JPH05218861A - Frequency synthesizer - Google Patents

Frequency synthesizer

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JPH05218861A
JPH05218861A JP4046392A JP4639292A JPH05218861A JP H05218861 A JPH05218861 A JP H05218861A JP 4046392 A JP4046392 A JP 4046392A JP 4639292 A JP4639292 A JP 4639292A JP H05218861 A JPH05218861 A JP H05218861A
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Kenzo Urabe
健三 占部
Akira Toyomane
明 豊間根
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Abstract

PURPOSE:To accelerate the frequency switching of the frequency synthesizer and to realize a high S/N. CONSTITUTION:This frequency synthesizer is provided with a numerical controlled oscillator 3 to integrate a prescribed phase amount increment step value DELTAphiaccording to the timing of a signal obtd. by dividing the output frequency of a VCO (voltage controlled oscillator) 1 by a fixed frequency divider 2 and to output a remainder phi in the case of dividing the value by 2pi radian as a feedback phase signal, phase comparator 6 to output a phase error signal epsilonconcerning a reference phase signal psi obtained by frequency dividing a reference signal fr, and weight synthesizer 11 to enlarge the weight of the signal epsilon through a D/A converter 9 while an average circuit 7 completely calculate an average value <epsilon>, to reduce the weight of the average value <epsilon> through a D/A converter 10 later and to define the value as the controlled voltage of the VCO 1.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は通信機器に用いられる周
波数シンセサイザに関し、特に、高精度の出力周波数を
任意に可変設定できる周波数シンセサイザの周波数切替
動作の高速化を目的とした改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a frequency synthesizer used for communication equipment, and more particularly to an improvement aimed at speeding up frequency switching operation of a frequency synthesizer capable of arbitrarily setting a highly accurate output frequency.

【0002】[0002]

【従来の技術】高精度の出力周波数を得る周波数シンセ
サイザに広く応用されている基本構成として位相同期ル
ープ(PLL:Phase Locked Loop)構成がある。P
LL構成は、比較的小規模の回路で水晶発振子を用いた
高精度の基準発振源に位相同期した出力周波数が得られ
るという、回路規模,周波数精度の両面で大きな利点を
有している。しかしながら、PLL構成は負帰還の制御
ループであるため、PLL構成による周波数シンセサイ
ザの出力の信号対雑音比(C/N)と、ループの応答速
度には相反的な関係がある。即ち、例えばTDM(Tim
e Division Multiplex)通信や周波数ホッピング通信
などのように、短いバースト区間毎に高速に周波数切替
を行う必要がある場合、周波数切替動作の応答速度を高
めようとすると、系の帯域が広くなり出力のC/Nが低
下するという問題が生ずる。この問題を解決する従来の
公知の方法の一つにデュアルモードPLL構成がある。
2. Description of the Related Art A phase locked loop (PLL) configuration is a basic configuration widely applied to a frequency synthesizer for obtaining a highly accurate output frequency. P
The LL configuration has a great advantage in terms of circuit scale and frequency accuracy that an output frequency phase-locked with a highly accurate reference oscillation source using a crystal oscillator can be obtained with a relatively small-scale circuit. However, since the PLL configuration is a negative feedback control loop, there is a reciprocal relationship between the signal-to-noise ratio (C / N) of the output of the frequency synthesizer by the PLL configuration and the response speed of the loop. That is, for example, TDM (Tim
When it is necessary to perform high-speed frequency switching for each short burst section, such as in e-Division Multiplex) communication and frequency hopping communication, if the response speed of the frequency switching operation is increased, the band of the system becomes wider and the output There is a problem that C / N decreases. One of the conventionally known methods for solving this problem is a dual mode PLL configuration.

【0003】図11は従来用いられているデュアルモー
ドPLLの構成図である。図中101は電圧制御発振器
(以下、VCO:Voltage Controlled Oscillator
)、102は外部から与えられる周波数に従ってVC
O101の出力f0ut を分周する可変分周器、103は
基準周波数を発生する基準発振器である。104は上記
可変分周器102と基準発振器103の出力位相を比較
する位相比較器で、一般に排他的論理和等による2値レ
ベル上の乗算処理や、バランスドミキサ回路等によるア
ナログ波形と2値波形との乗算処理で位相比較機能を実
現している。105は位相比較器104の出力に含まれ
る位相比較値以外の高調波成分を除去し、VCO101
の周波数制御電圧入力に帰還するデュアルモードループ
フィルタであって、外部から入力されるモード切替信号
に従って、PLLのループ帯域を広帯域、及び狭帯域の
2モードに切替えることのできるループフィルタで構成
される。このループフィルタ105には、一般に系の安
定性の理由から3次以下の低域ろ波器が用いられ、モー
ド切替信号により低域ろ波器の時定数や遮断周波数もし
くは利得等のパラメータが大,小に切替設定される。以
上の構成において、出力fout の周波数切替を行う場
合、まず可変分周器102に対し、設定する周波数に対
応する分周数(設定する周波数と基準周波数との比)を
与えると同時に、デュアルモードフィルタ105に与え
るモード切替信号により、所定の周波数引込時間だけル
ープ時定数を小、遮断周波数を大、もしくは利得を大に
設定し、ループ帯域を広くして高速で引込動作を行わせ
る。
FIG. 11 is a block diagram of a conventionally used dual mode PLL. In the figure, 101 is a voltage controlled oscillator (hereinafter, VCO: Voltage Controlled Oscillator).
), 102 is VC according to the frequency given from the outside.
A variable frequency divider that divides the output f 0ut of O 101 , and 103 is a reference oscillator that generates a reference frequency. Reference numeral 104 denotes a phase comparator for comparing the output phases of the variable frequency divider 102 and the reference oscillator 103, which is generally a multiplication process on a binary level by an exclusive OR or the like, and an analog waveform and a binary value by a balanced mixer circuit or the like. The phase comparison function is realized by the multiplication processing with the waveform. Reference numeral 105 removes harmonic components other than the phase comparison value included in the output of the phase comparator 104,
Is a dual-mode loop filter that feeds back to the frequency control voltage input, and is configured by a loop filter that can switch the loop band of the PLL into a wide band and a narrow band two modes according to a mode switching signal input from the outside. .. For the loop filter 105, generally, a third-order or lower-order low-pass filter is used for the reason of system stability, and parameters such as a time constant, a cutoff frequency, or a gain of the low-pass filter are large depending on the mode switching signal. , Switched to small. In the above configuration, when the frequency of the output f out is switched, first, the frequency divider corresponding to the frequency to be set (ratio between the frequency to be set and the reference frequency) is given to the variable frequency divider 102, and at the same time, the dual frequency divider is used. By the mode switching signal given to the mode filter 105, the loop time constant is set to be small, the cutoff frequency is set to be large, or the gain is set to be large for a predetermined frequency pull-in time to widen the loop band and perform the pull-in operation at high speed.

【0004】次に、上記所定の周波数引込時間が経過し
た時点でモード切替信号の極性を反転し、ループ時定数
を大、遮断周波数を小、もしくは利得を小に設定し、ル
ープ帯域を狭くすることにより出力の安定化、高C/N
化をはかる。この2つのモードを巧に組合せることによ
り、前述の応答速度とC/Nの相反関係の問題を解決す
るという構成である。しかしながら、前記従来のデュア
ルモードPLL構成を実際にハードウェア化する場合、
デュアルモードループフィルタ105のモード切替動作
をいかに理想通り実現するかが大きな問題となる。即
ち、デュアルモードループフィルタ105のパラメータ
を切替える場合、具体的には抵抗,コンデンサ等の受動
素子、あるいはトランジスタ,オペアンプ等の能動素子
や回路をアナログスイッチ等で切替える制御が必要であ
るが、これらの制御動作はコンデンサの急激な充放電
や、異なる半導体素子の切替による直流オフセット電圧
の変化を伴うので、VCO101の周波数制御電圧に不
連続な変化が生じ、ループ帯域が狭い方へ切り替った後
で周波数及び位相が目標値から大きく離れてしまい、か
えって位相同期が長びいてしまうという問題が生ずる。
このような切替時点での不具合を解決するためデュアル
モードPLL構成を用いない他の方法が近年考案されて
いる。
Next, when the predetermined frequency pull-in time has elapsed, the polarity of the mode switching signal is inverted to set the loop time constant to a large value, the cutoff frequency to a small value, or the gain to a small value to narrow the loop band. Output stabilization, high C / N
Measure. By skillfully combining these two modes, the above-mentioned problem of the reciprocal relationship between the response speed and the C / N is solved. However, when the conventional dual-mode PLL configuration is actually implemented as hardware,
How to realize the mode switching operation of the dual mode loop filter 105 as ideal becomes a big problem. That is, when switching the parameters of the dual-mode loop filter 105, specifically, it is necessary to control switching of passive elements such as resistors and capacitors or active elements such as transistors and operational amplifiers and circuits by analog switches. Since the control operation involves a rapid charge / discharge of the capacitor and a change in the DC offset voltage due to switching of different semiconductor elements, a discontinuous change occurs in the frequency control voltage of the VCO 101, and after switching to a narrower loop band. The frequency and the phase largely deviate from the target values, which causes a problem of prolonging the phase synchronization.
In order to solve such a problem at the time of switching, another method which does not use the dual mode PLL configuration has been devised in recent years.

