JPH0815350A - ジッタ検出装置 - Google Patents
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- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION, OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
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- H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
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- H03L7/085—Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal
- H03L7/093—Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal using special filtering or amplification characteristics in the loop
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- H04B—TRANSMISSION
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- H04B3/02—Details
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- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
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Abstract
っても、これに追従して安定したジッタ測定を高精度に
行なえるようにする。 【構成】 電圧制御水晶発振器11の出力信号をてい倍
回路13でMてい倍した信号によって、周波数変換回路
14のミキサ回路15に入力される被測定信号を低い周
波数に周波数変換し、その変換出力と電圧制御水晶発振
器11の出力信号とを位相周波数比較器17に入力し、
その誤差信号を受けたループフィルタ20によって、周
波数変換回路14の出力信号の位相に、電圧制御水晶発
振器11の出力信号の位相をロックさせるようにループ
制御する。ループ帯域より高い周波数で位相変動する被
測定信号のジッタ成分は、ジッタ検出用フィルタ18か
ら第2の分岐回路19を介して出力される。
Description
成分、即ち、位相変動成分を検出するためのジッタ検出
装置に関する。
めに、図7に示すようなPLL回路1を有するジッタ検
出装置が従来より用いられている。
周波数f1の被測定信号と、電圧制御水晶発振器2から
出力される残留ジッタ成分の極めて少ない周波数f2
(周波数f1に近い周波数)の信号(基準信号)とを、
位相周波数比較器3に入力し、両信号の周波数差および
位相差に応じた誤差信号を出力させ、その誤差信号か
ら、ジッタ検出用フィルタ4によって位相周波数比較器
3に入力される信号の周波数以上の成分を除去して、被
測定信号に含まれるジッタ成分を含む信号を取り出す。
そして、その信号を被測定信号のジッタ成分の周波数よ
り低い遮断周波数をもつ低域通過型のループフィルタ5
に入力して、ループフィルタ5で検出される制御電圧に
よって、電圧制御水晶発振器2の出力信号を被測定信号
にロックさせる。
置では、電圧制御水晶発振器2の出力信号が被測定信号
にロックされている状態で、被測定信号にジッタが生じ
ると、この電圧水晶発振器2の出力信号を基準として被
測定信号に含まれるジッタ成分がジッタ検出用フィルタ
4から出力される。
の出力を画面に表示したり、メータに指示したり、ある
いは記録することによって、被測定信号の位相変動(ジ
ッタ)を知ることができる。
るジッタ検出装置で、周波数の高い(例えば数GHz)
被測定信号のジッタを高精度に検出するためには、この
高い周波数帯で高い安定度を有し、しかも直線性の優れ
た電圧制御水晶発振器と位相周波数比較器とが必要とな
るが、これは実用上困難であり、たとえ実現し得たとし
ても装置全体が極めて高価になってしまう。
法が従来よりあった。その第1の方法は、図8に示すよ
うに、被測定信号を分周器6でN分周してから、前記P
