JP7379057B2 - 発振装置 - Google Patents
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Description
例えば特許文献1には、スイッチトキャパシタ回路を用いて電圧制御発振器出力信号をサンプリングすると共に、そのサンプリング周波数を出力信号の周波数のナイキスト周波数以下にすることにより、回路のIC化を図りつつ、C/N比の向上を図ったPLL周波数シンセサイザが記載されている。
しかしながら、特許文献1、2のいずれにも、ディジタル信号を得るアナログ/ディジタル変換部の特性が、スプリアスに与える影響を評価した技術は記載されていない。
前記ディジタルの周波数信号と、基準周波数信号との位相差を検出する位相差検出部と、
前記位相差検出部の出力に基づき、前記電圧制御発振部の出力周波数を制御するための制御電圧に対応するディジタル信号を出力するループフィルタと、
前記ループフィルタの出力をアナログの制御電圧に変換して、前記電圧制御発振部に供給するためのディジタル/アナログ変換部と、
前記アナログ周波数信号のサンプリングを、互いに異なるサンプリング周波数で実行させるために、前記アナログ/ディジタル変換部に対して、周波数の異なる複数の動作クロックから選択された一の動作クロックを供給する動作クロック供給部と、
前記動作クロック供給部から供給された動作クロックのサンプリング周波数でサンプリングされた前記ディジタルの周波数信号の周波数と、前記アナログの周波数信号の高調波が前記サンプリング周波数でサンプリングされた結果得られたディジタルのスプリアス信号の周波数との周波数差が、予め設定されたしきい値よりも大きくなるサンプリング周波数の動作クロックを選択するように前記動作クロック供給部を制御する制御部と、を備え、
前記アナログの周波数信号の周波数は、前記サンプリング周波数の2分の1の周波数よりも高いことを特徴とする。
(a)前記制御部は、2次以上、n次以下(nは、3~6までの整数)の各高調波から得られたディジタルの前記スプリアス信号が、各々、予め設定されたしきい値よりも大きくなる動作クロックを選択すること。また、前記制御部は、前記周波数差が前記しきい値よりも大きくなる動作クロックが複数ある場合に、前記各高調波について計算した前記周波数差の最小値が最も大きくなる動作クロックを選択すること。
(b)前記基準周波数信号の周波数は、前記電圧制御発振部の設定周波数の出力に基づくアナログの周波数信号を、前記選択された動作クロックのサンプリング周波数でサンプリングして得られる前記ディジタルの周波数信号の周波数と一致するように設定されること。
位相差検出部12、ループフィルタ13、DDS2などのディジタル回路は、例えばFPGA(Field-Programmable Gate Array)により構成される。
ADC11は、外部から入力される動作クロックに基づき前記周波数信号のサンプリングを行い、例えば12ビットのディジタル信号に変換する。例えばADC11は、入力される周波数信号の周波数の2倍以下のサンプリング周波数にてサンプリングを行い、ディジタルの周波数信号を得るアンダーサンプリングを実行する。アンダーサンプリングの実施に伴うディジタルの周波数信号への影響については後述する。
DDS2は、入力された周波数設定値に対応した周波数を有する基準周波数信号を出力する。本例の発振装置は、DDS2に入力される周波数設定値を変更することにより、VCO15の出力の周波数を変化させることができる。
そして、DAC14は、ループフィルタ13から出力されたディジタル信号をアナログの制御電圧に変換する。
既述のように、このPLL回路に設けられているADC11は、入力された周波数信号の周波数fの2倍以下のサンプリング周波数FS(FS≦2f)にてサンプリングを行い、当該周波数信号をディジタル信号に変換する。本例のPLL回路では、VCO15の出力の設定周波数f0に対するサンプリング周波数FSの比(FS/f0)は、0.2~0.5程度に設定される。
なお、以下の説明では「f、F」の符号は、所定の周波数を持つ信号を示す場合と、その信号の周波数そのものを示す場合との双方に用いる。
図2に示すように、周波数fが「f-3FS<(FS/2)」である場合、当該周波数fは、「n・(FS/2)、n=5,3,1」の位置にて順次折り返され、「FS/2>」の周波数領域に位相差検出用成分として現れる。また図3に示すように、周波数fが「f-3FS≧(FS/2)」である場合については、当該周波数fの折り返し成分が、同様に「n・(FS/2)、n=7,5,3,1」の位置にて順次折り返され、前記周波数領域に位相差検出用成分として現れる。これらの位相差検出用成分は、VCO15から出力された周波数信号が、ADC11の動作クロックのサンプリング周波数FSにてサンプリングされた結果得られたディジタルの周波数信号に相当する。