【0005】この方法ではシンセサイザの周波数の切替
を行う際、まず、切替先の周波数に対応するVCOの周
波数制御電圧を予め計測してディジタル数値化したデー
タを記憶させ、記憶している値をD/A変換器を用いて
VCOの制御電圧端子に与え、周波数の粗調初期設定を
行うと同時に位相比較器の2つの入力(基準発振器出力
と可変分周出力)のいずれか一方の位相を他方の位相に
一致するように強制的にプリセットする。このプリセッ
ト処理により、周波数切替の初期段階で、ほとんど切替
先の周波数への位相同期状態を実現させることが可能と
なる。(例えば文献:垂澤他「ディジタル・ループプリ
セット形高速周波数シンセサイザ」電子情報通信学会春
季全国大会B−820,1989年参照)
According to this method, when the frequency of the synthesizer is switched, first, the frequency control voltage of the VCO corresponding to the frequency of the switching destination is measured in advance and digitalized data is stored, and the stored value is D. A / A converter is applied to the control voltage terminal of the VCO to initialize the coarse frequency adjustment, and at the same time, one of the two inputs (reference oscillator output and variable frequency division output) of the phase comparator is applied to the other. Force preset to match the phase of. With this preset processing, it is possible to realize a phase synchronization state to almost the frequency of the switching destination at the initial stage of frequency switching. (For example, see Taruzawa et al. "Digital Loop Preset Type High-speed Frequency Synthesizer" IEICE Spring National Convention B-820, 1989).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのプリ
セット処理による方法では、上記周波数の粗調精度によ
り、プリセット処理後の位相同期時間が大きく左右され
ることが知られており(前記参照文献)、周波数粗調精
度の向上のため、位相同期引込後のVCOの周波数制御
端子電圧をD/A変換器を用いてディジタル的にモニタ
し、学習記憶する手段が必要となる。しかしこの学習記
憶手段を用いたとしても周囲の温度変化が著しい場合、
上記学習による周波数制御端子電圧の予備知識のない状
態で新しい周波数の設定を余儀なくされるので、同期引
込時間が長くなるという問題は避けられない。本発明の
目的は、周波数切替の高速化と、高S/N比の相反関係
を克服するに当って、前記従来の方法で生ずる不具合を
取り除き、かつ小形化,IC化に適する周波数シンセサ
イザを提供することにある。
However, it is known that in the method by the preset processing, the phase synchronization time after the preset processing is greatly influenced by the coarse adjustment accuracy of the frequency (see the above-mentioned reference). In order to improve the coarse adjustment precision, a means for digitally monitoring the frequency control terminal voltage of the VCO after the phase synchronization pull-in using a D / A converter and learning and storing is required. However, even if this learning and storing means is used, if the ambient temperature changes significantly,
Since a new frequency is forced to be set without prior knowledge of the frequency control terminal voltage by the above learning, the problem that the synchronization pull-in time becomes long cannot be avoided. An object of the present invention is to provide a frequency synthesizer suitable for miniaturization and IC implementation, in which the problems caused by the conventional method are eliminated in overcoming the reciprocal relation of high frequency switching and high S / N ratio. To do.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の周波数シンセサ
イザは、周波数制御電圧が入力され該周波数制御電圧に
対応する発振周波数の出力が得られる電圧制御発振器
と、 該電圧制御発振器の出力を固定分周する固定分周器と、 該固定分周器の出力のタイミングに従って外部から設定
される位相量増加ステップ値Δφを積算し2π(ラジア
ン)で除したときの剰余φを出力する数値制御発振器
と、 周波数シンセサイザの基準周波数を与えるための基準発
振器と、 該基準発振器からの出力を分周した値ψを出力するカウ
ンタと、 前記数値制御発振器からの出力φおよび前記カウンタか
らの出力ψを、それぞれ前記電圧制御発振器からの帰還
位相信号および前記基準発振器からの基準位相信号とし
て入力し、次式
SUMMARY OF THE INVENTION A frequency synthesizer of the present invention comprises a voltage controlled oscillator to which a frequency controlled voltage is input and an output of an oscillation frequency corresponding to the frequency controlled voltage is obtained, and an output of the voltage controlled oscillator is fixed. A fixed frequency divider that performs frequency division, and a numerically controlled oscillator that outputs a remainder φ when the phase amount increase step value Δφ set externally according to the output timing of the fixed frequency divider is integrated and divided by 2π (radian) A reference oscillator for giving a reference frequency of the frequency synthesizer, a counter for outputting a value ψ obtained by dividing the output from the reference oscillator, an output φ from the numerically controlled oscillator and an output ψ from the counter, respectively. Input as the feedback phase signal from the voltage controlled oscillator and the reference phase signal from the reference oscillator,

【数4】 で与えられる位相誤差信号εを出力する位相比較器と、 該位相誤差信号εの平均値を算出して記憶保持した値<
ε>を出力する平均化回路と、 前記εと前記<ε>とを入力し、位相同期引込応答が定
常状態に入り前記平均化回路による平均値の算出が完了
する所定の切替時間T1 が経過するまでは前記εを、該
切替時間T1 が経過した後は前記<ε>を、それぞれ切
替え出力する切替回路と、 該切替回路の出力及び前記位相比較器の出力をアナログ
電圧の信号に変換する第1及び第2のD/A変換器と、 該第1のD/A変換器からの出力の重み付けを大きく
し、該第2のD/A変換器からの出力の重み付けを小さ
くしてアナログ加算した電圧を前記周波数制御電圧とし
て前記電圧制御発振器に帰還する重み付け合成器とを備
えたことを特徴とするものである。
[Equation 4] And a phase comparator that outputs the phase error signal ε given by
The averaging circuit that outputs ε> and the ε and the <ε> are input, and the predetermined switching time T 1 when the phase synchronization pull-in response enters the steady state and the calculation of the average value by the averaging circuit is completed is performed. A switching circuit that switches and outputs ε until the time elapses and <ε> after the switching time T 1 has passed, and the output of the switching circuit and the output of the phase comparator are converted into analog voltage signals. The first and second D / A converters to be converted, and the weight of the output from the first D / A converter are increased, and the weight of the output from the second D / A converter is decreased. And a weighted synthesizer that feeds back the analog-added voltage as the frequency control voltage to the voltage controlled oscillator.

【0008】[0008]

【実施例】【Example】

〔構成〕図1は、本発明による周波数シンセサイザの第
1の実施例を示す構成例図である。図中1は電圧制御発
振器(VCO)で、外部から与えられる周波数制御電圧
Vに対応する発振周波数fout を発生する。2は固定分
周器であり、VCO1の発振出力を1/P(P≧1)に
固定分周したクロックfCLK (=fout /P)を出力す
る。3は数値制御発振器(NCO:Numerical Contr
olled Oscillator )であり、入力される信号(図1で
はfCLK )のタイミングに従い、外部から設定される位
相量増加ステップ値(ディジタル値)Δφを積算した値
を2πで除した値φを出力する。このような機能は2π
ラジアンの位相値をオーバーフロー値(2n 、nは自然
数)とするアキュムレータにより容易に実現できる。4
は基準発振器であり、周波数シンセサイザの基準周波数
r を与える基準クロックを出力する。5はカウンタ
で、入力(図1ではfr )を分周した値(ディジタル
値)ψを出力する。6は位相比較器であり、上記φ及び
ψをそれぞれVCO1からの帰還位相信号及び基準発振
器4からの基準位相信号として入力し、次式で与えられ
る位相誤差信号ε(ディジタル値、−π≦ε≦π)を出
力する。
[Configuration] FIG. 1 is a configuration example diagram showing a first embodiment of a frequency synthesizer according to the present invention. In the figure, reference numeral 1 is a voltage controlled oscillator (VCO), which generates an oscillation frequency f out corresponding to a frequency control voltage V given from the outside. Reference numeral 2 denotes a fixed frequency divider, which outputs a clock f CLK (= f out / P) obtained by fixedly dividing the oscillation output of the VCO 1 to 1 / P (P ≧ 1). 3 is a numerically controlled oscillator (NCO: Numerical Contr)
olled Oscillator), which outputs a value φ obtained by dividing a value obtained by integrating the phase amount increase step value (digital value) Δφ set externally by 2π according to the timing of the input signal (f CLK in FIG. 1). .. Such a function is 2π
This can be easily realized by an accumulator that uses the radian phase value as an overflow value (2 n , n is a natural number). Four
Is a reference oscillator, which outputs a reference clock that gives the reference frequency f r of the frequency synthesizer. Reference numeral 5 denotes a counter, which outputs a value (digital value) ψ obtained by dividing the input (f r in FIG. 1). Reference numeral 6 denotes a phase comparator which inputs φ and ψ as a feedback phase signal from the VCO 1 and a reference phase signal from the reference oscillator 4, respectively, and outputs a phase error signal ε (digital value, −π ≦ ε) given by the following equation. ≤π) is output.

