JPH09149016A - 位相制御ループ方式 - Google Patents

位相制御ループ方式

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JPH09149016A
JPH09149016A JP30105695A JP30105695A JPH09149016A JP H09149016 A JPH09149016 A JP H09149016A JP 30105695 A JP30105695 A JP 30105695A JP 30105695 A JP30105695 A JP 30105695A JP H09149016 A JPH09149016 A JP H09149016A
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    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
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    • H03L7/06Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/08Details of the phase-locked loop
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    • H04L7/02Speed or phase control by the received code signals, the signals containing no special synchronisation information
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サンプリング周波数近傍で位相の揺らぎが発
生する場合でも精度良くクロックを再生することができ
る位相制御ループ方式を提供する。 【解決手段】 送信側計数値φinが受信されるごと
に、受信計数カウンタ11から計数値φoutが読出さ
れて、減算器12にて送信側計数値φinと減算され、
その出力eが、第1の減衰器13に入力されてΔf1と
なって第2の減衰器14に入力され、されに積分器15
に入力されて積分出力Δf2として出力される。一方、
Δf1は加算器16にも入力され、積分出力Δf2と加
算されて変換器17に入力されて、電圧信号に変換され
て電圧制御発振器18に供給される。これにより、電圧
制御発振器18から加算器16の出力に応じた周波数の
クロックφout(fv)が受信側クロックとして再生
出力され、受信計数カウンタ11に入力され計数値φo
utが逐次更新される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、位相制御ループ方
式に関し、特にランダムな時間間隔で送られてくる時刻
情報からクロックを再生する位相制御ループ方式に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、送信側と同期したクロックを受
信側にて再生する場合、送信側にて送信信号中に時刻情
報を変調して送信し、これを受信側にて復調することに
よりクロックを再生する位相制御ループ方式(以下、P
LLという:Phase-Looked Loop )が用いられる(例え
ば、ITU−T勧告H.220.0など)。
【0003】特に、送信側と受信側と間でディジタル信
号を用いてデータを伝送する場合には、位相情報をアナ
ログ/ディジタル変換した後、ディジタル信号処理を用
いてクロックを再生するディジタル信号処理型PLL
(以下、DPLLという)が用いられる(例えば、Jose
ph Garodnick ,et al: "Response of an All Digital P
hase-Looked Loop", IEEE TRANS. COMM. Vol.COM-22,N
o.6,June1974, pp751-764など)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】したがって、このよう
な従来の位相制御ループ方式では、特にDPPLを用い
た場合、サンプリング周波数の近傍で発生する位相の揺
らぎ(ジッタ)を抑制することができず、送受信間を接
続する網として非同期の通信網を用いることができない
という問題点があった。例えば、図9に示すように、A
TM(非同期転送モード)通信網4を介して送信側と受
信側とが結ばれている場合、送信側では、送信基準クロ
ック源(OSC)2からの周波数fs(Hz)のクロッ
クに基づいて計時する時計(カウンタ)1からランダム
な間隔で時刻が読出され、時刻情報3としてATM通信
網4に送信される。
【0005】この時刻情報3は、所定間隔Ts秒以内の