LL回路1へ入力し、この分周された信号にPLL回路
内の電圧制御水晶発振器2の出力信号をロックさせる方
法である。
被測定信号と周波数f3の別の基準信号とを周波数変換
回路7のミキサ回路8で周波数混合して、その混合出力
のなかから、差の周波数の信号成分のみをフィルタ9で
検出して、前記PLL回路1に入力し、この周波数変換
回路7で低い周波数に変換された信号に電圧制御水晶発
振器2の出力信号をロックさせる方法である。
あるいは周波数混合によって低い周波数に変換してか
ら、位相周波数比較器1に入力するようにすれば、電圧
制御水晶発振器および位相周波数比較器として、低い周
波数帯用の安価なものが使用できる。
信号を分周器で分周した信号に電圧制御水晶発振器の出
力信号をロックさせる前記第1の方法では、被測定信号
の位相変調度に対して、分周出力の位相変調度がこの分
周した分だけ小さくなってしまい、ジッタの検出感度が
低下するという問題がある。
測定信号は、その初期位相を省略すると、 Ea=A cos〔ω1 t+β cos(ωm t)〕 で示される(ω1 は搬送波の角周波数、ωm は変調波の
角周波数、βは変調度である)のに対して、この被測定
信号がN分周された時の出力信号は、 Eb=B cos〔(ω1 t/N)+(β/N) cos(ωm
t)〕 となり、搬送波の周波数が1/Nになるとともに、変調
度もβ/Nに減少する。したがって、この信号の位相変
調分を検出したときに、その出力レベルは被測定信号の
位相変調分より分周比分だけ低下してしまう。
号Eaを周波数f3の基準信号で周波数変換して得られ
る差の信号成分は、周波数f3の基準信号の残留ジッタ
が極めて少ないとすれば、 Ec=C cos〔(ω1 −ω3 )t+β cos(ωm t)〕 となり(ω3 は周波数f3の搬送波の角周波数)、変換
出力の位相変調度は、被測定信号の位相変調度と変わら
ず、ジッタの検出感度の低下は起こらない。
被測定信号の周波数の変化範囲が、図9のPLL回路1
のロックレンジを決定する電圧制御水晶発振器の周波数
可変幅に制限されてしまうという問題がある。
は、発振周波数の±0.01パーセント程度の範囲しか
安定に可変させることができない。例えば、100MH
z帯の電圧制御水晶発振器の周波数可変幅は±10KH
z程度であるので、この発振周波数より格段に高い周波
数帯(数GHz)の被測定信号の周波数変化に対して、
±10kHzの幅でしかロックさせることができず、被
測定信号の周波数の許容される変化範囲が大きく制限さ
れてしまう。
て、高い周波数帯で残留ジッタの少ない基準信号を得る
ことは現実には困難であり、その残留ジッタが、そのま
まミキサ回路8を通ってジッタ成分として検出されるの
で、高精度なジッタ検出を行なうことができなくなって
しまう。
数帯の被測定信号のジッタ成分を、高感度、高精度に検
出でき、しかも、被測定信号の測定可能な周波数の範囲
を電圧制御水晶発振器の周波数可変幅より広くできるジ
ッタ検出装置を提供することを目的としている。
に、本発明のジッタ検出装置は、電圧制御水晶発振器
と、前記電圧制御水晶発振器の出力信号の周波数をMて
い倍(Mは2以上の整数)して出力するてい倍回路と、
ジッタの検出対象となる被測定信号と前記てい倍回路の
出力信号とを周波数混合して、前記被測定信号の周波数
と前記てい倍回路の出力信号の周波数との差の周波数の
信号を出力する周波数変換回路と、前記周波数変換回路
からの出力信号と電圧制御水晶発振器からの出力信号と
の位相差に応じた誤差信号を出力する位相比較器と、前
記位相比較器から出力される誤差信号を受けて、前記被
測定信号のジッタ成分の周波数より低い周波数成分を取
り出して前記電圧制御水晶発振器に送出するループフィ
ルタと、前記被測定信号のジッタ成分の周波数より高
く、且つ、前記位相比較器に入力される信号の周波数よ
り低い遮断周波数をもつ低域通過型フィルタによって形
成され、前記位相比較器の誤差信号から前記被測定信号
のジッタ成分を出力するジッタ検出用フィルタとを備え
ている。
装置では、被測定信号は、電圧制御水晶発振器の出力信
号をMてい倍した信号によって周波数混合されて、その
差の周波数の信号に変換され、電圧制御水晶発振器の出
力信号とともに、位相比較器に入力される。そして、位
相比較器の誤差信号からループフィルタによって検出さ
れる信号によって、電圧制御水晶発振器からの出力信号
は、周波数変換回路からの出力信号にロックされる。そ
して、被測定信号のジッタ成分は、位相比較器の誤差信
号に現れ、ジッタ検出用フィルタから出力される。
