JP2963552B2 - Frequency synthesizer - Google Patents

Frequency synthesizer

Info

Publication number
JP2963552B2
JP2963552B2 JP3119034A JP11903491A JP2963552B2 JP 2963552 B2 JP2963552 B2 JP 2963552B2 JP 3119034 A JP3119034 A JP 3119034A JP 11903491 A JP11903491 A JP 11903491A JP 2963552 B2 JP2963552 B2 JP 2963552B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
output
phase
signal
value
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP3119034A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH04324716A (en
Inventor
明 豊間根
健三 占部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kokusai Electric Corp
Original Assignee
Kokusai Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kokusai Electric Corp filed Critical Kokusai Electric Corp
Priority to JP3119034A priority Critical patent/JP2963552B2/en
Publication of JPH04324716A publication Critical patent/JPH04324716A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2963552B2 publication Critical patent/JP2963552B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • 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、出力周波数を任意に可
変設定できる機能を有し、周波数切替時間の高速化が可
能な、位相同期ループ(PLL:Phase Locked Loop)構
成を用いた周波数シンセサイザの改良に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a frequency synthesizer having a function of arbitrarily setting an output frequency and using a phase locked loop (PLL) structure capable of shortening the frequency switching time. It is related to the improvement of.

【0002】[0002]

【従来の技術】出力周波数を任意に可変設定することの
できる位相同期ループ(PLL)構成を用いた周波数シ
ンセサイザとして、従来は、電圧制御発振器(VCO:
Voltage Controlled Oscillator)の出力を可変分周器を
用いて分周した帰還信号と、周波数が一定の基準信号と
を位相比較器に入力し、その位相比較器の出力をループ
フィルタを介してVCOに帰還するという構成が広く応
用されている。図7はこのような従来の構成例図であ
る。図中、201はVCO、202は分周器、203は
基準発振器(OSC)、204は位相比較器、205は
ループフィルタである。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a frequency synthesizer using a phase locked loop (PLL) configuration capable of arbitrarily setting an output frequency, a voltage controlled oscillator (VCO:
A feedback signal obtained by dividing the output of a Voltage Controlled Oscillator) using a variable frequency divider and a reference signal having a constant frequency are input to a phase comparator, and the output of the phase comparator is output to a VCO via a loop filter. The configuration of returning is widely applied. FIG. 7 is a diagram showing an example of such a conventional configuration. In the figure, 201 is a VCO, 202 is a frequency divider, 203 is a reference oscillator (OSC), 204 is a phase comparator, and 205 is a loop filter.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、位相比較器204は一般に基準信号と帰
還信号との乗算処理を行うように構成されており、位相
比較器204の出力の低周波成分に位相誤差情報が含ま
れているため、不要な高調波を十分に抑圧して除去する
ためのループフィルタ205が不可欠である。ところ
が、周波数シンセサイザの周波数切替時間はループフィ
ルタ205の時定数に依存しており、また、周波数シン
セサイザ出力のS/N(信号対雑音電力比)を一定値以
上に確保するためにはループフィルタ205の時定数を
大きく設定する必要がある。
However, in the above-described conventional configuration, the phase comparator 204 is generally configured to perform a multiplication process of the reference signal and the feedback signal. Since the component contains phase error information, the loop filter 205 for sufficiently suppressing and removing unnecessary harmonics is indispensable. However, the frequency switching time of the frequency synthesizer depends on the time constant of the loop filter 205, and in order to secure the S / N (signal-to-noise power ratio) of the frequency synthesizer output to a certain value or more, the loop filter 205 is required. It is necessary to set a large time constant.

