JPH0525401B2 - - Google Patents

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JPH0525401B2
JPH0525401B2 JP60033408A JP3340885A JPH0525401B2 JP H0525401 B2 JPH0525401 B2 JP H0525401B2 JP 60033408 A JP60033408 A JP 60033408A JP 3340885 A JP3340885 A JP 3340885A JP H0525401 B2 JPH0525401 B2 JP H0525401B2
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Kei Dashiruba Maakasu
Pii Fuitsupuru Debitsudo
Ii Tenpuru Robaato
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Hewlett Packard Co
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03CMODULATION
    • H03C3/00Angle modulation
    • H03C3/02Details
    • H03C3/09Modifications of modulator for regulating the mean frequency
    • H03C3/0908Modifications of modulator for regulating the mean frequency using a phase locked loop
    • H03C3/0975Modifications of modulator for regulating the mean frequency using a phase locked loop applying frequency modulation in the phase locked loop at components other than the divider, the voltage controlled oscillator or the reference clock
    • HELECTRICITY
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/16Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/18Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明はRF(Radio Frequency)キヤリア信
号の周波数変調に関するものであり、特に、位相
ロツク・ループ(PLL)回路により発生された
キヤリア信号を周波数変調する周波数変調装置に
関する。
〔従来技術〕
PLL回路を用いて周波数を合成することは公
知である。PLL回路は、位相比較器により基準
周波数に固定される出力を有する同調可能な発振
器(電圧制御発振器(VCO))を備えている。位
相比較器は2つの信号の位相差に比例する出力電
圧又は電流を発生する。位相比較器の出力信号は
VCOの制御入力端子に帰還され、VCOを同調す
るのに使用される。このことによりVCO出力信
号が基準信号と同一の周波数となる。回路内に整
数Nで分周するブロツクを挿入すれば、基準周波
数とNで分周されたVCO出力周波数とが比較さ
れることとなり、VCOの出力信号は、基準周波
数のN倍となる。Nを変更することにより基準周
波数のN次高調波の周波数を発生させることがで
きる。また、分数Nを用い、基準周波数の有理数
倍の周波数の信号を発生させることができる(特
開昭51年60148号参照)。前記公開特許には合成さ
れた信号を周波数変調(FM)することが好まし
いことが述べられている。PLL回路は、2つの
信号が一定の位相差を保つように制御システムと
して作用する。1つの信号に対する他の信号の偏
位はPLL回路により除去される。PLL回路がノ
イズを制御し信号を浄化するために用いられてい
るが、このことはまたPLL回路の出力信号の周
波数変調された信号に対しても機能する。
可聴周波数FMはFM信号を2つの別個の信号
