JP4355350B2 - 発振周波数制御回路 - Google Patents

Description

本発明は、発振器の発振周波数制御回路に係り、特に、外部基準信号に同期させ、自己の周波数を補正し、外部基準信号の検波の温度特性に応じて高安定な発振周波数制御回路に関する。

次世代移動体通信及び地上デジタル放送などの基地局では、周波数基準信号に対する要求精度は益々高まっている。
周波数基準信号として、セシウム周波数基準発振器、ルビシウム周波数基準発振器、ＧＰＳ信号による周波数同期型の基準発振器などが、放送、通信分野のシステムで利用されている。

しかしながら、これらの発振器は、一般的に高価であるため、それら発振器からの基準信号は分配して装置の基準信号源として使用される。
分配された基準信号は、通信システムの基準クロックに使用される。

具体的には、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路の位相比較のリファレンス信号、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの基準クロック信号、ＤＡ（Digital/Analog）コンバータ、ＡＤ（Analog/Digital）コンバータのサンプリングクロックとして使用される。

［従来のＰＬＬ回路：図６］
次に、従来のＰＬＬ回路について図６を参照しながら説明する。図６は、一般的ＰＬＬ回路の構成ブロック図である。
ＰＬＬ回路は、図６に示すように、外部基準信号（Ｆref ）と１／Ｎ分周された信号を比較し、位相差信号を出力する位相比較器（Phase Comparator）３２と、位相差をパルス幅の電圧で出力するチャージポンプ（Charge Pump）３３と、チャージポンプ３３からの出力電圧を平滑化するループフィルタ（Loop Filter）３４と、ループフィルタ３４からの制御電圧によって周波数を変更して希望する周波数（内部基準信号：Output Frequency）を発振出力する電圧制御機能付き水晶発振器（ＶＣＸＯ：Voltage Controlled Crystal Oscillator）３５と、ＶＣＸＯ３５の出力（内部基準信号）を１／Ｎに分周する分周器（Divider）３６とを備えている。
尚、内部基準信号は、Ｎ×Ｆref の信号である。

ＰＬＬ回路は、外部より入力された基準信号と内部のＶＣＸＯ３５の位相差が一定になるよう、内部のＶＣＸＯ３５に対してフィードバック制御をかけることで、基準信号に同期した発振器出力を得るものである。

具体的には、位相比較器３２は、高安定な外部基準信号と、入力電圧により周波数制御するＶＣＸＯ３５からの出力信号との位相を比較し、位相比較結果を平滑化した直流電圧がＶＣＸＯ３５にフィードバックされるＰＬＬ制御を行うことで、高精度の信号生成を行うものである。ＰＬＬ回路は、通信、放送装置などにおいて広く使用されている。

尚、従来の発振器における発振周波数制御回路に関する先行技術として、特開２０００−０８３００３号公報（特許文献１）、特開２００３−１７９４８９号公報（特許文献２）がある。

特許文献１には、周波数カウンタがパルス幅に対応する時間内に入力されるＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）の出力信号に同期した計数動作を行っており、ＶＣＯの発振周波数に対応した計数値がラッチ回路に保持され、ＣＰＵは係数値が所定範囲内から外れている場合には、ＶＣＯの印加電圧を変化させてフリーラン周波数が所定範囲になるよう調整するフリーラン周波数調整方式が記載されている。

また、特許文献２には、マイクロコンピュータが、位相比較器の出力が所定レベルにある期間中にＶＣＯの出力パルス信号のパルスをカウントし、そのカウント値に応じて制御用のデータを更新し、そのデータをＤＡＣ（Digital Analog Converter）でアナログ信号としてＬＰＦ（Low Pass Filter）からの信号と結合させてＶＣＯの周波数制御信号とする電圧制御発振器の自走周波数の自動調整機能を有する位相ロックループ回路が記載されている。

特開２０００−０８３００３号公報 特開２００３−１７９４８９号公報

しかしながら、上記従来のＰＬＬ回路では、外部基準信号の入力レベルが適正な範囲内であれば問題はないが、適正範囲外となった場合、安定した外部区人同期動作を行うことができないという問題点があった。

更に、外部基準信号の入力レベルが適正範囲内か適正範囲外かは、外部基準信号を検波するフィルタ、増幅器、検波回路等に温度特性がある場合には、一定の入力レベルであっても、その温度特性によって検波電圧が変動してしまい、適正範囲の内外を決定するのが困難であるという問題点があった。

