JPS5873244A - Pll周波数シンセサイザ− - Google Patents
Pll周波数シンセサイザ−Info
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- JPS5873244A JPS5873244A JP56170738A JP17073881A JPS5873244A JP S5873244 A JPS5873244 A JP S5873244A JP 56170738 A JP56170738 A JP 56170738A JP 17073881 A JP17073881 A JP 17073881A JP S5873244 A JPS5873244 A JP S5873244A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
- H03L7/08—Details of the phase-locked loop
- H03L7/10—Details of the phase-locked loop for assuring initial synchronisation or for broadening the capture range
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S331/00—Oscillators
- Y10S331/02—Phase locked loop having lock indicating or detecting means
Landscapes
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はPLLt−用い次局波数シンセサイザーの改良
に関するものである。
に関するものである。
従来ガえば無線トランシーバ−や光波測距儀等各種装置
の受信回路のローカルオシレータとして、入力信号の周
波数を中間周波増幅する為に中間周波数に周波数変換す
るいわゆる周波数シンセサイザーが用いられている。
の受信回路のローカルオシレータとして、入力信号の周
波数を中間周波増幅する為に中間周波数に周波数変換す
るいわゆる周波数シンセサイザーが用いられている。
従来の各種装置のローカルオシレーターとしての周数数
シンセサイザー#′i第1図に示すものが多く使われて
来た。
シンセサイザー#′i第1図に示すものが多く使われて
来た。
入力信号の周波数fTからある一足の周波数差illを
もった局部発振信号を発生させる為に、flFなる周波
数の中間周波信号を用い2つの90″移送器1−1.1
−2と2つの平衡変調器2−1,2−2及び加算器3を
使って目的の中間周波信号(その周波数fllはfr−
1ry)を得ていた。この方法では第1図に示す5つの
各ブロックの調整がむずかしい事、部品点数が多い事、
人力11号の周波数fr がある範囲内で変化するよ
うな場合、(ガえばトランシーバ−のチャンネル切換等
)90°移送器1−1の出力振輻が周波数によって変化
し]シて周波数fjl の局部発振出力信号に含まれる
スプリアスfm単な回路では小さくすることができない
事などの欠点があった。これを解決する為近年さかんに
用いられるようになつ7tPLLt応用して1112図
に示すような回路構成で前述の局部発振信号を発生させ
ることが提案されているがこれにぶると局部発振信号の
周波数fjが2711以上変化する場合は、PLLがロ
ックはずれを起こし回路が正帰還となpVcOTの出力
ll1ltIL数f1 が飽和しロックできない11
ま止まってしまう危険性が6つ次。
もった局部発振信号を発生させる為に、flFなる周波
数の中間周波信号を用い2つの90″移送器1−1.1
−2と2つの平衡変調器2−1,2−2及び加算器3を
使って目的の中間周波信号(その周波数fllはfr−
1ry)を得ていた。この方法では第1図に示す5つの
各ブロックの調整がむずかしい事、部品点数が多い事、
人力11号の周波数fr がある範囲内で変化するよ
うな場合、(ガえばトランシーバ−のチャンネル切換等
)90°移送器1−1の出力振輻が周波数によって変化
し]シて周波数fjl の局部発振出力信号に含まれる
スプリアスfm単な回路では小さくすることができない
