JP2853595B2 - PLL frequency synthesizer - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はPLL周波数シンセサイ
ザに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a PLL frequency synthesizer.
【0002】[0002]
【従来の技術】PLL周波数シンセサイザは、無線機等
において所望の周波数を作り出すのに用いられる。以下
に、図面を参照して従来のPLL周波数シンセサイザに
ついて説明する。2. Description of the Related Art A PLL frequency synthesizer is used to generate a desired frequency in a radio or the like. Hereinafter, a conventional PLL frequency synthesizer will be described with reference to the drawings.
【0003】図4はPLL周波数シンセサイザの基本形
のブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of a basic form of a PLL frequency synthesizer.
【0004】このPLL周波数シンセサイザは、制御電
圧によって出力周波数を変化させることができる電圧制
御発振器1と、分周数を指示するマイコン10と、マイ
コン10に指示された分周数で電圧制御発振器1の出力
を分周するプログラマブルカウンタ3と、基準となる周
波数を発生する基準信号発振器4と、基準信号発振器4
の出力を分周するリファレンスディバイダ5と、プログ
ラマブルカウンタ3の出力とリファレンスディバイダ5
の出力とを位相比較し位相差に応じた電圧を発生する位
相比較器6と、位相比較器6の出力を平滑化し安定した
制御電圧にするローパスフィルタ7とから成る。This PLL frequency synthesizer comprises a voltage controlled oscillator 1 capable of changing an output frequency by a control voltage, a microcomputer 10 for instructing a frequency division number, and a voltage controlled oscillator 1 for a frequency division number designated by the microcomputer 10. , A reference signal oscillator 4 for generating a reference frequency, and a reference signal oscillator 4
Divides the output of the programmable counter 3 and the output of the reference divider 5
And a low-pass filter 7 for smoothing the output of the phase comparator 6 to provide a stable control voltage by generating a voltage corresponding to the phase difference.
【0005】このPLL周波数シンセサイザは、マイコ
ン10によってプログラマブルカウンタ3における分周
数を制御することにより発生する周波数を自動制御する
ものである。しかし、図4に示したPLL周波数シンセ
サイザでは、電圧制御発振器1によって高い周波数を発
生させたい場合、プログラマブルカウンタ3の動作が、
その入力信号である電圧制御発振器1の出力信号に追従
できないという問題があった。This PLL frequency synthesizer is for automatically controlling the frequency generated by controlling the frequency division number in the programmable counter 3 by the microcomputer 10. However, in the PLL frequency synthesizer shown in FIG. 4, when it is desired to generate a high frequency by the voltage controlled oscillator 1, the operation of the programmable counter 3 becomes
There is a problem that it cannot follow the output signal of the voltage controlled oscillator 1 which is the input signal.
【0006】そこで、従来のPLL周波数シンセサイザ
はこの問題の対策として、プリスケーラ方式もしくはミ
キサ方式を採用している。Therefore, a conventional PLL frequency synthesizer employs a prescaler method or a mixer method as a measure against this problem.
【0007】図5は、従来のプリスケーラ方式のPLL
周波数シンセサイザのブロック図である。図中、図4と
同じ構成部分には同じ参照番号を付して示す。FIG. 5 shows a conventional prescaler type PLL.
FIG. 2 is a block diagram of a frequency synthesizer. In the figure, the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals.
【0008】このプリスケーラ方式のPLL周波数シン
セサイザは、比較的構造が簡単で高速動作をするプリス
ケーラ(固定分周回路)11をプログラマブルカウンタ
3の前段に備え、プログラマブルカウンタ3に入力され
る信号の周波数を下げるようにしている。The PLL frequency synthesizer of the prescaler system includes a prescaler (fixed frequency divider) 11 having a relatively simple structure and operating at a high speed in front of the programmable counter 3, and the frequency of a signal input to the programmable counter 3 is adjusted. I try to lower it.
【0009】一方、図6は、従来のミキサ方式のPLL
周波数シンセサイザのブロック図である。図中、図4と
同じ構成部分には同じ参照番号を付して示す。FIG. 6 shows a conventional mixer type PLL.
FIG. 2 is a block diagram of a frequency synthesizer. In the figure, the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals.
【0010】このミキサ方式のPLL周波数シンセサイ
ザは、ミキサ12と局部発振器13とを備え、ミキサ1
2によって電圧制御発振器1の出力信号と局部発振器1
3の出力信号とを混合し、プログラマブルカウンタ3に
入力される信号の周波数を下げるようにしている。This mixer-type PLL frequency synthesizer includes a mixer 12 and a local oscillator 13, and the mixer 1
2 and the output signal of the voltage controlled oscillator 1 and the local oscillator 1
The output signal of the programmable counter 3 is mixed to lower the frequency of the signal input to the programmable counter 3.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】ところで、PLL周波
数シンセサイザに要求される性能の1つにキャリア・ノ
イズ比(以下「C/N比」という)がある。これは、電
圧制御発振器1の発振主信号であるキャリアと、サイド
バンド成分などの不要信号であるノイズとの比であり、
C/N比が大きいほど性能がよいPLL周波数シンセサ
イザである。One of the performances required for a PLL frequency synthesizer is a carrier-to-noise ratio (hereinafter referred to as "C / N ratio"). This is the ratio between the carrier, which is the main oscillation signal of the voltage controlled oscillator 1, and the noise, which is an unnecessary signal such as a sideband component.