また、特許文献１，２では、ＶＣＯの出力をカウントして、若しくは位相比較器の出力をカウントして自走周波数の調整を行うものであるが、外部基準信号の異常を直接検出して周波数調整を適正に行うものとはなっていなかった。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、自己の周波数を補正し、外部基準信号の検波における温度特性に応じて外部基準信号の入力レベルの適正範囲内を特定し、その適正範囲の内外に対して電圧制御発振器の制御電圧を制御して高安定な発振周波数制御回路を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するために本発明は、発振周波数制御回路において、電圧制御発振器と、電圧制御発振器からの出力を分周する分周器と、外部基準信号と分周器からの出力の位相を比較し、位相差信号を出力する位相比較器と、位相比較器からの出力を平滑化して出力するループフィルタと、外部基準信号の入力レベルを検波する検波回路と、検波回路近傍の温度を検出する温度センサと、外部基準信号の検波電圧に対して温度特性に応じた適正範囲内及び適正範囲外を特定するための電圧値を記憶するメモリと、固定電圧を供給する固定電圧供給回路と、外部基準同期モードとして位相比較器とループフィルタとを接続し、または固定電圧モードとして固定電圧供給回路とループフィルタとの接続する選択スイッチと、検波回路で検出された外部基準信号レベルの検波電圧が温度センサで検出された温度の温度特性に応じた適正範囲内であれば外部基準同期モードとして選択スイッチを切り替える制御信号を出力し、検波電圧が温度センサで検出された温度の温度特性に応じた適正範囲外であれば固定電圧モードとして選択スイッチを切り替える制御信号を出力する制御部とを有することを特徴とする。

本発明は、上記発振周波数制御回路において、制御部が、起動時に固定電圧モードとなるよう選択スイッチを切り替える制御信号を出力し、検波回路で検波された外部基準信号レベルの検波電圧が適正範囲内になると、外部基準同期モードとなるよう選択スイッチを切り替える制御信号を出力することを特徴とする。

本発明は、上記発振周波数制御回路において、外部基準信号レベルの検波電圧に対して温度特性に応じた適正範囲内及び適正範囲外を特定するための電圧値は、温度特性に応じた検波しきい値を基に当該温度特性毎にメモリに記憶されることを特徴とする。

本発明は、上記発振周波数制御回路において、外部基準信号レベルの検波電圧に対して温度特性に応じた適正範囲内及び適正範囲外を特定するための電圧値が、温度特性毎に、適正範囲の上限値ＨＬ、適正範囲の下限値ＬＨ、適正範囲外との境目で許容できる上限許容値ＨＨ、適正範囲外との境目で許容できる下限許容値ＬＬをメモリに記憶することを特徴とする。

本発明は、上記発振周波数制御回路において、制御部が、外部基準信号レベルの検波電圧の値が適正範囲内にある場合で、検波電圧の値が上昇して上限値ＨＬ以上となり、上限許容値ＨＨを上回った時に、若しくは、検波電圧の値が下降して下限値ＬＨ以下となり、下限許容値ＬＬを下回った時に、固定電圧モードとなるよう選択スイッチを切り替える制御信号を出力し、外部基準信号レベルの検波電圧の値が適正範囲外にある場合で、検波電圧の値が上昇して下限許容値ＬＬを上回り、適正範囲の下限値ＬＨ以上となった時に、若しくは、検波電圧の値が下降して上限許容値ＨＨを下回り、適正範囲の上限値ＨＬ以下となった時に、外部基準同期モードとなるよう選択スイッチを切り替える制御信号を出力することを特徴とする。

本発明によれば、電圧制御発振器と、電圧制御発振器からの出力を分周する分周器と、外部基準信号と分周器からの出力の位相を比較し、位相差信号を出力する位相比較器と、位相比較器からの出力を平滑化して出力するループフィルタと、外部基準信号の入力レベルを検波する検波回路と、検波回路近傍の温度を検出する温度センサと、外部基準信号の検波電圧に対して温度特性に応じた適正範囲内及び適正範囲外を特定するための電圧値を記憶するメモリと、固定電圧を供給する固定電圧供給回路と、外部基準同期モードとして位相比較器とループフィルタとを接続し、または固定電圧モードとして固定電圧供給回路とループフィルタとの接続する選択スイッチと、検波回路で検出された外部基準信号レベルの検波電圧が温度センサで検出された温度の温度特性に応じた適正範囲内であれば外部基準同期モードとして選択スイッチを切り替える制御信号を出力し、検波電圧が温度センサで検出された温度の温度特性に応じた適正範囲外であれば固定電圧モードとして選択スイッチを切り替える制御信号を出力する制御部とを有する発振周波数制御回路としているので、自己の周波数を補正し、外部基準信号の検波における温度特性に応じて外部基準信号の入力レベルの適正範囲を特定し、その適正範囲の内外に対して電圧制御発振器の制御電圧を制御して高安定な発振動作を行うことができる効果がある。

本発明によれば、制御部が、起動時に固定電圧モードとなるよう選択スイッチを切り替える制御信号を出力し、検波回路で検波された外部基準信号レベルの検波電圧が適正範囲内になると、外部基準同期モードとなるよう選択スイッチを切り替える制御信号を出力する上記発振周波数制御回路としているので、起動時にも安定した外部基準同期動作を行うことができる効果がある。

