JP2876847B2 - Phase locked loop - Google Patents

Phase locked loop

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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は位相同期回路において、
特に複素正弦波信号をサンプリングした複素サンプル列
信号を入力し、複素信号成分(実部、虚部)にそれぞれ
位相同期した複素サンプル列信号を出力する位相同期回
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a phase locked loop circuit .
In particular, a complex sample sequence that samples a complex sine wave signal
Input signals and convert them into complex signal components (real and imaginary parts)
Phase synchronization circuit that outputs a phase-synchronized complex sample sequence signal
About the road .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の位相同期回路(以下PLL回路と
いう)は図に示すように、位相比較器であるミキサ
1、ローパスフィルタ(LPF)2、電圧制御発振器
(VCO)3から構成される。従来のPLL回路は、同
期状態においては良好な位相追尾機能を有しているが、
初期における周波数誤差が大きい場合には、同期引き込
みに長い時間を必要としていた。今入力信号νi
(t)、VCO3の出力信号νoを(1),(2)式で
表すとミキサ1の出力信号νe(t)は(3)式で表さ
れる。
2. Description of the Related Art As shown in FIG. 3 , a conventional phase locked loop circuit (hereinafter referred to as a PLL circuit) comprises a mixer 1, a low-pass filter (LPF) 2, and a voltage controlled oscillator (VCO) 3, which are phase comparators. . Although the conventional PLL circuit has a good phase tracking function in the synchronous state,
If the frequency error in the initial stage is large, it takes a long time to pull in the synchronization. Now input signal νi
(T), when the output signal νo of the VCO 3 is expressed by the equations (1) and (2), the output signal νe (t) of the mixer 1 is expressed by the equation (3).

【0003】 νi(t)=sin(ωi+θi) …(1) νo=cos(ωot+θo) …(2) νe(t)=νo・νi(t)=1/2[{sin(ωi−ωo)t +(θi−θo)}+{sin(ωi+ωo)t +(θi+θo)}] …(3) ローパスフィルタ2の出力ではsin(ωi−ωo)t
が出力されるので、位相同期状態とするためにはまずω
i−ωo=0、とする必要がある。しかし、PLL回路
の周波数の引き込み範囲外にある場合には位相同期の動
作に入いることができなかった。
[0003] νi (t) = sin (ωi t + θi) ... (1) νo = cos (ωot + θo) ... (2) νe (t) = νo · νi (t) = 1/2 [{sin (ωi-ωo ) T + (θi−θo)} + {sin (ωi + ωo) t + (θi + θo)}] (3) In the output of the low-pass filter 2, sin (ωi−ωo) t
Is output. Therefore, in order to achieve the phase synchronization state, first, ω
It is necessary to set i−ωo = 0. However, when the frequency is outside the pull-in range of the frequency of the PLL circuit, the operation of phase synchronization cannot be started.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】この従来の位相同期回
路は初期周波数差を速く零にする引き込み機能を備えて
いないので、位相同期引き込み時間が長くなってしまう
欠点があった。
Since the conventional phase locked loop circuit does not have a pull-in function for quickly setting the initial frequency difference to zero, there is a drawback that the phase lock pull-in time becomes long.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の位相同期回路
、上記問題を解決するために、複素正弦波信号をサン
プリングした複素サンプル列信号を入力し、各複素成分
毎に入力信号の位相と同期した出力信号を得る位相同期
回路において、前記複素サンプル列信号を入力して振幅
を定値に制限する第1のリミタと、この第1のリミタの
出力信号を入力して前記位相同期回路の出力信号の複素
サンプル列信号の共やく値と複素乗算を行う第1の複素
乗算器と、この第1の複素乗算器の出力信号から不要周
波数成分をろ波するループフィルタと、前記ループフィ
ルタの出力信号と複素サンプル列信号を1サンプル遅延
させる遅延器の出力信号との複素乗算をする第2の複素
乗算器と、前記第2の複素乗算器の出力を入力して振幅
を定値に制限する第2のリミタと、前記第2のリミタの
出力を前記遅延器に入力するとともに前記位相同期回路
の出力信号として出力することを特徴とする
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problem, a phase locked loop circuit of the present invention converts a complex sine wave signal to a sampled signal.
Input the complex sample sequence signal
Phase synchronization to obtain an output signal synchronized with the phase of the input signal every time
A circuit for receiving the complex sample sequence signal and
And a first limiter for limiting the first limiter to a constant value.
The output signal is input and the complex of the output signal of the phase locked loop is
A first complex that performs complex multiplication with the value of the sample sequence signal
A multiplier and an unnecessary circuit from the output signal of the first complex multiplier.
A loop filter for filtering a wave number component;
1 sample delay of the output signal of the filter and the complex sample sequence signal
Second complex that performs complex multiplication with the output signal of the delay unit
A multiplier and an output of the second complex multiplier,
A second limiter for limiting the value of the second limiter to a constant value;
An output is input to the delay unit and the phase synchronization circuit is
Is output as an output signal .

