JP2910643B2 - 位相同期回路 - Google Patents

位相同期回路

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JP2910643B2
JP2910643B2 JP7281311A JP28131195A JP2910643B2 JP 2910643 B2 JP2910643 B2 JP 2910643B2 JP 7281311 A JP7281311 A JP 7281311A JP 28131195 A JP28131195 A JP 28131195A JP 2910643 B2 JP2910643 B2 JP 2910643B2
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は二重の位相同期ルー
プを持つ位相同期回路において、それぞれのループでの
位相比較周波数のパルスの立ち上がり又は立ち下がりの
エッジが一致することにより発生する位相同期回路出力
のスプリアス成分を除去できる位相同期回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術例として、図4に基本的な一
重ループの位相同期回路のブロック図を示す。
【0003】本図において、従来から一般的に用いられ
ているプログラマブル式の位相同期回路のブロック図で
ある。局部発振器1の出力の一部をプログラマブルカウ
ンタ(分周器)2に入力し、分周数Nで位相比較周波数
(fpd)=Fに分周する。これと、発振周波数Fの基準
信号発生回路3の出力とを位相比較器4で比較し、両者
の誤差成分を低域濾波器5を通して先ほどの局部発振器
1にフィードバックする。上述した位相同期ループ(P
LL)では局部発振器の出力周波数が“N×F”に一致
するように負帰還され、位相同期となった場合には局部
発振器1は“N×F”の周波数で安定に発振する。ま
た、分周数Nをかえることで、Fの整数倍の発振周波数
を任意に選択して出力することができる。
【0004】さらに、図5は、このPLLを二重に用い
て位相同期回路を構成した場合のブロック図を示す。
【0005】ここで、局部発振器(OSC1)10、低
域濾波器(LPF1)11、プログラムカウンタ(PC
1)12、基準電圧発生回路(REF1)13、分周器
(DIV1)14で構成される。PLL1の出力
(f1 )は周波数混合器(MIX)25に入力される。
一方、PLL2の局部発振器(OSC2)20の出力
(f2)の一部もMIX25に入力され、出力としてf
1 とf2 の差分周波数|f1 −f2 |が取り出される。
この出力を比較信号入力として分周器(DIV2)24
でN2 分周し位相比較周波数(fpd2 )に変換する。こ
れと、発振周波数がfpd2 である基準信号発生回路(R
EF2)23の出力とを位相比較器(PC2)22とで
比較し、両者の誤差成分を低域濾波器(LPF2)21
を通して局部発振器(OSC2)20にフィードバック
する。
【0006】図5に示す位相同期回路は、同期状態にあ
る時には、分周数N1 とN2 とをかえることで一重ルー
プの時よりもさらに細かく出力周波数を設定することが
できる。そのため、最近の多くの位相同期回路は二重以
上の多重ループで構成されていることが多い。例えば、
特開昭56−012131号公報には、多重ループの構
成が開示されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した従
来の技術の回路では、回路の構成上、必ず出力信号にス
プリアス成分が生じる可能性を持っている。
【0008】そこで、次に、問題となるスプリアスの発
生原因について説明する。
【0009】従来の技術例で示した図5の二重ループ回
路中の、同期状態における位相比較周波数のパルスの時
間変化の様子を図6および図7に示す。ここでパルス1
はPLL1(100)での位相比較周波数(fpd1 )の
パルスであり、パルス2はPLL2(200)での位相
比較周波数(fpd2 )のパルスである。振幅は通常のC
MOSレベルのLレベルとHレベルである。説明の都合
上、パルス1と2のパルス幅は同じで、両者の立ち上が
り時間と立ち下がり時間が一致しているものとする。ま
