JP4780176B2 - スペクトラム拡散回路 - Google Patents

Description

本発明は、信号のスペクトラムを拡散させる技術に関する。

信号に含まれる不要電磁輻射（ＥＭＩ：Electro Magnetic Interference）を低減するために信号の周波数を可変する技術が知られている。特許文献１には、ランダム信号で周波数変調した三角波を生成し、生成した三角波に基づいて入力信号をＰＷＭ増幅することにより出力信号を得る技術が開示されている。
また、特許文献２には、ＰＬＬ回路を用いて周波数変調された基準信号と同期するように三角波を生成し、生成した三角波に基づいて入力信号をＰＷＭ増幅することにより出力信号を得る技術が開示されている。
特公平７−８５５２４号公報 特開２００４−２８２７１４号公報

ところで、ランダム信号によって次に指定される周波数は、どの周波数も同じ確率であるため、短時間で見ると周波数が偏ることも有りえる。例えば、第１周波数から第５周波数までの５つの周波数の中からランダムに周波数を選択する場合、現在の周波数が第１周波数であるとすれば、次に選択される周波数が第１周波数である確率は２０％である。つまり、長い時間でみれば、どの周波数も同じ確率で発生するが、短い時間で見ると周波数が偏ることが起こり得る。すなわち、従来の技術では、周波数の偏りによって、出力信号の不要電磁輻射が増大するといった問題があった。
また、従来の技術では、出力信号のスペクトラムを拡散させるために、周波数変調回路やＰＬＬ回路が必要となるため、回路構成が複雑になるといった問題があった。
以上の事情に鑑みて、本発明は、簡単な構成で、不要電磁輻射を確実に低減するという課題の解決を目的としている。

以上の課題を解決するために、本発明に係るスペクトラム拡散回路は、一回のシーケンスにおいて、Ｎ種類（Ｎは３以上の自然数）の周波数の中から既に指定した周波数と異なる周波数を所定の順序で選択して前記Ｎ種類の周波数を全て指定する指定信号を生成し、前記シーケンスを繰り返す制御手段（例えば、実施形態の制御部２０）と、前記指定信号に基づいて、指定された周波数を有するクロック信号を順次発生する信号発生手段（例えば、実施形態の信号発生部１０）とを備え、前記クロック信号を用いた信号処理の対象となる信号帯域の最高周波数ｆmaxと前記クロック信号の中心周波数ｆcとは、ｆmax＜ｆc／Ｎを満たす。更に好適な態様において、１シーケンスの周波数ｆnは、ｆmax＜ｆnを満たす。

この発明によれば、一回のシーケンスにおいて、複数の周波数が所定の順序で選択されるから、同一の周波数が連続して選択されることがない。このため、短時間で見たときにも不要電磁輻射のスペクトラムを確実に拡散させることができるので、不要電磁輻射を低減することが可能となる。また、制御手段は、複数の周波数の中から周波数を選択すればよいので、スペクトラムを拡散させるために周波数変調回路やＰＬＬ回路といった回路構成を用いる必要がなく、構成を大幅に簡素化することができる。

この発明の好適な態様において、前記信号発生手段は、前記出力信号を２値の論理レベルを有するクロック信号として発生し、前記制御手段は、各周波数の前記クロック信号のパルス数が等しくなるように、前記指定信号が指定する複数の周波数を切り替えることが好ましい。この態様によれば、制御手段による周波数の指定は、出力信号たるクロック信号のパルス数によって切り替わる。なお、複数の周波数の各々が発生する確率は、各周波数の周期に応じたものとなる。したがって、各周波数の周期が略等しい場合は、各周波数の発生確率を略等しくすることができる。

ここで、前記制御手段は、前記クロック信号を分周して分周信号を生成する分周手段と、前記分周信号に基づいて前記指定信号を生成する指定信号生成手段とを備えることが好ましい。この場合、クロック信号は制御手段にフィードバックされてそのパルス数が等しくなるように分周され、分周信号に基づいて周波数を指定する指定信号が生成される。このように出力信号たるクロック信号をフィードバックして周波数を切り替えるので、ＰＬＬ回路や周波数変調回路が不要となり、回路構成を簡略化することができる。

また、前記信号発生手段は、一定の振幅の三角波を発生すると共に前記指定信号に基づいて前記三角波の傾きを調整する三角波発生手段と、前記三角波を基準電圧（例えば、図１の上限電圧ＵＬＭＴ及び下限電圧ＤＬＭＴ）と比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に基づいて、前記クロック信号を発生するクロック信号生成手段とを備えることが好ましい。この構成によれば、三角波の傾きを調整することによってクロック信号の周波数を設定することができる。

より具体的には、前記指定信号は、複数の個別指定信号から構成され、前記三角波発生手段は、容量素子と前記容量素子に電流を供給する複数の電流供給ユニットとを備え、前記容量素子の電圧を前記三角波として出力し、前記複数の電流供給ユニットの各々は、前記複数の個別指定信号の各々に対応しており、前記個別指定信号によってオン・オフが制御され、オン状態で前記容量素子へ一定の電流を流し込み、オフ状態で前記一定の電流を遮断する第１定電流源と、前記個別指定信号によってオン・オフが制御され、オン状態で前記容量素子から一定の電流を流し出し、オフ状態で前記一定の電流を遮断する第２定電流源とを備えることが好ましい。この発明によれば、複数の電流供給ユニットのいずれを有効にするかによって、容量素子に対して充放電する電流の大きさを指定することができる。容量素子に対する充放電は定電流で行われるから三角波の傾きを調整することができる。

