JPH03192821A - フェーズロックループ - Google Patents

フェーズロックループ

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JPH03192821A
JPH03192821A JP2215684A JP21568490A JPH03192821A JP H03192821 A JPH03192821 A JP H03192821A JP 2215684 A JP2215684 A JP 2215684A JP 21568490 A JP21568490 A JP 21568490A JP H03192821 A JPH03192821 A JP H03192821A
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JP
Japan
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analog
phase
signal
output
pll
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Pending
Application number
JP2215684A
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English (en)
Inventor
Richard A Kennedy
リチャード・アルバート・ケネディー
Gregory J Manlove
グレゴリー・ジョン・マンラヴ
Jeffrey J Marrah
ジェフリー・ジョセフ・マーラー
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Delco Electronics LLC
Original Assignee
Delco Electronics LLC
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03DDEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D1/00Demodulation of amplitude-modulated oscillations
    • H03D1/22Homodyne or synchrodyne circuits
    • H03D1/2209Decoders for simultaneous demodulation and decoding of signals composed of a sum-signal and a suppressed carrier, amplitude modulated by a difference signal, e.g. stereocoders
    • H03D1/2236Decoders for simultaneous demodulation and decoding of signals composed of a sum-signal and a suppressed carrier, amplitude modulated by a difference signal, e.g. stereocoders using a phase locked loop

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、フェーズロックループ(PLL )にかかり
、特に、ディジタルPLLのフィードバックルーズにア
ナログPLL’に用いたFMステレオデーダ用のPLL
に関するものである。
(従来の技術) ステレオ受信機はすべて、6つの機能を果さなければな
らない。第1に、デコーダは、送信機と受信機との同期
用としてFM合成信号に付加され定191d(zのパイ
ロット信号を検出し、ロックオンしなければならない。
この同期はPLL’¥’用いて行われろ。−度目、りさ
れると、デコーダは送信信号に同期し、第2の機能、す
なわち、FM合成信号を、元の19 kHzパイロット
信号と同位相の38kHz信号によって多重化すること
が行われる。この多重化プロセスによって“左−右”信
号ヲベースバンド(0〜15kHz)まで下げ、これに
よって”左+右”および“左−右”情報を簡単なローパ