【0004】以上のように、従来の構成では、不要な高
調波を除去することによるS/Nの向上と周波数切替時
間の高速化とは互いに相反関係にあるため、両者を同時
に満足させることができないという不具合が生ずる。こ
の不具合を救済するため、図7の構成において、周波数
切替時の引込み動作と引込み後の定常動作とで、ループ
フィルタ205の時定数を小さい値(高速引込み)から
大きい値(高S/N)へ切替える方法も考案されてい
る。しかしこの方法では、ループフィルタ205の切替
時に発生するVCO201の入力電圧の変動による周波
数ゆらぎによって位相比較器204の出力値が変動し、
結局、長い時間の過渡応答が生じてしまう。このため、
周波数切替時点でのループフィルタの出力変動の抑圧や
位相比較器の出力値の一時記憶保持などの対策が別途必
要となり回路規模が大きくなるという問題点がある。本
発明の目的は、前記従来の構成における周波数切替時間
の高速化と、高S/N化の相反関係の問題を回避すると
ともに、小形化,IC化に適する周波数シンセサイザを
提供することにある。
As described above, in the conventional configuration, the improvement of the S / N ratio by removing unnecessary harmonics and the shortening of the frequency switching time are in a reciprocal relationship to each other. There is a problem that it cannot be performed. To remedy this problem, in the configuration of FIG. 7, the time constant of the loop filter 205 is changed from a small value (high-speed pull-in) to a large value (high S / N) in the pull-in operation at the time of frequency switching and the steady operation after the pull-in. A method of switching to has been devised. However, in this method, the output value of the phase comparator 204 fluctuates due to the frequency fluctuation caused by the fluctuation of the input voltage of the VCO 201 generated when the loop filter 205 is switched,
Eventually, a long time transient response occurs. For this reason,
There is a need for additional measures such as suppression of output fluctuations of the loop filter at the time of frequency switching and temporary storage and holding of the output value of the phase comparator, resulting in a problem that the circuit scale becomes large. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a frequency synthesizer suitable for miniaturization and IC integration, while avoiding the problem of the reciprocal relationship between the high-speed frequency switching time and the high S / N ratio in the conventional configuration.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の周波数シンセサ
イザは、制御電圧に従って出力周波数を任意に可変設定
できる電圧制御発振器を備えた位相同期ループ構成の周
波数シンセサイザにおいて、基準クロックを出力する基
準発振器と、該基準発振器からの基準クロックを一方の
入力とし、他方の入力端に与えられる開ループ/閉ルー
プ切替信号により閉ループ動作時には該基準クロックを
出力し開ループ動作時には基準クロックの出力を停止す
る第1のANDゲート回路と、該第1のANDゲート回
路から出力される基準クロックを分周し積算カウントし
て0から2πラジアンまでの値域を有する鋸歯状波形の
基準位相信号ψを生成出力するカウンタと、前記電圧制
御発振器の出力周波数を1/P(P≧1)に分周して分
周クロックを出力する固定分周器と、該分周クロックを
一方の入力とし、他方の入力端に与えられる前記開ルー
プ/閉ループ切替信号により閉ループ動作時には該分周
クロックを出力し開ループ動作時には該分周クロックの
出力を停止する第2のANDゲート回路と、該第2のA
NDゲート回路の出力クロックのタイミングに従って所
定の位相増加ステップ値を積算した位相積算出力の2π
ラジアンを法とする値を帰還位相信号φとして出力する
数値制御発振器と、前記基準位相信号ψと前記帰還位相
信号φとを式ε=[{(ψ−φ)+3π}mod2π]
−π(但し、{・}mod2πは2πラジアンで除した
ときの剰余)により演算しその出力範囲が(−π〜π)
ラジアンの位相誤差信号εを出力する位相比較回路と、
前記開ループ/閉ループ切替信号により閉ループ動作開
始後の所定の時間帯で該位相誤差信号εの平均化動作を
行い位相誤差平均値外1が得られた時点で保持し開ルー
プ動作になって該保持値を出力する平均化回路と、前記
位相誤差信号εと位相誤差平均値外1とを入力し前記開
ループ/閉ループ切替信号により閉ループ動作中は位相
誤差信号εを開ループ動作中は位相誤差平均値外1を切
替出力する切替器と、該切替器の出力をアナログ値に変
換するD/A変換器と、該D/A変換器の出力に含まれ
る量子化雑音成分を除去した出力を前記電圧制御発振器
の前記制御電圧として与える低域ろ波器とを備えたこと
を特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION A frequency synthesizer according to the present invention is a phase-locked loop frequency synthesizer having a voltage-controlled oscillator capable of arbitrarily setting an output frequency according to a control voltage. A first input for receiving a reference clock from the reference oscillator as one input and outputting the reference clock during a closed loop operation and stopping the output of the reference clock during an open loop operation according to an open loop / closed loop switching signal supplied to the other input terminal; an aND gate circuit, said first aND gate times
It divides the reference clock output from the road to cumulative count
A counter for generating and outputting a reference phase signal のhaving a sawtooth waveform having a value range from 0 to 2π radians, and dividing the output frequency of the voltage controlled oscillator to 1 / P (P ≧ 1). A fixed frequency divider for outputting a frequency-divided clock; and an output of the frequency-divided clock during closed-loop operation in response to the open-loop / closed-loop switching signal supplied to the other input terminal. A second AND gate circuit for stopping the output of the divided clock from time to time;
2π of a phase integrated output obtained by integrating a predetermined phase increment step value according to the timing of the output clock of the ND gate circuit
A numerically controlled oscillator that outputs a value modulo radians as a feedback phase signal φ, and the reference phase signal ψ and the feedback phase signal φ are expressed by the equation ε = [{(ψ−φ) + 3π} mod2π].
-Π (where {·} mod2π is the remainder when divided by 2π radians) and the output range is (-π to π)
A phase comparison circuit that outputs a radian phase error signal ε,
The closed loop operation is opened by the open loop / closed loop switching signal.
The averaging operation of the phase error signal ε in a predetermined time zone after the start
When the value 1 outside the average value of the phase error is obtained,
An averaging circuit that outputs the held value in a loop operation, and inputs the phase error signal ε and 1 outside the phase error average value to open the phase error signal ε during the closed loop operation by the open loop / closed loop switching signal. During the loop operation, a switch for switching and outputting 1 outside the average value of the phase error, a D / A converter for converting the output of the switch into an analog value, and a quantization noise included in the output of the D / A converter A low-pass filter for providing an output from which the component has been removed as the control voltage of the voltage-controlled oscillator.