【数5】 上記(1)式の計算機能はNCO3の場合と同様、2π
ラジアンの位相値をオーバーフロー値とする複数の加算
器で容易に実現できる。
[Equation 5] The calculation function of the above formula (1) is 2π as in the case of NCO3.
It can be easily realized by a plurality of adders using the radian phase value as the overflow value.

【0009】7は位相誤差信号εの平均値を算出し、記
憶保持した値<ε>を出力する平均化回路であって、平
均の方法は単純平均,忘却係数付きの重み付け平均等種
々のディジタルフィルタリング手法が適用できる。8は
切替回路で、位相誤差信号εとその平均値<ε>を入力
し、周波数切替動作の開始時点から所定の時間(以下、
切替時間という)T1 が経過するまではεを、その後は
<ε>を、それぞれ切替えて出力する。なお、上記切替
時間T1 は本発明の周波数シンセサイザの最初の位相同
期引込応答が定常状態に入るまでの時間に平均化回路7
によるεの平均値の算出時間を加えた値に設定されるも
のとする。9,及び10はD/A変換器であり、それぞ
れ切替回路8の出力及び位相比較器6の出力(位相誤差
信号)を入力し、各々アナログ電圧の信号V′,V″に
変換する。11は上記V′の重み付けを大きくし、V″
の重み付けを小さくしてアナログ加算する重み付け合成
器であり、合成された出力は周波数制御電圧VとしてV
CO1に帰還される。
Reference numeral 7 is an averaging circuit for calculating the average value of the phase error signal ε and outputting the value <ε> stored and held. The averaging method is various digital such as simple averaging and weighted averaging with a forgetting factor. A filtering method can be applied. A switching circuit 8 inputs the phase error signal ε and its average value <ε>, and a predetermined time (hereinafter,
Until T 1 ( switching time) elapses, ε is switched and then <ε> is switched and output. The switching time T 1 is the time required for the first phase synchronization pull-in response of the frequency synthesizer of the present invention to reach a steady state.
Shall be set to a value including the calculation time of the average value of ε. Reference numerals 9 and 10 denote D / A converters, which respectively input the output of the switching circuit 8 and the output of the phase comparator 6 (phase error signal) and convert them into analog voltage signals V ′ and V ″, respectively. Increases the weighting of V ′, and V ″
Is a weighting synthesizer that reduces the weighting of the analog signal and performs analog addition. The synthesized output is V as the frequency control voltage V.
Returned to CO1.

【0010】次に、図2は本発明による周波数シンセサ
イザの第2の実施例を示す構成例図である。図2の構成
要素のほとんどは図1と同一であるが、1′はVCO1
と異なり、それぞれ相対的に高利得(重み付け大)及び
低利得(重み付け小)の2種の周波数制御電圧を入力と
するVCOであって、それぞれD/A変換器9及び10
の出力V′及びV″を直接入力しており、図1の重み付
け合成11は不要である。ここで図2の場合のVCO
1′の構成例を図7に示す。図7は該VCO1′の等価
同調回路であって、1−1はコイル、1−2はコンデン
サである。1−1及び1−2はVCO1′に使用される
単同調共振回路のインダクタンス及びキャパシタンスに
それぞれ対応している。1−3,1−4は可変容量ダイ
オードであって、1−3は1−1,1−2からなる単同
調共振回路に並列接続されるとともに、1−3,1−4
の容量制御電圧端子にはD/A変換器9及び10の出力
V′及びV″がそれぞれ入力される。1−5は抵抗器,
コンデンサ,コイルなどで構成される1ポート回路であ
って、インピーダンスZを有し、可変容量ダイオード1
−4と直列接続された形態で前記1−1,1−2による
単同調共振回路及び可変容量ダイオード1−3に並列接
続される。
Next, FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the frequency synthesizer according to the present invention. Most of the components in FIG. 2 are the same as in FIG. 1, but 1'is VCO1.
Is a VCO to which two kinds of frequency control voltages of relatively high gain (large weighting) and low gain (small weighting) are input, respectively, and D / A converters 9 and 10 respectively.
The outputs V'and V "are directly input, and the weighting combination 11 of FIG. 1 is unnecessary. Here, the VCO in the case of FIG.
An example of the configuration of 1'is shown in FIG. FIG. 7 shows an equivalent tuning circuit of the VCO 1 ', where 1-1 is a coil and 1-2 is a capacitor. 1-1 and 1-2 respectively correspond to the inductance and capacitance of the single tuning resonant circuit used for VCO 1 '. 1-3, 1-4 are variable capacitance diodes, 1-3 is connected in parallel to a single tuning resonance circuit consisting of 1-1, 1-2, and 1-3, 1-4
The outputs V'and V "of the D / A converters 9 and 10 are input to the capacitance control voltage terminals of the respective terminals. 1-5 is a resistor,
A 1-port circuit including a capacitor, a coil, etc., having an impedance Z, and a variable capacitance diode 1
-4 is connected in series to the single-tuned resonance circuit and the variable capacitance diode 1-3 according to 1-1 and 1-2.

【0011】図7の構成によりVCO1′の発振周波数
out はコイル1−1のインダクタンスと、コンデンサ
1−2,可変容量ダイオード1−3,1−4,1ポート
回路1−5からなる合成回路の総合キャパシタンスで決
定される。そこで1ポート回路1−5のインピーダンス
Zの絶対値を可変容量ダイオード1−4のインピーダン
スの絶対値より充分大きく設定した場合、可変容量ダイ
オード1−3と1−4のキャパシタンス値の範囲が同一
であっても、1−3のキャパシタンス(V′により制
御)の対発振周波数感度は1−4のキャパシタンス
(V″により制御)のそれよりも一般に大きくなる。以
上の構成により、それぞれ相対的に高利得(重み付け
大)及び低利得(重み付け小)の2種の周波数制御電圧
V′,V″を入力とするVCO1′の実現が可能とな
り、その効果は図1の重み付け合成器11とVCO1の
組合せと等価であることがわかる。
With the configuration shown in FIG. 7, the oscillation frequency f out of the VCO 1'is a synthetic circuit including the inductance of the coil 1-1, the capacitor 1-2, the variable capacitance diodes 1-3, 1-4 and the 1-port circuit 1-5. Is determined by the total capacitance of. Therefore, when the absolute value of the impedance Z of the 1-port circuit 1-5 is set sufficiently larger than the absolute value of the impedance of the variable capacitance diode 1-4, the variable capacitance diodes 1-3 and 1-4 have the same capacitance value range. However, the sensitivity of the capacitance of 1-3 (controlled by V ′) to the oscillation frequency is generally larger than that of the capacitance of 1-4 (controlled by V ″). It is possible to realize a VCO 1'that receives two types of frequency control voltages V'and V "of gain (large weighting) and low gain (small weighting), and the effect thereof is the combination of the weighting synthesizer 11 and VCO1 of FIG. It turns out that it is equivalent to.

【0012】次に、図1及び図2の構成例の変形によっ
てそれぞれ得られる本発明の第3の実施例,第4の実施
例を図3及び図4に示す。図3及び図4の各々の全ての
構成要素はそれぞれ図1及び図2と全く同一であって、
ただ、固定分周器2と基準発振器4の出力がそれぞれカ
ウンタ5及びNCO3に接続されていることのみが図1
及び図2の場合とそれぞれ異なっている。即ち図3及び
図4の構成では、NCO3の出力φが基準位相信号とな
り、カウンタ5の出力ψが帰還位相信号となる。
Next, FIGS. 3 and 4 show a third embodiment and a fourth embodiment of the present invention obtained by modifying the constitutional examples of FIGS. 1 and 2, respectively. All the components of each of FIGS. 3 and 4 are exactly the same as those of FIGS. 1 and 2, respectively,
However, it is only that the outputs of the fixed frequency divider 2 and the reference oscillator 4 are connected to the counter 5 and the NCO 3, respectively.
2 and the case of FIG. That is, in the configurations of FIGS. 3 and 4, the output φ of the NCO 3 becomes the reference phase signal and the output φ of the counter 5 becomes the feedback phase signal.