線路に分割することにより得られる。一方の線路
がVCOに交流結合されており、これがPLLのバ
ンド幅より高い周波数のFM信号の主要な線路で
ある。PLLバンド幅内の周波数のFM信号は積分
され、そして位相検出器の出力部の加算ノードに
供給される。位相が周波数の積分値であるので、
PLLバンド幅内の周波数のFMは位相変調(PM)
により行なわれる。各信号線路の利得を適切な比
率にすることにより、PLLバンド幅内及び外に
於てFM特性を平坦にすることができる。上述し
た方法はPLLを使用してFMを得るためにしばし
ば使用されるが、その適用に際してはある重要な
制約がある。
PLLで得られる中心周波数から偏移させ得る
周波数に対して本来的な制約となる2つの特徴が
ある。1つは、一般的に位相検出器が数度の範囲
あるいは数分の1ラジアンの範囲でしか直線的に
動作しないことである。このことにより、許容さ
れる周波数偏移の最大値が、低変調レート時に小
さくなつてしまう。第2は、積分器が一般にその
帰還路にコンデンサを有する演算増幅器から構成
されていることである。事実、積分器はその供給
電圧、例えば±10V〜±15Vより大きな出力を発
生することができない。このことにより、PM信
号の最大値が決定され、更にFM偏移の最大値が
制限される。
通常、可聴周波数で変調されたRF信号は比較
的大きなキヤリア周波数偏移を必要とする。この
様な場合、変調信号の周波数に対するVCO出力
信号の最大周波数偏移の比である変調指数が大き
いことが必要である。一般に大きな変調指数は、
PLLのバンド幅をせばめ、殆どの変調をループ
のバンド幅外で行なうように構成することにより
達成することができる。
狭バンド幅ループによる制約は広バンド幅
PLLの場合のループの安定性が失われることで
ある。狭バンド幅ループの場合には又、本来的に
ノイズ成分が多く、広バンド幅ループの場合より
も、振動等に起因する外部原因による刺激、ジツ
タの影響を受けやすい。PLLのFMは理想的には
位相検出器及び積分器が無限大の周波数の広帯域
ループを有することである。
第4図に示した従来のFM位相ロツク・ループ
は、同調可能なVCO5、位相検出器19及び伝
送関数がF(S)であるループ・フイルタ9から
構成されている。加算ブロツク3は、FM信号入
力1とループ・フイルタ9の出力とを加算し、
VCO5の制御入力端子に制御電圧VCを供給して
いる。1/N分周ブロツク11は出力信号7の周
波数Fputを位相比較器19に於て基準信号21
(周波数Fref)の位相φiとブロツク11の出力信
号位相φpとを比較する前に、ある数Nで分周する
分周器である。位相検出器19の出力信号はその
入力Vd=Kd(φi−φp)の位相差に比例する電圧
信号Vdである。但し、Kdは位相比較器の利得係
数とする。
演算増幅器15とコンデンサ13により積分器
を構成し、入力信号1を積分し、加算ブロツク1
7に位相変調(PM)電圧Vpを供給する。
VCO5の出力周波数は制御電圧Vcにより決定
される。VCOの中心周波数からの偏移はW=
KoVcで表わせる。但し、KoはVCO利得係数と
する。周波数は位相の導関数であるから、VCO
5の動作は、 dφo/dt=KoVc と表わすことができる。
そしてラプラス変換すると、 φo(S)=KoVc(S)/S となる。そして電圧Vpによる位相変調は φo(S)=KoF(S)Vp(S)/S+KoKdF(S)/
N となる。但しφiは定数と見なせる。
出力周波数変調は位相の導関数 W(S)=Sφo(S)であるので W(S)=SKoF(S)Vp(S)/S+KoKdF(S)/
N となる。
FM電圧Vfを加算ブロツク3に加えることによ
り発生される周波数変調は、 φo(S)=KoVf(S)/S+KoKdF(S)/N 従つて、 W(S)=SKoVf(S)/S+KoKdF(S)/N Kiを積分器13及び15の利得として、Vp
(S)を Vp(S)=Vf(S)Ki/S とすると、ループの合成レスポンスは W(S)=SKoVf(S)/S+KoKdF(S)/
N+SF(S)KoVf(S)Ki/S/S+KoKdF(S)/N となる。
第2図にはループ・バンド幅22より高い角速
度周波数を通過させ、それよりも低い周波数信号
を減衰させるハイパス・フイルタとして動作する
PLLのFM応答特性をカーブ24として示した。
第3図にループ周波数帯域22内の信号を通過さ
せそれ以外の信号を減衰させるローパス・フイル