明する。図1は、一実施例のジッタ検出装置の構成を示
している。
は、水晶発振回路の発振周波数を制御電圧にほぼ比例し
て連続可変させるように構成されている。この電圧制御
水晶発振器11の出力信号の周波数f2は、被測定信号
の周波数f1に対して、その1/(M−1)または1/
(M+1)(Mは2以上の整数で、例えば12等)に近
い周波数に決められており、前述したようにその周波数
f2(例えば数100MHz)の可変幅は例えば発振周
波数の±0.01パーセント程度である。
1の分岐回路12によって分岐され、その一方の分岐出
力は、てい倍回路13に入力されている。
らの信号を、Mてい倍して出力する。このてい倍回路1
3のてい倍方法は、例えば、PLL回路によって入力信
号にロックしたM倍の周波数の信号を出力する方法や、
入力信号を歪ませ、その高調波成分のうちM次(M・f
2)成分のみをフィルタ等で抽出する方法などいずれで
あってもよい。
は、被測定信号とともに周波数変換回路14のミキサ回
路15へ入力され周波数混合される。周波数変換回路1
4は、ミキサ回路15から出力される信号成分のうち、
入力信号同士の差の周波数f1−f3またはf3−f1
のいずれか一方の信号成分のみをフィルタ16から出力
させて、被測定信号を低い周波数に周波数変換する。な
お、てい倍出力の周波数f3がM・f2に等しく、しか
も、f2はf1の1/(M−1)または1/(M+1)
に近いので、周波数変換回路14からは、f2に近い周
波数の信号が出力されることになる。
分岐回路12の他方の分岐出力は、位相周波数比較器1
7に入力されている。
の周波数差および位相差に応じたパルス状の誤差信号を
出力するものであり、その位相差検出部分は、例えば、
電圧制御水晶発振器11からの信号の位相に対して、周
波数変換回路14からの信号の位相が進んでいるときの
位相差を検出してその位相差に対応した幅のパルスを出
力する進み位相検出部と、周波数変換回路14からの信
号の位相が遅れているときの位相差を検出してその位相
差に対応した幅のパルスを出力する遅れ位相検出部と、
進み位相検出部からの出力と遅れ位相検出部からの出力
の差信号を出力する作動増幅器で構成されている。ま
た、両入力信号の位相差が所定以上ある場合には、両信
号に周波数差があるものとして、その進みあるいは遅れ
に対応した位相検出部の出力をハイレベルに保持して、
一定の直流電圧を出力させる。
信号は、ジッタ検出用フィルタ18に入力される。ジッ
タ検出用フィルタ18は低域通過型のフィルタであり、
被測定信号の位相変動を検出するために、その遮断周波
数は、周波数位相比較器17に入力される信号の周波数
より低く、しかも、測定しようとする被測定信号のジッ
タ成分の周波数(位相変動周波数)より高い周波数(例
えば数10MHz)に設定されている。
8からは、誤差信号に含まれる信号成分のうち、被測定
信号の位相変動に遅延することなく追従する信号が出力
される。
2の分岐回路19によって分岐され、その一方の分岐出
力は、被測定信号のジッタ検出出力として図示しない表
示装置や指示装置へ入力され、他方はループフィルタ2
0に入力される。
タ成分の周波数より低い遮断周波数(例えば数10H
z)をもつ低域通過型のアクティブフィルタで構成さ
れ、ジッタ検出用フィルタ18を通過した信号を平均し
た直流の制御電圧を、電圧制御水晶発振器11に入力
し、この電圧制御水晶発振器11の出力信号の周波数お
よび位相を、周波数変換回路14から出力される信号の
周波数および位相に一致させるようにループを制御す
る。このループフィルタ20は、被測定信号のジッタ成
分の瞬時的な位相変動には応答しないで、電圧制御水晶
発振器11の出力信号の周波数および位相を固定した状
態に維持させる。
波数f1の被測定信号が入力されると、その被測定信号
は、周波数変換回路14で、てい倍回路13の出力信号
によって低い周波数f1−f3またはf3−f1に変換
されて、電圧制御水晶発振器11の出力信号とともに、
位相周波数比較器17へ入力される。
の周波数差および位相差に応じた誤差信号が出力され、
ジッタ検出用フィルタ18に入力される。ジッタ検出用
フィルタ18を通過した信号は、第2の分岐回路19を
介してループフィルタ20へ入力され、ループフィルタ
20からは、電圧制御水晶発振器11の出力信号の周波
数および位相を、周波数変換回路14から出力される信
号の周波数および位相に一致させる制御電圧が出力さ
れ、このループ制御によって、周波数変換回路14の出
力信号に電圧制御水晶発振器11の出力信号がロックす
