JPS5845868B2 - ト−ン復号回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ループ内で発生された制御信号によって決定
される周波数を持つ信号を発生するよう位相制御ループ
として組込まれた制御可能な発振器と、トーン復号回路
の入力信号と制御発振器からの第１の信号に応動して入
力信号と被制御発振器の第１の信号の大きさにしたがっ
て大きさの決まる信号を発生する同期検出器とを含むト
ーン復号器回路（こ関する。

従来技術においては、位相制御ループトーン復号器は２
次位相制御ループを使用していた。

このようなループは位相検波器と、低域フィルタと、被
制御発振器とをループ中に含んでいる。

低域フィルタはループの引き込み範囲と所望の周波数範
囲を決定する。

引き込み範囲と検出範囲は近接している。

同期検出器は復号器の入力信号と発振器の出力とに応動
して入力信号トーンと発振器出力が互に同相にあるとき
には強い出力信号を生ずるようになっている。

このようなトーン復号器では、入力信号をとらえるのＧ
こ必要な時間は２次位相制御ループのフィルタの通過帯
域の逆数に従って変化する。

低域フィルタの構成要素を選定することによって通過帯
域は非常に狭くすることができるが、引き込み速度は帯
域とは逆比例する。

狭帯域低域フィルタに必要となる部品では長い時定数が
必要なため、検出器の動作がおそくなるのである。

狭い帯域で信号を短い時間の間に復号する必要のあると
きでも、このような２次位相制御ループでは信号を捕捉
して信号が終了する前にこれを復号することができない
ことがある。

従って与えられた信号が所定の狭い周波数範囲に入って
いるかどうかを短い時間の間で決定する狭帯域トーン復
号器装置が必要となる。

上述の問題は次のような本発明によって解決される。

すなわちトーン復号回路は、ループ内の制御信号に応動
して発生された信号が所定の周波数範囲内に入っている
ときに、これを監視するように位相制御ループに入った
手段を含み、ループは所定の周波数範囲より実質的に広
い引き込み範囲を持つことを特徴とする。

これらの目的はループ内で発生された制御信号によって
決定される周波数を有する信号を発生するよう位相制御
ループに接続された制御発振器を含むトーン復号回路に
よって実現される。

同期検出器はトーン復号器の入力信号と制御発振器から
の信号に応動して入力信号と制御発振器からの信号とに
従う大きさを持つ信号を発生する。

ある回路がループ内の制御信号を監視し、発生された信
号が所定の周波数範囲内（こあるときに、これを判定す
る。

第１図を参照すれば、同図には端子（入力）で受信され
た信号が所定の範囲内にあり、所定の時間幅の間振幅が
スレショルドを越えているかどうかを監視する高速動作
狭帯域トーン復号回路１０を示している。