A PLL frequency synthesizer with higher performance as the C / N ratio increases.
【0012】PLL周波数シンセサイザはネガティブフ
ィードバックの一種であり、位相比較器6の出力信号に
よって常に補正がかかり、位相比較器6の2つの入力信
号の位相が一致するようにしている。PLL周波数シン
セサイザの出力周波数、すなわち電圧制御発振器1の出
力周波数が所望の周波数に安定した状態にあるときであ
っても、常にこの補正が行われており、その周期はリフ
ァレンスディバイダ5の出力信号の周期ごととなる。The PLL frequency synthesizer is a kind of negative feedback, and is always corrected by the output signal of the phase comparator 6 so that the two input signals of the phase comparator 6 have the same phase. This correction is always performed even when the output frequency of the PLL frequency synthesizer, that is, the output frequency of the voltage-controlled oscillator 1 is stable at a desired frequency, and the period of the correction is determined by the output signal of the reference divider 5. Every cycle.
【0013】C/N比向上の観点からは、この補正の影
響がローパスフィルタ7の出力信号にのらない方がよ
い。ローパスフィルタ7の特性が一定であるとすると、
補正が頻繁であるほど、すなわちリファレンスディバイ
ダ5の出力周波数が高いほどローパスフィルタ7の出力
信号に補正の影響のリップルが生じにくく、C/N比は
向上する。From the viewpoint of improving the C / N ratio, it is better that the effect of this correction does not affect the output signal of the low-pass filter 7. Assuming that the characteristics of the low-pass filter 7 are constant,
The more frequently the correction is performed, that is, the higher the output frequency of the reference divider 5 is, the less the ripple of the effect of the correction is generated in the output signal of the low-pass filter 7, and the C / N ratio is improved.
【0014】ところが、リファレンスディバイダ5の出
力周波数は以下に説明するような制限を受ける。However, the output frequency of the reference divider 5 is limited as described below.
【0015】図4に示した基本形のPLL周波数シンセ
サイザにおいては、電圧制御発振器1の出力周波数f
VCO は数1で表される。数1において、fr はリファレ
ンスディバイダ5の出力周波数、Nはプログラマブルカ
ウンタ3の分周数である。In the basic PLL frequency synthesizer shown in FIG.
VCO is represented by Equation 1. In Equation 1, f r is the output frequency of the reference divider 5, N is the division number of the programmable counter 3.
【0016】[0016]
【数1】fVCO =N×fr 電圧制御発振器1の出力周波数を変えるにはプログラマ
ブルカウンタ3の分周数Nを変えればよいが、Nは一般
に自然数であるので、fVCO はfr の整数倍となり、従
って、電圧制御発振器1の出力周波数の変化の最小ステ
ップはfr となる。[Number 1] may be changed frequency division number N of the programmable counter 3 to vary the output frequency of f VCO = N × f r voltage controlled oscillator 1, since N is generally a natural number, f VCO is the f r integer multiple becomes, therefore, the minimum step change in the output frequency of the voltage controlled oscillator 1 becomes f r.
【0017】ここで、PLL周波数シンセサイザが、放
送を受信する受信機において受信周波数を発生する回路
である場合を例にとって説明する。Here, a case where the PLL frequency synthesizer is a circuit for generating a reception frequency in a receiver for receiving a broadcast will be described as an example.
【0018】この受信機が受信する放送の放送局につい
て考えてみると、この放送局は各国の法律で所定のバン
ドごとに定められた間隔の周波数で放送電波を送信して
いる。従って、これらの放送を受信するためには、リフ
ァレンスディバイダ5の出力周波数が受信したいすべて
の放送の各送信周波数の約数となっていなければならな
い。すなわち、数2に示すように、リファレンスディバ
イダ5の出力周波数fr の最大値は、放送局の送信周波
数の最大公約数fGCM となるように制限される。Considering the broadcasting station of the broadcast received by the receiver, this broadcasting station transmits a broadcast wave at a frequency of an interval determined for each predetermined band by the law of each country. Therefore, in order to receive these broadcasts, the output frequency of the reference divider 5 must be a divisor of each transmission frequency of all the broadcasts to be received. That is, as shown in Equation 2, the maximum value of the output frequency f r of the reference divider 5 is limited so that the greatest common divisor f GCM transmission frequency of the broadcast station.
【0019】[0019]
【数2】fr ≦fGCM 一方、図5に示したプリスケーラ方式のPLL周波数シ
ンセサイザにおいては、電圧制御発振器1の出力周波数
fVCO は数3で表される。数3において、frはリファ
レンスディバイダ5の出力周波数、Nはプログラマブル
カウンタ3の分周数、Mはプリスケーラ11の分周数で
ある。[Number 2] On the other hand f r ≦ f GCM, in the PLL frequency synthesizer of the prescaler system shown in FIG. 5, the output frequency f VCO of the voltage controlled oscillator 1 is represented by the number 3. In Equation 3, f r is the output frequency of the reference divider 5, N is the frequency division number of the programmable counter 3, M is the division number of the prescaler 11.
【0020】[0020]
【数3】fVCO =M×N×fr ここで、プログラマブルカウンタ3の分周数Nが1変化
した場合の電圧制御発振器1の周波数変化ステップΔf
VCO は数4で表される。Equation 3] where f VCO = M × N × f r, the frequency variation steps Δf of the voltage controlled oscillator 1 when the dividing number N of the programmable counter 3 has 1 changed
VCO is represented by Equation 4.