事などの欠点があった。これを解決する為近年さかんに
用いられるようになつ7tPLLt応用して1112図
に示すような回路構成で前述の局部発振信号を発生させ
ることが提案されているがこれにぶると局部発振信号の
周波数fjが2711以上変化する場合は、PLLがロ
ックはずれを起こし回路が正帰還となpVcOTの出力
ll1ltIL数f1 が飽和しロックできない11
ま止まってしまう危険性が6つ次。
この点につきさらに以下に詳述する。
位相同期の過程及びロック可能な範11について
fJ(V CO出力信号周波数) f fJtr −t
ryでロックするように回路を設計し九場合第2図に示
すPLL回路中位相比板iS5の2つの入力端子X1Y
に入って来る2悟号の周波数fX、 fYがlx’)
frならば位相比較器5の出力端子2の出力電圧はハイ
ホルティジとなシvcoyの出力信号の周波数fA
t−上げるように働き、逆にtx<frならば位相比較
器5の出力電圧はローボルティジとなnvco出力信号
周波数を下げるように働く。従って系がロックする以前
tr に対してfj かどの位置にるるかによって
fl の#[数移動方向が異なる。その関係を票6図
に示す。この図から明らかなようにあるtrに対してf
Rが0 (fT +111の範囲にあれ1jfjはPL
L。
ryでロックするように回路を設計し九場合第2図に示
すPLL回路中位相比板iS5の2つの入力端子X1Y
に入って来る2悟号の周波数fX、 fYがlx’)
frならば位相比較器5の出力端子2の出力電圧はハイ
ホルティジとなシvcoyの出力信号の周波数fA
t−上げるように働き、逆にtx<frならば位相比較
器5の出力電圧はローボルティジとなnvco出力信号
周波数を下げるように働く。従って系がロックする以前
tr に対してfj かどの位置にるるかによって
fl の#[数移動方向が異なる。その関係を票6図
に示す。この図から明らかなようにあるtrに対してf
Rが0 (fT +111の範囲にあれ1jfjはPL
L。
かロックすべき(9−fil) の方向Ks動しある
ロック時間以内にロックすることができる。しかしtr
とflの関係がfλンrr +tryならばfjはtr
−tIFからはなれる方向に移動しロックすることが
できない。今fr という周波数は固定ではなくある
範囲で切シ〃・え可能なものを考えているのであるロッ
ク状態からtr tapかえてロック可能な範囲とい
うのは切pかえた後の11 f fr(n4−1)切)
かえ前のfJI 1kfanとするとf’(n+t)
) tan−111ということになる。従ってtrVr
tryK比較して広い範囲で可変とする場合は上記の条
件を常に満足させながらfTを変化させねばならない。
ロック時間以内にロックすることができる。しかしtr
とflの関係がfλンrr +tryならばfjはtr
−tIFからはなれる方向に移動しロックすることが
できない。今fr という周波数は固定ではなくある
範囲で切シ〃・え可能なものを考えているのであるロッ
ク状態からtr tapかえてロック可能な範囲とい
うのは切pかえた後の11 f fr(n4−1)切)
かえ前のfJI 1kfanとするとf’(n+t)
) tan−111ということになる。従ってtrVr
tryK比較して広い範囲で可変とする場合は上記の条
件を常に満足させながらfTを変化させねばならない。
従って飼えばトランシーバの入力信号がチャンネル切換
等ランダムに行われる場合には上記範囲を超えることが
考えられる。よってチャンネル切換を小きざみに一定の
順序でしか行えない橡にすれば上記問題点は解決するが
、所望のチャンネルに切換えるのに時間が掛かりわずら
れしく、チャンネル切1aはランダムに行えるのが望ま
しい。さらr−夷一閲魅としては、そのような条件を満
たしたとしても何らかの外乱にLJPLLの出力周波数
jjが11 + fir 以上に飛んでしまり九場合
二度とロックできなくなってしまう。こO良め第2図に
示す従来0FLLシンtサイザーは実際に使用すること
ができなかった。
等ランダムに行われる場合には上記範囲を超えることが
考えられる。よってチャンネル切換を小きざみに一定の
順序でしか行えない橡にすれば上記問題点は解決するが
