JP4824591B2 - 同期掃引シンセサイザ - Google Patents

Description

本発明は、周波数シンセサイザに係り、特に出力周波数を高速掃引することができ、掃引に同期したパルスを出力することができる同期掃引シンセサイザに関する。

［先行技術の説明］
従来の周波数シンセサイザについて図８を用いて説明する。図８は、従来の周波数シンセサイザの構成ブロック図である。
図８に示すように、従来の周波数シンセサイザは、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator：電圧制御発振器）１と、分周器２と、位相比較器３と、ループフィルタ４とを備えている。

ＶＣＯ１は、ループフィルタ４からの入力を制御電圧として、所望の周波数Ｆout を発振する電圧制御発振器である。
分周器２は、ＶＣＯ１で生成される発振周波数Ｆout を１／Ｎに分周する。

位相比較器３は、分周器２から出力される周波数と、基準発振回路（図示せず）から与えられる基準信号（Ｆref）との位相を比較し、位相差信号を出力する。
ループフィルタ４は、位相比較器３からの位相差信号に基づいてＶＣＯ１に制御電圧を出力するループフィルタである。

そして、上記従来の周波数シンセサイザでは、ＶＣＯ１で発振した周波数は、分周器２で１／Ｎに分周され、位相比較器３において基準信号Ｆrefとの位相差が検出されて位相差信号が出力され、ループフィルタ４から位相差信号に応じた制御信号が出力されてＶＣＯ１の発振周波数が制御される。このようにして、所望の出力周波数Ｆoutが得られるものである。

また、従来、周波数を順次変化させて出力する装置として、スイープジェネレータがあった。
このようなスイープジェネレータでは、スタート周波数からストップ周波数までをのこぎり波を用いてリニアに変化させることは可能であった。図９は、のこぎり波による掃引を示す模式説明図である。
図９に示すように、のこぎり波のリニア部分を用いて周波数を変化させた場合、周波数は、時間に対して一定の傾きで変化していく。
このような波形では、例えば、共振周波数を検出する場合等は、どの周波数が最適であるのか検出困難である。

［先行技術文献］
尚、高速で掃引を行う周波数シンセサイザに関する従来技術としては、特開２００５−２６５４８４号公報（特許文献１）、特開平５−６０８０９号公報（特許文献２）、特開平１０−１６０７７１号公報（特許文献３）、特開平１１−３０８２８７号公報（特許文献４）がある。

特許文献１には、発振器において、所定の周波数範囲を所定のスイープ時間にて掃引し、且つスイープタイミングを同期させる構成が記載されている、
また、特許文献２には、スペクトラムアナライザにおいて、同期した掃引信号をスイープジェネレータに与え、ゲーテッドスイープモードを動作させる構造が記載されている。

特許文献３には、周波数シンセサイザにおいて、高速掃引する構造が記載されている。
特許文献４には、周波数シンセサイザにおいて、同期引き込み動作しながらスイープさせる構造が記載されている。

特開２００５−２６５４８４号公報 特開平５−６０８０９号公報 特開平１０−１６０７７１号公報 特開平１１−３０８２８７号公報

しかしながら、上記従来の周波数シンセサイザやスイープジェネレータは、スタート周波数からストップ周波数まで、階段状に周波数を高速変化させるものではなく、階段状に高速に変化する周波数及びスイープタイミングに同期した同期パルスを得ることができないという問題点があった。

図１０に階段波形の例を示す。図１０は、階段波形による掃引の模式説明図である。
図１０に示すように、階段波形は、一定時間毎に周波数を一定値だけ変化させるものであり、一定周波数が一定時間保持されるために、例えば、共振周波数を検出する場合等に好都合である。掃引は、同期パルスに同期して行われる。

尚、上記特許文献１には、所定のスイープタイミングに同期して、周波数がｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４と階段状に変化する繰り返し周波数信号を出力することが記載されているが、広い周波数範囲を細かい段階でスイープするものとはなっていない。

本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、スタート周波数からストップ周波数まで、階段状に周波数を高速変化させ、且つスイープタイミングに同期した同期パルスを出力することができる同期掃引周波数シンセサイザ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の本発明は、同期掃引シンセサイザにおいて、入力される制御電圧に応じて周波数信号を発振する電圧制御発振器と、該発振周波数信号を分周する分周器と、該分周された信号をアナログ／デジタル変換するＡＤ変換器と、該アナログ／デジタル変換された信号と所望の周波数信号との位相を比較し、位相差に応じた位相差信号を出力する位相比較部と、該位相差信号に基づいて電圧制御発振器を制御する制御信号を出力するループフィルタと、該制御信号をデジタル／アナログ変換するＤＡ変換器とを備え、位相比較部が、特定のスタート周波数でロックが検出されるまでは、位相差信号を生成するのに必要な分周値を、スタート周波数に基づいて算出して分周器に出力し、ロックが検出されると、予め与えられたスイープ条件に基づいて出力される掃引同期パルスに同期して、スイープ条件に従って算出された周波数の値に基づいて分周値を算出して分周器に出力し、電圧制御発振器が、位相比較部でロックが検出されるまでは、特定のスタート周波数を提供し、ロックが検出された後は、階段波形となるスイープ周波数を提供することを特徴としている。

