JPH08505755A - 位相ロック・ループの要素を動作可能にする装置および方法 - Google Patents
位相ロック・ループの要素を動作可能にする装置および方法Info
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Abstract
(57)【要約】
装置および方法は、位相ロック・ループ(PLL)300の要素を動作可能にする。PLL300には、複数の要素202,203,204,205が含まれる。各要素は、出力信号207,208,209,116または117を生成する。各要素は、要素が動作可能になる第1時刻t2と、第1時刻t2の後で起こり、要素の出力信号が定常状態条件に到達する第2時刻t3との間の時間差により定義される応答時間t3−t2を有する。複数の要素のうち第1応答時間t3−t2を有する電圧制御発振器204が、第1制御信号302に応答して第1時刻t2に動作可能になる。複数の要素のうち、第1応答時間t3−t2より短い第2応答時間を有するループ分周器205が、第1応答時間t3−t2および第2制御信号303に応答して、動作可能になる。本発明は、PLL300のロック時間を速くするという利点を有する。
Description
【発明の詳細な説明】
位相ロック・ループの要素を動作可能にする
装置および方法
発明の分野
本発明は、一般に無線通信トランシーバに関し、さらに詳しくは、無線通信ト
ランシーバ内の位相ロック・ループの要素を動作可能にする装置および方法に関
する。
発明の背景
第1図は、従来の無線通信トランシーバ100(以下「トランシーバ」と称す
る)のブロック図を例として示す。トランシーバ100は、たとえば、無線通信
システム(図示せず)内の無線周波数(RF)チャネル上で、移動または携帯加
入者ユニットが基地局(図示せず)と通信を行うことを可能にする。それ以降、
基地局は地上回線電話システム(図示せず)および他の加入者ユニットとの通信
を提供する。トランシーバ100を有する加入者ユニットの一例にセルラ無線電
話がある。
第1図のトランシーバ100には、一般に、アンテナ101,二重フィルタ1
02,受信機103,送信機105,
基準周波数信号源107,受信(Rx)位相ロック・ループ(PLL:phase lo
cked loop)周波数シンセサイザ108,送信(Tx)PLL周波数シンセサイ
ザ109,プロセッサ110,情報源106および情報シンク104が含まれる
。
トランシーバ100のブロック群の相互接続とその動作について、以下に説明
する。アンテナ101は、基地局からRF信号119を受信し、二重フィルタ1
02により濾波して、線111にRF被受信信号を生成する。二重フィルタ10
2は、周波数選択性をもち、線111のRF被受信信号と線113のRF送信信
号とを分離する。受信機103は、線111のRF被受信信号を受信するように
結合され、情報シンク104のために線112に被受信ベース帯域信号を生成す
るように動作する。基準周波数信号源107は、線115に基準周波数信号を提
供する。RxPLL周波数シンセサイザ108は、線115の基準周波数信号と
データ・バス118上の情報を受信するように結合され、線116に受信機同調
信号を生成して、受信機103を特定のRFチャネルに同調するように動作する
。同様に、TxPLL周波数シンセサイザ109は、線115の基準周波数信号
とデータ・バス118上の情報を受信するように結合され、線117にトランシ
ーバ同調信号を生成して送信機105を特定のRFチャネルに同調するように動
作する。プロセッサ110は、RxPLL周波数シンセサイ
ザ108,TxPLL周波数シンセサイザ109,受信機103および送信機1
05の動作を、データ・バス118を介して制御する。情報源106は、線11
4にベース帯域送信信号を生成する。送信機105は、線114にべース帯域送
信信号を受信するように結合され、線113にRF送信信号を生成するように動
作する。二重フィルタ102は、線113のRF送信信号を濾波して、アンテナ
101によりRF信号120として放射する。
たとえばセルラ無線電話システム内のRFチャネルは、基地局と加入者ユニッ
トとの間の情報を送信および受信する(以下「送受信する(transceive)」と称
する)ための音声および信号化チャネルを有する。音声チャネルは、音声情報を
送受信するために確保される。信号化チャネル、これは制御チャネルとも呼ばれ
るが、データおよび信号化情報を送受信するために確保される。加入者ユニット
はこれらの信号化チャネルを通じてセルラ無線電話システムに対するアクセスを
得て、地上電話システムとさらに通信を行うための音声チャネルを割り当てられ