【0013】また、図1及び図2の構成例の変形によっ
てそれぞれ得られる本発明の第5及び第6の実施例を図
5,図6に示す。図5,図6の構成要素のほとんどは、
それぞれ図1及び図2と同一であるが、ただ平均化回路
7及び切替回路8とそれぞれ同機能の第2の平均化回路
70及び第2の切替回路80が新たに付加されており、
70は位相比較器6の出力を入力し、80は位相比較器
6の出力と70の出力を入力し、切替えた出力を前記D
/A変換器10に出力していることがそれぞれ図1及び
図2の構成例と異なっている。なお、上記切替回路80
の切替時間をT2 とおくとき、T2 はT1 以後再び位相
同期引込応答が定常状態に入るまでの時間に、平均化回
路70による平均値の算出時間を加えた値に設定される
ものとする。
Further, FIGS. 5 and 6 show fifth and sixth embodiments of the present invention obtained by modifying the configuration examples of FIGS. 1 and 2, respectively. Most of the components of FIGS. 5 and 6 are
1 and 2, respectively, except that a second averaging circuit 70 and a second switching circuit 80 having the same functions as the averaging circuit 7 and the switching circuit 8 are newly added.
70 inputs the output of the phase comparator 6, 80 inputs the output of the phase comparator 6 and the output of 70, and outputs the switched output by the D
The output to the A / A converter 10 is different from the configuration examples of FIGS. 1 and 2, respectively. The switching circuit 80
When the switching time of T is set to T 2 , T 2 is set to a value obtained by adding the time until the phase synchronization pull-in response enters the steady state after T 1 and the time for calculating the average value by the averaging circuit 70. And

【0014】〔作用〕図1,図2,図3,図4,図5,
図6に示した本発明の構成例の作用を次に説明する。ま
ず上記全ての本発明の構成例に共通する特徴について述
べる。本発明の全ての構成例は、D/A変換器9を経由
する第1のループとD/A変換器10を経由する第2の
ループの重み付け合成で構成されている。上記2つのル
ープは、ループ利得を除き本質的に同種であって両者に
共通する等価回路を図8に示す。図8において、81は
位相比較器6に相当する加算ブロックであり、帰還位相
信号φ及び基準位相信号ψを入力して(1)式に基づく
位相誤差信号εを出力する。82はD/A変換器9又は
10及び2つのループの重み付け係数による総合利得G
A を与える増幅ブロック、83はVCO1又は1′の周
波数変調感度KV を与える増幅ブロックで83の出力は
VCO1又は1′の出力周波数fout である。
[Operation] FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG.
The operation of the configuration example of the present invention shown in FIG. 6 will be described below. First, features common to all the above-described configuration examples of the present invention will be described. All the configuration examples of the present invention are configured by weighted synthesis of the first loop passing through the D / A converter 9 and the second loop passing through the D / A converter 10. The two loops are essentially the same type except for the loop gain, and an equivalent circuit common to both is shown in FIG. In FIG. 8, reference numeral 81 is an addition block corresponding to the phase comparator 6, which inputs the feedback phase signal φ and the reference phase signal ψ and outputs the phase error signal ε based on the equation (1). 82 is a total gain G by the D / A converter 9 or 10 and the weighting coefficient of the two loops.
An amplification block 83 which gives A , an amplification block 83 which gives a frequency modulation sensitivity K V of VCO 1 or 1 ', and an output of 83 is an output frequency f out of VCO 1 or 1'.

【0015】84はVCO1又は1′の出力周波数f
out を位相に変換するための積分ブロック、85は固定
分周器2と、NCO3によるVCO1又は1′の出力位
相の1/(P・Q)分周動作(QはNCO3の等価分周
数)に相当する減衰ブロックでありその出力は帰還位相
信号φとなる。さて、図8の等価回路におけるφ,ψ,
εの各値は、NCO3,カウンタ5の動きにより時間軸
上で離散的に変化するので、これらをZ変換領域で取扱
い、それぞれφ(Z),ψ(Z),ε(Z)で表すと、
次の方程式が得られる。 ここに左辺の最右端の因子Z-1/(1−Z-1)はZ変換
領域での積分演算子である。(2)式を変形し、整理す
ると、次式を得る。 φ(Z)=H(Z)・ψ(Z) :応答特性 …………(3) なお(3)式より次式が成立する。 ε(Z)=ψ(Z)−φ(Z)=(1−H(Z))ψ(Z)………(6)
84 is the output frequency f of the VCO 1 or 1 '.
An integration block for converting out into a phase, 85 is a fixed frequency divider 2 and 1 / (P · Q) frequency division operation of the output phase of VCO 1 or 1'by NCO 3 (Q is an equivalent frequency division number of NCO 3) And an output of the attenuation block corresponds to the feedback phase signal φ. Now, in the equivalent circuit of FIG. 8, φ, ψ,
Since each value of ε changes discretely on the time axis due to the movement of the NCO 3 and the counter 5, these are treated in the Z-transform region and represented by φ (Z), ψ (Z), ε (Z), respectively. ,
The following equation is obtained. Here, the rightmost factor Z -1 / (1-Z -1 ) on the left side is an integral operator in the Z conversion region. When the equation (2) is transformed and rearranged, the following equation is obtained. φ (Z) = H (Z) · ψ (Z): Response characteristics (3) The following equation is established from the equation (3). ε (Z) = φ (Z) −φ (Z) = (1−H (Z)) φ (Z) ... (6)

【0016】今、周波数切替制御により、Δfなる周波
数ステップ入力が基準位相信号ψに重畳された場合、 となるから(4)式,(7)式を(6)式に代入し整理
すると、下式を得る。 従って(8)式の逆Z変換により、εの時系列ε(k)
(k:時系列番号)を求めると次式となる。 よって、(9)式よりループ利得GL が下式 |1−GL |<1 ……………(10) 即ち、0<GL <2 ……………(11) を満足するときループは安定であり、その次数は1次で
あることがわかる。
Now, when the frequency step input Δf is superimposed on the reference phase signal ψ by the frequency switching control, Therefore, by substituting equations (4) and (7) into equation (6) and rearranging, the following equation is obtained. Therefore, the time series ε (k) of ε is obtained by the inverse Z transformation of the equation (8).
When (k: time series number) is obtained, the following equation is obtained. Therefore, when the loop gain G L from the expression (9) satisfies the following expression | 1- GL | <1 ………… (10) That is, 0 < GL <2 ………… (11) It can be seen that the loop is stable and its order is first order.

【0017】なお本発明の構成における位相比較器6
は、従来の位相比較器に見られる周期波形の乗算処理な
どの非線形演算を用いることなく、位相誤差量そのもの
を直接検出し、ディジタル数値化しているので、不要な
高調波成分を含むことはない。このため、原理的には従
来のPLL構成に含まれるC/N向上のための高調波成
分除去用ループフィルタが本発明の構成では不要であ
り、従って、該ループフィルタにより課せられた同期引
込動作高速化の制限を取り除くことができるので、1次
ループといえども、一定のC/N値を確保した応答の高
速化への道が開かれていることが明らかである。以上が
D/A変換器9及び10を経由するそれぞれ第1及び第
2のループに共通する基本的特徴である。なお、これら
2つのループのループ利得GL は、重み付け合成器11
又はVCO1′による重み付け合成の効果により異なっ
ており、第1のループの方が第2のループより大きく設
定されていることが明らかである。
The phase comparator 6 in the configuration of the present invention.
Does not include unnecessary harmonic components because it directly detects the phase error amount itself and digitizes it without using non-linear operations such as the multiplication of the periodic waveform found in conventional phase comparators. .. Therefore, in principle, the loop filter for harmonic component removal for improving C / N included in the conventional PLL configuration is not necessary in the configuration of the present invention, and therefore, the synchronous pull-in operation imposed by the loop filter is not necessary. Since it is possible to remove the limitation of speeding up, it is clear that even in the first-order loop, there is a way open to speeding up the response while ensuring a constant C / N value. The above are the basic features common to the first and second loops passing through the D / A converters 9 and 10, respectively. The loop gain G L of these two loops is determined by the weighting synthesizer 11
Alternatively, it is apparent that the first loop is set to be larger than the second loop due to the effect of the weighted combination by the VCO 1 '.

