JP2972294B2 - 位相同期回路 - Google Patents

位相同期回路

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JP2972294B2
JP2972294B2 JP2209854A JP20985490A JP2972294B2 JP 2972294 B2 JP2972294 B2 JP 2972294B2 JP 2209854 A JP2209854 A JP 2209854A JP 20985490 A JP20985490 A JP 20985490A JP 2972294 B2 JP2972294 B2 JP 2972294B2
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友一 伊藤
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、入力信号と出力信号を同期させる位相同期
回路に関する。
〔従来の技術〕
この種の位相同期回路の一例を第5図に示す。第5図
において、21は三角波型位相比較器、22はループフィル
タ、23は電圧制御発振器(以下、VOCと記す)である。
また、201は入力信号、204は出力信号である。位相引き
込み後においては、出力信号204は、入力信号201と同一
周波数で、かつ、入力信号201と同期した信号となる。
さらに、第5図において、202は三角波型位相比較器21
の出力信号、203はループフィルタ22の出力信号を表わ
すものとする。
このような位相同期回路の位相引き込み過程について
簡単に説明する。
入力信号201と出力信号204とが加えられる三角波型位
相比較器21は、第6図に示されるような入出力特性とな
っている。三角波型位相比較器21は、入力信号201と出
力信号204の位相差を検出し、これをループフィルタ22
に入力する。ループフィルタ22は、三角波型位相比較器
21の出力信号202に含まれる直流成分および位相に対応
するビート波形を出力する。フィルタ出力信号203は、
ビート波形を繰り返し、かつ、直流レベルが変動しなが
ら同期過程へと移行する。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の位相同期回路では、入力信号と出力信
号を同期させる過程で生じる、ループフィルタの出力信
号のビート波形に、VCO出力信号を入力信号と遠ざけよ
ううとする信号成分が含まれる。すなわち、第6図の三
角波型位相比較器の特性において、位相差3π/2〜5π
/2までの信号が含まれる。このため、その同期までの長
時間化、さらには位相同期回路のプルインレンジを狭め
てしまうという欠点がある。
本発明の目的は、このような欠点を除去し、位相引き
込み時間を高速化および周波数引き込み範囲の広帯域化
を可能にする位相同期回路を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、入力信号の出力信号の位相差を検出して検
出信号を生成する三角波型位相比較器とこの検出信号か
らビート波形を生成するループフィルタとを具備する第
1の検出部と、ビート波形に基づいて発振する電圧制御
発振部とを備え、主に第1と第2の位相差の間に入力信
号と出力信号との同期をとる位相同回路であって、 電圧制御発振器からの信号を分周して第1の分周信号
を出力すると共に、この分周信号に対して所定の位相差
を持つ第2の分周信号を出力する分周部と、 第1の分周信号またはこの第1の分周信号を反転した
信号を出力信号として送出する第1のスイッチ部と、 第2の分周信号またはこの第2の分周信号を反転した
信号を位相信号として送出する第2のスイッチ部と、 入力信号と位相信号とに基づいてビート波形を生成す
る第2の検出部と、 第1および第2の検出部のビート波形に基づいて第2
の位相差を検出し、この位相差を検出すると反転した信
号を出力するように第1および第2のスイッチ部を制御
する制御部とを有することを特徴としている。
前述した本発明において、分周部は、 電圧制御発振部からの信号を分周して第1の分周信号
を送出する第1の分周器と、 電圧制御発振部からの信号を反転するインバータと、 このインバータからの信号を分周して第2の分周信号
を送出する第2の分周器とを有するのが好適である。
また、前述した本発明において、制御部は、 第1の検出部からのビート波形に基づいて、第1から
第2の位相差の間、ハイレベルの信号を生成する第1の
比較器と、 第2の検出器からのビート波形に基づいて、第1の位
相差を所定位相差ずらした時点から第2の位相差を所定
位相差ずらした時点の間、ハイレベルの信号を生成する
第2の比較器と、 第1および第2の比較器からの信号に対し論理積の否
定の演算を行うゲート回路と、 ゲート回路からの信号をクロック入力端子で受けて制
御信号を生成するフリップフロップ回路とを有するのが
好適である。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
第1図は、本発明の一実施例を示す回路ブロック図で
ある。第1図に示される位相同期回路は、入力信号101
と出力信号111を入力する三角波型位相比較器1と、三
角波型位相比較器1の出力信号102を入力信号とするル
ープフィルタ3と、ループフィルタ3の出力信号104を