入力信号が適切な周波数、振幅および時間幅の組合わせ
を持っているときにはいつでも端子（出力）に出力信号
が生ずる。

これ以外のときには出力信号は生じない。

復号回路１０は高速動作位相制御ループ１１とウィンド
ウ比較器１２および同期検出器１３を組合わせたものを
含んでいる。

高速動作ループ１１は単純な１次位相制御ループである
。

これは位相検出器１４とリード１８゜１９および２０と
抵抗２２を通してループに接続された電流制御発振器１
６とを含んでいる。

位相検出器１４は出力として電流を生ずる種々の周知の
位相検出器の内のどのようなものであってもよい。

本発明の一実施例においては、周期ごとに同一の勾配で
逆極性の電流−位相伝達特性を持つ二重平衡型三角比較
器が使用されている。

位相検出器１４は２つの入力信号を受信する。

この位相検出器は２つの入力信号を受信する。

このような位相検出器の一方の入力信号は１対のリード
２３を通してトーン復号器に複線で与えられる修正人力
信号である。

差動増幅器２６が受信人力信号を位相検出器１４に与え
られる２レベルの平衡した矩形波に変形するための差動
増幅器が入力回路に挿入されている。

差動増幅器２６は電圧レベルを変化し入力信号の零交叉
は変化しない。

位相検出器１４の第２の入力信号は１対の複線リード２
０を通して位相検出器１４に発振器１６が与えられる。

位相制御ループ１１は充分高い振幅を持ちループの広い
周波数引き込み範囲に入る周波数を持つ任意のトーンに
よって短時間で引きこまれる。

これは１次ループであるからループは入力信号を迅速に
捕えることができる。

発振器１６はループ内の１次のネットワーク要素である
。

リード１８は位相検出器１４によって発生された制御電
流を抵抗２２およびリード１９を通して電流制御発振器
１６の制御入力に与える。

トーン復号回路はトーン検出の応用に向くように設計さ
れているから、発振器は所望の検出範囲の中心に近い公
称の動作周波数を持つ安定な発振器であるべきである。

安定な発振器についてはＲ，Ｒ，コーゲルの名で公告さ
れている１温度補償された電圧制御エミツク結合マルチ
バイブレーク″と題する米国特許第３９０４９８９号に
詳しく述べられている。

この特許には温度依存性のある電流源の出力電流とコン
バータの出力信号電流の代数的な和であるバイアス電流
によって決まる周波数で動作するように構成された電流
制御発振器が述べられている。

信号電流は差動電圧・電流変換器Ｏこよって与えられる
。

第１図の構成では変換器の出力信号電流は抵抗２２、リ
ード１９を通して制御発振器１６にいたる制御電流にお
きかえられている。

制御電流にどのような変化が生じても発振器の動作周波
数には対応する変化が生ずる。

この結果として発振の周波数はリード２３の対を通して
与えられる修正入力信号にロックすること（こなる。

位相制御ループ１１においては、位相検出器１４と発振
器１６の間の通路には電圧降下用の抵抗２２と並列コン
デンサ２４しか入っていないから、入力信号周波数の捕
捉は極めて急速に行なわれる。

発振器から制御電流を分路する容量性あるいは抵抗性の
通路は何もない。

匍］御発振器１６からは２つの出力が生ずる。

発振器とその出力に応動する移相器２５は同一の周波数
を持つか異る位相を持つ出力信号を１対のリード２０お
よび２８上ｌこ生ずる。

本発明の実際の実施例においては、この移相操作は関連
する発振器回路の中で実行される。

第１の出力は１対のリード２８上に生ずる。

位相同期状態では、リード２８上の信号はリード２３上
の修正入力信号と実質的に位相同期している。

発振器１６の第２の出力はり一ド２０上で生ずる。

リード２０上の信号は位相同期がとれている間はリード
２８上の信号と９０度ずれている。

リード２０および２８上の信号の間の位相差はかなりの
幅でどのような大きさであってもよいが、約９０度の位
相差が実際上容易に実現できるものである。

１対のリード２０上の発振器出力信号が、ＩＪ−ド対２
３上の修正入力信号と共に位相検出器１４の入力に与え
られる。

修正入力信号の周波数あるいは位相と発振器出力信号の
周波数あるいは位相の間にどのような差があっても、リ
ード１８上に制御信号電流を生ずる。

制御電流の極性は入力と発振信号の相対周波数と位相に
よって決まる。

位相検出器１４１こよって発生された信号電流を監視し
て制御発振器１６によって発生された信号が所定の周波
数範囲に入っていることを判定するために復号回路には
ウィンドウ比較器が挿入されている。

比較器１２はリード１８および１９の制御信号電流によ
って生ずる抵抗２２の電圧降下を監視することによって
発振器１６からの信号周波数について判定する。

これに対して従来技術においては、検出範囲はどのよう
な周波数がループ中に設けられ低域フィルタを通るかに
よって決定されていた。

高速応答の１次網である第１図のトーン復号回路１０は
従来技術の低速応答の２次網に比べて大きな利点を持つ
ことになる。

第３図を参照すれば、この図にはウィンドウ比較器１２
の説明図が示されている。

ウィンドウ比較器の入力はトランジスタ３０および３１
を含む差動電圧比較器を通して与えられる。

他のトランジスタ３２は差動電圧比較器のための定電流
源である。

定電流源３４および３５はそれぞれトランジスタ３０お
よび３１のコレクタ回路に接続されている。

定電流源３４および３５の各々は差動増幅器が平衡して
いるときに、それに関連したトランジスタ３０および３
１を通して流れるより大きい電流を供給するようｔこ構
成されている。