本発明によれば、制御部が、外部基準信号レベルの検波電圧の値が適正範囲内にある場合で、検波電圧の値が上昇して上限値ＨＬ以上となり、上限許容値ＨＨを上回った時に、若しくは、検波電圧の値が下降して下限値ＬＨ以下となり、下限許容値ＬＬを下回った時に、固定電圧モードとなるよう選択スイッチを切り替える制御信号を出力し、外部基準信号レベルの検波電圧の値が適正範囲外にある場合で、検波電圧の値が上昇して下限許容値ＬＬを上回り、適正範囲の下限値ＬＨ以上となった時に、若しくは、検波電圧の値が下降して上限許容値ＨＨを下回り、適正範囲の上限値ＨＬ以下となった時に、外部基準同期モードとなるよう選択スイッチを切り替える制御信号を出力する上記発振周波数制御回路としているので、適正範囲内と適正範囲外の境目で頻繁に選択スイッチが切り替わることがなく、切替動作を安定化できる効果がある。

［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態に係る発振周波数制御回路は、電圧制御発振器と、電圧制御発振器からの出力を分周する分周器と、外部基準信号と分周器からの出力の位相を比較し、位相差信号を出力する位相比較器と、位相比較器からの出力を平滑化して出力するループフィルタと、外部基準信号の入力レベルを検波する検波回路と、検波回路近傍の温度を検出する温度センサと、外部基準信号の検波電圧に対して温度特性に応じた適正範囲内及び適正範囲外を特定するための電圧値を記憶するメモリと、固定電圧を供給する固定電圧供給回路と、外部基準同期モードとして位相比較器とループフィルタとを接続し、または固定電圧モードとして固定電圧供給回路とループフィルタとの接続する選択スイッチと、検波回路で検出された外部基準信号レベルの検波電圧が温度センサで検出された温度の温度特性に応じた適正範囲内であれば外部基準同期モードとして選択スイッチを切り替える制御信号を出力し、検波電圧が温度センサで検出された温度の温度特性に応じた適正範囲外であれば固定電圧モードとして選択スイッチを切り替える制御信号を出力する制御部とを有するものであり、自己の周波数を補正し、外部基準信号の検波における温度特性に応じて外部基準信号の入力レベルの適正範囲を特定し、その適正範囲の内外に対して電圧制御発振器の制御電圧を制御して高安定な発振動作を行うことができるものである。

［発振周波数制御回路：図１］
本発明の実施の形態に係る発振周波数制御回路について図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る発振周波数制御回路の構成ブロック図である。
本発明の実施の形態に係る発振周波数制御回路（本回路）は、図１に示すように、フィルタ１１と、位相比較器１２と、選択スイッチ１３と、ループフィルタ１４と、電圧制御発振器１５と、分周器１６と、検波回路１７と、増幅器１８と、増幅器１９と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０と、メモリ２１と、温度センサ２２と、固定電圧供給回路２３と、ＡＤコンバータ２４と、ＡＤコンバータ２５とから構成されている。

［本回路の各部］
フィルタ１１は、例えば、１０ＭＨｚの外部基準信号（外部ＲＥＦ）を帯域制限するフィルタである。基本構成として必須ではないが、外部基準信号の高周波成分を除去する働きがある。
増幅器１９は、フィルタ１１からの出力信号を増幅して位相比較器１２と検波回路１７に出力する。

位相比較器１２は、増幅器１９から出力された基準信号と、分周器１６で分周された信号の位相を比較し、位相差信号を出力する。
尚、位相比較器１２は、外部基準信号と分周信号との位相を比較して同期（ロック）を検出した場合は、ＣＰＵ２０にロック検出信号を出力し、非同期（アンロック）を検出した場合は、ＣＰＵ２０にアンロック検出信号を出力する。

選択スイッチ１３は、ＣＰＵ２０からの切替制御信号により、位相比較器１２とループフィルタ１４とを接続し、また、固定電圧供給回路２３とループフィルタ１４とを接続するために切り替えを行う。

つまり、選択スイッチ１３は、ＣＰＵ２０から位相比較器１２とループフィルタ１４とを接続して外部基準信号で動作させる外部基準同期モード（Ｂ）を選択する切替制御信号（外部基準同期モード選択信号）が入力されると、位相比較器１２とループフィルタ１４とを接続し、ＣＰＵ２０から固定電圧供給回路２３とループフィルタ１４とを接続して固定電圧で動作させる固定電圧モード（Ａ）を選択する切替制御信号（固定電圧モード選択信号）が入力されると、固定電圧供給回路２３とループフィルタ１４とを接続するものである。

ループフィルタ１４は、位相比較器１２からの出力電圧を平滑化するフィルタであり、つまり、電圧制御発振器１５に入力される制御電圧を平滑化するものである。
電圧制御発振器１５は、ループフィルタ１４からの制御電圧によって周波数を変更して希望する周波数（内部基準信号）を発振出力する。
尚、電圧制御発振器（ＶＣＯ）の代わりに、電圧制御付き水晶発振器（ＶＣＸＯ）、電圧制御機能付き恒温槽水晶発振器（ＶＣ−ＯＣＸＯ）等を用いてもよい。

分周器１６は、電圧制御発振器１５から出力される内部基準信号を１／Ｎに分周する。
検波回路１７は、増幅器１９からの出力信号のレベル検波を行う。
増幅器１８は、検波回路１７で検波された信号を増幅する。