また、周波数を選択する好適な態様として、前記制御手段は、前記４種類以上の周波数のうち最も高い周波数及び最も低い周波数を第１周波数とし、前記第１周波数に隣接する周波数を第２周波数、前記第２周波数に隣接する周波数のうち前記第１周波数を除いた周波数を第３周波数としたとき、前記複数の周波数を、低い方から高い方に向けて又は高い方から低い方に向けて一つおきに順次選択し、前記第１乃至第３周波数のうち前記第３周波数を最先に選択した場合は、次に前記第１周波数を選択し、その次に前記第２周波数を選択し、さらに一つおきに周波数を順次選択し、前記第１乃至第３周波数のうち前記第２周波数を最先に選択した場合は、次に前記第１周波数を選択し、その次に前記第３周波数を選択し、さらに一つおきに周波数を順次選択することが好ましい。

例えば、４種類以上の周波数を４８０ＫＨｚ、４９０ＫＨｚ、５００ＫＨｚ、５１０ＫＨｚ、及び５２０ＫＨｚとしたとき、最も高い周波数は５２０ＫＨｚであるから、５２０ＫＨｚは第１周波数、５１０ＫＨｚは第２周波数、５００ＫＨｚは第３周波数となる。ここで、低い方から高い方に向けて一つおきに周波数を順次選択し、第３周波数（５００ＫＨｚ）を最先に選択した場合は、次に第１周波数（５２０ＫＨｚ）を選択し、その次に第２周波数（５１０ＫＨｚ）を選択する。また、この例において、最も低い周波数は４８０ＫＨｚであるから、４８０ＫＨｚは第１周波数、４９０ＫＨｚは第２周波数、５００ＫＨｚは第３周波数となる。ここで、高い方から低い方に向けて一つおきに周波数を順次選択し、第２周波数（４９０ＫＨｚ）を最先に選択した場合は、次に第１周波数（４８０ＫＨｚ）を選択し、その次に第３周波数（５００ＫＨｚ）を選択する。このように周波数を選択すると、各周波数を均等に選択することができるので、不要電磁輻射を低減することができる。

以上の条件を満たす選択の順番の具体例を以下に列挙する。
前記４種類以上の周波数が、低い方から高い方に向けて順番に配列する４種類の周波数ｆ1〜ｆ4である場合、前記制御手段は、周波数ｆ1〜ｆ4の何れかを起点として、周波数ｆ2→周波数ｆ4→周波数ｆ3→周波数ｆ1→周波数ｆ2というサイクル、又は、周波数ｆ2→周波数ｆ1→周波数ｆ3→周波数ｆ4→周波数ｆ2というサイクルで、周波数ｆ1〜ｆ4を順次選択する。

前記４種類以上の周波数が、低い方から高い方に向けて順番に配列する５種類の周波数ｆ1〜ｆ5である場合、前記制御手段は、周波数ｆ1〜ｆ5の何れかを起点として、周波数ｆ3→周波数ｆ5→周波数ｆ4→周波数ｆ2→周波数ｆ1→周波数ｆ3というサイクル、又は、周波数ｆ3→周波数ｆ1→周波数ｆ2→周波数ｆ4→周波数ｆ5→周波数ｆ3というサイクルで、周波数ｆ1〜ｆ5を順次選択する。

前記４種類以上の周波数が、低い方から高い方に向けて順番に配列する６種類の周波数ｆ1〜ｆ6である場合、前記制御手段は、周波数ｆ1〜ｆ6の何れかを起点として、周波数ｆ3→周波数ｆ5→周波数ｆ6→周波数ｆ4→周波数ｆ2→周波数ｆ1→周波数ｆ3というサイクル、又は、周波数ｆ3→周波数ｆ1→周波数ｆ2→周波数ｆ4→周波数ｆ6→周波数ｆ5→周波数ｆ3というサイクルで、周波数ｆ1〜ｆ6を順次選択する。

また、前記４種類以上の周波数が、低い方から高い方に向けて順番に配列する７種類の周波数ｆ1〜ｆ7である場合、前記制御手段は、周波数ｆ1〜ｆ7の何れかを起点として、周波数ｆ4→周波数ｆ6→周波数ｆ7→周波数ｆ5→周波数ｆ3→周波数ｆ1→周波数ｆ2→周波数ｆ4というサイクル、又は、周波数ｆ4→周波数ｆ2→周波数ｆ1→周波数ｆ3→周波数ｆ5→周波数ｆ7→周波数ｆ6→周波数ｆ4というサイクルで、周波数ｆ1〜ｆ7を順次選択する。

＜１．実施形態＞
図１を参照して、本発明の実施形態に係るスペクトラム拡散回路の構成を説明する。同図に示されるスペクトラム拡散回路１００は、第１クロック信号ＣＫ１及び第２クロック信号ＣＫ２を発生する信号発生部１０と、信号発生部１０で発生する第１クロック信号ＣＫ１及び第２クロック信号ＣＫ２の周波数を制御する制御部２０を備える。