入力信号とする比較器6と、入力信号101と出力信号1
1、よりπ/2だけ位相差を生じた信号とを入力信号とす
る三角波型位相比較器2と、三角波型位相比較器2の出
力信号103を入力信号とするループフィルタ4と、ルー
プフィルタ4の出力信号105を入力信号とする比較器5
と、比較器6の出力信号106と比較器5の出力信号107を
入力信号とするNAND回路7と、NAND回路7の出力信号10
8を入力信号とするD−FF回路8と、ループフィルタ3
の出力信号104を入力信号とするVOC9と、VOC9の出力信
号109を入力信号とするインバータ12と、VCO9の出力信
号109を入力信号とする分周器10と、インバータ12の出
力信号を入力信号とする分周器11と、分周器10の出力信
号を入力信号とするインバータ13と、分周器11の出力信
号を入力信号とするインバータ14と、D−FF回路8の出
力信号を制御信号として分周器10の出力信号とインバー
タ13の出力信号とを切り換えるスイッチ15と、D−FF回
路8の出力信号を制御信号として分周器11の出力信号と
インバータ14の出力信号とを切り換えるスイッチ16とを
備えている。
次に、本実施例の動作について説明する。
位相同期過程について簡単に説明する。三角波形位相
比較器1は入力信号101と出力信号111の位相差を検知
し、電圧波形102として出力する。ループフィルタ3
は、信号102に含まれる位相差情報によりビート波形104
を出力する。ビート波形104は、VCO9の出力信号周波数
を制御するための制御信号となる。
ここで、仮にスイッチ15,16が接点a側と接続されて
いるものとし、VCO9の出力信号周波数は入力信号周波数
の2倍であるとする。VCO9の出力信号109は分周器10で
分周され、分周器10の出力信号は三角波型位相比較器1
の入力へと帰還され、次の同期過程へと入っていく。以
上説明した過程を繰り返しながら、入力信号は同期へと
入っていることになる。しかし、このままでは、従来技
術で説明したように、同期に要する時間が長くなり、ま
た、プルインレンジも狭くなってしまう。
そこで、三角波型位相比較器1の出力信号102から、
入出力信号の位相差が3π/2になった時点を検出する。
この位相差3π/2を検出するために、まず、VCO9の出力
信号109は入力信号の2倍の周波数なので、出力信号109
をインバータ12に入力すると、インバータ12の出力信号
は出力信号109に対してπ/2だけ位相がずれた波形とな
る。VCO出力信号109を分周器10に入力し、インバータ12
の出力信号を分周器11に入力する。π/2だけずれた関係
を維持しながら、分周器10,11によりそれぞれ分周す
る。
スイッチ15により制御された分周器10の出力信号111
は三角波型位相比較器1に入力され、入力信号101との
位相差を検出し、さらに、ループフィルタ3によりビー
ト波形104を出力する。同様に、スイッチ16で制御され
た信号110、つまり出力信号111よりπ/2だけずれた信号
は、三角波型位相比較器2に入力され、入力信号101と
の位相差を検出し、さらに、ループフィルタ4によりビ
ート波形105を出力する。ビート波形104,105はそれぞれ
比較器6,5に入力される。
比較器5,6は、位相比較器において平均レベル以上の
信号に対して“1"を出力し、平均レベル以下の信号に対
しては“0"を出力するものとする。この様子が第2図,
第3図に示されている。すなわち、第2図は、比較器6
の出力および三角波型位相比較器1の入力特性を示す図
である。また、第3図は、比較器5の出力および三角波
型位相比較器2の入力特性を示す図である。スイッチ1
5,16で制御された分周器10,11の出力信号111,110はπ/2
だけ位相差があったので、比較器の出力もπ/2だけ位相
差が生じている。第2図と第3図とを比べてみると、比
較器6の出力信号106が平均レベルを横切る時点、つま
り“1"→“0"、“0"→“1"に切り換わる瞬間に、入力信
号101と出力信号111の位相差が3π/2とπ/2のときであ
る。さらに、その時点での比較器5の出力信号107をみ
てみると、π/2だけ比較器6の出力信号106よりもずれ
ているので、比較器6が3π/2のとき、 比較器5の出力信号107は“1"、比較器6がπ/2のとき
比較器5の出力信号107は“0"となる。
そこで比較器6の出力信号106と比較器5の出力信号1
07をNAND回路7に入力すると、NAND回路7の出力信号10
8は第4図のようになる。すなわち、NAND回路7の出力
信号108は、入力信号101と出力信号111の位相差が3π/
2のとき、立ち上がる波形となる。そこで、NAND回路7
の出力信号108をD−FF回路8の端子CLKに入力し、3π
/2に時点を検出する。さらに、D−FF回路8の出力信号
によりスイッチ15,16を制御する。そして、この時点で
スイッチ15,16を接点b側に切り換える。この操作によ
って、第6図に示す位相比較器の特性は、3π/2からπ
/2へと位相ジャンプが行われたことになる。
したがって、前述したように、出力信号111が入力信
号101へ同期するために必要な情報に相反する情報が伝
達されなくなり、常に必要な情報のみ伝達されるため、
同期に必要な時間の短縮およびプルインレンジの広帯域
化を図ることができる。スイッチ15,16の切り換えは、
