JPH05110432A - Pll周波数シンセサイザ - Google Patents

Pll周波数シンセサイザ

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JPH05110432A
JPH05110432A JP3264897A JP26489791A JPH05110432A JP H05110432 A JPH05110432 A JP H05110432A JP 3264897 A JP3264897 A JP 3264897A JP 26489791 A JP26489791 A JP 26489791A JP H05110432 A JPH05110432 A JP H05110432A
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vco
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loop gain
channel
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充啓 登
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 PLL周波数シンセサイザの使用周波数範囲
が、高いチャンネルから低いチャンネルにわたり広い場
合、チャンネルが変わってもループゲインが変化しない
ようにする。 【構成】 感度可変VCO3−1の制御感度は、周波数
の低い場合は小さく、周波数が高い場合は大きくする。
VCO3−1の制御感度が変化しないときは、周波数が
低い場合はループゲインが大きく、周波数が高い場合は
ループゲインが小さいが、VCO3−1の制御感度を変
化させることにより、周波数が変わってもループゲイン
を一定にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、PLL周波数シンセサ
イザに関するもので、特に無線通信機の局部発振信号発
生器に使用すると有用なものである。
【0002】
【従来の技術】図7は、最も単純化した従来のPLL周
波数シンセサイザのブロック図である。
【0003】位相比較器1は、ローパスフィルタ(LP
F)2と電圧制御発振器(VCO)3とプログラマブル
デバイダ4と共にループを形成しフェーズロックループ
(PLL)回路を構成している。プログラマブルデバイ
ダ4に分周のデータ1/Nを設定し、ここからの信号を
位相比較器1において基準周波数の信号と比較すること
により、VCO3からの発振周波数を基準周波数の整数
倍に設定することができる。
【0004】図7の場合、発振周波数f0 は、次の式に
より決まる。
【0005】
【数1】
【0006】基準周波数の信号(以下基準信号という)
に、水晶発振器の信号またはそれを分周したもの等の安
定なものを使うことで、発振周波数が安定化される。
【0007】デジタル通信用の通信機の局部発振器にP
LL周波数シンセサイザを応用する場合には、その出力
のフェーズノイズが少ないことが必要になることがあ
る。フェーズノイズとは、信号の位相成分に含まれるノ
イズのことである。フェーズノイズのレベルは、信号を
周波数軸で見た場合のキャリア周波数からのオフセット
周波数とその点における1Hz当りのレベルとの比で表
現される。単位はdBc/Hzとなる。
【0008】一般に、VCOのフェーズノイズは悪く、
デジタル通信の用途等ではそのままでは使えない。しか
し、PLL周波数シンセサイザを使うことにより、フェ
ーズノイズが改善される。これは、基準となる安定な
点、すなわち、フェーズノイズの少ない水晶発振器等に
よる基準信号により、VCOの信号が比較され、基準信
号の位相と一致するように制御されるために、位相が安
定することによる。
【0009】PLLにはその安定性のためにLPF2が
入っている。このためフェーズノイズの改善効果は、P
LLのループ帯域幅以下のオフセット周波数について働
く。
【0010】図8は、フェーズノイズの改善効果を示す
模式図である。縦軸はフェーズノイズを示し、横軸はオ
フセット周波数を示す。曲線aはVCOのみの場合の特
性であるが、曲線bはLPFによるPLLの特性の変化
を示す。
【0011】PLLのループ帯域内のフェーズノイズを
決める要因として、次の2点が考えられる。
