JP4082207B2 - Frequency synthesizer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数シンセサイザに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
以下、従来の周波数シンセサイザについて説明する。従来の周波数シンセサイザは、図5に示すように、制御電圧で発振周波数が制御される電圧制御発振器1と、この電圧制御発振器1の出力が接続された出力端子2と、電圧制御発振器1の出力が接続されるとともにマイクロコンピュータ3により分周比の変更が可能な分周器4と、この分周器4の出力が一方の入力に接続されるとともに他方の入力には基準発振器5の出力が分周器6を介して接続された位相比較器7と、この位相比較器7の出力が接続されたチャージポンプ8と、このチャージポンプ8の出力と電圧制御発振器1の入力との間に接続されたローパスフィルタ9とで構成されていた。
【0003】
以上のように構成された周波数シンセサイザについて、以下にその動作を説明する。先ず、出力端子2から出力させたい周波数が得られるように、分周器6と分周器4の分周比を次のように設定する。すなわち、マイクロコンピュータ3で基準発振器5から出力される周波数が予め定められた基準比較周波数になるように分周器6の分周比を設定する。次に、分周器4の分周比を設定する。そうすると、電圧制御発振器1から出力される発振出力は分周器4で分周され、その出力は基準比較周波数と位相比較器7で比較されて、その差の信号がチャージポンプ8に供給される。チャージポンプ8は、この差の信号に比例した充放電電流をローパスフィルタ9に供給する。ローパスフィルタ9では充放電電流に比例した電圧を生成して電圧制御発振器1に供給する。
【0004】
すなわち、位相比較器7では、分周器6から出力される基準比較周波数と分周器4から出力される周波数が等しくなるように制御するので、結論として、マイクロコンピュータ3で分周器4と6の分周比を適宜設定することによって、出力端子2から所望の周波数を得ることができるものである。
【0005】
なおここで、10は電子回路で構成されたスイッチであり、チャージポンプ8で生成される充放電電流を制御するものである。これは、周波数の切替え時間を短縮するためのものであり、切替え時において、位相比較器7から出力されるアンロック信号でスイッチ10をオンにして充放電電流を増加させて周波数の切替え時間、すなわちロックアップ時間を短縮させている。
【0006】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
【0007】
【特許文献1】
特開2002−261606号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような従来の周波数シンセサイザは、位相比較器7から出力されるアンロック信号を用いていたため、電圧制御発振器1から出力される周波数が定常状態に落ち着くまでロックアップ時間を要していた。従って、どうしてもある程度の長い時間が必要であるという課題があった。しかも、切替え時間の終端で充放電電流が大きく変化するので、どうしても切替え直後の時間において不安定な領域が生じ、更に切替え時間が長くなるという問題があった。
【0009】
そこで本発明は、この問題を解決したもので切替え時間の短い周波数シンセサイザを提供することを目的としたものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の周波数シンセサイザは、イネーブル信号がハイの時間においてチャージポンプで生成される充放電電流を増加させることができるスイッチを設け、切替え手段で分周器の分周比を切替えたとき、電圧制御発振器の出力が定常状態に落ち着くまでのロックアップ時間内において、前記イネーブル信号がハイの時間に前記チャージポンプのローパスフィルタへの充放電電流値は定常時より2倍とし、前記イネーブル信号のハイの時間は前記電圧制御発振器から出力される出力周波数の切替え前の周波数と切替え後の周波数の差に比例する長さとする。これにより、切替え時間を短くすることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、制御電圧で発振周波数が制御される電圧制御発振器と、この電圧制御発振器の出力が接続された出力端子と、前記電圧制御発振器の出力が接続されるとともに切替え手段から出力されるクロック信号、データ信号、イネーブル信号により分周比の変更が可能な分周器と、この分周器の出力が一方の入力に接続されるとともに他方の入力には基準発振器の出力が供給される位相比較器と、この位相比較器の出力が接続されたチャージポンプと、このチャージポンプの出力と前記電圧制御発振器の入力との間に接続されたローパスフィルタとを備え、前記イネーブル信号がハイの時間において前記チャージポンプで生成される充放電電流を増加させることができるスイッチを設け、前記切替え手段で前記分周器の分周比を切替えたとき、前記電圧制御発振器の出力が定常状態に落ち着くまでのロックアップ時間内において、前記イネーブル信号がハイの時間に前記チャージポンプの前記ローパスフィルタへの充放電電流値は定常時より2倍とし、前記イネーブル信号のハイの時間は前記電圧制御発振器から出力される出力周波数の切替え前の周波数と切替え後の周波数の差に比例する長さとした周波数シンセサイザであり、充放電電流を増加する時間をイネーブル信号を使って制御することができるので、切替え時間を短くすることができる。
【0012】
また、イネーブル信号を用いているので、特別に信号線を設ける必要は無い。更に、切替え手段のプログラムが簡単にできるとともに、出力端子の数を増加させることも無い。
【0013】
さらに、切替え周波数の差に応じて切替え時間を最短時間に制御することができる。
【0014】
また、定常状態のC/Nを良好に保つとともに、しかも切替え時間内の電圧制御発振器の安定を図りながら、切替え時間を短くすることができる。