スフィルタを用いて分離することが可能となる。第3に
、この2つの信号の和および差が演算され、FMステレ
オ受信機のスピーカで再生さnる所望の“左”および”
右”の情報が取り出される。
PLLの確度およびノイズ特性は極めて重要である。P
LLで発生する3 8 kHz信号上のノイズはすべて
、゛左−右”信号経路に現われる。信号経路内のノイズ
は、デコーダ性能の重要な尺度であり、最小にすべきも
のである。PLL内の不正確さはすべて、2つの信号経
路のゲインのミスマツチを招く。ゲインのミスマツチが
あると、“左(右)”のチャネル情報の一部が“右(左
)”の出力に現われろ原因となる。゛分離”と呼ばれる
パラメータは、デコーダがどの程度まで良好に“左”と
“右”の信号を分離しているかの尺度であり、従ってデ
コーダ性能のベンチマークとなる。
標準のPLLは第1図に示す通りである。すなわち標準
のPLLは、第1の位相検出器10、ループフィルタ1
2(第1のフィルタ手段)、電圧制御発振器(VCO)
14、および周波数ディパイダ16から構成されている
。アナログシステムでは、第1の位相検出器10は、周
波数ディバイダ16の出力とシステム入力との間の位相
差に比例した電圧を発生する。この電圧は、ループフィ
ルタ12を通ってVCOI4の入力に供給されろ。vC
Oの出力が入力信号と同位相であると、第1の位相検出
器10はその動きを停止する。周波数ディバイダ16が
2で分割するものであり、まrs P L Lが19 
kHzに口、りされると、vCOの出力は、デコーダ信
号経路で要求される3 8kHzとなる。
アナログPLLはアナログvcov有し、これは不正確
であり、かつ温度依存性をもっている。
このためコストの高い外部用品か必要となり、まrs 
P L Lのバンド幅を温度変化を考慮して広くてろ必
要があり、従ってシステム性能が低下する。
ディジタルシステムでは、回路動作は、アナログ電圧の
代りにディジタル言語が用いられること以外は全(同じ
である。このようなディジタルPLLの1つがUS特許
A4.577163に開示さnている。
ディジタルPLLは、その出力周波数が入力ビットパタ
ーンで制御されるディジタルvco’v持っている。P
LLの自由運転周波数は極めて正確であるが、VCOの
出力周波数は量子化されたステ、プでしか動かない。こ
の周波数は平均値付近に集中しているが、時間内の各瞬
間では不正確である。この量子化は、FMステレオデコ
ーダの性能に限界を与える原因となる。
(発明が解決しようとする課題) 従って、本発明の目的は、狭いバンド幅と小さな位相ノ
イズヶ有し、FMステレオデコーダに実用可能な、全集
積形のフェーズロックルー1回路を提供することである
(課題を解決するための手段と作用) 本発明如よるフェーズロックループは、第1の位相検出
器、アナログ電圧制御発振器、第1の位相検出器の出力
に応答してアナログ電圧制御発振器に入カビ与える第1
のフィルタ手段、およびアナログ電圧制御発振器の出力
を第1の位相検出器の第1の入力に接続する接続手段、
7有するアナログフェーズロックループを備えると共に
、さらにアナログ/ディジタル電圧制御発振器、パイロ
ット信号を含むFM合合成入力信号大入力る第2の位相
検出器、第2の位相検出器の出力に応答してアナログ/
ディジタル電圧制御発振器にアナログ制御入力り与える
第2のフィルタ手段を備え、このアナログ/ディジタル
電圧制御発振器は、基準入力周波数信号ケ基準発振源か
ら入力すると共に、平均周波数がパイロット信号と等し
い出力信号を供給する手段ケ含んでおり、さらにアナロ
グフェーズロックループはアナログ/ディジタル電圧制
御発振器と第2の位相検出器との間のフィードパ、り経
路内に接続されてアナログ/ディジタル電圧制御発振器
の出力を平均化しており、また第1の位相検出器はアナ
ログ/ディジタル電圧制御発振器の出力乞入力し、さら
にまた上記の接続手段は第2の位相検出器への第1の入
力も供給するようになっている。
本発明のPLLは、FMステレオ受信機のデコーダに特
に実用性の高い、ディジタルとアナログとの複合回路で
ある。PLLの中心周波数は、アナログ/ディジタルv
COを用いて、水晶制御の発振器で発振される外部の矩
形波を基準として確立される。このアナログ/ディジタ
ル発振器については、本願と同じ日に出願した私共の特
許出願に詳細に説明されている。このPLLのディジタ