【0012】(1) 基準信号のフェーズノイズ (2) 位相比較器のノイズ 基準信号は、一般にフェーズノイズが非常に少ないもの
が使われるが、全く無いわけではない。これによるフェ
ーズノイズθ1 は、次の式により見積もることができ
る。
【0013】
【数2】
【0014】この式から、フェーズノイズを少なくする
には、基準信号のフェーズノイズを少なくすることおよ
び基準信号の周波数を高くすればよいことがわかる。
【0015】位相比較器で発生するノイズも、同様にP
LLのフェーズノイズを悪化させる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】PLL周波数シンセサ
イザは、プログラマブルデバイダ4に設定する値によ
り、いろいろな周波数を出力することができる。たとえ
ば、衛星通信の室内ユニット(以下IDUという)の第
1局部発振器に使う場合、周波数の変化幅が非常に広く
なる。IDUの入力周波数が950MHz〜1700M
Hz,中間周波数IFが140MHzとすると、第1局
部発振器の周波数は、1090MHz〜1840MHz
となり、ハイチャンネル(Hi−ch)の周波数は、ロ
ーチャンネル(Lo−ch)の2倍近くになってしま
う。このとき、プログラマブルデバイダ4の分周比Nも
2倍近く変化する。
【0017】PLLのオープンループゲインは、次の式
で表わされる。
【0018】
【数3】
【0019】また、PLLの応答特性を決める自然周波
数Wnと、ダンピング定数ζは、次の式のようにループ
ゲインKにより変化する。
【0020】
【数4】
【0021】これらのことから、分周比Nが大きく変化
すると、ループゲインKが変化し、これにより、自然周
波数Wnや、ダンピング定数ζが変化する。この影響に
より、周波数の変化幅が大きいPLL周波数シンセサイ
ザでは、フェーズノイズの波形が、チャンネルにより変
化してしまう。これにより、すべてのチャンネルで最適
なフェーズノイズ特性を得ることができない、という問
題があった。
【0022】図9はその特性の一例を示すものである。
縦軸は、フェーズノイズを示し、横軸は周波数を示す。
細い実線の曲線は最も低いチャンネルに対する特性であ
り、太い実線の曲線は最も高いチャンネルに対する特性
である。いずれも中間のチャンネルに対する点線で示し
た曲線の特性に比較して悪い。これは、LPFのフィル
タ定数を、中間のチャンネルに合わせて設計しているた
めである。
【0023】図9のように、波形が変化する理由は、チ
ャンネルによって分周比Nが変化することにより、ルー
プゲインが大きく変化するためであると考えられる。
【0024】本発明の目的は、チャンネルが変わって
も、ループゲインが変化しないようにすることにある。
【0025】
【課題を解決するための手段】本発明においては、位相
比較器と電圧制御発振器とプログラマブルデバイダとよ
りなるPLLにおいて、ループの感度を設定周波数に応
じて変化させ、利得を均一ならしめるようにした。
【0026】
【作用】本発明は、以上のような構成であるから、PL
Lの感度は、設定周波数に応じて変化する。したがっ
て、チャンネルが変わっても、ループゲインの変化を防
止できる。ループゲインを均一にするには、式3で示さ
れるように、プログラマブルデバイダの分周比Nに応じ
て、位相比較器およびVCOの感度を別々にまたは同時
に変化させることによって実現できる。
【0027】
【実施例】図1は、VCOの制御感度を可変する場合の
一例のブロック図である。
【0028】これは、図7の従来のPLL周波数シンセ
サイザとほぼ同様であるが、図1のVCO3−1の制御
感度はチャンネルにより変化する。VCOの制御電圧
は、一般に、低い周波数で低い電圧に、高い周波数で高
い電圧になる。この電圧を利用して、周波数を検出し、
これによりVCO3−1の制御感度が変化する。周波数
が低い場合、式3のNが小さくなり、ループゲインKは
大きくなる。これを補正するように、VCO3−1の制
御感度を小さくする。
【0029】周波数が高い場合はこの逆である。こうす
ることにより、周波数が変わっても、ループゲインが一
定になる。その具体例は、後述の図3に示される。
【0030】図2は、感度が変化するVCOの特性の一
例であって、縦軸はVCOの発振周波数であり、横軸は
VCOの制御電圧である。この図からわかるように特性
カーブを曲げることで、感度を可変にすることができ
る。また、図1の破線で示すように、設定データから直
