JPH08204555A - 周波数シンセサイザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 引込み動作時や突然の位相同期外れに対し
て、ローパスフィルタの時定数を自動的に切換えて、速
やかに安定状態に復帰する。 【構成】 電圧制御発振器１の出力を分周した信号と基
準信号との位相差が一定範囲内にあるかどうかを判定す
る位相比較手段３と、この位相差が一定範囲を超えてい
ると位相比較手段により判断されたときにローパスフィ
ルタ４の時定数をより小さい値に切換える信号を出力す
るフィルタ時定数切換手段５とを設ける。電圧制御発振
器の出力を分周した信号と基準信号との位相差が大きい
ときは、ローパスフィルタの時定数が自動的に小さい値
に設定され、速やかな引込みが行なわれる。引込みによ
り位相差が一定範囲内に戻った時は、それから一定時間
が経過するまで、ローパスフィルタの時定数が小さい値
に維持され、その後大きい時定数に変更される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通信分野など、幅広い
分野において、希望周波数の信号を作り出すために使用
される周波数シンセサイザ装置に関し、特に、安定状態
への迅速な復帰を可能にしたものである。

【０００２】

【従来の技術】任意の希望周波数の信号を出力する従来
の周波数シンセサイザ装置は、図６に示すように、印加
電圧に応じた周波数の信号を出力する電圧制御発振器１
と、設定された分周比で電圧制御発振器１の出力を分周
する可変分周器２と、基準信号と可変分周器２の出力と
の位相差を出力する位相比較器３と、位相比較器３の出
力を平均化するローパスフィルタ４とを備えている。

【０００３】この周波数シンセサイザ装置では、電圧制
御発振器１の出力周波数が、可変分周器２と位相比較器
３とローパスフィルタ４とを結ぶフィードバックループ
によって制御される。

【０００４】可変分周器２は、外部より設定された分周
比に基づいて、電圧制御発振器１の出力を分周し、位相
比較器３は、可変分周器２の出力と基準信号との位相を
比較して位相差を出力する。位相比較器３の出力は、ロ
ーパスフィルタ４で平均化された後に電圧制御発振器１
の制御電圧端子に入力する。電圧制御発振器１は、制御
電圧端子に加わる電圧に応じて、出力する信号の周波数
を変化させ、この信号は外部に出力されるとともに可変
分周器２に入力する。

【０００５】このフィードバックループにより、周波数
シンセサイザの電圧制御発振器１における出力周波数
は、基準信号の周波数と可変分周器２の分周比との積
（以下、設定周波数）になったところで安定する。

【０００６】この周波数シンセサイザ装置では、可変分
周器２に新しい分周比が設定されてから電圧制御発振器
１の出力周波数が安定するまでの時間（以下、引き込み
時間）はローパスフィルタ４の時定数に依存する。引き
込み時間を短縮するには、ローパスフィルタ４の時定数
を小さくすれば良いが、そうした場合に、電圧制御発振
器１の出力の信号純度が劣化する。電圧制御発振器１の
出力の信号純度を向上させるには、ローパスフィルタ４
の時定数を大きくすれば良いが、この場合は引き込み時
間が長くなる。このように電圧制御発振器１の出力の信
号純度と引き込み時間とは相反する性質を有しており、
これらを両立させることはできない。

【０００７】そこで、従来この点を解決するために、引
き込み時においてローパスフィルタの時定数を切り換え
ることが行なわれている。

【０００８】このローパスフィルタの時定数を切換える
従来の周波数シンセサイザ装置は、図７に示すように、
ローパスフィルタの時定数の切換えを制御する信号（以
下、フィルタ切換信号）がローパスフィルタ４に入力さ
れ、このフィルタ切換信号の制御でローパスフィルタ４
の時定数が変更される。その他の構成は、図６の装置と
変わりがない。