ル部分は中心周波数を正確に設定する。回路のアナログ
部分は、回路が信号に口、クオンし、システムの全体的
な安定化をはかつている。このように、本発明のPLL
はアナログとディジタルの両方の機能をもっている。こ
れは、アナログ式、およびディジタル式の何れよりも有
利であり、外部に部品Z要することなく、標準のPLL
よりも高い性能を発揮する。
(実施例) 以下、本発明の一実施例Z図面乞参照して説明する。
本発明によるアナログ/ディジタルPLLは第2図に示
されている。このPLLは、第2の位相検出520.ロ
ーパスフィルタ22、ループフィルタ24、アナログ/
ディジタルVCO2(5、および全体に記号28を付し
たアナログPLLから構成されている。また、水晶制御
の発振器(図示せず)からアナログ/ディジタルVCO
26に5.6 MHzの矩形波入力が与えられる。
第2図におけるアナログPLL28は従来のものであり
、第1図の各構成部分を含んでおり、それぞれ同じ記号
で示されている。第2の位相検出器20はアナログPL
Lからの19 kHzのフィードパ、り信号とFM合成
信号内の19 kHzのパイロット信号との位相差を検
出する。入力上の残りの信号は、アナログ/ディジタル
■CO26のバンド幅の狭いことによって無視される。
このバンド幅の狭いのは、アナログ/ディジタルVCO
26の自由運転周波数が、19 kHzのパイロット信
号に対して1.9Hz (0,01%)以内の確度をも
っているからである。第2の位相検出器20の出力は、
ローパスフィルタ22、ループフィルタ24(第2のフ
ィルタ手段)を介して、アナログ/ディジタルVCO2
6の入力に与えられる。アナログ/ディジタルVCO2
6の出力信号は記号D 19 kHzで示され、平均と
して入カパイロットと同じ周波数乞もっている。しかし
、わずかの位相誤差が、ディジタル回路に起因する出力
周波数の量子化誤差によりて常時発生している。アナロ
グP L L28は信号D I 9 kHzに対する平
滑化フィルタとして作動する。これは平均化回路であり
、所要の19kHz信号だけに着目している。アナログ
P L L28の出力はさらに、FMデコーダの信号経
路で用いられる、38 kHzの正弦波の発生に用いら
れる。
この信号は、アナログ/ディジタルPLLのディジタル
部分によって正確な周波数となり、さらにPLLのアナ
ログ部分によって位相ノイズの低いものとなる。アナロ
グPLL28は、入力が合成信号ではなくてD I 9
 kHzであるために、FMデコーダのSN比に悪影響
を及ぼすことなく広いバンド幅夕もつことができる。従
って、アナログP L L 28は、外部の部品を要す
ることな(、十分に集積化することが可能となる。
信号D I 9 kHzは、ディジタル回路の位相ノイ
ズのために、i 9 kHzの点に主成分を、他の周波
数に小さい成分を有する。アナログPLL28はD I
 9 kHzの中の19 kHz成分だけをロックオン
し、位相ノイズに起因する他の成分は無視する。
) その結果、アナログVCO14の出力は低キイズの信号
となる。この信号は、周波数ディバイダ16(接続手段
)で周波数低減され、記号A 19 kHzで示した位
相ノイズの低い19 kHzの信号を発生する。この信
号は、アナログ/ディジタルPLLの第2の位相検出器
20の他の入力になると共に、アナログPLL28の第
1の位相検出器100入力となる。
アナログ/ディジタルVCO26は、第6図および第4
図に詳細に示されている通り、2つの基本セクションか
ら構成されている。第1のセクションは、第6図に示す
ような、電圧をパルスに変換する変換器である。アナロ
グ/ディジタル■ω26用の制御電圧(Vc)は、全体
として記号29で示した、従来方式のスイッチ付きコン
デンサ積分器29に印加されろ。Vcの振幅が設定され
た基準電圧Vrefより大きいときは、演算増幅器30
の出力(VRAMP)はゼロ電位方向へ積分される。
コンデンサCAはスイッチS1〜S4と共同して等価抵
抗として作動し、これがコンデンサCBおよび演算増幅
器30と共に1つの積分器を構成している。抵抗器31
.32.33で構成された電圧ディバイダは、比較器6
4の負入力への基準入力Vhighおよび比較器65の
正入力への基準入力VIoWを確立している。それぞれ
記号ADDおよびDELETEで表わした、比較器64
、および35の各出力は、それぞれNORゲート3乙の