【0006】[0006]

【実施例】【Example】

〔構成〕 図1は、本発明の第1の実施例を示す一構成例図であ
る。図において、1は基準発振器であり基準クロックを
出力する。1はANDゲート回路であり、前記基準クロ
ックを一方の入力とし、他方の入力端に供給される開ル
ープ/閉ループ切替信号により、閉ループ動作時には基
準クロックを出力し、開ループ動作時には基準クロック
の出力を停止する。3はカウンタであり、前記ANDゲ
ート回路2からの基準クロックを分周し、カウント動作
により積算して0から2πまでの値域を有する基準位相
信号ψを生成して出力する。
[Configuration] FIG. 1 is a configuration example diagram showing a first embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a reference oscillator which outputs a reference clock. Reference numeral 1 denotes an AND gate circuit, which receives the reference clock as one input, outputs a reference clock during a closed loop operation, and outputs a reference clock during an open loop operation in response to an open loop / closed loop switching signal supplied to the other input terminal. To stop. Reference numeral 3 denotes a counter, which divides the frequency of the reference clock from the AND gate circuit 2 and performs a counting operation.
To generate and output a reference phase signal 有 す るhaving a value range from 0 to 2π .

【0007】4は電圧制御発振器(VCO:Voltage Co
ntrolled Oscillator)であり、外部から与えられる制御
電圧に従った発振周波数f0 を出力する。5は固定分周
器であり、前記VCO4の出力周波数f0 を1/P(P
≧1)に固定分周し、fCLK (=f0 /P)を出力す
る。6は2と同様のANDゲート回路であり、前記固定
分周器5の出力であるfCLK を一方の入力とし、他方の
入力端に与えられる前記開ループ/閉ループ切替信号に
より、閉ループ動作時にはfCLK を出力し、開ループ動
作時にはfCLK の出力を停止する。
[0007] Reference numeral 4 denotes a voltage controlled oscillator (VCO).
ntrolled oscillator), and outputs an oscillation frequency f 0 according to a control voltage given from the outside. Reference numeral 5 denotes a fixed frequency divider, which sets the output frequency f 0 of the VCO 4 to 1 / P (P
≧ 1) and outputs f CLK (= f 0 / P). 6 is similar to the AND gate circuit 2, the a f CLK is the output of the fixed frequency divider 5 as one input, by the open-loop / closed-loop switching signal applied to the other input terminal, during closed-loop operation f CLK is output, and the output of fCLK is stopped during the open loop operation.

【0008】7は数値制御発振器(NCO:Numerical
Controlled Oscillator)であり、ANDゲート回路6の
出力fCLK のタイミングに従って外部から設定される位
相増加ステップ値(ディジタル値)Δφを積算し、帰還
位相信号φ(0≦φ≦2π、φはディジタル値)を出力
する。このNCO7は加算器とレジスタとで容易に構成
することができる。
Reference numeral 7 denotes a numerically controlled oscillator (NCO: Numerical)
A phase-increasing step value (digital value) Δφ externally set according to the timing of the output f CLK of the AND gate circuit 6, and a feedback phase signal φ (0 ≦ φ ≦ 2π, where φ is a digital value) ) Is output. This NCO 7 can be easily constituted by an adder and a register.

【0009】8は位相比較回路であり、前記カウンタ3
からの基準位相信号ψを一方の入力(加算値)とし、前
記NCO7からの帰還位相信号φを他方の入力(減算
値)として加算演算を行い、次の(1)式に従って演算
された位相誤差信号ε(−π≦ε≦π)を出力する。
Reference numeral 8 denotes a phase comparison circuit, and the counter 3
Is used as one input (addition value), and the feedback phase signal φ from the NCO 7 is used as the other input (subtraction value) to perform an addition operation. The phase error calculated according to the following equation (1) The signal ε (−π ≦ ε ≦ π) is output.

【数1】 ε=[{(ψ−φ)+3π}mod2π]−π ……………(1) (但し、{・}mod2πは2πラジアンで除したとき
の剰余) この位相比較回路8は加算器で容易に構成することがで
きる。
1 = [{(ψ−φ) + 3π} mod2π] -π (1) (where {· mod2π is a remainder when divided by 2π radians) This phase comparison circuit 8 It can be easily configured with an adder.

【0010】9は平均化回路であり、前記開ループ/閉
ループ切替信号に従って、閉ループ動作開始後の所定の
時間帯に位相比較回路8からの位相誤差信号εを平均化
し、位相誤差平均値外1が得られた時点で保持し開ルー
プ動作になって該保持値を出力する。この平均化回路9
は加算器とレジスタとで容易に構成することができる。
Reference numeral 9 denotes an averaging circuit, which has a predetermined function after the start of the closed-loop operation according to the open-loop / closed-loop switching signal .
Averages the phase error signal ε from the phase comparator circuit 8 hours, held open route at the time the phase error average value outside 1 was obtained
The held value is output in the step operation. This averaging circuit 9
Can be easily constituted by an adder and a register.