温度センサ２２は、フィルタ１１、検波回路１７、増幅器１８，１９の検波特性に影響する回路の近傍に設けられ、測定した温度の値をＡＤコンバータ２５に出力する。
ＡＤコンバータ２４は、増幅器１８から出力された外部ＲＥＦの検出レベルをアナログ信号からデジタル信号に変換してＣＰＵ２０に出力する。
ＡＤコンバータ２５は、温度センサ２２からの温度の値をアナログ信号からデジタル信号に変換して温度情報をＣＰＵ２０に入力する。

ＣＰＵ２０は、ＡＤコンバータ２５からの温度情報を受け、温度情報の値が常温時の範囲、低温時の範囲、高温時の範囲であるかを判定し、それに応じた検波しきい値を設定する。
具体的には、ＣＰＵ２０は、温度センサ２２で検出された温度の値が常温時の範囲の下限値（Ｔａ）より低い低温時の範囲（＜Ｔａ）であるか、常温時の範囲の上限値（Ｔｂ）より高い高温時の範囲（Ｔｂ＜）であるか、常温時の範囲内（Ｔａ≦、≦Ｔｂ）にあるのかを判定する。

そして、ＣＰＵ２０は、上記３つの範囲に対応してメモリ２１に記憶されている各検波しきい値を読み込み、外部ＲＥＦのレベル検出用の検波しきい値として内部に設定する。
具体的には、常温時の範囲内（Ｔａ≦、≦Ｔｂ）であれば、温度オフセットがなく、検波しきい値Ｖが設定され、低温時の範囲（＜Ｔａ）であれば、温度オフセットが＋Ｖａが設けられた検波しきい値Ｖ＋Ｖａが設定され、高温時の範囲（Ｔｂ＜）であれば、温度オフセットが−Ｖｂが設けられた検波しきい値Ｖ−Ｖｂが設定される。
ＣＰＵ２０における検出温度と検波しきい値の設定処理の詳細につては後述する。

また、ＣＰＵ２０は、ＡＤコンバータ２４からの外部ＲＥＦの検出されたレベル（外部ＲＥＦ検波電圧）を受け、上記設定された検波しきい値から求められる適正範囲（電圧ＬＨ≦外部ＲＥＦ検波電圧≦電圧ＨＬ）であるか否かを判定し、適正範囲内であればステータス２となり、適正範囲の外側に設けられた下限の許容値（下限許容値：電圧ＬＬ［ＬＬ＜ＬＨ］）、適正範囲の外側に設けられた上限の許容値（上限許容値：電圧ＨＨ［ＨＬ＜ＨＨ］）に対して、電圧ＨＨ＜外部ＲＥＦ検波電圧であるか、または外部ＲＥＦ検波電圧＜電圧ＬＬである場合（許容範囲外）はステータス３となり、電圧ＬＬ≦外部ＲＥＦ検波電圧＜電圧ＬＨであるか、または電圧ＨＬ＜外部ＲＥＦ検波電圧≦電圧ＨＨである場合（適正範囲ではないが許容範囲）にはステータス１となる。
外部ＲＥＦ検波電圧の適正範囲、許容値、許容範囲、許容範囲外、ステータスの詳細については後述する。

また、ＣＰＵ２０は、ステータスに応じて固定電圧モード（Ａ）又は外部ＲＥＦモード（Ｂ）のいずれかになるよう選択スイッチ１３に対して切替制御信号を出力している。
ステータスに応じたモード選択の詳細は後述する。

メモリ２１は、温度特性に応じた検波しきい値、温度オフセットがある場合はオフセット値、温度特性に応じて適正範囲の上限値ＨＬ、上限許容値ＨＨ、適正範囲の下限値ＬＨ、下限許容値ＬＬを各々記憶している。
具体的には、メモリ２１には、常温の場合の検波しきい値Ｖ、高温の場合の検波しきい値Ｖ−Ｖｂ、低温の場合の検波しきい値Ｖ＋Ｖａが記憶され、更に、それら検波しきい値に対応して、常温、高温、低温における各々の適正範囲の上限値ＨＬ、上限許容値ＨＨ、適正範囲の下限値ＬＨ、下限許容値ＬＬが記憶されている。

尚、本回路において、外部基準信号の入力異常については、検波回路１７及び増幅器１８から出力される外部ＲＥＦの検出レベルによってＣＰＵ２０は、認識できるため、位相比較器１２からのアンロック検出信号は用いていない。

［外部ＲＥＦレベル検出：図２］
次に、ＣＰＵ２０における外部ＲＥＦレベル検出の処理について図２を参照しながら説明する。図２は、外部基準信号レベル検出の概要を示す図である。
図２では、外部基準信号入力レベル［ｄＢｍ］に対する外部ＲＥＦレベル検出電圧［Ｖ］の曲線を示しており、当該曲線の特性に対してシミュレーション及び実験等によって外部ＲＥＦ検波電圧の適正範囲内及び適正範囲外が設定される。この適正範囲の上限値を電圧ＨＬとし、下限値を電圧ＬＨとし、適正範囲外の境目となる上限許容値を電圧ＨＨとし、下限許容値を電圧ＬＬとする。

基本的には、上記適正範囲内では、外部基準同期モード（Ｂ）を採用して、外部基準信号に同期させるものであり、適正範囲外では、固定電圧モード（Ａ）を採用して、固定電圧に切り替えるようになっている。

