JPH07170177A - 位相同期回路 - Google Patents
位相同期回路Info
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- JPH07170177A JPH07170177A JP5316607A JP31660793A JPH07170177A JP H07170177 A JPH07170177 A JP H07170177A JP 5316607 A JP5316607 A JP 5316607A JP 31660793 A JP31660793 A JP 31660793A JP H07170177 A JPH07170177 A JP H07170177A
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Abstract
タル位相比較器と非ディジタル位相比較器とを共存させ
てループフィルタの共有を図り、装置構成を簡素にして
コストを抑えることを可能にする。 【構成】 位相同期回路を、入力パルス信号のパルスエ
ッジで位相と周波数を比較し、進み位相時にUP信号を出
力し、遅れ位相時にDOWN信号を出力するディジタル位相
比較器1と、UP信号とDOWN信号を一定振幅のパルスに整
形するレベル整形回路2と、進み側と遅れ側の一定振幅
パルスの差分を取る加算器3と、この加算器の出力側に
接続されたループフィルタ4と、このループフィルタの
出力を入力とし、出力がディジタル位相比較器の一方の
入力端子に戻される電圧制御発振器5とから構成する。
この結果、整形するパルス振幅の大きさで位相比較利得
が調整され、非ディジタル位相比較器との同一ループ内
での共存が可能になる。
Description
に、ディジタル位相同期回路に関する。従来のディジタ
ル位相同期回路は、内蔵されたディジタル位相比較器が
パルスエッジで位相及び周波数を比較するのでキャプチ
ャーレンジが広く、フィードバックループにプログラマ
ブルカウンタやディジタルミクサ、制御ようのゲードを
容易に付加することができることや、入力信号の電圧振
幅の変動やデューティサイクルに左右されない等の利点
があるので、周波数シンセサイザ、クロック再生、モー
タスピードの制御などに幅広く用いられている。ところ
が、このような従来のディジタル位相同期回路は、ミキ
サ形位相比較器やインパルス応答法による位相比較器な
どの位相誤差が振幅で出力される位相比較器とは整合性
が悪く、その対策が望まれている。
0の構成を示すものである。従来のディジタル位相同期
回路90は、ディジタル形の位相比較器91、チャージ
ポンプ回路92、ループフィルタ93、および電圧制御
発振器(以後VCOという)94とから構成されてお
り、VCO94の出力がディジタル位相比較器91の他
の入力に戻されてループが構成されていた。この従来の
位相同期回路90は、例えば、MC4044タイプのよ
うに、入力されるパルス信号の位相の進みと遅れ(位相
誤差)がパルス幅で出力され、このパルス幅がチャージ
ポンプ回路92で振幅に変換され、これがループフィル
タ93内のコンデンサに蓄えられて電圧に変換され、V
CO94の電圧を制御していた。
ように構成された従来のディジタル位相同期回路90で
は、パルス信号で与えられた位相誤差がパルス幅で出力
されるので、ミキサ形位相比較器やインパルス応答法に
よる位相比較器などのように、位相誤差が振幅で出力さ
れる位相比較器とは整合性が悪く、両者を同じループ内
に設けるにはループフィルタを別々に設けなければなら
なかった。
相比較器91とインパルス応答法による位相比較器95
とを同じループ内に設ける場合の構成を示すものであ
る。この構成では、ディジタル位相同期回路90側のル
ープフィルタ93は、セレクタ97を介してVCO94
に入力されるようになっている。また、インパルス応答
法による位相比較器95にはハードディスク装置等から
の等化後の読出信号が入力され、サンプリングされた信
号が最尤検出器において復調され、復調データが得られ
るようになっている。そして、インパルス応答法による
位相比較器95の出力は、ディジタル位相同期回路90
側のチャージポンプ回路92の出力と異なるために、別