【0021】[0021]
【数4】 ΔfVCO =(M×(N+1)×fr )−(M×N×fr ) =M×fr また、電圧制御発振器1の周波数変化ステップΔfVCO
は放送局の送信周波数の最大公約数fGCM 以下に制限さ
れるので、数5に示すように、リファレンスディバイダ
5の出力周波数fr の最大値は、放送局の送信周波数の
最大公約数fGCM をプリスケーラ11の分周数Mで除し
た値となるように制限される。Equation 4] Δf VCO = (M × (N + 1) × f r) - (M × N × f r) = M × f r The frequency change step Delta] f VCO of the voltage controlled oscillator 1
Since limited to less than the greatest common divisor f GCM transmission frequency of the broadcast station, as shown in Equation 5, the maximum value of the output frequency f r of the reference divider 5, the transmission frequency of the broadcast station greatest common divisor f GCM Is divided by the dividing number M of the prescaler 11.
【0022】[0022]
【数5】fr ≦fGCM /M 数5と数2とを比較してわかるように、プリスケーラ方
式のPLL周波数シンセサイザではリファレンスディバ
イダ5の出力周波数fr の最大値が基本形のPLL周波
数シンセサイザよりも小さい値になってしまい、前述し
たようにC/N比が低下してしまうことになる。Equation 5 can be seen by comparing the f r ≦ f GCM / M number 5 and number 2, the PLL frequency synthesizer of the prescaler system from the PLL frequency synthesizer maximum value of the basic form of the output frequency f r of the reference divider 5 Also becomes a small value, and as described above, the C / N ratio decreases.
【0023】他方、図6に示したミキサ方式のPLL周
波数シンセサイザにおいては、電圧制御発振器1の出力
周波数fVCO は数6で表される。数6において、fr は
リファレンスディバイダ5の出力周波数、Nはプログラ
マブルカウンタ3の分周数、f´は局部発振器13の出
力周波数である。On the other hand, in the mixer-type PLL frequency synthesizer shown in FIG. 6, the output frequency f VCO of the voltage controlled oscillator 1 is expressed by the following equation (6). In Equation 6, f r is the output frequency of the reference divider 5, N is the frequency division number of the programmable counter 3, f'is the output frequency of the local oscillator 13.
【0024】[0024]
【数6】fVCO =f´+N×fr ここで、プログラマブルカウンタ3の分周数Nが1変化
した場合の電圧制御発振器1の周波数変化ステップΔf
VCO は数7で表される。[6] f VCO = f'+ N × f r where frequency change step Δf of the voltage controlled oscillator 1 when the dividing number N of the programmable counter 3 has 1 changed
VCO is represented by Equation 7.
【0025】[0025]
【数7】 ΔfVCO =(f´+(N+1)×fr )−(f´+N×fr ) =fr また、電圧制御発振器1の周波数変化ステップΔfVCO
は放送局の送信周波数の最大公約数fGCM 以下に制限さ
れるので、数8に示すように、リファレンスディバイダ
5の出力周波数fr の最大値は、放送局の送信周波数の
最大公約数fGCM となるように制限される。Equation 7] Δf VCO = (f'+ (N + 1) × f r) - (f'+ N × f r) = f r The frequency change step Delta] f VCO of the voltage controlled oscillator 1
Since limited to less than the greatest common divisor f GCM transmission frequency of the broadcast station, as shown in Equation 8, the maximum value of the output frequency f r of the reference divider 5, the transmission frequency of the broadcast station greatest common divisor f GCM Is limited to
【0026】[0026]
【数8】fr ≦fGCM 数8と数2とを比較してわかるように、ミキサ方式のP
LL周波数シンセサイザの場合、リファレンスディバイ
ダ5の出力周波数fr の最大値を基本形のPLL周波数
シンセサイザと同じにすることができ、C/N比の低下
を招くことはない。F r ≦ f GCM As can be seen by comparing Equations 8 and 2, the mixer scheme P
For LL frequency synthesizer, the maximum value of the output frequency f r of the reference divider 5 can be the same as the PLL frequency synthesizer of the basic form, and does not lead to a decrease in C / N ratio.
【0027】次に、プリスケーラ方式のPLL周波数シ
ンセサイザとミキサ方式の周波数シンセサイザとを回路
構成、特にIC化への適否について比較して説明する。Next, a description will be given of a comparison between a prescaler type PLL frequency synthesizer and a mixer type frequency synthesizer in terms of circuit configuration, particularly, suitability for IC.
【0028】図5に示したプリスケーラ方式のPLL周
波数シンセサイザにおいては、電圧制御発振器1、基準
信号発振器4およびローパスフィルタ7がアナログ回路
であり、特性やコストの面からこれらの回路にはディス
クリート部品が用いられる。このほかのプログラマブル
カウンタ3、リファレンスディバイダ5、位相比較器
6、マイコン10およびプリスケーラ11といったPL
L周波数シンセサイザを構成する回路の大部分はディジ
タル回路であり、これらはIC上にワンチップ化でき、
IC化に適しているといえる。In the PLL frequency synthesizer of the prescaler system shown in FIG. 5, the voltage controlled oscillator 1, the reference signal oscillator 4, and the low-pass filter 7 are analog circuits, and these circuits include discrete components from the viewpoint of characteristics and cost. Used. Other PLs such as a programmable counter 3, a reference divider 5, a phase comparator 6, a microcomputer 10 and a prescaler 11
Most of the circuits constituting the L frequency synthesizer are digital circuits, which can be integrated into one chip on an IC.
