JP3184376B2 - 周波数自動調整回路 - Google Patents

周波数自動調整回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、テレビジョン受像機
やビデオテープレコーダーに使用されるベルおよび逆ベ
ルフィルタの中心周波数を自動調整する、周波数自動調
整回路に関する。
【0002】
【従来の技術】一般的にベルおよび逆ベルフィルタは、
SECAM方式のテレビジョン信号を受信あるいは記録
・再生する場合に必要不可欠なフィルタである。しか
し、フィルタ特性の特殊性と、IC化の難易度の高さか
ら、他のフィルタ類に比べてIC化が遅れており、一般
的にはディスクリート素子により構成されるフィルタで
ある。
【0003】ベルおよび逆ベルフィルタの伝達関数をそ
れぞれB(s)、AB(s)とし、(1)と(2)式に
示す。
【0004】
【数1】 式(1),(2)のQn、Qpはそれぞれ独立したQを
意味しており、その値は(1. 6)1/2 、16である。
ベルフィルタの周波数対利得特性および周波数対位相特
性を図9、図10に、逆ベルフィルタの周波数対利得特
性および周波数対位相特性を図11、図12に示した。
【0005】ベルおよび逆ベルフィルタは、その位相特
性から分かるように、この特性はLPFやBPFといっ
た一般的なフィルタの位相特性に属さずに、中心周波数
において位相が0度という特性を有している。
【0006】ここで、従来の逆ベルフィルタを一例に挙
げ、その回路構成について説明する。図13は逆ベルフ
ィルタをディスクリート素子で構成した回路の一例であ
る。inは入力端子、outは出力端子、R1〜R3は
それぞれ抵抗、Lはコイル、Cはコンデンサである。こ
の回路の伝達関数ABd(s)すると(3)式に示
すようになる。
【0007】
【数2】 この式より、それぞれのQを求めると(4)、(5)式
のようになる。
【0008】
【数3】 また、フィルタの中心周波数(以下、foと記す)は、
【数4】 で表される。つまり、利得は抵抗値によって決定し、Q
はインダクタンスと抵抗の値によって、foはインダク
タンスとキャパシタンスの値によってそれぞれ決まる
一般に、この回路のfo調整は、図13のLに可変イン
ダクタンスを使用して行なっている。今、可変インダク
タンスの製造ばらつきが±15%で、その他の素子のば
らつきがなかった場合のfo調整精度を考えてみる。可
変インダクタンスのセンター値に於ける中心周波数fc
を式(7)、最大あるいは最小インダクタンス時の中心
周波数fc´を式(8)として中心周波数の可変範囲を
求めると、式(9)のように±7%となる。
【0009】
【数5】 逆ベルフィルタの中心周波数が4.286MHzである
とすると、可変範囲は±300KHzに相当する。イン
ダクタンスの可変方法が回転式で、6回転型のものを使
用したとすると、1/ 60回転しただけで5KHzもの
周波数が変化してしまう。これより、逆ベルフィルタの
調整は非常に厳密なものであることが分かる。
【0010】図14は一般的なフィルタの周波数自動調
整システムを示すものである。10は入力端子、11は
出力端子、12は被調整フィルタ、13は位相検波器で
ある。但し、被調整フィルタは電圧あるいは電流によっ
てカットオフ周波数が可変可能なものとし、位相検波器
は位相差90゜からのずれに対応した電圧あるいは電流
を出力するものとする。
【0011】今、被調整フィルタを2次のLPFとし、
そのカットオフ周波数が1MHzであったとすると、位
相特性は図15に示したようになる。
【0012】自動調整を行うときには、フィルタの入力
端子にカットオフ周波数と等しい周波数の信号を入力す
る。もし何らかの影響で、被調整フィルタのカットオフ
周波数がずれた場合、位相検波器は、そのずれに応じた
電圧あるいは電流を被調整フィルタに出力する。この帰
還によって被調整フィルタは、自動調整される訳であ
る。
【0013】しかし、ベルおよび逆ベルフィルタの場
合、回路の構成からみて90゜位相の回る点が存在しな
いので、自動調整を行うには非常に困難であった。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】以上説明してきたよう
に、ベルおよび逆ベルフィルタをディスクリート素子で
構成した場合、fo調整には人手と時間がかかるばかり
か、ディスクリート構成ゆえに機械的振動や経年変化に
弱いという問題があった。また、90゜位相の回る点が
存在しないので、自動調整を行うには困難であった。
【0015】この発明は、IC化されたベルおよび逆ベ
ルフィルタに対して、極めて高精度な中心周波数の自動
調整を図ることのできる周波数自動調整回路を提供す
る。
【0016】
【課題を解決するための手段】この発明は、ベルまたは
逆ベルフィルタの伝達関数を、[ 1−(BPFの伝達関
数)]という数式に変形した回路構成として、回路中に
2次のLPF出力を得る。2次LPFは、中心周波数に