のループフィルタ96に入力された後にセレクタ97を
介してVCO94に接続されている。
路90とインパルス応答法による位相比較器95とを同
じループ内に設ける場合には、2つのループフィルタ9
3,96が必要となり、装置が複雑になると共に、コス
トが高くなっていた。そこで、本発明は、ディジタル位
相同期回路においてパルス幅変調された位相誤差信号を
一旦振幅に変換することにより、ミキサ形位相比較器や
インパルス応答法による位相比較器などの位相誤差が振
幅で出力される位相比較器との整合性を良くし、同じル
ープ内に両者を設けた場合でもループフィルタを共有す
ることが可能となって、装置構成が簡素になると共にコ
ストを抑えることが可能なディジタル位相同期回路を提
供することを目的とする。
明の位相同期回路は、入力されたパルス信号のパルスエ
ッジで位相および周波数を比較し、進み位相の時にUP
信号を出力し、遅れ位相の時にDOWN信号を出力する
ディジタル位相比較器と、進みや遅れのパルスであるU
P信号とDOWN信号を、一定振幅のパルスに整形する
レベル整形器と、進み側と遅れ側の一定振幅パルスの差
分を取る加算器と、この加算器の出力側に接続されたル
ープフィルタと、このループフィルタの出力を入力と
し、出力がディジタル位相比較器の一方の入力端子に戻
される電圧制御発振器とを備え、整形するパルス振幅の
大きさで位相比較利得を調整することを特徴としてい
る。
みパルスと遅れパルスの差分をとる差動増幅アンプから
構成し、この差動増幅アンプの増幅率で位相比較利得を
補正するようにしても良い。また、加算器とループフィ
ルタとの間にセレクタを設け、このセレクタの他方の入
力端子には、非ディジタル形位相比較器を接続して、電
圧制御発振器の出力をこの非ディジタル形位相比較器の
入力端子にも戻すように構成しても良い。
位相同期回路において、加算器と非ディジタル形位相比
較器の出力側に、位相誤差振幅を監視する位相誤差振幅
監視回路を設け、この位相誤差振幅監視回路は位相誤差
振幅が小さくなったタイミングでセレクタを切り換える
ようにしても良い。更にまた、非ディジタル形位相比較
器を設けた位相同期回路において、電圧制御発振器とデ
ィジタル位相比較器の入力端子との間に分周器を設け、
ディジタル位相比較器で比較するパルス信号の周波数を
下げるようにしても良い。
ルス信号のパルスエッジで位相および周波数が比較さ
れ、進みや遅れ位相に応じてUP信号やDOWN信号が
ディジタル位相比較器から出力される。そして、進みや
遅れのパルスであるUP信号とDOWN信号は、レベル
整形器によって一定振幅のパルスに整形され、進み側と
遅れ側の一定振幅パルスの差分が加算器によって演算さ
れる。加算器の出力はループフィルタによって電圧に変
換されて電圧制御発振器に加えられ、整形するパルス振
幅の大きさで位相比較利得が調整される。この結果、ミ
キサ形位相比較器やインパルス応答法による位相比較器
などの位相誤差が振幅で出力される非ディジタル位相比
較器との整合性が良くなり、同じループ内に両者を設け
た場合でもループフィルタを共有することが可能となっ
て、装置構成が簡素になると共にコストを抑えることが
できる。
に説明する。図1は本発明の位相同期回路の基本構成を
説明する図である。図1において、1はディジタル位相
比較器、2は2つのレベル整形器2A,2Bを備えたレ
ベル整形回路、3は加算器、4はループフィルタ、5は
VCO(電圧制御発振器)である。
ス信号のパルスエッジで位相および周波数を比較し、進
み位相の時にUP信号を出力し、遅れ位相の時にDOW
N信号を出力する。UP信号とDOWN信号はそれぞれ
レベル整形器2A,2Bに入力され、レベル整形器2
A,2Bはそれぞれ進みや遅れのパルスであるUP信号
とDOWN信号を、一定振幅のパルスに整形する。UP
信号側のレベル整形器2Aの出力は加算器3の非反転入
力端子(+)に入力され、DOWN信号側のレベル整形
器2Bの出力は加算器3の反転入力端子(−)に入力さ
れ、進み側と遅れ側の一定振幅パルスの差分が演算され
る。ループフィルタ4はこの加算器3の出力側に接続さ
れており、加算器3の出力がここで電圧に変換されてV
CO5に入力される。このVCO5の出力はディジタル