また、本発明は、上記同期掃引シンセサイザにおいて、スイープ周波数は、一定時間間隔で特定周波数分を上昇させて形成することを特徴としている。

また、本発明は、上記同期掃引シンセサイザにおいて、スイープ周波数は、一定時間間隔又は特定周波数を変更することにより、スイープ傾きを変更することを特徴としている。

また、本発明は、同期掃引シンセサイザにおいて、入力される制御電圧に応じて周波数信号を発振する電圧制御発振器と、該発振周波数信号を分周する分周器と、該分周された信号をアナログ／デジタル変換するＡＤ変換器と、該アナログ／デジタル変換された信号と所望の周波数信号との位相を比較し、位相差に応じた位相差信号を出力する位相比較部と、該位相差信号に基づいて電圧制御発振器を制御する制御信号を出力するループフィルタと、該制御信号をデジタル／アナログ変換するＤＡ変換器とを備え、位相比較部は、入力された周波数設定情報に基づいて、位相差信号を生成するのに必要な分周値を算出するパラメータ出力部と、スイープ開始のトリガを検出すると、予め与えられた一定時間間隔の値と特定周波数の値とを含むスイープ条件に基づいて、一定時間間隔で掃引同期パルスを出力すると共に、保持している周波数の値に特定周波数分加算した周波数の値を掃引同期パルスに同期して出力するスイープ周波数カウンタと、スタート周波数でのロック検出により入力される第１の切り替え信号を検出すると、パラメータ出力部に出力する周波数設定情報を、特定のスタート周波数の値から、スイープ周波数カウンタからの周波数の値に切り替えて出力する第１のスイッチと、を備えたことを特徴としている。

また、本発明は、上記同期掃引シンセサイザにおいて、パラメータ出力部が、第１のスイッチから入力される周波数設定情報に基づいて第１の分周値を算出する一方、スイープの中心周波数の値に基づいて第２の分周値を算出して保持するパラメータ出力部であり、位相比較部は、スイープ開始により入力される第２の切り替え信号を検出すると、パラメータ出力部から出力される分周値を、第１の分周値から第２の分周値に切り替えて、スイープ期間中固定で出力する第２のスイッチを備えたことを特徴としている。

また、本発明は、上記同期掃引シンセサイザにおいて、スイープ条件に含まれる一定時間間隔の値又は特定周波数の値を変更することで、スイープの傾きを変更することを特徴としている。

本発明によれば、位相比較部が、特定のスタート周波数でロックが検出されるまでは、位相差信号を生成するのに必要な分周値を、スタート周波数に基づいて算出して分周器に出力し、ロックが検出されると、予め与えられたスイープ条件に基づいて出力される掃引同期パルスに同期して、スイープ条件に従って算出された周波数の値に基づいて分周値を算出して分周器に出力し、電圧制御発振器が、位相比較部でロックが検出されるまでは、特定のスタート周波数を提供し、ロックが検出された後は、階段波形となるスイープ周波数を提供する同期掃引シンセサイザとしているので、スタート周波数でロックしてから掃引を開始して安定した掃引を行い、掃引に同期したパルスを出力できる効果がある。

また、本発明によれば、位相比較部は、入力された周波数設定情報に基づいて、位相差信号を生成するのに必要な分周値を算出するパラメータ出力部と、スイープ開始のトリガを検出すると、予め与えられた一定時間間隔の値と特定周波数の値とを含むスイープ条件に基づいて、一定時間間隔で掃引同期パルスを出力すると共に、保持している周波数の値に特定周波数分加算した周波数の値を掃引同期パルスに同期して出力するスイープ周波数カウンタと、スタート周波数でのロック検出により入力される第１の切り替え信号を検出すると、パラメータ出力部に出力する周波数設定情報を、特定のスタート周波数の値から、スイープ周波数カウンタからの周波数の値に切り替えて出力する第１のスイッチとを備えた同期掃引シンセサイザとしているので、ＡＤ変換器からの出力の安定化を図りつつ、スタート周波数でロックしてから所定の条件で掃引を開始して、階段状の波形で安定した高速掃引を行い、掃引に同期したパルスを出力できる効果がある。