、所望のチャンネルに切換えるのに時間が掛かりわずら
れしく、チャンネル切1aはランダムに行えるのが望ま
しい。さらr−夷一閲魅としては、そのような条件を満
たしたとしても何らかの外乱にLJPLLの出力周波数
jjが11 + fir 以上に飛んでしまり九場合
二度とロックできなくなってしまう。こO良め第2図に
示す従来0FLLシンtサイザーは実際に使用すること
ができなかった。
本発明tiPLLを用い、しかも入力信号の周波数fT
が2fzF以上の広い周波数レンジで変化しても安定に
fT −fJI或いはtT +fzyなる同波数の信号
を発生させる周波数シンセサイザーを得ることを目的と
し友ものである。
が2fzF以上の広い周波数レンジで変化しても安定に
fT −fJI或いはtT +fzyなる同波数の信号
を発生させる周波数シンセサイザーを得ることを目的と
し友ものである。
第3図は本発明の一実mIPIIを示すブロック図であ
る。ローパスフィルタ8の入力点で回路に正帰還がかか
つている事を検出する検出回路8及びこの検出回路8か
らの信号を受けてvCOの出力周波数をロック可能な fx = 11 十Hz以下に下げる制御回路9とより
なる検出制御回路10が設けられでいる。
る。ローパスフィルタ8の入力点で回路に正帰還がかか
つている事を検出する検出回路8及びこの検出回路8か
らの信号を受けてvCOの出力周波数をロック可能な fx = 11 十Hz以下に下げる制御回路9とより
なる検出制御回路10が設けられでいる。
上記の検出、制御回路10によってどのような周波数で
ロックかはずれても自動的に復帰できる機能を有する。
ロックかはずれても自動的に復帰できる機能を有する。
なお給3図ではローパスフィルター6の入力部で検出し
LPFの出力を制御しているが検出制御はローパスフィ
ルター6の入力、出力どちらでも口」能である。
LPFの出力を制御しているが検出制御はローパスフィ
ルター6の入力、出力どちらでも口」能である。
第41EIKCO4046IIタイプの位相比較器と完
全積分酸ローパスフィルタを用い九PLLに用いる本発
明の検出制御回路1oの実施内を示す。
全積分酸ローパスフィルタを用い九PLLに用いる本発
明の検出制御回路1oの実施内を示す。
この実施例で線検出制御回路10t−ひとつのICLI
C,)で実現させている。この回路はII5図に示すよ
うな入出力特性をもったヒステリシスコンパレータであ
る。位相比較器出力はロック時ハイインピーダンスとな
るのでR,B、でxC,のインバーテイングインプット
端子Hの電圧がUTP以上になるように、t 九RI
R@ Ctで形成されるローパスフィルタのカットオ
フ周波数はPLLの位相比軟周波数よp充分低くなるよ
うにさらに位相比較器の出力特性を劣化させな−ように
8、B、はできるだけ高い抵抗値に選ぶ事が望ましい。
C,)で実現させている。この回路はII5図に示すよ
うな入出力特性をもったヒステリシスコンパレータであ
る。位相比較器出力はロック時ハイインピーダンスとな
るのでR,B、でxC,のインバーテイングインプット
端子Hの電圧がUTP以上になるように、t 九RI
R@ Ctで形成されるローパスフィルタのカットオ
フ周波数はPLLの位相比軟周波数よp充分低くなるよ
うにさらに位相比較器の出力特性を劣化させな−ように
8、B、はできるだけ高い抵抗値に選ぶ事が望ましい。
絢爽施飼で扛田方信号の周波数fJf tT −111
にロックさせる様なシンセサイザーについて述べ九が、
出力信号周波@fJt l + try にロックさ
せる様なシンセサイザーについても同様の原理で本発明
を適用することができる。
にロックさせる様なシンセサイザーについて述べ九が、
出力信号周波@fJt l + try にロックさ
せる様なシンセサイザーについても同様の原理で本発明
を適用することができる。
以上のように本発明によれば簡単な回路構成に19人力
信号の周波数ft が大きく変化しても安定して作動
するPLL周波数シンセサイザーを実現できる。
信号の周波数ft が大きく変化しても安定して作動
するPLL周波数シンセサイザーを実現できる。
第1図及び第2EFi従米の周波数シンセサイザーを示
す図、 11に3図は、本発明の論集IIAIPIを示す図、!