位相比較器1の一方の入力端子に戻されてループが形成
されている。このようにして、整形するパルス振幅の大
きさで位相比較利得が調整される。
から出力される波形整形されたUP信号を示し、図2
(b) はDOWN信号側のレベル整形器2Bから出力され
る波形整形されたDOWN信号を示し、図2(c) は加算
器3から出力される加算信号を示している。ここで、デ
ィジタル位相比較器1から出力されているパルス幅変調
の位相誤差信号を、図2(d) に示すように、パルス幅を
τ、周期をTとし、その位相誤差をθe [rad] とする
と、位相誤差θe は次式で表される。
V0 に変換した後の信号をV(t) としてフーリェ級数展
開で表すとV(t) は次式で表される。 V(t) =a0 /2+ Σ(an COS nwt + bn SIN nwt ) … 但し、Σはn=1〜∞の範囲における和を示している。
そして、w,ao,an,an は以下の式で表される。(但
し、∫は0〜Tまでの積分を表す。) w=2π/T … ao =(2/T)・∫V(t) dt … an =(2/T)・∫V(t) COS nwt dt … bn =(2/T)・∫V(t) SIN nwt dt … ここで、直流成分の項は、式の積分を解くと次の式の
ようになる。
で、ループフィルタ後の位相誤差信号V(θe )は、直
流成分のみとなって次の式で表せる。 V(θe )≒ao /2=τ・V0 /T=Vo ・θe /2π … このようにして、UP側とDOWN側のレベル変換器2
におけるレベル変換後の差分を加算器3でとることで、
進みから遅れの連続した位相に対する位相誤差振幅を得
ることができる。
よび加算器3の具体的な回路構成例を示すものであり、
Q5〜Q14はトランジスタ、R2〜R6は抵抗器(括
弧内の符号は抵抗値を示す)、I1〜I8は電流源(流
れる電流値も同じ符号I1〜I8で表すものとする)、
Vccは電源電圧を示している。レベル整形器2A,2B
の各個は、振幅バランスがとれた進みパルスと遅れパル
スの差分をとるトランジスタを用いた差動増幅アンプか
ら構成されており、トランジスタQ5,Q8のコレクタ
側の抵抗器R2,R3と電流源I1,I3を流れる電流
の積で振幅が設定される。そして、トランジスタQ5,
Q8のベースにはそれぞれUP信号とDOWN信号が入
力され、トランジスタQ6,Q9のベースには基準電圧
Vref が入力されている。
出力されるUP信号とDOWN信号のパルスは、レベル
整形器2A,2Bの各個において基準電圧Vref と比較
され、一定振幅Vo(=RI1=RI2)のパルスにな
るようにパルス整形される。すなわち、UP信号が基準
電圧Vref を越えると、トランジスタQ5がオン状態と
なり、抵抗R2に電流I1が流れてトランジスタQ7の
ベース電圧がR・I1だけ電圧降下する。トランジスタ
Q7でベース電圧VBEだけレベルシフトされて(Vcc−
R・I1−VBE)の電圧がトランジスタQ7から出力さ
れる。一方、UP信号が基準電圧Vref を越えない場合
は、トランジスタQ5はオフ状態であるので、トランジ
スタQ7の出力にはベース電圧降下分R・I1がなく、
(Vcc−R・I1)の電圧がトランジスタQ7から出力
される。この動作はDOWN信号側も同様である。この
ように、差動増幅アンプの増幅率で位相比較利得が補正
される。
アンプが用いられており、レベル整形器2A,2Bにお
いてレベル整形されたUP/DOWN信号のパルスの差
分が算出される。この実施例では、ディジタル位相比較
器1の出力はレベル整形器2A,2Bにて振幅が反転さ
れ、更に加算器3で反転されるので、加算器3の出力は
ディジタル位相比較器1の出力と同じ極性になる。
2の入力電圧差がVoとすると、抵抗器R6にVo/2
rの電流が流れ、トランジスタQ11,Q12のコレク
タ電流がI5−Vo/2r、I6+Vo/2rだけ変動
し、トランジスタQ13,Q14のベース電位がVcc−
r(I5−Vo/2r)、Vcc−r(I6+Vo/2
r)となる。従って、トランジスタQ13,Q14の出
力電圧は、Vcc−rI5−VBE+Vo/2)、Vcc−r
I6−VBE−Vo/2)となる。
集積化されており、進み、遅れのパルスの振幅がバラン