【０００９】この装置では、可変分周器２の分周比の設
定値を変更すると、位相比較器３に入力する基準信号と
可変分周器２の出力との位相同期が外れ、周波数シンセ
サイザ装置の出力が不安定状態になる。そこで、可変分
周器２の分周比を変更すると同時に、フィルタ切換信号
の制御によりローパスフィルタ４の時定数を小さくす
る。それにより周波数シンセサイザ装置の応答が速くな
り、急速に電圧制御発振器１の出力周波数が設定周波数
に近づく。電圧制御発振器１の出力が安定した段階で、
フィルタ切換信号の制御により、ローパスフィルタ４の
時定数を大きくする。こうすることにより、電圧制御発
振器１の出力の信号純度が向上する。

【００１０】このローパスフィルタ４の時定数の切換え
が可能な従来の周波数シンセサイザ装置は、引き込み動
作開始時のローパスフィルタ４の時定数を小さくして引
き込み時間を短縮し、引き込んだ後にローパスフィルタ
４の時定数を大きくして電圧制御発振器１の出力の信号
純度を向上させることにより、引き込み時間の短縮と出
力の信号純度向上とを同時に実現している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の周波数
シンセサイザ装置では、外部からの信号でローパスフィ
ルタ４の時定数を切り換えているため、周波数シンセサ
イザ装置が引き込み動作を行なう度にフィルタ切換信号
を入力しなければならないという問題点がある。また、
周波数シンセサイザ装置の設定周波数を変更する時以外
に、突然位相同期が外れたような場合には、ローパスフ
ィルタの時定数が大きいままなので、安定状態に復帰す
るまでに多くの時間が掛かり、場合によっては、復帰で
きないという問題点がある。

【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、引き込み動作時や突然の位相同期外れに
対して、ローパスフィルタの時定数を自動的に切り換え
て、速やかに安定状態に復帰することができる周波数シ
ンセサイザ装置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、電
圧制御発振器と、この電圧制御発振器の出力周波数を制
御する信号をローパスフィルタを介して電圧制御発振器
にフィードバックするフィードバックループとを備える
周波数シンセサイザ装置において、電圧制御発振器の出
力を分周した信号と基準信号との位相差が一定範囲内に
あるかどうかを判定する位相比較手段と、この位相差が
一定範囲を超えていると位相比較手段により判断された
ときにローパスフィルタの時定数をより小さい値に切換
える信号を出力するフィルタ時定数切換手段とを設けて
いる。

【００１４】また、フィルタ時定数切換手段が、位相比
較手段によりこの位相差が一定範囲内に戻ったと判断さ
れたときから一定時間経過した後に、ローパスフィルタ
の時定数をより大きい値に切換えるように構成してい
る。

【００１５】また、フィルタ時定数切換手段が、位相比
較手段によりこの位相差が一定範囲内に戻ったと判断さ
れたときにカウンタを起動する信号を出力し、カウンタ
が一定数を計時したときに、時定数のより大きい値への
切換えを行なうように構成している。

【００１６】

【作用】そのため、電圧制御発振器の出力を分周した信
号と基準信号との位相差が大きくずれているときは、ロ
ーパスフィルタの時定数が自動的に小さい値に設定さ
れ、速やかな引き込みが行なわれる。この引き込みによ
って、位相差が一定範囲内に戻ったときは、その時点か
ら一定時間が経過するまで、ローパスフィルタの時定数
が小さい値に維持され、その後、大きい値の時定数に変
更される。

【００１７】こうすることによって、位相差が一定範囲
を外れている間の引き込み動作を急激なものとすること
ができ、安定状態への迅速な復帰が可能になる。

【００１８】

【実施例】本発明の実施例における周波数シンセサイザ
は、図１に示すように、電圧制御発振器１と、電圧制御
発振器１の出力周波数を設定された分周比で分周する可
変分周器２と、可変分周器２の出力と基準信号との間の
位相差を出力するとともに、その位相差が所定範囲を超
えたときに判定信号32を出力する位相比較器３と、位相
比較器３から出力された位相差信号を平均するローパス
フィルタ４と、位相比較器３の判定信号32に基づいてロ
ーパスフィルタ４の時定数を切換えるモード切換手段５
と、位相差が所定範囲に戻った時点から一定数をカウン
トするカウンタ６とを備えている。