た、両パルスの周波数fpd1 とfpd2 との周期(T1
2 )の比を9対2とする。
【0010】パルス1と2のスタート時刻t1 とt2
は必ずしも一致しているわけではなく、電源投入時のタ
イミングや、周波数設定の条件等で両者の相対関係は、
さまざまに変化する。図6においてt1 とt2 とはΔt
1 以上差があり、両者の立ち上がりと立ち下がりとは完
全にずれているものとする。このとき、パルス1が立ち
上がるときには、パルス2は既にLレベルかHレベルか
に確定されており、この状態は安定なので、パルス2が
パルス1の影響を受けることはない。
【0011】一方、図7のごとくt1 とt2 とがΔt1
以内で一致したとする。このとき時刻t2 〜t4 までの
間は、パルス1,2はともに不確定状態にあり、互いの
干渉を受け易い状態にある。そのため、例えば時刻t3
において、パルス1がパルス2に干渉して、パルス2の
時刻t3 の位置にノイズが発生するという状態が起こり
得る。さらに、T1 とT2 との比が9対2であることか
ら、時刻t3 から2×T1 後にも同じようにノイズが発
生し、これは周期2×T1 でノイズが発生し続けること
を意味する。
【0012】位相比較周波数にノイズが生ずると、その
位相比較出力にもノイズが発生し、結果として、位相同
期回路の出力信号に±1/(2×T1 )離れのスプリア
ス成分が生じてしまう。このスプリアス成分は、出力信
号以外の不要信号であり、伝送エラーのもととなるので
除却する必要がある。
【0013】しかしながら、前述したスプリアス成分を
除去するためにフィルターを用いることはできない。
【0014】なぜなら、出力信号とスプリアス成分との
周波数間隔は、出力信号の周波数に対して非常に小さい
ため出力信号の近傍ノイズとなりフィルターでは除去す
ることができない。
【0015】しかし、全ての多重ループ式位相同期回路
で必ず起こり得るにも関わらず、以下の理由から従来の
回路ではこのようなスプリアスを防止することを考慮し
た回路は無かった。
【0016】(1)2つの位相同期周波数のパルスが揃
わないと発生しないため、電源投入のタイミング等で出
る条件が限られるため、発見され難かった。
【0017】(2)スプリアス成分の大きさが小さいの
で、従来のレベルではあまり問題にならなかった。
【0018】しかし、最近では位相同期回路の出力を、
逓倍して使うことが多くなり、そうすると、出力信号に
対してスプリアス成分が相対的に大きくなるので、従来
では無視できたような小さな成分までも除去する必要が
出てきている。
【0019】本発明の目的は、上述したスプリアス成分
を完全に除去しうる位相同期回路の構成を提供すること
にある。
【0020】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、局部発振器(OSC1)、分周器(D
IV1,DIV1′)、位相比較器(PC1)、低域濾
波器(LPF1)、基準信号発生回路(REF1)から
構成される第一の位相同期ループ(PLL1)と、その
PLL1の出力を入力とする周波数混合器(MIX)、
局部発振器(OSC2)、分周器(DIV2,DIV
2′)、位相比較器(PC2)、低域濾波器(LPF
2)、基準信号発生回路(REF2)から構成される第
二の位相同期ループ(PLL2)からなり、さらに、2
つの基準信号発生回路(REF1,REF2)にクロッ
クを供給するための局部発振器(OSC0)を備え、R
EF1は直接、REF2はインバータ回路(INV)を
通して入力されるという特徴を有する。
【0021】基準信号発生回路(REF1,REF2)
のクロック入力を片方だけ反転させて、位相同期ループ
1,2の基準信号(fr1,fr2)の位相をずらす。両ル
ープの位相比較周波数(fpd1 ,fpd2 )はこの基準信
号をさらに分周させて作るので、結果的に、各々の位相
比較周波数の位相がずれ、それぞれのパルスの立ち上が
り、または立ち下がりのエッジが一致することがなくな
るので、上述したスプリアスの発生を防ぐことができ
る。
【0022】
【発明の実施の形態】本発明の多重ループを有する位相
同期回路の一実施例のブロック図を図1に示す。本図
で、図5と同一構成を有するものは同一符号を付して説