また、本発明によれば、パラメータ出力部が、第１のスイッチから入力される周波数設定情報に基づいて第１の分周値を算出する一方、スイープの中心周波数の値に基づいて第２の分周値を算出して保持し、位相比較部に、スイープ開始により入力される第２の切り替え信号を検出すると、パラメータ出力部から出力される分周値を、第１の分周値から第２の分周値に切り替えて、スイープ期間中固定で出力する第２のスイッチを備えた同期掃引シンセサイザとしているので、スイープ開始前は、第１のスイッチからのスタート周波数の値に基づいて算出された分周値を出力し、スイープ開始後は、スイープの中心周波数に対応する第２の分周値を出力することができ、スイープ期間中の分周値を固定して、安定した掃引を行うことができる効果がある。

また、本発明によれば、スイープ条件に含まれる一定時間間隔の値又は特定周波数の値を変更することで、スイープの傾きを変更する同期掃引シンセサイザとしているので、ユーザの要求や用途に応じて任意に傾きを設定することができる効果がある。

［発明の概要］
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同期掃引シンセサイザは、周波数の変化量と、変化の時間間隔（ステップ周波数／時間）とを規定するスイープ条件が与えられ、スイープ開始の指示が入力されると、当該時間間隔で掃引同期パルスを出力すると共に、掃引同期パルスに同期してステップ周波数分加算した周波数の値を出力するスイープ周波数カウンタを備え、スイープ周波数カウンタから出力された周波数の値に基づいて、位相比較器及びデジタルフィルタにパラメータを出力し、ＶＣＯを制御する構成としており、階段波形で周波数を高速変化させ、且つスイープタイミングに同期した同期パルスを出力することができるものである。

また、本発明の実施の形態に係る同期掃引シンセサイザは、シンセサイザがロックするまでは、スタート周波数の値を出力し、ロック後に、階段波形となるスイープ周波数の値を出力するスタート／スイープ周波数切り替えスイッチを設け、当該スイッチから出力された周波数の値に基づいてＶＣＯを制御する構成としており、シンセサイザがロックしてから掃引を開始するようにしているので、安定した掃引を行うことができるものである。

更に、本発明の実施の形態に係る同期掃引シンセサイザは、スイープの中心周波数に合わせて分周比を固定する分周比固定スイッチを設け、掃引中に分周比が変化しないように分周比を固定するようにしているので、安定した掃引を行うことができるものである。

［実施の形態の構成：図１］
本発明の実施の形態に係る同期掃引シンセサイザの構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る同期掃引シンセサイザの構成を示す構成ブロック図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る同期掃引シンセサイザ（本シンセサイザ）は、ＶＣＯ１１と、分周器（ＮＮ）１２と、ＬＰＦ（Low Pass Filter）１３と、ＡＤ変換器（Ａ／Ｄ）１４と、基準クロック発生部１５と、ＤＡ変換器（Ｄ／Ａ）２２と、電圧出力部２３と、加算器２４と、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）で構成される部分として、キャリアリムーブ１６と、逆回転ベクトル乗算部１７と、位相の時間差検出部１８と、加算器１９と、位相差の累積加算部２０と、ループフィルタ２１と、パラメータ出力部２５とを備え、更に、本シンセサイザの特徴部分として、分周比固定スイッチ（分周比固定ＳＷ）４１と、スタート／スイープ周波数切替スイッチ（スタート／スイープ周波数切替ＳＷ）４２と、スイープ周波数カウンタ４３を備えている。

ＶＣＯ１１は、加算器２４からの入力を制御電圧として、所望の周波数（４５０ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚ）を発振する電圧制御発振器である。
分周器（ＮＮ）１２は、ＶＣＯ１１の出力を外部から入力される分周値（ＮＮ）に基づき、１／ＮＮに分周してＬＰＦ１３に出力する。

ＬＰＦ１３は、分周器１２で分周された信号について低域の周波数を通過させるフィルタである。
ＡＤ変換器１４は、ＬＰＦ１３からの信号を、基準クロック発生部１５からの４０MHz（fs）のクロックでサンプリングすることによりアナログからデジタルに変換し、ＦＰＧＡのキャリアリムーブ１６に出力する。

ＤＡ変換器２２は、ＦＰＧＡで調整制御された制御信号をデジタルからアナログに変換するものである。ＤＡ変換器２２からの信号電圧は、０〜０．８５Ｖとなる。

電圧出力部２３は、パラメータ出力部２５からの電圧値に基づいて電圧を出力するものであり、出力電圧が例えば時間の経過と共に直線的に所定の電圧まで上昇するよう構成されている。
加算器２４は、電圧出力部２３から出力される電圧を、ＤＡ変換器２２から出力される制御信号で補正して、ＶＣＯ１１への制御電圧として出力するものである。

