JP3019434B2 - Frequency synthesizer - Google Patents

Frequency synthesizer

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JP3019434B2
JP3019434B2 JP3032548A JP3254891A JP3019434B2 JP 3019434 B2 JP3019434 B2 JP 3019434B2 JP 3032548 A JP3032548 A JP 3032548A JP 3254891 A JP3254891 A JP 3254891A JP 3019434 B2 JP3019434 B2 JP 3019434B2
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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】本発明は通信分野で広汎に用いら
れる周波数分割多重方式を構成する基本要素の1つであ
る周波数シンセサイザ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 which is one of basic elements constituting a frequency division multiplexing system widely used in the field of communications.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の周波数シンセサイザを図3に示
す。図3において、1は基準発振器、2は分周器、3は
位相比較器、4はループフィルタ(LPF)、5は電圧
制御発振器(Voltage Control Osc
illator;VCO)、6はプログラマブル分周器
である。
2. Description of the Related Art FIG. 3 shows a conventional frequency synthesizer. In FIG. 3, 1 is a reference oscillator, 2 is a frequency divider, 3 is a phase comparator, 4 is a loop filter (LPF), and 5 is a voltage control oscillator (Voltage Control Osc).
VCO), 6 is a programmable frequency divider.

【0003】基準発振器1の周波数fR を分周器2がM
分周して次式のステップ周波数Δfを発生する。
The frequency divider 2 sets the frequency f R of the reference oscillator 1 to M
The frequency is divided to generate a step frequency Δf of the following equation.

【0004】Δf=fR /M ……(1) 他方、プログラマブル分周器6はVCO5の出力周波数
O を外から指定される分周比Nにより分周する。回路
3,4,5,6より成る部分は位相同期ループ(Pha
se Lock Loop;PLL)を構成し、同期状
態に於ては位相比較器3の両入力の周波数は完全に一致
する。このとき、 Δf=fO /N ……(2) であるから fO =N・Δf ……(3) となって、Δfステップの周波数合成出力が得られる。
Δf = f R / M (1) On the other hand, the programmable frequency divider 6 divides the output frequency f O of the VCO 5 by a frequency dividing ratio N specified from the outside. The part consisting of the circuits 3, 4, 5, 6 is a phase locked loop (Pha
(se Lock Loop; PLL), and the frequencies of both inputs of the phase comparator 3 completely match in the synchronized state. At this time, since Δf = f O / N (2), f O = N · Δf (3), and a frequency synthesis output in Δf steps is obtained.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】この従来の周波数シン
セサイザには次のような困難がある。
The conventional frequency synthesizer has the following difficulties.

【0006】即ち、位相比較器3の動作速度は基本的に
Δfであり、その出力には周波数Δfの成分及びその高
調波成分が発生し、これら成分がVCO5に加えられる
と、FM変調されたスプリアス雑音として出力される。
これを防止すためにループフィルタ4に於いて周波数が
Δf以上の成分を充分抑圧する低域ろ波を行う。即ち、
PLLの帯域幅をΔfよりも狭くしなくてはならない。
しかし、このようにするとVCO5の内部雑音に起因す
る位相雑音が充分抑圧されずに出力される様になる。
That is, the operating speed of the phase comparator 3 is basically Δf, and a component having a frequency Δf and its harmonic components are generated at its output. When these components are added to the VCO 5, the frequency modulation is performed. Output as spurious noise.
In order to prevent this, low-pass filtering is performed in the loop filter 4 to sufficiently suppress the component whose frequency is equal to or more than Δf. That is,
The bandwidth of the PLL must be smaller than Δf.
However, in this case, the phase noise caused by the internal noise of the VCO 5 is output without being sufficiently suppressed.

【0007】従って、従来技術により小さいΔfのステ
ップでしかも広い周波数範囲(Nが大)の周波数シンセ
サイザを実現する事は極めて困難である。
Therefore, it is extremely difficult to realize a frequency synthesizer having a smaller step of Δf and a wide frequency range (N is large) in the prior art.