【0015】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明の周波数シンセサイザのブロック図であり、制御電圧で発振周波数が制御される電圧制御発振器21と、この電圧制御発振器21の出力が接続された出力端子22と、電圧制御発振器21の出力が接続されるとともにマイクロコンピュータ(切替え手段の一例として用いた)23により分周比の変更が可能な分周器24と、この分周器24の出力が一方の入力に接続されるとともに他方の入力には基準発振器25の出力が分周器26を介して接続された位相比較器27と、この位相比較器27の出力が接続されたチャージポンプ28と、このチャージポンプ28の出力と電圧制御発振器21の入力との間に接続されたローパスフィルタ29とで構成されている。
【0016】
ここで、基準発振器25は16.8MHzのTCXOである。本実施の形態においては、31はチャージポンプ28の充放電電流を制御する4.7kオームの抵抗であり、32は電子回路で構成されたスイッチ30と直列に接続された4.7kオームの抵抗である。スイッチ30がオフのときは充放電電流は略0.29mAであり、スイッチ30をオンにすると充放電電流は略0.58mAとなるようにしている。
【0017】
29のローパスフィルタは、その入力と出力との間に接続された10kオームの抵抗33と、この抵抗33と電圧制御発振器21の接続点とグランドとの間に接続された330pファラッドのコンデンサ34と、抵抗33とチャージポンプ28の接続点とグランドとの間に接続された3.9nファラッドのコンデンサ35と、このコンデンサ35と並列に接続された0.33kオームの抵抗36と68nファラッドのコンデンサ37との直列接続体とで構成されている。
【0018】
マイクロコンピュータ23からは、図2に示すようなクロック信号38と、データ信号39と、イネーブル信号40が出力され、分周器24の分周比を制御している。また、このイネーブル信号40はスイッチ30のオン・オフも併せて制御している。すなわち、クロック信号38とデータ信号39が出力された後、イネーブル信号40がH(ハイ)の時間42スイッチ30をオンにして充放電電流を増加させている。この時間42の長さをマイクロコンピュータ23で制御することにより、充放電電流増加時間を制御することができる。
【0019】
また、クロック信号38とデータ信号39は分周器26にも接続されている。41は、分周器26に接続されたイネーブル信号であり、これらの信号で分周器26の分周比を制御して基準比較周波数を生成している。ここで、分周器24と26が同一のレジスタで構成されている場合においては、イネーブル信号40と41とは共用化することができる。従って、この場合はイネーブル信号は一本となる。
【0020】
このような制御により、出力端子22からは略900MHzから1060MHzの周波数を出力するようにしている。
【0021】
以上のように構成された周波数シンセサイザについて、以下にその動作を説明する。先ず、出力端子22から出力させたい周波数が得られるように、分周器26と分周器24の分周比を次のように設定する。すなわち、マイクロコンピュータ23で基準発振器25から出力される周波数が予め定められた基準比較周波数になるように分周器26の分周比を設定する。次に、分周器24の分周比を設定する。そうすると、電圧制御発振器21から出力される発振出力は分周器24で分周され、その出力は基準比較周波数と位相比較器27で比較されて、その差の信号がチャージポンプ28に供給される。チャージポンプ28はこの差の信号に比例した充放電電流をローパスフィルタ29に供給する。ローパスフィルタ29では充放電電流に比例した電圧を生成して電圧制御発振器21に供給する。
【0022】
すなわち、位相比較器27では、分周器26から出力される基準比較周波数と分周器24から出力される周波数が等しくなるように制御するので、結論として、マイクロコンピュータ23で分周器24と26の分周比を適宜設定することによって、出力端子22から所望の周波数を得ることができるものである。
【0023】
なおここで、マイクロコンピュータ23から出力されるイネーブル信号40を用いてチャージポンプ28で生成される充放電電流を制御している。
【0024】
これは、周波数の切替え時間、すなわちロックアップ時間を短縮するためのものであり、切替え時においてスイッチ30をオン(図2における時間42)にして充放電電流を増加させて周波数の切替え時間、すなわちロックアップ時間を短縮させている。
【0025】
ここで、充放電時間と安定度の関係を図3を用いて説明する。図3において、縦軸45は電圧制御発振器21の入力における制御電圧の安定度であり、横軸46は時間である。
【0026】
図3(a)は、イネーブル信号40の長さ(オンの時間42)を制御して充放電電流増加時間を5マイクロ秒にしたときの特性であり、安定点47に至るまで略430マイクロ秒かかっている。これに対して、図3(b)は、イネーブル信号40の長さ(オン時間42)、すなわち、充放電電流増加時間を120マイクロ秒に制御したものである。この場合、260マイクロ秒で安定点48に至る。また、図3(c)に示すように、イネーブル信号40の長さ(オン時間42)を300マイクロ秒にすると、260マイクロ秒あたりの時間49で一旦安定する。しかし、充放電電流増加時間が終了する時間50になると充放電電流の急激な変化が起こるので一旦不安定51の領域が出現し、結局安定点52になるまで略360マイクロ秒かかる。このように充放電電流増加時間を適当に選ぶことにより、切替え時間を最短にすることができる。
【0027】
なお、周波数切替え時において、充放電電流を切替えない場合は、略図3(a)のような特性になると思われる。また、従来例のようにアンロック信号を用いて切替えたときには、略図3(c)のようになるものと思われる。図3(b)の特性を示すのは、充放電電流増加時には略0.58mAを流した場合である。このとき定常時には半分の略0.29mAの電流と小さくしてC/N特性の良化を図っている。このように、充放電時の充放電電流を定常電流の略2倍に設定することが、良いC/Nを保ちつつ、ロックアップ時間を短縮する上で重要である。
【0028】
