JPH0730410A - フェーズ・ロックド・ループ回路 - Google Patents

フェーズ・ロックド・ループ回路

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JPH0730410A
JPH0730410A JP5195231A JP19523193A JPH0730410A JP H0730410 A JPH0730410 A JP H0730410A JP 5195231 A JP5195231 A JP 5195231A JP 19523193 A JP19523193 A JP 19523193A JP H0730410 A JPH0730410 A JP H0730410A
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switching
locked loop
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Takeshi Yoshida
毅 吉田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 動作電圧が変更した場合でも、入力信号の周
波数を一定時間内に安定的にロックできるフェーズ・ロ
ックド・ループ回路を提供する。 【構成】 閉ループ上に、位相比較手段4とローパス・
フィルタ1と電圧制御発振手段2とを少なくとも備え、
複数の動作電圧において動作するフェーズ・ロックド・
ループ回路において、動作電圧の変更に応じてローパス
・フィルタ1の時定数を切り換える切換手段SW2を設
ける。動作電圧の変更によってVCO2のゲインが変化
しても、LPF1の時定数Tが切換わることによってダ
ンピング・ファクタξは最適値に保たれ、入力信号のフ
ェーズは、一定時間内にロックされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、出力周波数を目的の周
波数に一致させるフェーズ・ロックド・ループ回路に関
し、特に、動作電圧が変更した場合でも、一定時間内に
安定して周波数をロックすることができるように構成し
たものである。
【0002】
【従来の技術】通信機や携帯電話では、信号源として以
前から水晶発振回路が使用されてきたが、近年では、通
信の多チャンネル化に伴って、同一の装置で複数の周波
数の信号を発生あるいは合成することができる、フェー
ズ・ロックド・ループ回路(PLL回路)を用いた周波
数シンセサイザが一般的に使用されている。このPLL
回路は、また、各種の光・磁気ディスク記憶装置の媒体
の回転数を一定にするための手段としても広く使用され
ている。
【0003】このPLL回路の応用例である周波数シン
セサイザは、図3に示すように、ゲインKF(S)のローパ
ス・フィルタ(LPF)1と、ゲインKV/Sの電圧制
御型発振回路(VCO)2と、VCOの出力を任意の数
1/Nに分周する可変分周回路(プログラマブル・デバ
イダ:PD)3と、PDの出力Kφと周波数シンセサイ
ザの入力θi(S)とを比較する位相比較回路(フェーズ・
コンパレータ:PC)4とから成る閉ループで構成さ
れ、出力信号としてθO(S)を出力する。
【0004】この図3の系は、一般的な閉ループ制御系
として、図4のブロック図の形に表わすことができる。
ここで、G(S)は前向きループ伝達関数、H(S)はフィ
ードバック・ループの伝達関数、θi(S)およびθ
O(S)は、それぞれ、この系の入力と出力である。
【0005】この閉ループ制御系の伝達関数Y(S)は、 Y(S)=G(S)/{1+G(S)・H(S)} (1) と表現することができる。
【0006】図3の系の伝達関数は、(1)式のG(S)お
よびH(S)として、 G(S)=KF・(KV/S)・Kφ H(S)=1/N を代入することにより、 Y(S)={Kφ・KF・KV}/{S+(Kφ・KF・KV/N)} (2) として求められる。
【0007】この系のLPFとして図5示すようなラグ
・フィルタを用いた場合、 KF(S)=1/(T・S+1) (3) (但し、Tはフィルタの時定数であり、T=C・R)で
あり、これを(2)式に代入すると、 Y(S)={(Kφ・KV)/T}/{S2+(1/T)S+(Kφ・KV)/N・T} (4) となる。
【0008】(4)式を、2次形の伝達関数の標準形であ
る、 Y(S)=ωn 2/{S2+2ξωnS+ωn 2} (5) と比較すると、自然周波数ωnは、 ωn={(Kφ・KV)/(N・T)}1/2 (6) ダンピング・ファクタξは、 ξ=1/2{N/(Kφ・KV・T)}1/2 (7) となる。
【0009】この系のステップ応答の形は、ダンピング
・ファクタξによって決まり、ダンピング・ファクタξ
=0に近付くと、振動が収束せず、0<ξ<1で減衰振
動、ξ>1で単調減衰することが広く知られている。周
波数シンセサイザでは、出力ができるだけ速く収束する
ことが求められており、そのため、ダンピング・ファク
タξは通常0.6〜0.8程度に選ばれる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のPLL
