JP3109393B2

JP3109393B2 - 可変周波数発生器

Info

Publication number: JP3109393B2
Application number: JP25971594A
Authority: JP
Inventors: 総長澤
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Futaba Corp
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1994-09-30
Publication date: 2000-11-13
Anticipated expiration: 2015-11-13
Also published as: JPH08102659A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は可変周波数発生器に係
わり、特に短時間でステップ状に変化する周波数を逐次
出力することができる可変周波数発生器に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】正確な周波数からなる信号を発生する信
号発生器は、通常、基準となる水晶発振器の出力に対し
て同期状態となるような電子回路を使用して、所定の周
波数に変換した信号が得られるようにしている。図７は
基準信号を発生する水晶発振器１の出力を逓倍回路２
Ａ、２Ｂに入力し、さらにこの逓倍回路の出力を可変型
の分周器３Ａ、３Ｂに供給して所定の周波数ｆＡ、ｆＢ
の信号を取り出し、この信号を周波数混合器（ミキサ）
に入力することによってｆＡ、ｆＢ、ｆＡ±ｆＢの周波
数を発生し、所望の周波数をフィルタ５で抽出する一般
的な周波数シンセサイザである。

【０００３】このような周波数発生器は逓倍器の逓倍率
をｍ１、ｍ２、分周器の分周率をｎ１、ｎ２に設定でき
るようにしておけば、上記ミキサ４からｍ１×ｎ１、ｍ
２×ｎ２、（ｍ１×ｎ１）±（ｍ２×ｎ２）の種々の周
波数成分を有する信号を発生することができ、ｍ１、ｎ
１、ｍ２、ｎ２、の値を外部からコントロールすると任
意の周波数を取り出すことができる。したがって、出力
周波数が特定のパターンで変化するように上記ｍ１、ｍ
２、ｎ１、ｎ２をコントロールし、出力周波数を変化さ
せると共に変調器６でディジタル変調すると、例えばス
ペクトル拡散型のＤＦ／ＨＦ方式の通信に見られるよう
に、ノイズに対して強力な通信方式の信号源にすること
ができる。

【０００４】しかしながら、上記したような方式の周波
数発生器は、周波数の直接合成によって高調波成分を発
生するため、この周波数から所望の周波数のみを出力す
るためのフィルタの構造が複雑になる。また、回路規模
が大きくなって携帯用の小型の無線機等に使用すること
が困難になるという問題がある。そこで、水晶発振器を
基準周波数として同期する電圧可変型の発振器を使用す
るいわゆるＰＬＬ型の周波数発生器が各種の回路で使用
されている。

【０００５】図８は水晶発振器１１の出力を位相比較器
１２の一方の端子に入力し、他方の端子には可変型の分
周器１５の出力が入力されている。位相比較器１２の出
力をローパスフィルタ１３を介して電圧制御型の発振器
（ＶＣＯ）に入力してその発振周波数を制御することに
よりＰＬＬ回路を構成している。この回路は可変型の分
周器１５の分周比を制御回路１６によってコントロール
することによって、ＶＣＯ１４の出力が任意の周波数と
なるようにコントロールされ、この出力信号を変調器１
７によって変調することによりスペクトル拡散型の通信
方式の周波数源として使用することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記ＰＬＬタイプの周
波数発生器は部品点数も少なく、狭い範囲の周波数では
その制御も簡単になるが、ＰＬＬタイプは周波数を可変
した時、例えば分周器の分周比を変化させて出力信号の
周波数を替えたときに、ＶＣＯ１４がその周波数変化に
追従してロックされるまでに所定の時間が必要であり、
このロックタイムが長くなると、例えば周波数を変化し
ながら情報を送信するようなスペクトル拡散型の通信機
で送信電波を異なる周波数にホッピングさせて情報を送
信するような場合に、情報ビットの転送レートが遅くな
り、所定時間内に送信できる情報量が不足することにな
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる問題点を
解消することができる可変周波数発生器を提供すること
を目的としたなされたもので、その発明の要旨は、制御
信号に対応して周波数を変化する電圧制御可変発振器
と、上記電圧制御可変発振器の発振周波数を基準周波数
と同一とするときのタイミング期間（Ｔｃ）で、その周
波数差に対応した基準信号を出力する周波数比較手段、
および、上記周波数比較手段の基準出力を例えば、ホッ
ピング周波数のパターンに従ってホールドする信号保持
手段と、上記信号保持回路の出力と、前記ホッピング周
波数を発生するための可変信号を給する制御回路とを備
えるようにしている。

