JPH0332928B2 - - Google Patents

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JPH0332928B2
JPH0332928B2 JP60192619A JP19261985A JPH0332928B2 JP H0332928 B2 JPH0332928 B2 JP H0332928B2 JP 60192619 A JP60192619 A JP 60192619A JP 19261985 A JP19261985 A JP 19261985A JP H0332928 B2 JPH0332928 B2 JP H0332928B2
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JP
Japan
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phase
frequency
output
conversion circuit
pulse width
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JP60192619A
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JPS6251824A (ja
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Yukihiko Myake
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Japan Radio Co Ltd
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Japan Radio Co Ltd
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は受信機の局部発振器として使用する位
相ロツクループ方式の周波数シンセサイザに関す
る。
(従来の技術) 従来この種の装置の一例を第8図に示し、基準
発振器1の出力を固定分周器2で分周した信号を
fr、電圧制御発振器5の出力信号を可変分周器6
で分周した信号をfvとし、位相・周波数検波器3
はこれら2つの入力信号frとfv、の位相と周波数
のズレを検出し、PDM(Pulse Duration
Moduration)波形Pu、PDを出力する。ここで基
準信号frの立下がり瞬時位相をr、可変分周器の
出力信号fvの立下がり瞬時位相をvとし、この
rに対してvが遅れている時に現われるPDM出
力信号PU、またrに対してvが進んでいる時に
現われるPDM出力信号をPDとすると、位相・周
波数検波器(但し、360度形デジタル位相・周波
数検波器)の検波特性は第9図のようになる。
第9図で横軸はrとvの位相差、縦軸は位
相・周波数検波器のPUとPDの出力波形のデユー
テイサイクルを夫々れ示す。例えば位相差r−
vがπラジアンの場合、破線で示す如くPU出力
のデユーテイサイクルは50%である。この検波特
性の特徴は位相差(r−v、又はv−r)が2π
ラジアン、即ち360度以下の場合出力信号(PU、
又はPD)のデユーテイサイクル(δu又はδd)は
位相差に比例して直線的に変化し、また位相差が
360度を越えると出力波形のデユーテイサイクル
は100(%)で一定となる。この後者の特徴は周波
数デイスクリの働きを示していることが理解でき
る。
なお第10図は、前記PUの出力波形のデユー
テイサイクルδu、PDの出力波形のデユーテイサ
イクルδdと、r、vおよびfrの周期Tとの関係を
示す。
(発明が解決しようとする問題点) さて、第8図の電圧制御発振器5として第11
図に示す如く制御感度の異なる発振器を使用した
場合、位相ロツクループの応答は第12図に示す
様に差が現われる。つまり、制御感度が敏感な特
性Aの様な発振器を使用すると、応答特性につい
ては第12図に示す如く制御感度が緩慢な特性B
に比べて速い時間で出力周波数が安定し優れてい
る。ところが、側帯波雑音特性は図で示されてい
ないが、特性Bに比べて劣る。
一方、制御感度が緩慢な特性Bの様な発振器を
使用した場合、前記とは逆に特性Aの発振器に比
べて応答特性は劣るが、側帯波雑音特性は優れた
結果を示す。
つまり位相ロツクループの応答特性と側帯波雑
音特性は相反する点があり、これを両立させるこ
とが困難であつた。
例えば、固定インダクタンスと可変容量ダイオ