It can be said that it is suitable for IC.
【0029】一方、図6に示したミキサ方式のPLL周
波数シンセサイザの場合、プログラマブルカウンタ3、
リファレンスディバイダ5、位相比較器6およびマイコ
ン10はディジタル回路であるのでIC上にワンチップ
化できるが、電圧制御発振器1、基準信号発振器4およ
びローパスフィルタ7に加えてミキサ12および局部発
振器13がアナログ回路であるのでこれらはディスクリ
ート部品で構成され、従ってプリスケーラ方式と比べて
IC上にワンチップ化できない回路が多く、IC化への
適正については劣っているといえる。On the other hand, in the case of the PLL frequency synthesizer of the mixer system shown in FIG.
Since the reference divider 5, the phase comparator 6, and the microcomputer 10 are digital circuits, they can be integrated into one chip on an IC. However, in addition to the voltage control oscillator 1, the reference signal oscillator 4, and the low-pass filter 7, the mixer 12 and the local oscillator 13 Since they are circuits, they are composed of discrete components, and therefore, there are many circuits that cannot be formed into one chip on an IC as compared with the prescaler method, and it can be said that their suitability for IC formation is inferior.
【0030】以上説明したように、プリスケーラ方式の
PLL周波数シンセサイザは、IC化への適性は優れて
いるがC/N比については劣っており、一方、ミキサ方
式のPLL周波数シンセサイザはC/N比については優
れているがIC化への適性は劣っており、両方式におい
て一長一短がある。As described above, the PLL frequency synthesizer of the prescaler type is excellent in the suitability for IC, but is inferior in the C / N ratio. On the other hand, the PLL frequency synthesizer of the mixer type has the C / N ratio. Is superior, but the suitability for IC is inferior, and both methods have advantages and disadvantages.
【0031】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
ので、C/N比およびIC化への適性の両方が優れたP
LL周波数シンセサイザを提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above points, and has a P / N ratio excellent in both the C / N ratio and the suitability for IC formation.
An object of the present invention is to provide an LL frequency synthesizer.
【0032】[0032]
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、入力された制御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、この電圧制御発振器の
出力信号をサンプリングするサンプリング手段と、この
サンプリング手段の出力信号の周波数を入力された分周
数で分周するプログラマブルカウンタと、このプログラ
マブルカウンタに分周数を指示するマイコンと、所定の
周波数を発生する基準信号発振器と、この基準信号発振
器の出力信号の周波数を所定の分周数で分周するリファ
レンスディバイダと、前記プログラマブルカウンタの出
力信号と前記リファレンスディバイダの出力信号とを位
相比較し位相差に応じた電圧を発生する位相比較器と、
この位相比較器の出力を平滑化し安定な前記制御電圧に
するローパスフィルタとを備え、前記サンプリング手段
を、前記電圧制御発振器の出力信号を入力されたサンプ
リング周波数でサンプリングするスイッチトキャパシタ
回路と、該スイッチトキャパシタ回路を制御するサンプ
リングコントロール回路と、該サンプリングコントロー
ル回路を介して前記スイッチトキャパシタ回路に前記サ
ンプリング周波数を入力するサンプリング周波数指示手
段とから構成して、PLL周波数シンセサイザを構成し
た。In order to achieve the above object, the present invention provides a voltage controlled oscillator for outputting a signal having a frequency corresponding to an input control voltage, and samples an output signal of the voltage controlled oscillator. A sampling means, a programmable counter that divides the frequency of the output signal of the sampling means by the input frequency division number, a microcomputer that instructs the frequency division number to the programmable counter, and a reference signal oscillator that generates a predetermined frequency. A reference divider that divides the frequency of the output signal of the reference signal oscillator by a predetermined number of divisions, and compares the phase of the output signal of the programmable counter with the output signal of the reference divider to generate a voltage corresponding to the phase difference. A phase comparator,
And a low pass filter to smooth and stable the control voltage output of the phase comparator, said sampling means
A sample to which the output signal of the voltage controlled oscillator is input.
Switched capacitor sampling at ring frequency
Circuit for controlling the switched capacitor circuit
A ring control circuit and the sampling controller
The switched capacitor circuit is connected to the
Sampling frequency indicator to input sampling frequency
And a PLL frequency synthesizer.
【0033】また、本発明は、前記サンプリング手段に
おけるサンプリング周波数を前記電圧制御発振器の出力
信号のナイキスト周波数以下にした。In the present invention, the sampling frequency of the sampling means is set to be lower than the Nyquist frequency of the output signal of the voltage controlled oscillator.
【0034】[0034]
【0035】[0035]
【0036】[0036]
【0037】[0037]
【0038】[0038]
【0039】また、本発明は、前記サンプリング周波数
指示手段を前記マイコンで実現するようにした。In the present invention, the sampling frequency indicating means is realized by the microcomputer.
【0040】[0040]
【作用】本発明は以上の構成によって、サンプリング手
段が電圧制御発振器の出力信号をサンプリングして出力
することにより、プログラマブルカウンタに入力される
信号の周波数を電圧制御発振器の出力信号の周波数より
も低くすることができ、さらに、C/N比を悪化させる
ことなくIC化に適した構成となる。According to the present invention, the sampling means samples the output signal of the voltage controlled oscillator and outputs the same, whereby the frequency of the signal input to the programmable counter is lower than the frequency of the output signal of the voltage controlled oscillator. And a configuration suitable for IC integration without deteriorating the C / N ratio.