【００１９】この周波数シンセサイザでは、位相比較器
３が、基準信号と可変分周器２の出力との位相差を比較
し、位相差に基づいてパルス幅が増減する位相差検出信
号31をローパスフィルタ４に出力するとともに、その位
相差が例えば０〜２πの範囲を超えたときに、判定信号
32をモード切換手段５に出力する。

【００２０】判定信号32を受けたモード切換手段５は、
ローパスフィルタ４の時定数を小さい値に切換えるフィ
ルタ切換信号52を出力し、その結果、電圧制御発振器１
の出力周波数が短期間の引き込みで修正され、基準信号
と可変分周器２出力との位相差が２π以下に戻る。

【００２１】位相差が２π以下に減少すると、位相比較
器３は、モード切換手段５に出力していた判定信号32を
停止し、これを受けてモード切換手段５は、カウンタ６
の計数開始を指令するイネーブル信号51を出力し、カウ
ンタ６は、基準信号のパルスをカウントする。

【００２２】カウンタ６は、カウント値が一定数に達す
ると、キャリー信号61を出力し、モード切換手段５は、
これを受けて、ローパスフィルタ４の時定数を元の大き
さに戻すフィルタ切換信号52を出力する。また、カウン
タ６は、キャリー信号61によってカウント値をリセット
する。

【００２３】その結果、電圧制御発振器１の出力周波数
が設定周波数から大きく外れているときには、電圧制御
発振器１に対して迅速なフィードバックが掛かり、その
出力周波数の設定周波数からのずれが小さいときには、
安定的なフィードバックが掛かることになる。

【００２４】位相比較器３は、図２に示すように、基準
信号を２分周する２分周回路301と、可変分周器２の出
力信号を２分周する２分周回路302と、２分周回路301及
び２分周回路302の位相差を出力する排他的論理和回路3
03と、基準信号と可変分周器２出力との位相差が２πを
超えるまでは１レベルを出力し、その位相差が２πを超
えると基準信号に同期して０レベルを出力するＤフリッ
プフロップ回路304と、基準信号と可変分周器２出力と
の位相差が２πを超えるまでは１レベルを出力し、その
位相差が２πを超えると可変分周器２の出力に同期して
０レベルを出力するＤフリップフロップ回路305と、Ｄ
フリップフロップ回路305が１レベルを出力している間
は排他的論理和回路303の出力の反転信号を出力し、Ｄ
フリップフロップ回路305が０レベルを出力している間
は１レベルを出力するＮＡＮＤ回路306と、Ｄフリップ
フロップ回路304が１レベルを出力している間は排他的
論理和回路303と同じ出力を、また、Ｄフリップフロッ
プ回路304が０レベルを出力している間は１レベルを位
相差検出信号31として出力するＮＡＮＤ回路307と、Ｄ
フリップフロップ回路304及びＤフリップフロップ回路3
05の少なくとも一方が０レベルを出力している間、１レ
ベルの判定信号32を出力するＮＡＮＤ回路308とを備え
ている。

【００２５】基準信号は２分周回路301に入力するとと
もにＤフリップフロップ回路304のクロック端子に入力
し、また、可変分周器２の出力信号は２分周回路302に
入力するとともにＤフリップフロップ回路305のクロッ
ク端子に入力する。２分周回路301、302の出力は、排他
的論理和回路303に入力し、排他的論理和回路303の出力
は３分岐され、Ｄフリップフロップ回路304、305の各Ｄ
端子とＮＡＮＤ回路306に入力する。Ｄフリップフロッ
プ回路304のＱバー出力は３分岐され、ＮＡＮＤ回路30
7、308及びＤフリップフロップ回路305の負論理のセッ
ト端子に入力する。Ｄフリップフロップ回路305のＱ出
力は３分岐され、ＮＡＮＤ回路306、308及びＤフリップ
フロップ回路304の負論理のクリア端子に入力する。Ｎ
ＡＮＤ回路306の出力はＮＡＮＤ回路307に入力し、ＮＡ
ＮＤ回路307の出力は位相差検出信号31として出力さ
れ、ＮＡＮＤ回路308の出力は判定信号32として出力さ
れる。