ードを組合せた電圧制御発振器に比べ側帯波雑音
特性が優れている水晶振動子と可変容量ダイオー
ドの組合せによる電圧制御発振器を使用した場
合、ループの応答が遅くなり、実用上支障をきた
す欠点があつた。この欠点を解決する手段とし
て、周知の如く可変分周器6の分周比を小さくす
る手段があるが、電圧制御発振器5を徴細ステツ
プ(例えば10Hzステツプ)で制御するには不向き
である。
又、他の手段として位相・電圧変換回路4の変
換利得を大きくする手段があり、チヤージポンプ
に使用する直流電源電圧を高くすれば良いが、回
路素子の耐圧の問題とシステムで電源を共用する
ための制約等により十分な改善効果が得られなか
つた。更に、ローパスフイルタをアクテイブフイ
ルタで構成し、当該フイルタの利得を増加させる
手段も試みられたが、電源雑音等の外乱、温度変
化等に対して弱く、いずれも十分な性能の向上に
つながる効果が現われず、ループの応答が遅いと
いう欠点があつた。
(問題点を解決するための手段) 本発明はこれらの欠点を除去するため、位相・
周波数検波器と位相・電圧変換回路との間に、前
記位相・周波数検波器の一方の位相進み時誤差出
力を入力として特定の幅以上のパルスを出力する
第1のパルス幅変換回路と、前記位相・周波数検
波器の他方の位相遅れ時誤差出力を入力として特
定の幅以上のパルスを出力する第2のパルス幅変
換回路とを設けて、位相ロツクループを非線形で
制御することにより、側帯波雑音特性に優れ、応
答速度が早いこの種の周波数シンセサイザを提供
するものである。以下、図面により詳細に説明す
る。
(実施例) 第1図は本発明の一実施例の構成を示すブロツ
ク図で、第8図と同一符号は同一構成素子を表わ
し、位相・周波数検波器3と位相・電圧変換回路
4との間にパルス幅変換回路7−1,7−2を設
けたことにより位相ロツクループを非線形で制御
可能としたものである。
基準発振器1の出力信号を固定分周器2で分周
した信号frを位相・周波数検波器3の一方の入力
に加え、電圧制御発振器5の出力信号を可変分周
器6で分周した信号fvを位相・周波数検波器3の
もう一方の入力に加える。
そしてfrの立下がりの瞬時位相rに対して、fv
の立下がり瞬時位相vが遅れている時に位相・
周波数検波器3の出力に現われるPDM出力信号
PUを、第1のパルス幅変換回路7−1の入力に
加え、当該出力信号PU2を位相・電圧変換回路4
の一方の入力に加える。
次に、rに対してvが進んでいる時に位相・
周波数検波器3の他方の出力に現われるPDM出
力信号PDを第2のパルス幅変換回路7−2の入
力に加え、当該出力信号PD2を位相・電圧変換回
路4のもう一方の入力に加える。更に、位相・電
圧変換回路4の出力信号Vcを電圧制御発振器5
の制御入力に供給する。本発明はパルス幅変換回
路7−1,7−2を設けたことにより、パルス幅
変換回路7−1の出力信号PU2の波形のデユーテ
イサイクルをθu、パルス幅変換回路7−2の出
力信号PD2の波形のデユーテイサイクルをθdとし
た場合、rとvの位相下r−vおよびv−r
と、θuおよびθdとの関係を示すと第2図のよう
に非線形特性を有する。即ち第2図を従来の第9
図と比較して明白なように、2つの信号の位相差
が360度(2πラジアン)以下の場合に於いて、横
軸に示した位相差と縦軸のデユーテイサイクルと
の関係が非線形である点にある。
つまり、第2図に於いて、第1象限に注目する
と、rとvの差がfrの周期Tに等しい時θuは100
(%)であり、第9図と同様である。しかし位相
差が徐々に小さくなりある特定値rに至ると、そ
の後△rになるまでθuは一定値を辿る。更に位
相が近づき、△r以下になるとθuは零になる。
尚、△rはパルス幅変換回路7−1,7−2の時
間遅れ要素を角度変換した値である。
上述の特性にすると、位相差が△rからrの範
囲では見掛上、位相・周波数検波器3の検波利得
を高めたこととなり、ループの応答特性を改善す
るのに有効である。また位相差が△r以下の領域
はループの不感帯であり、ハンチングを防止し、
ループの安定性を保つのに有効である。
次に、第2図に示す様な特性を得る為の一実施
例とそのタイムチヤートを第3図と第4図により
述べる。
第3図は、パルス幅変換回路7−1,7−2と
位相・電圧変換回路4の具体例で、図において
IC1-1とIC1-2は単安定マルチバイブレータ、IC2-1
とIC2-2は、オープンコレクタ形式のゲート、IC3
は電子スイツチである。またC1,R1は単安定マ
ルチバイブレータの出力パルス幅を特定値rに設
定するタイミング素子、R2はプルアツプ抵抗、
