JPH0865152A - 位相同期ループ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 応答特性を改善でき、また位相雑音を低減
し、外乱、雑音に対して安定した発振出力を得ることが
できる位相同期ループ回路を提案する。 【構成】 少なくとも電圧制御発振器４と位相検出回路
３とループフィルタ１２とを有する位相同期ループ回路
に関する。ループフィルタとして２次以上のローパスフ
ィルタを適用すると共に、ループ動作特性に応じて、ル
ープフィルタの高周波側通過帯域を切り換える特性切換
え手段１３、１４を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は位相同期ループ回路（Ｐ
ＬＬ回路）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】多くの電子機器及び電気機器では位相同
期ループ回路が適用されている。例えば、受信装置にお
けるクロック再生回路や局部発振器等に位相同期ループ
回路が適用されている。

【０００３】図２は、従来の位相同期ループ回路の構成
を示すものである。図２において、位相同期ループ回路
１は、周知のように、基準発振器（や入力源）２からの
基準信号Ｓ１と、電圧制御発振器（ＶＣＯ）４からの発
振信号（この信号が当該位相同期ループ回路１の出力信
号となる）Ｓ２との位相差を位相検出回路３が検出し、
この位相差信号Ｓ３の直流成分をループフィルタ５が取
出して制御電圧ＳＣとして電圧制御発振器４にフィード
バックし、発振信号Ｓ２を基準信号Ｓ１に位相同期させ
るように動作する。

【０００４】この位相同期ループの追従性、すなわち発
振信号Ｓ２の基準信号Ｓ１に対する追従性は、ループフ
ィルタ５の時定数によって定まる。このような機能を担
うループフィルタ５として、構成が簡単になるように、
例えば、図２に示すような受動素子Ｒ1 、Ｒ2 、Ｃだけ
で構成された２次のローパスフィルタであるラグリード
フィルタを適用したものがある。このループフィルタ５
は、抵抗Ｒ2 とコンデンサＣとの直列回路を接地し、こ
の直列回路に入力抵抗Ｒ1 を接続しており、これによ
り、図３に示すような逆Ｓ字状の周波数特性を呈する。

【０００５】ここで、このループフィルタ５において、
フィルタ利得の傾斜が大きく切り換わる角周波数（逆Ｓ
字状の変極点）Ｔ1 、Ｔ2 は、次式の関係式で表され
る。

【０００６】 Ｒ1 ＞Ｒ2 Ｔ1 ＝１／Ｃ・Ｒ1 Ｔ2 ＝１／Ｃ・Ｒ2 …(1)

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の位
相同期回路１において、ループフィルタ５の通過帯域を
かなり高い周波数に選定すると、応答速度を向上するこ
とができ、基準発振器２に対して電圧制御発振器４を短
時間で位相同期させることができる。

【０００８】しかし、このようにループフィルタ５の通
過帯域を高い周波数に選定すると、位相同期回路１にお
いては、電圧制御発振器４から出力される出力信号Ｓ２
の位相雑音が増大する問題があり、また外乱、雑音に対
して過剰に応答することにより、安定した発振出力Ｓ２
を得ることが困難な問題がある。

【０００９】一方、この位相雑音を低減し、安定した発
振出力Ｓ２を得ようとして、従来の位相同期回路１にお
いて、応答特性を犠牲にしてループフィルタ５の通過帯
域を低い周波数に選定すると、非同期状態から同期状態
にする際に、かなり長い時間がかかってしまう。