【0008】本発明は上述した従来例の欠点を克服し、
小さなΔfステップで周波数範囲が大きく、しかも、位
相雑音の少ない周波数シンセサイザを実現することを目
的とする。
[0008] The present invention overcomes the disadvantages of the prior art described above,
An object of the present invention is to realize a frequency synthesizer having a large frequency range with a small Δf step and a small phase noise.

【0009】[0009]

【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、基準発振器の出力を1周期毎にカウントアップ
しモジュロM(Mは自然数)計数値mを出力することに
より前記基準発振器の出力をM分周してステップ周波数
の信号を発生する分周器と、この分周器からの前記モジ
ュロM計数値mを受けK・(m/M)(Kは自然数)な
る演算により基準位相信号を発生する第1の位相変換回
路と、制御電圧により出力位相を制御されて前記ステッ
プ周波数の信号に外部から指定した値N(Nは自然数)
をかけた所要の周波数の信号を発生する電圧制御発振器
と、この電圧制御発振器の出力を受け1周期毎にカウン
トアップし外部から指定した値Nに従いモジュロN計数
値nを出力することにより前記電圧制御発振器の出力を
N分周するプログラマブル分周器と、このプログラマブ
ル分周器からの前記モジュロN計数値nを受けK・(n
/N)なる演算により出力位相信号を発生する第2の位
相変換回路と、この第2の位相変換回路からの前記出力
位相信号と前記第1の位相変換回路からの前記基準位相
信号とのモジュロK差分を発生する加算器と、この加算
器からの前記モジュロK差分を受けてアナログ信号に変
換するD/A変換器と、このD/A変換器の出力を受け
て平滑し前記制御電圧として前記電圧制御へ出力するル
ープフィルタとを備えている。
Frequency synthesizer of the present invention SUMMARY OF] is (the M is a natural number) counting modulo M per cycle output of the reference oscillator output of the reference oscillator by outputting a count value m M divides to step frequency
And a first phase converter that receives the modulo M count value m from the frequency divider and generates a reference phase signal by an operation of K · (m / M) (K is a natural number) the controlled and the circuit, the output phase by the control voltage step
N (N is a natural number) specified externally to the signal of the loop frequency
A voltage controlled oscillator for generating a signal of a required frequency multiplied by the by outputting the modulo N count n in accordance with the value N specified from the count-up external to the receiving every one cycle output of the voltage controlled oscillator A programmable frequency divider that divides the output of the voltage controlled oscillator by N, and receives the modulo N count value n from the programmable frequency divider to obtain K · (n
/ N), and a second phase conversion circuit for generating an output phase signal by an operation of: (N) modulo the output phase signal from the second phase conversion circuit and the reference phase signal from the first phase conversion circuit. an adder for generating the K difference, the the D / a converter for converting the analog signal undergoing modulo K difference, flat smooth City said control voltage in response to the output of the D / a converter from the adder and a loop filter for outputting said voltage system to control the.

【0010】前記第2の位相変換回路は、前記外部から
の指定した値Nに対して値K/Nを発生する読み出し専
用メモリと、この読み出し専用メモリからの前記値K/
Nと前記プログラマブル分周器からの前記モジュロN計
数値nとを受ける乗算器とを含んで構成されていてもよ
い。
The second phase conversion circuit includes a read-only memory for generating a value K / N for the externally designated value N, and a value K / N from the read-only memory.
N and a multiplier that receives the modulo N count value n from the programmable frequency divider.