【0041】[0041]
【実施例】以下本発明を図面に基づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.
【0042】図1は、本発明によるPLL周波数シンセ
サイザの一実施例のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a PLL frequency synthesizer according to the present invention.
【0043】このPLL周波数シンセサイザは、制御電
圧によって出力周波数fVCO を変化させることができる
電圧制御発振器1と、電圧制御発振器1の出力周波数f
VCOをサンプリングするスイッチトキャパシタ回路2
と、スイッチトキャパシタ回路2を制御するサンプリン
グコントロール回路9と、サンプリングコントロール回
路9を介してスイッチトキャパシタ回路2にサンプリン
グ信号を供給するとともにプログラマブルカウンタ3に
分周数を指示するマイコン8と、マイコン8により指示
された分周数でスイッチトキャパシタ回路2の出力を分
周するプログラマブルカウンタ3と、基準となる周波数
を発生する基準信号発振器4と、基準信号発振器4の出
力を分周するリファレンスディバイダ5と、プログラマ
ブルカウンタ3の出力とリファレンスディバイダ5の出
力とを位相比較し位相差に応じた電圧を発生する位相比
較器6と、位相比較器6の出力を平滑化し安定した制御
電圧にするローパスフィルタ7とから成る。This PLL frequency synthesizer has a voltage-controlled oscillator 1 capable of changing an output frequency f VCO by a control voltage, and an output frequency f of the voltage-controlled oscillator 1.
Switched capacitor circuit 2 for sampling VCO
A sampling control circuit 9 for controlling the switched capacitor circuit 2, a microcomputer 8 for supplying a sampling signal to the switched capacitor circuit 2 via the sampling control circuit 9 and instructing the programmable counter 3 to divide the frequency, and a microcomputer 8. A programmable counter 3 for dividing the output of the switched capacitor circuit 2 by the designated division number, a reference signal oscillator 4 for generating a reference frequency, a reference divider 5 for dividing the output of the reference signal oscillator 4, A phase comparator 6 that compares the phase of the output of the programmable counter 3 with the output of the reference divider 5 and generates a voltage corresponding to the phase difference; and a low-pass filter 7 that smoothes the output of the phase comparator 6 to provide a stable control voltage. Consists of
【0044】次に、図1に示したPLL周波数シンセサ
イザの動作を説明する。Next, the operation of the PLL frequency synthesizer shown in FIG. 1 will be described.
【0045】本発明によるPLL周波数シンセサイザの
特徴は、マイコン8およびサンプリングコントロール回
路9により制御されたスイッチトキャパシタ回路2から
成るサンプリング手段を有し、電圧制御発振器1の出力
をこのサンプリング手段でサンプリングした後プログラ
ムカウンタ3に入力するようにし、このときのサンプリ
ング周波数を電圧制御発振器1の出力周波数のナイキス
ト周波数以下にしたことにある。A feature of the PLL frequency synthesizer according to the present invention is that it has a sampling means comprising a microcomputer 8 and a switched capacitor circuit 2 controlled by a sampling control circuit 9, and after sampling the output of the voltage controlled oscillator 1 by this sampling means. That is, the sampling frequency at this time is set to be lower than the Nyquist frequency of the output frequency of the voltage controlled oscillator 1.
【0046】図2はナイキスト周波数について説明する
図であり、所定の入力周波数f´mと、この入力周波数
f´m をサンプリングするサンプリング周波数fS との
関係において、(a)はfS >2×f´m の場合を示し
た図、(b)はfS =2×f´m の場合を示した図、
(c)はfS <2×f´m の場合を示した図、(d)は
入力周波数f´m が正弦波でfS =2×f´m の場合を
示した図である。[0046] Figure 2 is a diagram illustrating the Nyquist frequency, and a predetermined input frequency f'm, relative to the sampling frequency f S for sampling the input frequency f'm, (a) is f S> 2 × shows the case of f'm, (b) is a diagram showing a case of f S = 2 × f'm,
(C) is a diagram showing a case where f S <2 × f ′ m , and (d) is a diagram showing a case where the input frequency f ′ m is a sine wave and f S = 2 × f ′ m .
【0047】一般に、入力周波数f´m をその2倍以上
の周波数でサンプリングすると原信号の情報を損なうこ
となくサンプリングできることがサンプリング定理によ
り知られており(図2(a)、(b)参照)、この2×
f´m の周波数のことを入力周波数f´m のナイキスト
周波数という。[0047] In general, the input frequency f'm can be sampled without impairing the information the original signal sampled at the frequency higher than twice are known by the sampling theorem (see FIG. 2 (a), (b)) , This 2x
that the Nyquist frequency of the input frequency f'm that of the frequency of f'm.
【0048】ナイキスト周波数以下の周波数でサンプリ
ングした場合(図2(c)参照)には、折返しが起り、
図2(c)の斜線を付した部分の情報が損なわれる。ま
た、入力周波数f´m が正弦波の場合にはf´m が単周
波であるので、図2(d)に示すようになる。When sampling is performed at a frequency lower than the Nyquist frequency (see FIG. 2C), aliasing occurs.
The information in the hatched portion in FIG. 2C is lost. Further, f'm when the input frequency f'm is a sine wave because a single frequency is as shown in Figure 2 (d).