タとして動作するPM応答特性を示した。
単純な場合、F(S)=1であれば、ループ周波
数帯域はKoKd/Nとなる。
積分器の利得KiをKi=KoKd/Nとすることによ り、ループ周波数の内外に於てFM応答特性が一
定となる。
〔発明の目的〕
本発明は、変調指数が大きく、安定な周波数変
調装置を提供することを目的とする。
〔発明の構成〕
本発明によれば、FM入力信号に対して交流結
合された信号線路とFM入力信号を積分するため
の直流結合された信号線路とを有しており、これ
によつて位相(PM)変調を行なう。位相検出器
及び積分器の特性、ループの周波数帯域に関する
制約は、1/N分周ブロツク入力からVCO出力
信号の1もしくはそれ以上のサイクルを挿入又は
除去し、積分器を正確にリセツトしその瞬間の位
相変位を正確に測定することにより解決すること
ができる。
所定のしきい値電圧を積分器の出力電圧が正又
は負方向に超過した時は、常に3つのモジユール
のプリスケーラはループ1/N分周ブロツクの入
力部に1つもしくはそれ以上のサイクルを挿入
し、1/N分周回路の入力部に対する位相変化に
対して2π(又は2πの整数倍)ラジアンを除去又は
挿入する。同時に積分器は積分器入力から1/N
分周ブロツクの入力に於て除去又は挿入された位
相量をキヤンセルするのに等しい電荷量を挿入又
は除去した後リセツトされる。
上記した手法を用いることによりPLLの周波
数特性を直流まで伸ばすことができる。従つて、
システムの周波数確度はオフセツト電圧及びオー
デイオ信号線路のリケージ電流に依存することと
なる。よつてVCOはPLL特有のノイズのない特
性で位相制御された状態を保つ。
上記したシステムはVCOの中心周波数を基準
周波数に固定したり、VCO出力信号の中心周波
数を合成するように制御することはできない。と
いうのは、積分器のオフセツト電流は中心周波数
のシフトに変換されるからである。中心周波数が
ドリフトするのを防止するために、積分器用演算
増幅器には直流帰還を設けてある。また挿入又は
除去されたパルス数に比例する信号をフイード・
バツクさせるためにカウンタとデジタル・アナロ
グ・コンバータ(DAC)を設けてあり、その瞬
間の位相偏移に正確に比例する信号をフイード・
バツクすることができる。
上述したフイード・バツク技術により、大きな
偏移かつ任意の3dB周波数に対してドリフトのな
い合成された真の中心周波数を作り出すことがで
きる。パルス・カウンタ、DAC及び直流フイー
ド・バツクがオフにされたとき、直流FMが供給
される。
〔実施例〕
第1図は本発明による一実施例を示す図であ
る。基本的な位相ロツク・ループは第4図に示し
た従来技術のものと同一である。演算増幅器52
とコンデンサ50で積分器51を構成している。
積分器51はFM入力電圧30に対して動作す
る。積分器51の出力電圧が所定の高しきい値電
圧と交差する時は常に、コンパレータ62がこれ
を検出し第1パルスを出力する。積分器51の出
力電圧が所定の低しきい値電圧と交差する時は常
に、もう1つのコンパレータ64がこれを検出し
第2パルスを出力する。続くロジツク回路66は
これらの第1、第2パルスにより、1/N分周カ
ウンタ44の入力からパルス除去回路40により
パルスを除去したり、又はパルス追加回路42に
よりパルスを加えたりする。これらパルス除去回
路40及びパルス追加回路42は、1/2分周回路
に続く6ビツトのリング・カウンタからなるプリ
スケーラで構成されている。通常、リング・カウ
ンタは係数が5に設定されており、1/2分周回路
と共に1/10の分周回路を構成している。第1パル
スによりリング・カウンタが1サイクルのみ係数
が6に、次のサイクルは係数が5に設定され、1/
11分周回路を一時的に形成し、分周カウンタ44
の入力から1パルスを除去する。第2パルスによ
り、リング・カウンタが1サイクルのみ係数が4
に、次のサイクルは係数が5に設定され1/9分周
回路を一時的に形成し、分周カウンタ44の入力
に1パルスを追加する。1パルスを追加又は除去
することにより分周カウンタ44に対する入力信
号に対して加算された2πの位相シフトを行なう
ことができる。
パルスが加算又は減算されるときは常に、ロジ
ツク回路66により電流源56又は54がター
ン・オンされ、分周カウンタ44の入力で2πの
位相変化を与えるための正確な量の電荷を加算ノ
ードに注入し、積分器51をリセツトする。