このようなときには、電流源３４および３５は飽和して
、出力スイッチングトランジスタは消勢される。

これらの出力スイッチングトランジスタはベース駆動電
流が不足するために平衡状態では消勢されるのである。

第１図の抵抗２２は位相検出器１４の出力のリード１８
と制御発振器１６の入力リード１９の間に直列に入って
いるものであるが、第３図ではウィンドウ比較器１２の
トランジスタ３０および３１のベース電極に直接接続さ
れている。

第１図の位相検出器１４から抵抗２２を通して電流制御
発振器に流れる制御電流によって発生した電圧降下ｌこ
よってウィンドウ比較器１２の動作が制御される。

第４図および第５図に示すように、ウィンドウ比較器は
抵抗２２の電圧降下の変化によって３つの異る状態で動
作する。

付勢信号、すなわち無出力電流は制御発振器が所定の周
波数範囲内にあることが、抵抗２２の電圧降下の大きさ
によって示されたときにウィンドウ比較器によって発生
される。

静止信号、すなわち高レベル電流Ｉ４０は発振器の信号
が所定の周波数範囲外にあるときに発生され、また抵抗
２２の電圧降下の大きさによって示される。

第６図を参照すれば、図には発振周波数の関数としての
制御電流特性のグラフを示している。

第６図において検出範囲は引き込み範囲より本質的に狭
くなっていることに注意しておく。

検出の範囲の限界は水平の周波数軸上に示されている。

これらの限界は両方の極性の制御電流の大きさを決定す
る。

その限界は第４図及び第５図の差電圧（こ変換される。

入力信号周波数が発振器の中心周波数ｆ。

に等しけれは、制御電流はＯとなり、抵抗２２による電
圧降下はＯである。

差動対は平衡して比較器電流１１．Ｉ２は等しくなる。

この状態では差動増幅器は平衡しているから、電流源３
４および３５は飽和してトランジスタ３７．３８は消勢
される。

トランジスタ３７および３Ｂあるいはり一ド４０のいず
れを通しても出力電流は流れず、同期検出器１３の制御
端子への電流は生じない。

リード４０に電流が存在しないことは、電流制御発振器
１６の出力周波数が所定の周波数範囲に入っていること
を示す。

入力信号周波数が制御発振器１６の中心周波数から外れ
てくると、第１図の位相検出器１４からのある制御電流
が、抵抗２２を通して制御発振器（こ流れる。

抵抗２２の両端のいずれかの極性の電圧降下によって第
３図のトランジスタ３０，３１を含む差動増幅器が不平
衡となり、そのコレクタ回路には不均等な電流が流れる
。

例えば、もし不平衡の度合が小さくて、高い方の入力電
圧を持ったトランジスタ３０、そのコレクタ電流源３４
によって供給されただけの電流を流すことができなけれ
ば、トランジスタ３７および３８は共に消勢されたまま
である。

もしトランジスタ３１の入力の方が高くても、それが電
流源３５の電流をすべて流さなければこの状態が成立す
る。

このときにはリード４０を通してトランジスタ３７．３
８から第１図の同期検出器１３の制御端子（こ電流が流
れることはない。

この条件は前記の平衡条件と同様に、制御発振器からの
出力信号の周波数が所定の周波数検出範囲内に入ってい
ることを示す。

入力信号周波数が発振器の中心周波数から大幅にちがっ
てくると、位相検出器１４から抵抗２２を通して発振器
１６にいたる制御電流は増加する６抵抗２２による電圧
降下によって、トランジスタ３０および３１を含む差動
増幅器は不平衡となって、そのトランジスタの一方がそ
のコレクタ回路から与えられるより多くの電流を流すこ
と（こなる。