スしている場合のレベル整形器2A,2B、および加算
器3の構成を示す実施例であり、Q15〜Q18はトラ
ンジスタ、R7〜R9は抵抗器(括弧内の符号は抵抗値
を示す)、I9〜I12は電流源(流れる電流値も同じ
符号I9〜I12で表すものとする)を示している。こ
の場合は、ディジタル位相比較器1の出力をパルス整形
する必要がなく、進みと遅れのパルスが差動増幅アンプ
3′に直接入力され、バランスしていた振幅と差動アン
プの増幅率で位相比較利得が決まる。
相比較器を非ディジタル位相比較器と同じループ内に設
けた実施例の位相同期回路を示しており、PRML(Pa
rtial Responce Most Likelihood)方式の磁気ディスク
装置のクロック再生回路に適用した例である。そして、
図1と同じ構成部材には同じ符号を付してある。この実
施例では加算器3とループフィルタ4との間にセレクタ
6が設けられており、このセレクタ6の他方の入力端子
には、非ディジタル形位相比較器7が接続されている。
そして、VCO5の出力は、ディジタル位相比較器1に
戻されると共に、この非ディジタル形位相比較器7の入
力端子にも戻されている。
器7がインパルス応答法による位相比較器で構成されて
おり、非ディジタル形位相比較器7の一方の入力端子に
は、ハードディスク装置等からの読出信号が等化された
後の信号が入力され、非ディジタル形位相比較器7でサ
ンプリングされた信号は最尤検出器8に入力され、読出
信号の復調が行われてデータが得られるようになってい
る。
較器7の具体的な回路構成例を示すものである。図6に
おいて、71,72はサンプルホルダ(S/H)、73
は判定器、74はフリップフロップ(FF)、75,7
6は乗算器、77は加算器である。図6のインパルス応
答法による位相比較器7の動作原理については、クルト
・H.ミュラー(KURT H. MUELLER)らが、1976年5
月発行のIEEE通信会報第COM−24巻5月号の
「ディジタル同期データ受信機におけるタイミング回
復」の516頁から531頁("Timing Recovery in Di
gital Synchronous DataReceivers" IEEE Tras. Commun
ication, Vol. COM-24 No.5, pp516-531, May 1976)で
述べているので、ここでは詳細な説明を省略する。
ダ71でサンプリングされ、更に、サンプルホルダ72
で1クロック分遅延される。また、サンプルホルダ71
でサンプリングされた信号(サンプル値)は判定器73
で判定され、フリップフロップ74で1クロック分遅延
される。サンプルホルダ71からのサンプル値とフリッ
プフロップ74で1クロック分遅延された判定値は乗算
器76に入力され、サンプルホルダ72で1クロック分
遅延されたサンプル値と判定器73からの判定値は乗算
器75に入力され、乗算機75,76で乗算され、加算
器77で差分がとられる。ここで、再生信号のサンプル
値をYn、判定値をXnとおくと、次式のような位相誤
差τnの演算が位相比較器7で行われる。
パルス応答法による位相比較器の他にもミキサ形位相比
較器等がある。図5に示した実施例では、ライトクロッ
クに同期するためのディジタル位相比較器1には外部ク
ロックが入力され、非ディジタル位相比較器7には前述
の等化後の読出信号が入力されており、ループ切換え信
号によってセレクタ6が切り換えられてディジタル位相
比較器1か非ディジタル位相比較器7かの位相同期対象
が選択され、ループが切り換えられる。
同期回路においてパルス幅変調された位相誤差信号を一
旦振幅に変換することにより、ミキサ形位相比較器やイ
ンパルス応答法による位相比較器などの位相誤差が振幅
で出力される位相比較器との整合性を良くすることがで
きるので、図1の実施例のディジタル位相比較器1と、
非ディジタル位相比較器7とを同一ループ内に共存さ
せ、同じループフィルタ4とVCO5とをセレクタ6を
介して共有することができる。この結果、ディジタル位
相同期回路と非ディジタル位相比較回路とが共存する位
相同期回路の装置構成が簡素になると共にコストを抑え
ることができる。
ルタ4がスイッチであるセレクタ6の後に設けられてい