【0011】図3は上記平均化回路の一構成例図であ
る。図において、101は位相誤差信号εを一方の入力
とし、後述のレジスタ102より帰還される値を他方の
入力として加算演算を行い、その結果を出力する加算器
である。102は加算器101の出力を一時記憶してお
き、外部より供給されるタイミングに従って出力するレ
ジスタである。レジスタ102の出力は加算器101へ
帰還される。以上の構成により、加算器101によるε
の積算回数を2m 回とし、得られた積算値をmビットだ
け桁落としした値、即ち2-m倍の値を平均値(位相誤差
平均出力)外1とすることにより、2m 個のサンプルの
平均動作を得ることができる。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of the averaging circuit 9. As shown in FIG. In the figure, reference numeral 101 denotes an adder which performs an addition operation using a phase error signal ε as one input, a value fed back from a register 102 described later as the other input, and outputs the result. A register 102 temporarily stores the output of the adder 101 and outputs the output in accordance with the timing supplied from the outside. The output of the register 102 is fed back to the adder 101. With the above configuration, ε by the adder 101
Is set to 2 m times, and the obtained integrated value is dropped by m bits, that is, a value of 2 −m times is set to 1 outside the average value (phase error average output) to obtain 2 m An average operation of the sample can be obtained.

【0012】再び図1に戻って、10は切替器であり、
位相比較回路8からの位相誤差信号εと平均化回路9か
らの位相誤差平均値外1とを入力し、前記開ループ/閉
ループ切替信号に従って、閉ループ動作中は位相誤差信
号εを出力し、開ループ動作中は位相誤差平均値外1を
出力する。11はD/A変換器であり、切替器10の出
力ディジタル値をアナログ値に変換する。12は低域ろ
波器(LPF:Low Pass Filter)であり、D/A変換器
11の出力に含まれる量子化雑音成分を除去して前記V
CO4の制御電圧入力とする。
Returning to FIG. 1, reference numeral 10 denotes a switch,
The phase error signal ε from the phase comparison circuit 8 and the phase error average value 1 from the averaging circuit 9 are input, and the phase error signal ε is output during the closed loop operation according to the open loop / closed loop switching signal. During the loop operation, 1 is output outside the average value of the phase error. A D / A converter 11 converts an output digital value of the switch 10 into an analog value. Reference numeral 12 denotes a low-pass filter (LPF: Low Pass Filter) which removes a quantization noise component included in the output of the D / A converter 11 and outputs the V / V.
This is a control voltage input of CO4.

【0013】次に、図2は本発明による第2の実施例を
示す構成例図である。図2の構成例における全ての構成
要素は、図1の構成要素1〜12と全く同一であって、
ただANDゲート回路2及び6の入力が、それぞれ固定
分周器5及び基準発振器1の出力に接続されていること
のみが、図1の第1の実施例の場合と異なっている。
FIG. 2 is a structural example showing a second embodiment of the present invention. All components in the configuration example of FIG. 2 are exactly the same as components 1 to 12 of FIG.
The only difference from the first embodiment of FIG. 1 is that the inputs of the AND gate circuits 2 and 6 are connected to the outputs of the fixed frequency divider 5 and the reference oscillator 1, respectively.

【0014】〔作用〕 図1及び図3の本発明の第1の実施例についてその作用
を図4,図5及び図6を用いて次に説明する。図4
(A),(B)及び(C)は、閉ループ動作時の帰還位
相信号φ,基準位相信号ψ,位相誤差信号εの動作例を
示すタイムチャートである。まず、図4により、閉ルー
プ動作時における同期引込みの作用を説明する。今、時
刻0においてNCO7の出力をφ=0とする。以降NC
O7は固定分周器5の出力信号fCLK の1周期毎(1/
CLK )に位相増加ステップ値Δφの積算を続け、その
積算によるNCO7の出力は、図4(A)に示すように
Δφのステップで階段状に上昇する。次に時刻t1 に至
りφの値が2π以上に到達すると、2π値を超えて破線
で示した仮の積算値から2πを差し引いた値に下降し、
再びΔφのステップで上昇していく。時刻t1 以降は時
刻0以降と同様の動作を繰り返し、鋸歯状波形の帰還位
相信号φを得る。一方、基準位相信号ψは、第1のAN
Dゲート回路2の出力をカウンタ3によって分周し積算
カウントした数値で与えられるので、図4(B)に示す
ように、φと同様に0から2πまでの値域を有する鋸歯
状波形となる。
[Operation] The operation of the first embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 and 3 will be described below with reference to FIGS. 4, 5 and 6. FIG.
(A), (B) and (C) are time charts showing operation examples of the feedback phase signal φ, the reference phase signal ψ, and the phase error signal ε during the closed loop operation. First, referring to FIG. 4, the operation of the synchronization pull-in during the closed loop operation will be described. At time 0, the output of the NCO 7 is set to φ = 0. NC
O7 is for each period ( 1/1/1) of the output signal fCLK of the fixed frequency divider 5.
f CLK ), the phase increase step value Δφ is continuously accumulated, and the output of the NCO 7 by the accumulation rises stepwise in steps of Δφ as shown in FIG. Next, when the value of φ reaches 2π or more at time t 1 , the value exceeds 2π and falls to a value obtained by subtracting 2π from the tentative integrated value indicated by the broken line,
It rises again in steps of Δφ. After time t 1 is repeated time 0 after the same operation to obtain a feedback phase signal φ sawtooth waveform. On the other hand, the reference phase signal [psi, first AN
Since given by numerical values divides and cumulative count it's the output of the D gate circuit 2 in the counter 3, as shown in FIG. 4 (B), a sawtooth waveform having a value range like the φ from 0 to 2π Becomes