おいて90゜位相が回るという位相特性を得、2次LP
Fの出力を位相検波して、ベルまたは逆ベルフィルタに
帰還をかけることを特徴とする。
【0017】
【作用】上記の手段により、ベルおよび逆ベルフィルタ
の中心周波数が自動調整可能となるので、ベルおよび逆
ベルフィルタのIC化が実現できる。
【0018】
【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
して詳細に説明する。図1は、逆ベルフィルタを例に挙
げた、この発明の概念を説明するためので、数式、図面
を参照して説明する。この実施例は、ベルおよび逆ベル
フィルタの伝達関数に注目し、ベルおよび逆ベルフィル
タを構成する回路内に位相が90゜回る特性を作りだ
し、位相検波を可能にしたものである。
【0019】まず入力信号からある伝達関数H(s)を
引き算して逆ベルフィルタを構成する。10は入力端
子、11は出力端子、12はある伝達関数H(s)のフ
ィルタ、13は減算器である。
【0020】逆ベルフィルタの伝達関数をAB(s)、
ある伝達関数をH(s)とすると、H(s)は10)
式のように表すことができる。
【0021】
【数6】 つまり、H(s)はBPFの伝達関数である。ここで、
入力をX、出力をYとしてこのBPFを(11)式のよ
うに変形する。
【0022】
【数7】 構成要素は、入力の1次積分項と、出力の2次積分項
と、出力の1次積分項であることが分かる。これを図2
に示した。同図において、20は入力端子、21は出力
端子、22はGmアンプ、23はGmアンプ、24はG
mアンプ、25〜27はコンデンサ、28は加算器であ
る。
【0023】ここで注目するのは、BPFの伝達関数を
構成しただけで、BPFの1次積分項も得られるという
点である。つまり、A点において、式(12)に示す2
次LPFの伝達関数を得ることができる。
【0024】
【数8】 図3は、逆ベルフィルタを[ 1−( BPFの伝達関数)]
という構成にした逆ベルフィルタ30の周波数の自動調
整化を図った、この発明の一実施例を説明するための回
路構成図である。31は入力信号が入力される入力端子
であり、この入力端子31はGmアンプ32の入力、減
算器33の一方の入力、位相検波器34の一方の入力に
それぞれ接続する。Gmアンプ32の出力はバッファ3
5を介して減算器33の他方の入力に接続するととも
に、Gmアンプ36,37の入力にそれぞれ接続する。
Gmアンプ36の出力は、バッファ35の入力に接続す
る。Gmアンプ37の出力はコンデンサ38を介して接
地するとともにバッファ39の入力に接続する。バッフ
ァ39の出力は、Gmアンプ40の入力に接続するとと
もに位相検波器34の他方の入力にそれぞれ接続する。
Gmアンプ40の出力は、コンデンサ41を介して接地
するとともにバッファ35の入力に接続する。位相検波
器34の出力はGm制御回路42の入力に接続する。G
m制御回路42の制御出力43はGmアンプ37の制御
端子に、制御出力44はGmアンプ40の制御端子に、
制御出力45はGmアンプ32の制御端子に、制御出力
46はGmアンプ36の制御端子にそれぞれ接続する。
減算器33の出力は、出力端子47に接続する。
【0025】図3のシステム動作について説明する。ま
ずは制御対象となる逆ベルフィルタの中心周波数foが
4.286MHzに合っている場合について考える。こ
のとき、2次LPFの出力信号の位相関係は図4のBに
示した特性となる。入力信号が4.286MHzなら2
次LPFの出力の位相は、入力信号に対して90゜回る
ことになる。
【0026】ここで、位相検波器34の動作について、
位相検波器34の具体例の図5を用いて説明する。入力
端子はa,a´,b,b´であり、出力端子はcであ
る。図3の入力端子31に入力される信号を4.286
MHz(逆ベルフィルタのfoと同一周波数)の差動信
号としたとき、位相検波器34の入出力端子の電圧波形
は図の実線に示したようになる。入力端子a,a´に
入力される信号に対して入力端子b,b´に入力される
信号の位相が90゜回っているので、出力波形cのデュ
ーティーは50%となり、波形の平均値は0になる。
【0027】いま、図3に示したGm制御回路42が位
相検波器34の平均値に応じてGmアンプ32,36,
37,40をそれぞれ制御していれば、出力電圧の平均
値が0であることから、各GmアンプのGmは変化しな
い。つまり、foと4.286MHzが一致している状
態となる。
【0028】次に逆ベルフィルタのfoが5MHzにな
っている場合を考える。この逆ベルフィルタに4.28
6MHzの信号を入力すると、2次LPF出力信号の位
相は図4より、−90゜+{−90゜−(−68゜)}
=−112゜となり、入力信号に対して112゜位相が
回ることになる。
【0029】このとき、位相検波器34における電圧波
形を図6の破線に示した。出力波形cのデューティーは
50%でなくなり、波形の平均値は負になる。つまり、
この電圧によってGmアンプ32,36,37,40を