【０００８】そして、制御回路は前記所定のタイミング
期間で前記信号保持手段の出力を前記制御信号として前
記電圧制御発振器に供給すると共に、前記所定のタイミ
ング期間以外のホールド期間では、前記信号保持回路の
出力に対して前記可変信号を重畳して前記電圧制御可変
発振器に制御信号として供給し、前記ホッピング周波数
を発生するようにしたものである。

【０００９】また、請求項２は上記可変信号が、例えば
ビット単位でステップ状に変化するような情報に応答し
て変化させることができるようにするものであり、請求
項３では上記電圧可変周波数発振器は圧電振動子を共振
素子とする発振器によって構成するようにしている。さ
らに、請求項４および５では、上記比較手段の入力側に
周波数を変換する分周器または周波数逓倍器を設け、ス
ペクトル拡散型の通信機のホッピング周波数発生回路に
使用されるように構成する。

【００１０】

【作用】本発明の可変周波数発生器はＰＬＬ回路形式で
構成される周波数比較手段の出力が、所定のタイミング
でホールドされる機能を有しており、このホールド期間
はＰＬＬ回路の制御ループを実質的にオープンにして周
波数を直接制御するモードに切換えるようにしている。
したがって、この制御モード期間に所定の情報を有する
信号をＰＬＬ回路の外部から付加することによってＶＣ
Ｏの発振周波数を制御すると、高い転送レートのホッピ
ング周波数の発生を行うことができる。

【００１１】また、ホールド期間に出力される比較手段
の基準出力はＰＬＬ回路（正確には周波数ロックループ
回路）がロックされていないフリーモード期間にも保持
されており、この電圧がＶＣＯの基準信号としてデータ
に重畳されているので、フィードバック制御がなくても
正確な周波数を出力することができる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の原理的なブロック図を示した
もので、２１は入力された電圧のレベルによって発振周
波数が変化する電圧制御可変周波数発振器（以下、ＶＣ
Ｏという）、２２は例えば水晶振動子等を共振素子とし
て正確な周波数の信号を出力する基準信号源、２３は前
記ＶＣＯ２１の出力と前記基準信号源２２の出力を比較
し、その周波数差を検出して出力する周波数比較手段で
あって、一般的には位相比較器で構成することができ
る。そして、この周波数比較手段２３（以下、単に比較
手段ともいう）の出力は所定のタイミングで入力電圧を
保持するホールド回路（信号保持回路）２４に供給され
る。

【００１３】このホールド回路２４は周波数比較手段２
３に含まれる回路でもよいが、後で述べるように周波数
を変化させるためのデータが格納されている制御回路２
６によってコントロールされ、所定のタイミングで周波
数比較手段２３より出力される信号を基準信号としてホ
ールドするように制御されている。そして、このホール
ドされた基準信号が信号供給手段２５を介して前記ＶＣ
Ｏ２１に供給される。信号供給手段２５は例えば加算回
路によって構成され、制御回路２６から出力される周波
数の可変信号と、ホールドされた基準信号を加算してＶ
ＣＯ２１の制御電圧として出力される。

【００１４】ＶＣＯ２１は例えば温度特性が比較安定な
材料で構成された圧電素子または立体的な共振素子を備
え、この共振素子の一部に印加され電圧（電流）を可変
することによって、発振周波数ができるだけ直線的に変
化するような発振器によって構成されている。また、そ
の発振周波数が例えば、数１００ＭＨｚ程度に設定され
る場合は、前記比較手段２３に供給される発振出力はプ
リスケーラ（分周器）２７を介して供給することが好ま
しい。なお、２８は基準信号源２２の周波数逓倍器を示
し、この逓倍器は基準周波数の設定が水晶振動子の共振
周波数によって得られない場合等に設けられる。

【００１５】この実施例の可変周波数発生器を後で述べ
るスペクトル拡散型の送信装置に使用するときは、前記
制御回路２６は送出する周波数の情報データを出力し、
受信装置に使用するときは復調用の周波数設定データを
出力する。また、前記比較手段２３および信号保持回路
２４のためのコントロール信号を出力する。