トランジスタ３１が電流源３５から与えられるより多く
の電流を流すと仮定すれば、ペースエミッタ電流がトラ
ンジスタ３８を通して流れ、これか導通ずるようにこれ
を付勢する。

このときトランジスタ３８は静止信号リード４０を通し
て出力電流Ｉ４０を第１図の同期検出器１３に供給する
。

この電流は同゛期検出器からの出力信号を禁止して発振
器の信号が所定の周波数検出範囲外にあることを示す。

先に述べたよう（こ、第１図の抵抗２２を通る制御電流
は電流制御発振器１６の発振周波数を制御するバイアス
電流の１つの要素である。

所定の周波数検出範囲の帯域幅は抵抗２２の大きさを選
択することによって変化される。

第１図および第３図において、抵抗２２と並列のコンデ
ンサ２４は高周波信号を短絡して、ウィンドウ比較器が
制御電流の平均値にだけ応動するようにするものである
。

周期検出器１３は位相検出器１４として選定したものに
似て多数の検出器の内の任意の選択したものでよい。

同期検出器リード２３上の修正入力信号と制御発振器１
６の第１の出力とに応動する。

発振器１６の第１の出力はり一ド２８上に生じて、同期
検出器１３の一方の入力を駆動する。

リード２０上の発振器１６の第２の出力は位相検出器１
４の第１の入力を駆動する。

位相検出器１４の第２の入力および同期検出器１３の第
２の入力はり一ド２３上の修正入力信号によって駆動さ
れる。

リード２３上の入力信号が所定の時間の間、所定のスレ
ショルドを越えていると、入力信号が所定の周波数範囲
にある場合、同期検出器１３は出力信号を生ずる。

ウィンドウ比較器１２によって発生された付勢および静
止信号はり一ド４０を通して同期検出器１３に結合され
、発振出力周波数が所望の範囲内にあればその検出器の
出力を付勢し、発振出力周波数がその範囲外にあれば検
出器の出力を静止させる。

同期検出器１３からの出力信号は、リード４２ヲ通シて
フィルタコンデンサ４５とスレショルド比較器５０とに
結合される。

コンデンサ４５はリード４２と接地との間に接続されて
おり、低周波信号をスレショルド比較器５０に通し、高
周波信号を路する。

規準電圧■Ｒはスレショルド比較器５０の他方の入力に
与えられており、ターンオン遅れとターンオフ遅れの比
を決定する。

選定された時間の間充分な振幅を持つような同期検出器
からの信号は、スレショルド電圧ＶＲ，を越え、スレシ
ョルド比較器５０の出力をスイッチし、発振器が入力信
号にロックされて、発振器と入力信号は所定の周波数範
囲内に入っていることを示す。

第１図において、スレショルド比較器の入力端子４０ａ
はウィンドウ比較器１２からの静止および付勢信号が同
期検出器１３ではなく、スレショルド比較器に与えられ
ることを表示するために図示されている。

設計者が望むならば、ウィンドウ比較器からのリード４
０を端子４０ａを通してスレショルド比較器に与えて出
力信号を静止させることができる。

静止信号と付勢信号を同期検出器に与えるか、スレショ
ルド比較器に与えるかの選択によって、静止および付勢
信号は上述したのと逆の意味で使用することができる。

逆の意味では、同期検出器１３あるいはスレショルド比
較器５０は、発振周波数が所望の範囲内にあるときに消
勢され、発振周波数が範囲外にあるときには付勢される
。

第２図を参照すれば、図には位相制御ループが第１図に
示すように電流制御発振器１６ではなく、電圧制御発振
器５６を含むような高速動作位相制御トーン検出器５６
の実施例を示している。