ＦＰＧＡの基本的機能は、所望の出力周波数（設定周波数）での回転ベクトルと、ＡＤ変換器１４からの信号の回転ベクトルとを比較して位相差を検出し、当該位相差に基づいてＶＣＯ１１の発振周波数を制御する制御信号を生成するものである。

キャリアリムーブ１６は、ＡＤ変換器１４からのデジタル信号により特定される正弦波信号に対して４MHzの正弦波信号を用いて直交検波を行い、ＡＤ変換器１４のデジタル信号により特定される周波数信号の周波数と、検波に用いる正弦波信号の周波数との差の周波数で回転する回転ベクトルＶを取り出す手段である。

逆回転ベクトル乗算部１７は、回転ベクトルＶに対して、パラメータ出力部２５から出力された逆回転ベクトルＶ′を乗算するものである。
位相の時間差検出部１８は、逆回転ベクトル乗算部１７において減速された回転ベクトルＶに基づいて、サンプリング時間毎の位相差を検出する。この位相差は、減速された回転ベクトルＶの周波数に対応する値となる。また、位相の時間差検出部１８は、ＰＬＬにおけるロックを検出するとロック検出信号を外部に出力する。

加算器１９は、位相の時間差検出部１８の出力から、予め計算で求めた所望の発振周波数に近づけるための微調整周波数の値を差し引いて位相差を出力する。
位相差の累積加算部２０は、加算器１９からの出力を一定時間累積加算して出力するものである。位相差の累積加算部２０は、フィルタによって構成され、ダンピングを最適値に設定している。
尚、キャリアリムーブ１６、逆回転ベクトル乗算部１７、位相の時間差検出部１８、加算器１９、位相差の累積加算部２０及びパラメータ出力部２５は、請求項に記載した位相比較部に相当している。

ループフィルタ２１は、位相差の累積加算部２０からの累積加算値に基づいて、ＶＣＯを制御するデータを生成して制御信号として出力するものである。ループフィルタ２１の制御を累積加算値に基づいて行うのは、ループフィルタ２１の出力を安定させるためである。

パラメータ出力部２５は、入力された周波数設定情報（所望の発振周波数の情報）に基づいて、当該周波数がＶＣＯ１１の出力として得られるよう、周波数パラメータとして、分周比固定スイッチ４１への第１の分周値（ＮＮ（１）、図示省略）と第２の分周値（ＮＮ（２）、図示省略）、逆回転ベクトル乗算部１７への逆回転ベクトルＶ′、加算器１９への微調整周波数、及び電圧出力部２３への電圧値を計算し、更に計算されたタイミングで上記パラメータ等を出力する。逆回転ベクトルＶ′は、回転ベクトルＶ及び周波数設定情報に基づいて算出される。パラメータ出力部２５は、各種パラメータを予めテーブル等に記憶しておいて読み出してもよい。
そして、本シンセサイザのパラメータ出力部２５の特徴として、周波数設定情報は、スタート／スイープ周波数切り替えスイッチ４２を介して入力される。

分周比固定スイッチ４１は、請求項に記載された第２のスイッチに相当し、外部からの切り替え信号２に従って、分周器１２に出力する分周値を切り替えるものである。ここでは、従来と同様のリニア掃引に対応する第１の分周値（ＮＮ（１））と、本シンセサイザの特徴である、スイープ範囲の中心周波数に対応する第２の分周値（ＮＮ（２））とを切り替えていずれかを出力するものである。切り替え信号２は、外部に接続されたパーソナルコンピュータ等の制御装置から入力される制御信号であり、請求項に記載された第２の切り替え信号に相当する。

スタート／スイープ周波数切り替えスイッチ４２は、請求項に記載された第１のスイッチに相当し、切り替え信号１に従って、スイープ周波数カウンタ４３の出力と、外部から入力されるスタート周波数の値とを切り替えて、いずれかを周波数設定情報としてパラメータ出力部２５に出力するものである。
切り替え信号１は、外部に接続されたパーソナルコンピュータ等の制御装置から入力される制御信号であり、請求項に記載された第１の切り替え信号に相当する。

スイープ周波数カウンタ４３は、外部の制御装置から入力されたスイープ条件に従って、掃引同期パルスを出力すると共に、保持している周波数の値を一定の周波数幅で変化させて、当該パルスに同期して順次出力するものである。