るので、セレクタ6の切換時のノイズを抑制することが
できる。図7は図5に示した本発明の位相比較器を非デ
ィジタル位相比較器と同じループ内に設けた実施例の位
相同期回路の変形実施例を示しており、図5の構成部材
と同じ構成部材には同じ符号が付してある。図7の実施
例では、図5の構成に加えて、加算器3の出力と非ディ
ジタル位相比較器7の出力との間に位相誤差振幅監視回
路9が設けられていると共に、セレクタ6へのループ切
換え信号がフリップフロップ10を介して入力されるよ
うになっており、位相誤差振幅監視回路9の出力がこの
フリップフロップ10に入力されるようになっている。
のループと非ディジタル位相比較器7のループを切換え
る時の初期位相偏差を抑えるため、位相誤差振幅監視回
路9によって、ディジタル位相比較器1と非ディジタル
位相比較器7の位相誤差振幅が小さくなった状態が監視
されており、ディジタル位相比較器1または非ディジタ
ル位相比較器7の位相誤差振幅が小さくなったタイミン
グで、位相誤差振幅監視回路9からループ切換信号がフ
リップフロップ10に出力される。この結果、切り換え
るディジタル位相比較器1または非ディジタル位相比較
器7のループの位相誤差振幅との差が小さくなったタイ
ミングを待ってセレクタ6が切換えられるので、ループ
を切換える時の初期位相偏差が抑えられる。
非ディジタル位相比較器と同じループ内に設けた実施例
の位相同期回路の更に別の変形実施例を示しており、図
5の構成部材と同じ構成部材には同じ符号が付してあ
る。図8の実施例では、図5の構成に加えて、VCO5
とディジタル位相比較器1の入力端子との間に分周器1
1が設けられている。この実施例では、ディジタル位相
比較器1で比較するパルス信号の周波数が下げられるよ
うになっており、外部クロックの発生手段にクロック周
波数の低い安価な構成のもを使用することができる。
力されたパルス信号のパルスエッジで位相および周波数
が比較され、進みや遅れ位相に応じてディジタル位相比
較器から出力されたUP信号とDOWN信号が、レベル
整形器によって一定振幅のパルスに整形され、進み側と
遅れ側の一定振幅パルスの差分が加算器によって演算さ
れ、ループフィルタによって電圧に変換されて電圧制御
発振器に加えられ、整形するパルス振幅の大きさで位相
比較利得が調整される。この結果、ミキサ形位相比較器
やインパルス応答法による位相比較器などの位相誤差が
振幅で出力される非ディジタル位相比較器との整合性が
良くなり、同じループ内に両者を設けた場合でもループ
フィルタを共有することが可能となり、装置構成が簡素
になると共にコストを抑えることができるという効果が
ある。そして、ループフィルタを共有することにより、
カットオフ周波数やダンピング定数の設定が容易にな
り、また、ループ切換え時の高周波雑音を抑制すること
ができるという効果もある。
ブロック構成図である。
UP信号側のレベル整形器の出力波形図、(b) はDOW
N信号側のレベル整形器の出力波形図、(c) は加算器の
出力波形図、(d) はディジタル位相比較器から出力され
るパルス幅変調の位相誤差信号を示す出力波形図であ
る。
成の一例を示す回路図である。
り、進み、遅れのパルスの振幅がバランスしている場合
のレベル整形器と加算器の具体的な回路構成の一例を示
す回路図である。
を非ディジタル位相比較器と同じループ内に設けた実施
例を示すブロック回路図である。
ンパルス応答法による位相比較器の具体的な回路構成例
を示す回路図である。
タル位相比較器と同じループ内に設けた実施例の変形実
施例を示すブロック回路図である。
タル位相比較器と同じループ内に設けた実施例の別の変
形実施例を示すブロック回路図である。
図である。
タル位相比較器と同じループ内に設けた場合の従来の位
相同期回路の構成を示すブロック回路図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 入力されたパルス信号のパルスエッジで
位相および周波数を比較し、進み位相の時にUP信号を
出力し、遅れ位相の時にDOWN信号を出力するディジ
タル位相比較器(1) と、 進みや遅れのパルスである前記UP信号と前記DOWN
信号を、一定振幅のパルスに整形するレベル整形回路