各入力として印加され、NORゲートの出力はスイッチ
S9へ、さらにインバータ67を介してスイッチS10
へ印加され、コンデンサCCY制御している。また、演
算増幅器30の出力VRAMPに応答する比較器38の
制御によって、電圧+VRがスイッチS11’に介して
S9へ印加されるが、あるいは電圧−VRがスイッチS
12を介してS9へ印加される。比較器68の出力は、
直接に311へ接続されろと共に、インバータ40を介
してS12へ接続されている。VRAMPがVlow以
下に下ると、DELETE信号がハイになると共に、8
10をオンにする。スイッチS10が導通すると、コン
デンサCBからCCと+VRとの積に等しい一定の荷電
を取り去ることによってランプをリセットさせる。ラン
プがリセットすると、DELETE信号はローになり、
VRAMPがゼロ電位方向へ積分する動作が続けられる
。これによって、出力は完全に連続した電圧となり、こ
れによって出力周波数はその平均が正確な値になる。
Vcの振幅がVrefより低(なると、演算増幅器30
の出力(VRAMP)は電源電圧の方向へ積分される。
VRAMPがVh i gh  より高(なると、信号
ADDがハイになり、スイッチS9はオンに、スイッチ
S10はオフになる。このとき、コンデンサCBから、
CCと−VRとの積に等しい一定の荷電が取り去られる
ことによって、ランプがリセットされる。ランプがリセ
ットすると、ADD信号がローとなり、VRAMPの電
源電圧の方向への積分動作が継続される。スイッチ付き
コンデンサ積分器29のRC時定数、およびVcとVr
efとの間の振幅差がパルスDELETEまたはADD
の平均レートヲ決定する。スイッチ付きコンデンサ積分
器29は、Vcライン上の小さな変動を平均化するので
、これによって回路ビノイズに対して丈夫にすることが
できろ。従来のスイッチ付きコンデンサによるvCoと
異なり、スイッチ付きコンデンサ積分器29は単にアナ
ログ/ディジタルVCOのゲイン7制御するだけであり
、その自由運転周波数は制御しない。PLLの動作では
ゲインはあまり重要なパラメータではなく、この回路に
おけろ小さなゲインの不正確さがPLLシステムの性能
YIJミ、トすることはない。
第4図を参照すると、アナログ/ディジタルVCOの第
2セクシヨンは、全体として記号50で示したディジタ
ルディバイダ(ディパイダ手段)であり、7.2 MH
zの基準信号に基づいて、19 kHzの出力を(平均
的に)発生する。この基準信号は3.6MHzのクロ、
り水晶基準の二倍変換信号である。ディジタルディバイ
ダ50はジッタディバイダ52を有し、これが7.2M
Hzの入力乞、周波数コントローラ54の制御に従って
、係数6または係数4でデイバイトする。周波数コント
ローラ54は、第6図の回路におげろADDパルスおよ
びD E L ET Eパルスに応答し、ジッタディバ
イダ52?:乙によるデイバイトのモード、または4に
よるデイバイトのモードに設定するための信号CTRL
を出力する。ADDパルスまたはD E L E T 
Eパルスが無い場合には、周波数コントローラは、1回
の6によるデイバイトと、これにつづ(24回の4によ
るデイバイト動作を行う。これによって平均で1.82
4 MHzの出力が得られる。ディバイダ56はこの信
号を96でデイバイトし、所望の19 kHzの出力を
作成する。水晶基準信号は0.01%以下の確度をもっ
ているので、19 kHzの出力は1.9Hz以下の確
度を持っている。ディジタルディパイダ50は正常時、
上述のように、乙によるデイバイトおよび4によるデイ
バイトの割合で運転する。ADDまたはDELETE 
パルスはそれぞれ、6による番外のデイバイトを追加し
、あるいは6による標準のデイパイトン削除する。これ
によって、ディバイダ56の出力周波数がわずかに変化
する。
第4図の回路は、第5図にさらに詳細に示されており、
以下さらに第6図(a)〜(c)を参照して説明する。
ジッタディバイダ52はD型フリ、プフロ、プロ0およ
び62とNANDゲート64、および5、から構成さn
ている。NANDゲート5、はCTRL信号がハイにな
ることによって作動し、ジッタディバイダ52を6によ
るデイバイトのモードにする。ジッタディバイダ52の
出力は、5つのD型フリ、プフロ、プロ8〜76、およ
び1つのT型フリ、プフロップ78にクロックを与える