図4は、周波数を切替えたときの特性図である。横軸55は時間であり、縦軸56は周波数である。図4(a)は周波数57から周波数58まで、小さく周波数を切替えたときの特性であり、変化時間59は短い。これに対して、図4(b)に示すように周波数60から周波数61までと切替える周波数差が大きくなると、変化時間62は長くなる。したがって、充放電電流増加時間を切替える周波数の差に比例する長さとして制御すると、最短時間で周波数を切替えることができる。
【0029】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、イネーブル信号がハイの時間においてチャージポンプで生成される充放電電流を増加させることができるスイッチを設け、切替え手段で分周器の分周比を切替えたとき、電圧制御発振器の出力が定常状態に落ち着くまでのロックアップ時間内において、前記イネーブル信号がハイの時間に前記チャージポンプのローパスフィルタへの充放電電流値は定常時より2倍とし、前記イネーブル信号のハイの時間は前記電圧制御発振器から出力される出力周波数の切替え前の周波数と切替え後の周波数の差に比例する長さとする。
【0030】
このように、イネーブル信号がハイの時間にチャージポンプのローパスフィルタへの充放電電流値を大きくし、このイネーブル信号のハイの時間は前記電圧制御発振器から出力される出力周波数の切替え前の周波数と切替え後の周波数の差に比例する長さとしているので、切替え時間を短くすることができる。
【0031】
また、イネーブル信号を用いているので、特別に信号線を設ける必要は無い。更に、切替え手段のプログラムが簡単にできるとともに、出力端子の数を増加させることも無い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態における周波数シンセサイザのブロック図
【図2】 同、分周器に供給される制御信号の信号波形図
【図3】 (a)は同、電圧制御発振器に入力される信号の第1の信号波形図
(b)は同、第2の信号波形図
(c)は同、第3の信号波形図
【図4】 (a)は同、電圧制御発振器から出力される信号の第1の周波数特性図
(b)は同、第2の周波数特性図
【図5】 従来の周波数シンセサイザのブロック図
【符号の説明】
21 電圧制御発振器
22 出力端子
23 マイクロコンピュータ
24 分周器
25 基準発振器
27 位相比較器
28 チャージポンプ
29 ローパスフィルタ
30 スイッチ
31 抵抗
32 抵抗[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a frequency synthesizer.
[0002]
[Prior art]
A conventional frequency synthesizer will be described below. As shown in FIG. 5, the conventional frequency synthesizer includes a voltage controlled oscillator 1 whose oscillation frequency is controlled by a control voltage, an output terminal 2 to which the output of the voltage controlled oscillator 1 is connected, and an output of the voltage controlled oscillator 1. Are connected to each other and the frequency divider 4 can be changed by the microcomputer 3, and the output of the frequency divider 4 is connected to one input and the output of the reference oscillator 5 is connected to the other input. A
[0003]
The operation of the frequency synthesizer configured as described above will be described below. First, the frequency division ratio between the frequency divider 6 and the frequency divider 4 is set as follows so that the frequency to be output from the output terminal 2 is obtained. That is, the frequency division ratio of the frequency divider 6 is set so that the frequency output from the reference oscillator 5 by the microcomputer 3 becomes a predetermined reference comparison frequency. Next, the frequency division ratio of the frequency divider 4 is set. Then, the oscillation output output from the voltage controlled oscillator 1 is divided by the frequency divider 4, the output is compared with the reference comparison frequency by the
[0004]
In other words, the
[0005]
Here,
[0006]
As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-261606
[Problems to be solved by the invention]
However, since such a conventional frequency synthesizer uses the unlock signal output from the