制御し、逆ベルフィルタのfoを下げることができる。
【0030】図7は、逆ベルフィルタを[ 1−( BPF
の伝達関数)]という構成にした逆ベルフィルタ30の周
波数自動調整化を行った、この発明の他の実施例を説明
するための回路構成図である。
【0031】図3で説明した実施例と異なる部分は、位
相検波器34への入力信号の取り出し箇所を変更した点
である。図3では逆ベルフィルタの入力信号と2次LP
F出力信号とを位相検波器34に入力しているのに対
し、図7では2次LPF出力信号と逆ベルフィルタ出力
信号とを位相検波器34に入力している。この位相特性
を図4に示す。Aが逆ベルフィルタの出力端子における
位相特性、Bが2次LPF出力端子における位相特性で
あることから、CはAとBとの位相差である。Cの特性
は、2次のLPFの位相特性Bと比べて、foを境に急
俊な特性が得られることがわかる。
【0032】逆ベルフィルタの出力端子における信号の
位相を基準と考えた場合、位相検波器34のa,a´と
b,b´の入力位相差は、−90゜+{−90゜−(−
13゜)}=−167゜となる。このときの位相検波器
34における入出力電圧波形を図8の破線に示した。c
の電圧波形の平均値は、図3の場合に比べてより大きく
なるので、32,36,37,40の各Gmアンプのに
制御能力が向上する。つまり、この例は図3のシステム
に比べ、より高精度な周波数自動調整システムが可能と
なるのである。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の周波数
自動調整回路によれば、IC化されたベルおよび逆ベル
フィルタに対して、極めて高精度な中心周波数の自動調
整が可能となる。さらに経年変化により素子特性の劣化
も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の概念を説明するための説明図。
【図2】図1の要部を具体的に示した回路構成図。
【図3】逆ベルフィルタの周波数を自動調整する、この
発明の一実施例を説明するための回路構成図。
【図4】この発明の逆ベルフィルタの位相特性図。
【図5】図3の位相検波器を具体例に説明するための回
路図。
【図6】図3の位相検波器における入出力電圧の関係を
説明するための波形図。
【図7】逆ベルフィルタの周波数を自動調整する、この
発明の他の実施例を説明するための回路構成図。
【図8】図7の位相検波器における入出力電圧の関係を
説明するための波形図。
【図9】ベルフィルタの周波数対利得の関係を示す特性
図。
【図10】ベルフィルタの周波数対位相の関係を示す特
性図。
【図11】逆ベルフィルタの周波数対利得の関係を示す
特性図。
【図12】逆ベルフィルタの周波数対位相の関係を示す
特性図。
【図13】従来の逆ベルフィルタの回路図。
【図14】従来のフィルタの周波数自動調整を行うシス
テム図。
【図15】2次LPFの周波数対位相の関係を示す特性
図。
【符号の説明】
30………逆ベルフィルタ 32,36,37,40…Gmアンプ 35,39…バッファ 33………減算器 38,41…コンデンサ 34………位相検波器 42………Gm制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 亮 東京都港区新橋3丁目3番9号 東芝エ ー・ブイ・イー株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−260499(JP,A) 特開 昭60−126908(JP,A) 特開 昭60−157316(JP,A) 欧州特許出願公開474568(EP,A 1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03H 11/04 H03H 11/12 H04N 5/92

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2次LPF特性を有する構成を含んで
    るベルまたは逆ベルフィルタと、 前記ベルまたは逆ベルフィルタに入力される入力と前記
    ベルまたは逆ベルフィルタの前記2次LPF特性を有す
    る構成の出力とを位相検波する位相検波回路と、 前記位相検波回路の出力信号によって前記ベルまたは
    ベルフィルタに帰還をかける手段とを具備してなること
    を特徴とした周波数自動調整回路。
  2. 【請求項2】 2次LPF特性を有する構成を含んで
    るベルまたは逆ベルフィルタと、前記ベルまたは逆ベルフィルタの 前記2次LPF特性を
    有する構成の出力と前記ベルまたは逆ベルフィルタ出力
    とを位相検波する位相検波回路と、 前記位相検波回路の出力信号によって前記ベルまたは
    ベルフィルタに帰還をかける手段と を具備してなること
    を特徴とした周波数自動調整回路。
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