［本シンセサイザの特徴部分の構成；図２］
次に、本シンセサイザの特徴部分の構成及び各部の動作について図２を用いて説明する。図２は、分周比固定スイッチ４１とスタート／スイープ周波数切り替えスイッチ４２とスイープ周波数カウンタ４３の概略構成ブロック図である。
図２に示すように、スタート／スイープ周波数切り替えスイッチ４２は、外部の制御装置から与えられるスタート周波数の値、又はスイープ周波数カウンタ４３からの周波数の値を周波数設定情報としてパラメータ出力部２５に出力する。

そして、スタート／スイープ周波数切り替えスイッチ４２は、初めは、制御装置から入力される切り替え信号１によってスタート周波数側に切り替えられている。そして、制御装置から、スイープ周波数カウンタ４３側に切り替えるよう指示する切り替え信号１が入力されると、スタート／スイープ周波数切り替えスイッチ４２は、スイープ周波数カウンタ４３側に切り替わる。

すなわち、スタート／スイープ周波数切り替えスイッチ４２がスタート周波数側に切り替えられた状態で、位相の時間差検出部１８からのロック検出信号が制御装置に入力されると、制御装置から切り替え信号１が出力され、スタート／スイープ周波数切り替えスイッチ４２はスイープ周波数カウンタ４３側に切り替えられるようになっている。

これにより、シンセサイザがロックするまでは、与えられたスタート周波数でＶＣＯ１１を制御し、ロックを検出した後にスイープを開始することで安定した掃引を行うことがができるものである。

スイープ周波数カウンタ４３は、外部の制御装置から、スイープ条件（ステップ周波数／時間）とスイープスタートトリガを入力して、階段状となる周波数の値を出力するものである。スイープスタートトリガは、請求項に記載された「スイープ開始のトリガ」に相当する。

スイープ条件は、階段状に変化する周波数において、周波数を更新する時間間隔と、１回に変化させる周波数（ステップ周波数）の値とを規定するものであり、掃引の傾きを表している。
ここで、スイープ条件について図３を用いて説明する。図３は、スイープ条件を示す模式説明図である。
図３に示すように、例えば、スイープ条件が１００Ｈｚ／１０μsecであれば、１０μsec毎の同期パルスに合わせて周波数の値に１００Ｈｚ加算して出力することを表す。つまり、周波数の値は、１０μsec毎に１００Ｈｚずつ階段状に増加する値となる。
尚、スイープ条件には、スイープを開始するスイープスタート周波数及びスイープを停止するストップ周波数の情報も含まれている。

スイープスタートトリガは、スイープを開始するタイミングを指定するものであり、外部の制御装置から入力されるが、スタート／スイープ周波数切り替えスイッチ４２をスイープ周波数カウンタ４３側に切り替えるよう指示する切り替え信号１と同じ信号であってもよく、又はそれ以降に手動で入力されるものでも構わない。

スイープ周波数カウンタ４３は、スイープスタートトリガが入力されると、カウントを開始し、与えられたスイープ条件に従って、特定時間毎に掃引同期パルスを出力すると共に、掃引同期パルスに同期して、保持している周波数の値にステップ周波数分を加算して更新し、更新された周波数の値を順次出力する。

つまり、スイープ周波数カウンタ４３がスイープを開始するときには、スタート／スイープ周波数切り替えスイッチ４２は、既にスイープ周波数カウンタ４３側に切り替えられているので、スイープ周波数カウンタ４３でカウントアップされた周波数の値は、そのまま周波数設定情報としてパラメータ出力部２５に出力される。

パラメータ出力部２５は、スタート／スイープ周波数切り替えスイッチ４２から入力された周波数設定情報に基づいて、第１の分周値（ＮＮ（１））、第２の分周値（ＮＮ（２））及び他の各種周波数パラメータを計算し、出力する。
ここで、本シンセサイザにおける分周値（ＮＮ）の設定方法について説明する。
パラメータ出力部２５は、分周比固定スイッチ４１に分周値を出力するものであり、通常、周波数設定情報が入力される度に分周値を算出して、ＮＮ（１）として出力する。ＮＮ（１）は、従来のようにリニアな掃引を行う場合に対応する分周値である。

更に、本シンセサイザの特徴として、パラメータ出力部２５は、図示は省略するが、外部の制御装置から入力されるスイープスタート周波数及びストップ周波数の値に基づいて、スイープ中心周波数を算出して保持し、スイープ中心周波数に基づいて算出した分周値をＮＮ（２）として出力する。ＮＮ（２）は、高速掃引中に用いられる分周値であり、掃引中に分周比が変化しないようにして、安定した掃引を行うための値である。