【0049】本発明においては、A/D変換やD/A変
換のプロセスとは異なり、情報の変換、復元を目的とし
ていない。従って、入力周波数f´m 、図1でいえば電
圧制御発振器1の出力周波数fVCO が正弦波であって1
つの周波数成分しかないこと、入力周波数fVCO の周波
数可変範囲は受信機などのシステムの設計時に規定でき
ることにより、限定された条件のもとでfVCO の周波数
に対応する出力信号(サンプリング後の信号)が得られ
ればよい。In the present invention, unlike the process of A / D conversion or D / A conversion, the purpose is not to convert and restore information. Therefore, the input frequency f ′ m , the output frequency f VCO of the voltage controlled oscillator 1 in FIG.
Since there are only three frequency components and the frequency variable range of the input frequency f VCO can be specified at the time of designing a system such as a receiver, the output signal (signal after sampling) corresponding to the frequency of f VCO under limited conditions ) Should be obtained.
【0050】図1のスイッチトキャパシタ回路2におけ
るサンプリング周波数を、電圧制御発振器1の出力周波
数のナイキスト周波数よりも高くすることは、本発明の
特徴の1つであるIC化を行ったときに、高速動作の回
路が必要となり、消費電流、ファインプロセスおよびコ
ストの面から考えてあまり望ましいものではない。逆に
いえば、本発明はサンプリング周波数をナイキスト周波
数以下にすることによって、それほどの高速動作が要求
されないので、消費電流、ファインプロセスおよびコス
トの面から有利になるという効果がある。The fact that the sampling frequency in the switched capacitor circuit 2 of FIG. 1 is higher than the Nyquist frequency of the output frequency of the voltage controlled oscillator 1 is one of the features of the present invention, which is that high speed operation is realized when the integrated circuit is implemented. An operation circuit is required, which is not desirable in terms of current consumption, fine processing, and cost. Conversely, by setting the sampling frequency to be lower than the Nyquist frequency, the present invention does not require such a high-speed operation, so that the present invention is advantageous in terms of current consumption, fine processing, and cost.
【0051】図3は本発明におけるサンプリング周波数
について説明する図であり、所定の入力周波数f´m
と、この入力周波数f´m をサンプリングするサンプリ
ング周波数fS と、入力周波数f´m をサンプリング周
波数fS でサンプリングした結果の出力周波数fOUT と
の関係を示し、(a)はfS <f´m の場合を時間変域
で示した図、(b)はfS <f´m の場合を周波数変域
で示した図、(c)はfS <2×f´m の場合を周波数
変域で示した図である。[0051] Figure 3 is a diagram for explaining the sampling frequency in the present invention, a predetermined input frequency f'm
When a sampling frequency f S for sampling the input frequency f'm, shows the relationship between the output frequency f OUT of the results obtained by sampling the input frequency f'm at a sampling frequency f S, (a) is f S <f 'shows the case of m in the time variable area, (b) drawing showing the frequency variable area in the case of f S <f'm, (c ) the frequency in the case of f S <2 × f'm It is the figure shown in the domain.
【0052】図3(a)からわかるようにサンプリング
した結果の出力周波数fOUT は、入力周波数f´m とサ
ンプリング周波数fS のビート周波数となる。これを周
波数変域で示すと図3(b)に示すようになる。As can be seen from FIG. 3A, the output frequency f OUT obtained as a result of sampling is the beat frequency of the input frequency f ′ m and the sampling frequency f S. FIG. 3B shows this in the frequency domain.
【0053】図3(c)は、図3(a)および(b)に
おけるfS の1/2の周波数を新たにfS とした場合に
ついて示す図であり、このとき、入力周波数f´m より
も低い周波数で得られるのは、(f´m −fS )と(f
´m −2fS )であり、十分な周波数差があれば出力周
波数fOUT として(f´m −2fS )を選択することも
できる。FIG. 3C is a diagram showing a case where a frequency of 1/2 of f S in FIGS. 3A and 3B is newly set to f S. At this time, the input frequency f ′ m (F ′ m −f s ) and (f
'M a -2f S), it can be selected (f'm -2f S) as output frequency f OUT if sufficient frequency difference.
【0054】本発明においては、入力周波数f´m は電
圧制御発振器1から出力される正弦波信号である。従っ
て、入力周波数f´m の可変領域は、たとえば、本発明
によるPLL周波数シンセサイザを用いた受信機の受信
バンドに関連して定まり、ある特定領域のみの周波数範
囲において可変であればよい。すなわち、入力周波数f
´m 、出力周波数fOUT の可変範囲は図3(b)および
(c)に示した矢印の範囲となる。[0054] In the present invention, the input frequency f'm is a sinusoidal wave signal output from the voltage controlled oscillator 1. Therefore, the variable region of the input frequency f ′ m is determined, for example, in relation to the reception band of the receiver using the PLL frequency synthesizer according to the present invention, and only needs to be variable in a frequency range of only a specific region. That is, the input frequency f
' M , the variable range of the output frequency f OUT is the range of the arrows shown in FIGS. 3 (b) and (c).
【0055】つまり、入力周波数f´m の変動を出力周
波数fOUT の変動としてとらえることができ、本実施例
においては、この出力周波数fOUT がスイッチトキャパ
シタ回路2の出力に相当する。[0055] That is, it is possible to capture the variation in the input frequency f'm as the fluctuation of the output frequency f OUT, in the present embodiment, the output frequency f OUT corresponds to the output of the switched capacitor circuit 2.