接VCO3−1の感度を変化させてもよい。
【0031】図3は、感度可変VCOの最も簡単な実施
例である。VCO3−1の入力部に、LPF2に接続さ
れる抵抗R1と、接地に接続されるダイオードD1,抵
抗R2,および定電圧源V1よりなる回路とを設ける。
これらより構成される折れ線近似回路により、VCO3
−1の制御感度を変えている。同図中に、破線で示すよ
うに、ダイオードD2,抵抗R3,定電圧源V2よりな
る折れ線近似回路を複数使用し、近似の精度を上げるこ
とができる。
【0032】LPFの出力電圧V0 が、定電圧源V1よ
り低い場合は、ダイオードD1が導通し、抵抗R1と抵
抗R2により分圧され、感度がVCOの制御感度のR2
/(R1+R2)倍となり小さくなる。LPFの出力電
圧V0 が定電圧源V1より大きい場合は、ダイオードD
1が導通せず、VCOの制御感度は変化しない。
【0033】図4は、その特性を示すものである。縦軸
は発振周波数であり、横軸はLPFの出力電圧である。
破線はVCO単体の場合であり、実線は折れ線近似回路
を1段負荷した場合である。この図からわかるように、
LPFの出力電圧V0 は、負の領域まで必要とするが、
LPFにオペアンプ等を利用したアクティブフィルタを
使っている場合は、問題にならない。
【0034】図5は、図3および図4の折れ線近似回路
1段の場合のフェーズノイズ特性を示す。これは、従来
例の図9に対応するものである。VCO3−1の感度を
2段階に変化させただけであるが、図9の従来例の特性
と比較し、フェーズノイズの最悪値が改善されている。
さらに改善するには、ダイオード,抵抗等よりなる折れ
線近似回路を増加することで対応できる。
【0035】位相比較器の感度を可変とするには、電源
電圧をVDDとすると、位相比較器の感度がVDD/4πで
示されることから、VDDを可変することで実現できる。
【0036】図6は、位相比較器の感度を可変する場合
の一例のブロック図である。図7の従来例と異なるとこ
ろは、位相比較器1−1が感度可変とされていることで
ある。周波数は、破線(1)または(2)で示すよう
に、VCO3の制御電圧または設定データから検出し、
これによって、位相比較器1−1の電源電圧を変化させ
て、位相比較器1−1の感度を変化させる。
【0037】周波数が低い場合、式3のNが小さい。し
たがってループゲインを一定にするため、位相比較器1
−1の感度も小さくする。周波数が高い場合は、この逆
である。これにより周波数が変わっても、ループゲイン
が一定になる。この方法では、ダイオード,抵抗,定電
圧源等が不要になるので、IC化に適している。
【0038】
【発明の効果】本発明は以上のような構成であるから、
PLL周波数シンセサイザの使用周波数範囲が、高いチ
ャンネルから低いチャンネルにわたり、チャンネルが変
わってもループゲインが変化しない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のブロック図である。
【図2】図1の実施例における感度可変VCOの特性曲
線である。
【図3】感度可変VCOにするための回路の回路図であ
る。
【図4】感度可変VCOの特性図である。
【図5】本発明の一実施例におけるフェーズノイズの特
性図である。
【図6】本発明の他の実施例のブロック図である。
【図7】従来のPLL周波数シンセサイザのブロック図
である。
【図8】VCOにLPFを負荷した場合の模式図であ
る。
【図9】従来のPLL周波数シンセサイザのフェーズノ
イズ特性図である。
【符号の説明】
1,1−1 位相比較器 2 LPF 3,3−1 VCO 4 プログラマブルデバイダ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 位相比較器と、電圧制御発振器と、プロ
    グラマブルデバイダとよりなるループを有し、ループの
    感度を設定周波数に応じて変化させ、利得を均一ならし
    めることを特徴とするPLL周波数シンセサイザ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006173936A (ja) * 2004-12-15 2006-06-29 Nec Corp 電圧制御発振器及びそれを用いたpll回路並びに周波数変調器
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