【0018】さて、上記2つのループの諸特徴に基づ
き、まず図1の構成例における周波数切替動作につい
て、以下具体的に説明する。はじめに出力周波数fout
の設定について明らかにする。図1では、NCO3から
得られる帰還位相信号φは2πラジアンをオーバーフロ
ー値とするΔφの積算値で示されるので、
Now, based on the characteristics of the above two loops, the frequency switching operation in the configuration example of FIG. 1 will be specifically described below. Introduction output frequency f out
Clarify the setting of. In FIG. 1, the feedback phase signal φ obtained from the NCO 3 is represented by the integrated value of Δφ with an overflow value of 2π radians.

【外1】 [Outer 1]

【数6】 よって、NCO3による等価分周数Qは[Equation 6] Therefore, the equivalent frequency division Q by NCO3 is

【数7】 である。[Equation 7] Is.

【0019】また、基準クロックを分周するカウンタ5
も、NCO3と同様にカウント動作
A counter 5 for dividing the reference clock
Also counts like NCO3

【外2】 [Outside 2]

【数8】 である。従って、位相同期状態では[Equation 8] Is. Therefore, in the phase locked state

【数9】 となるので、(12),(14)式を(15)式に代入
し、 を得る。ここでVCO1の出力周波数fout は fout =P・fCLK ……………(17) であるから、(16)式,(17)式より次の(18)
式を得る。 (18)式より、P,N,fr を固定値とすると、出力
周波数fout はΔφに逆比例する関係で一意に設定でき
ることがわかる。なお、上記(12)式〜(18)式
は、図1と同一の位相比較構成を有する図2,図5,図
6においても同様に成立する。
[Equation 9] Therefore, by substituting the equations (12) and (14) into the equation (15), To get Since the output frequency f out of the VCO 1 is f out = P · f CLK (17), the following (18) is obtained from the equations (16) and (17).
Get the expression. (18) from the equation, P, N, when a fixed value f r, the output frequency f out is seen that uniquely set in relation inversely proportional to [Delta] [phi. The above equations (12) to (18) are similarly established in FIGS. 2, 5 and 6 having the same phase comparison configuration as in FIG.

【0020】さて次に、上記(18)式で与えられる出
力周波数fout の目標値(切替先)に対応した位相量増
加ステップ値ΔφがNCO3に設定された時点から、実
際にfout の目標値に位相同期した出力が得られるまで
の位相引込動作過程について、以下説明する。図1に示
した前記第1のループ及び第2のループが、重み付け合
成器11により合成された構成において、最初にΔφが
設定された後、切替回路8の切替時間T1 が経過するま
での時間は上記2つのループは共に閉ループで応答を続
ける。このときの総合の閉ループ動作は、両者のループ
利得の和に相当するループ利得を有する1次ループの応
答と同じであり、前述の重み付け合成により当然のこと
ながらループ利得の高い第1のループが支配的な役割を
果たす。従って、第1のループのループ利得を(11)
式の範囲内で適当に大きな値に設定することにより、高
速の位相引込み動作を行うことができる。
Next, from the time when the phase amount increase step value Δφ corresponding to the target value (switching destination) of the output frequency f out given by the above equation (18) is set in NCO3, the target f out is actually targeted. The phase pull-in operation process until the output phase-synchronized with the value is obtained will be described below. In the configuration in which the first loop and the second loop shown in FIG. 1 are combined by the weighting combiner 11, until Δφ is first set and then the switching time T 1 of the switching circuit 8 elapses. As for time, both of the above two loops continue to respond in a closed loop. The total closed-loop operation at this time is the same as the response of the first-order loop having a loop gain corresponding to the sum of the loop gains of both, and naturally the first loop having a high loop gain is Play a dominant role. Therefore, the loop gain of the first loop is (11)
By setting an appropriately large value within the range of the equation, a high-speed phase pull-in operation can be performed.

【0021】次に、切替時間T1 が経過した時、切替回
路8の出力は位相比較器6からの位相誤差信号εから平
均化回路7によるεの平均値の記憶保持値<ε>に切替
わる。ここで上記切替時間T1 は上記2つのループによ
る最初の応答が定常状態に入るまでの時間に平均化回路
7によるεの平均値の算出時間を加えた値に設定されて
いるので、以後第1のループは、定常状態における位相
誤差信号εが、その平均値<ε>に固定された形態で開
ループ状態となる。このとき、第2のループは、第1の
ループが開ループ状態に設定された時点で引き継がれた
位相誤差信号を初期値とし、低いループ利得で引き続き
閉ループ動作を続ける。即ち、第2のループは、位相誤
差信号εの真の平均値に対する<ε>の偏差分を吸収す
ることにより周波数精度を向上するとともに、低いルー
プ利得により、高いC/Nを保証する閉ループ動作を継
続する。以上が図1の構成例における周波数切替時の位
相引込み動作過程であるが、図2の構成例の場合も、V
CO1′自体が図1の重み付け合成器11の機能を包含
していることから、図1と全く同一の作用が得られるこ
とは自明である。
Next, when the switching time T 1 elapses, the output of the switching circuit 8 is switched from the phase error signal ε from the phase comparator 6 to the memory holding value <ε> of the average value of ε by the averaging circuit 7. Change Here, the switching time T 1 is set to a value obtained by adding the time until the first response by the two loops enters the steady state to the calculation time of the average value of ε by the averaging circuit 7, The loop of No. 1 is in an open loop state in which the phase error signal ε in the steady state is fixed to its average value <ε>. At this time, the second loop uses the phase error signal inherited when the first loop is set to the open loop state as an initial value, and continues the closed loop operation with a low loop gain. That is, the second loop improves the frequency accuracy by absorbing the deviation of <ε> from the true average value of the phase error signal ε, and the closed loop operation that guarantees a high C / N by the low loop gain. To continue. The above is the phase pull-in operation process at the time of frequency switching in the configuration example of FIG. 1, but in the configuration example of FIG.
Since CO1 'itself includes the function of the weighting combiner 11 of FIG. 1, it is obvious that the same operation as that of FIG. 1 can be obtained.

【0022】ここで、図2の構成例の位相同期引込特性
の実測例を図9に示す。図9の横軸は時間(ms)、縦
軸は周波数(50kHz/目盛)で、451.5MHz
から447.5MHzまで出力周波数fout を−4MH
zの幅で切替えたときの実測結果がプロットされてい
る。なおこの場合の各設計値を次の表1にまとめて示
す。
FIG. 9 shows an actual measurement example of the phase lock pull-in characteristic of the configuration example of FIG. The horizontal axis of FIG. 9 is time (ms), the vertical axis is frequency (50 kHz / scale), which is 451.5 MHz.
Output frequency f out from -4MHz to 447.5MHz
The actual measurement result when switching in the width of z is plotted. The design values in this case are summarized in Table 1 below.

【表1】 図9より、周波数切替設定(図の左端)から0.3ms
(ミリ秒)の切替時間T1 経過後に第1のループ,第2
のループの重み付け合成による閉ループ動作によって目
標周波数447.5MHzの±80kHzの範囲内に周
波数が引き込まれていることが確認できる。T1 経過以
後は、前述した通り、第1のループは位相誤差信号εの
平均値の保持値<ε>を制御電圧とする開ループ状態と
なり、第2のループのみの閉ループ動作に切替るため、
位相誤差信号εによる周波数変動幅が±10kHz以内
と急激に小さくなっているのがわかる。本実験により周
波数切替設定後、約0.6msで位相同期引込が完了
し、fout の変動幅が1kHz以内に収斂していること
が確認できた。
[Table 1] From Fig. 9, 0.3 ms from the frequency switching setting (left end of the diagram)
After the switching time T 1 of (millisecond) has elapsed, the first loop, the second loop
It can be confirmed that the frequency is pulled within the range of ± 80 kHz of the target frequency 447.5 MHz by the closed loop operation by weighted synthesis of the loop. After the lapse of T 1 , as described above, the first loop enters the open loop state in which the holding value <ε> of the average value of the phase error signal ε is used as the control voltage, and the closed loop operation of only the second loop is performed. ,
It can be seen that the frequency fluctuation width due to the phase error signal ε is sharply reduced to within ± 10 kHz. From this experiment, it was confirmed that the phase synchronization pull-in was completed in about 0.6 ms after the frequency switching was set, and the fluctuation width of f out was converged within 1 kHz.

【0023】次に、図3,及び図4の構成例における出
力周波数fout の設定について明らかにする。図3及び
図4では、図1及び図2の構成例に比べ固定分周器2の
出力fCLK と基準発振器4の出力fr とが交換された接
続となっている。従って、前掲の(12)式,(13)
式,(14)式及び(16)式のfCLK とfr を交換す
ることによりそれぞれ次式を得る。
Next, the setting of the output frequency f out in the configuration examples of FIGS. 3 and 4 will be clarified. In FIGS. 3 and 4, the output f CLK of the fixed frequency divider 2 and the output f r of the reference oscillator 4 are exchanged and connected as compared with the configuration examples of FIGS. 1 and 2. Therefore, the above equations (12) and (13)
The following equations are obtained by exchanging f CLK and f r in equations (14) and (16), respectively.