(2) と、 前記進み側と遅れ側の一定振幅パルスの差分を取る加算
器(3) と、 この加算器(3) の出力側に接続されたループフィルタ
(4) と、 このループフィルタ(4) の出力を入力とし、出力が前記
ディジタル位相比較器(1) の一方の入力端子に戻される
電圧制御発振器(5) とを備え、 整形するパルス振幅の大きさで位相比較利得を調整する
ことを特徴とする位相同期回路。 - 【請求項2】 請求項1に記載の位相同期回路であっ
て、前記レベル整形器(2) が振幅バランスがとれた進み
パルスと遅れパルスの差分をとる差動増幅アンプから構
成され、この差動増幅アンプの増幅率で位相比較利得を
補正することを特徴とするもの。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載の位相同期回路
であって、 前記加算器(3) とループフィルタ(4) との間にセレクタ
(6) が設けられ、このセレクタの他方の入力端子には、
非ディジタル形位相比較器(7) が接続され、前記電圧制
御発振器(5) の出力がこの非ディジタル形位相比較器の
入力端子にも戻されていることを特徴とするもの。 - 【請求項4】 請求範囲3に記載の位相同期回路であっ
て、前記加算器(3)と前記非ディジタル形位相比較器の
出力側に、位相誤差振幅を監視する位相誤差振幅監視回
路(9) が設けられ、この位相誤差振幅監視回路は位相誤
差振幅が小さくなったタイミングで前記セレクタ(6) を
切り換えることを特徴とするもの。 - 【請求項5】 請求範囲3に記載の位相同期回路であっ
て、前記電圧制御発振器(5) と前記ディジタル位相比較
器(1) の入力端子との間に分周器(11)が設けられ、前記
ディジタル位相比較器(1) で比較するパルス信号の周波
数が下げられるようになっているもの。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5316607A JP2868063B2 (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | 位相同期回路 |
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---|---|---|---|
JP5316607A JP2868063B2 (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | 位相同期回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07170177A true JPH07170177A (ja) | 1995-07-04 |
JP2868063B2 JP2868063B2 (ja) | 1999-03-10 |
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JP5316607A Expired - Fee Related JP2868063B2 (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | 位相同期回路 |
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---|---|
JP (1) | JP2868063B2 (ja) |
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- 1993-12-16 JP JP5316607A patent/JP2868063B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2020034304A (ja) * | 2018-08-27 | 2020-03-05 | 株式会社東芝 | 電子装置および測定方法 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP2868063B2 (ja) | 1999-03-10 |
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