信号発生部１０は、電圧発生回路１１、電流供給ユニットＵ１〜Ｕ５、容量素子１２、比較回路１３、及びクロック信号生成回路１４を備える。電圧発生回路１１において、ｐチャネルのトランジスタ１１１は、そのゲートとドレインとが接続されており、ダイオードとして機能する。トランジスタ１１１のドレインと接地線（接地電圧を供給）との間に抵抗１１４、１１５、及び１１６が直列に接続されている。抵抗１１４と抵抗１１５との接続点の電圧は上限電圧ＵＬＭＴとして出力され、抵抗１１５と抵抗１１６の接続点の電圧は下限電圧ＤＬＭＴとして出力される。上限電圧ＵＬＭＴは後述する三角波の上限の電圧を規定し、下限電圧ＤＬＭＴは三角波の下限の電圧を規定する。また、ｐチャネルのトランジスタ１１２はトランジスタ１１１と共にカレントミラー回路を構成するので、トランジスタ１１１に流れる電流に比例した電流がトランジスタ１１１とトランジスタ１１２とに流れる。さらに、トランジスタ１１２のドレインは、ｎチャネルのトランジスタ１１３のドレイン及びゲートと接続される。トランジスタ１１２のゲート電圧は第１基準電圧Ｖref1として出力され、トランジスタ１１３のゲート電圧は第２基準電圧Ｖref2として出力される。

次に、電流供給ユニットＵ１〜Ｕ５は、容量素子１２に対して電荷の充放電を実行する。電流ユニットＵ１〜Ｕ５はそこに用いるトランジスタのサイズを除いて同一の構成である。ここでは、電流供給ユニットＵ１について説明する。電流供給ユニットＵ１は、電源電圧を供給する電源線と接地線との間に、スイッチＳＷ１、ｐチャネルのトランジスタＴｒｐ、ｎチャネルのトランジスタＴｒｎ、及びスイッチＳＷ２を直列に接続して構成される。トランジスタＴｒｐのゲートには第１基準電圧Ｖref1が供給される一方、トランジスタＴｒｎのゲートには第２基準電圧Ｖref2が供給される。

スイッチＳＷ１は、例えば、ｐチャネルのトランジスタによって構成され、指定信号Ｃ１１がローレベルのときオン状態となり、ハイレベルのときオフ状態となる。スイッチＳＷ１がオン状態になると、トランジスタＴｒｐは第１基準電圧Ｖref1に応じた一定の電流を容量素子１２に流し込む。これによって、容量素子１２は定電流で充電され、ノードＺの電圧ＴＲＩが上昇する。このときの電圧波形は直線状となり、その傾きは充電する電流の大きさに応じたものとなる。スイッチＳＷ１及びトランジスタＴｒｐは指定信号Ｃ１１（個別指定信号）によってオン・オフが制御され、オン状態で容量素子１２へ一定の電流を流し込み、オフ状態で一定の電流を遮断する第１定電流源として機能する。

一方、スイッチＳＷ２は、例えば、ｎチャネルのトランジスタによって構成され、指定信号Ｃ１２がハイレベルのときオン状態となり、ローレベルのときオフ状態となる。スイッチＳＷ２がオン状態になると、トランジスタＴｒｎは第２基準電圧Ｖref2に応じた一定の電流を容量素子１２から流し出す。これによって、容量素子１２は定電流で放電され、ノードＺの電圧ＴＲＩが下降する。このときの電圧波形は直線状となり、その傾きは放電する電流の大きさに応じたものとなる。スイッチＳＷ２及びトランジスタＴｒｎは指定信号Ｃ１２（個別指定信号）によってオン・オフが制御され、オン状態で容量素子１２から一定の電流を流し出し、オフ状態で一定の電流を遮断する第２定電流源として機能する。

この例では、容量素子１２に対して充電する電流と放電する電流が等しくなるように電流供給ユニットＵ１のトランジスタサイズを設定している。なお、この点は、電流供給ユニットＵ２〜Ｕ５においても同様である。このように容量素子１２に対して一定の電流を充電・放電することによって、ノードＺの電圧を三角波ＴＲＩとして取り出すことが可能となる。振幅が一定であるとすれば、三角波の周波数は波形の傾きで決定される。本実施形態では、三角波の振幅を一定として、指定信号Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ５１、及びＣ５２の論理レベルを所定のシーケンスで切り替えることによって三角波ＴＲＩの周波数を調整している。

より具体的には、容量素子１２の容量値を１０ＰＦとしたとき、例えば、電流供給ユニットＵ１の電流値を３μＡ、電流供給ユニットＵ２の電流値を２．２５μＡ、電流供給ユニットＵ３の電流値を１．５μＡ、電流供給ユニットＵ４の電流値を０．７５μＡ、電流供給ユニットＵ５の電流値を２４μＡとする。そして、三角波ＴＲＩの周波数を４８０ＫＨｚに設定する場合は電流供給ユニットＵ５を有効にし、三角波ＴＲＩの周波数を４９０ＫＨｚに設定する場合は電流供給ユニットＵ５及びＵ４を有効にし、三角波ＴＲＩの周波数を５００ＫＨｚに設定する場合は電流供給ユニットＵ５及びＵ３を有効にし、三角波ＴＲＩの周波数を５１０ＫＨｚに設定する場合は電流供給ユニットＵ５及びＵ２を有効にし、三角波ＴＲＩの周波数を５２０ＫＨｚに設定する場合は電流供給ユニットＵ５及びＵ１を有効にする。なお、各電流供給ユニットＵ１〜Ｕ５で設定される電流値は、トランジスタＴｒｐ及びＴｒｎのサイズ（ゲート幅／ゲート長）を調整することによって設定することができる。