【0015】さて、今、図4に示すように、帰還位相信
号φが基準位相信号ψに対して進み位相である場合を考
える。このとき、図4(C)の破線に示す基準位相信号
ψと帰還位相信号φの単純な数値上の差(ψ−φ)に
は、基準位相信号が2πから0に変換する度に−2πの
位相ジャンプが生ずる。この位相ジャンプは(1)式に
基づく演算により補正され、図4(C)の実線で示すよ
うな位相誤差信号εが得られる。
Now, consider the case where the feedback phase signal φ has a leading phase with respect to the reference phase signal ψ, as shown in FIG. At this time, a simple numerical difference (ψ−φ) between the reference phase signal ψ and the feedback phase signal φ shown by the broken line in FIG. 4C includes −2π every time the reference phase signal is converted from 2π to 0. Phase jump occurs. This phase jump is corrected by the calculation based on the equation (1), and a phase error signal ε as shown by a solid line in FIG. 4C is obtained.

【0016】以上から、本発明による構成では、閉ルー
プ動作による同期引込みにおいて、上記基準位相信号ψ
と帰還位相信号φが直接的な位相情報であり、位相誤差
信号εに真の位相誤差が得られるため、理論上は位相誤
差信号εに高調波成分を含むことがなく、従来の構成に
必要であった高調波成分抑圧のためのループフィルタは
本質的に不要となることが分かる。このため、従来の構
成において、周波数切替時間が長くなる要因であったル
ープフィルタの時定数は、本発明においては小さい値に
設定することができるので周波数の高速切替が可能とな
る。位相誤差信号εは、D/A変換器11によってアナ
ログ値に変換され、LPF12による量子化雑音成分の
除去後、VCO4の制御電圧入力として帰還される。こ
の負帰還ループの構成により希望する出力周波数f0
得ることができる。
As described above, in the configuration according to the present invention, the reference phase signal ψ
And the feedback phase signal φ are direct phase information, and a true phase error can be obtained in the phase error signal ε. Therefore, theoretically, the phase error signal ε does not contain harmonic components and is necessary for the conventional configuration. It can be seen that the loop filter for suppressing the harmonic component is essentially unnecessary. For this reason, the time constant of the loop filter, which caused the frequency switching time to be long in the conventional configuration, can be set to a small value in the present invention, and high-speed switching of the frequency becomes possible. The phase error signal ε is converted into an analog value by the D / A converter 11 and, after the quantization noise component is removed by the LPF 12, is fed back as a control voltage input of the VCO 4. With this negative feedback loop configuration, a desired output frequency f 0 can be obtained.

【0017】ここで、出力周波数f0 とNCO7の位相
増加ステップ値Δφとの関係を導出してみる。まず、カ
ウンタ3の入力である基準クロックをfc とし、カウン
タ3の分周数をNとすると図4(B)における周期Tc
は次の(2)式で表される。
Here, the relationship between the output frequency f 0 and the phase increase step value Δφ of the NCO 7 will be derived. First, a reference clock is input of the counter 3 and f c, the period in FIG. 4 (B) When the frequency division number of the counter 3 and N T c
Is represented by the following equation (2).

【数2】 また、NCO7の周期TNCO は次の(3)式で与えられ
る。
(Equation 2) The period T NCO of the NCO 7 is given by the following equation (3).

【数3】 基準位相信号の周期Tc と帰還位相信号の周期TNCO
は、位相同期状態ではTc =TNCO であるので(2)
式,(3)式より次の(4)式が得られる。
(Equation 3) Period T c of reference phase signal and period T NCO of feedback phase signal
Is T c = T NCO in the phase-locked state (2)
From the equations (3), the following equation (4) is obtained.

【数4】 また、固定分周器5の出力クロックfCLK は次の(5)
式で示される。
(Equation 4) The output clock f CLK of the fixed frequency divider 5 is given by the following (5)
It is shown by the formula.

【数5】 従って(4)式,(5)式より、出力周波数f0 は次
の(6)式で表すことができる。
(Equation 5) Therefore, from the expressions (4) and (5), the output frequency f 0 can be expressed by the following expression (6).

【数6】 (6)式より、P,N,fc を一定とすると、出力周
波数f0はΔφに逆比例する関係で一意に決定できるこ
とが分かる。
(Equation 6) (6) from the equation, P, N, When the f c constant, the output frequency f 0 is seen to be able to uniquely determine the relationship that is inversely proportional to [Delta] [phi.

【0018】次に、図5は本発明の構成における周波数
切替動作のフローチャートである。図において、動作開
始(START)後、まず、ステップ1において(6)
式の関係に基づきΔφを設定することにより出力周波数
を設定し、ステップ2の閉ループ動作に入る。該閉ルー
プ動作によりステップ3で同期引込み後、ステップ4に
入り平均化回路9により位相誤差信号εの平均化動作を
行い平均値外1を得た時点で、ステップ5において外1
を保持値とする制御電圧で開ループ動作に入る。
Next, FIG. 5 is a flowchart of the frequency switching operation in the configuration of the present invention. In the figure, after the operation is started (START), first in step 1, (6)
The output frequency is set by setting Δφ based on the relationship of the expression, and the closed loop operation of step 2 is started. After the synchronization is pulled in at step 3 by the closed loop operation, the process goes to step 4 where the averaging circuit 9 performs the averaging operation of the phase error signal ε to obtain 1 outside the average value.
Enters an open-loop operation with a control voltage having a holding value of.

