JP3137246B2 - 位相同期回路 - Google Patents

位相同期回路

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JP3137246B2
JP3137246B2 JP04068600A JP6860092A JP3137246B2 JP 3137246 B2 JP3137246 B2 JP 3137246B2 JP 04068600 A JP04068600 A JP 04068600A JP 6860092 A JP6860092 A JP 6860092A JP 3137246 B2 JP3137246 B2 JP 3137246B2
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浩一 入江
久夫 阿川
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は位相同期回路に関し、更
に詳しくは、粗同調回路の粗同調時間の短縮に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に位相同期回路(Phase Locked Loo
p Circuit:以下PLL回路という)では、電圧制御発振
器(Voltage Controlled Oscillator:以下VCOとい
う)の発振周波数を同期可能な範囲まで追い込むため
に、従来から粗同調回路が用いられている。
【0003】図4はこのような従来のPLL回路の一例
を示すブロック図である。図において、VCO1の出力
周波数fVCOは周波数変換器2で周波数変換され、位
相比較器3で参照信号入力の周波数fと比較される。
位相比較器3の出力は加算器10で粗同調回路9の出力
と加算され、ループフィルタ5を介してVCO1の制御
入力になる。粗同調回路9により、VCO1の出力周波
数fVCOは同期可能な周波数範囲(キャプチャレン
ジ)に調整される。その結果、VCO1の出力周波数f
VCOは参照信号周波数fに対し周波数変換器2の分
周比等で決まる所定の周波数に制御される。
【0004】図4の位相同期回路において、位相同期が
行われると周波数変換器2の出力周波数fは参照信号
周波数fと等しくなる。この場合、粗同調回路9の出
力V は0となり、位相比較器3の出力がそのままルー
プフィルタ5を介してVCO1の周波数制御端子に入力
される。
【0005】位相同期が外れている状態において、VC
O1の発振周波数fVCOが上限周波数より高い場合に
は発振周波数fVCOを下げるような制御信号Vが粗
同調回路9から出力され、VCO1の発振周波数f
VCOが下限周波数より低い場合には発振周波数f
VCOを上げるような制御信号Vが粗同調回路9から
出力される。
【0006】図5は粗同調回路9の詳細を示す回路図、
図6はその動作を示すタイミングチャートである。VC
O1の出力はクロック信号fCKがLレベルの期間だけ
カウンタ91で計数される。該カウンタ91の内容はレ
ジスタ92に移され、レジスタ93及び94の内容とそ
れぞれコンパレータ95及び96で比較される。発振周
波数fVCOを下限周波数fと上限周波数fの間に
同調させたい場合、レジスタ93,94のD〜D
子には予め次式で示すデータをセットしておく。 レジ
スタ94のデータ=f×T レジスタ93のデータ=f×T レジスタ92にはfVCO×Tが入力されるので、論理
回路97〜99及びスイッチ100,101の動作によ
り、制御信号Vは、 fVCO≦fのとき V=+V f<fVCO<fのとき V=0 fVCO≧fのとき V=−V となる(図6(E))。
【0007】ところが、このような構成では、PLLル
ープのキャプチャレンジが狭い場合に、カウンタの周波
数分解能を上げるために計数時間Tを長くとる必要があ
る。そのときにVCO1の発振周波数fVCOを変化さ
せるスピード(図5のVの値に比例する)が速すぎる
と、粗同調動作の遅れ(Tに等しい)によりfVCO
目標値の周辺で振動する恐れがある。そのため、f
VCOを変化させるスピードを十分遅くしなければなら
ず、その結果どうしても粗同調時間が長くかかってしま
うという問題点があった。
【0008】そこで、本発明の出願人は、短い粗同調時
間でVCOの発振周波数を同期範囲に引き込むことがで
きる位相同期回路として、特願平3−43642号(以
下先願という)を出願している。
【0009】図7は先願に係る2段階で粗同調動作を行
う粗同調回路の要部構成ブロック図であり、粗同調回路
9以外の構成は図4の位相同期回路と同じである。図に
おいて、21はVCO1の発振周波数を計数するカウン
タ、22はカウンタ21の計数値を保持するレジスタ、
23は2種類の下限周波数データのいずれかを選択する
第1のデータセレクタ、24は2種類の上限周波数デー
タのいずれかを選択する第2のデータセレクタ、25は
カウンタ21の計数時間を決めるための2種類のゲート
信号を発生するゲート発生回路、26はゲート発生回路
25のゲート信号出力を選択してカウンタ21およびレ
ジスタ22を制御する切換スイッチ、27はレジスタ2
2の出力値をデータセレクタ23の出力値と比較する第
1のディジタルコンパレータ、28はレジスタ22の出
力値をデータセレクタ24の出力値と比較する第2のデ
ィジタルコンパレータである。AND回路29,30お
よび切換スイッチ32〜37はディジタルコンパレータ