次に、比較回路１３はコンパレータ１３１及び１３２を備える。コンパレータ１３１及び１３２の正入力端子には三角波ＴＲＩが供給され、コンパレータ１３１の負入力端子には上限電圧ＵＬＭＴが供給される一方、コンパレータ１３２の負入力端子には下限電圧ＤＬＭＴが供給される。
次に、クロック信号生成回路１４は、インバータ１４１、ナンド回路１４２及び１４３、Ｄフリップフロップ１４４を備える。インバータ１４１、ナンド回路１４２及び１４３はＳＲフリップフロップを構成する。ＳＲフリップフロップの出力信号はナンド回路１４２の出力端子から第１クロック信号ＣＫ１として取り出される。ＳＲフリップフロップは、インバータ１４１の入力信号がローレベルからハイレベルに遷移すると第１クロック信号ＣＫ１の論理レベルをハイレベルにセットし、ナンド回路１４３に入力信号がハイレベルからローレベルに遷移すると第１クロック信号ＣＫ１の論理レベルをローレベルにリセットする。また、Ｄフリップフロップ１４４はデータ入力端子Ｄとデータ出力端子ＱＮ（反転出力端子）が接続されているので、クロック入力端子に供給される第１クロック信号ＣＫ１を２分周して第２クロック信号ＣＫ２として出力する。Ｄフリップフロップ１４４は２分周回路として機能する。このように２分周して第２クロック信号ＣＫ２を生成するので、第１クロック信号ＣＫ１のデューティ比は５０％でなくても、第２クロック信号ＣＫ２のデューティ比は５０％にすることができる。したがって、上述した電流供給ユニットＵ１〜Ｕ５において放電の電流値と充電の電流値が不一致であってもデューティ比が５０％の第２クロック信号ＣＫ２を出力することができる。

ここで、図２を参照して、比較回路１３及びクロック信号発生回路１４の動作を説明する。時刻ｔ１において三角波ＴＲＩが下限電圧ＤＬＭＴを下回ると、コンパレータ１３２の出力信号Ｘがハイレベルからローレベルに遷移する。そして、時刻ｔ２において三角波ＴＲＩが下限電圧ＤＬＭＴを上回ると、出力信号Ｘがローレベルからハイレベルに遷移する。出力信号Ｘがローレベルになると、第１クロック信号ＣＫ１の論理レベルがローレベルにリセットされる。
時刻ｔ３において三角波ＴＲＩが上限電圧ＵＬＭＴを上回ると、コンパレータ１３１の出力信号Ｙ１はローレベルからハイレベルに遷移する。そして、時刻ｔ４において三角波ＴＲＩが上限電圧ＵＬＭＴを下回ると、出力信号Ｙ１がハイレベルからローレベルに遷移する。出力信号Ｙ１はインバータ１４１によって論理レベルが反転され、信号Ｙ２としてナンド回路１４２に供給される。信号Ｙ２がローレベルになると、第１クロック信号ＣＫ１の論理レベルがハイレベルにセットされる。これによって、三角波ＴＲＩが下限電圧ＤＬＭＴを下回るか、あるいは上限電圧ＵＬＭＴを上回ると、第１クロック信号ＣＫ１の論理レベルが反転する。

次に、図１に示す制御部２０について、図３に示すタイミングチャートを参照しつつ説明する。制御部２０は、Ｄフリップフロップ２０１、５分周回路２０２、インバータ２０３、ナンド回路Ｎ１〜Ｎ４、及びアンド回路Ａ１〜Ａ４を備える。Ｄフリップフロップ２０１は第１クロック信号ＣＫ１を２分周して第２クロック信号ＣＫ２を生成する。５分周回路２０２は、カウンタによって構成されており、第２クロック信号ＣＫ２を計数し、所定の計数値でハイレベルとなる第１〜第４分周信号Ｄ１〜Ｄ４を生成する。この例では、計数値が「１」〜「４」のとき第１〜第４分周信号Ｄ１〜Ｄ４が各々ハイレベルとなる。そして、計数値が「５」のとき、第１〜第４分周信号Ｄ１〜Ｄ４は全てローレベルとなって計数値がリセットされ、次に第１クロック信号ＣＫ１がローレベルからハイレベルに立ち上がると、計数値が「１」となる。この結果、図３に示すように第１〜第４分周信号Ｄ１〜Ｄ４の論理レベルは排他的に順次ハイレベルとなる。

ここで、電流供給ユニットＵ５のスイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２には、第１クロック信号ＣＫ１が指定信号Ｃ５１及びＣ５２として供給される。したがって、電流供給ユニットＵ５は、常時、有効となり、第１クロック信号ＣＫ１の論理レベルの遷移に同期してスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２とが交互にオン状態となる。

