JP3356715B2 - Pll回路 - Google Patents

Pll回路

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JP3356715B2
JP3356715B2 JP13077099A JP13077099A JP3356715B2 JP 3356715 B2 JP3356715 B2 JP 3356715B2 JP 13077099 A JP13077099 A JP 13077099A JP 13077099 A JP13077099 A JP 13077099A JP 3356715 B2 JP3356715 B2 JP 3356715B2
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はPLL(Phase Locked L
oop )回路に関する。
【0002】
【従来の技術】PLL回路では、電圧制御発振器(以
下、VCOと略記する。)の出力周波数の位相を位相比
較器においてリファレンス信号の位相と比較し、この位
相比較器の出力を誤差信号として、VCOの発振周波数
を負帰還制御する。一般に、位相比較器の出力電圧には
高い周波数成分が含まれているので、位相比較器の出力
と、VCOの制御入力との間にLPF(ローパスフィル
タ)を設けて、位相比較器の出力電圧を平滑化してVC
Oの制御電圧を得ている。このLPFのカットオフ周波
数を十分に低くすることにより、リファレンス信号に含
まれる雑音的な位相変動の影響を除去し、VCOの発振
周波数の位相を安定化することができる。しかし、PL
L回路のリセット時とか、リファレンス信号の周波数が
実質的に変化するような場合、LPFのカットオフ周波
数が低いと同期の引き込みに時間がかかり、その間VC
Oの出力周波数が不正確なものとなり、あるいは同期引
き込みが困難になるという問題がある。この問題を解決
するため従来から各種の方法が提案されている。
【0003】例えば、特開平10−290161号公報
で開示された「PLL回路」と題する発明(以下、文献
1という)には、キャプチャレンジが広くロックアップ
タイムが短い特性を有した(すなわち、LPFのカット
オフ周波数の比較的高い)高速追従PLL1と、ジッタ
が少なくリファレンス信号の周波数変動に対してVCO
の出力を安定させる特性を有した(すなわち、LPFの
カットオフ周波数の比較的低い)低速安定型PLL2と
を設け、タイマー回路とPLL選択制御回路により、リ
セット時または、リファレンス信号入力断検出時には、
高速追従型PLL1で引き込みを行い、引き込みが完了
する時間、すなわち、高速追従型PLL1のロックアッ
プタイムを過ぎたら、低速安定型PLL2に切り替えジ
ッタの少ない安定した出力周波数を得るPLL回路が記
載されている。
【0004】しかし、文献1の方法では、2組のPLL
回路(PLL1とPLL2)とその切り替え回路とを必
要とするため回路構成が複雑になるという問題点があっ
た。また、外部からのリセット信号の入力またはリファ
レンス信号入力断検出時にタイマー回路が起動されPL
L選択制御回路により高速追従型PLL1が選択される
ため、PLL回路のリセット時またはリファレンス信号
入力断検出時には、高速追従を行うことができるが、リ
ファレンス信号の周波数、位相が実質的に変化する場合
には高速に追従できない問題があった。
【0005】また、特開平7−193494号公報には
「位相同期回路」と題する発明(以下、文献2という)
が開示されている。図4は文献2に記載された位相同期
回路を説明するブロック図で、VCO13と、基準信号
と分周器14をへて入力されるVCO13の出力との位
相を比較して位相差信号を出力する位相比較器11と、
ループフィルタ12と、サンプルホールド回路16を備
え、立上がりエッジ検出回路15により位相差信号の立
上がりが検出された時点におけるループフィルタ12の
出力をサンプルホールド回路16に記憶し、位相差信号
が0となった時点でNOR回路17によりスイッチ18
を導通状態とし、サンプルホールド回路16に保持され
た制御値をVCO13に出力する構成となっている。
【0006】文献2では、このような構成により、位相
差信号のパルス幅の長短によりループフィルタ12の実
効ゲインを変化させ、長い位相差信号には周波数引き込
み動作を優先し、短い位相差信号には位相差引き込み動
作を優先することにより、位相同期動作を高速化できる
としている。しかしながら、文献2の位相同期回路では
ループフィルタ12の実効ゲインを変化させており、そ
の時定数(カットオフ周波数)を十分に低く出来ないた
め例えば基準信号のジッタ等にも位相差引き込み動作に
より高速に追従してしまうという問題点があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は従来のPLL
回路における上述の色々な問題を解決し、簡単な回路構
成で、ジッタ等リファレンス信号の位相の雑音的変動に
対しては十分に安定化されるとともに、リファレンス信
号の周波数の実質的変化に対しては速やかに追従して再
び位相ロック状態にロックインすることができるPLL
回路を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明では、PLL回路
に使用するLPFとしては、カットオフ周波数の十分に
低い、従ってリファレンス信号の位相ジッタ等に対して
は強いLPFを用い、ある位相差以上の経過時間を検出
して、PLL回路の追従速度を超えてリファレンス信号
の周波数が変化した場合には、カットオフ周波数の低い
LPFを有するPLL回路でロックインできる位相差量
となるまで高速追従回路の出力する一定パターンの制御
信号を電圧制御発振器に印加することにより、高速追従
と追従後の安定出力を可能とした。
【0009】すなわち、本発明のPLL回路は、電圧制
御発振器、この電圧制御発振器の出力周波数を1/N
(Nは正の整数)に分周した信号の位相とリファレンス
信号の周波数を1/M(Mは正の整数)に分周した信号
の位相とを比較し位相比較データを出力する位相比較
器、この位相比較データに平均化処理を行い低周波成分
を抽出するディジタルフィルタ部、前記位相比較データ
の示す位相差が所定値を超えた期間が所定時間を超過し
たときから該位相差が前記所定値を超えている間、該位
相差の方向を表す位相差検出信号を出力する位相差検出
器、この位相差検出信号が出力されている間、該位相差
を高速に修正する一定パターンの制御データを出力する
高速追従回路、前記ディジタルフィルタ部の出力と前記
制御データとを加算する加算器、およびこの加算器の出
力をアナログ電圧に変換して前記電圧制御発振器の出力
周波数制御電圧を得るD/A(ディジタル/アナログ)
変換器を備えたことを特徴とする。
【0010】また、前記高速追従回路の出力する前記制
御データは、その制御量の絶対値が時間の経過に従って
減少するパターンを有することを特徴とする。
【0011】もしくは、前記高速追従回路の出力する前
記制御データは、その制御量の絶対値が一定であるパタ
ーンを有することを特徴とする。
【0012】また、前記位相差検出器は、前記位相比較
器から入力する位相差データの示す位相差の絶対値が所
定値以下の場合にはリセット信号を出力し、該所定値以
上である期間はその位相差の方向を示す前記位相差検出
信号を出力する位相差監視部と、クロック信号を計数し
このリセット信号でリセットされるカウンタを有し、こ
のカウンタの係数値が所定の数値以上になっている間、
前記位相差監視部の出力する位相差信号を前記高速追従
回路に出力する検出ガードタイマ部とを備えたことを特
徴とする。
【0013】さらにまた、前記位相差検出器は、前記位
相比較器から入力する位相差データの示す位相差の絶対
値が所定値以下の場合にはリセット信号を出力し、該所
定値以上である期間はその位相差の方向を示す前記位相
差検出信号を出力する位相差監視部と、前記位相差検出
信号を監視し、ワンダが検出された場合にリセット信号
を出力するワンダ検出部と、クロック信号を計数し、前
記位相差監視部の出力するリセット信号および前記ワン
ダ検出部の出力するリセット信号でリセットされるカウ
ンタを有し、このカウンタの係数値が所定の数値以上に
なっている間、前記位相差監視部の出力する位相差信号
を前記高速追従回路に出力する検出ガードタイマ部とを
備えたことを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施形態
を示すブロック図であり、VCO(電圧制御発振器)
8、VCO8の出力信号の周波数を1/Nに分周する分
周器9、リファレンス信号の周波数を1/Mに分周する
分周器10、分周器9と分周器10の出力の位相を比較
し制御データを出力するディジタル信号処理部1、およ
びディジタル信号処理部1の出力データをアナログ電圧
に変換してVCO8の制御電圧を出力するD/A(ディ
ジタル/アナログ)変換部7とから構成され、ディジタ
ル信号処理部1は、位相比較器2、位相差検出器3、高
速追従回路4、ディジタルフィルタ部5および加算器6
とを備えている。
【0015】VCO8の出力発振周波数を1/Nに分周
した分周器9の出力位相が、位相比較器2においてリフ
ァレンス信号の周波数を1/Mに分周した分周器10の
出力位相と比較され、位相比較データとして位相差検出
とディジタルフィルタ部に出力される。ディジタ
ルフィルタ部5は位相比較データの平均化処理を行うこ
とにより、例えば0.01Hz以下のカットオフ周波数
を持つローパスフィルタとして位相比較データの低周波
成分を抽出し加算器6へ出力する。位相差検出器は、
位相差データを監視し、一定のしきい値以上の進みまた
は遅れの位相差が一定時間、例えば1秒以上継続した場
合に、位相差がしきい値以下になるまでの間、この位相
差の方向を示す位相差検出信号を高速追従回路4に出力
する。
【0016】図2は図1の位相差検出器3の構成例を示
すブロック図で、位相差検出器3は位相差監視部31と
検出ガードタイマ部32を備え、位相差監視部31は位
相比較器2の出力する位相差データを監視し、位相差が
一定のしきい値以下の場合はリセット信号を出力し、検
出ガードタイマ部32のカウンタをリセットし続ける。
位相差がしきい値以上になったことを検出すると位相差
監視部31はリセット信号の出力を停止し、位相の進み
または遅れの方向を示す位相差検出信号を出力する。リ
セット信号の停止により検出ガードタイマ部32のカウ
ンタはクロック信号の計数を開始し、カウンタの計数値
が所定値に達したとき検出ガードタイマ部32は位相差
監視部31の出力する位相差検出信号を高速追従回路4
に出力する。また位相差がしきい値以下となった時点で
位相差監視部31は位相差検出信号の出力を停止し、リ
セット信号を出力し検出ガードタイマ部32のカウンタ
をリセットする。
【0017】高速追従回路4は位相差検出信号が入力さ
れている間、位相差検出信号に従って、VCO8の出力
信号の位相を高速に進相または遅相制御する制御デー
タ、例えば、制御量の絶対値が一定値または時間に従っ
て減少するような制御データを生成し加算器6に出力す
る。
【0018】加算器6は、ディジタルフィルタ部5の出
力データと高速追従回路4の出力する制御データを加算
し、ディジタル信号処理部1の出力としてD/A変換部
7へ出力する。D/A変換部7は加算器6の出力する加
算データをアナログ信号に変換しVCO8に出力するこ
とによりVCO8の発信周波数を制御する。
【0019】以上述べたように、本実施形態によれば、
ディジタルフィルタ部5の時定数、位相差監視部31が
位相差検出信号を出力する際のしきい値、検出ガードタ
イマ部32が位相差検出信号を高速追従回路4に出力す
る際のガード時間および高速追従回路の出力する制御デ
ータの制御量をそれぞれ独立に任意に設定することがで
きる。
【0020】従って、本実施形態のPLL回路は、ディ
ジタルフィルタ部5の時定数を十分に低く設定すること
により分周器10を経て入力されるリファレンス信号と
分周器9を経て入力されるVCO8の出力信号の周波数
・位相が略同一、すなわち位相ロック状態にある時は、
超低周波のカットオフ周波数を持ち、ジッタ等のリファ
レンス信号の変動の影響に対して十分に安定したPLL
回路として動作させると同時に、前記しきい値、ガード
時間、制御量を適宜設定することにより、追従速度を超
えてリファレンス信号の周波数・位相が実質的に変化し
た場合には、高速追従回路4の制御データをVCO8の
制御信号に加算することにより、PLL動作によりロッ
クインできる位相差までVCO8の出力周波数・位相を
十分に高速に追従させることができる。
【0021】図3は、本発明の他の実施形態に係る位相
差検出器3の構成を示すブロック図である。位相差監視
部31は位相比較器2の出力する位相差データを監視
し、位相差が一定のしきい値以上になった場合に位相差
検出信号を出力するが、リファレンス信号にカットオフ
周波数以下のワンダが付加された場合に、これを誤検出
してしまう場合がある。これを防止するため図3の位相
差検出器3では、図2の構成に位相差検出信号を監視す
るワンダ検出部33を付加し、カットオフ周波数以下の
ワンダが検出された場合には、ワンダ検出部33の出力
するリセット信号で検出ガードタイマ部4のカウンタを
リセットする構成としている。本実施形態ではリファレ
ンス信号にカットオフ周波数以下のワンダが付加された
場合にも誤った高速追従動作が行われることがない。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、1
組のPLL回路に高速追従回路を付加することにより、
2組のPLL回路を備えた従来例に比較して簡単な構成
で、十分低いカットオフ周波数を持つと同時に、リファ
レンス信号の周波数の実質的な変化に対しては高速に追
従することができるPLL回路を構成することができ
る。また、PLL回路のカットオフ周波数と、高速追従
回路の動作条件をそれぞれ別個に任意に設定できるの
で、ジッタ・ワンダ抑制特性を犠牲にすることなく高速
追従を行うことができる。またさらに、ワンダ検出部を
設けることにより、カットオフ周波数以下のワンダに対
して誤った高速追従を行うことのないPLL回路を提供
することができる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図2】図1の位相差検出器3の構成の一例を示すブロ
ック図である。
【図3】図1の位相差検出器3の他の構成例を示すブロ
ック図である。
【図4】従来のPLL回路の一例を示すブロック図であ
る。
【符号の説明】
1 ディジタル信号処理部 2 位相比較器 3 位相差検出器 4 高速追従回路 5 ディジタルフィルタ部 6 加算器 7 D/A変換部 8 VCO 9、10、 分周器 31 位相差量監視部 32 検出ガードタイマ部 33 ワンダ検出部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−222519(JP,A) 特開 昭62−247624(JP,A) 特開 平7−193494(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03L 7/06 - 7/14

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電圧制御発振器、この電圧制御発振器の
    出力周波数を1/N(Nは正の整数)に分周した信号の
    位相とリファレンス信号の周波数を1/M(Mは正の整
    数)に分周した信号の位相とを比較し位相比較データを
    出力する位相比較器、この位相比較データに平均化処理
    を行い低周波成分を抽出するディジタルフィルタ部、前
    記位相比較データの示す位相差が所定値を超えた期間が
    所定時間を超過したときから該位相差が前記所定値を超
    えている間、該位相差の方向を表す位相差検出信号を出
    力する位相差検出器、この位相差検出信号が出力されて
    いる間、該位相差を高速に修正する一定パターンの制御
    データを出力する高速追従回路、前記ディジタルフィル
    タ部の出力と前記制御データとを加算する加算器、およ
    びこの加算器の出力をアナログ電圧に変換して前記電圧
    制御発振器の出力周波数制御電圧を得るD/A(ディジ
    タル/アナログ)変換器を備えたPLL回路であって、 前記位相差検出器は、 前記位相比較器から入力する位相差データの示す位相差
    の絶対値が所定値以下の場合にはリセット信号を出力
    し、該所定値以上である期間はその位相差の方向を示す
    前記位相差検出信号を出力する位相差監視部と、 前記位相差検出信号を監視し、ワンダが検出された場合
    にリセット信号を出力するワンダ検出部と、 クロック信号を計数し、前記位相差監視部の出力するリ
    セット信号および前記ワンダ検出部の出力するリセット
    信号でリセットされるカウンタを有し、このカウンタの
    係数値が所定の数値以上になっている間、前記位相差監
    視部の出力する位相差検出信号を前記高速追従回路に出
    力する検出ガードタイマ部とを備えたことを特徴とす
    LL回路。
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