JPH05308282A - 位相同期ループ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ループフィルタの時定数に関わらずチャネル切
換時間の短縮を図る。 【構成】可変分周器３と基準周波数信号発生器１の出力
を比較してその位相差に応じた出力を位相比較器４から
発生させることにより、ループフィルタ５を介して電圧
制御発振器２の制御端子電圧Ｖｃを制御する。電圧制御
発振器２の出力周波数を変えるチャネル切換時に、制御
部21は、可変分周器３の分周数を設定する分周数設定信
号ａ、Ｄ／Ａコンバータ22の出力電圧を制御する電圧設
定信号ｇ、およびスイッチ23の開閉を制御する切換信号
ｈを発生する。チャネル切換時にスイッチ23を介してル
ープフィルタ５内のコンデンサ５ａの充放電をＤ／Ａコ
ンバータ22の出力により直接行うように、電圧制御発振
器２の目標周波数に応じた制御端子電圧ＶｃをＤ／Ａコ
ンバータ22より出力し、コンデンサ５ａの電位を短時間
に最終値近傍の電位にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セルラー電話やコード
レス電話などのように複数の周波数を切り換えて送受信
する無線装置などに用いられる位相同期ループ回路に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、セルラー電話やコードレス電話な
どの無線を利用した電話の発展がめざましく利用者の数
が増大している。このようなシステムでは、送受信のた
めに複数の周波数が用意されており、装置では、現在使
用されている周波数を避け、未使用の周波数で送受信を
行うように設計されている。そのため、装置の無線部で
は周波数を切り換える装置が組み込まれており、最近で
は、そのほとんどが位相同期ループ回路を用いている。

【０００３】以下、従来の位相同期ループ回路について
図面を参照しながら説明する。図３は従来の位相同期ル
ープ回路の構成を示すブロック図である。図３におい
て、基準周波数信号発生器１は基準となる周波数を発生
する。また、制御端子Ｔに加えられた制御端子電圧Ｖ_C
に応じた周波数ｆで発振する電圧制御発振器２の出力端
に接続される可変分周器３は、電圧制御発振器２の出力
を分周設定信号ａによって指定された数で分周する。こ
の可変分周器３および基準周波数信号発生器１が接続さ
れる位相比較器４は、可変分周器３からの出力ｂと基準
周波数信号発生器１からの出力ｃの位相差に応じて、ハ
イ状態またはロウ状態、ハイインピーダンス状態の３状
態のいずれかの出力ｄを発生させる。この位相比較器４
が接続されるループフィルタ５は電圧制御発振器２の制
御端子Ｔに接続され、位相比較器４の出力に含まれる高
調波成分の除去を行うとともに、位相同期ループの応答
特性と同期特性を決定する。さらに、制御部６は可変分
周器３に接続され、可変分周期３の分周数を設定する分
周数設定信号ａを発生する。

【０００４】図４は図３の位相比較器４に対する各波形
のタイミング図であり、可変分周器３の出力ｂの出力周
波数ｆｐが、基準周波数信号発生器１の出力ｃの出力周
波数ｆｒに比べ低いとき、すなわち、ｆｒ＞ｆｐのとき
の位相比較器４の出力状態を示している。図４に示すよ
うに、位相比較器４の出力ｄは、基準周波数信号発生器
１の出力ｃの立ち上がりでハイ状態となり、さらに可変
分周器３の出力ｂの立ち上がりでリセットされてハイイ
ンピーダンス状態になる。

【０００５】図５は図３の位相比較器４に対する各波形
のタイミング図であり、可変分周器３の出力ｂの出力周
波数ｆｐが、基準周波数信号発生器の出力ｃの出力周波
数ｆｒに比べ高いとき、すなわち、ｆｒ＜ｆｐのときの
位相比較器４の出力状態を示している。図５に示すよう
に、位相比較器４の出力ｄは、可変分周器３の出力ｂの
立ち上がりでロウ状態となり、基準周波数信号発生器１
の出力ｃの立ち上がりでリセットされてハイインピーダ
ンス状態になる。