【0006】[0006]

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

【0007】図1は本発明の一実施例のブロック図、図
2は本実施例の動作を示す機能説明図である。図1の
ミタ5への入力信号は、直交する2系列の複素正弦波信
号をサンプリングして得られる複素サンプル列信号であ
る。そして、本実 施例ではこの複素サンプル列信号が入
力され振幅を定値に制限するリミタ5,6、複素乗算を
行う複素乗算器10,2、複素乗算器10の出力信号
から入力信号と同期すべき周波数との差の周波数はろ波
するループフィルタ11、複素サンプル列信号を1サン
プル遅延させる1サンプル遅延器13、複素サンプル列
信号の複素共役をとる複素共役化器14で構成される。
次に図1の動作を説明する。リミタ5の入力には複素サ
ンプル列信号が入力され、振幅が規定値1に正規化され
る。なお、サンプリング回路については、本発明と直接
の関連がないため図1への記載は省略されている。次
に、複素乗算器の機能について説明する。一般に、リミ
ッタ5を通した複素サンプル列信号はx(t)+jy
(t)で表される。ここでtは、t=nT(n=0,
1,2,…、Tはサンプリング周期)である。この結
、複素信号は(4)式の形に変換される。
FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a functional explanatory diagram showing the operation of the present embodiment. Of Figure 1 Li
The input signal to the mixer 5 is an orthogonal two-series complex sine wave signal.
Signal is a complex sample sequence signal obtained by sampling
You. Then, in the present real 施例This complex sample sequence signal input
Limiters 5, 6 that limit the amplitude to a constant value and complex multiplication
Complex multiplier 10 to perform, 1 2, the output signal of the complex multiplier 10
The frequency of the difference between the input signal and the frequency to be synchronized is filtered.
A loop filter 11, 1 San complex sample sequence signal to
One sample delay unit 13 for pull delay , complex sample sequence
It comprises a complex conjugator 14 for taking the complex conjugate of the signal .
Next, the operation of FIG. 1 will be described. The input of limiter 5 is
Sample signal is input and the amplitude is normalized to the specified value 1.
You. The sampling circuit is directly related to the present invention.
1 are omitted from FIG. Next
Next, the function of the complex multiplier will be described. In general, Limi
The complex sample sequence signal passed through the transmitter 5 is x (t) + jy
(T). Here, t is t = nT (n = 0,
, T are sampling periods). This result
As a result , the complex signal is converted into the form of equation (4).

【0008】 x(t)+jy(t)jθ(t) …(4) ここで、θ(t)は、複素サンプル列信号のサンプル位
相である。複素乗算器は(4)式で表された2つの複素
サンプル列信号 jθ1(t) 、e jθ2(t) のそれ
ぞれを乗算する。その結果、(5)式となる。
X (t) + ji (t) = ejθ (t) (4) where θ (t) is the sample position of the complex sample sequence signal.
Phase. It complex multiplier (4) of the two represented by the formula complex sample sequence signal e jθ1 (t), e jθ2 (t)
Multiply each. As a result, equation (5) is obtained.

【0009】 ejθ1(t)・ejθ2(t)=ej{θ1(t)+θ2(t)}…(5)E jθ1 (t) · e jθ2 (t) = e j {θ1 (t) + θ2 (t)} (5)

【0010】すなわち、複素乗算器は、2つの複素サン
プル列信号の各位相を加算する機能を有する。本発明の
複素乗算器10は、複素共役化器14により位相同期回
路の出力信号を複素共役した複素共役信号とリミッタ5
の出力とを乗算している。この場合、例えば、複素信号
jθ(t) の複素共役信号はe −jθ(t) となるた
め、複素乗算器10の出力信号の位相はリミッタ5の出
力信号の位相と位相同期回路の出力信号の位相の位相差
となる。次に、図1におけるループフィルタ11の伝達
関数は(6)式で与えられる
That is, a complex multiplier is composed of two complex samples.
It has the function of adding each phase of the pull train signal. Of the present invention
The complex multiplier 10 uses a complex conjugator 14 to perform a phase synchronization circuit.
Conjugate signal obtained by complex conjugate of the output signal of the path and limiter 5
The output is multiplied. In this case, for example, a complex signal
complex conjugate signal e (t) is the e -jθ (t)
Therefore, the phase of the output signal of the complex multiplier 10 is
Phase difference between the phase of the force signal and the phase of the output signal of the phase locked loop
Becomes Next, transmission of the loop filter 11 in FIG.
The function is given by equation (6).