27,28の出力に基づいて各計数時間に対応して異な
る大きさの制御信号Vを発生する出力回路を構成す
る。±V,±Vは異なる大きさの正負の電圧源であ
る。ただし、V>V である。31は周波数設定入力
およびディジタルコンパレータ27,28の出力に対応
してデータセレクタ23,24および切換スイッチ2
6,32,33を制御する切換回路である。
【0010】図7の回路の動作を図8の動作説明図およ
び図9のタイミングチャートを用いて説明する。新たな
周波数設定によりVCO1の発振周波数fVCOを変化
させると、切換回路31は粗同調回路を速い粗同調モー
ドに切り換える。このとき、ゲート発生回路25および
切換スイッチ26において計数時間はTが選択され、
データセレクタ23,24において周波数データは
,Dが選択され、出力部の切換スイッチ32,3
3においてa側が選択される。そして、図8のようにル
ープのキャプチャレンジをf、目標周波数をf、ウ
ィンド幅の比をNとすると、下限データDと上限デー
タDは次のように設定される。
【0011】 D=(f−N・f)・T=(f+N・f)・T また、カウンタ21における計数値QVCOは、 QVCO=fVCO・T になるので、 fVCO<f−N・f のときにディジタルコンパレータ27,28の各出力A
<B,A≦Bが1、AND回路29の出力が1、切換ス
イッチ34がオンとなって、粗同調出力Vとして+V
が出力され、fVCOが上昇する(図8)。同様に、 fVCO>f+N・f のときに粗同調出力Vとして−Vが出力され、f
VCOを下げる(図8,図9)。
【0012】そして、 f−N・f≦fVCO≦f+N・f となると、切換回路31は粗同調動作を高分解能の粗同
調モードに切り換える。すなわち、計数時間はTより
長いTが、周波数データはD,Dが、出力部の切
換スイッチはbがそれぞれ選択される。ここで、下限デ
ータDと上限データDは次のように設定される。
【0013】 D=(f−f)・T=(f+f)・T また、カウンタ21における計数値QVCOは、 QVCO=fVCO・T になるので、 fVCO<f−f のときに+VによりfVCOを上げ(図8)、 fVCO>f+f のときに−VによりfVCOを下げる(図8,図
9)。
【0014】そして、 f−f≦fVCO≦f+f となると、粗同調動作を終了する。
【0015】このような構成の先願の位相同期回路によ
れば、粗同調動作を2段階にし、VCOの発振周波数を
変化させるとき、発振周波数がキャプチャレンジから離
れているときは短い計数時間で粗同調し、キャプチャレ
ンジに近付いたときは長い計数時間による高分解能で粗
同調することにより、粗同調時間を短縮できる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような先
願の構成では、図9(F)に示すように、粗同調出力V
が出力されている場合(区間,,)、カウンタ
21が計数している間にVCO1の発振周波数fVCO
が粗同調動作により変化してしまうので、計数区間内の
発振周波数fVCOの平均値である計数値QVCOとの
誤差が大きくなってしまう。
【0017】これは、カウンタ21の周波数測定精度が
低下することになるので、安定に粗同調するためには図
9(F)の発振周波数fVCOの傾きに相当する粗同調
速度をより遅くする必要が生じ、その結果、粗同調時間
が長くなってしまうという欠点があった。
【0018】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、カウンタが電圧制御発振器
の発振周波数をカウントしている期間中に、電圧制御発
振器の発振周波数が変化してしまうことによって生じる
計測誤差を減少させるような補正演算を行うことにより
カウンタの周波数測定精度を向上させ、粗同調時間を短
縮することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明に係る位相同期回
路は、粗同調回路により電圧制御発振器の発振周波数を
同期可能な範囲まで制御する位相同期回路において、前
記粗同調回路が、電圧制御発振器の発振周波数を計数す
るカウンタと、該カウンタに2種類以上の計数時間を与
えるゲート発生回路と、前記各計数時間に対応して異な
る上下限周波数データと前記カウンタの計数値とを比較
するディジタルコンパレータと、該ディジタルコンパレ
ータの出力に基づき前記各計数時間に対応して異なる大
きさの制御信号を発生する出力回路と、前記ディジタル
コンパレータ出力に対応して前記ゲート発生回路の計数
時間および前記出力回路の制御信号を切り換える切換回
路と、カウンタが電圧制御発振器の発振周波数をカウン
トしている期間中に、電圧制御発振器の発振周波数が変
化してしまうことによって生じる計測誤差を減少させる
ような補正演算を行う計数値補正演算回路とを備え、2
段階以上の粗同調動作を行うように構成したことを特徴
とする。
【0020】
【作用】計数値補正演算回路は、カウンタが電圧制御発
振器の発振周波数をカウントしている期間中に、電圧制
御発振器の発振周波数が変化してしまうことによって生
じる計測誤差を減少させるような補正演算を行うことに
より、計数区間内の発振周波数の平均値とカウンタの計
数値との誤差は小さくなる。
【0021】これにより、カウンタの周波数測定精度が
改善されるので、粗同調時間を短縮できる。