明を省略する。
【0023】PLL1は局部発振器(OSC1)10、
分周器(DIV1)14、分周器(DIV1′)15、
位相比較器(PC1)12、低域濾波器(LPF1)、
基準信号発生回路(REF1)16から構成される。こ
の2つの分周器14,15と位相比較器(PC1)12
は通常の分周器を2個、位相比較器を1個有するICを
用いることができる。また、PLL2は局部発振器(O
SC2)20、分周器(DIV2)24、分周器(DI
V2′)26、位相比較器(PC2)22、低域濾波器
(LPF2)21、基準信号発生回路(REF2)27
から構成されている。ここで、前述のごとく、2つの分
周器24,26と位相比較器22は、まとめてIC2で
構成されている。
【0024】さらに、2つの基準信号発生回路16,2
7は、同期を取るための局部発振器(OSC0)30か
らクロックを供給され、基準信号発生回路16には直
接、基準信号発生回路27にはインバータ回路(IN
V)31を通して入力される。
【0025】次に、各部の波形を参照しながら、本発明
の位相同期回路の動作について説明する。また、ここで
は従来の技術で説明した図5の回路と異なる基準信号発
生回路とそれを分周して位相比較周波数fpd1 ,fpd2
を作るまでの部分について説明する。なお、具体的な説
明ができるように、各分周器や基準信号発生回路の分周
数は図1に示した値を用いるが、この値に限定されない
のは勿論である。本発明の回路の構成の効果をより明確
化できるように、本発明の構成要素の一つであるインバ
ータ回路(INV)31が無い場合の各部の波形につい
て説明する。
【0026】図2はインバータ回路(INV)31が無
い場合の各部の信号の波形を示している。
【0027】まず、OSC0(30)からREF1(1
6),REF2(27)に入力されたクロック(f0
は、それぞれ5分周と2分周され、それぞれのループの
基準信号fr1,fr2となる。このときfr1,fr2共にf
0 の立ち上がりでカウントを始めているので、どちらも
立ち上がりの位置は同じになる。次に、fr1,fr2はさ
らに分周器DIV1′(15)とDIV2′(26)で
各々9分周と5分周されて、それぞれの位相比較周波数
pd1 ,fpd2 になる。本図ではfr1,fr2を1/5に
縮小したfr1′,fr2′をもとにfpd1 ,fpd2 を図示
している。
【0028】上述のようにして作られたfpd1 ,fpd2
では両者の立ち上がりが一致するため、当然、問題のス
プリアスが発生する。
【0029】そのため本発明は、インバータ回路(IN
V)31をREF2(27)前段に設けている。
【0030】まず、OSC0(30)からREF1(1
6),REF2(27)に入力されたクロック(f0
は、それぞれ5分周と2分周され、それぞれのループの
基準信号fr1,fr2となる。このときfr1はf0 の立ち
上がり、fr2はf0 の立ち下がりでカウントを始めるの
で、fr1,fr2の立ち上がりの位置は、ちょうどf0
半周期分だけずれる。次に、fr1,fr2は分周器DIV
1′(15),DIV2′(26)で各々9分周と5分
周されて、それぞれの位相比較周波数fpd1 ,fpd2
なる。この図でもfr1,fr2を1/5に縮小した図をも
とにfpd1 ,fpd2 を図示している。
【0031】こうして作られたfpd1 ,fpd2 は、
r1,fr2がずれた分だけ立ち上がりがずれている。し
かも、fr1,fr2はf0 によって同期を取っているの
で、この位置関係が変動することはないから、両者の立
ち上がり(立ち下がり)のエッジが一致することは全く
無い。よって、本発明の構成によってスプリアスの発生
を防止することができる。
【0032】
【発明の効果】二重の位相同期ループを持つ位相同期回
路において、上記構成を有することによりそれぞれのル
ープでの位相比較周波数のパルスの立ち上がり又は立ち
下がりのエッジが一致することがないため、位相同期回
路出力上のスプリアス成分を除去することができる効果
を有している。
【0033】よって、本位相同期回路を局発信号用シン
セサイザーに適用することにより周波数ステップ間隔が
極めて小さく、しかも、スプリアス信号の少ない安定な
特性を有する局発信号用シンセサイザーを提供しうる効