なお、図示の便宜上、図2、3中には2次の高調波の周波数f(2)を示し、その折り返し成分については一部のみを示してある。また、これらの図中に示すVCO15の出力の周波数、2次高調波、各折り返し成分(上述の「位相差検出用成分、スプリアス成分」を含む)の振幅レベルは、実際の振幅レベルを示すものではない。
さらに制御部3は、VCO15の設定周波数f0とサンプリング周波数FSの選択結果とに基づいて(数1)のffoldの計算を行い、基準周波数信号の周波数が当該ffoldと一致するようにDDS2へ周波数設定値を出力する機能も備えている。
はじめに、VCO15から出力する周波数信号の設定周波数f0を取得する(スタート、ステップS101)。しかる後、クロック供給源112から供給可能な動作クロックの複数のサンプリング周波数FSの候補の1つを選択する(ステップS102)。
但し、設定周波数f0の設定範囲と、周波数差Δffoldとの関係についてデータを蓄積しておき、PLL回路の設計段階で当該設定範囲では選択の基準を満たさない結果となりにくいサンプリング周波数の候補の組み合わせをクロック供給源112に設定しておくことも可能である。
A.計算条件
設定周波数f0:848.5MHz
サンプリング周波数の候補
FS1:270MHz
FS2:275MHz
FS3:280MHz
対象高調波:2~6次
各サンプリング周波数の候補FS1~FS3に対して、周波数差Δffoldを計算した結果のプロット図を示す。図5(a)~(c)は2~4次の高調波についての計算結果を示し、図6(a)、(b)は5、6次の高調波についての計算結果を示している。
各図の横軸はサンプリング周波数FS[MHz]、縦軸は周波数差Δffold[MHz]を示している。また、サンプリング周波数FSを選択するにあたっての周波数差Δffoldのしきい値は10MHzとし、各図中に実線で示してある。各プロットには、周波数差Δffoldの値が大きな順に「1、2、3」の数字を併記し、当該周波数差Δffoldの値がしきい値以未満である場合には「×」の符号を付してある。
これに対して、サンプリング周波数の候補FS1=270MHzについては6次高調波にて、またFS3=280MHzについては2次高調波にて、各々、周波数差Δffoldがしきい値未満となった。
111 セレクタ
112 クロック供給源
12 位相差検出部
13 ループフィルタ
14 DAC
15 VCO
2 DDS
3 制御部
Claims (4)
- 電圧制御発振部の出力に基づくアナログの周波数信号を、予め設定されたサンプリング周波数でサンプリングし、ディジタルの周波数信号に変換するアナログ/ディジタル変換部と、
前記ディジタルの周波数信号と、基準周波数信号との位相差を検出する位相差検出部と、
前記位相差検出部の出力に基づき、前記電圧制御発振部の出力周波数を制御するための制御電圧に対応するディジタル信号を出力するループフィルタと、
前記ループフィルタの出力をアナログの制御電圧に変換して、前記電圧制御発振部に供給するためのディジタル/アナログ変換部と、
前記アナログ周波数信号のサンプリングを、互いに異なるサンプリング周波数で実行させるために、前記アナログ/ディジタル変換部に対して、周波数の異なる複数の動作クロックから選択された一の動作クロックを供給する動作クロック供給部と、
前記動作クロック供給部から供給された動作クロックのサンプリング周波数でサンプリングされた前記ディジタルの周波数信号の周波数と、前記アナログの周波数信号の高調波が前記サンプリング周波数でサンプリングされた結果得られたディジタルのスプリアス信号の周波数との周波数差が、予め設定されたしきい値よりも大きくなるサンプリング周波数の動作クロックを選択するように前記動作クロック供給部を制御する制御部と、を備え、
前記アナログの周波数信号の周波数は、前記サンプリング周波数の2分の1の周波数よりも高いことを特徴とする発振装置。 - 前記制御部は、2次以上、n次以下(nは、3~6までの整数)の各高調波から得られたディジタルの前記スプリアス信号が、各々、予め設定されたしきい値よりも大きくなる動作クロックを選択することを特徴とする請求項1に記載の発振装置。
- 前記制御部は、前記周波数差が前記しきい値よりも大きくなる動作クロックが複数ある場合に、前記各高調波について計算した前記周波数差の最小値が最も大きくなる動作クロックを選択することを特徴とする請求項2に記載の発振装置。
- 前記基準周波数信号の周波数は、前記電圧制御発振部の設定周波数の出力に基づくアナログの周波数信号を、前記選択された動作クロックのサンプリング周波数でサンプリングして得られる前記ディジタルの周波数信号の周波数と一致するように設定されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一つに記載の発振装置。
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