【００１０】そのため、位相雑音を低減し、かつ安定し
た発振出力を得ることができ、しかも応答特性も向上で
きる位相同期ループ回路が求められている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明においては、少なくとも電圧制御発振器と位
相検出回路とループフィルタとを有する位相同期ループ
回路において、ループフィルタとして２次以上のローパ
スフィルタを適用すると共に、ループ動作特性に応じ
て、ループフィルタの高周波側通過帯域を切り換える特
性切換え手段を設けたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】ループフィルタを２次以上のローパスフィルタ
で形成し、ループ動作特性に応じて（例えば、位相検出
回路に入力される２個の信号が位相同期すると）、特性
切換え手段によって、ループフィルタの通過帯域を低い
周波数に切り換える。これにより、高域側通過帯域をか
なり高い周波数までに設定して応答特性を改善する。ま
た、他のループ動作特性のときには（例えば位相同期後
は）、特性切換え手段によって、ループフィルタの高域
側通過帯域を低い周波数に切り換え、位相雑音を低減
し、また外乱、雑音に対して安定した発振出力を得る。

【００１３】ここで、低域側通過帯域は、切換え如何に
拘らず同じにしておき、切換え時にタイムラグがあって
も、安定なループ動作を実行させるようにしている。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の位相同期ループ回路の一実施
例について、図面を参照しながら詳述する。ここで、図
１がこの実施例の位相同期ループ回路の構成を示すブロ
ック図であり、図２との同一、対応部分には、同一符号
を付して示している。

【００１５】図１において、この実施例の位相同期ルー
プ回路１１も、基準発振器（や入力源）２、位相検出回
路３、電圧制御発振器４及びループフィルタ１２を備え
ている。そして、基本的には、基準発振器２からの基準
信号Ｓ１と、電圧制御発振器４からの発振信号Ｓ２との
位相差を位相検出回路３が検出し、この位相差信号Ｓ３
の直流成分をループフィルタ１２が取出して制御電圧Ｓ
Ｃとして電圧制御発振器４にフィードバックし、発振信
号Ｓ２を基準信号Ｓ１に位相同期させるように動作する
ものである。

【００１６】この実施例の位相同期ループ回路１１は、
従来のループフィルタ５に代えて、図１に詳細構成を有
するループフィルタ１２を用いている点、及び、このル
ープフィルタ１２の周波数特性を切り替えるための判定
を行なう判定回路１３を備えている点が従来とは異なっ
ている。

【００１７】ここで、ループフィルタ１２は、基本的に
は、２次のローパスフィルタでなるラグリードフィルタ
構成で形成されている。具体的には、その入出力端子間
に直列に設けられた抵抗Ｒ1 と、その出力端子及び及び
グランド端子間に接続された、選択回路１４、この選択
回路１４で一方が選択される抵抗Ｒ21又はＲ22、並び
に、コンデンサＣでなる直列回路とで構成されている。
そして、選択回路１４の接点を切り換えることにより、
抵抗Ｒ21又はＲ22を選択的に使用して、高域側の周波数
特性を切り換え得るようになされている。

【００１８】このため、ループフィルタ１２は、その抵
抗値Ｒ1 、Ｒ21、Ｒ22が、次式で表される関係に選定さ
れ、 Ｒ1 ＞Ｒ22＞Ｒ21 …(2) これにより、図４に示すように、低域側の角周波数Ｔ1
、選択回路１４の接点を切り換えて得られる２個の角
周波数Ｔ2 及びＴ3 が、それぞれ次式で表される周波数
に選定されるようになされている。

【００１９】 Ｔ1 ＝１／Ｃ・Ｒ1 Ｔ2 ＝１／Ｃ・Ｒ21 Ｔ3 ＝１／Ｃ・Ｒ22 …(3) すなわち、ループフィルタ１２は、ループ利得の傾斜が
切り換わる２つの角周波数のうち、高域側の角周波数Ｔ
2 及びＴ3 を切り換え得るようになされており、低域側
の周波数特性を維持したまま、高域側の周波数特性を切
り換えて、通過帯域の周波数特性を切り換えられるよう
になされている。

【００２０】なお、ループフィルタ１２として、図４に
示す逆Ｓ字状の周波数特性を有する２次のローパスフィ
ルタを適用したのは、位相同期状態で安定した動作が得
られるように低域側を優先させると共に、同期引き込み
等を考慮すると高域に対しても応答できるようにする必
要があるためである。