【0056】図1に示したPLL周波数シンセサイザに
おいては、上述したようにスイッチトキャパシタ回路2
の出力周波数fOUT を(fVCO −2fS )とすると、電
圧制御発振器1の出力周波数fVCO は数9で表される。
数9において、fr はリファレンスディバイダ5の出力
周波数、Nはプログラマブルカウンタ3の分周数であ
る。In the PLL frequency synthesizer shown in FIG. 1, the switched capacitor circuit 2
Is the output frequency f OUT of (f VCO -2f S ), the output frequency f VCO of the voltage controlled oscillator 1 is expressed by Expression 9.
In Equation 9, f r is the output frequency of the reference divider 5, N is the division number of the programmable counter 3.
【0057】[0057]
【数9】fVCO =2fS +N×fr ここで、プログラマブルカウンタ3の分周数Nが1変化
した場合の電圧制御発振器1の周波数変化ステップΔf
VCO は数10で表される。Equation 9] where f VCO = 2f S + N × f r, the frequency variation steps Δf of the voltage controlled oscillator 1 when the dividing number N of the programmable counter 3 has 1 changed
The VCO is represented by Expression 10.
【0058】[0058]
【数10】 ΔfVCO =(2fS +(N+1)×fr )−(2fS +N×fr ) =fr また、電圧制御発振器1の周波数変化ステップΔfVCO
は放送局の送信周波数の最大公約数fGCM 以下に制限さ
れるので、数11に示すように、リファレンスディバイ
ダ5の出力周波数fr の最大値は、放送局の送信周波数
の最大公約数fGCM となるように制限される。Equation 10] Δf VCO = (2f S + ( N + 1) × f r) - (2f S + N × f r) = f r The frequency change step Delta] f VCO of the voltage controlled oscillator 1
Since limited to less than the greatest common divisor f GCM transmission frequency of the broadcast station, as shown in Equation 11, the maximum value of the output frequency f r of the reference divider 5, the transmission frequency of the broadcast station greatest common divisor f GCM Is limited to
【0059】[0059]
【数11】fr ≦fGCM 数11と数2とを比較してわかるように、本実施例のP
LL周波数シンセサイザの場合、リファレンスディバイ
ダ5の出力周波数fr の最大値を基本形のPLL周波数
シンセサイザと同じにすることができ、C/N比の低下
を招くことはない。F r ≦ f GCM As can be seen by comparing Equation 11 and Equation 2, P
For LL frequency synthesizer, the maximum value of the output frequency f r of the reference divider 5 can be the same as the PLL frequency synthesizer of the basic form, and does not lead to a decrease in C / N ratio.
【0060】また、本実施例におけるスイッチトキャパ
シタ回路2およびサンプリングコントロール回路9はデ
ィジタル回路であるので、他のプログラマブルカウンタ
3、リファレンスディバイダ5、位相比較器6、マイコ
ン8とともにIC上にワンチップ化でき、本発明による
PLL周波数シンセサイザがIC化に適しているといえ
る。Further, since the switched capacitor circuit 2 and the sampling control circuit 9 in the present embodiment are digital circuits, they can be integrated into one chip on an IC together with the other programmable counter 3, reference divider 5, phase comparator 6, and microcomputer 8. It can be said that the PLL frequency synthesizer according to the present invention is suitable for IC.
【0061】[0061]
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、プログ
ラムカウンタ3の前に、たとえばスイッチトキャパシタ
回路2等のサンプリング手段を設け、このサンプリング
手段によって入力周波数に対して低い周波数でサンプリ
ングすることによりエリアシングを起し、低域変換され
た信号をプログラムカウンタ3に入力するようにしたた
め、先に説明したPLL周波数シンセサイザの構成と使
用周波数範囲の限定条件のもとで、C/N比に関与する
リファレンス周波数、すなわちリファレンスディバイダ
5の出力周波数を比較的高くすることができ(fr ≦f
GCM )、且つ、PLL周波数シンセサイザを構成する回
路の大部分はディジタル回路で構成することができるた
めIC化に適しているという利点を有する。As described above, according to the present invention, the sampling means such as the switched capacitor circuit 2 is provided before the program counter 3, and the sampling is performed at a frequency lower than the input frequency by the sampling means. Since aliasing is performed and the low-frequency converted signal is input to the program counter 3, the aliasing is involved in the C / N ratio under the above-described conditions of the configuration of the PLL frequency synthesizer and the use frequency range. Reference frequency, that is, the output frequency of the reference divider 5 can be set relatively high ( fr ≦ f
GCM ) and most of the circuits constituting the PLL frequency synthesizer can be constituted by digital circuits, so that they have an advantage that they are suitable for IC implementation.
【図1】本発明によるPLL周波数シンセサイザの一実
施例のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a PLL frequency synthesizer according to the present invention.
【図2】ナイキスト周波数について説明する図であり、
所定の入力周波数f´m と、この入力周波数f´m をサ
ンプリングするサンプリング周波数fS との関係におい
て、(a)はfS >2×f´m の場合を示した図、
(b)はfS =2×f´m の場合を示した図、(c)は
fS <2×f´m の場合を示した図、(d)は入力周波
数f´m が正弦波でfS =2×f´m の場合を示した図
である。FIG. 2 is a diagram illustrating a Nyquist frequency,
A predetermined input frequency f'm, relative to the sampling frequency f S for sampling the input frequency f'm, (a) is a diagram showing a case of f S> 2 × f'm,
(B) is a diagram illustrating a case where f S = 2 × f ′ m , (c) is a diagram illustrating a case where f S <2 × f ′ m , and (d) is a diagram in which the input frequency f ′ m is a sine wave FIG. 4 is a diagram showing a case where f S = 2 × f ′ m .