【0011】 ここで、τはフィルタの時定数である。 [0011] Here, τ is a time constant of the filter.

【0012】今、ループフィルタ11の入力信号Ve
(t)は、(7)式で表される。
Now, the input signal Ve of the loop filter 11
(T) is represented by equation (7) .

【0013】 Ve(t)=ej(ωet+θe) …(7)ここで、θeは位相遅れを示す。 Ve (t) = ej (ωet + θe) (7) Here, θe indicates a phase delay.

【0014】(6)式のループフィルタ11の伝達関数
に基づきループフィルタ11の出力信号V’e(t)
(8)式で表される。
The transfer function of the loop filter 11 in equation (6)
, The output signal V′e (t) of the loop filter 11 is expressed by equation (8).

【0015】 [0015]

【0016】(8)式で示すように位相的には単にアー
クtanωeτになる位相遅れが生ずるのみである。
上説明した図1の構成における複素サンプル列の信号の
位相についての動作をZ変換を用いて以下の通り個別回
路毎に説明する。ここで、Θi(z)、Θo(z)は入
出力信号の各位相θi(t)、θo(t)をz変換した
ものである。前述したように、複素乗算器10の出力信
号の位相Θe(z)は、Θe(z)=Θi(z)−Θo
(z)となる。また、ループフィルタ11は、ωeが一
定であると仮定すると、(8)式に示されたように位相
遅れ(−tan −1 ωeτ)成分については一定となる
のでそのZ変換は−tan −1 ωeτ/(1−Z −1
となる。さらに、乗算器12、1サンプル遅延器13、
リミッタ6で構成された回路の伝達関数はZ変換により
1/(1−Z −1 )となる。以上個別回路毎に説明した
Z変換の伝達関数をまとめると図2に示す様になる。従
って、図2から出力信号の位相Θo(z)
As shown by the equation (8), only a phase delay is generated in which the arc becomes tan ωeτ. Less than
The signal of the complex sample sequence in the configuration of FIG.
The operation for the phase is performed individually using the Z-transform as follows.
A description will be given for each road. Here, Θi (z) and Θo (z) are input
Each phase θi (t), θo (t) of the output signal is z-transformed
Things. As described above, the output signal of the complex multiplier 10 is
The phase 号 e (z) of the signal is Θe (z) = Θi (z) −Θo
(Z). Further, assuming that ωe is constant , the loop filter 11 has a constant phase lag ( −tan −1 ωeτ) component as shown in Expression (8).
Therefore, the Z transformation is -tan -1 ωeτ / (1-Z -1 )
Becomes Further, a multiplier 12, a one-sample delay unit 13,
The transfer function of the circuit constituted by the limiter 6 is obtained by Z conversion.
1 / (1−Z −1 ). The above has been described for each individual circuit.
The transfer function of the Z-transform is summarized as shown in FIG. Obedience
Therefore, from FIG. 2, the phase Θo (z) of the output signal is

【0017】 [0017]

【0018】となる。今入力信号が(10)式で表され
ると、 θi(t)=ωit+φi …(10)
## EQU1 ## Now the input signal is expressed by equation (10)
Then, θi (t) = ωit + φi (10)

【0019】その第nサンプル値は θi(n)=ωiTn+φi …(11) となる。 The n-th sample value is θi (n) = ωiTn + φi (11).

【0020】(11)式のZ変換を行うと、 When the Z transformation of the equation (11) is performed,

【0021】と表される。(12)式を(9)式に代入
すると出力サンプル列の位相のZ変換が得られる。次
に、出力信号位相の第サンプル値を(13)式として
Θo(z)の逆Z変換を行いθo()を計算すると
(14)式となる。
## EQU2 ## Substituting equation (12) into equation (9)
Then, a Z-transform of the phase of the output sample sequence is obtained. Next
And the n-th sample value of the output signal phase as
When the inverse Z-transform of (o (z) is performed and θo ( n ) is calculated, Equation (14) is obtained.