【0011】[0011]

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

【0012】本発明による周波数シンセサイザの一実施
例を図1に示す。図1において、7は位相変換回路,8
は2進の加算器,9は位相変換回路,10はD/A変換
器であり、その他の構成は図3と同じものである。例え
ば、VCO5の出力周波数f0はステップ周波数Δfの
信号に外から指定された数値N(後述する分周比Nと同
じ値)をかけた周波数の信号を発生する。図2は図1に
おけるプログラム分周器6と位相変換回路9を示す。9
1は外から与えられた数値Nに対してK/Nなる数値を
発生する読み出し専用メモリ(ReadOnlyMem
ory:ROM)、92は乗算器である。
FIG. 1 shows an embodiment of the frequency synthesizer according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 7 denotes a phase conversion circuit;
Is a binary adder, 9 is a phase conversion circuit, 10 is a D / A converter, and the other configuration is the same as that of FIG. example
For example, the output frequency f0 of the VCO 5 is
Numerical value N specified externally to the signal (same as frequency division ratio N described later)
Signal). FIG. 2 shows the program frequency divider 6 and the phase conversion circuit 9 in FIG. 9
1 is a read-only memory (ReadOnlyMem) that generates a numerical value of K / N with respect to a numerical value N given from outside.
(ory: ROM), 92 is a multiplier.

【0013】プログラム分周器6は、VCO5出力の1
周期毎にカウントアップし、モジュロN計数値n(n=
0,1,2,…,N−1)を出力する。プログラマブル
分周器6及びROM91の出力が乗算器92に入力され
るので、乗算器92の出力(位相変換回路9の出力)
於いてθ0 =K・(n/N)(n=0,1,2,…,N
−1)なる変換位相が得られる。つまり、位相変換回路
9はモジュロNによる位相をモジュロKの位相に変換し
ている。同様にして、位相変換回路7に於いてはθR
K・(m/M)(m=0,1,2,…,M−1)なる変
換位相が得られる。これら位相変換回路7及び9は、モ
ジュロM及びモジュロNによる位相を0〜Kまでの値を
とるモジュロK位相に変換し、加算器8によるVCO5
の出力位相と分周器2の出力との比較を可能にしてい
る。
The program frequency divider 6 outputs the VCO 5 output 1
The count is incremented every cycle, and the modulo N count value n (n =
0, 1, 2, ..., N-1). Since the outputs of the programmable frequency divider 6 and the ROM 91 are input to the multiplier 92, the output of the multiplier 92 ( the output of the phase conversion circuit 9) has θ 0 = K · (n / N) (n = 0, 1,2, ..., N
-1) is obtained. That is, the phase conversion circuit
9 converts the phase by modulo N into the phase of modulo K
ing. Similarly, in the phase conversion circuit 7, θ R =
A conversion phase of K · (m / M) (m = 0, 1, 2,..., M−1) is obtained. These phase conversion circuits 7 and 9 are
Set the phase by Juro M and Modulo N to a value from 0 to K.
Is converted to the modulo K phase to be taken, and the VCO 5
And the output phase of the frequency divider 2 can be compared.
You.

【0014】加算器8は、位相変換回路7からの出力位
相とθ R と位相変換回路9からの出力位相θ 0 との差分
を取る(θR −θ0 なる2進モジュロK演算を行い
(モジュロK差分をとり)分周器2の出力位相とプロ
グラマブル分周器6の出力位相との位相差を出力する。
例えばK=8の場合について説明する。いま、θR の方
の位相が1単位(1/8周期)進んでいる場合には、上
記位相差は次のようになる。
The adder 8 outputs the output level from the phase conversion circuit 7.
Difference between phase , θ R and output phase θ 0 from phase conversion circuit 9
( Θ R −θ 0 )
(Taking the modulo K difference) , the output phase of the frequency divider 2 and the
The phase difference from the output phase of the grammatical frequency divider 6 is output .
For example, a case where K = 8 will be described. Now, θ R
Of when the phase is advanced one unit (1/8 period), the phase difference is as follows.

【0015】 [0015]

【0016】θO の方がθR よりも2単位(2/8周
期)進んでいる場合には次のようになる。
If θ O is ahead of θ R by two units (2/8 cycle), the following is obtained.