C2は雑音低減用バイパスコンデンサ、R3,R4
C3はローパスフイルタの構成素子である。さて、
第4図に於いて区間Aの状態は、frの立下がり位
相に対してfvの立下がり位相が遅れている状態を
示し、PU信号の立下がりエツジによりパルス幅
変換回路7−1のIC1-1が起動される。ここで、
出力信号PU1のパルス幅は、例えばfrの周期Tの
1/10になるようC1,R1で設定してあるものとし、
PU1のパルス幅に比べPU信号をパルス幅の方が
広いので、広い方が優先され、IC2-1の出力信号
PU2のパルス幅は位相・周波数検波器3の出力信
号PUのパルス幅と同じになる。(但し、パルスの
極性とレベルは異なる。)また、同図の区間Bの
状態もAの状態と同様、fvの立下がり位相が遅れ
ている状態であるが、位相差が小さいため、PU1
のパルス幅に比べPU信号のパルス幅の方が狭い。
IC2-1によりパルス幅の広い方が優先されるた
め、PU2出力には、PUの代りにPU1信号のパル
ス幅に等しいパルス幅の信号が出力される。この
状態は、第2図に於いてr−vが△rからrの
間にある時θvが一定値となつている状態を示し
たものである。
再び第4図において、区間Cはfrとfvの立下が
り位相が等しい場合であり、状態の変化はない。
そして区間Dではfrの立下がり位相に比べfvの
立下がり位相が進んでいる状態であり、IC2-2
出力にはPD信号の代りにPD1信号のパルス幅に
等しいパルス幅の信号が出力される。
以上の説明に於いて、第4図の各区間A、B、
C、Dと第2図との対応は次の通りである。区間
Aはr<(r−v)<2π、区間Bは△r<(r−
v)<r、区間Cは、r−v=oそして、区間D
は△r<(v−r)<rである。
第5図は第1図の位相ロツクループを用いた周
波数シンセサイザの周波数構成を含めたブロツク
図であり、61は記憶回路、62は加算回路、6
3はパルススワローカウンタである。電圧制御発
振器5の出力周波数は69.99800MHzから
69.99899MHzとし、信号純度と安定度を高める
為、発振器には電圧制御水晶発振器を使用してい
る。また、基準発振器1は水晶発振器で該発振周
波数を12.8MHz、基準周波数frを極力高める為、
固定分周器2の分周比は128とし基準周波数が
100KHzとなるよう設定している。位相ロツクル
ープの応答速度を早める一手段として可変分周器
6の分周比(Jとする)を小さくする方が望まし
い事は前述の通りであるが、通常の分周比(分周
比Jが整数)を用いた場合微細ステツプで周波数
を制御出来なくなる為、本発明に於いては分周比
Jが帯分数となる分数分周方式の可変分周器を使
用することで応答速度を遅くする事なく微細ステ
ツプの周波数制御が行なえるようにしている。
第5図の実施例に於いて分周比Jは699.9800か
ら699.9899の値を設定している。
ここで、希望する発振器周波数の下位4桁のう
ち10KHz桁をn4、1KHz桁をn3、100Hz桁をn2、10
Hz桁をn1とし、n4n3n2n1を10000で割算した値
(0.9800〜0.9899)を加算回路62の加算入力に
与え、記憶回路61の出力データ(前回の加算結
果)を被加算入力に与える。加算結果が整数1を
越えると加算回路はキヤリイ出力を生じ、該出力
信号によりパルススワローカウンタ63の分周比
は制御される。パルススワローカウンタの出力信
号により記憶回路61は今回の加算結果を保持す
ると共に(但し、キヤリイは除く)、その結果を
次回の被加算データとして加算回路に供給する。
例えば周波数データの下位4桁のデータ
(n4n3n2n1/10000)を0.9800とすると、加算回路
62の出力は1/fvの周期毎に0.9800→1.9600→
1.9400→1.9200の如く加算を繰返す。キヤリイ出
力によりパルススワローカウンタ63の分周比は
700と699の2値を時間軸上異なつた比率で切換え
られる為、カウンタ63の平均分周比は699.9800
となる。
第6図は、第5図で示したパルススワローカウ
ンタ63の詳細を示すブロツク図であり、631
は入力端子、632は出力端子、633は分周比
切換制御端子、634は高速カウンタ、635は
メインカウンタ、636はサブカウンタ、637
は電子スイツチである。上記端子631,63
2,633は第5図の同一番号に各々対応する。
高速カウンタ634は端子632に現われる分周
出力信号を該カウンタの制御入力とし、この制御
入力に応じて高速カウンタの分周比が11又は10に
切替わる。同様にサブカウンタ636の分周比