ここで、適正範囲周辺で、外部基準同期モード（Ｂ）と固定電圧モード（Ａ）の切替が頻繁に起こらないように、切替動作を安定させるために、適正範囲の上限値ＨＬより大きい電圧ＨＨ（上限許容値）と適正範囲の下限値ＬＨより小さい電圧ＬＬ（下限許容値）を設け、電圧ＨＨより外部ＲＥＦレベル検出電圧が大きい場合は適正範囲外とし、電圧ＬＬより外部ＲＥＦレベル検出電圧が小さい場合も適正範囲外とする。

ＣＰＵ２０は、外部ＲＥＦレベル検出電圧が適正範囲内にある場合で、当該検出電圧が上昇して電圧ＨＬを超え、電圧ＨＨになるまでは、また、当該検出電圧が下降して電圧ＬＨを超え、電圧ＬＬになるまでは、ＣＰＵ２０は外部基準同期モード（Ｂ）を維持する。
そして、外部ＲＥＦレベル検出電圧が電圧ＨＨを上回った場合には、または、電圧ＬＬを下回った場合には、ＣＰＵ２０は適正範囲外として固定電圧モード（Ａ）に切り替える。

更に、ＣＰＵ２０は、外部ＲＥＦレベル検出電圧が電圧ＨＨ以上であって、徐々に下降して電圧ＨＨとなっても固定電圧モード（Ａ）を維持し、電圧ＨＬまで下降すると外部基準同期モード（Ｂ）に切り替える。
また、ＣＰＵ２０は、外部ＲＥＦレベル検出電圧が電圧ＬＬ以下であって、徐々に上昇して電圧ＬＬとなっても固定電圧モード（Ａ）を維持し、電圧ＬＨまで上昇すると外部基準同期モード（Ｂ）に切り替える。

本回路においては、適正範囲の上限値ＨＬと下限値ＬＨ、適正範囲外の下限値（上限許容値）ＨＨと適正範囲外の上限値（下限許容値）ＬＬを用い、外部基準同期モード（Ｂ）から固定電圧モード（Ａ）への切替は、上限許容値ＨＨと下限許容値ＬＬを利用し、固定電圧モード（Ａ）から外部基準同期モード（Ｂ）への切替は、適正範囲の上限値ＨＬと下限値ＬＨを利用している。

［外部ＲＥＦ検波電圧の温度特性：図３］
ここで、本回路において、適正範囲の下限値ＬＨと下限許容値ＬＬ、適正範囲の上限値ＨＬと上限許容値ＨＨとを特定する方法について図３を参照しながら説明する。図３は、低入力時の外部基準信号検波電圧の温度特性を示す図である。
尚、上記各値を得るためには、低入力時と高入力時の両方について値を特定する必要があるが、図３では、低入力時の例を基に説明する。

外部ＲＥＦ検波電圧の温度特性は、図３に示すように、低温時、常温時、高温時の順に３本の斜線で表すことができる。尚、温度センサ２２で検出される温度について、予め、低温時、常温時、高温時に相当する温度範囲が定められている。

温度センサ２２で検出された温度が常温時の温度範囲にある場合、外部ＲＥＦ入力レベルの適正範囲となる常温時しきい値Ｖを求め、その常温時しきい値Ｖを適正範囲の下限値ＬＨとし、更に下限許容値ＬＬを特定する。
図３では、外部ＲＥＦ入力レベルが約−２２ｄＢｍの時の外部ＲＥＦレベル検出電圧、約１．９５Ｖが適正範囲の下限値ＬＨであり、外部ＲＥＦ入力レベルが約−２３ｄＢｍの時の外部ＲＥＦレベル検出電圧、約１．８０Ｖが下限許容値ＬＬとしている。

温度センサ２２で検出された温度が低温時の温度範囲にある場合、外部ＲＥＦ入力レベルの適正範囲となる低温時しきい値Ｖ＋Ｖａを求め、その低温時しきい値Ｖ＋Ｖａを適正範囲の下限値ＬＨとし、更に下限許容値ＬＬを特定する。
図３では、外部ＲＥＦ入力レベルが約−２２ｄＢｍの時の外部ＲＥＦレベル検出電圧、約２．２５Ｖが適正範囲の下限値ＬＨであり、外部ＲＥＦ入力レベルが約−２３ｄＢｍの時の外部ＲＥＦレベル検出電圧、約２．１０Ｖが下限許容値ＬＬとしている。

温度センサ２２で検出された温度が高温時の温度範囲にある場合、外部ＲＥＦ入力レベルの適正範囲となる高温時しきい値Ｖ−Ｖｂを求め、その高温時しきい値Ｖ−Ｖｂを適正範囲の下限値ＬＨとし、更に下限許容値ＬＬを特定する。
図３では、外部ＲＥＦ入力レベルが約−２２ｄＢｍの時の外部ＲＥＦレベル検出電圧、約１．６５Ｖが適正範囲の下限値ＬＨであり、外部ＲＥＦ入力レベルが約−２３ｄＢｍの時の外部ＲＥＦレベル検出電圧、約１．５０Ｖが下限許容値ＬＬとしている。