次に、電流供給ユニットＵ１〜Ｕ４のスイッチＳＷ１にはナンド回路Ｎ１〜Ｎ４の出力信号が指定信号Ｃ１１、Ｃ２１、Ｃ３１、及びＣ４１として供給される一方、スイッチＳＷ２にはアンド回路Ａ１〜Ａ４の出力信号が指定信号Ｃ１２、Ｃ２２、Ｃ３２、及びＣ４２として供給される。電流供給ユニットＵ３に着目すると、アンド回路Ａ３の一方の入力端子には第１分周信号Ｄ１が供給される一方、その他方の入力端子には第１クロック信号ＣＫ１が供給される。このため、指定信号Ｃ３２は、図３に示すように第１分周信号Ｄ１がハイレベルとなる第１期間Ｔ１において、第１クロック信号ＣＫ１がハイレベルとなる期間においてのみハイレベルとなる。また、ナンド回路Ｎ３の一方の入力端子には第１分周信号Ｄ１が供給される一方、その他方の入力端子には反転第１クロック信号ＣＫ１’が供給される。このため、指定信号Ｃ３１は、図３に示すように第１分周信号Ｄ１がハイレベルとなる第１期間Ｔ１において、反転第１クロック信号ＣＫ１’がハイレベルとなる期間においてのみローレベルとなる。

この結果、電流供給ユニットＵ３は、期間Ｔ１において有効となり、他の期間Ｔ２〜Ｔ５においては無効となる。上述したように電流供給ユニットＵ５は、常時、有効となるので、期間Ｔ１では、電流供給ユニットＵ３及びＵ５によって三角波ＴＲＩの周波数が設定される。同様に、期間Ｔ２では、電流供給ユニットＵ１及びＵ５によって三角波ＴＲＩの周波数が設定され、期間Ｔ３では、電流供給ユニットＵ２及びＵ５によって三角波ＴＲＩの周波数が設定され、期間Ｔ４では、電流供給ユニットＵ４及びＵ５によって三角波ＴＲＩの周波数が設定され、期間Ｔ５では、電流供給ユニットＵ５によって三角波ＴＲＩの周波数が設定される。そして、期間Ｔ１〜Ｔ５を１シーケンスとしたとき、これを繰り返して第１クロック信号ＣＫ１及び第２クロック信号ＣＫ２が生成される。すなわち、制御部２０は、各周波数の第１クロック信号ＣＫ１のパルス数（この例では「２」）が等しくなるように、指定信号Ｃ１１〜Ｃ５２が指定する複数の周波数を切り替える。

図４は、三角波ＴＲＩ、第１クロック信号ＣＫ１及び第２クロック信号ＣＫ２の関係を示すタイミングチャートである。上述したように電流供給ユニットＵ３及びＵ５が有効の場合、三角波ＴＲＩの周波数が５００ＫＨｚになるように容量素子１２に対する電流が設定されるから、期間Ｔ１において第１クロック信号ＣＫ１の周波数は１ＭＨｚ、第２クロック信号ＣＫ２の周波数は５００ＫＨｚとなる。同様に、期間Ｔ２では、電流供給ユニットＵ１及びＵ５が有効となるので、第１クロック信号ＣＫ１の周波数は１．０４ＭＨｚ、第２クロック信号ＣＫ２の周波数は５２０ＫＨｚとなる。期間Ｔ３では、電流供給ユニットＵ２及びＵ５が有効となるので、第１クロック信号ＣＫ１の周波数は１．０２ＭＨｚ、第２クロック信号ＣＫ２の周波数は５１０ＫＨｚとなる。期間Ｔ４では、電流供給ユニットＵ４及びＵ５が有効となるので、第１クロック信号ＣＫ１の周波数は０．９８ＭＨｚ、第２クロック信号ＣＫ２の周波数は４９０ＫＨｚとなる。期間Ｔ５では、電流供給ユニットＵ５が有効となるので、第１クロック信号ＣＫ１の周波数は０．９６ＭＨｚ、第２クロック信号ＣＫ２の周波数は４８０ＫＨｚとなる。

図５（Ａ）は、１シーケンスにおける周波数の遷移を示す概念図である。この図に示すように、第２クロック信号ＣＫ２の周波数は、５００ＫＨｚ→５２０ＫＨｚ→５１０ＫＨｚ→４９０ＫＨｚ→４８０ＫＨｚといったように遷移する。なお、図５（Ｂ）に示すように５００ＫＨｚ→４８０ＫＨｚ→４９０ＫＨｚ→５１０ＫＨｚ→５２０ＫＨｚの順で遷移させてもよい。すなわち、１シーケンスで、既に指定した周波数と異なる周波数を選択するように複数の周波数（この例では５個）が所定の順番で全て指定される。つまり、１シーケンス中に同じ周波数が指定されることがない。仮に、５つの周波数をランダムに指定すると、現在の周波数と次に指定する周波数とが２０％の確率で一致する。このため、短時間で見たとき、第２クロック信号ＣＫ２の周波数が集中することが起こり得る。これに対して、本実施形態では、予め定められた順序に従って複数の周波数が選択されるので、第２クロック信号ＣＫ２の周波数が確実に分散される。したがって、短時間で見てもある周波数が連続して選択されることがなくなるので、不要電磁輻射を確実に低減することが可能となる。