【０００６】図６は図３の電圧制御発振器２の制御端子
電圧Ｖｃに対する出力周波数ｆの関係を示す図あり、ま
た、図７は図３の位相同期ループ回路におけるチャネル
切換時の電圧制御発振器２の制御端子電圧Ｖｃの過渡状
態を示す時間応答波形図であり、制御端子電圧Ｖｃは、
ループフィルタ５のコンデンサ５ａの両端の電位差の変
化に略等しい。

【０００７】以上のように構成された従来のループ位相
同期回路について、以下、その動作を説明する。まず、
定常状態にあるときであるが、電圧制御発振器２はその
制御端子電圧Ｖｃに従って、図６に示す出力周波数−制
御端子電圧特性に応じた周波数ｆで発振を行っている。
この電圧制御発振器２の出力は、可変分周器３に伝えら
れ、そこで１／Ｎに分周されて位相比較器４に伝えられ
る。また、この位相比較器４には、基準周波数信号発振
器１からの出力ｃが加えられている。そして、位相比較
器４では、これら２つの入力の位相差に応じて、ハイ状
態またはロウ状態、ハイインピーダンス状態の３状態の
うちのいずれかを示すが、定常状態では、２つの入力の
位相差は無いので、ハイインピーダンス状態が出力され
る。そのため、ループフィルタ５のコンデンサ５ａでは
充放電は起きず、電圧制御発振器２の制御端子電圧Ｖｃ
は一定に保持され、電圧制御発振器２は同じ周波数ｆで
発振を続ける。

【０００８】次に、温度変化などの影響により、電圧制
御発振器２の出力が変化したときの動作について説明す
る。電圧制御発振器２の出力周波数ｆが低くなった場
合、可変分周器３から位相比較器４に伝えられる周波数
ｆｐも、基準周波数信号発生器１から位相比較器４に伝
えられる周波数ｆｒに比べ低くなる。そのため、位相比
較器４の出力ｄは、図４に示すように、基準周波数信号
発生器１の出力ｃの立ち上がりでハイ状態となり、可変
分周器３の出力ｂの立ち上がりでリセットされてハイイ
ンピーダンス状態となる。そして、位相比較器４の出力
ｄがハイ状態の間、ループフィルタ５のコンデンサ５ａ
が充電され、電圧制御発振器２の制御端子電圧Ｖｃは上
昇する。これにより、電圧制御発振器２の発振周波数ｆ
が徐々に高くなり、周波数の変動分が抑制されていく。

【０００９】また、逆に、電圧制御発振器２の出力周波
数ｆが高くなった場合では、可変分周器３から位相比較
器４に伝えられる周波数ｆｐも、基準周波数信号発生器
１から位相比較器４に伝えられる周波数ｆｒに比べて高
くなる。このため、位相比較器４の出力ｄは、図５に示
すように、可変分周器３の出力ｂの立ち上がりでロウ状
態となり、基準周波数信号発生器１の出力ｃの立ち上が
りでリセットされてハイインピーダンス状態となる。そ
して、位相比較器４の出力ｄがロウ状態の間、ループフ
ィルタ５のコンデンサ５ａが放電され、電圧制御発振器
２の制御端子電圧Ｖｃは下降する。これにより、電圧制
御発振器２の発振周波数が徐々に低くなり、周波数ｆの
変動分が抑制されていく。

【００１０】さらに、電圧制御発振器２の発振周波数を
変えるチャネル切換時の動作について説明する。チャネ
ル切換時は、まず、制御部６よりチャネル切換信号ａが
出力されて可変分周器３に伝えられる。可変分周器３で
は、チャネル切替信号ａに従って分周数Ｎが変えられ
る。定常状態では、基準周波数信号発生器１の出力周波
数ｆｒと電圧制御発振器２の出力周波数ｆと可変分周器
３の分周数Ｎの間には、ｆｒ＝ｆ／Ｎの関係があり、チ
ャネルを低い周波数から高い周波数に切り換える時は分
周数が増やされ、チャネルを高い周波数から低い周波数
に切り換える時は分周数が減らされる。このため、チャ
ネル切換直後においては、基準周波数信号発生器１から
位相比較器４に伝えられる周波数ｆｒに比べてチャネル
を低い周波数から高い周波数に切り換えるときは可変分
周器３から位相比較器４に伝えられる周波数ｆ／Ｎが低
くなる。また、チャネルを高い周波数から低い周波数に
切り換えるときは可変分周器３から位相比較器４に伝え
られる周波数ｆ／Ｎが高くなる。そして、位相比較器４
の出力ｄは、チャネルを低い周波数から高い周波数に切
り換えるときは、図４に示すようになり、チャネルを高
い周波数から低い周波数に切り換えるときは、図５に示
すようになる。そして、位相比較器４の出力ｄが、ルー
プフィルタ５に伝えられると、ループフィルタ５のコン
デンサ５ａが充放電され、電圧制御発振器２の制御端子
電圧Ｖｃが変化し、それにともない出力周波数ｆも変化
していく。