【数10】 [Equation 10]

【数11】 [Equation 11]

【数12】 一方、図3及び図4の構成例においても、前掲の(1
7)式は成立するので、この(17)式と上記(1
6)′式より、(18)式に対応する次の式を得る。 上記(18)′式より、N,P,fr を固定値とする
と、出力周波数fout は、図1,図2の構成では(1
8)式によりΔφに逆比例する関係であったのに対し、
図3及び図4の構成ではΔφに比例する関係で一意に設
定できることがわかる。なお、図3及び図4の構成にお
ける位相同期引込動作過程は、図1及び図2の構成の場
合と同一であることは自明である。
[Equation 12] On the other hand, also in the configuration examples of FIG. 3 and FIG.
Since equation (7) holds, this equation (17) and the above (1)
From the equation 6) ′, the following equation corresponding to the equation (18) is obtained. From the above (18) 'equation, N, P, when a fixed value f r, the output frequency f out is 1, in the configuration of FIG. 2 (1
While the relationship was inversely proportional to Δφ by the equation 8),
It can be seen that the configurations shown in FIGS. 3 and 4 can be uniquely set in a relationship proportional to Δφ. It is obvious that the phase synchronization pull-in operation process in the configurations of FIGS. 3 and 4 is the same as that in the configurations of FIGS. 1 and 2.

【0024】次に、図5及び図6の構成例における位相
引込動作過程について説明する。図5及び図6の構成
は、それぞれ図1及び図2の構成の第2のループに、第
1のループの平均化回路7,切替回路8と同じ機能の平
均化回路70,切替回路80を付加した構成となってお
り、かつ、切替回路80の切替時間T2 は、T1 に平均
化回路70による平均値算出時間を加えた値以上に設定
されている。従って、周波数切替動作の開始時点から切
替回路80による切替時間T2 が経過するまでの動作は
図1及び図2、さらには図3及び図4と全く同一であ
る。故に、切替時間T2 が経過した時点では、既に第1
のループは開ループ状態であり、第2のループは低い利
得による閉ループ動作で定常状態にある。この時点以
後、図5及び図6の構成では、切替回路80により、位
相誤差信号εが、平均化回路70から出力されるεの平
均値の記憶保持値<ε>′に切替えられ、以後、第2の
ループも開ループ状態となる。このように、第1のルー
プのみならず、最終的には第2のループまで記憶保持値
<ε>′による開ループ状態となることが、図1,図
2,図3及び図4と大きく異なっている。
Next, the phase pull-in operation process in the configuration example of FIGS. 5 and 6 will be described. In the configurations of FIGS. 5 and 6, the averaging circuit 70 and the switching circuit 80 having the same functions as the averaging circuit 7 and the switching circuit 8 of the first loop are provided in the second loop of the configurations of FIGS. 1 and 2, respectively. In addition, the switching time T 2 of the switching circuit 80 is set to be equal to or longer than a value obtained by adding the average value calculation time by the averaging circuit 70 to T 1 . Therefore, the operation from the start of the frequency switching operation to the elapse of the switching time T 2 by the switching circuit 80 is exactly the same as that in FIGS. 1 and 2, and further in FIGS. 3 and 4. Therefore, when the switching time T 2 elapses, the first time is already reached.
Is in an open loop state and the second loop is in a steady state with closed loop operation due to low gain. After this point in time, in the configuration of FIGS. 5 and 6, the switching circuit 80 switches the phase error signal ε to the storage value <ε> ′ of the average value of ε output from the averaging circuit 70. The second loop is also in the open loop state. As described above, not only the first loop, but finally the second loop also becomes an open loop state due to the memory holding value <ε> ′, which is largely shown in FIGS. 1, 2, 3, and 4. Different.

【0025】上記のように、系全体が開ループ状態に設
定されると、以後、VCO1もしくは1′の制御電圧−
発振周波数特性の変動や、電源電圧の変動に対する閉ル
ープ特有の補償能力が失われ、出力周波数の漂動が発生
することがあるが、短いバースト区間毎に高速で周波数
切替を行うTDM通信や周波数ホッピング通信では、上
記バースト区間中の周波数の漂動は無視できる程に極め
て小さいので本発明の有効性を引き出すことができる。
ここで、図6の構成例の位相同期引込特性の実測例を図
10に示す。図10の様式及び設計値は全て図9の場合
と同一であり、また切替回路80の切替時間T2 はおよ
そ0.6msに設定している。図より、T1 経過時点で
第1のループが開ループ状態となり、周波数変動幅が±
10kHz以内に急激に小さくなるとともに、T2 経過
時点でさらに第2のループが開ループ状態となり、変動
がほとんど含まれない高精度の出力周波数が得られてい
る様子が確認できる。以上が図5及び図6の構成例にお
ける本発明の作用である。
As described above, when the entire system is set in the open loop state, the control voltage of VCO 1 or 1'-
There is a case where the closed loop-specific compensation ability for fluctuations in the oscillation frequency characteristics and fluctuations in the power supply voltage is lost, and output frequency drift occurs. However, TDM communication or frequency hopping that performs high-speed frequency switching in each short burst interval. In communication, the drift of the frequency during the burst period is so small as to be negligible, so that the effectiveness of the present invention can be derived.
Here, an actual measurement example of the phase lock pull-in characteristic of the configuration example of FIG. 6 is shown in FIG. The style and design values in FIG. 10 are all the same as those in FIG. 9, and the switching time T 2 of the switching circuit 80 is set to about 0.6 ms. From the figure, the first loop enters the open loop state at the time when T 1 has elapsed, and the frequency fluctuation width is ±
It can be confirmed that the output frequency is reduced within 10 kHz, and the second loop becomes an open loop state at the time when T 2 elapses, and a highly accurate output frequency with almost no fluctuation is obtained. The above is the operation of the present invention in the configuration examples of FIGS.

【0026】なお、図示を省略したが、図5および図6
において、図3及び図4の構成例と同様に固定分周器2
と基準発振器4の出力を、それぞれカウンタ5及びNC
O3に接続するように構成してもよい(第7,第8の実
施例)。この場合、出力周波数fout の設定に関しては
図3及び図4の構成と同様、式(18)′に基づくΔφ
の設定が必要であるとともに、位相引込動作過程は図5
及び図6の構成例の場合と全く同一になることも自明で
ある。
Although not shown, FIG. 5 and FIG.
In the same manner as in the configuration examples of FIGS. 3 and 4, the fixed frequency divider 2
And the output of the reference oscillator 4 to the counter 5 and NC, respectively.
It may be configured to connect to O3 (seventh and eighth embodiments). In this case, regarding the setting of the output frequency f out , Δφ based on the equation (18) ′ is set as in the configurations of FIGS. 3 and 4.
Is required and the phase pull-in operation process is shown in FIG.
It is also obvious that it is exactly the same as the case of the configuration example of FIG.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、位相誤差量を直接的にディジタル数値で表現する
PLL構成を用いているので、一定のC/N値を確保し
た応答の高速化が可能である。また、それぞれ大,小の
ループ利得を有する第1及び第2のループの動作をディ
ジタル的に切替えているので、切替時点でVCOの周波
数制御電圧に不連続な変化がなく、一層の高速化,高C
/N化を達成することができる。また本発明を実現する
にあたって、VCOを除く回路のほとんどの部分のIC
化が可能であり、小形化,低消費電力化,低コスト化が
容易であるという利点がある。
As described above in detail, according to the present invention, since the PLL configuration which directly expresses the phase error amount by the digital numerical value is used, the response of which the constant C / N value is secured can be obtained. Speeding up is possible. Further, since the operations of the first and second loops having the large and small loop gains are digitally switched, there is no discontinuous change in the frequency control voltage of the VCO at the time of switching, and further speedup is achieved. High C
/ N conversion can be achieved. Further, in realizing the present invention, the ICs of most of the circuits except the VCO are
It is possible to reduce the size, and it is easy to reduce the size, power consumption, and cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例を示す構成例図である。FIG. 1 is a configuration example diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例を示す構成例図である。FIG. 2 is a configuration example diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図3】図1の構成例の変形による本発明の第3の実施
例を示す構成例図である。
FIG. 3 is a structural example diagram showing a third embodiment of the present invention by modifying the structural example of FIG.

【図4】図2の構成例の変形による本発明の第4の実施
例を示す構成例図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of the present invention by modifying the configuration example of FIG.