D型フリ、プフロ、プロ8〜76はNANDゲート80
〜86およびインバータ88を介して相互接続され、T
型フリップフロ、プ78の出力に96 kHzの信号ビ
発生する。96 kHz信号はNANDゲート90およ
び92を交互に作動させ、NANDゲート94に入力を
与え、その出力信号CTRLをジッタディバイダ52に
与える。第6図のADDパルスおよびD E L E 
T Eパルスは、96 kHz信号でクロ、りされてい
るフリ、ブフロップ96および98でそれぞれラッチさ
れ、第6図(a)〜(C)に示す信号ADD/Lおよび
DELETE/L  を発生する。ADDパルスあるい
はDELETEパルスが無いトキは、第6図(a)に示
すように、NANDゲート92は不作動となる。NAN
Dゲート90は、96kHz信号がローである時間中、
すなわちT型フリッフフロ。
プ78の入力QBがノ・イのとき、インバータ100を
介して作動される。NANDゲート90および92への
第6の入力は、D型フリ、プフロ、プロ8および76か
ら、NANDゲート102およびインノ(−タ104を
介して与えられ、CTRLパルスの立上り工、ジの位置
を決定する。
第6図(a)では、ADD/L、DELETE/L  
は共にローになっている。この状態で、ジッタディバイ
ダ52はその正常出力1.824 MHz ’x全発生
、ディバイダ56を介して19 kHz出力乞与える。
この場合、注意すべきことは96に信号の各サイクルご
と、すなわち7.2MHzの75サイクルごとに、1つ
のCTRLパルスが発生するということである。
CTRLがハイのとき、乙によるデイバイトの動作が7
5サイクルの6サイクルの間に行われる。残りの72サ
イクル中は、ディバイダ52は4によるデイバイトの動
作を行う。
第6図(b)ではADD/Lはノ・イになっている。こ
れによって、96に信号がハイのときにNANDゲート
92Y作動させると共に、D型フリ、プフロップ68お
よび76のQ出力がハイのとき、NAND ゲート94
の出力乞ハイにする。これによって番外の3によるデイ
バイト動作が追加され、3によるデイバイト動作が、7
.2 MHz入力の75サイクル間に2回行われる。こ
の番外の3によるデイバイトは、4によるデイバイト動
作の代りとして行われ、出力周波数をその可能最大値で
ある1、82508MHz まで高め、ディバイダ56
の出力に19.0112kHz  !発生fる。
第6図(C)ではDELETE/Lがノ・イとなってい
てNANDゲー)90?:不作動にしている。これによ
って、通常の3によるデイバイトはD E L E T
 Eがハイにある間中削除されて出力周波数をその可能
最低値1.82292 MHz まで低下させ、ディバ
イダ56の出力として18.9888 kHz !発生
する。
一般に、ADDパルスおよびDELETEパルスは決し
て連続的にハイであることはない。そうではなく、パル
スがノ・イになるときに、■COの出力周波数7少し変
化させろ。単位時間ごとの、ADDまたはD E L 
E T Eの平均パルス数は、出力周波数を変化させる
と共に入力電圧Vcに直接に依存している。積分時定数
はシステムのゲインヶ決定し、システムゲインは比較的
大きな不確実さをもっているが、PLLの性能に対して
はほとんど影響を与えない。
この回路は、外部コーポーネントン用いろことな(、正
確な中心周波数を与え、さらに、大きな入力対出力のク
ロ、り比および固定荷電リセアト乞有することによって
位相誤差が最小になる。
本発明のPLLは、位相誤差Z最小にし、位相ノイズの
無いディジタルPLLの確度を実現する高い性能を与え
る。
なお本願と同じ日に出願された私共の特許出願が参照さ
れている。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来のフェーズロックループ’t 示fプロ
、り図、第2図は本発明の一実施例を示すプロ、り図、
第3図は、第2図に示したアナログ、ディジタル複合■
COのアナログ段を示す回路図、第4図は、第2図に示
したアナログ/ディジタル複合VCOのディジタル段を
示すプロ、り図、第5図は、第4図のプロ、り図7より
詳細に示したロジ、り回路図、第6図(a)〜(c)は
、第2図に示したアナログ/ディジタルvCOの動作を
説明するための波形図である。 10:ilの位相検出器 12:ループフィルタ14:
アナログVCO16:周波数ディバイダ20:i2の位
相検出器 22:ローバスフィルタ24:ループフィル
タ 26:アナログ/ディジタルVCO 28:アナログPLL 29:スイッチ付きコンデンサ積分器 60:演算増幅器    31〜36:分圧抵抗器34
.35.38 :比較器36:NORゲート37.40
:インバータ  50:ディジタルディバイダ52ニジ
ッタディバイダ54:周波数コントローラ56:デイバ
イダ 68〜76:D型フリ、プフロ、プ 78:T型フリ、プフロ、プ 第1凹 基準+H

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第1の位相検出器(10)、アナログ電圧制御発振
    器(14)、第1の位相検出器の出力に応答してアナロ
    グ電圧制御発振器に入力を与える第1のフィルタ手段(
    12)、およびアナログ電圧制御発振器の出力を第1の
    位相検出器の第1の入力に接接する接続手段(16)、
    を有するアナログフェーズロックループ(28)を備え
    たフェーズロックループにおいて、アナログ/ディジタ
    ル電圧制御発振器(26)、パイロット信号を含むFM
    合成入力信号を入力する第2の位相検出器(20)、第
    2の位相検出器の出力に応答してアナログ/ディジタル
    電圧制御発振器にアナログ制御入力を与える第2のフィ
    ルタ手段(22,24)を備え、上記アナログ/ディジ
    タル電圧制御発振器は基準入力周波数信号を基準発振源
    から入力すると共に、平均周波数がパイロット信号と等
    しい出力信号を与える手段(50)を含んでおり、さら
    に、アナログフェーズロックループはアナログ/ディジ
    タル電圧制御発振器と第2の位相検出器との間のフィー
    ドバック経路内に接続されてアナログ/ディジタル電圧
    制御発振器の出力を平均化しており、また第1の位相検
    出器はアナログ/ディジタル電圧制御発振器の出力を入
    力し、また上記接続手段は上記第2の位相検出器への第
    1の入力も与えていること、を特徴とするフェーズロッ
    クループ。 2、アナログ/ディジタル電圧制御発振器(26)は、
    パイロット信号の周波数と等しい中心周波数を有すると
    共に、水晶発振器の出力ケ基準にしている、請求項1記
    載のフェーズロックループ。 5、上記パイロット信号は、FM合成入力信号の19k
    Hzパイロット信号である、請求項1または2記載のフ
    ェーズロックループ。 4、上記、平均周波数がパイロット信号に等しい出力信
    号を与える手段はディバイダ手段(50)を含んでいる
    、各請求項1〜3記載のフェーズロックループ。 5、ディバイダ手段は、基準発振源に接続されて基準入
    力周波数信号を所定の周波数で出力するジッタディバイ
    ダ(52)を有し、かつアナログ/ディジタル電圧制御
    発振器(26)はさらに、アナログ制御入力に応答して
    ジッタディバイダを制御する周波数制御手段(54)を
    有する、請求項4記載のフェーズロックループ。
JP2215684A 1989-08-14 1990-08-14 フェーズロックループ Pending JPH03192821A (ja)

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US07/393,496 US4970474A (en) 1989-08-14 1989-08-14 Analog/digital phase locked loop
US393496 1989-08-14

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JPH03192821A true JPH03192821A (ja) 1991-08-22

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US (1) US4970474A (ja)
EP (1) EP0413475A3 (ja)
JP (1) JPH03192821A (ja)
KR (1) KR940005513B1 (ja)
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