る。信号化チャネル上で広帯域データを送受信することのできるセルラ無線電話
システムにおいては、信号化チャネルの周波数間隔は音声チャネルの周波数間隔
の倍数である。
トランシーバ100と基地局とが、それらの間に、信号化チャネル上で間欠的
に情報を送受信するセルラ無線電話システムもある。このようなシステムは、た
とえば、間欠
情報を同期するインターリーブ・データ信号化法である。この種のシステムにお
いては、トランシーバ100が信号化チャネルに同調されている間ずっとトラン
シーバ100にフルに電力を供給し続けることにより、情報が受信されていない
間にも不必要にトランシーバのバッテリを消費することになる。そのため、トラ
ンシーバが情報を送受信していないときには、トランシーバ100を部分的に電
源をオフにして、バッテリの寿命を延ばすことができるようにする。さらに、信
号の質が充分良好であるので同じ信号の反復をさらに行う必要がない場合には、
トランシーバ100を部分的に電源をオフにして、バッテリの寿命を延ばすこと
ができるようにする。トランシーバ100の受信動作中は、間欠的に電力を供給
する、すなわち動作可能と動作不能にすることは、動作の不連続受信(DRX:
discontinuous receive)モードと呼ばれる。DRX動作モードでは、トランシ
ーバ100の部分を迅速に動作可能および動作不能にすることで、バッテリ寿命
を倹約する。
第2図は、第1図のトランシーバで用いられる従来の位相ロック・ループ(P
LL)周波数シンセサイザのブロック図を例として示す。第2図のPLL周波数
シンセサイザの全体構造は、RxPLL周波数シンセサイザ108についても、
TxPLL周波数シンセサイザ109についても同じである。
第2図のPLL周波数シンセサイザ108または109
には、一般に、説明のための基準分周器201とPLL212とが含まれる。P
LL212には、一般に、位相検出器202,ループ・フィルタ203,電圧制
御発振器204およびループ分周器205が含まれる。基準分周器201は、線
115上で基準周波数信号を受信する。
第2図のPLL周波数シンセサイザ108または109のブロック群の相互接
続を以下に説明する。基準分周器201は、線115とデータ・バス118上に
基準信号を受信するように結合され、線206に被分割基準周波数信号を生成す
るように動作する。位相検出器202は、線206に被分割基準周波数信号を、
線209に帰還信号を受信するように結合され、線207に位相誤差信号を生成
するように動作する。ループ・フィルタ203は、位相誤差信号207を受信す
るように結合され、線208に被濾波信号を生成するように動作する。電圧制御
発振器204は、線208に被濾波信号を受信するように結合され、線116ま
たは117に出力周波数信号を生成するように動作する。ループ分周器(デバイ
ダ)205は、線116または117に出力周波数信号を受信するように結合さ
れ、線209に帰還信号を生成するように動作する。ループ分周器205と基準
分周器201とは、データ・バス118にプログラミング情報を受信するように
結合される。
第2図のPLL周波数シンセサイザ108または109の動作を以下に説明す
る。PLL212は、線115の基
準周波数信号に同期される出力周波数信号を線116または117に生成する。
線116または117の出力周波数信号は、線116または117の出力周波数
信号の周波数が線115の基準周波数信号の周波数に対して所定の周波数関係を
持つときに、線115の基準周波数信号に同期、すなわち「ロック」される。ロ
ック条件下では、PLL212は、通常は、線115の基準周波数信号と線11
6または線117の出力周波数信号との間に一定の位相差を与える。この一定の
位相差は、ゼロを含む所望の値とする。このような信号の所望の位相差の偏差が
広がると、すなわち、たとえば線115の基準周波数信号の周波数またはデータ
・バス118を介したPLLのプログラミング可能なパラメータなどの変動によ
り線207の位相誤差が広がると、PLLは線116または117の出力周波数
信号の周波数を調節して、線207の位相誤差が一定の位相差の値に近づくよう
にする。
DRXモードで起こる場合などのように、動作不能になった期間の後で、PL
L周波数シンセサイザが再び動作可能になるときに問題が起こる。理想的には、
VCOに対する周波数制御線上の電圧は、動作不能/再動作可能シーケンス全体
を通じて一定の値であるとする。それでも、VCOが再び動作可能になったとき
の周波数は、動作不能になるすぐ前の周波数とは、一時的に異なる場合がある。
この一時的な差は、VCOとそのバイアス回路構成とが安定す