【００１１】ここで、電圧制御発振器２の定常状態にお
ける出力周波数ｆをチャネル切換の前をｆ1 、チャネル
切換後をｆ2 とすると、図６に示すように、電圧制御発
振器２の制御端子電圧ＶｃはそれぞれＶ1 ，Ｖ2 とな
る。このとき、電圧制御発振器２の制御端子電圧Ｖｃの
時間変化波形は、図７に示すようになり、この波形はル
ープフィルタ５の時定数などにより決まる。

【００１２】さらに、チャネル切換時の高速化を図った
従来の位相同期ループ回路を図８を用いて説明する。な
お、図３と同様の作用効果を奏するものには同一の符合
を付してその説明を省略する。図８において、制御部11
は分周数の切換信号ａに加え、チャネル切換時にフィル
タ切換信号ｅを出力する。この制御部11に接続されるフ
ィルタ切換スイッチ12は、制御部11からのフィルタ切換
信号ｅに従ってスイッチのオン、オフを行い、ループフ
ィルタ５の時定数を変える働きをする。このように構成
された位相同期ループ回路では、チャネル切換時にフィ
ルタ切換スイッチ12をオンすることにより、ループフィ
ルタ５の時定数を小さくしてチャネル切換時間の短縮を
図っていた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の図３に示す位相同期ループ回路では、最近のＦＭ変
調の送信器のように、電圧制御発振器２において直接Ｆ
Ｍ変調をかける場合、ループフィルタ５の時定数をある
程度高めに設定する必要があり、チャネル切換時の時間
を短縮することが困難であるという問題を有していた。
また、図８に示す位相同期ループ回路のようにループフ
ィルタ５の時定数を切り変える回路を設けても、位相比
較器４の出力が図４および図５に示すように、チャネル
切換時に実際にコンデンサ５ａに充放電を行っている時
間は、基準周波数信号発生器１の出力ｃの１周期の間に
おいてごく一部だけであり、チャネル切換時間の短縮は
困難であるという問題を有していた。

【００１４】本発明は上記従来の問題を解決するもの
で、ループフィルタの時定数に関わらずチャネル切換時
間の短縮を図ることができる位相同期ループ回路を提供
することを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の位相同期ループ回路は、制御端子に入力され
た制御電圧に応じた周波数で発振出力する電圧制御発振
手段と、前記電圧制御発振手段の出力を分周数設定信号
に応じた分周数に分周する分周手段と、基準周波数で発
振出力する基準周波数発振手段と、前記分周手段と基準
周波数発振手段の出力を比較して、その位相差に応じた
出力を発生する位相比較手段と、前記位相比較手段と電
圧制御発振手段の制御端子間に設けられた抵抗およびコ
ンデンサからなるループフィルタと、前記電圧設定信号
に応じて電圧を発生する電圧発生手段と、前記ループフ
ィルタのコンデンサと前記電圧発生手段の出力端を切換
制御信号により接続または開放するスイッチと、前記電
圧制御発振手段の出力周波数を第１の周波数から第２の
周波数に変えるとき、前記第２の周波数に対応した前記
分周設定信号を前記分周手段に出力すると同時に、前記
ループフィルタのコンデンサ電位を変化させて前記第２
の出力周波数を発生させるのに必要な前記電圧制御発振
手段の制御電圧を出力するように前記電圧発生手段に前
記電圧設定信号を出力し、かつ前記スイッチを一定時間
接続状態にする前記切換制御信号を出力するように制御
する制御手段とを備えたものである。