回路では、ダンピング・ファクタξの値が回路の電源電
圧に大きく依存するため、例えば携帯電話のように、省
電力化のために動作モードによって電源電圧を変更する
場合には、PLL回路の動作特性が大きく変わってしま
うという問題点を有していた。
【0011】これは、PLL回路におけるVCOのゲイ
ンKV/Sが、VCOへの供給電圧の影響を受けて変化
することに起因しており、省電力モードとするために携
帯電話の動作電圧を下げた場合には、VCOのゲインK
V/Sも小さくなり、このPLL回路の収束時間が長く
なる。そのため周波数シンセサイザのロック・アップ時
間が長くなり、動作に支障を来たすことになる。
【0012】本発明は、こうした従来の問題点を解決す
るものであり、動作電圧が変更された場合でも、入力信
号の周波数を一定時間内に安定的にロックすることがで
きるフェーズ・ロックド・ループ回路を提供することを
目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、閉
ループ上に、位相比較手段とローパス・フィルタと電圧
制御発振手段とを少なくとも備え、複数の動作電圧にお
いて動作するフェーズ・ロックド・ループ回路におい
て、動作電圧の変更に応じてローパス・フィルタの時定
数を切り換える切換手段を設けている。
【0014】また、この切換手段により、時定数の切換
えのために、ローパス・フィルタの構成要素であるコン
デンサの接続を変更している。
【0015】または、この切換手段により、時定数の切
換えのために、ローパス・フィルタの構成要素である抵
抗の接続を変更している。
【0016】
【作用】そのため、動作電圧の変更によってVCOのゲ
インが変化しても、LPFの時定数Tが切り換わること
によってダンピング・ファクタξは最適値に保たれ、入
力信号のフェーズは、一定時間内にロックされる。
【0017】
【実施例】本発明のPLL回路を利用した周波数シンセ
サイザ回路の実施例を図1に示している。この周波数シ
ンセサイザ回路は、LPFとしてのラグ・フィルタ1
と、VCO2と、PD3と、PC4と、基準周波数発生
回路5と、このPLL回路の基準周波数となる信号を発
生する水晶振動子6と、各回路に電力を供給する電源7
1、72とを備えている。
【0018】このラグ・フィルタ1は、抵抗Rと、複数
のコンデンサC1、C2と、これらのコンデンサの接続
を選択するスイッチSW2とを具備している。また、電
源回路は、電源72を付加するかどうかを選択する切換ス
イッチSW1を具備しており、SW1の切換えにより、
各回路に加わる動作電圧が変更される。このSW1の切
換動作とラグ・フィルタ1におけるSW2の切換動作
は、連動している。
【0019】この周波数シンセサイザ回路では、水晶振
動子6が基準周波数のn倍の周波数の信号を発生し、こ
れを基準周波数発生回路5の内部でn分周して基準周波
数の信号が形成され、PC4の入力の1つに与えられ
る。
【0020】同時にVCO2の出力の一部がPD3で分
周され、PC4の他方の入力に与えられる。PC4は、
基準周波数とVCO2の分周出力との位相比較を行な
い、その位相差に相当する誤差信号を出力する。
【0021】この誤差信号は、LPF1で不要な高周波
成分が除かれた後、VCO2に制御信号として入力し、
VCO2の出力周波数を目的周波数に補正する。VCO
2の出力周波数が目的周波数と同一になったとき、この
周波数シンセサイザはロック状態となる。
【0022】いま、この周波数シンセサイザの動作電圧
が高いとき、つまりSW1がaの位置にある時には、L
PF1のSW2も、同じようにaに位置して、コンデン
サC1が選択され、その結果、このPLL系におけるダ
ンピング・ファクタξは、最適な値に設定される。
【0023】次に、この周波数シンセサイザを使用して
いる機器が消費電力逓減などの目的で電源電圧を下げた
場合、即ち、SW1がbに位置した時は、SW2もbの
位置に移り、LPF1のコンデンサとしてC2が選択さ
れる。その結果、このPLL系のダンピング・ファクタ
ξは、電源電圧が逓減された状態の下において最適な値
を取る。
【0024】このように、実施例のPLL回路では、回
路の動作電圧に応じて、LPFにおけるコンデンサの接
続が変わることによりLPFの時定数Tが変更され、そ
れによりダンピング・ファクタξが常に最適な値に設定
される。そのため、常に安定した一定時間内に周波数を
ロックすることが可能になる。
【0025】図2は、一般に知られたICを使用して構
成した周波数シンセサイザの実施例を示している。Q1
は、PD、PCおよび基準周波数発生回路を内蔵したP
LL用ICのMB87001Aであり、Q1に接続され
たコンデンサC5、C6および水晶発振子X1は、基準
周波数発生回路の一部を構成している。Q3は、VCO
の出力信号の周波数をQ1内部のPDで利用できるまで
分周するプリスケーラのMB501である。
【0026】この回路は、さらに、VCO(Q2)と、
LPFとしてのラグ・フィルタと、このPLL回路の電
源となる電池B1およびB2と、PLL回路の動作電圧