このように、温度センサ２２で検出された温度が、低温、常温、高温の場合に応じた温度特性に従って、それぞれの適正範囲の下限値ＬＨと下限許容値ＬＬを特定して、図２に示した適正範囲内外を特定する適正範囲の下限値ＬＨと下限許容値ＬＬとして利用する。
図３の例では、低入力時の例について説明したが、同様にして高入力時でも、適正範囲の上限値ＨＬと上限許容値ＨＨを特定して利用するようになっている。

上記図３の例では、低温時、常温時、高温時の３つの温度特性に類型化してＬＬ，ＬＨ，ＨＬ，ＨＨの４つの値を特定していたが、更に細分化するか、若しくは温度毎に算出した温度特性に応じて、検出温度毎の上記４つの値を特定するようにしてもよい。
この場合、メモリ２１に温度毎の上記４つの値をテーブル（適正範囲特定テーブル）で記憶し、ＣＰＵ２０は、検出された温度の値によって、適正範囲特定テーブルを参照して上記４つの値を取得するようにしてもよい。

［本回路の動作］
本回路における動作について説明する。
本回路は、起動時、ＣＰＵ２０は、固定電圧モード（Ａ）を選択するよう切替制御信号を選択スイッチ１３に出力し、選択スイッチ１３は、固定電圧供給回路２３とループフィルタ１４を接続した状態となる。これにより、固定電圧供給回路２３から供給される固定電圧がループフィルタ１４を介して電圧制御発振器１５に入力され、電圧制御発振器１５で発振動作を行う。

そして、ＣＰＵ２０は、ＡＤコンバータ２５からの温度情報とＡＤコンバータ２４からの外部ＲＥＦレベル検出電圧の情報から外部基準信号が適正範囲内になったか否かを判定し、適正範囲内になったのであれば、外部基準同期モード（Ｂ）を選択するよう切替制御信号を選択スイッチ１３に出力し、選択スイッチ１３は、位相比較器１２とループフィルタ１４を接続した状態にする。これにより、位相比較器１２は、外部基準信号と分周器１６からの信号の位相差の信号を、ループフィルタ１４を介して電圧制御発振器１５に出力し、電圧制御発振器１５における発振周波数を制御する。

また、本回路において、外部基準信号は、検波回路１７で検波され、増幅器１８で増幅されて、外部ＲＥＦのレベルが検出され、ＡＤコンバータ２４を介してＣＰＵ２０に出力される。

ＣＰＵ２０では、入力された外部ＲＥＦの検出レベルが、温度センサ２２で検出された温度に応じて特定される適正範囲内であるか否かを判定する。
具体的には、ＣＰＵ２０は、メモリ２１に記憶された温度特性に応じた適正範囲を示す上限値ＨＬと下限値ＬＨ、上限許容値ＨＨと下限許容値ＬＬを読み込み、上限値ＨＬと下限値ＬＨとの間に外部ＲＥＦの検出レベルの値があれば適正範囲内と判定し、外部ＲＥＦの検出レベルの値が上限許容値ＨＨより大きい場合、下限許容値ＬＬより小さい場合には適正範囲外と判定する。

判定結果、ＣＰＵ２０は、適正範囲内であれば、正常状態として、外部基準同期モード（Ｂ）を選択する切替制御信号を選択スイッチ１３に出力して、位相比較器１２とループフィルタ１４との接続を行い、適正範囲外であれば、異常状態として、固定電圧モード（Ａ）を選択する切替制御信号を選択スイッチ１３に出力して、固定電圧供給回路２３とループフィルタ１４との接続を行う。

これにより、外部基準信号に異常が発生した場合、特に、外部基準信号の入力がなくなった場合（自走の場合）等に、ＣＰＵ２０は、検波回路１７、増幅器１８からの出力により直ちに異常を検出し、位相比較器１２の出力を切断して、固定電圧供給回路２３から供給される固定電圧で電圧制御発振器１５を制御する。
つまり、起動時及び異常時に、位相比較器１２の出力に代えて、固定電圧供給回路２３からの出力を用いることで、電圧制御発振器１５での周波数発振を適正化できるものである。

［ステータス特定処理：図４］
次に、温度特性に応じたステータス（状態）特定処理について図４を参照しながら説明する。図４は、温度特性に応じたステータス特定処理のフローチャートである。
ＣＰＵ２０は、図５に示すように、温度センサ２２で検出された温度の値をＡＤコンバータ２４がデジタル値に変換してＣＰＵ２０に出力し、その温度情報の判定を行う（Ｓ１１）。

ＣＰＵ２０は、温度が常温時（Ｔａ≦、≦Ｔｂ）の場合、メモリ２１に記憶された常温時の検波しきい値Ｖ（温度オフセットなし）を設定し（Ｓ１３）、温度が低温時（＜Ｔａ）の場合、メモリ２１に記憶された低温時の検波しきい値Ｖ＋Ｖａ（温度オフセット＋Ｖａ）を設定し（Ｓ１４）、温度が高温時（Ｔｂ＜）の場合、メモリ２１に記憶された高温時の検波しきい値Ｖ−Ｖｂ（温度オフセット−Ｖｂ）を設定し（Ｓ１２）する。