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves this problem and aims to provide a frequency synthesizer with a short switching time.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the frequency synthesizer of the present invention is provided with a switch capable of increasing the charge / discharge current generated by the charge pump when the enable signal is high , and the frequency dividing ratio of the frequency divider is changed by the switching means. when switching the in the lock-up time for the output of the voltage controlled oscillator settles to a steady state, the charge-discharge current value to the low pass filter of the charge pump to the time the enable signal is high, twice than the steady state The high time of the enable signal has a length proportional to the difference between the frequency before switching the output frequency output from the voltage controlled oscillator and the frequency after switching. Thereby, the switching time can be shortened.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to a first aspect of the present invention, a voltage controlled oscillator whose oscillation frequency is controlled by a control voltage, an output terminal to which an output of the voltage controlled oscillator is connected, and an output of the voltage controlled oscillator are connected. In addition, a divider capable of changing the division ratio by a clock signal, a data signal, and an enable signal output from the switching means, and the output of the divider is connected to one input and the other input is a reference A phase comparator to which an output of the oscillator is supplied; a charge pump to which the output of the phase comparator is connected; and a low-pass filter connected between the output of the charge pump and the input of the voltage controlled oscillator. the switch capable of increasing the charge and discharge current the enable signal is generated by the charge pump in the high time provided, the frequency divider in said switching means When switching the dividing ratio, in said voltage controlled oscillator lock-up time the output to settle to steady state, the charge-discharge current value to the low pass filter of the charge pump to the enable signal is high time constant always than, twice the time of high of the enable signal is a frequency synthesizer and a length of which is proportional to the difference in frequency after switching the frequency before switching of the output frequency output from the voltage controlled oscillator, the charge and discharge current Since the time for increasing can be controlled using the enable signal, the switching time can be shortened.
