの
Hレベルの期間はカウント値77−9=68に対応し、
出力信号Q2は従来のプリスケーラ1と同様に16分周
を反復する。
【0022】次に、信号MCが0すなわちLレベルにな
ると、OR回路21は前状態のプリスケーラ1Aの出力
Q2と信号MCとのOR演算結果である信号C3をTF
F22に供給し、TFF22は信号C3を2分周し、出
力信号Q3として1,0を反復して出力する。これによ
りOR回路13に供給される信号MC,Q3の各々が
0,0の場合は出力信号Q2は次の状態で17分周信号
を出力する。次に信号MC,Q3の各々が0,1の場合
は信号MCが1の時と同様に出力信号Q2は次の状態で
16分周信号を出力する。
【0023】その結果、信号MCの0の時、プリスケー
ラ1Aは2回に1回17分周信号を出力信号Q2として
出力する。したがって、信号MCのLレベル期間を設定
するデータAが奇数である場合、ある状態で信号MCが
0で出力信号Q2が17分周信号の出力で開始したとき
は、次に信号MCが1から0に変化したとき自動的に1
6分周信号出力で始まる。
【0024】入力のVCO信号Vの周波数fvに対する
プリスケーラ1Aの2つの分周比をそれぞれP,P+1
とすると、平均分周比M1avは次式で表される。 M1av=(N−A)P+A{P+(P+1)}/2=NP+A/2…(2) 上記のP=16,N=77,A=9を(2)式に代入す
ると、次のようになる。
【0025】 M1av=77×16+9/2=1236.5 すなわち、OR回路21とTFF22とを付加するだけ
で従来と同様のP+1/2分周(P:自然数)の分数分
周を実現できる。
【0026】この場合、従来と同様に、2入力ORの回
路規模を2セルとすると、TFF22は8セル、したが
って制御回路2として10セル程度の回路規模となる。
従来と比較すると、TFF22と累算器41は同規模で
あるので、2入力のOR回路21と5ビットの加算器4
2の差である43セル分回路規模を低減できる。
【0027】次に、本発明の第2の実施例の可変分周回
路100Bを図1の可変分周回路100Aとと共通の構
成要素には共通の参照文字/数字を付して同様にブロッ
クで示す図3を参照すると、本実施例の上述の第1の実
施例に対する相違点は、プリスケーラ1Aの代りにOR
信号ORの供給に応答して分周比がk,k+1のいずれ
か一方に設定され信号sを出力する可変分周器11Aと
縦続接続されたj段のTFFF1〜TFFFjから成る
分周器12とを備えるプリスケーラ1Bと、制御回路2
の代りに分周比がqの分周器23を備える制御回路2A
とを備えることである(k,j,qは正の整数)。
【0028】図3を参照して本実施例の動作について説
明すると、まず、分周器23の出力信号Q3のHレベル
の期間は(q−r)周期、Lレベルの期間はr(q未満
の正の整数)周期とする。m=k・2i と置けば、制御
信号MCが1のときは分周器23の出力Q3はm分周信
号出力を反復する。制御信号MCが0の場合、出力Q3
はm,(m+1)分周の各出力が(q−r)周期,r周
期の割合から成るq周期で交互に繰り返され、信号MC
がq周期するとその状態に復帰するので、平均分周数は
時式で表される。
【0029】 M3av=(N−A)m+A{(q−r)m+r(m+1)}/q =Nm+Ar/q (m=k・2i )…………………………………(3) したがって、自由な分数分周数を設定することが可能と
なる。
【0030】例えば、分周器23を3分周器にした場
合、Hレベルを2周期、Lレベルを1周期とすれば、
(3)式より、 M3av=Nm+Ar/q=Nm+A・1/3=Nm+0.333・A となる。また同じ3分周期でもHレベルを1周期、Lレ
ベルを2周期にすれば M3av=Nm+A・2/3=Nm+0.667・A に設定できる。
【0031】本実施例の制御回路と従来の制御回路との
回路規模の差は、第1の実施例と同様にOR回路21と
加算器42との差であり、上記m分周が2(s-1) ≦m<
sであれば従来はsビット以上の加算器42が必要と
なり、加算器42は9×sセル程度の回路規模となる。
したがってこの実施例の制御回路は従来より(9×s−
2)セル程度分回路規模を低減できる。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のPLL周
波数シンセサイザは、可変分周回路が、プリスケール信
号と第1の分周制御信号との論理演算を行い論理信号を