るために必要とされる間は続く。通常、VCOは電源ノイズおよびスプリアス信
号に対して非常に敏感であるので、その電源接続にはスーパーフィルタまたは大
きな容量性をもつ濾波を採用することが多い。VCOバイアス条件がその定常状
態値に安定するには、かなりの時間が必要になる。この間に、PLLは、位相お
よび周波数誤差を検出し、制御線を駆動してその誤差を修正する。この修正によ
って、VCOは、VCOバイアス条件が定常状態に到達した後も、動作不能にな
る前の周波数を超過する。結果として起こるこの超過(オーバーシュート)は、
安定するまでに時間がかかり、誤修正が回避された場合よりもループがロックす
るのに多くの時間がかかる。
従来の技術により提供される解決策の1つは、PLLのVCO部分を連続的に
動作可能の状態に保ち、PLLの残りの部分を動作不能にすることにより、DR
Xモードの再ロック時間を最小限にすることである。しかし、この解決策の欠点
は、VCOがPLL電流ドレインのかなりの部分を引き出し、DRXモードの電
流節約分が少なくなることである。
従来の技術により提供される別の解決策は、VCOを不連続的に動作させるこ
とである。しかし、この方法の欠点は、PLLのターンオン回復法では、VCO
スーパーフィルタの有限のターンオン時間および/またはバイアス電流が無視さ
れることである。さらに、この解決策により、電
源ノイズとスプリアス信号がPLLの出力に結合されてしまう。
従って、位相ロック・ループの要素を動作可能にして、位相ロック・ループの
ロック時間を速める装置および方法が必要である。
図面の簡単な説明
第1図は、従来の無線通信トランシーバのブロック図である。
第2図は、第1図の無線通信トランシーバに用いられる従来の位相ロック・ル
ープ周波数シンセサイザのブロック図である。
第3図は、本発明による、第1図の無線通信トランシーバに用いられる位相ロ
ック・ループのブロック図である。
第4図は、出力周波数信号と時間を表す第1グラフと、出力電圧信号と時間を
表す第2グラフを示し、それぞれの信号は本発明による第3図の位相ロック・ル
ープ内に表される。
第5図は、第3図の位相ロック・ループの要素を動作可能にする段階を説明す
る流れ図である。
好適な実施例の詳細説明
本発明により、位相ロック・ループ(PLL)の要素を動作可能にする装置お
よび方法により、上記の必要性が実質的に満たされる。本発明により、PLLに
は複数の要素が含まれる。制御信号に応答して、各要素を動作可能および動作不
能にすることができる。各要素は、出力信号を生成する。各要素は、要素が動作
可能になる第1時刻と、第1時刻の後で起こり、要素の出力信号が定常状態条件
に到達する第2時刻との間の時間差により定義される応答時間を有する。複数の
要素のうち、第1応答時間を有する第1要素は、第1制御信号に応答して第1時
刻に動作可能になる。複数の要素のうち、第1応答時間より短い第2応答時間を
有する第2要素は、第1応答時間と第2制御信号とに応答して動作可能になる。
本発明は、PLLのロック時間を速くするという利点を有する。
本発明は、第3図ないし第5図を参照するとさらによく理解することができる
。第3図は、本発明による第1図のトランシーバに用いる位相ロック・ループの
ブロック図を示す。PLL300の全体構造および動作は、第2図の従来のPL
L212と同様であるが、コントローラ301が追加されている点が異なる。コ
ントローラ301は、データ・バス118上にPLL状態制御信号を受信するよ
うに結合され、線302に第1制御信号を、線303に第2制御信号を生成する
ように動作する。コントローラ301は、複数の要素のうち第1応答時間を有す
る第1要素を、線3
02の第1制御信号に応答して、第1時刻に動作可能にし、複数の要素のうち第
1応答時間より短い第2応答時間を有する第2要素を、第1応答時間および第2
制御信号に応答して動作可能にする。
本発明の好適な実施例により、複数の要素のうちの第1要素は電圧制御発振器
である。
本発明の好適な実施例により、複数の要素のうちの第2要素はループ分周器で
ある。あるいは、複数の要素のうちの第2要素は、位相検出器205またはルー
プ・フィルタ203でもよい。
本発明の好適な実施例において、第1応答時間は固定される。あるいは、第1
応答時間を可変にしてもよい。コントローラ301は、線304に第1応答時間
の指標を受信するように結合され、第1応答時間の指標に応答して線303に第
2制御信号を制御するように動作する。
第4図は、出力周波数信号116または117と時間を表す第1グラフ400
と、ループ・フィルタ出力電圧信号208と時間を表す第2グラフ401とを示