【００２６】この位相比較器３は、排他的論理和回路型
であるため、周波数シンセサイザ装置の出力の周波数に
よって安定状態での基準信号と可変分周器２の出力信号
との位相差は異なり、０〜２πの範囲の値を取り得る。
この範囲では、Ｄフリップフロップ回路304のＱバー出
力とＤフリップフロップ回路305のＱ出力とは、ともに
１レベルを出力し、これにより排他的論理和回路303の
出力はＮＡＮＤ回路306とＮＡＮＤ回路307とを介して位
相差検出信号31として出力され、ＮＡＮＤ回路308は判
定信号32として０レベルを出力する。

【００２７】基準信号に対し可変分周器２の出力信号の
位相が２π以上遅れると、Ｄフリップフロップ回路304
のＱバー出力は０レベルになり、これにより位相差検出
信号31と判定信号32はともに１レベルとなる。基準信号
に対し可変分周器２の出力信号の位相が進むと、これに
より位相差検出信号31が０レベルに、判定信号32は１レ
ベルになる。即ち、判定信号32は、前記位相差が０〜２
πの範囲内では０レベルを出力し、前記位相差が０〜２
πの範囲外では１レベルを出力する。

【００２８】また、モード切換手段５は、図３に示すよ
うに、判定信号32の立上りに応じてフィルタ切換信号52
を出力するポジティブエッジトリガ型のＤフリップフロ
ップ回路502と、判定信号32の立下りに応じてイネーブ
ル信号51を出力するネガティブエッジトリガ型のＤフリ
ップフロップ回路501とを備えている。

【００２９】このＤフリップフロップ回路501及びＤフ
リップフロップ回路502のＤ端子は１レベルと接続され
ている。また、それぞれクロック端子には、位相比較器
３からの判定信号32が入力し、各クリア端子には、カウ
ンタ６から出力されるキャリー信号61が入力する。

【００３０】このモード切換手段５では、位相比較器３
の判定信号32が０レベルから１レベルに変わると、Ｄフ
リップフロップ回路502がＱ出力としてフィルタ切換信
号52を出力し、また、判定信号32が１レベルから０レベ
ルに変わると、Ｄフリップフロップ回路501がＱ出力と
してイネーブル信号51を出力する。また、このイネーブ
ル信号51で計数を開始したカウンタ６が一定数をカウン
トした後、キャリー信号61を出力すると、Ｄフリップフ
ロップ回路501及びＤフリップフロップ回路502のクリア
端子に入力し、フィルタ切換信号52及びイネーブル信号
51の出力を停止する。

【００３１】また、ローパスフィルタ４は、図４に示す
ように、位相差検出信号31が入力するバッファ401と、
コントロール入力端子に入力するフィルタ切換信号52に
よって出力状態を切換えるトライステートバッファ40
2、403と、複数の抵抗404〜409とコンデンサ410〜412と
を備えており、各抵抗404〜409の一端はコンデンサ410
〜412を介して接地されている。

【００３２】バッファ401は抵抗404に接続し、抵抗404
の他端はコンデンサ410と抵抗405とに接続し、抵抗405
の他端は、コンデンサ411と抵抗408と抵抗406とに接続
し、抵抗408の他端はトライステートバッファ402の出力
端子と接続し、抵抗406の他端は、ローパスフィルタ４
の出力として電圧制御発振器１の制御電圧端子に接続す
る。また、抵抗406は抵抗407の一端にも接続し、抵抗40
7の他端はコンデンサ412と抵抗409とに接続し、抵抗408
の他端はトライステートバッファ403の出力端子に接続
している。