【0017】 [0017]

【0018】この様にして、モジュロK2進加算により
常に正しく位相差が検出できる。しかも位相差検出動作
の速さは、計数値nの動作速度がVCO5の出力周波数
O であり、位相差が θR −θO =K(m/M−n/N) ……(6) で表わされる事から (K/N)・fO =(K/N)・NΔf=K・Δf…(7) となり、ΔfのK倍となる。通常Kは2進8ビット、即
ち、256あるいは必要に応じてより大きく、最大Nま
でとる事ができる。
In this way, the phase difference can always be correctly detected by the modulo K binary addition. In addition, the speed of the phase difference detection operation is such that the operation speed of the count value n is the output frequency f O of the VCO 5, and the phase difference is θ R −θ O = K (m / M−n / N) (6) (K / N) · f O = (K / N) · NΔf = K · Δf (7), which is K times Δf. Typically, K is binary 8 bits, ie, 256, or larger as needed, and can be up to N.

【0019】以上説明したように本実施例は、図3の従
来例に比べて遥かに速い位相比較(位相差検出)動作が
可能であり、位相比較動作を行う加算器8の出力におい
ては式(7)により基本的にKΔfの成分かその高調波
成分しか発生しない。従ってLPF4の帯域幅は、図3
の従来例に比べて、式(7)によりK倍、即ち遥かに広
帯域にとる事ができる。従って、VCO5の位相は強固
に基準発振器1の位相に位相同期され、VCO5の内部
雑音に起因する位相雑音は確実に抑圧される。
As described above, in the present embodiment, a phase comparison (phase difference detection) operation can be performed much faster than in the conventional example of FIG. 3, and the output of the adder 8 performing the phase comparison operation is expressed by the following equation. According to (7), basically only the component of KΔf or its harmonic component is generated. Therefore, the bandwidth of the LPF 4 is as shown in FIG.
In comparison with the conventional example of the above, it is possible to obtain K times, that is, a much wider band by the equation (7). Therefore, the phase of the VCO 5 is firmly phase-locked to the phase of the reference oscillator 1, and the phase noise caused by the internal noise of the VCO 5 is reliably suppressed.

【0020】ステップ幅Δfの小さい事は大きなNを意
味するから、式(7)に於いてはKをほぼN程度の大き
さに選べば位相比較器動作の速さはほぼf0そのものの
大きさになり、PLLの帯域幅(LPF4の帯域幅)を
充分広くしてVCO5の内部雑音に起因する出力位相雑
音を有効に抑圧する事ができる。
Since a small step width Δf means a large N, if K is selected to be about N in the equation (7), the speed of the phase comparator operation is almost the same as f 0 itself. As a result, the bandwidth of the PLL (the bandwidth of the LPF 4) can be made sufficiently wide to effectively suppress the output phase noise caused by the internal noise of the VCO 5.

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明により次の効果が実現できる。According to the present invention, the following effects can be realized.

【0022】(1)小さいステップ幅Δfに対しても充
分広帯域なPLL特性を有する周波数シンセサイザを実
現できる。
(1) It is possible to realize a frequency synthesizer having a PLL characteristic which is sufficiently wide even for a small step width Δf.

【0023】(2)その結果、VCOの内部雑音に起因
する出力位相雑音を抑圧する事ができる。
(2) As a result, output phase noise caused by internal noise of the VCO can be suppressed.

【0024】(3)PLLを広帯域にできるので、周波
数設定に対する応答の速い周波数シンセサイザを実現す
る事ができる。
(3) Since the PLL can have a wide band, it is possible to realize a frequency synthesizer having a fast response to frequency setting.

【0025】(4)以上の特性により、小さいステップ
幅を要求される移動体通信や、高速応答を要求される周
波数ホッピングスペクトル拡散通信やその他の広汎な分
野に応用が可能である。
(4) With the above characteristics, it can be applied to mobile communication requiring a small step width, frequency hopping spread spectrum communication requiring a high-speed response, and other various fields.