そして、分周比固定スイッチ４１は、外部の制御装置からの切り替え信号２に基づいて、ＮＮ（１）又はＮＮ（２）を切り替えて、いずれかを、分周器１２に出力する。
制御装置からの切り替え信号２は、スイープ開始前にはＮＮ（１）側に切り替え、スイープ開始時にＮＮ（２）側に切り替えるものである。ＮＮ（２）側に切り替える信号は、スイープ周波数カウンタ４３に入力されるスイープスタートトリガと同じ信号でよい。

つまり、動作開始直後のスタート周波数の値が設定されている場合には、分周比固定スイッチ４１がＮＮ（１）側に切り替えられており、パラメータ出力部２５でスタート周波数の値に基づいて算出された第１の分周値を出力するが、スタート周波数でロックが検出されると、制御装置から切り替え信号２が出力されて、分周比固定スイッチがＮＮ（２）側に切り替えられ、パラメータ出力部２５がスイープ中心周波数に基づいて算出して保持している第２の分周値を出力するものである。

［本シンセサイザの特徴部分の動作；図２］
次に、本シンセサイザの特徴部分の動作について図２を用いて説明する。
動作開始前に、外部の制御装置から、スタート／スイープ周波数切り替えスイッチ４２にスタート周波数の値が与えられ、スイープ周波数カウンタ４３にスイープ条件として、ステップ周波数／保持時間と、スイープスタート周波数と、ストップ周波数とが設定され、更に、パラメータ出力部２５に、スイープスタート周波数と、ストップ周波数とが設定される。

パラメータ出力部２５は、スイープ中心周波数を算出し、それに基づいて分周値ＮＮ（２）を算出して保持する。
また、スイープ周波数カウンタ４３が出力する周波数の値の初期値として、スタート周波数が設定される。

動作開始時には、分周比固定スイッチ４１は、切り替え信号２によってＮＮ（１）側に切り替えられ、スタート／スイープ周波数切り替えスイッチ４２は、切り替え信号１によってスタート周波数側に切り替えられている。

この状態で、スタート／スイープ周波数切り替えスイッチ４２からはスタート周波数の値が周波数設定情報としてパラメータ出力部２５に出力され、パラメータ出力部２５は、スタート周波数の値に基づいて、分周値ＮＮ（１）及び各種パラメータを算出し、出力する。分周比固定スイッチ４１はＮＮ（１）側に切り替えられているので、スタート周波数に基づく分周値ＮＮ（１）はそのまま出力され、ＶＣＯ１１の制御が行われる。

そして、位相の時間差検出部１８からロック検出信号が出力されると、制御装置は、切り替え信号１を出力してスタート／スイープ周波数切り替えスイッチ４２をスイープ周波数カウンタ４３側に切り替える。

また、制御装置は、スイープ周波数カウンタ４３にスイープスタートトリガを出力し、更に、制御装置は、切り替え信号２を出力して、分周比固定スイッチ４１を分周値ＮＮ（２）側に切り替える。

スイープ周波数カウンタ４３は、スイープスタートトリガを検出すると、カウントを開始して、スイープ条件に基づいて同期掃引パルスを出力し、現在設定されている周波数の値にステップ周波数を加算して、同期掃引パルスに合わせて次の周波数の値を出力する。

スタート／スイープ周波数切り替えスイッチ４２は、スイープ周波数カウンタ４３側に切り替えられているので、パラメータ出力部２５には、スイープ条件で指定された時間間隔毎にカウントアップされた周波数設定情報が順次入力され、パラメータ出力部２５は、それに応じて各種パラメータを算出してそれぞれ出力する。尚、パラメータ出力部２５が、周波数設定情報に応じた分周値ＮＮ（１）を算出しても構わないが、掃引中には、分周比固定スイッチ４１を介してスイープ中心周波数に対応する分周値ＮＮ（２）が固定的に出力される。

これにより、本装置では、パラメータ出力部２５に高速で階段状に変化する周波数設定情報が与えられ、パラメータ出力部２５は、周波数設定情報に応じて各種パラメータを算出して出力すると共に、分周値をスイープ中心周波数に対応した分周値ＮＮ（２）に固定することができ、高速且つ安定した階段状の掃引を行うことができるものである。

また、スタート／スイープ周波数切り替えスイッチ４２を設けることにより、スタート周波数でロックした状態から掃引を開始することができ、安定した掃引を行うことができるものである。