出力する論理回路とこの論理信号を分周し第2の分周制
御信号を出力する分周回路とをとを含む制御回路とを備
えているので、プリスケーラ出力信号の制御回路を論理
回路と分周器のみで構成することにより、複雑な加算器
などは不要となるので制御回路の回路規模を小さくする
ことが可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のPLL周波数シンセサイザの第1の実
施例を示すブロック図である。
【図2】本実施例のPLL周波数シンセサイザにおける
動作の一例を示すタイムチャートである。
【図3】本発明の第2の実施例の可変分周回路を示すブ
ロック図である。
【図4】従来のPLL周波数シンセサイザの一例を示す
ブロック図である。
【図5】従来のPLL周波数シンセサイザにおける動作
の一例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
1,1A,1B プリスケーラ 2,2A,4 制御回路 3 プログラマブルカウンタ 11,11A 可変分周器 12,23 分周器 13,13A,13B,21 OR回路 22,F11,F12 TFF 100,100A,100B 可変分周回路 200 位相比較器 300 LPF 400 VCO

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1,第2の制御データの供給に応答し
    て被分周信号を所定の分周比で分周し分周出力信号を出
    力する可変分周回路と、前記分周出力信号のの周波数と
    基準信号の周波数とを比較し差信号を出力する位相比較
    回路と、前記差信号を平滑して周波数制御信号を出力す
    るローパスフィルタ回路と、前記周波数制御信号の供給
    に応答して発振周波数が制御され前記被分周信号を出力
    する電圧制御発振回路を備えるPLL周波数シンセサイ
    ザにおいて、 前記可変分周回路が、第1,第2の分周制御信号の供給
    に応答して前記被分周信号の第1および第2の分周比の
    いずれか一方の分周動作を選択的に行いプリスケール信
    号を出力するプリスケーラ回路と、 前記第1,第2の制御データにより設定される第3の分
    周比で前記プリスケール信号を分周し前記分周出力信号
    と前記第1,第2の制御データ対応の前記第1の分周制
    御信号とを出力するプログラマブルカウンタと、 前記プリスケール信号と前記分周制御信号との論理演算
    を行い論理信号を出力する第1の論理回路と前記論理信
    号を予め定めた第4の分周比で分周し前記第2の分周制
    御信号を出力する分周回路とを含む制御回路とを備える
    ことを特徴とするPLL周波数シンセサイザ。
  2. 【請求項2】 前記プリスケーラ回路が、選択信号の供
    給に応答して前記被分周信号を分周比k,k+1(kは
    正の整数)のいずれか一方で分周し可変分周信号を出力
    する可変分周器と、 縦続接続され前記可変分周信号をそれぞれ2分周して第
    1〜第j(jは正の整数)の分周信号を出力しこの第j
    の分周信号が前記プリスケール信号である第1〜第jの
    フリップフロップ回路と、 前記第1,第2の分周制御信号と前記第1〜第jの分周
    信号との論理演算を行いこの論理演算値対応の前記選択
    信号を出力する第2の論理回路とを備えることを特徴と
    する請求項1記載のPLL周波数シンセサイザ。
  3. 【請求項3】 前記プログラマブルカウンタが、前記第
    1の分周制御信号の1周期に出力する前記プリスケール
    信号の総数が前記第1の制御データ値に対応しこの第1
    の分周制御信号のLレベル期間に出力する前記プリスケ
    ール信号の数が前記第2の制御データ値に対応するよう
    制御する分周制御信号発生回路を備えることを特徴とす
    る請求項1記載のPLL周波数シンセサイザ。
  4. 【請求項4】 前記第1,第2の論理回路が論理和回路
    であることを特徴とする請求項1または2記載のPLL
    周波数シンセサイザ。
  5. 【請求項5】 前記kが4であり前記jが2であること
    を特徴とする請求項2記載のPLL周波数シンセサイ
    ザ。
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