電圧制御発振器５６と帰還ループをウィンドウ比較器１
２に結合するある種のフィルタ回路を除く装置の残りの
部分は、第１図の回路と同様である。

第１図で示されたと同一の符号が第２図でも同様の部分
を示すため（こ使用されている。

抵抗６２はウィンドウ比較器１２の一方の入力と直列に
リード１Ｂとその入力の間に接続されている。

コンデンサ６３は第１図の構成と同様にウィンドウ比較
器１２を動作する電圧降下を発生する。

しかしながら、抵抗６２とコンデンサ６３は従来技術の
狭帯域位相制御ループのトーン復号器よりはるかに広い
帯域幅を持つようにしておくのが有利である。

フィルタはループ中には入っていないから、このフィル
タの存在は位相制御ループの動作に影響を与えることは
ない。

周波数範囲は低域フィルタによって設定されるのではな
しに、ウィンドウ比較器１２によって測定される。

第２図の抵抗６２およびコンデンサ６３を含むフィルタ
の帯域が広ければ、入力信号を高速に検出することがで
きる。

この高速の動作によって、復号回路は所定の帯域幅の中
０こ入っている周波数を持つ短時間のトーンを急速に検
出することができる。

次に第７図を参照すれば、図には従来技術の位相制御回
路の特性曲線を示している。

第７図は第６図の発振器の制御電流対周波数の特性を示
している。

しかしながら、従来技術では引き込み範囲と検出範囲は
等しいが、検出範囲は本発明の引き込み範囲よりははる
かに狭いことがわかる。

本発明を要約すれば次の通りである。

１、ループ内に発生した制御信号によって決定される周
波数を持つ信号を発生するための位相制御ループに接続
された制御発振器と、 トーン復号回路の入力信号と制御発振器からの第１の信
号に応動して入力信号と制御発振器からの第１の信号の
大きさに従って決まる大きさを持つ信号を発生するため
の同期検出器と、ループに接続されループ内の制御信号
に応動して発生された信号が所定の周波数範囲０こ入っ
ているとき１ここれを監視する手段と を含むトーン復号回路である。

２、＠記第１項に記載のトーン復号回路において、該同
期検出器によって発生された信号の大きさを規準値と比
較して制御発振器によって発生された第１の信号が所定
の周波数範囲に入っているときにこれを示す手段を含み
、 該監視手段は制御発振器からの第１の信号が所定の周波
数範囲外にあるときに該同期検出器に表示信号を与える
トーン復号回路である。

３、前記第２項に記載のトーン復号回路において、該位
相制御ループは、 電流制御発振器と、 トーン復号回路の入力信号と制御発振器からの第２の信
号とに応動してループ内の電流として制御信号を発生し
、第２の信号は制御発振器の第１の信号とは異る位相を
持つようになっている位相検出器と、 該制御信号電流を電流制御発振器に結合する手段とを含
み、 該監視手段は制御信号電流に応動して同期検出器（こ対
して表示信号を与える手段を含むトーン復号回路である
。

４、前記第３項に記載のトーン復号回路において、ウィ
ンドウ比較器は入力信号周波数が所定の周波数範囲外（
こあるときに談制御信号電流に応動して表示信号を発生
する。

トーン復号回路である。

５、＠記第２項に記載のトーン復号回路において、該位
相制御ループは、 電圧制御発振器と、 該トーン復号回路の入力信号と該制御発振器からの第２
の信号に応動して電圧として制御信号を発生し、該第２
の信号は制御発信器からの第１の信号とは異る位相を持
つようになっている位相検出器と、 該制御信号電圧を電圧制御発振器に結合する手段とを含
み、 該監視手段は該制御信号電圧に応動して同期検出器（こ
対して表示信号を与えるウィンドウ比較器 を含むトーン復号回路である。

前記第１項（こ記載のトーン復号回路において、該同期
検出器によって発生された信号の大きさを規準値と比較
して該制御発振器からの第１の信号が所定の周波数範囲
に入っていればこれを示す手段をさら（こ含み、 該監視手段は該制御発振器からの第１の信号が所定の周
波数範囲に入っているときに同期検出器に対して表示信
号を与える ようＱこなったトーン復号回路である。