【００３３】このローパスフィルタでは、フィルタ切換
信号52が０レベルのときは、トライステートバッファ40
2及びトライステートバッファ403の出力はハイインピー
ダンス状態となり、ローパスフィルタ４の時定数は抵抗
408と抵抗409とを除いた部分で決まる。フィルタ切換信
号52が１レベルのときは、トライステートバッファ402
とトライステートバッファ403の入出力は導通し、ロー
パスフィルタ４の時定数は小さくなる。即ち、フィルタ
切換信号52の制御によりローパスフィルタ４の時定数を
切換えることができる。

【００３４】次に、周波数シンセサイザ装置の引き込み
時の動作について、図５のタイミングチャートを参照し
ながら説明する。以下の説明は、安定状態から設定周波
数を高くしたときの動作についての説明であるが、安定
状態から設定周波数を低くしたときの動作についても同
様に考えることができる。

【００３５】時刻ｔ１で周波数シンセサイザ装置の設定
周波数を変更すると、可変分周器２の出力の周波数が瞬
間的に変化し、基準信号に対する可変分周器２の出力信
号の位相遅れが蓄積されていく。

【００３６】時刻ｔ２で位相遅れが２π以上になると、
位相比較器３の出力する判定信号32が１レベルに変化
し、それに伴って、モード切換手段５がフィルタ切換信
号52を１レベルに変え、その結果、ローパスフィルタ４
の時定数が小さくなる。一方、位相比較器３から出力さ
れる位相差検出信号31は１レベルに固定され、ローパス
フィルタ４には急速に電荷がチャージされる。そのた
め、電圧制御発振器１の出力の周波数は急速に設定周波
数に近づく。

【００３７】時刻ｔ３において、基準信号に対する可変
分周器２の出力の位相差が０〜２πの範囲に入ると、位
相比較器３の出力する判定信号32が０レベルにダウン
し、モード切換手段５が、この立下りエッジにより、カ
ウンタ６に送るイネーブル信号51を１レベルに変え、そ
れに伴ってカウンタ６は基準信号の計数を開始する。

【００３８】カウンタ６は、一定数ｎまで計数するとキ
ャリー信号61を出力し、このキャリー信号61を受けたモ
ード切換手段５は、イネーブル信号51とフィルタ切換信
号52とを０レベルに変え、それによってカウンタ６はカ
ウント値をリセットし、また、ローパスフィルタ４の時
定数は元に戻る。その結果、周波数シンセサイザ装置は
安定状態になる。

【００３９】このように、実施例の周波数シンセサイザ
装置では、基準信号に対して可変分周器の出力の位相差
が所定範囲内にあるかどうかを判定し、位相差が所定範
囲から外れる場合には、ローパスフィルタの時定数を小
さくし、位相差が所定範囲内に戻った時点からカウンタ
で計数を開始し、所定値の計数が終了した後に、ローパ
スフィルタの時定数を大きくする、という一連の動作を
全て自動的に行なっている。そのため、引き込み動作時
に外部から制御信号を入力してローパスフィルタの時定
数を切換えるなどの措置が全く必要ない。

【００４０】また、周波数シンセサイザ装置の出力が安
定している状態のときでも、基準信号と可変分周器の出
力との位相差を常に位相比較器でモニタしているため、
突然、位相同期が外れたような場合でも、ローパスフィ
ルタの時定数を自動的に切り換えることができ、それに
より速やかに安定状態に復帰することができる。

【００４１】また、実施例の周波数シンセサイザ装置で
は、位相比較器３で排他的論理和回路を使って基準信号
と可変分周器２の出力信号との位相差を比較しており、
そのため、この位相差が所定範囲内に入った時点では、
設定周波数と電圧制御発信器１の出力周波数とはまだ異
なっている。しかし、判定信号32の立下がった後も、カ
ウンタ６が所定値の計数を終了するまでフィルタ切換信
号52が保持されるため、速やかな引き込み動作が可能で
ある。

【００４２】なお、位相比較器が、基準信号と可変分周
器の出力信号との位相が一致したときに判定信号を立下
げ、それに伴って安定状態に入るように構成することも
できる。しかし、この場合には、引き込み過程におい
て、周波数が大きく異なっているにもかかわらず位相差
が瞬間的に０になったようなときに、時定数が大きい値
に切換わり、その後、再び時定数が小さい値に戻るとい
うように、引き込み過程での時定数の変動が発生しやす
い。