【００１６】

【作用】上記構成により、電圧制御発振手段の出力周波
数を第１の周波数から第２の周波数に切り換えるとき、
ループフィルタ内のコンデンサへの充電がスイッチを介
して電圧発生手段より強制的に直接行われるので、ルー
プフィルタの時定数を大きくした場合でもチャネル切換
時間は短縮される。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。なお、従来例と同様の作用効果を奏
するものには同一の符合を付してその説明を省略する。

【００１８】図１は本発明の一実施例を示す位相同期ル
ープ回路のブロック図である。図１において、制御部21
は可変分周器３、Ｄ／Ａコンバータ22およびスイッチ23
に接続され、電圧制御発振器２の出力周波数を変えるチ
ャネル切換時に、制御部21は、可変分周器３の分周数を
設定する分周数設定信号ａ、Ｄ／Ａコンバータ22の出力
電圧を制御する電圧設定信号ｇ、およびスイッチ23の開
閉を制御する切換信号ｈを発生する。また、Ｄ／Ａコン
バータ22はスイッチ23を介してループフィルタ５の、他
端が接地されたコンデンサ５ａの一端に接続され、チャ
ネル切換時にスイッチ23を介してループフィルタ５内の
コンデンサ５ａの充放電をＤ／Ａコンバータ22の出力に
より直接行うように、電圧制御発振器２の目標周波数に
応じた制御端子電圧ＶｃをＤ／Ａコンバータ22より出力
し、コンデンサ５ａの電位を短時間に最終値近傍の電位
にする。さらに、スイッチ23はＤ／Ａコンバータ22とル
ープフィルタ５間を開閉する。

【００１９】図２は図１の位相同期ループ回路における
チャネル切換時の電圧制御発振器２の制御端子電圧Ｖｃ
の過渡状態を示す時間応答波形図であり、電圧制御発振
器２の制御端子電圧Ｖｃはループフィルタ５のコンデン
サ５ａにおけるその両端電位差の変化に略等しい。

【００２０】以上のように構成された位相同期ループ回
路について、以下、その動作を説明する。なお、定常状
態および温度変化などによる電圧制御発振器２の周波数
変動の補正動作については、スイッチ23が開放状態にな
っており、従来の位相同期ループ回路の動作と同様であ
るため、ここではその説明を省略し、チャネル切換時の
動作について説明する。

【００２１】チャネル切換時には、まず、制御部21より
可変分周器３にチャネル切換信号ａが出力される。可変
分周器３では、チャネル切換信号ａに従い分周数Ｎが変
えられる。また、電圧制御発振器２の定常状態における
出力周波数ｆについて、チャネル切換の前を出力周波数
ｆ１、チャネル切換後を出力周波数ｆ2 とすると、電圧
制御発振器２が図６に示すような出力特性を持つ場合、
電圧制御発振器２の制御端子電圧ＶｃはそれぞれＶ1 ，
Ｖ2 である必要がある。本発明の位相同期ループ回路で
は、チャネル切換時に、チャネル切換信号ａの他に、制
御部21よりＤ／Ａコンバータ22に電圧設定信号ｇが出力
される。チャネル切換後の周波数がｆ2になる場合で
は、Ｄ／Ａコンバータ22からの出力電圧がＶ2 になる電
圧設定信号ｇが制御部21から出力されてＤ／Ａコンバー
タ22に伝えられる。Ｄ／Ａコンバータ22では電圧設定信
号ｇを受け取ると、直ちに、出力電圧がＶ2 に設定され
て出力される。

【００２２】また、制御部21よりスイッチ23に切換信号
が出力されてスイッチ23はオン状態となり、Ｄ／Ａコン
バータ22の出力がループフィルタ５のコンデンサ５ａに
供給される。このとき、Ｄ／Ａコンバータ22およびスイ
ッチ23の内部抵抗は非常に小さいので、瞬時に、コンデ
ンサ５ａの両端の電位差はＶ2 になる。このコンデンサ
５ａの両端の電位差がＶ2 になった後に、制御部21から
の切換信号によってスイッチ23はオフにされる。その
後、本発明の位相同期ループ回路は、従来例の位相同期
ループ回路と同様に微少な周波数誤差の補正を行いなが
ら定常状態に移っていく。