【0022】 Θo(z)=Σθo(n)Z−n …(13)Θo (z) = Σθo (n) Z− n (13)

【0023】 [0023]

【0024】通常、サンプリング数nは大きいため、
後の項は急速に0に収束し、
Usually, since the sampling number n is large, the last term quickly converges to 0,

【0025】 θo(n) → ωiTn+φi−ωiT−tan−1ωeτ …(15)Θo (n) → ωiTn + φi− ωiT tan−1ωeτ (15)

【0026】となるがこれはωeが0になるという事
意味するので(15)式の第3項0に収束し
[0026] to become, but the fact that this is ωe becomes 0
Therefore , the third term of the equation (15) also converges to 0 and

【0027】 θo(n) → ωiTn+φi−ωiT …(16)Θo (n) → ωiTn + φi− ωiT (16)

【0028】となる。ここで、(11)式と(16)式
を比較すると、(16)式で与えられる位相は(11)
式で与えられる位相よりも(−ωiT)だけ位相遅延し
ている。通常、この位相遅延はサンプリング周波数が入
力周波数よりも十分高いため、サンプリング周期が十分
小さくなり無視できる値となる。この結果、入力信号の
位相と出力信号の位相は一致することになり正しく位相
同期が確立される。上述の如く本発明は、初期周波数誤
差がある場合にも正しく位相同期が確立する。
The [0028]. Here, equations (11) and (16)
By comparison, the phase given by equation (16) is
The phase is delayed by (-ωiT) from the phase given by the equation.
ing. Normally, this phase delay depends on the sampling frequency.
Sufficiently higher than force frequency, sufficient sampling period
It becomes small and can be ignored. As a result, the input signal
The phase coincides with the phase of the output signal, and phase synchronization is correctly established. As described above, according to the present invention, phase synchronization is correctly established even when there is an initial frequency error.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように本発明はリミタ、複
素乗算器、ループフィルタを備えてディジタル演算処理
を行うことにより次の効果が実現できる。
As described above, according to the present invention, the following effects can be realized by performing digital arithmetic processing with a limiter, a complex multiplier, and a loop filter.

【0030】(1)VCOを使用しないで初期周波数誤
差があっても正しく同期引き込みを行うPLL回路が実
現できる。
(1) It is possible to realize a PLL circuit that correctly performs synchronization even if there is an initial frequency error without using a VCO .

【0031】(2)低C/N条件のもとでも動作する狭
帯域PLL回路が実現できる。
(2) It is possible to realize a narrow band PLL circuit that operates even under a low C / N condition.

【0032】(3)本回路は特に移動体衛星通信の如
く、低C/Nかつ瞬断の多い通信分野への応用が可能と
なる。
(3) The present circuit can be applied to a communication field having a low C / N and many instantaneous interruptions such as mobile satellite communication.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of the present invention.

【図2】本実施例の機能説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of functions of the embodiment.

【図3】従来の位相同期回路のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of a conventional phase locked loop circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5,6 リミタ 10,12 複素乗算器 11 ループフィルタ 13 1サンプル遅延器 14 複素共役化器5,6 Limiter 10,12 Complex multiplier 11 Loop filter 13 1-sample delay unit 14 Complex conjugate unit

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複素正弦波信号をサンプリングした複素
サンプル列信号を入力し、各複素成分毎に入力信号の位
相と同期した出力信号を得る位相同期回路において、前
記複素サンプル列信号を入力して振幅を定値に制限する
第1のリミタと、この第1のリミタの出力信号を入力し
て前記位相同期回路の出力信号の複素サンプル列信号の
共やく値と複素乗算を行う第1の複素乗算器と、この第
1の複素乗算器の出力信号から不要周波数成分をろ波す
るループフィルタと、前記ループフィルタの出力信号と
複素サンプル列信号を1サンプル遅延させる遅延器の出
力信号との複素乗算をする第2の複素乗算器と、前記第
2の複素乗算器の出力を入力して振幅を定値に制限する
第2のリミタと、前記第2のリミタの出力を前記遅延器
に入力するとともに前記位相同期回路の出力信号として
出力することを特徴とする位相同期回路。
1. A complex sampled complex sine wave signal.
Input the sample sequence signal and place the input signal for each complex component.
In a phase-locked loop that obtains an output signal synchronized with the phase,
Input a complex sample sequence signal and limit the amplitude to a constant value
A first limiter and an output signal of the first limiter are input.
Of the complex sample sequence signal of the output signal of the phase locked loop
A first complex multiplier for performing complex multiplication with the value,
Filter unnecessary frequency components from the output signal of the complex multiplier 1
A loop filter, and an output signal of the loop filter.
The output of the delay unit that delays the complex sample sequence signal by one sample
A second complex multiplier for performing complex multiplication with a force signal;
Input the output of a complex multiplier of 2 and limit the amplitude to a constant value
A second limiter and an output of the second limiter to the delay unit
And as an output signal of the phase locked loop
A phase-locked loop characterized by outputting .
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