【００２１】ここで、この実施例においては、高域側の
一方の角周波数Ｔ2 が、同期開始時に充分な応答特性が
得られる周波数に選定されるのに対して、他方の角周波
数Ｔ3 が、位相同期後に、発振信号Ｓ２の位相雑音を低
減し、また外乱、雑音に対して安定した発振出力を得る
ことができる周波数に選定されている。

【００２２】この実施例の場合、位相検出回路３とし
て、位相比較対象の２信号Ｓ１及びＳ２の同期・非同期
を指示する同期識別信号を出力するものを適用する。例
えば、位相差信号の直流レベル（ループフィルタ１２よ
り帯域が狭いフィルタ等を用いて）をモニタする構成を
有するものを適用している。判定回路１３は、この同期
識別信号に応じて選択回路１４を切り替える。なお、判
定回路１３が、位相差信号Ｓ３の直流レベルをモニタす
ることにより、電圧制御発振器４からの発振信号Ｓ２が
基準信号Ｓ１に位相同期したか否か判断するものであっ
ても良い。

【００２３】判定回路１３は、位相同期したと判断した
場合、ループフィルタ１２に切り換え信号を出力し、選
択回路１４の接点を抵抗Ｒ21から抵抗Ｒ22側に切り換え
る。これにより、判定回路１３は、外乱等により動作中
に同期がはずれた場合、ループフィルタ１２の高域側通
過帯域を高周波数側に切り換えて応答特性を向上し、こ
れにより速やかに位相同期させる。

【００２４】また、判定回路１３は、一旦電圧制御発振
器４が位相同期すると、今度はループフィルタ１２の高
域側通過帯域を低周波数側に切り換え、これにより電圧
制御発振器４から出力される出力信号Ｓ２の位相雑音を
低減し、外乱、雑音に対して安定した発振出力が得られ
るようにする。

【００２５】この実施例においては、ループフィルタ１
２を２次のローパスフィルタで形成し、低域側の周波数
特性を一定の特性に維持したまま、単に高域側の角周波
数Ｔ２、Ｔ３を切り換えて通過帯域を切り換えているの
で、選択回路１４を切り換えた場合でも、同期状態を安
定に維持することができる。

【００２６】すなわち、位相誤差が小さくなると、位相
差信号Ｓ３においては、その分高域成分が減少して低域
成分が増大する特徴があり、位相同期すると位相誤差の
直流レベルはほぼ０レベルに収束する。これによりルー
プフィルタ１２において、低域側の周波数特性を一定の
特性に維持したまま、高域側を切り換えて通過帯域を切
り換えるようにすれば、同期した後選択回路１４に接点
を切り換えた場合でも、同期した状態を安定に維持する
ことができる。

【００２７】以上の構成において、外乱等により位相同
期ループ回路１１の同期がはずれた場合に、ループフィ
ルタ１２においては、選択回路１４において抵抗Ｒ21が
選択され、通過帯域が高域側に保持される。これにより
位相同期ループ回路１１は、位相検出回路３から出力さ
れる位相差信号Ｓ３に基づいて、電圧制御発振器４の発
振周波数を制御するにつき、高速度で制御することがで
き、応答速度を向上することができる。

【００２８】このようにして位相同期すると、ループフ
ィルタ１２においては、選択回路１４において抵抗Ｒ22
が選択され、通過帯域が低域側に保持される。これによ
り位相同期ループ回路１１は、位相検出回路３から出力
される位相差信号Ｓ３に基づいて、電圧制御発振器４の
発振周波数を制御するにつき、電圧制御発振器４から出
力される出力信号Ｓ２の位相雑音を低減し、外乱、雑音
に対して安定した発振信号Ｓ２を出力する。

【００２９】以上のように、上記実施例によれば、同期
確立時には、ループフィルタ１２の通過帯域を高域側に
保持し、位相同期すると、ループフィルタ１２の通過帯
域が低域側に切り換えることにより、応答速度を向上す
ることができ、また位相同期後は、位相雑音を低減し、
外乱、雑音に対して安定した発振出力を得ることができ
る。