【００４３】その点、実施例の装置の位相比較器３で
は、判定信号32が立下がった後も、カウンタ６が計数を
終了するまで、フィルタ切換信号52が保持されるので、
ローパスフィルタ４の時定数が引き込み過程で変動する
ことがない。また、位相が一致した時点で判定信号を立
下げる場合には、電圧制御発振器１の出力周波数を緩や
かに設定周波数に近づけて行かざるを得ないが、実施例
の位相比較器３では、基準信号と可変分周器出力との位
相差が所定範囲に入った時点で判定信号32を立下げてい
るため、引き込み動作の初期段階では、電圧制御発振器
１の出力周波数を急激に設定周波数に近づけることが可
能であり、周波数シンセサイザ装置の応答を速めること
ができ、速やかな引き込み動作を行なうことができる。

【００４４】

【発明の効果】以上の実施例の説明から明らかなよう
に、本発明の周波数シンセサイザ装置は、基準信号と可
変分周器出力との位相差に応じて、ローパスフィルタの
時定数を自動的に切換えることができ、出力周波数の設
定を変更したり、突発的に出力周波数が変動したとき
に、速やかな引き込み動作を行なうことができる。

【００４５】また、この位相差が所定範囲内に入った時
点から一定期間をカウントして、その間、ローパスフィ
ルタの小さい時定数を維持することにより、安定的で迅
速な引き込み動作が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における周波数シンセサイザ装
置の構成を示すブロック図、

【図２】実施例のシンセサイザ装置における位相比較器
の構成を示す回路図、

【図３】実施例のシンセサイザ装置におけるモード切換
手段の構成を示す回路図、

【図４】実施例のシンセサイザ装置におけるローパスフ
ィルタの構成を示す回路図、

【図５】実施例のシンセサイザ装置の動作を示すタイミ
ングチャート図、

【図６】従来の周波数シンセサイザ装置の構成を示すブ
ロック図、

【図７】従来の他の周波数シンセサイザ装置の構成を示
すブロック図である。

【符号の説明】

１ 電圧制御発信器 ２ 可変分周器 ３ 位相比較器 ４ ローパスフィルタ ５ モード切換手段 ６ カウンタ 31 位相差検出信号 32 判定信号 51 イネーブル信号 52 フィルタ切換信号 61 キャリー信号 301、302 ２分周器 303 排他的論理和回路 304、305、501、502 Ｄフリップフロップ回路 306〜308 ＮＡＮＤ回路 401 バッファ 402、403 トライステートバッファ 404〜409 抵抗 410〜412 コンデンサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧制御発振器と、この電圧制御発振器
   の出力周波数を制御する信号をローパスフィルタを介し
   て電圧制御発振器にフィードバックするフィードバック
   ループとを備える周波数シンセサイザ装置において、 前記電圧制御発振器の出力を分周した信号と基準信号と
   の位相差が一定範囲内にあるかどうかを判定する位相比
   較手段と、 前記位相差が一定範囲を超えていると前記位相比較手段
   により判断されたときに前記ローパスフィルタの時定数
   をより小さい値に切換える信号を出力するフィルタ時定
   数切換手段とを設けたことを特徴とする周波数シンセサ
   イザ装置。
2. 【請求項２】 前記フィルタ時定数切換手段が、前記位
   相比較手段により前記位相差が一定範囲内に戻ったと判
   断されたときから一定時間経過した後に、前記ローパス
   フィルタの時定数をより大きい値に切換えることを特徴
   とする請求項１に記載の周波数シンセサイザ装置。
3. 【請求項３】 前記フィルタ時定数切換手段が、前記位
   相比較手段により前記位相差が一定範囲内に戻ったと判
   断されたときにカウンタを起動する信号を出力し、前記
   カウンタが一定数を計時したときに、前記時定数のより
   大きい値への切換えを行なうことを特徴とする請求項２
   に記載の周波数シンセサイザ装置。