[0012]
In addition, since the enable signal is used, it is not necessary to provide a special signal line. Furthermore, the switching means can be easily programmed and the number of output terminals is not increased.
[0013]
Furthermore, the switching time can be controlled to the shortest time according to the difference in switching frequency.
[0014]
In addition, the switching time can be shortened while maintaining the steady state C / N in good condition and stabilizing the voltage controlled oscillator within the switching time.
[0015]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a frequency synthesizer according to the present invention. A voltage controlled
[0016]
Here, the
[0017]
The
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
By such control, the
[0021]
The operation of the frequency synthesizer configured as described above will be described below. First, the frequency division ratio of the
[0022]
That is, the phase comparator 27 controls the reference comparison frequency output from the
[0023]
Here, the charge / discharge current generated by the
[0024]
This is for shortening the frequency switching time, that is, the lock-up time. At the time of switching, the
[0025]
Here, the relationship between charge / discharge time and stability will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the
[0026]
FIG. 3A shows the characteristics when the length of the enable signal 40 (ON time 42) is controlled to increase the charge / discharge current increase time to 5 microseconds, and approximately 430 microseconds until the stable point 47 is reached. It depends. On the other hand, FIG. 3B shows a case where the length of the enable signal 40 (ON time 42), that is, the charge / discharge current increase time is controlled to 120 microseconds. In this case, the
[0027]
If the charge / discharge current is not switched at the time of frequency switching, it is considered that the characteristic is as shown in FIG. Further, when switching is performed using an unlock signal as in the conventional example, it is assumed that the result is as shown in FIG. The characteristic of FIG. 3B is shown when approximately 0.58 mA is applied when the charge / discharge current is increased. At this time, in a steady state, the current is reduced to about 0.29 mA, which is half, so that the C / N characteristic is improved. Thus, setting the charging / discharging current at the time of charging / discharging to approximately twice the steady current is important for shortening the lockup time while maintaining good C / N.
[0028]
FIG. 4 is a characteristic diagram when the frequency is switched. The
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the switch capable of increasing the charge / discharge current generated by the charge pump in the time when the enable signal is high is provided and the frequency dividing ratio of the frequency divider is switched by the switching means. in the lock-up time for the output of the voltage controlled oscillator settles to a steady state, the charge-discharge current value to the low pass filter of the charge pump to the time the enable signal is high, twice than the steady state, the enable signal The high time is set to a length proportional to the difference between the frequency before switching of the output frequency output from the voltage controlled oscillator and the frequency after switching.
[0030]
Thus , the charge / discharge current value to the low-pass filter of the charge pump is increased when the enable signal is high, and the high time of the enable signal is the frequency before switching the output frequency output from the voltage controlled oscillator. Since the length is proportional to the frequency difference after switching, the switching time can be shortened.
[0031]
In addition, since the enable signal is used, it is not necessary to provide a special signal line. Furthermore, the switching means can be easily programmed and the number of output terminals is not increased.
[Brief description of the drawings]
1 is a block diagram of a frequency synthesizer in an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a signal waveform diagram of a control signal supplied to a frequency divider. FIG. 3A is a voltage controlled oscillator. First signal waveform diagram of input signal (b) Same as above, second signal waveform diagram (c) Same as above, third signal waveform diagram [FIG. 4] (a) Same as above, output from voltage controlled oscillator FIG. 5B is a second frequency characteristic diagram of the signal to be transmitted. FIG. 5 is a block diagram of a conventional frequency synthesizer.
21
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