図６及び図７にスペクトラム拡散回路１００における不要電磁輻射のシミュレーション例を示す。図６は１０ＭＨｚから７０ＭＨｚまでの周波数解析結果であり、図７は１ＫＨｚから１５ＭＨｚまでの周波数解析結果である。また、図６及び図７の（Ａ）は５００ＫＨｚの第２クロック信号の周波数解析結果であり、（Ｂ）は１シーケンスで４９０ＫＨｚ、５００ＫＨｚ、及び５１０ＫＨｚを順次選択した場合の周波数解析結果であり、（Ｃ）は４８０ＫＨｚ、４９０ＫＨｚ、５００ＫＨｚ、５１０ＫＨｚ、及び５２０ＫＨｚを順次選択した場合の周波数解析結果である。

図６に示すように、（Ａ）の単一周波数の場合と比較して、（Ｂ）に示す３周波数のスペクトラム拡散及び（Ｃ）に示す５周波数のスペクトラム拡散の方が１０ＭＨｚ〜７０ＭＨｚの周波数成分が低いことがわかる。これは、複数の周波数を選択することによって、不要電磁輻射のスペクトラムが拡散されるからである。さらに、５周波数のスペクトラム拡散の方が３周波数のスペクトラム拡散と比較して、周波数成分が低いことが分かる。これは、５周波数の方が３周波数より、スペクトラムを広い範囲に拡散させるからである。また、図７（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように３周波数のスペクトラム拡散では１６６ＫＨｚ（＝５００ＫＨｚ／３）にスペクトラムが発生し、５周波数のスペクトラム拡散では１００ＫＨｚ（＝５００ＫＨｚ／５）にスペクトラムが発生する。これらは、１シーケンスの周波数に応じたものである。

これらのスペクトラムは周波数が低い。第２クロック信号ＣＫ２を用いて信号処理を実行する場合、処理対象の周波数帯域に低周波数の不要電磁輻射が混入すると、フィルタでノイズを分離することができなくなる。この例では、低周波数の不要電磁輻射が１６６ＫＨｚや１００ＫＨｚに発生するが、信号処理の対象が音声信号である場合、その帯域は１０Ｈｚ〜２０ＫＨｚであるので、フィルタを用いて低周波数の不要電磁輻射を簡単に除去することができる。これに対して、ランダム信号を用いてスペクトラム拡散すると、ランダム信号は低周波数成分を含むため、低周波数の不要電磁輻射が信号帯域内に発生してしまう。不要電磁輻射が混入した場合、これを分離することができずＳＮ比が低下し、信号の品質が劣化する。本実施形態によれば、１シーケンスの周波数によって低周波数の不要電磁輻射を規定することができるので、信号帯域の外に不要電磁輻射を追いやることが可能となる。

具体的には、処理対象となる信号帯域の最高周波数をｆmaxとし、１シーケンスの周波数をｆｎとしたとき、ｆmax＜ｆｎとなるように周波数ｆｎを設定すればよい。さらに、生成するクロック信号の中心周波数をｆｃとし、選択の対象となる周波数の数をＮとしたとき、ｆmax＜ｆｃ／Ｎとなるように中心周波数ｆｃと選択の対象となる周波数の数Ｎを設定すればよい。例えば、最高周波数ｆmax＝２５ＫＨｚ、ｆｃ＝５００ＫＨｚである場合、Ｎ＜２０となる。この場合、選択の対象となる周波数の数Ｎ＝１９に設定すると、信号帯域内に不要電磁輻射が混入することを防止しつつ不要電磁輻射を最も低減できる。

＜２．変形例＞
上述した実施形態においては、１シーケンスで５つ周波数を選択したが、選択の対象となる周波数は、３以上であればよい。例えば、選択の対象となる周波数が図８（Ａ）に示すようにｆａ、ｆｂ、ｆｃ、…、ｆｘ、ｆｙ、ｆｚである場合を想定する。この場合、最も高い周波数はｆｚであり、最も低い周波数はｆａである。ここで、最高周波数ｆｚ及び最低周波数ｆａを第１周波数ｆ１、第１周波数ｆ１に隣接する周波数を第２周波数ｆ２（ｆｂ及びｆｙ）、第２周波数ｆ２に隣接する周波数のうち第１周波数ｆ１を除いた周波数を第３周波数ｆ３（ｆｃ及びｆｘ）とする。この周波数の配置において、複数の周波数を、低い方から高い方に向けて又は高い方から低い方に向けて一つおきに順次選択する。最高周波数ｆｚ及び最低周波数ｆａの近傍の選択は以下のように行う。

まず、第１〜第３周波数ｆ１〜ｆ３のうち、第３周波数ｆ３を最先に選択した場合は、図８（Ｂ）に示すように、次に第１周波数ｆ１を選択し、その次に第２周波数ｆ２を選択し、さらに一つおきに周波数を順次選択する。一方、第１〜第３周波数ｆ１〜ｆ３のうち、第２周波数ｆ２を最先に選択した場合は、図８（Ｃ）に示すように、次に第１周波数ｆ１を選択し、その次に第３周波数ｆ３を選択し、さらに一つおきに周波数を順次選択する。このように周波数を選択すると、各周波数を均等に選択することができるので、不要電磁輻射を低減することができる。