上述したように動作する時、PLLは直流結合
されたFM信号を出力する。積分器のドリフトを
ゼロとすることは不可能であるので、入力に電圧
がない場合でもPLLはその中心周波数からのオ
フセツトを有する。
積分器の入力の任意のオフセツト電流が中心周
波数のドリフトとなつて表われるので、演算増幅
器52に直流フイードバツクを設け積分器の極を
直流域から遠ざけることにより、積分器のドリフ
トを除去する。リセツト、パルスの除去および追
加を行なうことにより積分器の特性が非直線とな
つてしまう。回路特性を再び直線化するために、
VCO34に於ける真の瞬時位相シフトに比例す
る信号が積分器51に帰還されている。
典型的には、積分器51のコンデンサ50と並
列に帰還抵抗器が設けられている。変調条件とし
ては、積分器51はその極低周波数に於て帰還抵
抗として非常に大きな値のものを必要とする。抵
抗器53,55及び57により形成される電圧分
割器は所望の電圧−電流変換係数を有する直流帰
還経路を形成する。抵抗器53,57,59及び
アツプ/ダウン・カウンタ61及びデジタル・ア
ナログ・コンバータ(DAC)60によりVCO3
4の出力に加算又は減算された全部のパルス数に
比例する電流帰還が得られる。
積分器51の出力から入力へのDC帰還をスイ
ツチ58により中断することにより直流結合FM
が得られる。スイツチ58が開くと、アツプ/ダ
ウン・カウンタ61のカウント・イネーブル信号
によりカウンタが計数を中止し、PLLの出力周
波数は直流入力電圧で変化するようになり、一方
PLLは基準周波数に固定されている。スイツチ
58が閉じられると、真に合成された中心周波数
の交流結合FMが得られる。
上記の方法により任意の積分器の極配置が得ら
れる一方、又中心周波数から大きく偏移させるこ
ともできる。10ビツトDAC60及びアツプ/ダ
ウン・カウンタ61により±512カウントの偏移
を発生させることができ、各カウントが2πの位
相に対応している。
第1図及び第5図に於て直流結合FMモードの
時、以下のように動作する。入力信号80が方形
波の場合、理想的な積分器の出力信号81は三角
形となる。積分器51の出力信号82があらかじ
め設定した高しきい値86まで増加すると、コン
パレータ62が第1パルス83を発生し、続いて
ロジツク回路66が電流源56をターン・オン
し、積分器出力信号87をリセツトするために積
分器51に正確な電流を供給する。入力信号80
が負となると、積分器51の出力信号82は負の
方向に増加しあらかじめ設定された低しきい値8
8に達し、コンパレータ64が第2パルス84を
発生し、続いてロジツク回路66が電流源54を
ターン・オンし、積分器51をリセツトする。
第1図及び第6図に於て、交流結合FMモード
の時、以下のように動作する。入力信号91が一
定の時、理想的な積分器の出力信号92は一定の
割合で増加する勾配の信号であり、直流帰還電流
93も一定の割合で増加する勾配の信号である。
第1図に示したPLL回路の積分器51は入力信
号94が一定の時、常に高しきい値と交差した時
リセツトする出力電圧95を発生する。直流帰還
電流96は積分器51の出力電圧95に続くノコ
ギリ波形である。DAC60の電流出力は階段状
波97である。抵抗器53,55,57及び59
からなる抵抗網により2つの帰還電流96及び9
7が加算され、理想的な積分器の直流帰還93と
整合する再構築された位相帰還電流98が発生さ
れる。帰還電流は、VCO34の出力に於ける瞬
間位相オフセツトに比例する電流と考えることが
できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、低雑音で安定かつ変調率を大
きくとる周波数変調装置を提供できる。また、当
業者には容易な変形が多数実施可能であり、特許
請求の範囲に記載の参照番号は本発明を実施例に
限定するものではなく、単に本発明の理解を容易
にすることを意図したものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の周波数変調装置のブロツク
図。第2図、第3図は、従来の周波数変調装置の
特性図。第4図は、従来の周波数変調装置のブロ
ツク図。第5図、第6図は、本発明の周波数変調
装置のタイミング図。 34…VCO、38…ループフイルタ、40…
パルス除去回路、42…パルス追加回路、48…
位相検出器、51…積分器、62,64…コンパ