ランダムな間隔で時計1から読出されるものとし、その
値(高さ)は直前の読出しからの経過時刻Tを示す。受
信側では、ATM通信網4を介して時刻情報3を受信時
刻情報5として受信し、PLL6によりクロックが再生
される。ここで、ATM通信網4におけるセルの遅延変
動(以下、CDVという:CellDelay Variation)によ
り、受信時刻情報5の到着時刻が変動する。
【0006】したがって、この場合には時刻情報が2π
fs・nTで表現されることから、ATM通信網4のC
DVは位相の揺らぎ(ジッタ)7として現れ、従来のD
PLLではこの種の位相の揺らぎを抑制できないことか
ら、信号品質の劣化の原因となり、送信側と受信側とを
接続する網として非同期の通信網を用いることができな
いという問題点があった。本発明はこのような課題を解
決するためのものであり、サンプリング周波数近傍で位
相の揺らぎが発生する場合でも精度良くクロックを再生
することができる位相制御ループ方式を提供することを
目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による位相制御ループ方式は、受信側
にて再生された受信側クロックを計数することにより時
刻情報として計数値を出力する受信計数カウンタと、送
信側からの時刻情報を受信するごとに、この時刻情報に
より示される送信側計数値と受信計数カウンタから読出
した計数値とを減算する第1の減算器と、この第1の減
算器の出力を減衰させる第1の減衰器と、この第1の減
衰器の出力を減衰させる第2の減衰器と、この第2の減
衰器の出力を積分する積分器と、第1の減衰器の出力と
積分器の出力とを加算する第1の加算器と、この第1の
加算器の出力を電圧信号に変換して保持出力する変換器
と、この変換器からの電圧信号に応じた所定の周波数の
受信側クロックを再生出力する電圧制御発振器とを備え
るものである。
【0008】また、積分器は、入力を一時的に記憶し出
力する記憶回路と、記憶回路の出力を1サンプル時間分
遅延させて出力する遅延回路と、第2の減衰器からの出
力と遅延回路の出力とを加算して記憶回路に入力する第
2の加算器とを備えるものである。したがって、受信側
で再生された受信側クロックの計数値と送信側計数値と
が第1の減算器にて比較され、その差分が第1の減衰器
にて減衰されるとともに、さらに第2の減衰器にて減衰
された後、積分器にて積分され、第1の減衰器の出力と
積分器の出力とが第1の加算器にて加算され、この加算
結果が変換器により電圧信号に変換され、この電圧信号
に応じた周波数の受信側クロックが電圧制御発振器から
再生出力される。
【0009】また、減算器と第1の減衰器との間に、減
衰器の出力を低域ろ波する1次低域ろ波器を備えるもの
である。さらに、1次低域ろ波器は、直列接続され、第
1の減算器から減算結果が入力されるごとに、その入力
値を順次シフトさせる複数の遅延回路と、第1の減算器
から減算結果が出力されるごとに各遅延回路の出力を加
算し、その加算結果を遅延回路の個数で除算することに
より移動平均値を出力する加算−除算器とを備えるもの
である。
【0010】また、1次低域ろ波器は、入力を1サンプ
ル分遅延させて出力する遅延回路と、遅延回路の出力を
乗算する第1の乗算器と、第1の減算器からの減算結果
が入力されるごとに、その入力値から第1の乗算器の出
力値を減算し、減算結果を遅延回路に出力する第2の減
算器と、遅延回路の出力を乗算する第2の乗算器と、第
2の減算器からの減算結果と第2の乗算器からの出力と
を加算する第3の加算器と、第3の加算器の出力を乗算
する第3の乗算器とを備えるものである。したがって、
受信側で再生されたクロックの計数値と送信側計数値と
が第1の減算器にて比較され、その差分が1次低域ろ波
器によりろ波された後、第1の減衰器にて減衰されると
ともに、さらに第2の減衰器にて減衰された後、積分器
にて積分され、第1の減衰器の出力と積分器の出力とが
第1の加算器にて加算され、この加算結果が変換器によ
り電圧信号に変換され、この電圧信号に応じた周波数の
クロックが電圧制御発振器から再生出力される。
【0011】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。図1は本発明の一実施の形態である位相
制御ループ方式のブロック図であり、前提として、前述
(図9参照)の位相同期システムの受信側PLLとして
配設されるものとし、送信側の構成も同様とする。同図
において、11は受信側にて再生した受信側クロックφ
out(fv)を計数する受信計数カウンタであり、送
信側にて基準クロックに基づいて時刻情報を出力する時
計1(図9参照)と同一構成となっている。
【0012】12は送信側からの時刻情報3すなわち送
信側計数値φinを受信するごとに受信計数カウンタ1
1からの計数値φout と送信側計数値φinと減算
する減算器(第1の減算器)、13は減算器12の出力