は、端子633に入力される分周比切換信号によ
り10又は9に切換えられる。
第7図は第6図の各部の信号のタイムチヤート
であり、符号ア,イ,ウ,エ,オは各々第6図の
同一符号に対応する。
いま、分周比切換信号ウが低レベルの場合、サ
ブカウンタ636は÷9で動作するものとする。
同様に分周出力信号ウが低いレベルの場合、高速
カウンタ639は÷11で動作するものとし、電子
スイツチ637は“接”とする。
さて、全てのカウンタがリセツト状態から計数
を開始すると入力信号アを11分周した結果、現わ
れる高速カウンタ634の出力信号イを共通の計
数信号としてメインカウンタ635とサブカウン
タ636は計数動作を始める。サブカウンタ63
6の計数値が9になると分周出力信号ウは低レベ
ルから高レベルに変化し、高速カウンタ634は
÷10で動作するよう切換えられると共に電子スイ
ツチ637が“断”となつて、サブカウンタ63
6は計数を停止し高レベル出力の状態を維持す
る。メインカウンタ635は更に残りの計数値60
の計数を続行し、合計の計数値が69になるとリセ
ツトパルスエを発生し、メインカウンタ、サブカ
ウンタは初期状態に戻る。
ここまでの動作についてパルススワローカウン
タ63全体としては11分周で9回、10分周で60回
計数したことになり、入力信号は11×9+10×60
=699より699分周されて出力されたことになる。
また、端子633に与えられた分周比切換信号が
高レベルの場合、11分周で10回10分周で59回計数
し、11×10+10×59=700によりパルススワロー
カウンタの分周比は700となる。
(発明の効果) 以上、説明したように、本発明によれば位相・
周波数検波器の誤差出力が特定の範囲になつた場
合、当該誤差出力を特定のパルスに置き換えて、
見掛上、当該検波器の検波利得を増加させる手段
により、電圧制御発振器として制御感度が緩慢な
水晶振動子と可変容量ダイオードの組合せによる
発振器などを用いた場合においても応答速度が速
い(因に従来の第9図の特性による線形制御では
3秒程度のロツクアツプ時間を要していたのに対
し、第2図に示した様な特性による本発明の非線
形制御では20ミリ秒以下にロツクアツプ時間を短
縮できた。)周波数シンセサイザを提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の位相ロツクループのブロツク
図、第2図は本発明による検波特性図、第3図は
パルス幅変換回路と位相・電圧変換回路の実施例
図、第4図は第1図と第3図の動作波形図、第5
図は本発明の周波数シンセサイザの一実施例図、
第6図はパルススワローカウンタの実施例図、第
7図は第6図のタイムチヤート、第8図は従来の
位相ロツクループのブロツク図第9図は従来の位
相周波数検波器の検波特性図第10図は第8図の
動作波形図、第11図は電圧制御発振器の制御感
度特性図、第12図は位相ロツクループの応答特
性図である。 1……基準発振器、2……固定分周器、3……
位相・周波数検波器、4……位相・電圧変換回
路、5……電圧制御発振器、6……可変分周器、
7−1及び7−2……パルス幅変換回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 基準発振器、固定分周器、位相・周波数検波
    器、位相・電圧変換回路、電圧制御発振器、およ
    び可変分周器から成り、前記位相・周波数検波器
    が、前記基準発振器の出力を分周する前記固定分
    周器の出力と前記位相・電圧変換回路により制御
    される前記電圧制御発振器の出力を分周する前記
    可変分周器の出力とを入力とし、誤差出力を前記
    位相・電圧変換回路へ出力する位相ロツクループ
    に於いて、前記位相・周波数検波器と前記位相・
    電圧変換回路との間に、前記位相・周波数検波器
    の一方の位相進み時誤差出力を入力として特定の
    幅以上のパルスを出力する第1のパルス幅変換回
    路と、前記位相・周波数検波器の他方の位相遅れ
    時誤差出力を入力として特定の幅以上のパルスを
    出力する第2のパルス幅変換回路とを設けて検波
    特性の特定領域を非線形にし応答速度を速くした
    ことを特徴とする周波数シンセサイザ。
JP60192619A 1985-08-30 1985-08-30 周波数シンセサイザ Granted JPS6251824A (ja)

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