果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の位相同期回路の一実施例のブロック図
である。
【図2】本発明の位相同期回路のインバータを有しない
構成のタイムチャートである。
【図3】本発明の位相同期回路のインバータを有する構
成のタイムチャートである。
【図4】従来の技術による一重ループの位相同期回路の
ブロック図である。
【図5】従来の技術による二重ループの位相同期回路の
ブロック図である。
【図6】図5の動作を説明するタイムチャートである。
【図7】図5の動作を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
10,20 位相同期回路用局部発振器 14,24 比較信号入力用分周器 15,26 基準信号入力用分周器 12,22 位相比較器 13,23,16,27 基準信号発生回路 11,21 低域濾波器 25 周波数混合器 30 基準信号発生回路用局部発振器 31 クロック反転用インバータ回路 100,110,200,210 位相同期ループ
(PLL) 17,28 PLL用IC内部に含まれる範囲 f0 基準信号用クロック f1 ,f2 PLLの出力信号 |f1 −f2 | MIXの出力(f1 とf2 の差周波
数の信号) fr1,fr2 PLLの基準信号 fpd1 ,fpd2 PLLの位相比較周波数の信号 1/N1 ,1/N2 DIV1,DIV2の分周数
(比較信号の分周数) 1/N1 ′,1/N2 ′ DIV1′,DIV2′の
分周数(基準信号の分周数) T1 ,T2 pd1 ,fpd2 の周期 t1 ,t2 pd1 ,fpd2 の立ち上がり開始時刻 Δt1 ,Δt2 pd1 ,fpd2 の立ち上がり時間 t3 pd1 ,fpd2 共に、H又はLに確定していな
い、ある時刻 t4 pd1 がHに確定した時刻

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の基準周波数に位相同期した第1の
    周波数を得る第1の位相同期ループと、前記第1の周波
    第2の周波数を周波数変換した差分周波数に基づき
    第2の基準周波数に位相同期した前記第2の周波数を得
    る第2の位相同期ループとを有する位相同期回路におい
    て、 前記第1の基準周波数と前記第2の基準周波数は、前記
    第1、第2の基準周波数の整数倍の周波数を発振する発
    振器の出力を2分配した後、それぞれ所定の分周器とに
    て分周して得られることを特徴とする位相同期回路。
  2. 【請求項2】 前記第1の位相同期ループは、所定の第
    1の制御電圧にて制御される前記第1の周波数を発振す
    る第1の局部発振器と、前記第1の周波数を前記第1の
    基準周波数に分する第1の分周器と、前記発振器の出
    力を第1の基準周波数分周器で分周された分周出力をさ
    らに前記第1の基準周波数まで分周する第2の分周器
    と、前記第1の分周器と前記第2の分周器の出力の位相
    比較をする第1の位相比較器と、前記第1の位相比較器
    の出力に接続し、前記第1の制御電圧を出力する第1の
    低域濾波器からなることを特徴とする請求項1記載の位
    相同期回路。
  3. 【請求項3】 前記第2の位相同期ループは、所定の第
    2の制御電圧にて制御される前記第2の周波数を発振す
    る第2の局部発振器と、前記第2の周波数と前記第1の
    周波数とを周波数混合する周波数混合器と、前記周波数
    混合器の出力を前記第2の基準周波数に分する第3の
    分周器と、前記発振器の出力をインバータを通して第2
    の基準周波数分周器で分周された分周出力をさらに前記
    第2の基準周波数まで分周する第4の分周器と、前記第
    3の分周器と前記第4の分周器の出力の位相比較をする
    第2の位相比較器と、前記第2の位相比較器の出力に接
    続し前記第2の制御電圧を出力する第2の低域濾波器か
    らなることを特徴とする請求項1記載の位相同期回路。
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