す。曲線403,405は、PLL212が動作可能になったときの従来の技術
の応答を表す。曲線402,404は、本発明によりPLL300が制御信号3
02,303により動作可能になったときの応答を表す。グラフ400は、VC
O204の出力周波数信号116または117を時間に関して示す。第2グラフ
401は、ループ・フィルタ203の線
208上の出力電圧信号を時間に関して表す。時間軸には、時刻t1〜t4が含
まれ、これは第1グラフ400と第2グラフ401との間で対応関係を持つ。
時刻t1で、PLL212およびPLL300は両方とも動作不能になる。出
力周波数信号116または117は、曲線406に追随し、VCO出力周波数信
号116または117の周波数は、時間が進むにつれて小さくなり、これは周波
数がt1とt2との間でゼロに達するまで続く。曲線406は、PLL212お
よびPLL300に関して同じであるが、これはVCO204が時刻t1でいず
れのPLLにおいても動作不能になるためである。時刻t1とt2の間で、ルー
プ・フィルタ出力電圧208は、ループ・フィルタ203の容量により一定に保
持されるが、これを時刻t1とt2の間の曲線404により示す。
いずれも時刻t2で始まる曲線402,403は、以下のように生成される。
曲線403を生成するには、PLL周波数シンセサイザ300が従来の技術によ
り時刻t2に動作可能になる。従来の技術には、同時刻に動作可能になるループ
分周器205,VCO204,ループ・フィルタ203および位相検出器202
が含まれる。位相検出器202は、時刻t2で、ほとんど瞬間的に、出力周波数
信号204の周波数が曲線407に対応する周波数よりも低いことを検出する。
位相誤差信号207は、第2グラフ401の曲線405に示されるように、出力
周波数信号204
の周波数を修正しようとするために生成される。その結果、出力周波数信号20
4の周波数は、曲線403に追随し、曲線407により示される周波数を超過す
る。PLLの修正動作が、出力周波数信号204の遅い応答時間を過補償するの
で、この超過が起こる。従来技術による方法を用いる出力周波数信号204の周
波数は、曲線403に追随し、時刻t4までその最終値に安定することはない。
新規のPLL300は、時刻t2で制御信号302によりVCO204だけを
動作可能にする。制御信号303により、PLL300の他の要素は動作不能の
ままになる。新規のPLL300では、位相検出器202は線207で位相誤差
信号を生成しないが、これはグラフ401の曲線404で示される。その結果、
出力周波数信号204の周波数がグラフ400の曲線402に追随する。新規の
PLL300では、曲線402は超過を起こさず、曲線407と同じ周波数値に
対応するt3付近において、その最終周波数値に到達する。新規のPLL300
では、PLL300のその他の要素がt3で動作可能になる。位相検出器は大き
な位相誤差信号207を生成することはなく、出力周波数信号204の周波数は
、時刻t3の後非常に短い時間で安定化する。これに対し、従来技術のPLL2
12は、その出力周波数が安定するのに時刻t4まで必要とする。これを曲線4
03で示す。PLL300のロック時間は、t4−t3で表される時間差の分だ
け従来の技術より短縮
される。
第5図は、第3図の位相ロック・ループの要素を動作可能にする段階を説明す
る流れ図である。流れ図は、ステップ500で始まる。ステップ501で、無線
周波数信号が受信され、被受信信号を生成する。ステップ502で、無線周波数
受信機が、被受信信号に応答して動作可能になる。流れ図は、ステップ506で
終了する。無線周波数受信機を動作可能にする段階502には、ステップ503
〜505が含まれる。ステップ503で、PLL周波数シンセサイザの要素が動
作可能になる。ステップ504で、複数の要素のうち、第1応答時間を有する第
1要素が、第1制御信号に応答して第1時刻に動作可能になる。ステップ505
で、複数の要素のうち、第1応答時間より短い第2応答時間を有する第2要素が
、第1応答時間および第2制御信号に応答して動作可能になる。
第5図のステップ503により、ステップ504,505により説明される独
自の方法でPLL周波数シンセサイザの要素が動作可能になる。ステップ504
で、最も遅い応答時間を持つPLL周波数シンセサイザの要素が最初に動作可能
になる。好適な実施例においては、VCOが最も遅い応答時間を持ち、そのため
に、制御信号302に対応する第1制御信号で、VCOが最初に動作可能になる
。ステップ505で、VCO204より短い応答時間を持つ第2要素が動作可能
になる。好適な実施例においては、