より具体的には、以下のように選択すればよい。
（１）選択の対象となる周波数が３個の場合
図９に選択の対象となる周波数が３個の場合の選択順序を示す。図９（Ａ）に示す例では、５１０ＫＨｚ→４９０ＫＨｚ→５００ＫＨｚ→５１０ＫＨｚ…の順で周波数を選択する。この場合、４９０ＫＨｚは第１周波数ｆ１、５００ＫＨｚは第２周波数ｆ２、５１０ＫＨｚは第３周波数ｆ３に相当する。この例では、第１〜第３周波数ｆ１〜ｆ３のうち、第３周波数ｆ３（５１０ＫＨｚ）を最初に選択するので、次に、第１周波数ｆ１（４９０ＫＨｚ）を選択し、その次に第２周波数（５００ＫＨｚ）を選択する。また図９（Ｂ）に示す例では、４９０ＫＨｚ→５１０ＫＨｚ→５００ＫＨｚ→４９０ＫＨｚ…の順で周波数を選択する。この場合、５１０ＫＨｚは第１周波数ｆ１、５００ＫＨｚは第２周波数ｆ２、５１０ＫＨｚは第３周波数ｆ３に相当する。

（２）選択の対象となる周波数が４個の場合
図１０に選択の対象となる周波数が４個の場合の選択順序を示す。図１０（Ａ）に示す例では、５００ＫＨｚ→５２０ＫＨｚ→５１０ＫＨｚ→４９０ＫＨｚ→５００ＫＨｚ…の順で周波数を選択する。この場合、５２０ＫＨｚは第１周波数ｆ１、５１０ＫＨｚは第２周波数ｆ２、５００ＫＨｚは第３周波数ｆ３に相当する。この例では、第１〜第３周波数ｆ１〜ｆ３のうち、第３周波数ｆ３（５００ＫＨｚ）を最初に選択するので、次に、第１周波数ｆ１（５２０ＫＨｚ）を選択し、その次に第２周波数（５１０ＫＨｚ）を選択する。また図９（Ｂ）に示す例では、５００ＫＨｚ→４９０ＫＨｚ→５１０ＫＨｚ→５２０ＫＨｚ→５００ＫＨｚ…の順で周波数を選択する。この場合、４９０ＫＨｚは第１周波数ｆ１、５００ＫＨｚは第２周波数ｆ２、５１０ＫＨｚは第３周波数ｆ３に相当し、第２周波数ｆ２（５００ＫＨｚ）を最初に選択するので、次に、第１周波数ｆ１（４９０ＫＨｚ）を選択し、その次に第２周波数（５１０ＫＨｚ）を選択する。

（３）選択の対象となる周波数が５個の場合
この場合は、上述した実施形態において図５を参照して説明した通りである。
（４）選択の対象となる周波数が６個の場合
図１１に選択の対象となる周波数が６個の場合の選択順序を示す。図１１（Ａ）に示す例では、５００ＫＨｚ→５２０ＫＨｚ→５３０ＫＨｚ→５１０ＫＨｚ→４９０ＫＨｚ→４８０ＫＨｚ→５００ＫＨｚ…の順で周波数を選択する。この場合、５３０ＫＨｚは第１周波数ｆ１、５２０ＫＨｚは第２周波数ｆ２、５１０ＫＨｚは第３周波数ｆ３に相当する。この例では、第１〜第３周波数ｆ１〜ｆ３のうち、第２周波数ｆ２（５２０ＫＨｚ）を最初に選択するので、次に、第１周波数ｆ１（５３０ＫＨｚ）を選択し、その次に第３周波数（５１０ＫＨｚ）を選択する。また図１１（Ｂ）に示す例では、５００ＫＨｚ→４８０ＫＨｚ→４９０ＫＨｚ→５１０ＫＨｚ→５３０ＫＨｚ→５２０ＫＨｚ→５００ＫＨｚ…の順で周波数を選択する。この場合、４８０ＫＨｚは第１周波数ｆ１、４９０ＫＨｚは第２周波数ｆ２、５００ＫＨｚは第３周波数ｆ３に相当し、第３周波数ｆ３（５００ＫＨｚ）を最初に選択するので、次に、第１周波数ｆ１（４８０ＫＨｚ）を選択し、その次に第２周波数（４９０ＫＨｚ）を選択する。