次に、ＣＰＵ２０は、ＡＤコンバータ２４から入力される外部ＲＥＦレベル検出電圧の値を入力し、処理Ｓ１２〜Ｓ１４で設定した検波しきい値に対応する適正範囲の上限値ＨＬ、下限値ＬＨ、上限許容値ＨＨ、下限許容値ＬＬをメモリ２１から取得する（Ｓ１６）。

そして、ＣＰＵ２０は、入力した外部ＲＥＦレベル検出電圧（外部ＲＥＦレベル検波電圧）について、適正範囲内にあるか否か、つまり、適正範囲の下限値ＬＨ≦外部ＲＥＦレベル検波電圧≦適正範囲の上限値ＨＬの関係にあるか否かを判定する（Ｓ１６）。

適正範囲の下限値ＬＨ≦外部ＲＥＦレベル検波電圧≦適正範囲の上限値ＨＬの関係にあれば（Ｙｅｓの場合）、状態を適正範囲内とする「ステータス２」に特定する（Ｓ１７）。
適正範囲の下限値ＬＨ≦外部ＲＥＦレベル検波電圧≦適正範囲の上限値ＨＬの関係になければ（Ｎｏの場合）、次に、適正範囲外にあるか否か、つまり、上限許容値ＨＨ＜外部ＲＥＦレベル検波電圧、若しくは、外部ＲＥＦレベル検波電圧＜下限許容値ＬＬの関係にあるか否か判定する（Ｓ１８）。

そして、上限許容値ＨＨ＜外部ＲＥＦレベル検波電圧、若しくは、外部ＲＥＦレベル検波電圧＜下限許容値ＬＬの関係にあれば（Ｙｅｓの場合）、状態を適正範囲外とする「ステータス３」に特定する（Ｓ２０）。
また、上限許容値ＨＨ＜外部ＲＥＦレベル検波電圧、若しくは、外部ＲＥＦレベル検波電圧＜下限許容値ＬＬの関係になければ（Ｎｏの場合）、状態を適正範囲ではないが許容範囲とする「ステータス１」に特定する（Ｓ１９）。

尚、図４の処理は、常時、若しくは定期的に行われており、ステータスは随時特定され、温度変化に応じて変化するようになっている。

［選択スイッチ切替制御処理：図５］
次に、上記特定されたステータスに従った選択スイッチ切替制御処理について図５を参照しながら説明する。図５は、選択スイッチ切替制御処理のフローチャートである。
図５に示すように、ＣＰＵ２０は、本回路の起動時は、固定電圧モード（Ａ）を選択する切替制御信号を選択スイッチ１３に出力し、固定電圧供給回路２３から供給される固定電圧をループフィルタ１４に出力させる（Ｓ２１）。

ＣＰＵ２０は、図４で特定されたステータスの情報に基づいて、まず、適正範囲外とする「ステータス３」であるか否かを判定し（Ｓ２２）、「ステータス３」であれば（Ｙｅｓの場合）、処理Ｓ２１に戻る。

「ステータス３」でなければ（Ｎｏの場合）、ＣＰＵ２０は、適正範囲ではないが許容範囲とする「ステータス１」であるか否かを判定し（Ｓ２３）、「ステータス１」であれば（Ｙｅｓの場合）、処理Ｓ２１に戻る。

「ステータス１」でなければ（Ｎｏの場合）、ＣＰＵ２０は、適正範囲内とする「ステータス２」であるか否かを判定し（Ｓ２４）、「ステータス２」でなければ（Ｎｏの場合）、判定処理Ｓ２２に戻る。

また、「ステータス２」であれば（Ｙｅｓの場合）、ＣＰＵ２０は、外部基準同期モード（Ｂ）を選択する切替制御信号を選択スイッチ１３に出力し、位相比較器１２からの電圧をループフィルタ１４に出力させる（Ｓ２５）。

そして、ＣＰＵ２０は、更に、適正範囲内とする「ステータス２」であるか否かを判定し（Ｓ２４）、「ステータス２」であれば（Ｙｅｓの場合）、処理Ｓ２５に戻る。
「ステータス２」でなければ（Ｎｏの場合）、ＣＰＵ２０は、適正範囲ではないが許容範囲とする「ステータス１」であるか否かを判定し（Ｓ２７）、「ステータス１」であれば（Ｙｅｓの場合）、処理Ｓ２５に戻る。

「ステータス１」でなければ（Ｎｏの場合）、ＣＰＵ２０は、適正範囲外とする「ステータス３」であるか否かを判定し（Ｓ２２）、「ステータス３」でなければ（Ｎｏの場合）、判定処理Ｓ２６に戻る。
そして、ＣＰＵ２０は、「ステータス３」であれば（Ｙｅｓの場合）、処理Ｓ２１に戻る。
以上のようにして、ＣＰＵ２０は、選択スイッチ１３の切替制御処理を行うものである。