1lE4図扛検出制御回路を示す図、第5図は、第4図
示の回路の人出力特性を示す図、 第6図は周波数移動を示す図である。 〔主lIs分の符号の説明〕 IN、・・11の入力端子、 4・・・ミキサー、 5・・・位相比IIR1
rF11N、・・・菖2の入力端子、 6・・・ローパスフィルタ、T・・・vCOllo・・
・検出制御回路。 第1区 矛4図 /175図 /16図 軸^瞳−7−−−−−)−−−−−−−−)−−−−−
−手続補正書 1. ’IKの表示昭和56年 特許 願第17073
8号2 発明の名称 p r、 r、周波数シンセサイザー 3 補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都千代田区丸の内3丁゛目2番6け氏名 (名称) (411) B本光学工業株式会社1
代理人 5 補正の対象 (1)「明細書」 (1)別紙の通り、全文訂正明細書1通を提出致します
。 (2)出願時提出の図面(第4図)を別紙添付図面(第
4図)に朱書する如く訂正する。 (3)出願時提出の図面(第6図)を別紙添付図面(第
6図)と差し替える。 (4)出願時の図面に別紙添付図面(第7図)を追加す
る。 訂 正 明 細 書 1発明の名称 PLL周波数シンセサイザ−2特許請
求の範囲 第1の入力端子をミキサーの一方の入力端子に接続し、
該ミキサーの出力端子を位相比較器の一方の入力端子に
接続し、第2の入力端子を前記位相比較器の他方の入力
端子に接続し、前記位相比較器の出力端子をローパスフ
ィルタを介してVCOの入力端子に接続し、該v c
oの出力端子を分岐して前記ミキサーの他方の入力端子
に接続してなる周波数シンセサイザーに於いて、 前記位相比較器の出力によってvCOの発振出力がキャ
プチャーレンジを外れたことを検出し、VCOの出力周
波数をロックu1能な周波数帯に移動させる検出開側j
回路を前記位相比較器の出力端子とvCOの入力端子と
の間に接続したことを特徴とするPLL周波数シンセサ
イザー、 ;3、明の詳細な説明 持った信号をつくり出すPLL(Phase Lock
edLoop)を用いた周波数シンセサイザーの改良に
関するものであって例えば無線トランシーバ−や光波測
距儀等の送受信信号の発生回路や各種の周波数信号の発
生回路として用いられるものである。 従来の各種装置のローカルオシレーターとしての周波数
シンセサイザーは第1図に示すものが多く使われて来た
。 送信信号の周波数fT.からある一定の周波数差flF
をもった局部発振信号fRを発生させる為に、flFな
る周波数の中間周波信号を用い2つの90°移相器1−
1,1−2と2つの平衡f調器2−1、2−2及7び加
算器3を使って目的の局部発振信号(その周波数fR
はfT − flF)を得ていた。この方法では第1図
にボす5つの各ブロック1−1、1−2、2−2、3の
調整がむずかしい事、部品点数が多い事、送信信号の周
波数fT がある範囲内で変化するような場合、(例
えばトランシーバ−のチャンネル切換等) 90’移相
器1−1の出力振幅や移相量が周波数によって変化した
りして周波数fRの局部発振出力信号に含まれるスプリ
アスを簡単な回路では小さくすることができない事など
の欠点があった。 これを解決する為近年さかんに用いられるようになった
PLLを利用して第2図にボすような回路構成で前述の
局部発振信号を発生させることが提案されているがこれ
によると送4g信号の周波数fTが2111以上変化す
る場合は、PLLがロックはずれを起こしVCO(Vo
ltage−Controlled 0scillat
or) 7の出力周波数fRが飽和しロックできな(・
まま止まってしまう危険性があった。 この点につきさらに以下に詳述する。 位相同期の過程及びロック可能な範囲について fR(■00出力信号周波数)をfR=fT−flFで
ロックするように回路を設計した場合第2図に示すPL
L回路中位相比較器5の2つの入力端子に入って来る2
信号の周波数(fT −fslとflFとがlfr −
fJIIl、) flFならば位相比較器5の出力端子
の出力電圧はハイボルテイジとなりVCO7の出力信号
の周波数fRを上げるように働き、逆にlfr −(p
(<ftpならば位相比較器5の出力電圧はローポルテ
イジとなりVCO7出力信号周波数fRを下げるように
働く。ここでfTはステップ的に瞬時に変化するが、f
RはPLLの特性上瞬時には変化し得す、一定のロック
時間経過後fT−flFの周波数にロックすることにな
る。従ってfTが変化した瞬間は未だfRは以前ロック
していた周波数にとどまっている。そこでこのPLL回
路がロックする以前変化した後の送信信号の周波数fT
に対してもとロックしていた局部発振信号の周波数
fRがどの位置にあるかによって局部発振信号の周波1
iifRの周波数移動方向が異なる。その関係を第6図
に示す。 第6図(、)は変化後の送信信号の周波数fT に利