［スイープ実測波形；図４〜図７］
次に、実際のスイープ実測波形について図４を用いて説明する。図４は、スイープ実測波形の例を示す波形図である。
図４では、スイープ中心周波数が、４１３，６６３，２３２Ｈｚであり、スイープ周波数（スイープスタート周波数とストップ周波数の差）が８，８００，０００Ｈｚであり、スイープ条件（スイープの傾き）が４４０Ｈｚ／１００μsecの場合を例として示している。
図４に示すように、１００μsec毎に４４０Ｈｚ加算される階段状の波形が実現されている。

次に、スイープ実測波形の別の例について図５〜７を用いて説明する。図５は、別のスイープ実測波形の例を示す波形図であり、図６は、図５の（１）部分の拡大図であり、図７は、図５の（２）部分の拡大図である。
図５では、複数のスイープ条件を組み合わせて、スイープの傾きを変更しながら掃引した場合の波形を示している。

傾きを変更する場合は、例えば、第１の周波数から第２の周波数までは第１の傾き（周波数／時間）で動作させ、第２の周波数から第３の周波数までは第２の傾きとなるようなスイープ条件を、制御装置からスイープ周波数カウンタ４３に与えればよい。

図５の例では、スイープ中心周波数が、４３９，５００，０００Ｈｚであり、スイープ周波数が１５，０００，０００Ｈｚであり、傾きの緩やかな部分の傾き（スイープ傾き（１））は、７５００Ｈｚ／５００μsec、傾きの急な部分の傾き（スイープ傾き（２））は、７５００Ｈｚ／１００μsecである。

図６に示すように、スイープ傾き（１）の場合、画面の左側に５００μsec毎に７５００Ｈｚ加算されるほぼ階段状の波形が実現されていることが認められる。

一方、図７に示すように、スイープ傾き（２）の場合には、１００μsec毎に７５００Ｈｚの加算であるので、傾きが急すぎて階段状の波形になっていない。

つまり、ユーザの目的や用途に応じて、早く周波数を変化させたい部分では、階段波形とならなくても大きな傾きのスイープ条件として、短時間で大きく周波数を変化させ、少しずつ変化させたい部分では、傾きの小さいスイープ条件とすることにより精度の高い階段波形を出力することができ、ユーザの使い勝手に応じてスイープ条件を任意に設定することが可能である。

［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る同期掃引シンセサイザによれば、スイープ周波数カウンタ４３が、周波数の変化量と、変化の時間間隔（ステップ周波数／時間）とを規定するスイープ条件が与えられ、スイープスタートトリガが入力されると、当該時間間隔で掃引同期パルスを出力し、ステップ周波数分カウントアップした周波数の値を当該パルスに同期して出力し、パラメータ出力部２５が、スイープ周波数カウンタ４３からの周波数の値に基づいて各種パラメータを算出して出力するようにしているので、シンセサイザ出力を、階段波形で高速に掃引することができ、且つスイープタイミングに同期した同期パルスを出力することができる効果がある。

また、本シンセサイザによれば、外部から与えられるスタート周波数の値又はスイープ周波数カウンタ４３から出力される周波数の値のいずれかを、周波数設定情報をとしてパラメータ出力部２５に出力するスタート／スイープ周波数切り替えスイッチ４２を設け、スタート／スイープ周波数切り替えスイッチ４２が、ロックを検出するまでは外部から与えられるスタート周波数の値を出力し、ロックが検出された場合に入力される切り替え信号１に基づいて切り替わり、スイープ周波数カウンタ４３からの周波数の値を出力するようにしているので、ロックが検出されるまではスタート周波数を出力し、ロックが検出されてから階段状のスイープ周波数を出力することができ、安定した掃引を行うことができる効果がある。

また、本シンセサイザによれば、パラメータ出力部２５において、周波数設定情報に基づいて算出される分周値ＮＮ（１）又は、スイープの中心周波数に基づいて算出される分周値ＮＮ（２）を切り替えて、いずれかをパラメータ出力部３５から分周値として出力する分周比固定スイッチ４１が、スイープが開始されるまではＮＮ（１）を出力し、スイープが開始されると切り替え信号２に基づいて切り替わり、ＮＮ（２）を出力するようにしているので、スイープ中は、分周値をスイープの中心周波数に対応する値で固定することができ、途中で変化しないようにして、安定した掃引を行うことができる効果がある。

本発明は、特に出力周波数を高速掃引することができ、掃引に同期したパルスを出力することができる同期掃引シンセサイザに適している。

本発明の実施の形態に係る同期掃引シンセサイザの構成を示す構成ブロック図である。 分周比固定スイッチ４１とスタート／スイープ周波数切り替えスイッチ４２とスイープ周波数カウンタ４３の概略構成ブロック図である。 スイープ条件を示す模式説明図である。 スイープ実測波形の例を示す波形図である。 別のスイープ実測波形の例を示す波形図である。 図５の（１）部分の拡大図である。 図５の（２）部分の拡大図である。 従来の周波数シンセサイザの構成ブロック図である。 のこぎり波による掃引を示す模式説明図である。 階段波形による掃引の模式説明図である。