る。
測定信号にループ帯域より高い周波数の位相変動が正弦
状に生じると、位相周波数比較器17内の進み位相検出
部と遅れ位相検出部から、図2の(a)、(b)に示す
ように、パルス幅が正弦状に変化するパルス信号が、そ
の位相変動の半周期毎に交互に出力され、位相周波数比
較器17からは、その2つのパルス信号の差信号が図2
の(c)に示すように出力される。
用フィルタ18からは、図2の(d)に示すような被測
定信号の位相変動に同期した正弦状のジッタ検出信号が
出力されることになる。このジッタ検出信号は、第2の
分岐回路19を介して、表示装置や指示装置あるいは記
録装置に出力され、そのジッタ量が表示や指示あるいは
記録されることになる。また、この位相変動の周波数は
ループ帯域より高く、しかもその平均値が一定なので、
ループフィルタ20からの制御電圧は変化することな
く、電圧制御水晶発振器11の出力信号の周波数および
位相は固定状態に維持される。
がf3より高く設定されている場合には、f1−f3=
f2となり、f3=M・f2であるから、電圧制御水晶
発振器11の出力周波数f2は、f1/(M+1)にロ
ックされることになる。
低く設定されている場合には、f3−f1=f2とな
り、電圧制御水晶発振器11の出力周波数f2は、f1
/(M−1)にロックされることになる。
は、被測定信号をM+1分周またはM−1分周した周波
数に、電圧制御水晶発振器11の出力信号をロックさせ
ていることになる。
容変化幅は、電圧制御水晶発振器11の周波数f2の可
変幅の(M+1)倍または(M−1)倍まで許容され
る。
可変幅が±10KHzで、Mが12のときには、被測定
信号の周波数の変化幅は、±130KHzまたは±11
0KHzまで拡大され、周波数変換回路を用いているに
もかかわらず、電圧制御水晶発振器の周波数可変幅より
大きな許容変化幅が得られる。
分周している結果になっているが、実際には、周波数変
換回路14によって被測定信号を低い周波数に変換して
いるので、被測定信号に含まれるジッタ成分は、その変
調度を維持したまま周波数変換回路14の出力信号に含
まれる。したがって、電圧制御水晶発振器11の出力信
号を基準にして、そのジッタ成分が、ジッタ検出用フィ
ルタ18から出力されることになり、極めて高い周波数
帯の被測定信号のジッタ検出を高い感度で行なえる。
号は、残留ジッタの極めて少ない電圧制御水晶発振器1
1の出力信号をてい倍したものであるから、この信号に
よるジッタ検出への影響は極めて少ない。
てい倍出力の残留ジッタが無視できない場合であって
も、そのてい倍出力の残留ジッタと、電圧制御水晶発振
器11の出力信号の残留ジッタとは同一周波数であり、
しかもその位相変調周波数は、一般に通常ループ帯域内
にあるので、電圧制御水晶発振器11の出力信号の残留
ジッタが打ち消されるように、定常的にループ制御がな
されることになる。
に含まれる位相変動の変調度をβ2、その角周波数をω
m2とすると、その出力信号は、 Ed=D cos〔ω2 t+β2 cos (ωm2t)〕 となり、これをMてい倍した信号は、 Ee=E cos〔Mω2 t+Mβ2 cos (ωm2t)〕 となる。
〔ω1 t+β cos(ωm t)〕を周波数変換して得られ
る差の信号成分は、 Ef=F cos〔(ω1 −Mω2 )t+β cos(ωm t)
−Mβ2 cos(ωm2t)〕 となる。
出力信号Edとの位相差φは、 φ=(ω1 −Mω2 −ω2 )t−β cos(ωm t)−
(M+1)β2 cos(ωm2t) となる。
御水晶発振器11に加えられるが、周波数に対するPL
Lのループ制御によって、上式の第1項の(ω1 −Mω
2 −ω2 )は0になるように制御され、さらに、第2項
の被測定信号のジッタ成分βcos(ωm t)に対してP
LL回路は応答しないので、周波数がロックした後のP
LL回路のループ制御は、上式の第3項、即ち、 φ′=(M+1)β2 cos(ωm2t) に対して応答することになる。
K(L)(ラジアン/ボルト)とすれば、PLLループ
は、L1 (φ′)・K(L)により、電圧制御水晶発振
器11の位相変動分β2 cos(ωm2t)を打ち消すよう
に動作する。
の周波数ωm2/2πは、主に温度変化等に起因するもの
であって、一般に数Hz程度であり、PLL回路のルー
プ帯域内にある。
は、図3の(a)に示すように、電圧制御水晶発振器1
1の出力信号にΔφの僅かな位相変動が生じた場合、周
波数変換出力は図3の(b)のようにΔφのM倍だけ位