【００３０】また、上記実施例によれば、ループフィル
タ１２を２次のローパスフィルタで形成し、低域側の周
波数特性を一定の特性に維持したまま、単に高域側の周
波数特性を切り換えて通過帯域を切り換えたことによ
り、同期した後選択回路１４に接点を切り換えた場合で
も、同期した状態を安定に維持することができる。

【００３１】なお、上記実施例においては、位相差信号
Ｓ３に基づいて同期したか否か判断した場合について述
べたが、本発明はこれに限らず、例えばループフィルタ
１２の出力信号に基づいて同期したか否か判断する場合
等、種々の判断方法を広く適用することができる。

【００３２】また、上記実施例においては、２次のロー
パスフィルタでなるラグリードフィルタでループフィル
タを形成した場合について述べたが、本発明はこれに限
らず、２次以上のローパスフィルタで高域側の周波数特
性を切り換えるようにすれば、上記実施例と同様の効果
を得ることができる。

【００３３】さらに、上記実施例においては、ループフ
ィルタ内の一部要素を切り替えて周波数特性を切り替え
るものを示したが、高域側の周波数特性が異なる２種類
のループフィルタを用意し、ループフィルタ全体を切り
替えるようにしても良い。特許請求の範囲の表現はこの
場合を含むものである。

【００３４】さらにまた、上記実施例においては、同期
／非同期でループフィルタの特性を切り替えるものを示
したが、他の観点からループフィルタの特性を切り替え
るようにしても良い。例えば、ＰＬＬ動作の動作特性で
あるダンピングファクタや雑音帯域等に着目して切り替
えるようにしても良い。

【００３５】上記実施例においては、分周回路を備えな
い位相同期ループ回路に本発明を適用したものを示した
が、電圧制御発振器の出力段に分周回路を備える位相同
期ループ回路にも本発明を適用することができる。すな
わち、発振信号を分周して位相検出回路に入力する位相
同期ループ回路にも適用できる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、少なく
とも電圧制御発振器と位相検出回路とループフィルタと
を有する位相同期ループ回路において、ループフィルタ
として２次以上のローパスフィルタを適用すると共に、
ループ動作特性に応じて、ループフィルタの高周波側通
過帯域を切り換える特性切換え手段を設けたので、位相
雑音を低減でき、かつ安定した発振出力を得ることがで
き、しかも応答特性も向上できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の位相同期ループ回路を示すブロック図
である。

【図２】従来の位相同期ループ回路を示すブロック図で
ある。

【図３】そのループフィルタの特性を示す特性曲線図で
ある。

【図４】実施例のループフィルタの特性を示す特性曲線
図である。

【符号の説明】

１１……位相同期ループ回路、２……基準発振器、３…
…位相検出回路、４……電圧制御発振器、１２……ルー
プフィルタ、１３……判定回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも電圧制御発振器と位相検出回
   路とループフィルタとを有する位相同期ループ回路にお
   いて、 上記ループフィルタとして２次以上のローパスフィルタ
   を適用すると共に、 ループ動作特性に応じて、上記ループフィルタの高周波
   側通過帯域を切り換える特性切換え手段を設けたことを
   特徴とする位相同期ループ回路。
2. 【請求項２】 上記ループフィルタとして、その入出力
   端子間に直列に設けられた第１の抵抗と、その出力端子
   及び及びグランド端子間に直列に接続された第２の抵抗
   及びコンデンサとを備えるラグリードフィルタを適用
   し、上記特性切換え手段が、上記第２の抵抗の値を切り
   替えることを特徴とする請求項１に記載の位相同期ルー
   プ回路。
3. 【請求項３】 上記位相検出回路として、位相比較対象
   の２信号の同期・非同期を指示する同期識別信号を出力
   するものを適用すると共に、上記特性切換え手段が、同
   期識別信号の指示内容に基づいて、上記ループフィルタ
   の高周波側通過帯域を切り換えることを特徴とする請求
   項１又は請求項２に記載の位相同期ループ回路。