を変更する切換スイッチSW1と、SW1に連動する切
換スイッチSW2と、抵抗R4とを備えている。
【0027】LPFは、R1、C3、C4およびダイオ
ードD1を具備し、このダイオードD1は、抵抗R4と
共に、LPFの時定数を動作電圧に応じて変更する働き
をしている。
【0028】この周波数シンセサイザ回路では、基準周
波数のn倍の周波数の信号が水晶振動子X1で発生さ
れ、Q1内部でn分周されて基準周波数が形成される。
同時にQ3は、Q2の出力の一部を、Q1内部に存在す
るPDおよびPCが動作可能であるような周波数にまで
分周する。次いで、Q1内部のPCにおいて、基準周波
数とQ2の分周出力との位相比較が行なわれ、その位相
差に相当する誤差信号がQ1より出力され、LPFを通
過して、Q2の制御信号となってQ2の出力周波数を目
的周波数に補正する。
【0029】今、この周波数シンセサイザの動作電圧が
高いとき、つまりSW1がaの位置にある時には、SW
2もaの位置にあり、そのため、D1がONとなってL
PFのコンデンサとしてC3およびC4が両方とも使用
される状態となる。
【0030】一方、電源電圧が逓減された状態、即ちS
W1がbに位置している状態では、SW2もbの位置に
移り、D1がOFFとなり、LPFのコンデンサとして
C3のみが使用される状態となる。
【0031】コンデンサC3およびC4の容量値は、こ
のいずれの状態の下でも、PLL系のダンピング・ファ
クタξが最適な値を取ることができるように、その値が
設定される。
【0032】このように、本発明の実施例のPLL回路
では、回路の動作電圧に応じてLPFの時定数Tが変更
され、その結果、ダンピング・ファクタξが常に最適値
をとり、入力信号のフェーズは、常に一定時間内にロッ
クされることになる。
【0033】なお、LPFの時定数Tを変更するために
は、コンデンサの切換えに代えて、LPFにおける抵抗
Rを複数設け、その抵抗の接続を動作電圧の変更に連動
して切換えるように構成しても良い。
【0034】また、装置の動作電圧が三段以上に切換え
られる場合には、LPFの時定数を同様に多段切換でき
るように構成することにより、対応することができる。
【0035】
【発明の効果】以上の実施例の説明から明らかなよう
に、本発明のPLL回路では、その回路を使用している
機器が消費電力逓減などの目的で電源電圧を下げた時に
も、ダンピング・ファクタξを最適値に設定することが
できるため、常に安定した一定時間内に入力信号のフェ
ーズをロックすることが可能である。
【0036】そのため、消費電力逓減のために動作電圧
の切換えを行なう携帯電話の周波数シンセサイザ回路や
携帯型コンパクト・ディスク(CD)装置の媒体回転制
御回路に使用されたときにも、安定した周波数ロック動
作や安定した回転数制御を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のPLL回路を用いて構成した周波数シ
ンセサイザ回路の実施例を示すブロック図、
【図2】ICを使用して構成した実施例の周波数シンセ
サイザの回路図、
【図3】PLL回路を適用した周波数シンセサイザの一
般的構成を示すブロック図、
【図4】閉ループ制御系を一般的に表示したブロック
図、
【図5】LPFに使用するラグ・フィルタの構成を示す
回路図である。
【符号の説明】
B1、B2、71、72 電池 C1、C2、C3、C4、C5,C6 コンデンサ D1 ダイオード Q1 MB87001A Q2、2 電圧制御型発振器(VCO) Q3 MB501 SW1、SW2 切換スイッチ X1、6 水晶発振子 1 LPF 3 可変分周回路(PD) 4 位相比較回路(PC) 5 基準周波数発生回路 6 水晶発振子

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 閉ループ上に、位相比較手段とローパス
    ・フィルタと電圧制御発振手段とを少なくとも備え、複
    数の動作電圧において動作するフェーズ・ロックド・ル
    ープ回路において、 前記動作電圧の変更に応じて前記ローパス・フィルタの
    時定数を切り換える切換手段を設けたことを特徴とする
    フェーズ・ロックド・ループ回路。
  2. 【請求項2】 前記切換手段が、前記時定数の切換えの
    ために、前記ローパス・フィルタの構成要素であるコン
    デンサの接続を変更することを特徴とする請求項1に記
    載のフェーズ・ロックド・ループ回路。
  3. 【請求項3】 前記切換手段が、前記時定数の切換えの
    ために、前記ローパス・フィルタの構成要素である抵抗
    の接続を変更することを特徴とする請求項1に記載のフ
    ェーズ・ロックド・ループ回路。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110061518A (zh) * 2018-01-19 2019-07-26 德国恩德能源有限公司 用于操作风力涡轮机的方法

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