【0019】以上の一連の動作を、更に図6を用いて説
明する。図6は、図5に示したフローチャートに基づく
周波数切替動作のタイムチャートである。図中上段はV
CO4の出力周波数、中段はANDゲート回路2及び
6、平均化回路9及び切替器10に入力される開ループ
/閉ループ切替信号、下段は平均化回路9の積算出力
を、それぞれ示している。図において、出力周波数をf
1 からf2 へ切替える場合を考える。このとき、図5の
ステップ1からステップ3へ到るプロセスで、VCO4
の出力周波数は閉ループ動作によりf1 からf2 へ変化
する。次に、同期引込みが終了した時点から、ステップ
4においてまず平均化回路9の出力がリセットされ、た
だちに平均化(積算)処理が開始される。ステップ5で
は開ループ動作に切替わり、D/A変換器11及びLP
F12には平均化回路出力外1が供給される。外1は開
ループ動作中一定値となるので安定した出力周波数が得
られる。また、開ループ動作中は、ANDゲート回路2
及び6により、カウンタ3及びNCO7に供給する基準
クロック及び固定分周器5の出力fCLK をそれぞれ停止
することによって、基準位相信号ψ及び帰還位相信号φ
を保持し、ψ及びφの位相すべりを防止する。これによ
り、次の閉ループ動作開始時の位相誤差信号εが前回の
閉ループ動作の最終値に保持され、次のチャネル切替え
による同期引込みが高速で行なえる。
The above series of operations will be further described with reference to FIG. FIG. 6 is a time chart of the frequency switching operation based on the flowchart shown in FIG. The upper part in the figure is V
The output frequency of CO4, the middle part shows the open-loop / closed-loop switching signal input to the AND gate circuits 2 and 6, the averaging circuit 9 and the switch 10, and the lower part shows the integrated output of the averaging circuit 9, respectively. In the figure, the output frequency is f
Consider the case of switching to f 2 from 1. At this time, in the process from step 1 to step 3 in FIG.
Changes from f 1 to f 2 by the closed loop operation. Next, from the time when the synchronization pull-in is completed, the output of the averaging circuit 9 is first reset in step 4 and the averaging (integration) process is started immediately. In step 5, the operation is switched to the open loop operation, and the D / A converter 11 and the LP
The output 1 outside the averaging circuit is supplied to F12. Since the outside 1 has a constant value during the open loop operation, a stable output frequency can be obtained. During the open loop operation, the AND gate circuit 2
And 6, the reference clock signal supplied to the counter 3 and the NCO 7 and the output f CLK of the fixed frequency divider 5 are stopped, whereby the reference phase signal ψ and the feedback phase signal φ
And phase slip of の and φ is prevented. As a result, the phase error signal ε at the start of the next closed loop operation is held at the final value of the previous closed loop operation, and the synchronization pull-in by the next channel switching can be performed at high speed.

【0020】次に、図2の第2の実施例に基づく本発明
の動作について述べる。図2では、図1の第1の実施例
の場合とは逆に、基準位相信号ψはNCO7により得ら
れ、また、帰還位相信号φはカウンタ3により得られる
構成となっている。従って、図1の構成において導出し
た、(2)式,(3)式及び(4)式におけるfc とf
CLK は互いに交換されるので、それぞれ下式を得る。
Next, the operation of the present invention based on the second embodiment shown in FIG. 2 will be described. 2, the reference phase signal ψ is obtained by the NCO 7 and the feedback phase signal φ is obtained by the counter 3, contrary to the case of the first embodiment of FIG. Thus, derived in the configuration of FIG. 1, (2), and f c in (3) and (4) f
Since CLK is exchanged with each other, the following equations are obtained.

【数7】 一方、図2の構成においても前述の(5)式は成立して
いるので、この(5)式と上記(4)′式とにより、結
局出力周波数f0 は前述の(6)式に対応する次の式で
表すことができる。
(Equation 7) On the other hand, since the above-mentioned expression (5) also holds in the configuration of FIG. 2, the output frequency f 0 eventually corresponds to the above-mentioned expression (6) according to the expressions (5) and (4) ′. Can be expressed by the following equation:

【数8】 上記(6)′式より、P,N,fc を一定とすると、
出力周波数f0 は、図1の構成では(6)式によりΔφ
に逆比例する関係であったのに対し、図2の構成ではΔ
ψに比例する関係で一意に決定できることが分かる。
(Equation 8) From the above (6) 'formula, P, N, When the f c constant,
The output frequency f 0 is Δφ in the configuration of FIG.
Was inversely proportional to
It can be seen that it can be uniquely determined by a relationship proportional to ψ.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の周
波数シンセサイザの構成では、NCOを用いることによ
り直接的に帰還位相信号の抽出、もしくは基準位相信号
の生成を実現しているので、ディジタル信号処理による
直接位相比較が可能となる。従って、従来の構成におい
て発生した高調波成分が発生せず、ループフィルタの時
定数を小さい値に設定できるので閉ループ動作時の周波
数引込み時間の高速化がはかれる。また、閉ループ動作
による周波数引込み後、平均化回路を用いて位相誤差成
分を平均化し、その平均値を保持して開ループ動作を行
うことにより周波数安定性の高い信号が得られる。更
に、回路の大半がディジタル信号処理であるので回路の
小形化,IC化に適している等の利点がある。
As described in detail above, in the configuration of the frequency synthesizer of the present invention, since the feedback phase signal is directly extracted or the reference phase signal is generated by using the NCO, the digital synthesizer is used. Direct phase comparison by signal processing becomes possible. Therefore, the harmonic component generated in the conventional configuration is not generated, and the time constant of the loop filter can be set to a small value, so that the frequency pull-in time in the closed loop operation can be shortened. After the frequency is pulled in by the closed loop operation, the phase error component is averaged using an averaging circuit, and the average value is held and the open loop operation is performed to obtain a signal with high frequency stability. Furthermore, since most of the circuits are digital signal processing, there are advantages such as miniaturization of the circuits and suitability for IC.

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

【図1】本発明の第1の実施例を示すブロック図FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第の2実施例を示すブロック図FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図3】図1及び図2中の平均化回路の一構成例を示す
ブロック図
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of an averaging circuit in FIGS. 1 and 2;

【図4】帰還位相信号,基準位相信号及び位相誤差信号
のタイムチャート
FIG. 4 is a time chart of a feedback phase signal, a reference phase signal, and a phase error signal.

【図5】周波数切替動作のフローチャートFIG. 5 is a flowchart of a frequency switching operation.

【図6】周波数切替のタイムチャートFIG. 6 is a time chart of frequency switching.

【図7】従来のPLL構成の周波数シンセサイザのブロ
ック図
FIG. 7 is a block diagram of a frequency synthesizer having a conventional PLL configuration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基準発振器 2 ANDゲート回路 3 カウンタ 4 VCO 5 固定分周器 6 ANDゲート回路 7 NCO 8 位相比較回路 9 平均化回路 10 切替器 11 D/A変換器 12 LPF 101 加算器 102 レジスタ 201 VCO 202 分周器 203 基準発振器 204 位相比較器 205 ループフィルタ REFERENCE SIGNS LIST 1 reference oscillator 2 AND gate circuit 3 counter 4 VCO 5 fixed frequency divider 6 AND gate circuit 7 NCO 8 phase comparison circuit 9 averaging circuit 10 switch 11 D / A converter 12 LPF 101 adder 102 register 201 VCO 202 minutes Frequency divider 203 Reference oscillator 204 Phase comparator 205 Loop filter