【００１６】次に上記可変周波数発生器の動作を図２の
波形図に基づいて説明する。図２の（ａ）はＶＣＯ２１
から出力される周波数の変化を縦軸に、時間を横軸に示
したものであって、例えば基準となる周波数をｆ０と
し、この基準周波数ｆ０を中心として上下に所定のステ
ップで異なる周波数ｆ−３、ｆ−２、ｆ−１、ｆ１、ｆ
２、ｆ３がホッピング周波数として出力されていること
を示している。

【００１７】この実施例では、上記各ホッピング周波数
は基準周波数ｆ０の期間（Ｔｃ）を除いて制御回路２６
から出力される可変信号を重畳することによって形成さ
れ、このホッピング周波数の中で基準となる周波数ｆ０
とＶＣＯ２１の発振周波数は期間（Ｔｃ）では一致する
ように制御される。そして、このタイミングの期間Ｔｃ
で比較手段２３から出力される基準信号ＶＣが同図
（ｂ）に示すように、ホールド回路２４にホールドされ
るようにコントロールされる。以後は、次の基準周波数
ｆ０が出力される時間までこの基準信号ＶＣがホールド
されるが、次の基準周波数ｆ０が出力される時にＶＣＯ
２１に温度変動等があると、新しい基準信号ＶＣ（１、
２）によりＶＣＯの周波数が校正される。したがって、
このホッピングされている期間Ｔは実質的にＰＬＬ回と
構成とされている周波数ロックループはオープン動作に
なっており、ＶＣＯ２１はホールドされた基準周波数の
基準信号ＶＣに制御回路２６から出力される可変信号が
重畳された信号によって発振周波数がホッピングするよ
うに制御される。

【００１８】ＶＣＯ２１は信号供給手段２５の出力に追
従して周波数が変化するだけであるから、ホッピングさ
せる周波数の変化が速い可変電圧が制御回路２６から出
力された場合でも、十分に追従して発振周波数が変化で
きる。また、このオープン動作によってＶＣＯ２１の発
振周波数が変動することが考えられるが、ＶＣＯ２１に
は基準周波数ｆ０が入力される度にＰＬＬループが完結
されて、基準信号源の周波数によって校正された基準信
号ＶＣが出力されるから、温度変動等によって周波数が
ドリフトしたときでも、例えば図２の（ｂ）のＶＣ１(
ＶＣ２）に示されているように基準周波数が出力される
タイミングで基準信号によって更新され、この更新され
た基準信号に重畳してＶＣＯの制御電圧となるＥＣもバ
イアス電圧ｅＣ１、ｅＣ２分が付加されることになり、
周波数が変化しているホッピング期間がオープン動作に
なっていても、時間経過と共にホッピング周波数の変動
が生じないようにすることができる。

【００１９】なお、制御回路２６には予め基準周波数ｆ
０に対してホッピングさせるための周波数に対応する可
変信号の値がメモリ等に記録されており、このメモリか
ら出力される所望の周波数がホッピングパターンにした
がって可変信号として出力される。上記可変信号のレベ
ルはＶＣＯ２１の電圧−周波数特性によって設定される
が、ＶＣＯ２１が温度変化または径年変化によって周波
数シフトを生じても、その直線性が大きく変化しない限
り問題になることはない。

【００２０】上記実施例では基準周波数ｆ０がホッピン
グ周波数の一部となるように設定し、ＶＣＯ２１が基準
周波数に同期するように基準電圧ＶＣを校正するように
しているが、ホッピング周波数を生成するパターンに休
止期間を設け、この休止期間にホッピングさせる周波数
ｆｎと異なる基準周波数ｆ０を出力して、この時点で周
波数比較手段２３の出力をホールドして基準信号を形成
し、基準周波数が出力されるタイミングで上記信号保持
回路２４がホールドされるようにすると、ホッピング周
期に関係なくＦＬＬ（Frequncy Looked Loop) 回路が十
分安定した状態で基準信号を得ることができるようにな
る。

【００２１】図３は本発明の他の実施例を示したもの
で、図２の場合と同様にＶＣＯ４１、このＶＣＯ４１を
制御するＦＬＬ回路３０がデジタル回路で示されてい
る。また、この実施例では２つの基準信号源５１、５２
を設け、一方の基準信号源５１がＶＣＯ４１の可変上限
周波数に、他方の基準信号源５２がＶＣＯ４１の可変下
限周波数の近傍に設定されている。ＦＬＬ回路３０には
データの変調器３３を設ける。３４は分周比が可変可能
な分周回路、３５は上記した比較手段に該当するデジタ
ル周波数検出回路（周波数カウンタ）を示す。また、３
７は前記２つの基準周波数源５１、５２を選択するスイ
ッチ回路であるが、このスイッチ回路３７は前記周波数
カウンタのゲート時間を変更するもので、ＶＣＯの上限
および下限周波数が測定できる場合は省略して上記基準
周波数源を１つにしてもよい。