符号の説明

１…ＶＣＯ、 ２…分周器、 ３…位相比較器、 ４…ループフィルタ、 １１…ＶＣＯ、 １２…分周器、 １３…ＬＰＦ、 １４…ＡＤ変換器、 １５…基準クロック発生部、 １６…キャリアリムーブ、 １７…逆回転ベクトル乗算部、 １８…位相の時間差検出部、 １９…加算器、 ２０…位相差の累積加算部、 ２１…ループフィルタ、 ２２…ＤＡ変換器、 ２３…電圧出力部、 ２４…加算器、 ２５…パラメータ出力部、 ４１…分周比固定スイッチ、 ４２…スタート／スイープ周波数切り替えスイッチ、 ４３…スイープ周波数カウンタ

Claims (6)

1. 入力される制御電圧に応じて周波数信号を発振する電圧制御発振器と、該発振周波数信号を分周する分周器と、該分周された信号をアナログ／デジタル変換するＡＤ変換器と、該アナログ／デジタル変換された信号と所望の周波数信号との位相を比較し、位相差に応じた位相差信号を出力する位相比較部と、該位相差信号に基づいて前記電圧制御発振器を制御する制御信号を出力するループフィルタと、該制御信号をデジタル／アナログ変換するＤＡ変換器とを備え、
   前記位相比較部が、特定のスタート周波数でロックが検出されるまでは、位相差信号を生成するのに必要な分周値を、前記スタート周波数に基づいて算出して前記分周器に出力し、ロックが検出されると、予め与えられたスイープ条件に基づいて出力される掃引同期パルスに同期して、前記スイープ条件に従って算出された周波数の値に基づいて前記分周値を算出して前記分周器に出力し、
   前記電圧制御発振器が、前記位相比較部でロックが検出されるまでは、特定のスタート周波数を提供し、ロックが検出された後は、階段波形となるスイープ周波数を提供することを特徴とする同期掃引シンセサイザ。
2. スイープ周波数は、一定時間間隔で特定周波数分を上昇させて形成することを特徴とする請求項１記載の同期掃引シンセサイザ。
3. スイープ周波数は、一定時間間隔又は特定周波数を変更することにより、スイープ傾きを変更することを特徴とする請求項２記載の同期掃引シンセサイザ。
4. 入力される制御電圧に応じて周波数信号を発振する電圧制御発振器と、該発振周波数信号を分周する分周器と、該分周された信号をアナログ／デジタル変換するＡＤ変換器と、該アナログ／デジタル変換された信号と所望の周波数信号との位相を比較し、位相差に応じた位相差信号を出力する位相比較部と、該位相差信号に基づいて前記電圧制御発振器を制御する制御信号を出力するループフィルタと、該制御信号をデジタル／アナログ変換するＤＡ変換器とを備え、
   前記位相比較部は、入力された周波数設定情報に基づいて、位相差信号を生成するのに必要な分周値を算出するパラメータ出力部と、
   スイープ開始のトリガを検出すると、予め与えられた一定時間間隔の値と特定周波数の値とを含むスイープ条件に基づいて、前記一定時間間隔で掃引同期パルスを出力すると共に、保持している周波数の値に前記特定周波数分加算した周波数の値を前記掃引同期パルスに同期して出力するスイープ周波数カウンタと、
   スタート周波数でのロック検出により入力される第１の切り替え信号を検出すると、前記パラメータ出力部に出力する周波数設定情報を、特定のスタート周波数の値から、前記スイープ周波数カウンタからの周波数の値に切り替えて出力する第１のスイッチと、を備えたことを特徴とする同期掃引シンセサイザ。
5. パラメータ出力部が、第１のスイッチから入力される周波数設定情報に基づいて第１の分周値を算出する一方、スイープの中心周波数の値に基づいて第２の分周値を算出して保持するパラメータ出力部であり、
   位相比較部は、
   スイープ開始により入力される第２の切り替え信号を検出すると、前記パラメータ出力部から出力される分周値を、第１の分周値から第２の分周値に切り替えて、スイープ期間中固定で出力する第２のスイッチを備えたことを特徴とする請求項４記載の同期掃引シンセサイザ。
6. スイープ条件に含まれる一定時間間隔の値又は特定周波数の値を変更することで、スイープの傾きを変更することを特徴とする請求項４又は請求項５記載の同期掃引シンセサイザ。

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