第2要素は、ループ分周器205である。制御信号303は、第1応答時間に応
答してループ分周器205を動作可能にするが、これは、ループ分周器205が
動作可能になる前にVCO204が実質的に定常状態に達するまで、制御信号3
03が遅延されることを意味する。VCO204を最初に動作可能にし、PLL
300の他の要素を動作可能にするのを待つことにより、出力周波数信号116
または117の周波数の超過が阻止され、それによりPLL300のロック時間
が短縮される。
本発明により、位相ロック・ループ(PLL)の要素を動作可能にする装置お
よび方法により、上記の必要性が実質的に満足される。本発明により、PLLに
は複数の要素が含まれる。各要素は、制御信号に応答して動作可能および動作不
能になることができる。各要素は出力信号を生成する。各要素は、要素が動作可
能になる第1時刻と、第1時刻の後で起こり、要素の出力信号が定常状態条件に
到達する第2時刻との間の時間差により定義される応答時間を有する。複数の要
素のうち、第1応答時間を有する第1要素は、第1制御信号に応答して第1時刻
に動作可能になる。複数の要素のうち、第1応答時間より短い第2応答時間を有
する第2要素は、第1応答時間と第2制御信号とに応答して動作可能になる。本
発明は、PLLのロック時間を速くするという利点を有する。
本発明は、説明的な実施例に関して説明されたが、これ
らの特定の実施例に本発明を制限する意図はない。添付の請求項に説明される本
発明の精神および範囲から逸脱することなく変形および修正が可能であることは
、当業者には理解頂けよう。
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TJ,TT,UA,UZ,VN
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.各要素が出力信号を生成し、各要素が、要素が動作可能になる第1時刻( t2)と、前記第1時刻の後に起こり前記要素の前記出力信号が定常状態条件に 到達する第2時刻(t3)との間の時間差により定義される応答時間を有する複 数の要素を有する位相ロック・ループ(PLL)において、前記PLLの前記複 数の要素を動作可能にする方法であって: 前記複数の要素のうち、第1応答時間を有する第1要素を、第1制御信号に応 答して前記第1時刻(t2)において動作可能にする段階;および 前記複数の要素のうち、前記第1応答時間より短い第2応答時間を有する第2 要素を、前記第1応答時間および第2制御信号に応答して動作可能にする段階; によって構成されることを特徴とする方法。 2.前記複数の要素のうち前記第1要素が電圧制御発振器である請求項1記載 の方法。 3.前記複数の要素のうち前記第2要素がループ分周器である請求項1記載の 方法。 4.前記複数の要素のうち前記第2要素が位相検出器である請求項1記載の方 法。 5.前記複数の要素のうち前記第2要素がループ・フィルタである請求項1記 載の方法。 6.前記第1応答時間が固定される請求項1記載の方法。 7.前記第1応答時間が可変である請求項1記載の方法。 8.前記第1応答時間の指標を監視する段階;および 前記第1応答時間の前記の監視される指標に応答して、前記第2制御信号を制 御する段階; によってさらに構成される請求項1記載の方法。 9.位相ロック・ループ(PLL)状態制御信号に応答して動作可能状態およ び動作不能状態を有する位相ロック・ループ(PLL)であって、各要素が出力 信号を生成し、各要素が、要素が動作可能になる第1時刻(t2)と、前記第1 時刻の後に起こり前記要素の前記出力信号が定常状態条件に到達する第2時刻( t3)との間の時間差により定義される応答時間を有する複数の要素を有する位 相ロック・ループ(PLL)において、前記PLLの前記複数の要素を動作可能 にする装置であって: 前記PLL状態制御信号を受信するように結合され、第1および第2制御信号 を生成するように動作するコントローラであって、前記コントローラが、前記第 1制御信号に応答して前記第1時刻(t2)において、前記複数の要素のうち第 1応答時間を有する第1要素を動作可能にし、前記第1応答時間および前記第2 制御信号に応答して、前記複数の要素のうち前記第1応答時間より短い第2応答 時間を有する第2要素を動作可能にするコントローラ; によって構成されることを特徴とする装置。 10.前記コントローラが前記第1応答時間の指標を受信するように結合され 、前記第1応答時間の前記指標に応答して前記第2制御信号を制御するように動 作する請求項9記載の装置。
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