【図5】図1の構成例の変形による本発明の第5の実施
例を示す構成例図である。
5 is a structural example diagram showing a fifth embodiment of the present invention by modifying the structural example of FIG. 1. FIG.

【図6】図2の構成例の変形による本発明の第6の実施
例を示す構成例図である。
FIG. 6 is a structural example view showing a sixth embodiment of the present invention by modifying the structural example of FIG.

【図7】図2のVCO1′の等価同調回路図である。7 is an equivalent tuning circuit diagram of the VCO 1'of FIG.

【図8】本発明の要点を説明するループの等価回路図で
ある。
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of a loop for explaining the main points of the present invention.

【図9】図2の位相同期引込特性例図である。9 is a diagram showing an example of the phase synchronization pull-in characteristic of FIG.

【図10】図6の位相同期引込特性例図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of the phase synchronization pull-in characteristic of FIG.

【図11】従来のデュアルモードPLLの構成例図であ
る。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a conventional dual mode PLL.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 VCO 2 固定分周器 3 NCO 4 基準発振器 5 カウンタ 6 位相比較器 7,70 平均化回路 8,80 切替回路 9,10 D/A変換器 11 重み付け合成器 81 加算ブロック 82 総合利得GA を与える増幅ブロック 83 周波数変調感度KV を与える増幅ブロック 84 積分ブロック 85 減衰ブロック1 VCO 2 fixed frequency divider 3 NCO 4 reference oscillator 5 counter 6 phase comparator 7,70 averaging circuit 8,80 switching circuit 9,10 D / A converter 11 weighting synthesizer 81 summing block 82 total gain G A Amplification block to give 83 Amplification block to give frequency modulation sensitivity K V 84 Integration block 85 Attenuation block

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 9182−5J H03L 7/10 E ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location 9182-5J H03L 7/10 E