レータ、60…DAC、61…アツプ/ダウン・
カウンタ、66…ロジツク回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 後記(イ)及至(リ)より成る周波数変調装
    置。 (イ) 制御入力信号に応答した周波数を有する第1
    信号を出力する信号源34。 (ロ) 前記第1信号と除去信号と追加信号とを受信
    し、該除去信号に応じて前記第1信号から少く
    とも1サイクルである整数サイクルを除去し、
    該追加信号に応じて前記第1信号に少くとも1
    サイクルである整数サイクルを挿入して第2信
    号を生成して出力するサイクル加除装置40,
    42。 (ハ) 前記第2信号を受信し整数N分周して第3信
    号を出力する分周装置44。 (ニ) 前記第3信号と基準信号68との位相を比較
    し、それら2信号の位相差を表わす第4信号を
    発生する位相比較器48。 (ホ) 周波数変調信号30を入力し、該周波数変調
    信号を積分して第5信号を発生する積分装置5
    1。 (ヘ) 前記第4信号と前記第5信号とを加算しその
    出力を制御信号とするための第1の加算装置4
    6。 (ト) 前記周波数変調信号30と前記制御信号とを
    加算して前記制御入力信号とするための第2の
    加算装置32。 (チ) 前記第5信号を受信し、該第5信号が第1の
    レベルより高いとき前記除去信号を、該第5信
    号が第2のレベルより低いとき前記追加信号を
    発生するための比較装置62,64,66。 (リ) 前記比較装置の前記除去信号あるいは前記追
    加信号に応じて、前記第1信号に対する前記整
    数サイクルの除去あるいは挿入による前記第2
    信号の位相変化に応じた電流を前記積分装置に
    入力し、該位相変化による前記位相比較器出力
    の変化を相殺するための電流発生手段54,5
    6。 2 前記第1の加算装置の出力を前記制御信号と
    して前記第2の加算装置に入力するに際し、不要
    信号を除去するためのフイルタ38を介してなす
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の周
    波数変調装置。 3 後記(ヌ)及至(ワ)を追加して成る特許請
    求の範囲第1項あるいは第2項記載の周波数変調
    装置。 (ヌ) 前記除去信号と前記追加信号を受信して、前
    記整数サイクルの正味の除去あるいは追加数を
    計数するための計数装置61。 〓ル 前記正味の除去あるいは追加数を表わすデジ
    タル値をアナログ電圧に変換して出力するため
    のデジタル・アナログ・コンバータ60。 〓ヲ 前記積分装置の出力と前記アナログ電圧とか
    ら前記第1信号の中心周波における位相からの
    移相量に比例した電流を前記積分装置に入力す
    るための抵抗回路網53,57,59。 〓ワ 前記積分装置の出力と前記抵抗回路網とを遮
    断するためのスイツチ手段58。
JP60033408A 1984-02-21 1985-02-21 周波数変調装置 Granted JPS60191503A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US581767 1984-02-21
US06/581,767 US4546331A (en) 1984-02-21 1984-02-21 Frequency modulation in a phase-locked loop

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS60191503A JPS60191503A (ja) 1985-09-30
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Country Status (5)

Country Link
US (1) US4546331A (ja)
EP (1) EP0153195B1 (ja)
JP (1) JPS60191503A (ja)
AU (1) AU560644B2 (ja)
DE (1) DE3579604D1 (ja)

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