（５）選択の対象となる周波数が７個の場合
図１２に選択の対象となる周波数が７個の場合の選択順序を示す。図１２（Ａ）に示す例では、５００ＫＨｚ→５２０ＫＨｚ→５３０ＫＨｚ→５１０ＫＨｚ→４９０ＫＨｚ→４７０ＫＨｚ→４８０ＫＨｚ→５００ＫＨｚ…の順で周波数を選択する。この場合、５３０ＫＨｚは第１周波数ｆ１、５２０ＫＨｚは第２周波数ｆ２、５１０ＫＨｚは第３周波数ｆ３に相当する。この例では、第１〜第３周波数ｆ１〜ｆ３のうち、第２周波数ｆ２（５２０ＫＨｚ）を最初に選択するので、次に、第１周波数ｆ１（５３０ＫＨｚ）を選択し、その次に第３周波数（５１０ＫＨｚ）を選択する。また図１２（Ｂ）に示す例では、５００ＫＨｚ→４８０ＫＨｚ→４７０ＫＨｚ→４９０ＫＨｚ→５１０ＫＨｚ→５３０ＫＨｚ→５２０ＫＨｚ→５００ＫＨｚ…の順で周波数を選択する。この場合、４７０ＫＨｚは第１周波数ｆ１、４８０ＫＨｚは第２周波数ｆ２、４９０ＫＨｚは第３周波数ｆ３に相当し、第２周波数ｆ２（４８０ＫＨｚ）を最初に選択するので、次に、第１周波数ｆ１（４７０ＫＨｚ）を選択し、その次に第３周波数（４９０ＫＨｚ）を選択する。
以下、同様に選択の対象となる周波数を拡大することができる。

スペクトラム拡散回路の構成を示すブロック図である。 比較回路１３及びクロック信号発生回路１４の動作を示すタイミングチャートである。 制御部２０の動作を示すタイミングチャートである。 三角波ＴＲＩ、第１クロック信号ＣＫ１及び第２クロック信号ＣＫ２の関係を示すタイミングチャートである。 １シーケンスにおける周波数の遷移を示す概念図である。 スペクトラム拡散回路における不要電磁輻射のシミュレーション例を示すグラフである。 スペクトラム拡散回路における不要電磁輻射のシミュレーション例を示すグラフである。 変形例における周波数の選択を説明するための概念図である。 変形例において選択の対象となる周波数の個数が３個の場合の選択順序を説明するための概念図である。 変形例において選択の対象となる周波数の個数が４個の場合の選択順序を説明するための概念図である。 変形例において選択の対象となる周波数の個数が６個の場合の選択順序を説明するための概念図である。 変形例において選択の対象となる周波数の個数が７個の場合の選択順序を説明するための概念図である。

符号の説明

１００……スペクトラム拡散回路、１０……信号発生部、２０……制御部、１２……容量素子、１３……比較回路、１４……クロック信号生成回路、２０２……分周回路、Ｃ１１〜Ｃ５２……指定信号、Ｕ１〜Ｕ５……電流供給ユニット、ＳＷ１，ＳＷ２……スイッチ、Ｔｒｐ，Ｔｒｎ……トランジスタ、ＣＫ１……第１クロック信号、ＣＫ２……第２クロック信号、ｆ１……第１周波数、ｆ２……第２周波数、ｆ３……第３周波数。

Claims (4)

1. 一回のシーケンスにおいて、Ｎ種類（Ｎは３以上の自然数）の周波数の中から既に指定した周波数と異なる周波数を所定の順序で選択して前記Ｎ種類の周波数を全て指定する指定信号を生成し、前記シーケンスを繰り返す制御手段と、
   前記指定信号に基づいて、指定された周波数を有するクロック信号を順次発生する信号発生手段とを備え、
   前記クロック信号を用いた信号処理の対象となる信号帯域の最高周波数ｆmaxと前記クロック信号の中心周波数ｆcとは、ｆmax＜ｆc／Ｎを満たす
   スペクトラム拡散回路。
2. １シーケンスの周波数ｆnは、ｆmax＜ｆnを満たす
   請求項１のスペクトラム拡散回路。
3. 前記自然数Ｎは４以上であり、
   前記制御手段は、
   前記Ｎ種類の周波数のうち最も高い周波数又は最も低い周波数を第１周波数とし、前記第１周波数に隣接する周波数を第２周波数、前記第２周波数に隣接する周波数のうち前記第１周波数を除いた周波数を第３周波数としたとき、
   前記第１乃至第３周波数のうち前記第３周波数を最先に選択した場合は、次に前記第１周波数を選択し、その次に前記第２周波数を選択し、さらに一つおきに、低い方から高い方又は高い方から低い方に向けて周波数を順次選択し、
   前記第１乃至第３周波数のうち前記第２周波数を最先に選択した場合は、次に前記第１周波数を選択し、その次に前記第３周波数を選択し、さらに一つおきに、低い方から高い方又は高い方から低い方に向けて周波数を順次選択する、
   請求項１または請求項２のスペクトラム拡散回路。
4. 前記信号発生手段は、
   複数の前記指定信号に応じた傾きの三角波を発生する三角波発生手段と、
   前記三角波を基準電圧と比較する比較手段と、
   前記比較手段による比較の結果に基づいて前記クロック信号を生成するクロック信号生成手段とを含み、
   前記三角波発生手段は、
   複数の前記指定信号に対応する複数の電流供給ユニットと、容量素子とを含み、前記容量素子の電圧を前記三角波として出力し、
   前記複数の電流供給ユニットの各々は、
   前記容量素子に電流を供給するオン状態と当該電流を遮断するオフ状態とが前記指定信号に応じて制御される第１定電流源と、
   前記容量素子から電流を流し出すオン状態と当該電流を遮断するオフ状態とが前記指定信号に応じて制御される第２定電流源とを含む
   請求項１から請求項３の何れかのスペクトラム拡散回路。

Images