【0022】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。図1は本発明の一実施例のブロック図で
あって、図7の回路に計数値補正演算回路40を追加し
たものである。図1は、粗同調動作時にVCO1の発振
周波数fVCOが直線的に変化する場合に適した回路構
成であって、41はダブラーであり、レジスタ22の出
力データであるカウンタ21の計数値QVCOを2倍に
して加算器42の一方の入力端子に加える。43はレジ
スタであり、そのD端子には加算器42の出力端子が接
続され、そのクロック端子にはゲート発生回路25から
クロックが加えられ、その出力端子Qは加算器42の他
方の入力端子およびディジタルコンパレータ27,28
の入力端子Aに接続されている。
【0023】図1の回路の動作を図2,図3の動作説明
図を用いて説明する。図2はVCO1の発振周波数f
VCOを上げる場合の説明図、図3はVCO1の発振周
波数f VCOを下げる場合の説明図であり、VCO1の
発振周波数fVCOとカウンタ21の計数値QVCO
計数値補正演算回路40における計数値の補正演算結果
Q´VCOの関係を示している。
【0024】図1の回路構成では、粗同調動作が直線的
であるので、カウンタ21の計数値QVCOは、計数を
開始した時刻tにおけるVCO1の発振周波数f
計数を終了した時刻tにおけるVCO1の発振周波数
の平均値((f+f)/2)と等しくなる。こ
れらから、 2・QVCO−Q´VCO=2{(f+f)/2}−f=f の関係が成立し、本来の周波数であるfは補正演算結
果Q´VCOと等しくなる。
【0025】なお、ここで、1クロック前の補正演算結
果Q´VCOがVCO1の発振周波数fと等しいとい
う仮定がなされているが、これは位相同期回路が最初の
設定周波数にロックして十分時間がたった定常状態では
成立する。
【0026】また、上述実施例では粗同調動作が直線的
である場合について説明したが、直線的でない場合には
それらの特性に応じた適当な補正演算処理回路を採用す
ればよい。
【0027】また、粗同調動作は2段階に限らず任意の
複数段階にすることができる。
【0028】
【発明の効果】以上詳細に説明した本発明によれば、カ
ウンタとディジタルコンパレータで構成される粗同調回
路に計数値補正演算回路を設け、この計数値補正演算回
路は、カウンタが電圧制御発振器の発振周波数をカウン
トしている期間中に、電圧制御発振器の発振周波数が変
化してしまうことによって生じる計測誤差を減少させる
ような補正演算を行うため、カウンタの周波数精度を向
上させることができ、粗同調時間を短縮できる。
【0029】そして、回路は全てディジタル回路で構成
できるので、IC化による小形化が可能な位相同期回路
を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のブロック図である。
【図2】図1の動作説明図である。
【図3】図1の動作説明図である。
【図4】位相同期回路の従来例を示す構成ブロック図で
ある。
【図5】図4の回路の粗同調回路を示す要部構成ブロッ
ク図である。
【図6】図5の動作を示すタイミングチャートである。
【図7】先願に係る粗同調回路の要部構成ブロック図で
ある。
【図8】図7の動作説明図である。
【図9】図7の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 電圧制御発振器(VCO) 9 粗同調回路 21 カウンタ 25 ゲート発生回路 27,28 ディジタルコンパレータ 29,30 AND回路 31 切換回路 32〜37 切換スイッチ 40 計数値補正演算回路 41 ダブラー 42 加算器 43 レジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−83125(JP,A) 特開 平3−235521(JP,A) 実開 平3−103637(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03L 7/06 - 7/199

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】粗同調回路により電圧制御発振器の発振周
    波数を同期可能な範囲まで制御する位相同期回路におい
    て、 前記粗同調回路が、電圧制御発振器の発振周波数を計数
    するカウンタと、該カウンタに2種類以上の計数時間を
    与えるゲート発生回路と、前記各計数時間に対応して異
    なる上下限周波数データと前記カウンタの計数値とを比
    較するディジタルコンパレータと、該ディジタルコンパ
    レータの出力に基づき前記各計数時間に対応して異なる
    大きさの制御信号を発生する出力回路と、前記ディジタ
    ルコンパレータ出力に対応して前記ゲート発生回路の計
    数時間および前記出力回路の制御信号を切り換える切換
    回路と、カウンタが電圧制御発振器の発振周波数をカウ
    ントしている期間中に、電圧制御発振器の発振周波数が
    変化してしまうことによって生じる計測誤差を減少させ
    るような補正演算を行う計数値補正演算回路とを備え、 2段階以上の粗同調動作を行うように構成したことを特
    徴とする位相同期回路。
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