入力信号の位相差が3π/2に達すれば何度も繰り返され
るものとする。
このように、本実施例は、入力信号と周波数が一致
し、かつ、その位相が入力信号と同期した出力を発生す
る位相同期回路において、入力信号と出力信号を入力と
する第1の三角波型位相比較器と、第1の三角波型比較
器の出力を入力とする第1のループフィルタと、第1の
ループフィルタの出力を入力とする第1の比較器と、入
力信号と出力信号よりπ/2だけ位相差を生じた信号を入
力とする第2の三角波型位相比較器と、第2の三角波型
位相比較器の出力を入力とする第2のループフィルタ
と、第2のループフィルタの出力を入力とする第2の比
較器と、第1の比較器の出力と第2の比較器の出力を入
力とするNAND回路と、NAND回路の出力を入力とするD−
FF回路と、第1のループフィルタの出力を入力とするVC
Oと、VCO出力を入力する第1のインバータ回路と、VCO
出力を入力とする第1の分周器と、第1のインバータ回
路の出力を入力とする第2の分周器と、第1の分周器の
出力を入力とする第2のインバータ回路と、第2の分周
器の出力を入力とする第3のインバータ回路と、D−FF
回路の出力を制御信号として第1の分周器の出力と第2
のインバータ回路の出力を切り換える第1のスイッチ
と、D−FF回路の出力を制御信号として第2の分周器の
出力と第3のインバータ回路の出力を切り換える第2の
スイッチと、第1のスイッチの出力を第1の三角波型位
相比較器1に入力し、第2のスイッチの出力を第2の三
角波型位相比較器に入力することにより帰還回路を構成
することを特徴としている。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、入出力信号の同期過
程において、内部の三角波型位相比較器の特性で例えば
位相差3π/2〜5π/2に対応する不要な期間を位相差3
π/2を検出することによって不要期間を除去し、周期に
要する同期時間を短縮し、かつ、プルインレンジを広帯
域化できる効果がある。
【図面の簡単な説明】 第1図は、本発明の一実施例を示す回路ブロック図、 第2図および第3図は、第1図の実施例の比較器の出力
信号を示す図、 第4図は、第1図の実施例のNAND回路の出力信号を示す
図、 第5図は、従来の位相同期回路の一例を示す回路ブロッ
ク図、 第6図は、三角波型位相比較器の入力特性図である。 1,2……三角波型位相比較器 3,4……ループフィルタ 5,6……比較器 7……NAND回路 8……D−FF回路 9……VCO 10,11……分周器 12,13,14……インバータ 15,16……スイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−47714(JP,A) 特開 平3−178221(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03L 7/08 - 7/199

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力信号と出力信号の位相差を検出して検
    出信号を生成する三角波型位相比較器とこの検出信号か
    らビート波形を生成するループフィルタとを具備する第
    1の検出部と、ビート波形に基づいて発振する電圧制御
    発振部とを備え、主に第1と第2の位相差の間に入力信
    号と出力信号との同期をとる位相同期回路であって、 電圧制御発振部からの信号を分周して第1の分周信号を
    出力すると共に、この分周信号に対して所定の位相差を
    もつ第2の分周信号を出力する分周部と、 第1の分周信号またはこの第1の分周信号を反転した信
    号を出力信号として送出する第1のスイッチ部と、 第2の分周信号またはこの第2の分周信号を反転した信
    号を位相信号として送出する第2のスイッチ部と、 入力信号と位相信号とに基づいてビート波形を生成する
    第2の検出部と、 第1および第2の検出部のビート波形に基づいて第2の
    位相差を検出し、この位相差を検出すると反転した信号
    を出力するように第1および第2のスイッチ部を制御す
    る制御部とを有することを特徴とする位相同期回路。
  2. 【請求項2】分周部は、 電圧制御発振部からの信号を分周して第1の分周信号を
    送出する第1の分周器と、 電圧制御発振部からの信号を反転するインバータと、 このインバータからの信号を分周して第2の分周信号を
    送出する第2の分周器とを有する請求項1記載の位相同
    期回路。
  3. 【請求項3】制御部は、 第1の検出部からのビート波形に基づいて、第1から第
    2の位相差の間、ハイレベルの信号を生成する第1の比
    較器と、 第2の検出部からのビート波形に基づいて、第1の位相
    差を所定位相差ずらした時点から第2の位相差を所定位
    相差ずらした時点の間、ハイレベルの信号を生成する第
    2の比較器と、 第1および第2の比較器からの信号に対し論理積の否定
    の演算を行うゲート回路と、 ゲート回路からの信号をクロック入力端子で受けて制御
    信号を生成するフリップフロップ回路とを有する請求項
    1または2記載の位相同期回路。
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