JPS584850B2 - イソウロツクル−プ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電圧制御局部発振器の周波数が（１）発振器
回路中に直接注入される入力信号の一成分と、（２）局
部発振器の周波数を入力信号の周波数と比較する位相検
出器中で発生される誤差電圧とによって制御される信号
注入を伴う位相ロツク ループ（ＰＬＬＩ）に関する。

タイミング情報を復元するべくＰＣＭシステムで用いら
れる場合に、位相ロツク ループの重要な動作特性の１
つとして局部発振器が雑音の存在するもとて到来信号の
位相に正確に追従する能力があげられる。

的確な追尾が行なわれない度合に依存し゛Ｃ１不確定さ
、即ち時間ジツタが発生し、これにより通信システムの
物理的な長さに制限が課せられる。

この制限を超えて距離をのばすと、誤り率は許容し得な
いレベルまで増加する。

無条件安定のためには、ほとんどの位相ロツクループは
所謂“２次”ループである。

ジツタ特性は“３次”ループを用いることにより改善し
得るが、“３次”ループは無条件に安定ではなく、従っ
て好ましくない。

この問題は本発明によれば、注入点における発信器信号
の位相に対し、発振器に注入される入力信号の成分の位
相角を０以外の値とすることにより解決された。

更に詳細に述べると、この角度は位相ロツク ループの
時間ジツタの帯域幅を最小とするよう選ばれる。

更なる改善は注入された入力信号の振幅を適当に選択す
ることにより実現し得る。

システム・パラメータの関数として、位相および振幅の
両者が最適化されると、その結果得られる時間ジツタの
帯域幅は従来技術の位相ロツク ループと比較して７５
％も減少することが見出されている。

３次位相ロツク ループの時間ジツタ特性を実現し、か
つ２次ループの無条件安定性を保持するのが本発明の１
つの利点である。

この改善された特性が最小の付加回路で実現できるのが
本発明の更なる利点である。

第１図は本発明に従う入力信号が電圧制御発振器（ＶＣ
Ｏ）に注入されている位相口ツク ループ１０をブロッ
ク図として示す図である。

典型例では、位相ロツク ループは位相検出器１１、フ
ィルタ１２および電圧制御発振器１３より成る。

動作状態にあっては、位相検出器１１は入力信号ｅとＶ
ＣＯ信号Ｅの位相差を測定し、その位相差の関数である
誤差信号■を発生する。

この誤差信号は、測定された位相差を最小とするような
仕方でフィルタ１２により■ＣＯに帰還され、それによ
って誤差信号の振幅を減少させる。

位相口ツクループの動作と特性の詳細な議論に関しては
、エー・ジエー・ビタービ著「コヒーレント通信の原理
」（マグロウヒル社発行）を参照されたい。

更に、入力信号の一成分が■ＣＯに加えられ、米国特許
第３，１８９，８２５号の教えるところに従い位相ロツ
ク ループのプル・イン・レンジは増加する。

しかし、本発明に従い、■ＣＯへの信号の注入は、注入
される信号の位相を制御する位相シフク１４および注入
される信号の振幅を制御する減衰器１５を通して行なわ
れる。

第１図に示す位相ロツク ループは０位相角におけるそ
の位相伝達関数Ｈ（Ｓ）が次式で与えられる注入を伴う
所謂“２次”ループ（ＰＬＬＩ）である。

ここで Ｓ＝ｉｗ；Ａは比例定数、Ｋはループ利得、そ
してａはフィルタ定数である。

式（１）を第２図にグラフとして示す。

これはループの自然周波数ωｎｏに関して正規化された
周波数の関数として伝達関数Ｈ（Ｓ）の変化をｄＢで示
すものである。

これから分るように、伝達関数は低周波では平坦となる
傾向にある。

しかし、曲線２０に示すように、高周波において望まし
くない鋭いピークを有している。

２次ループのこの特徴的なピークはダンピング因子ξｉ
を増すことにより抑圧し得る。

しかし、曲線２１および２２から分るように、ダンピン
グ因子が増大すると、ループの雑音帯域幅も増加する。

３次ループを用いることにより、ループの雑音帯域を広
げることなく、平坦な伝達特性を得ることができる。

このためにはループ フィルタに第２の積分器を付加す
る必要があり、この場合フイルタの伝達関数は次式 で与えられ、閉ループ伝達関数は次式で与えられる。

３次ループで得られる自由度の増大により、帯域幅を広
げることなく伝達関数のピークを除去し得るが、３次ル
ープは２次ループの如き無条件安定性を欠いており、従
って好ましくない。

本発明に従い、２次および３次の位相口ツクループの両
者の好ましき特性は、ＶＣＯに注入される入力信号の成
分の振幅と、注入点における発振器信号の位相に対する
その位相を制御することにより達成される。