【図3】本発明におけるサンプリング周波数について説
明する図であり、所定の入力周波数f´m と、この入力
周波数f´m をサンプリングするサンプリング周波数f
S と、入力周波数f´m をサンプリング周波数fS でサ
ンプリングした結果の出力周波数fOUT との関係を示
し、(a)はfS <f´m の場合を時間変域で示した
図、(b)はfS <f´m の場合を周波数変域で示した
図、(c)はfS <2×f´m の場合を周波数変域で示
した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a sampling frequency according to the present invention; a predetermined input frequency f ′ m and a sampling frequency f at which the input frequency f ′ m is sampled;
S shows the relationship between S and the output frequency f OUT obtained by sampling the input frequency f ′ m at the sampling frequency f S , and (a) shows the case where f S <f ′ m in the time domain, (b) is a diagram showing the case where f S <f ' m in the frequency domain, and (c) is a diagram showing the case where f S <2 × f' m in the frequency domain.
【図4】PLL周波数シンセサイザの基本形のブロック
図である。FIG. 4 is a block diagram of a basic form of a PLL frequency synthesizer.
【図5】従来のプリスケーラ方式のPLL周波数シンセ
サイザのブロック図である。FIG. 5 is a block diagram of a conventional prescaler-type PLL frequency synthesizer.
【図6】従来のミキサ方式のPLL周波数シンセサイザ
のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a conventional mixer-type PLL frequency synthesizer.
1 電圧制御発振器 2 スイッチトキャパシタ回路 3 プログラマブルカウンタ 4 基準信号発振器 5 リファレンスディバイダ 6 位相比較器 7 ローパスフィルタ 8 マイコン 9 サンプリングコントロール回路 10 マイコン 11 プリスケーラ 12 ミキサ 13 局部発振器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Voltage controlled oscillator 2 Switched capacitor circuit 3 Programmable counter 4 Reference signal oscillator 5 Reference divider 6 Phase comparator 7 Low pass filter 8 Microcomputer 9 Sampling control circuit 10 Microcomputer 11 Prescaler 12 Mixer 13 Local oscillator
Claims (3)
号を出力する電圧制御発振器と、該電圧制御発振器の出
力信号をサンプリングするサンプリング手段と、該サン
プリング手段の出力信号の周波数を入力された分周数で
分周するプログラマブルカウンタと、該プログラマブル
カウンタに分周数を指示するマイコンと、所定の周波数
を発生する基準信号発振器と、該基準信号発振器の出力
信号の周波数を所定の分周数で分周するリファレンスデ
ィバイダと、前記プログラマブルカウンタの出力信号と
前記リファレンスディバイダの出力信号とを位相比較し
位相差に応じた電圧を発生する位相比較器と、該位相比
較器の出力を平滑化し安定した前記制御電圧にするロー
パスフィルタとを備え、 前記サンプリング手段が、前記電圧制御発振器の出力信
号を入力されたサンプリング周波数でサンプリングする
スイッチトキャパシタ回路と、該スイッチトキャパシタ
回路を制御するサンプリングコントロール回路と、該サ
ンプリングコントロール回路を介して前記スイッチトキ
ャパシタ回路に前記サンプリング周波数を入力するサン
プリング周波数指示手段とから成る ことを特徴とするP
LL周波数シンセサイザ。A voltage-controlled oscillator for outputting a signal having a frequency corresponding to the input control voltage; a sampling means for sampling an output signal of the voltage-controlled oscillator; and a frequency of an output signal of the sampling means. A programmable counter that divides the frequency by a frequency division number, a microcomputer that instructs the programmable counter to divide the frequency, a reference signal oscillator that generates a predetermined frequency, and a frequency that the output signal of the reference signal oscillator divides by a predetermined frequency A phase divider for dividing the output signal of the programmable counter and the output signal of the reference divider to generate a voltage corresponding to the phase difference; and smoothing and stabilizing the output of the phase comparator. and a low pass filter to the control voltage, said sampling means, output of the voltage controlled oscillator Power signal
Signal at the input sampling frequency
Switched capacitor circuit and switched capacitor
A sampling control circuit for controlling the circuit;
The switch key is set via the sampling control circuit.
A sampler for inputting the sampling frequency to a capacitor circuit.
P which comprises pulling frequency indicating means.
LL frequency synthesizer.
ング周波数が前記電圧制御発振器の出力信号のナイキス
ト周波数以下であることを特徴とする請求項1に記載の
PLL周波数シンセサイザ。2. The PLL frequency synthesizer according to claim 1, wherein a sampling frequency of said sampling means is equal to or lower than a Nyquist frequency of an output signal of said voltage controlled oscillator.
マイコンであることを特徴とする請求項1に記載のPL
L周波数シンセサイザ。3. The apparatus according to claim 2, wherein
The PL according to claim 1, wherein the PL is a microcomputer.
L frequency synthesizer.
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---|---|---|---|
JP7030366A JP2853595B2 (en) | 1995-02-20 | 1995-02-20 | PLL frequency synthesizer |
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JPH08223035A JPH08223035A (en) | 1996-08-30 |
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