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 周波数制御電圧が入力され該周波数制御
電圧に対応する発振周波数の出力が得られる電圧制御発
振器と、 該電圧制御発振器の出力から得られる帰還位相信号φと
基準となる基準位相信号ψとが入力され、次式 【数1】 で与えられる位相誤差信号εを出力する位相比較器と、 該位相誤差信号εの平均値<ε>を算出し保持して出力
する平均化回路と、前記εと前記<ε>とを入力し、位
相同期引込応答がほぼ定常状態に入るまでの時間T1
経過するまでは前記εを、該時間T1 経過後は前記<ε
>を切替え出力する切替回路と、 該切替回路の出力及び前記εを入力し、前者の重み付け
を大、後者の重み付けを小として加算した電圧を前記周
波数制御電圧として前記電圧制御発振器に与える重み付
け合成手段とを備えた周波数シンセサイザ。
1. A voltage-controlled oscillator to which a frequency control voltage is input to obtain an output of an oscillation frequency corresponding to the frequency control voltage, and a feedback phase signal φ obtained from the output of the voltage-controlled oscillator and a reference phase signal serving as a reference. ψ and are input, and the following equation The phase comparator that outputs the phase error signal ε given by, the averaging circuit that calculates and holds the average value <ε> of the phase error signal ε, and outputs the average value <ε> are input. , Ε until the time T 1 until the phase lock pull-in response enters a substantially steady state elapses, and after the time T 1 elapses, <ε
A switching circuit for switching and outputting>, and a weighted combination in which the output of the switching circuit and the ε are input, and a voltage obtained by adding the former weighting higher and the latter weighting lower is added to the voltage controlled oscillator as the frequency control voltage. A frequency synthesizer having means.
【請求項2】 周波数制御電圧が入力され該周波数制御
電圧に対応する発振周波数の出力が得られる電圧制御発
振器と、 該電圧制御発振器の出力を固定分周する固定分周器と、 該固定分周器の出力のタイミングに従って外部から設定
される位相量増加ステップ値Δφを積算し2π(ラジア
ン)で除したときの剰余φを出力する数値制御発振器
と、 周波数シンセサイザの基準周波数を与えるための基準発
振器と、 該基準発振器からの出力を分周した値ψを出力するカウ
ンタと、 前記数値制御発振器からの出力φおよび前記カウンタか
らの出力ψを、それぞれ前記電圧制御発振器からの帰還
位相信号および前記基準発振器からの基準位相信号とし
て入力し、次式 【数2】 で与えられる位相誤差信号εを出力する位相比較器と、 該位相誤差信号εの平均値を算出して記憶保持した値<
ε>を出力する平均化回路と、 前記εと前記<ε>とを入力し、位相同期引込応答が定
常状態に入り前記平均化回路による平均値の算出が完了
する所定の切替時間T1 が経過するまでは前記εを、該
切替時間T1 が経過した後は前記<ε>を、それぞれ切
替え出力する切替回路と、 該切替回路の出力及び前記位相比較器の出力をアナログ
電圧の信号に変換する第1及び第2のD/A変換器と、 該第1のD/A変換器からの出力の重み付けを大きく
し、該第2のD/A変換器からの出力の重み付けを小さ
くしてアナログ加算した電圧を前記周波数制御電圧とし
て前記電圧制御発振器に帰還する重み付け合成器と を備えた周波数シンセサイザ。
2. A voltage-controlled oscillator to which a frequency control voltage is input and an output of an oscillation frequency corresponding to the frequency control voltage is obtained, a fixed frequency divider for fixedly dividing the output of the voltage-controlled oscillator, and the fixed frequency divider. A numerically controlled oscillator that accumulates the phase amount increase step value Δφ set externally according to the frequency output of the frequency divider and outputs the remainder φ when divided by 2π (radian), and a reference for giving the reference frequency of the frequency synthesizer. An oscillator, a counter for outputting a value ψ obtained by dividing the output from the reference oscillator, an output φ from the numerically controlled oscillator and an output ψ from the counter, respectively, a feedback phase signal from the voltage controlled oscillator and the Input as the reference phase signal from the reference oscillator, And a phase comparator that outputs the phase error signal ε given by
The averaging circuit that outputs ε> and the ε and the <ε> are input, and the predetermined switching time T 1 when the phase synchronization pull-in response enters the steady state and the calculation of the average value by the averaging circuit is completed is performed. A switching circuit that switches and outputs ε until the time elapses and <ε> after the switching time T 1 has passed, and the output of the switching circuit and the output of the phase comparator are converted into analog voltage signals. The first and second D / A converters to be converted, and the weight of the output from the first D / A converter are increased, and the weight of the output from the second D / A converter is decreased. And a weighted synthesizer for feeding back the analog-added voltage as the frequency control voltage to the voltage controlled oscillator.
【請求項3】 請求項2記載の周波数シンセサイザにお
いて、 前記固定分周器及び基準発振器の出力をそれぞれ前記カ
ウンタ及び前記数値制御発振器に入力し、該カウンタの
出力ψ及び該数値制御発振器の出力φをそれぞれ前記帰
還位相信号及び前記基準位相信号として前記位相比較器
に入力することを特徴とする請求項2記載の周波数シン
セサイザ。
3. The frequency synthesizer according to claim 2, wherein the outputs of the fixed frequency divider and the reference oscillator are input to the counter and the numerically controlled oscillator, respectively, and the output ψ of the counter and the output φ of the numerically controlled oscillator are input. 3. The frequency synthesizer according to claim 2, wherein the feedback phase signal and the reference phase signal are input to the phase comparator.
【請求項4】 請求項2記載の周波数シンセサイザにお
いて、 前記平均化回路を第1の平均化回路とし、前記位相比較
器からの位相誤差信号εの平均値を算出して記憶保持し
た値<ε>′を出力する第2の平均化回路と、 前記切替回路を第1の切替回路とし、前記位相比較器か
らの位相誤差信号εと前記第2の平均化回路の出力<ε
>′とを入力し、前記第1の切替回路による切替動作完
了(切替時間T1 経過)後、再び位相同期引込応答が定
常状態に入るまでの時間に前記第2の平均化回路による
平均値の算出時間を加えた時間T2 が経過するまでは前
記εを、該時間T2 が経過した後は前記<ε>′をそれ
ぞれ切替えて前記第2のD/A変換器に入力する第2の
切替回路と を備えたことを特徴とする請求項2記載の周波数シンセ
サイザ。
4. The frequency synthesizer according to claim 2, wherein the averaging circuit is a first averaging circuit, and an average value of the phase error signals ε from the phase comparators is calculated and stored <ε A second averaging circuit that outputs>', and the switching circuit as a first switching circuit, and the phase error signal ε from the phase comparator and the output of the second averaging circuit <ε
>', And after the completion of the switching operation by the first switching circuit (switching time T 1 elapses), the average value by the second averaging circuit until the phase lock pull-in response enters the steady state again. The second ε is input by switching the ε until the time T 2 obtained by adding the calculation time of τ and the <ε> ′ is switched after the time T 2 has passed. The frequency synthesizer according to claim 2, further comprising:
【請求項5】 請求項3記載の周波数シンセサイザにお
いて、 前記平均化回路を第1の平均化回路とし、前記位相比較
器からの位相誤差信号εの平均値を算出して記憶保持し
た値<ε>′を出力する第2の平均化回路と、 前記切替回路を第1の切替回路とし、前記位相比較器か
らの位相誤差信号εと前記第2の平均化回路の出力<ε
>′とを入力し、前記第1の切替回路による切替動作完
了(切替時間T1 経過)後、再び位相同期引込応答が定
常状態に入るまでの時間に前記第2の平均化回路による
平均値の算出時間を加えた時間T2 が経過するまでは前
記εを、該時間T2 が経過した後は前記<ε>′をそれ
ぞれ切替えて前記第2のD/A変換器に入力する第2の
切替回路と を備えたことを特徴とする請求項3記載の周波数シンセ
サイザ。
5. The frequency synthesizer according to claim 3, wherein the averaging circuit is a first averaging circuit, and an average value of the phase error signals ε from the phase comparators is calculated and stored <ε A second averaging circuit that outputs>', and the switching circuit as a first switching circuit, and the phase error signal ε from the phase comparator and the output of the second averaging circuit <ε
>', And after the completion of the switching operation by the first switching circuit (switching time T 1 elapses), the average value by the second averaging circuit until the phase lock pull-in response enters the steady state again. The second ε is input by switching the ε until the time T 2 obtained by adding the calculation time of τ and the <ε> ′ is switched after the time T 2 has passed. 4. The frequency synthesizer according to claim 3, further comprising:
【請求項6】 それぞれ相対的に高利得および低利得の
2種の周波数制御電圧が入力され該周波数制御電圧に対
応する発振周波数の出力が得られる電圧制御発振器と、 該電圧制御発振器の出力を固定分周する固定分周器と、 該固定分周器の出力のタイミングに従って外部から設定
される位相量増加ステップ値Δφを積算し2π(ラジア
ン)で除したときの剰余φを出力する数値制御発振器
と、 周波数シンセサイザの基準周波数を与えるための基準発
振器と、 該基準発振器からの出力を分周した値ψを出力するカウ
ンタと、 前記数値制御発振器からの出力φおよび前記カウンタか
らの出力ψを、それぞれ前記電圧制御発振器からの帰還
位相信号および前記基準発振器からの基準位相信号とし
て入力し、次式 【数3】 で与えられる位相誤差信号εを出力する位相比較器と、 該位相誤差信号εの平均値を算出して記憶保持した値<
ε>を出力する平均化回路と、 前記εと前記<ε>とを入力し、位相同期引込応答が定
常状態に入り前記平均化回路による平均値の算出が完了
する所定の切替時間T1 が経過するまでは前記εを、該
切替時間T1 が経過した後は前記<ε>を、それぞれ切
替え出力する切替回路と、 該切替回路の出力をアナログ電圧の信号に変換した電圧
を前記高利得の周波数制御電圧として前記電圧制御発振
器に帰還する第1のD/A変換器と、 前記位相比較器の出力をアナログ電圧の信号に変換した
電圧を前記低利得の周波数制御電圧として前記電圧制御
発振器に帰還する第2のD/A変換器と を備えた周波数シンセサイザ。
6. A voltage controlled oscillator to which two types of frequency control voltages of relatively high gain and low gain are respectively input and an output of an oscillation frequency corresponding to the frequency controlled voltage is obtained, and an output of the voltage controlled oscillator. A fixed frequency divider that performs fixed frequency division, and a numerical control that outputs the remainder φ when the phase amount increase step value Δφ set externally according to the output timing of the fixed frequency divider is integrated and divided by 2π (radian) An oscillator, a reference oscillator for giving a reference frequency of the frequency synthesizer, a counter for outputting a value ψ obtained by dividing the output from the reference oscillator, an output φ from the numerically controlled oscillator and an output ψ from the counter. , The feedback phase signal from the voltage controlled oscillator and the reference phase signal from the reference oscillator, respectively, And a phase comparator that outputs the phase error signal ε given by
The averaging circuit that outputs ε> and the ε and the <ε> are input, and the predetermined switching time T 1 when the phase synchronization pull-in response enters the steady state and the calculation of the average value by the averaging circuit is completed is performed. A switching circuit that switches and outputs ε until the time elapses and <ε> after the switching time T 1 elapses, and a voltage obtained by converting the output of the switching circuit into an analog voltage signal is used as the high gain. A first D / A converter that feeds back to the voltage controlled oscillator as a frequency control voltage of the voltage control oscillator, and a voltage obtained by converting the output of the phase comparator into an analog voltage signal as the low gain frequency control voltage. And a second D / A converter which returns to the frequency synthesizer.
【請求項7】 請求項6記載の周波数シンセサイザにお
いて、 前記固定分周器及び基準発振器の出力をそれぞれ前記カ
ウンタ及び前記数値制御発振器に入力し、該カウンタの
出力ψ及び該数値制御発振器の出力φをそれぞれ前記帰
還位相信号及び前記基準位相信号として前記位相比較器
に入力することを特徴とする請求項6記載の周波数シン
セサイザ。
7. The frequency synthesizer according to claim 6, wherein the outputs of the fixed frequency divider and the reference oscillator are input to the counter and the numerically controlled oscillator, respectively, and the output ψ of the counter and the output φ of the numerically controlled oscillator are input. 7. The frequency synthesizer according to claim 6, wherein is input to the phase comparator as the feedback phase signal and the reference phase signal, respectively.
【請求項8】 請求項6記載の周波数シンセサイザにお
いて、 前記平均化回路を第1の平均化回路とし、前記位相比較
器からの位相誤差信号εの平均値を算出して記憶保持し
た値<ε>′を出力する第2の平均化回路と、 前記切替回路を第1の切替回路とし、前記位相比較器か
らの位相誤差信号εと前記第2の平均化回路の出力<ε
>′とを入力し、前記第1の切替回路による切替動作完
了(切替時間T1 経過)後、再び位相同期引込応答が定
常状態に入るまでの時間に前記第2の平均化回路による
平均値の算出時間を加えた時間T2 が経過するまでは前
記εを、該時間T2 が経過した後は前記<ε>′をそれ
ぞれ切替えて前記第2のD/A変換器に入力する第2の
切替回路と を備えたことを特徴とする請求項6記載の周波数シンセ
サイザ。
8. The frequency synthesizer according to claim 6, wherein the averaging circuit is a first averaging circuit, and an average value of the phase error signals ε from the phase comparators is calculated and stored <ε A second averaging circuit that outputs>', and the switching circuit as a first switching circuit, and the phase error signal ε from the phase comparator and the output of the second averaging circuit <ε
>', And after the completion of the switching operation by the first switching circuit (switching time T 1 elapses), the average value by the second averaging circuit until the phase lock pull-in response enters the steady state again. The second ε is input by switching the ε until the time T 2 obtained by adding the calculation time of τ and the <ε> ′ is switched after the time T 2 has passed. 7. The frequency synthesizer according to claim 6, further comprising:
【請求項9】 請求項7記載の周波数シンセサイザにお
いて、 前記平均化回路を第1の平均化回路とし、前記位相比較
器からの位相誤差信号εの平均値を算出して記憶保持し
た値<ε>′を出力する第2の平均化回路と、 前記切替回路を第1の切替回路とし、前記位相比較器か
らの位相誤差信号εと前記第2の平均化回路の出力<ε
>′とを入力し、前記第1の切替回路による切替動作完
了(切替時間T1 経過)後、再び位相同期引込応答が定
常状態に入るまでの時間に前記第2の平均化回路による
平均値の算出時間を加えた時間T2 が経過するまでは前
記εを、該時間T2 が経過した後は前記<ε>′をそれ
ぞれ切替えて前記第2のD/A変換器に入力する第2の
切替回路と を備えたことを特徴とする請求項7記載の周波数シンセ
サイザ。
9. The frequency synthesizer according to claim 7, wherein the averaging circuit is a first averaging circuit, and an average value of the phase error signals ε from the phase comparators is calculated and stored <ε A second averaging circuit that outputs>', and the switching circuit as a first switching circuit, and the phase error signal ε from the phase comparator and the output of the second averaging circuit <ε
>', And after the completion of the switching operation by the first switching circuit (switching time T 1 elapses), the average value by the second averaging circuit until the phase lock pull-in response enters the steady state again. The second ε is input by switching the ε until the time T 2 obtained by adding the calculation time of τ and the <ε> ′ is switched after the time T 2 has passed. 8. The frequency synthesizer according to claim 7, further comprising:
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