eを利得k1だけ減衰させる第1の減衰器、14は減衰
器13の出力Δf1を利得k2だけ減衰させる第2の減
衰器、15は第2の減衰器14の出力を積分する積分
器、16は第1の減衰器13の出力Δf1と積分器17
の出力Δf2を加算する加算器(第1の加算器)、17
は加算器16の出力を電圧信号に変換して保持出力する
変換器、18は利得Aを有し電圧信号に応じた所定の周
波数の受信側クロックφout(fv)を再生出力する
電圧制御発振器である。
【0013】また、図2は積分器を示すブロック図であ
り、22は入力を一時的に記憶しΔf2として出力する
記憶回路、23は記憶回路22の出力Δf2を1サンプ
ル時間分遅延させて出力する遅延回路、21は第2の減
衰器からの出力と遅延回路23の出力とを加算して記憶
回路22に入力する加算器(第2の加算器)である。こ
れにより、第2の減衰器14の出力が順次積分され、出
力Δf2として出力される。
【0014】次に、図1,2を参照して、本発明の第1
の実施の形態による位相制御ループ方式の動作について
説明する。送信側からの計数値φinが受信されるごと
に、受信計数カウンタ11からその時点の計数値φou
tが読出され、減算器12にて送信側計数値φinと減
算される。この減算結果すなわち位相差に相当する差分
出力eは、第1の減衰器13に入力され、利得k1だけ
減衰したΔf1となる。
【0015】このΔf1は、第2の減衰器14に入力さ
れ、されら利得k2だけ減衰して積分器15に入力さ
れ、積分出力Δf2として出力される。一方、Δf1は
加算器16にも入力され、積分出力Δf2と加算されて
変換器17に入力され、電圧信号に変換されて電圧制御
発振器18に供給される。したがって、電圧制御発振器
18から加算器16の出力に応じた周波数のクロックφ
out(fv)が受信側クロックとして再生出力される
とともに、これが受信計数カウンタ11に入力され計数
値φoutが逐次更新される。
【0016】実際には、第1の実施の形態による位相制
御ループ方式(図1参照)の位相伝達特性は、数1のよ
うに表現され、典型的2次系PLLの伝達特性を示すも
のとなる。
【0017】
【数1】
【0018】ここで、タンピングファクタζおよび角固
有周波数ωは、数2で与えられることから、数3に示す
ような典型的2次系PLLの伝達特性を得ることができ
る。さらに、S=jωとおくと、自乗利得|Y(ω)|
2 は、数4のようになり、PLLのジッタ帯域Bjは数
5のようになる。
【0019】
【数2】
【0020】
【数3】
【0021】
【数4】
【0022】
【数5】
【0023】このようにして、図1,2に示した第1の
実施の形態による位相制御ループ方式から、典型的2次
系PLLが実現される。また、系全体の引き込み時間T
cは、1次ループと2次ループとの重ね合わせであると
捉えることにより、数6のように表現できる。なおT1
は1次ループの引き込み時間、T2は2次ループの引き
込み時間を示している。
【0024】
【数6】
【0025】次に、図3を参照して、本発明の第2の実
施の形態について説明する。図3は、本発明の第2の実
施の形態を示すブロック図であり、前述した第1の実施
の形態(図1参照)の減算器12と第1の減衰器13と
の間に、1次低域ろ波器31を設けたものである。この
1次低域ろ波器31は、図4に示すような移動平均算出
回路から構成されている。
【0026】図4において、41〜4nはそれぞれ直列
に接続された遅延回路であり、減算器12の出力eが入
力されるごとに、これら遅延回路41〜4n−1に保持
する値が次段の遅延回路42〜4nにそれぞれシフトす
る。また40は減算器12の出力eおよび各遅延回路4
1〜4nの出力を加算集計し、遅延回路41〜4nの段
数nで除算する加算−除算器であり、減算器12の出力
eが入力されるごとに加算−除算動作、すなわち移動平
均算出動作を行って、その演算結果を第1の減衰器13
に出力する。
【0027】図5は、図4に示す1次低域ろ波器の周波
数特性を示す説明図である。なお、周波数fτは、平均
サンプリング間隔、すなわち時刻情報の平均到達時間を
Δtとし、遅延回路の段数をnとした場合に、τ=n×
Δtの逆数で示される値とした。
【0028】また図6は、1次低域ろ波器の他の構成例
である。同図において、61は減算器(第2の減算
器)、62は遅延回路、63,64,66は乗算器(第
1〜第3の乗算器)、65は加算器(第3の加算器)で
ある。遅延回路62に入力された値は、1サンプル分遅
延して乗算器63,64を介して、それぞれ減算器61
および加算器65に入力される。減算器61では、減算
器12の出力eが入力されるごとに、この出力eから乗
算器63の出力分が差し引かれ、遅延回路62および加
算器65に入力される。
【0029】また加算器65では、減算器12の出力e
が入力されるごとに、減算器61の出力と乗算器66と
の出力が加算され、乗算器66を介して第1の減衰器1