【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】図1におけるプログラマブル分周器6及び位相
変換回路9のブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram of a programmable frequency divider 6 and a phase conversion circuit 9 in FIG.

【図3】従来の周波数シンセサイザの一例のブロック図
である。
FIG. 3 is a block diagram of an example of a conventional frequency synthesizer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基準発振器 2 分周器 4 ループフィルタ 5 電圧制御発振器 6 プログラムブル分周器 7,9 位相変換回路 8 加算器 10 D/A変換器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reference oscillator 2 Divider 4 Loop filter 5 Voltage controlled oscillator 6 Programmable divider 7, 9 Phase conversion circuit 8 Adder 10 D / A converter

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基準発振器の出力を1周期毎にカウント
アップしモジュロM(Mは自然数)計数値mを出力する
ことにより前記基準発振器の出力をM分周してステップ
周波数の信号を発生する分周器と、この分周器からの前
記モジュロM計数値mを受けK・(m/M)(Kは自然
数)なる演算により基準位相信号を発生する第1の位相
変換回路と、制御電圧により出力位相を制御されて前記
ステップ周波数の信号に外部から指定した値N(Nは自
然数)をかけた所要の周波数の信号を発生する電圧制御
発振器と、この電圧制御発振器の出力を受け1周期毎に
カウントアップし外部から指定した値Nに従いモジュロ
N計数値nを出力することにより前記電圧制御発振器の
出力をN分周するプログラマブル分周器と、このプログ
ラマブル分周器からの前記モジュロN計数値nを受けK
・(n/N)なる演算により出力位相信号を発生する第
2の位相変換回路と、この第2の位相変換回路からの前
記出力位相信号と前記第1の位相変換回路からの前記基
準位相信号とのモジュロK差分を発生する加算器と、こ
の加算器からの前記モジュロK差分を受けてアナログ信
号に変換するD/A変換器と、このD/A変換器の出力
を受けて平滑し前記制御電圧として前記電圧制御へ出力
するループフィルタとを備えたことを特徴とする周波数
シンセサイザ。
1. A modulo M counting up every period the output of the reference oscillator (M is a natural number) generates a signal having a step frequency output by M divides the reference oscillator by outputting a counted value m A first phase conversion circuit that receives the modulo M count value m from the frequency divider and generates a reference phase signal by an operation of K · (m / M) (K is a natural number); the controlled output phase the voltage
An externally specified value N (where N is
And natural number) a voltage controlled oscillator for generating a signal of a required frequency multiplied, and outputs the modulo N count n in accordance with the value N specified from the count-up external to the receiving every one cycle output of the voltage controlled oscillator By this means of the voltage controlled oscillator
A programmable frequency divider for dividing the output by N, and receiving the modulo N count value n from the programmable frequency divider,
A second phase conversion circuit for generating an output phase signal by an operation of (n / N), the output phase signal from the second phase conversion circuit, and the reference phase signal from the first phase conversion circuit an adder modulo K difference occurs between the flat smooth City receives a D / a converter for converting an analog signal, the output of the D / a converter receives the modulo K difference from the adder frequency synthesizer, characterized in that a loop filter for outputting to the voltage control as the control voltage.
【請求項2】 前記第2の位相変換回路は、前記外部か
らの指定した値Nに対して値K/Nを発生する読み出し
専用メモリと、この読み出し専用メモリからの前記値K
/Nと前記プログラマブル分周器からの前記モジュロN
計数値nとを受ける乗算器とを含むことを特徴とする請
求項1記載の周波数シンセサイザ。
2. The read-only memory according to claim 2, wherein said second phase conversion circuit generates a value K / N for said externally designated value N, and said value K from said read-only memory.
/ N and the modulo N from the programmable divider
The frequency synthesizer according to claim 1, further comprising a multiplier for receiving the count value (n).
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