特性の改善は従来技術（この場合■ＣＯに対する注入信
号の角度θは０である）に従う位相ロツク ループをま
ず調整することにより容易に観測される。

この調整を行い、時間ジツタによる出力における雑音電
力を信号注入の関数とじて測定すると、第３図の曲線３
０が得られる。

これから分るように、ダンピング因子ξｉが０．５に等
しいとき、時間ジツタの分散はθ＝０に対して最小とな
る。

ここでξｉは注入信号の振幅に比例している。

注入される信号の位相を変えると、時間ジツタの分散は
減少し、最終的に最小値に達する。

ジッタが最小になるように位相が調整された場合、注入
された信号の振幅は第２のより小さな最小値が得られる
まで増加せられる。

このとき位相角はリセットすることが出来、注入信号に
対して第２の調整が行なわれ、更に時間ジツタが最適化
（即ち最小化）される。

その結果得られる時間ジツタの分散特性の改善を曲線３
１に示す。

これから分るように、時間ジツタの分散はθ＝−１６゜
の位相角においてほぼ５ｄＢ減少する。

この最適値は注入される信号の振幅を８倍に増すことに
より得られたものである。

曲線４０，４１および４２は３つの異なったダンピング
因子に対し、従来技術に従って調整されたとき、信号注
入を伴う２次ループの出力におけるスペクトル密度分布
を示し、曲線４３は本発明に従って調整されたときの同
じ位相ロツク ループに対するスペクトル密度を示す。

上で指摘した如く、従来技術に従ってダンピング因子が
増加せられると、ピークが抑圧されるに伴って帯域が増
すことに注意されたい。

これに対し、本発明に従う位相ロツク ループでは、帯
域が増すことなくピークが除去されている。

注入信号の最適位相と振幅を実験的に決定することは比
較的容易であるが、これらは次の関係式を用いて計算で
きる。

ここで Ｓｃはスペクトル密度の同相雑音項、Ｓｓはス
ペクトル密度の直交雑音項であり、Ｓｃｓはクロス ス
ペクトル密度である。

これら雑音項は上述のビタービの式（１．１）および（
１．１１）で与えられる。

特定のシステムに対し、一式（５）はθの関数として次
式で衣わされる。

ここでＭおよびＮはシステムの定数である。

線形システムにガウス性雑音が加わると、上述の米国特
許第３，１８９，８２５号に示すように、Ｓｃｓ＝０、
最適位相角θは０であることに注意されたい。

しかし、非線形（ＰＣＭ）システムでは、Ｓｃｓ≠０で
あり、θは典型例では−１５゜〜−２５゜のレンジ内に
入る。

同様に、非線形システムでは、は従来技術の位相ロツク
ループより５〜１０倍となる。

説明のために示してある第５および６図は本出願人が構
成し、上述のデータを得るのに用いられている位相ロツ
ク ループの回路図を示す。

相応する素子を示すため第１図で用いたと同一番号を使
用しているが、第５および第６図の回路は位相検出器１
１、ループフィルタ１２およびＶＣＯ１３を含んでいる
。

位相検出器１１はヒューレット パツカード社（Ｈｐ５
０８２−２９９７）の平衡ダイオード カツドであるか
ら、不平衡２進信号である入力信号はまずスプリツク・
インバータ５１で平衡信号に変換され、次に検出器１１
に加えられる前に増幅器５２で増幅される。

同様に、ＶＣＯ１３から取り出された不平衡信号は検出
器１１に加えられる前に第２のスプリット・インバータ
５０によって平衡信号に変換される。

実験の目的上、本実施例では２つの位相シフタ１４Ａお
よび１４Ｂが用いられている。

位相シフタ１４Ａは０位相シフトに調整されており、位
相シック１４Ｂは０注入角（θ＝０）に調整されている
。

位相シフタ１４Ａはその後注入角を調整する手段として
使用されている。

上で説明したように減衰器１５は注入信号の振幅を調整
するために使用されている。

本発明を要約すれば次のとおりである。

（１）誤差信号を発生する位相検出器と；その周波数が
上記誤差信号によって変化せられる電圧制御発振器と； 上記誤差信号を上記発振器に加える手段と；上記発振器
を上記位相検出器に結合する手段と； 入力信号を上記位相検出器に加える手段と；上記入力信
号の一成分を上記電圧制御発振器に注入する手段と を含む位相ロツク ループにおいて、 注入点における発振器信号の位相に対する、上記発振器
中に注入される入力信号の成分の位相角θが０と異なる
ことを特徴とする位相口ツク ループである。

（２）上記位相角θは−１５゜と−２５゜の間のレンジ
にある第（１）項に従う位相ロツク ループである。

（３）上記発振器中に注入される入力信号の成分の振幅
Ｉｉは上記位相角θと次の関係 Ｍ，Ｎはシステムの 定数 によって関係づけられている第（１）項に従う位相ロツ
ク ループである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う位相ロツク ループのブロック図
、第２図は種々のダンピング因子に対する２次ループの
伝達関数を周波数の関数として示す図、第３図は従来技
術および本発明に従って調整された位相ロツク ループ
のダンピング因子の関数として時間ジツタを示す図、第
４図は３つの異なるダンピング因子に対し従来技術に従
って調整されたもの、および本発明に従って調整された
２次ループの出力におけるスペクトル密度分布を示すも
の、第５および６図は本発明に従う位相ロック ループ
の回路図、第７図は第５および６図の間の関係を示す図
である。 〔主要部分の符号の説明〕 特許請求範囲中の用語 位相検出器 電圧制御発振器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 誤差信号を発生する位相検出器と； 周波数が上記誤差信号によって変化せられる電圧制御発
   振器と； 上記誤差信号を上記発振器に加える手段と；上記発振器
   を上記位相検出器に結合する手段と；入力信号を上記位
   相検出器に加える手段と；上記入力信号の一成分を上記
   電圧制御発振器に注入する手段とを含む位相口ツク ル
   ープにおいて、 注入点における発振器信号の位相に対する、上記発振器
   中に注入された入力信号の成分の位相角θが、０以外の
   値であることを特徴とする位相口ツク ループ。