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 制御電圧に従って出力周波数を任意に可
変設定できる電圧制御発振器を備えた位相同期ループ構
成の周波数シンセサイザにおいて、 基準クロックを出力する基準発振器と、 該基準発振器からの基準クロックを一方の入力とし、他
方の入力端に与えられる開ループ/閉ループ切替信号に
より閉ループ動作時には該基準クロックを出力し開ルー
プ動作時には基準クロックの出力を停止する第1のAN
Dゲート回路と、 該第1のANDゲート回路から出力される基準クロック
を分周して積算カウントし0から2πラジアンまでの値
域を有する鋸歯状波形の基準位相信号ψを生成出力する
カウンタと、 前記電圧制御発振器の出力周波数を1/P(P≧1)に
分周して分周クロックを出力する固定分周器と、 該分周クロックを一方の入力とし、他方の入力端に与え
られる前記開ループ/閉ループ切替信号により閉ループ
動作時には該分周クロックを出力し開ループ動作時には
該分周クロックの出力を停止する第2のANDゲート回
路と、 該第2のANDゲート回路の出力クロックのタイミング
に従って所定の位相増加ステップ値を積算した位相積算
出力の2πラジアンを法とする値を帰還位相信号φとし
て出力する数値制御発振器と、 前記基準位相信号ψと前記帰還位相信号φとを式ε=
[{(ψ−φ)+3π}mod2π]−π(但し、
{・}mod2πは2πラジアンで除したときの剰余)
により演算しその出力範囲が(−π〜π)ラジアンの位
相誤差信号εを出力する位相比較回路と、前記開ループ/閉ループ切替信号により閉ループ動作開
始後の所定の時間帯で該位相誤差信号εの平均化動作を
行い位相誤差平均値外1が得られた時点で保持し開ルー
プ動作になって該保持値を 出力する平均化回路と、 前記位相誤差信号εと位相誤差平均値外1とを入力し前
記開ループ/閉ループ切替信号により閉ループ動作中は
位相誤差信号εを開ループ動作中は位相誤差平均値外1
を切替出力する切替器と、 該切替器の出力をアナログ値に変換するD/A変換器
と、 該D/A変換器の出力に含まれる量子化雑音成分を除去
した出力を前記電圧制御発振器の前記制御電圧として与
える低域ろ波器とを備えた周波数シンセサイザ。 【外1】
1. A frequency synthesizer having a phase-locked loop comprising a voltage-controlled oscillator capable of arbitrarily setting an output frequency according to a control voltage, comprising: a reference oscillator for outputting a reference clock; and a reference clock from the reference oscillator. A first AN that outputs the reference clock during a closed loop operation and stops outputting the reference clock during an open loop operation in response to an open loop / closed loop switching signal supplied to the other input terminal as an input.
The value of the D gate circuit, from 0 to cumulative count by the reference clock divides the frequency output from said first AND gate circuit to 2π radians
A counter for generating and outputting a reference phase signal のof a sawtooth waveform having a frequency range, a fixed frequency divider for dividing the output frequency of the voltage controlled oscillator to 1 / P (P ≧ 1) and outputting a divided clock; The divided clock is output as one input, and the divided clock is output during the closed loop operation, and the output of the divided clock is stopped during the open loop operation, according to the open loop / closed loop switching signal supplied to the other input terminal. A second AND gate circuit, and a numerical control for outputting as a feedback phase signal φ a value obtained by modulating 2π radians of a phase integrated output obtained by integrating a predetermined phase increment step value according to the output clock timing of the second AND gate circuit An oscillator, and the reference phase signal ψ and the feedback phase signal φ are expressed by an equation ε =
[{(Ψ-φ) + 3π} mod2π] -π (however,
{·} Mod2π is the remainder when divided by 2π radians)
And a phase comparison circuit that outputs a phase error signal ε having an output range of (−π to π) radians, and a closed loop operation open by the open loop / closed loop switching signal.
The averaging operation of the phase error signal ε in a predetermined time zone after the start
When the value 1 outside the average value of the phase error is obtained,
An averaging circuit that outputs the held value in a loop operation, and inputs the phase error signal ε and 1 outside the phase error average value to open the phase error signal ε during the closed loop operation by the open loop / closed loop switching signal. 1 outside the average phase error value during loop operation
A D / A converter for converting the output of the switch into an analog value, and a voltage-controlled oscillator for removing the quantization noise component included in the output of the D / A converter. And a low-pass filter for giving the control voltage. [Outside 1]
【請求項2】 請求項1の第1のANDゲート回路の一
方の入力として前記固定分周器からの分周クロックを与
えて前記カウンタから帰還位相信号φを出力し、請求項
1の第2のANDゲート回路の一方の入力として前記基
準発振器からの基準クロックを与えて前記数値制御発振
器から基準位相信号ψを出力するように構成したことを
特徴とする請求項1に記載した周波数シンセサイザ。
2. The counter according to claim 1, wherein a frequency-divided clock from said fixed frequency divider is supplied as one input of said first AND gate circuit, and said counter outputs a feedback phase signal φ. 2. The frequency synthesizer according to claim 1, wherein a reference clock from said reference oscillator is supplied as one input of said AND gate circuit to output a reference phase signal か ら from said numerically controlled oscillator.
JP3119034A 1991-04-24 1991-04-24 Frequency synthesizer Expired - Fee Related JP2963552B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3119034A JP2963552B2 (en) 1991-04-24 1991-04-24 Frequency synthesizer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3119034A JP2963552B2 (en) 1991-04-24 1991-04-24 Frequency synthesizer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04324716A JPH04324716A (en) 1992-11-13
JP2963552B2 true JP2963552B2 (en) 1999-10-18

Family

ID=14751334

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3119034A Expired - Fee Related JP2963552B2 (en) 1991-04-24 1991-04-24 Frequency synthesizer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2963552B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1293464B1 (en) 2000-06-20 2010-11-17 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Operating board for elevator
JP5810253B2 (en) 2010-06-03 2015-11-11 パナソニックIpマネジメント株式会社 Gas turbine system
CN114221653A (en) * 2022-02-22 2022-03-22 浙江赛思电子科技有限公司 Signal processing device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH04324716A (en) 1992-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7177611B2 (en) Hybrid control of phase locked loops
US6380811B1 (en) Signal generator, and method
KR100237539B1 (en) Frequency synthesizer
US5351014A (en) Voltage control oscillator which suppresses phase noise caused by internal noise of the oscillator
JPH07264062A (en) Phase lock loop circuit
US7323942B2 (en) Dual loop PLL, and multiplication clock generator using dual loop PLL
JP2000278124A (en) Pll circuit
JPS6256689B2 (en)
WO2007080918A1 (en) Phase comparison circuit and pll synthesizer using the same
US4996699A (en) Digitally settable frequency divider, especially for a frequency synthesizer
US8664989B1 (en) Method to increase frequency resolution of a fractional phase-locked loop
JP2963552B2 (en) Frequency synthesizer
JPH07143000A (en) Synchronous clock production method using controllable oscillator circuit
JP2000315945A (en) Digital phase locked loop circuit
EP0454955A1 (en) Sampling clock generating circuit
JP3144497B2 (en) Frequency synthesizer
JPH08340254A (en) Frequency synthesizer
AU750763B2 (en) Frequency synthesiser
JP2007515813A (en) Variable frequency synthesizer with sigma delta modulator
JP2916943B2 (en) Frequency multiplier
JPH0730418A (en) Frequency synthesizer
JPH03263922A (en) Phase locked oscillator
JPS6333739B2 (en)
JPH03151718A (en) Pll system frequency synthesizer
JPH04248715A (en) Frequency synthesizer

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees