JP3427408B2 - クロック再生回路 - Google Patents

クロック再生回路

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JP3427408B2 JP01588493A JP1588493A JP3427408B2 JP 3427408 B2 JP3427408 B2 JP 3427408B2 JP 01588493 A JP01588493 A JP 01588493A JP 1588493 A JP1588493 A JP 1588493A JP 3427408 B2 JP3427408 B2 JP 3427408B2
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弘之 川島
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はPLL(フェイズロック
ドループ)を用いたクロック再生回路に関するものであ
り、例えばQPSK変調された音声信号をI信号とQ信
号に復調した後、そのデジタルデータ処理に用いるため
のビットクロックを生成するクロック再生回路に用いら
れるものである。
【0002】
【従来の技術】例えば衛星放送(BS放送)の音声信号
はPSK(フェイズシフトキーイング)という変調方式
で伝送される。一般にこのPSK変調信号をデジタル信
号処理において復調すると、まずA/D変換器で搬送波
周波数のM倍Mは整数)のクロックでデジタル信号と
される。従って、復調された信号のアイパターンは搬送
波周波数(又はその整数倍)のデジタル信号となる。そ
して、このアイパターンより、ビットストリーム(1ビ
ットのデータ列)に変換することが必要であるため、ビ
ットクロックを再生することが必要となる。
【0003】ここで、例えば衛星放送チューナに搭載さ
れるQPSK復調部の例を図3に示す。QPSK信号は
バンドパスフィルタ1を介してA/D変換器2に供給さ
れ、デジタルデータとされる。A/D変換器2の出力は
×4キャリア再生部3に供給されて搬送波周波数(5.72
72MHz)の4倍(M=4)の周波数とされたクロックが生
成されている。この生成されたクロックはA/D変換器
2のサンプリングクロックとされるため、A/D変換器
2では搬送波周波数の4倍のレートでデジタルデータを
出力することになる。
【0004】A/D変換器2の出力はDフリップフロッ
プ回路4,5にそれぞれ供給される。Dフリップフロッ
プ回路4に対するラッチクロックとしては、×4キャリ
ア再生部3からのクロックが分周器6で1/4分周され
て(搬送波周波数と同じクロックで)供給されている。
またDフリップフロップ回路5に対するラッチクロック
としては、分周器6の出力をDフリップフロップ回路7
において1クロックタイミング遅らせて(つまり90°
移相されて)、供給している。
【0005】従って、QPSK復調出力としてDフリッ
プフロップ回路4からはI信号(同相軸信号)が、Dフ
リップフロップ回路5からはQ信号(直交軸信号)が得
られる。このI信号、Q信号は図4のようなアイパター
ンとなる。このアイパターン形状のI信号又はQ信号、
或は両方を用いて×Nクロック再生部8ではアイパター
ンに同期したビットクロックBCKを再生する。そし
て、符号復調回路9においては供給されたI信号、Q信
号に対してビットクロックBCKを用いて符号復調し、
1ビットのデータ列であるビットストリーム出力を得
る。
【0006】Q信号を用いてビットクロックBCKを再
生する×Nクロック再生部8の回路例を図5に示す。Q
信号はDフリップフロップ回路11及びデータ変換検出
部12に供給される。データ変化検出部12はQ信号の
アイパターンの立上りスロープ、立下りスロープ、又は
その両方を検出して、所定期間ゲート回路13を開く制
御信号SGを出力し、クロックCKR をDフリップフロ
ップ回路11に供給するようにしている。
【0007】Dフリップフロップ回路11はクロックC
R に基づくラッチデータを位相誤差信号として出力す
るものであり、その位相誤差信号はD/A変換器14で
アナログ化された後、ループフィルタ15を介してVC
O(電圧制御発振器)16に供給される。また、VCO
16の出力は分周器17によってクロックCKR とされ
る。つまりPLLが構成されている。なお、例えばビッ
トクロックBCKは2.048MHz×N、クロックCKR は1.
024MHzとされる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
アイパターンの形状(立上りスロープ、立下りスロー
プ、又はその両方)を位相誤差信号としてPLLを構成
し、ビットクロックBCKを再生する場合、ビットクロ
ックBCKと搬送波周波数の関係が一律(例えば整数
倍)ではないため、その位相誤差信号は、最大で、デジ
タル信号(この場合Q信号)の±1データ(1クロッ
ク)分のジッター成分が存在してしまうことになるとい
う問題があり、ジッターに対してはループゲイン、ルー
プフィルタの設定で対処するしかなく、PLL引き込み
時間、引き込み周波数範囲が犠牲とされることになって
いた。
【0009】位相比較回路手段としてのDフリップフロ
ップ回路11の動作を図6で説明する。図6(b)は入
力されるQ信号(搬送波周波数によるサンプリングデー
タ)を示しており、図6(a)はそれをアイパターン形
状で示したものである。今、データ変化検出部12は図
6(a)の立上りスロープを検出して図6(c)のよう
にゲート回路13を開く信号SGを出力するものとす
る。
【0010】Dフリップフロップ回路11にはゲート回
路13が開かれる期間においてクロックCKR が供給さ
れる。クロックCKR はアイパターンのゼロクロス点で
ロックして再生されているとすると、図示するようにデ
ータcがクロックCKR によって捕らえられ、Dフリッ
プフロップ回路11からデータcが位相誤差信号として
出力されることになる。つまりデータcがそのままジッ
ター成分となってしまう。(離散的な数値であるデジタ
ルデータの場合、ゼロクロス点での値を正確にとること
ができない。)
【0011】また、もしクロック位相が進むと、Dフリ
ップフロップ回路11への信号状態は図6(e)〜
(h)のようになり、位相誤差信号としてデータbが取
り出されてしまう。この場合VCO16に対する制御電
圧が下がりクロックCKR の位相を遅らせる方向に動作
する。さらに、図示しないが、逆にクロック位相が遅れ
れば、データdが位相誤差信号として取り出されること
になり、VCO16への制御電圧が上り、クロックCK
R の位相を進ませる方向に動作する。
【0012】ここで、アイパターン周期と搬送波周波数
は相関性がないためQ信号入力は、図6(a)や(e)
のような種々の状態を取ることになる。従って、クロッ
クCKR はアイパターンのゼロクロス点でロックしよう
とするが、位相誤差信号としてはデータc,b,dなど
の値をとることになり、最大±1データ分のジッター成
分となってしまう。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
点に鑑みてなされたもので、PLLにおける位相誤差信
号のジッター成分を解消もしくは減少させることを目的
とする。
【0014】このために、第1の周波数のデジタル信号
に対して、この第1の周波数と無関係な第2の周波数の
クロックにより信号処理を行なう際に、第1の周波数の
デジタル信号を用いて第2の周波数のクロックを再生す
る、PLLを用いたクロック再生回路において、第1の
周波数のデジタル信号のデータ変化の立上りスロープ又
は立下りスロープにおけるデータを第2の周波数のクロ
ックでサンプリングして第1の位相誤差算出情報として
得る第1の位相誤差算出情報検出手段と、第1の周波数
のデジタル信号のデータ変化の立上りスロープ又は立下
りスロープにおけるMSB変化点のデータを第2の位相
誤差算出情報として得る第2の位相誤差算出情報検出手
段と、第2の位相誤差算出情報を第1の位相誤差算出情
報から減算することにより、位相誤差信号を得る位相誤
差信号検出手段とを備えるように構成する。
【0015】特に、このクロック再生回路を、第1の周
波数のデジタル信号がQPSK信号から復調されたI信
号又はQ信号であり、第2の周波数のクロックがI信
号、Q信号をビットストリーム信号に変換処理を行なう
ためのサンプルクロックである、復調回路に採用される
クロック再生回路とする。
【0016】また具体的には、第1の位相誤差算出情報
検出手段は、第1の周波数のデジタル信号のアイパター
ンのゼロクロス点でデータのラッチを行なうフリップフ
ロップ回路で構成し、さらに、第2の位相誤差算出情報
検出手段は、第1の周波数のデジタル信号のデータを、
第1の周波数のデジタル信号のMSB変化検出タイミン
グでラッチを行なうフリップフロップ回路で構成する。
【0017】
【作用】入力信号のアイパターンのゼロクロス点でロッ
クするクロックを再生させる場合、そのゼロクロス近辺
で入力データのMSBの変化点が存在する。この変化点
においてラッチした入力データ(つまりゼロクロス直前
のデータ)を、ゼロクロス点でラッチした入力データか
ら減算することで、ジッター成分となるデータ値をゼロ
とすることができる。言換えれば、ゼロクロス点近傍を
不感帯としてジッタ成分を含まない位相誤差信号を得る
ことができる。また、ゼロクロス点以外でロックする場
合でも、上記データ減算により、ジッター成分を低減さ
せることができることになる。
【0018】
【実施例】以下、図1、図2により本発明の実施例を説
明する。なお、図1は前記図3において示したQPSK
復調部に含まれる×Nクロック再生部8の回路ブロック
を示すものである。
【0019】21は入力されたQ信号についてMSBの
変化点を検出するMSB変化検出部であり、MSB変化
点に同期して立上り又は立下りとなるラッチクロックを
出力する。22はシステムクロックSCK(5.7272MHz)
により動作するDフリップフロップ回路、23は入力さ
れたQ信号のアイパターン形状のスロープ(例えば立上
りスロープ)を検出してゲート制御信号SGを出力する
データ変化検出部である。24はゲート回路であり、制
御信号SGによりクロックCKR の供給を断接する。
【0020】25はMSB変化検出部からのラッチクロ
ックによりDフリップフロップ回路22の出力をラッチ
するDフリップフロップ回路、26はゲート回路24を
介して供給されたクロックCKR によりDフリップフロ
ップ回路22の出力をラッチするDフリップフロップ回
路である。また、27はDフリップフロップ回路25,
26の出力から位相誤差信号を得るための減算回路であ
る。
【0021】減算回路27から得られた位相誤差信号は
D/A変換器28でアナログ化された後、ループフィル
タ29を介してVCO(電圧制御発振器)30に供給さ
れ、また、VCO30の出力は分周器31によってクロ
ックCKR とされる。つまり前記図5と同様にPLLに
よるクロック再生回路が構成されている。
【0022】この×Nクロック再生部8における位相誤
差検出動作を図2により説明する。図2(a)(b)は
前記図6(a)(b)と同様に入力されるQ信号のアイ
パターン及びデータを示したものである。
【0023】図2(b)のQ信号が入力されるMSB変
化検出部21では、その入力データのMSB変化点を示
す情報として図2(c)の信号を出力する。一方、Dフ
リップフロップ回路22は図2(b)のQ信号に対して
システムクロックSCKでのラッチ出力を行ない、1ク
ロック分遅れた図2(d)の出力データを得、このデー
タがDフリップフロップ回路25,26に供給されるこ
とになる。なお、この図2(d)の信号をアイパターン
形状として示したものが図2(f)である。
【0024】ここで、制御信号SGによって開かれるゲ
ート回路24を介して、アイパターンゼロクロス点でロ
ックしようとする図2(h)のクロックCKR がDフリ
ップフロップ回路26に供給されるため、Dフリップフ
ロップ回路26では入力された図2(d)の信号からデ
ータcをラッチ出力することになる。このとき、Dフリ
ップフロップ回路25ではMSB変化点検出信号の立上
りをラッチクロックとするため、同じく入力された図2
(d)の信号からデータcをラッチ出力する。
【0025】減算回路27はDフリップフロップ回路2
6の出力からDフリップフロップ回路25の出力を減算
して出力するものとして構成されており、従って、この
場合c−c=0というデータが位相誤差信号として得ら
れることになる。つまり、ゼロクロス点でロックしてい
るクロックCKR に対して、ジッター成分を含まない位
相誤差信号が得られることになる。なお、前記図6
(e)〜(h)に示した場合については、本実施例の動
作によると、位相誤差信号としてはb−bの値が得られ
ることになる。
【0026】ところで図2(i)のように、クロックC
R の位相が進んでいる場合は、Dフリップフロップ2
5の出力としてはMSB変化点のラッチデータcが得ら
れ、またDフリップフロップ26の出力としてはデータ
bが得られるため、位相誤差信号はb−cとなる。従っ
て、PLL動作により位相が遅らせられてゼロクロス点
でロックされるように制御されるが、この際のジッター
も低減されていることになる。もちろんクロックCKR
の位相が遅れた場合には位相誤差信号がd−cとなり、
同様にジッター成分が低減された位相誤差信号によりゼ
ロクロス点でロックされるように制御される。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように本発明のクロック再
生回路は、ゼロクロス点でロックしようとするクロック
を生成するPLLにおいて、MSBの変化点においてラ
ッチした入力データを、ゼロクロス点でラッチした入力
データから減算することで、ジッター成分を解消又は減
少することができるという効果がある。これにより、ビ
ットクロックを再生するためのPLLのループゲイン、
ループフィルタの最適化を実現でき、PLL引き込み時
間、引き込み周波数範囲を良好に設定できる。また、ル
ープゲインを大きくすることもできるため、ループ無調
整化も促すことができる。そして、このようなクロック
再生回路をQPSK音声データの復調系に採用すること
により、音声の歪率改善も実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のクロック再生回路の実施例のブロック
図である。
【図2】実施例のクロック再生回路の位相誤差信号検出
動作の説明図である。
【図3】QPSK復調部のブロック図である。
【図4】I信号、Q信号のアイパターンの説明図であ
る。
【図5】従来のクロック再生回路のブロック図である。
【図6】従来のクロック再生回路の位相誤差信号検出動
作の説明図である。
【符号の説明】
8 ×Nクロック再生部 21 MSB変化検出部 22,25,26 Dフリップフロップ回路 23 データ変化検出部 24 ゲート回路 27 減算回路 28 D/A変換器 29 ループフィルタ 30 VCO 31 分周器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04L 27/00 - 27/38 H03L 7/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の周波数のデジタル信号に対して、
    この第1の周波数と無関係な第2の周波数のクロックに
    より信号処理を行なう際に、前記第1の周波数のデジタ
    ル信号を用いて前記第2の周波数のクロックを再生す
    る、PLLを用いたクロック再生回路において、 前記第1の周波数のデジタル信号のデータ変化の立上り
    スロープ又は立下りスロープにおけるデータを前記第2
    の周波数のクロックでサンプリングして第1の位相誤差
    算出情報として得る第1の位相誤差算出情報検出手段
    と、 前記第1の周波数のデジタル信号のデータ変化の立上り
    スロープ又は立下りスロープにおけるMSB変化点のデ
    ータを第2の位相誤差算出情報として得る第2の位相誤
    差算出情報検出手段と、 前記第2の位相誤差算出情報を前記第1の位相誤差算出
    情報から減算することにより、位相誤差信号を得る位相
    誤差信号検出手段と、 を備えたことを特徴とするクロック再生回路。
  2. 【請求項2】 第1の周波数のデジタル信号はQPSK
    信号から復調されたI信号又はQ信号であり、前記第2
    の周波数のクロックはI信号、Q信号をビットストリー
    ム信号に変換処理を行なうためのサンプルクロックであ
    ることを特徴とする請求項1に記載のクロック再生回
    路。
  3. 【請求項3】 前記第1の位相誤差算出情報検出手段
    は、前記第1の周波数のデジタル信号のアイパターンの
    ゼロクロス点でデータのラッチを行なうフリップフロッ
    プ回路で構成されることを特徴とする請求項1に記載の
    クロック再生回路。
  4. 【請求項4】 前記第2の位相誤差算出情報検出手段
    は、前記第1の周波数のデジタル信号のデータを、第1
    の周波数のデジタル信号のMSB変化検出タイミングで
    ラッチを行なうフリップフロップ回路で構成されること
    を特徴とする請求項1に記載のクロック再生回路。
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