７、前記第１項に記載のトーン復号回路において、該同
期検出器によって発生された信号の大きさを規準値と比
較し制御発振器からの第１の信号が所定の周波数範囲に
あるときにこれを示す手段をざら（こ含み、 該監視手段は制御発振器からの第１の信号が所定の周波
数範囲の外Ｑこあれば比較手段に対して表示信号を与え
る。

ようになったトーン復号回路である。

８、前記第７項Ｏこ記載のトーン復号回路において、該
位相制御ループは、 電流制御発振器と、 トーン復号回路の入力信号と制御発振器からの第２の信
号とに応動してループ内の電流として制御信号を発生し
、該第２の出力信号は制御発振器の第１の信号とは異る
ようになっている位相検出器と、 該制御信号電流を電流制御発振器に結合する手段とを含
み、 該監視手段は該制御信号電流Ｏこ応動じて該比較手段（
こ対して表示信号を与えるウィンドウ比較器を含む トーン復号回路である。

９、前記第８項（こ記載のトーン復号回路において、ウ
ィンドウ比較器は人力信号周波数が所定の周波数範囲の
外（こあるときに制御信号電流に応動して該表示信号を
発生する トーン復号回路である。

１０、＠記第６項に記載のトーン復号回路において、該
位相制御ループは、 電圧制御発振器と、 トーン復号回路の入力信号と該制御発振器の第２の信号
に応動して電圧として制御信号を発生し、該第２の信号
は制御発振器からの該第１の信号とは位相がずれている
ようになった位相検出器と、 該制御信号電圧を電圧制御発振器に結合する手段とを含
み、 該監視手段は制御信号電圧に応動して比較手段に対して
表示信号を与えるウィンドウ比較器を含む ようなトーン復号回路である。

１１、前記第１項に記載のトーン復号回路において、さ
らに同期検出器によって発生された信号の大きさを規準
値と比較し制御発振器の第１の信号が所定の周波数範囲
に入っているときにこれを示す手段を含み、 該監視手段は制御発振器からの第１の信号が所定の周波
数範囲に入っているときに表示信号を与える ようなトーン復号回路である。

１２、＠記第１項に記載のトーン復号回路において、位
相同期ループは該所定の周波数範囲より本質的に広い引
き込み範囲を持つトーン復号回路である。

１３、前記第１２項に記載のトーン復号回路（こおいて
、 位相制御ループは１次ループであるトーン復号回路であ
る。

１４、前記第１２項に記載のトーン復号回路において、 位相制御ループは２次ループであるトーン復号回路であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従うトーン復号装置の一実施例のブロ
ック図、第２図は本発明に従うトーン復号装置の他の実
施例のブロック図、第３図はウィンドウ比較器の説明図
、第４図および第５図はウィンドウ比較器の動作特性図
、第６図は第１図および第２図の実施例の位相制御ルー
プの動作特性図、第７図は従来技術の位相制御ループの
動作特性図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 制御発振器（例えば１６）に接続されて引き込み範
   囲を有する位相制御ループを形成し、トーン復号回路へ
   の信号と、該制御ループ中で発生される制御信号によっ
   て周波数の決定される信号を発生する前記制御発振器か
   らの信号とに応動するようにした位相検出器（例えば１
   ４）と、トーン復号回路への信号と前記制御発振器から
   の信号とに応動じて、該二つの信号の大きさに依存する
   大きさを持つ信号を発生する同期検出器（例えば１３）
   と、 前記位相制御ループに接続され、該ループ内の前記制御
   信号（例えばリード１９上）に応動して、前記制御発振
   器によって発生された信号（例えばリード２０上）が該
   位相匍脚ループの引込み範囲より実質的に狭い所定の周
   波数範囲内にあるときを監視し、該制御発振器からの信
   号（例えばリード２Ｂ上）が前記所定の周波数範囲外に
   あるとき前記同期検出器からの信号を禁止する監視手段
   （例えば１２）とを含むトーン復号回路。