3(図3参照)に出力される。図7は、図6に示す1次
低域ろ波器の周波数特性を示す説明図である。この場
合、時刻情報が周期情報であった場合、各時刻情報の到
着周波数の1/2の点で特性が折り返されるとともに、
到着周波数の1/2の点で不安定となっている。
【0030】実際には、第2の実施の形態による位相制
御ループ方式(図3参照)の位相伝達特性は、1次低域
ろ波器の特性をH(S)とした場合、数7のように表現
され、3次系PLLの伝達特性を示すものとなる。
【0031】
【数7】
【0032】ここで、1次低域カットオフ特性H(S)
は、τ1をフィルタ時定数とすると、数8で与えられる
ものとなり、タンピングファクタζおよび角固有周波数
ωは、前述の数2で与えられることから、数9に示すよ
うな3次系PLLの伝達特性を得ることができる。さら
に、S=jωとおくと、自乗利得|Y(ω)|2 は、数
10のようになり、数11に示す条件が成立した場合に
実用的となる。
【0033】
【数8】
【0034】
【数9】
【0035】
【数10】
【0036】
【数11】
【0037】このようにして、図3および図4または図
6に示した第2の実施の形態による位相制御ループ方式
から、3次系PLLが実現される。この場合、系全体の
引き込み時間Tcは、それぞれの系の重ね合わせである
と捉えることにより、数12のように表現できる。
【0038】
【数12】
【0039】したがって、第1または第2の実施の形態
による位相制御ループ方式によれば、図8に示すような
周波数応答特性が得られる。なおダンピングファクタζ
および角固有周波数ωn,フィルタ時定数τ1を同一条
件とした場合を示している。図8において、2次系PL
L(2nd order)では、カットオフ周波数以上
のジッタ抑制特性が20dB/decであるのに対し
て、3次系PLL(3rd order)では40dB
/decのジッタ抑制特性が実現されている。
【0040】また、フィルタとして二重積分器を用いた
従来の3次系PLLでは、大きなジッタに対して安定し
ないという問題点があったが、本発明の第2の実施の形
態として示した3次系PLLでは、変換器17の前段に
位置する積分器15が1重であり、かつ1次低域ろ波器
を設けたので、対振幅ジッタに対して強い安定性を有す
る。さらに、同一のP−P値ジッタの抑制を実現する2
次系PLLに対して、系の引き込み時間を極めて短くす
ることが可能となる。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、受信側
で再生された受信側クロックの計数値と送信側計数値と
を第1の減算器にて比較し、その差分を第1の減衰器に
て減衰するとともに、さらに第2の減衰器にて減衰した
後、積分器にて積分し、第1の減衰器の出力と積分器の
出力とを第1の加算器にて加算し、この加算結果を変換
器により電圧信号に変換し、この電圧信号に応じた周波
数の受信側クロックを電圧制御発振器から再生出力する
ようにしたので、サンプリング周波数の近傍で発生する
位相の揺らぎ(ジッタ)を抑制することが可能となり、
送受信間を接続する網として非同期の通信網、例えばA
TM(非同期転送モード)通信網などを用いた場合でも
精度良くクロックを安定して再生することができる。ま
た、積分器として、入力を一時的に記憶し出力する記憶
回路と、記憶回路の出力を1サンプル時間分遅延させて
出力する遅延回路と、第2の減衰器からの出力と遅延回
路の出力とを加算して記憶回路に入力する第2の加算器
とから構成するようにしたので、比較的簡単な回路構成
により、積分回路を構成することが可能となる。
【0042】また、減算器と第1の減衰器との間に、減
衰器の出力を低域ろ波する1次低域ろ波器を設けたの
で、フィルタとして二重積分器を用いた従来の3次系P
LLと比較して、大きなジッタに対して強い安定性が得
られるとともに、同一のP−P値ジッタの抑制を実現す
る2次系PLLに対して、系の引き込み時間を極めて短
くすることが可能となる。
【0043】さらに、1次低域ろ波器として、直列接続
され、第1の減算器から減算結果が入力されるごとに、
その入力値を順次シフトさせる複数の遅延回路と、第1
の減算器から減算結果が出力されるごとに各遅延回路の
出力を加算し、その加算結果を遅延回路の個数で除算す
ることにより移動平均値を出力する加算−除算器とから
構成し、あるいは1次低域ろ波器として、入力を1サン
プル分遅延させて出力する遅延回路と、遅延回路の出力
を乗算する第1の乗算器と、第1の減算器からの減算結
果が入力されるごとに、その入力値から第1の乗算器の
出力値を減算し、減算結果を遅延回路に出力する第2の
減算器と、遅延回路の出力を乗算する第2の乗算器と、
第2の減算器からの減算結果と第2の乗算器からの出力
とを加算する第3の加算器と、第3の加算器の出力を乗
算する第3の乗算器とから構成したので、比較的簡単な
回路構成により、安定動作する1次低域ろ波器を構成す
ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態による位相制御ル
ープ方式のブロック図である。
【図2】 図1の積分器を示すブロック図である。
【図3】 本発明の第2の実施の形態による位相制御ル
ープ方式のブロック図である。
【図4】 図3の1次低域ろ波器を示すブロック図であ
る。
【図5】 図4の1次低域ろ波器の周波数特性を示す説
明図である。
【図6】 図3の他の1次低域ろ波器を示すブロック図
である。
【図7】 図6の1次低域ろ波器の周波数特性を示す説
明図である。
【図8】 図1および図3の位相制御ループ方式の周波
数応答特性を示す説明図である。
【図9】 一般的な位相同期システムを示す説明図であ
る。
【符号の説明】
11…受信計数カウンタ、12…減算器(第1の減算
器)、13…第1の減衰器、14…第2の減衰器、15
…積分器、16…加算器(第1の加算器)、17…変換
器、18…電圧制御発振器、21…加算器(第2の加算
器)、22…記憶回路、23遅延回路、31…1次低域
ろ波器、40…加算−除算器、41〜4n…遅延回路、
61…減算器(第2の減算器)、62…遅延回路、6
3,64,66…乗算器(第1〜第3の乗算器)、65
…加算器(第3の加算器)。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 任意の通信網を介して接続された送信側
    と受信側とから構成され、送信側は、所定の基準クロッ
    クを計数することにより計時した計数値を所定時間間隔
    以内の任意の時間間隔にて読出して時刻情報として送信
    し、受信側は、所定の位相制御ループ方式に基づいて、
    受信した時刻情報から送信側基準クロックの位相に同期
    した所定の受信側クロックを再生する位相同期システム
    において、 受信側にて再生された受信側クロックを計数することに
    より時刻情報として計数値を出力する受信計数カウンタ
    と、 送信側からの時刻情報を受信するごとに、この時刻情報
    により示される送信側計数値と受信計数カウンタから読
    出した計数値とを減算する第1の減算器と、 この第1の減算器の出力を減衰させる第1の減衰器と、 この第1の減衰器の出力を減衰させる第2の減衰器と、 この第2の減衰器の出力を積分する積分器と、 第1の減衰器の出力と積分器の出力とを加算する第1の
    加算器と、 この第1の加算器の出力を電圧信号に変換して保持出力
    する変換器と、 この変換器からの電圧信号に応じた所定の周波数の受信
    側クロックを再生出力する電圧制御発振器とを備えるこ
    とを特徴とする位相制御ループ方式。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の位相制御ループ方式にお
    いて、 積分器は、 入力を一時的に記憶し出力する記憶回路と、 記憶回路の出力を1サンプル時間分遅延させて出力する
    遅延回路と、 第2の減衰器からの出力と遅延回路の出力とを加算して
    記憶回路に入力する第2の加算器とを備えることを特徴
    とする位相制御ループ方式。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の位相制御ループ方式にお
    いて、 減算器と第1の減衰器との間に、減衰器の出力を低域ろ
    波する1次低域ろ波器を備えることを特徴とする位相制
    御ループ方式。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の位相制御ループ方式にお
    いて、 1次低域ろ波器は、 直列接続され、第1の減算器から減算結果が入力される
    ごとに、その入力値を順次シフトさせる複数の遅延回路
    と、 第1の減算器から減算結果が出力されるごとに各遅延回
    路の出力を加算し、その加算結果を遅延回路の個数で除
    算することにより移動平均値を出力する加算−除算器と
    を備えることを特徴とする位相制御ループ方式。
  5. 【請求項5】 請求項3記載の位相制御ループ方式にお
    いて、 1次低域ろ波器は、 入力を1サンプル分遅延させて出力する遅延回路と、 この遅延回路の出力を乗算する第1の乗算器と、 第1の減算器からの減算結果が入力されるごとに、その
    入力値から第1の乗算器の出力値を減算し、減算結果を
    前記遅延回路に出力する第2の減算器と、 前記遅延回路の出力を乗算する第2の乗算器と、 第2の減算器からの減算結果と第2の乗算器からの出力
    とを加算する第3の加算器と、 第3の加算器の出力を乗算する第3の乗算器とを備える
    ことを特徴とする位相制御ループ方式。
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