［実施の形態の効果］
本回路によれば、温度センサ２２で検出された温度に対応する温度特性から求められるしきい値に基づいて適正範囲内及び適正範囲外を変化させ、起動時又は適正範囲外では固定電圧モード（Ａ）を選択し、適正範囲内では外部基準同期モード（Ｂ）を選択するようにしているので、電圧制御発振器１５を安定的に発振制御できる効果がある。

また、本回路によれば、適正範囲内及び適正範囲外の判定に、適正範囲の上限値ＨＬ、下限値ＬＨ、上限許容値ＨＨ、下限許容値ＬＬを用いて選択スイッチ１３を切り替えるようにしているので、選択スイッチ１３が頻繁に切り替わることがなく、安定的な切替動作を行うことができる効果がある。

本発明は、自己の周波数を補正し、外部基準信号の検波における温度特性に応じて外部基準信号の入力レベルの適正範囲内を特定し、その適正範囲の内外に対して電圧制御発振器の制御電圧を制御して高安定な発振周波数制御回路に好適である。

本発明の実施の形態に係る発振周波数制御回路の構成ブロック図である。 外部基準信号レベル検出の概要を示す図である。 低入力時の外部基準信号検波電圧の温度特性を示す図である。 温度特性に応じたステータス特定処理のフローチャートである。 選択スイッチ切替制御処理のフローチャートである。 一般的ＰＬＬ回路の構成ブロック図である。

符号の説明

１１…フィルタ、 １２…位相比較器、 １３…選択スイッチ、 １４…ループフィルタ、 １５…電圧制御発振器、 １６…分周器、 １７…検波回路、 １８…増幅器、 １９…増幅器、 ２０…ＣＰＵ、 ２１…メモリ、 ２２…温度センサ、 ２３…固定電圧供給回路、 ２４…ＡＤコンバータ、 ２５…ＡＤコンバータ、 ３２…位相比較器、 ３３…チャージポンプ、 ３４…ループフィルタ、 ３５…ＶＣＸＯ、 ３６…分周器

Claims (5)

1. 電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器からの出力を分周する分周器と、外部基準信号と前記分周器からの出力の位相を比較し、位相差信号を出力する位相比較器と、前記位相比較器からの出力を平滑化して出力するループフィルタと、外部基準信号の入力レベルを検波する検波回路と、前記検波回路近傍の温度を検出する温度センサと、外部基準信号の検波電圧に対して温度特性に応じた適正範囲内及び適正範囲外を特定するための電圧値を記憶するメモリと、固定電圧を供給する固定電圧供給回路と、外部基準同期モードとして前記位相比較器と前記ループフィルタとを接続し、または固定電圧モードとして前記固定電圧供給回路と前記ループフィルタとの接続する選択スイッチと、前記検波回路で検出された外部基準信号レベルの検波電圧が前記温度センサで検出された温度の温度特性に応じた前記適正範囲内であれば前記外部基準同期モードとして前記選択スイッチを切り替える制御信号を出力し、前記検波電圧が前記温度センサで検出された温度の温度特性に応じた前記適正範囲外であれば前記固定電圧モードとして前記選択スイッチを切り替える制御信号を出力する制御部とを有することを特徴とする発振周波数制御回路。
2. 制御部は、起動時に固定電圧モードとなるよう選択スイッチを切り替える制御信号を出力し、検波回路で検波された外部基準信号レベルの検波電圧が適正範囲内になると、外部基準同期モードとなるよう選択スイッチを切り替える制御信号を出力することを特徴とする請求項１記載の発振周波数制御回路。
3. 外部基準信号レベルの検波電圧に対して温度特性に応じた適正範囲内及び適正範囲外を特定するための電圧値は、温度特性に応じた検波しきい値を基に当該温度特性毎にメモリに記憶されることを特徴とする請求項１又は２記載の発振周波数制御回路。
4. 外部基準信号レベルの検波電圧に対して温度特性に応じた適正範囲内及び適正範囲外を特定するための電圧値は、温度特性毎に、適正範囲の上限値ＨＬ、適正範囲の下限値ＬＨ、適正範囲外との境目で許容できる上限許容値ＨＨ、適正範囲外との境目で許容できる下限許容値ＬＬをメモリに記憶することを特徴とする請求項３記載の発振周波数制御回路。
5. 制御部は、外部基準信号レベルの検波電圧の値が適正範囲内にある場合で、前記検波電圧の値が上昇して上限値ＨＬ以上となり、上限許容値ＨＨを上回った時に、若しくは、前記検波電圧の値が下降して下限値ＬＨ以下となり、下限許容値ＬＬを下回った時に、固定電圧モードとなるよう選択スイッチを切り替える制御信号を出力し、
   外部基準信号レベルの検波電圧の値が適正範囲外にある場合で、前記検波電圧の値が上昇して下限許容値ＬＬを上回り、適正範囲の下限値ＬＨ以上となった時に、若しくは、前記検波電圧の値が下降して上限許容値ＨＨを下回り、適正範囲の上限値ＨＬ以下となった時に、外部基準同期モードとなるよう選択スイッチを切り替える制御信号を出力することを特徴とする請求項４記載の発振周波数制御回路。

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