【００２２】また、制御回路を構成するシステムコント
ローラ３９が設けられ、このシステムコントローラ３９
からホッピング周波数を出力するための可変データが前
記ＶＣＯ４１の制御データとして出力されるように構成
されている。なお、ＶＣＯ４１が図２の場合と同様にア
ナログ信号によってコントロールされるときはＤ／Ａ変
換器４２を設けることが好ましい。

【００２３】本実施例の場合は、システムコントローラ
３９によってＶＣＯ４１の発振周波数を変化し、ホッピ
ングされた周波数の信号を出力する。また、この実施例
ではホッピング周波数の生成パターンに休止期間を設
け、この休止期間でＦＬＬ回路３０が基準周波数とＶＣ
Ｏ４１の周波数が一致するフィードバック回路を形成
し、この時、周波数カウンタ３５が周波数（差）値を出
力し、この周波数（差）値のデータがシステムコントロ
ーラ３９に保持される。そして、システムコントローラ
３９から出力されているホッピングを行うための可変制
御データがこの周波数（差）値に基づいて補正され、Ｄ
／Ａ変換器４２を介してＶＣＯ４１の発振周波数を制御
する。

【００２４】上記のように、この実施例の場合は基準周
波数を出力する、例えば水晶発振器からなる基準信号源
に基づいて、前記周波数カウンタ３５のゲートを制御
し、ＶＣＯから出力される周波数の最大値に近い周波数
ｆｍａｘ、およびＶＣＯ４１により出力される周波数の
最低周波数ｆｍｉｎに近い周波数を測定する。そして、
この基準周波数が交互にホッピング周波数の適当な休止
期間に出力され、ＶＣＯ４１の発振周波数を校正すると
共に、その時、出力される周波数カウンタ３５の制御デ
ータがシステムコントローラ３９に取込まれる。

【００２５】すなわち、図４（ａ）に示すように可変す
べき周波数はｆｍａｘからｆｍｉｎに設定され、この間
にｆｓ（１、２、３、４、５、６）となるホッピング周
波数が割り当てられている。そしてｆｍａｘとなるタイ
ミングＴｃで基準信号源５１に基づいてＶＣＯ４１の発
振周波数が測定され、周波数カウンタ３５の出力信号が
制御信号Ｖｃｍａｘとしてシステムコントローラ内にホ
ールドされる。また、ホッピング周波数がｆｍｉｎとな
るタイミングＴｃでも、同様にＶＣＯ４１の発振周波数
が周波数カウンタ３５で測定され、その出力制御信号が
Ｖｃｍｉｎとしてシステムコントローラ３９に供給され
るようになっている。

【００２６】システムコントローラ３９は上記２つの制
御信号ＶＣｍａｘおよびＶＣｍｉｎからＶＣＯ４１の電
圧−周波数変動特性を検出し、この変動傾向を示す、例
えば図４の直線Ｐに基づいて割り当てられている各ホッ
ピング周波数が、正確な周波数となるように可変データ
を修正するようにしている。したがって、ＦＬＬ回路が
オープンになっているときに出力される可変データもＶ
ＣＯ４１を正確な発振周波数となるように制御すること
ができる。

【００２７】なお、上記実施例は基準周波数がホッピン
グされる周波数領域の外部に設けられているが、この基
準周波数はホッピング周波数の範囲内に存在する周波数
を使用するようにすることも可能である。この場合は、
ホッピング周波数に休止期間を設ける必要がないので、
より高速のデータ転送用に使用することができる。

【００２８】図５はスペクトル拡散通信方式の概要を示
したもので、データを拡散する直接拡散（ＤＤ方式）と
周波数ホッピング方式（ＦＨ方式）を統合したハイブリ
ッドＤＳ／ＦＨ方式ができるものである。この図におい
て、１０２はＰＮ符号等の拡散符号を発生するＤＳ拡散
符号発生器、１０３は入力データ列１０１にＤＳ拡散符
号を乗算してＤＳ変調を施すＤＳ拡散乗算器、１０４が
疑似的なランダム順序の周波数チャンネルのＦＨ拡散符
号を発生するＦＨ拡散符号器である。