相変動しようとし、位相周波数比較器17には、(M+
1)・Δφ分の位相差をもつ信号が入力されることになる
が、実際にはこのループ制御によって、電圧水晶制御発
振器11の残留ジッタによる位相変動Δφは、被測定信
号の位相変動成分に比べて、無視出来る大きさまで抑圧
されてしまう。このため、残留ジッタの影響のない測定
が行なえる。
される信号には、電圧制御水晶発振器11のジッタを抑
圧するための制御信号成分と、この制御信号成分によっ
て残留ジッタが抑圧された信号を基準とする被測定信号
のジッタ成分とが含まれることになるが、制御信号成分
の周波数は、前記したように被測定信号のジッタ成分の
周波数に比べて十分に低く離れているので、フィルタ等
によって被測定信号のジッタ成分と制御信号成分との分
離が容易にでき、電圧制御水晶発振器11の残留ジッタ
に影響されない高精度のジッタ検出ができる。
器17でジッタの検出とループの引込みのための誤差信
号の検出を行なっていたが、図4に示すように、ジッタ
検出用には位相比較器17aを用い、ループ制御のため
には、位相周波数比較器17bを用いるようにしてもよ
い。
17から出力される誤差信号をジッタ検出用フィルタ1
8を介してループフィルタ20へ入力していたが、図5
に示すように、位相周波数比較器11の出力を分岐し
て、その一方をジッタ検出用フィルタ18へ入力し、他
方をループフィルタ20へ入力するように構成してもよ
い。
4の出力信号と、電圧制御水晶発振器11の出力信号と
をそのまま位相周波数比較器17に入力するようにして
いたが、図6に示すように、両信号を分周器25、26
でともにN分周してから、位相周波数比較器17に入力
してもよい。
に低い周波数帯用の位相周波数比較器を用いることがで
きる。また、このように分周器を用いた場合、前記した
ように分周出力の位相変動の変調度(ジッタの検出感度
に相当)が低下するが、被測定信号を直接低い周波数に
分周するよりは、少ない分周比で分周することができる
ので、大きな感度低下を招くことがなく、しかも、分周
したことによって、ジッタの検出範囲が分周比分(N・
2π)だけ広がり、大きなジッタ量を検出できる。な
お、分周器25、26の分周比は、位相変動の変調度お
よびジッタ量を考慮して決定すればよく、必ずしも同一
である必要はない。例えば、電圧制御水晶発振器11側
の分周比を1、即ち、電圧制御水晶発振器11の出力を
直接位相周波数比較器17に入力して、周波数変換回路
14の出力のみを分周するようにしてもよい。
出装置は、電圧制御水晶発振器の出力信号をMてい倍し
た信号で被測定信号を低い周波数に周波数変換し、その
変換出力の位相に、電圧制御水晶発振器の出力信号の位
相をロックさせるようにループ制御して、両信号の誤差
信号から被測定信号のジッタ成分を検出するように構成
されている。
ているにもかかわらず、高周波の被測定信号の大きな周
波数変動があっても、安定したジッタ測定ができる。ま
た、被測定信号を電圧制御水晶発振器の周波数をMてい
倍した信号で周波数混合して、周波数を下げているの
で、簡単な構成で精度よくジッタ測定ができる。
変換出力の位相変動を示す図
Claims (1)
- 【請求項1】電圧制御水晶発振器と、 前記電圧制御水晶発振器の出力信号の周波数をMてい倍
(Mは2以上の整数)して出力するてい倍回路と、 ジッタの検出対象となる被測定信号と前記てい倍回路の
出力信号とを周波数混合して、前記被測定信号の周波数
と前記てい倍回路の出力信号の周波数との差の周波数の
信号を出力する周波数変換回路と、 前記周波数変換回路からの出力信号と電圧制御水晶発振
器からの出力信号との位相差に応じた誤差信号を出力す
る位相比較器と、 前記位相比較器から出力される誤差信号を受けて、前記
被測定信号のジッタ成分の周波数より低い周波数成分を
取り出して前記電圧制御水晶発振器に送出するループフ
ィルタと、 前記被測定信号のジッタ成分の周波数より高く、且つ、
前記位相比較器に入力される信号の周波数より低い遮断
周波数をもつ低域通過型フィルタによって形成され、前
記位相比較器の誤差信号から前記被測定信号のジッタ成
分を出力するジッタ検出用フィルタとを備えたジッタ検
出装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP6166307A JP3030598B2 (ja) | 1994-06-24 | 1994-06-24 | ジッタ検出装置 |
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