【００２３】図２にこのときの電圧制御発振器２の制御
端子電圧Ｖｃの時間変化波形を示す。図２に示すよう
に、本発明における位相同期ループ回路の電圧制御発振
器２の制御端子電圧Ｖｃは、チャネル切換と同時に定常
状態の電圧値に略等しくなり、その後、位相同期ループ
のフィードバック制御によって微調整される。

【００２４】したがって、携帯電話機などの多チャンネ
ルの周波数を利用する無線装置などに用いられる位相同
期ループ回路において、チャネル切換時に電圧制御発振
器２の目標周波数に応じた制御端子電圧ＶｃをＤ／Ａコ
ンバータ22より直接出力してコンデンサ５ａの電位を短
時間に最終値近傍の電位にすることにより、コンデンサ
５ａの充電または放電時間の短縮を行い、チャネル切換
時の位相同期ループ回路のロックアップ時間の短縮を図
ることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、チャネル
切換時に電圧発生手段によりループフィルタのコンデン
サを直接充放電することにより、いかなる出力特性を持
つ位相比較手段を用いた場合でも、また、どのような時
定数を持つループフィルタを用いた場合でも、それらと
は無関係にループフィルタのコンデンサの充電時間を短
縮することができ、チャネル切換時間を著しく短縮する
ことができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す位相同期ループ回路の
ブロック図である。

【図２】図１の位相同期ループ回路におけるチャネル切
換時の電圧制御発振器２の制御端子電圧Ｖｃの過渡状態
を示す時間応答波形図である。

【図３】従来の位相同期ループ回路の構成を示すブロッ
ク図である。

【図４】図３の可変分周器３から入力された周波数が基
準周波数信号発生器１から入力された周波数に比べて低
い場合の位相比較器４に対する各波形のタイミング図で
ある。

【図５】図３の可変分周器３から入力された周波数が基
準周波数信号発生器１から入力された周波数に比べて高
い場合の位相比較器４に対する各波形のタイミング図で
ある。

【図６】図３の電圧制御発振器２の制御端子電圧Ｖｃに
対する出力発振周波数ｆの関係を示す特性図である。

【図７】図３の位相同期ループ回路におけるチャネル切
換時の電圧制御発振器２の制御端子電圧Ｖｃの過渡状態
を示す時間応答波形図である。

【図８】従来のチャネル切換時の高速化を図った位相同
期ループ回路の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 基準周波数信号発生器 ２ 電圧制御発振器 ３ 可変分周器 ４ 位相比較器 ５ ループフィルタ ５ａ コンデンサ 21 制御部 22 Ｄ／Ａコンバータ 23 スイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御端子に入力された制御電圧に応じた周
   波数で発振出力する電圧制御発振手段と、前記電圧制御
   発振手段の出力を分周数設定信号に応じた分周数に分周
   する分周手段と、基準周波数で発振出力する基準周波数
   発振手段と、前記分周手段と基準周波数発振手段の出力
   を比較して、その位相差に応じた出力を発生する位相比
   較手段と、前記位相比較手段と電圧制御発振手段の制御
   端子間に設けられた抵抗およびコンデンサからなるルー
   プフィルタと、前記電圧設定信号に応じて電圧を発生す
   る電圧発生手段と、前記ループフィルタのコンデンサと
   前記電圧発生手段の出力端を切換制御信号により接続ま
   たは開放するスイッチと、前記電圧制御発振手段の出力
   周波数を第１の周波数から第２の周波数に変えるとき、
   前記第２の周波数に対応した前記分周設定信号を前記分
   周手段に出力すると同時に、前記ループフィルタのコン
   デンサ電位を変化させて前記第２の出力周波数を発生さ
   せるのに必要な前記電圧制御発振手段の制御電圧を出力
   するように前記電圧発生手段に前記電圧設定信号を出力
   し、かつ前記スイッチを一定時間接続状態にする前記切
   換制御信号を出力するように制御する制御手段とを備え
   た位相同期ループ回路。