【００２９】また、１０５はＤＳ変調されたデータ列に
ＦＨ拡散符号を乗算し周波数ホッピングをおこなうＦＨ
拡散乗算器で、その出力はアンテナ１０６から送信され
る。この送信電波はアンテナ１１１で受信され、ＦＨ逆
拡散乗算器１１２、ＤＳ逆拡散乗算器、ＦＨ拡散符号発
生器１１３、ＤＳ拡散符号発生器１１４、およびＤＳ逆
拡散乗算器によって復調データ１１６が出力されるよう
になされている。

【００３０】図６は送信データが拡散符号によって処理
される一例を示す模式図であって、ＰＮ符号によって拡
散されたＤＳ変調信号Ｃは、その拡大図に示されている
ように所定の周期でホッピングされている周波数ｆ１、
ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５、ｆ６、ｆ７を変調して出力さ
れる。すなわち、拡散符号の１周期分のデータは矢印で
示されているように、１ビット毎にホッピングされた周
波数ｆ１に対して割り当てられ、ＦＨ拡散が行われてい
る。

【００３１】本来、スペクトル拡散通信は、情報データ
のビット周期以上の速度で拡散を行う方式であるから、
従来の単純なＰＬＬ回路によって周波数ホッピングを行
う場合は、ＶＣＯがこの周期に追従して変化することが
極めて困難であるが、本発明の可変周波数発生器は前記
したように、可変信号により直接ＶＣＯの周波数を変化
し、かつその周波数も基準周波数によって所定のタイミ
ングで校正されるから、非常に有効になる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の可変周波
数発生器は高速で周波数が所定のパターンに従ってホッ
ピングするような信号を発生させる時でも、基準周波数
に基づいてＦＬＬ回路を制御し、かつ十分に正確な周波
数を出力することができる。

【００３３】また、周波数合成回路を必要としないので
回路規模が縮小され、特にスペクトル拡散通信方式のホ
ッピング周波数を送信し、その信号を受信して復調する
ような信号発生回路として有効に利用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】ホッピング周波数、制御信号、可変信号の説明
図である。

【図３】本発明の他の実施例を示すブロック図である。

【図４】図３に示す実施例のホッピング周波数と基準周
波数の一例を示す図である。

【図５】スペクトル拡散型通信方式の概要図である。。

【図６】データ拡散および周波数拡散の説明図面であ
る。

【図７】従来の周波数発生器のブロック図である。

【図８】ＰＬＬタイプの周波数発生器の説明図である。

【符号の説明】

２１ＶＣＯ２２基準信号源２３周波数比較手段２４信号保持手段２６制御回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】制御信号に対応して周波数を変化する電圧
制御可変発振器と、前記電圧制御可変発振器から出力され、所定のパターン
で周波数が変化するホッピング周波数と、基準信号源の
周波数を比較する周波数比較手段と、前記周波数比較手段により前記ホッピング周波数の中の
特定の周波数と、上記基準信号源の周波数を比較し、そ
の周波数差に対応する出力を所定のタイミング（Ｔｃ）
で基準信号としてホールドすることができる信号保持手
段と、前記ホッピング周波数を発生するための可変信号を発生
する制御回路とを備え、上記制御回路は前記所定のタイミング期間（Ｔｃ）で
は、前記信号保持手段の出力を前記電圧制御発振器の制
御信号として供給すると共に、前記所定のタイミング期
間（Ｔｃ）を除いた期間では、前記信号保持手段の出力
に対して前記可変信号を重畳して前記電圧制御可変発振
器の制御信号として供給し、前記ホッピング周波数を発
生するように構成したことを特徴とする可変周波数発生
器。
【請求項２】上記可変信号は所定時間単位でステップ
状に変化する電圧とされていることを特徴とする請求項
１に記載の可変周波数発生器。
【請求項３】上記電圧制御可変発振器は圧電振動子を
共振素子とする発振器によって構成されていることを特
徴とする請求項１、または２に記載の可変周波数発生
器。
【請求項４】上記周波数比較手段の入力側に周波数を
変換する分周器または周波数逓倍器が設けられているこ
とを特徴とする請求項１、２、または３に記載の可変周
波数発生器。
【請求項５】上記電圧制御可変発振器はスペクトル拡
散型の通信機のホッピング周波数発生回路に使用されて
いることを特徴する請求項１、２、３、または４に記載
の可変周波数発生器。