する前記変化に追従する前(以前のロック状態の)局部
発振信号の周波数fRの相対的位置関係を示す図、(b
)は位相比較器502人力IfT−fR1とflpとの
大小関係、(c)は変化した送信信号の周波数fTに対
して局部発振信号の周波数fRが追従して移動する方向
を矢印にて示した図、(d)は帰還の正負、(、)はロ
ック可能の範囲R1」ちキャップチャーレンジ(Cap
tureRange)をボす図であり、上記第6図(b
) 〜(e)はいずれも第6図(a)の位置に対応した
図である。 この図から明らかなようにある送信信号の周波数fTに
対してもとロックしていた局部発振信号の周波数fRf
J’> fR<−IT十flFの軸面(これをキャプチ
ャーレンジと称する。)にあればfRはPLLがロック
すべき(fT −flT)の方向に移動しあるロック時
間以内にロックすることができる。しかし変化後の送信
信号の周波数fTともとロックしていた局部発振信号の
周波数fRの関係がfR> fr+tit−ならは(即
ちキャプチャーレンジ以外であれば) fRはfT−f
lFからはなれる方向に移動しロックすることができな
い。今今送信信号の周波数fTは固定ではなくある範囲
でステップ的に切りかえ可能なものを考えているのであ
るロック状態から送信信号の周波数fTを切りかえてロ
ック可能な条件というのは切りかえた後の送信信号の周
波数fTをfTCn+11切りかえ前の局部発振信号の
周波数fRをfRnとするとfr (n+ 1 ) )
fRn−filという式で表わされることになる。従
って送信信号の周波数fTを中間周波信号の周波数fi
lと比較して広い範囲で可変とする場合は上記の条件を
常に満足させながら送信信号の周波数fT を変化さ
せねばならない。 従って例えばトランシーバの送信信号の様にチャンネル
切換がランダムに行われることが前提の場合には上記条
件を満たさなくなることが考えられる。よってチャンネ
ル切換を小きざみに一定の順序でしか行えない様にすれ
ば上記問題点は解決するが、所望のチャンネルに切換え
るのに時間が掛かりわずられしく、チャンネル切換はラ
ンダムに行えるのが望ましい。さらに実際問題としては
、上記条件式を満たしたとしても何らがの外乱によりP
LLの局部発振信号の周波数fRがfT+ttp以上に
飛んでしまった場合二度とロックできなくなってしまう
。このため第2図にボす従来のPLLシンセサイザーは
上述の如き使用iJ的には実際に使用することができな
かった。 本発明はPLLを用い、しかも入力信号の周波数fTか
2flF以上の広い周波数レンジで変化しても安定にf
T −flI−或(・はf T −1−f t pなる
周波数の信号を発生させる周波数シンセサイザーを得る
ことを目的としたものである。 第3図は本発明の一実施例を示すブロック図である。 ここで第2図、第3図に於いてローパスフィルター6が
備えられているが、ローパスフィルターは一般的にはル
ープ特性改善のために設けられるもので、回路の使用目
的によっては必ずしも必要なものではなく、省略するご
ともできる。 第3図に於いてPLL回路に正帰還がかかりVCO7の
出力が発振レンジの上限又は下限付近に達した事をロー
パスフィルター6の入力点に於ける直流電圧成分で検出
する検出回路8及びこの検出回路8からの信号を受けて
VCOの出力周波数をロック可能なfR=f T= f
I F以下に下げる制御回路9とよりなる検出制御回
路10が設けられている。 上記の検出、制御回路10によってどのような周波数で
ロックがはずれても自動的に復帰できる機能を有する。 なお第3図ではローパスフィルター6の入力部で検出し
LPFの出力を制御しているが検出及び制御はローパス
フィルター6の入力、出力どちらでも可能である。即ち
位相比較器5とVCO7との間に任意に接続可能である
。尚、ローパスフィルター6の出力部で検出する例を第
7図に示し、後に詳述する。 第4図にRCA社製のICであるC D 4046(・
二内蔵さねている位相比較器IIと同等の機能を持つ位
相比較器と完全積分型ローパスフィルタを用いたPLL
に用いる本発明の検出制御回路10の実施例を示す。 第5図は第4図示のヒステリシスコンパレータの入出力
特性を示す図である。 第5(¥Jに於いてy軸は入力点Aに於ける入力電圧、
y軸は出力点Bに於ける出力電圧、vcc は電源電
圧、 U T P (Upper Trip Po1n
t)は出力電圧がLレベルからHレベルに変化する時の
入力電圧、L T P (Lower Trip Po
1nt)は出力電圧がHレベルからLレベルに変化する
時の入力電圧である。 前記CD4046に内蔵されている位相比軟器と四方の
機n目をもつ位相比較とJとして東fHノTc 508
1 Apを使用することができる。 これらのICはExclusive ORタイプの位相
比較器とは異なり、2つの入力信号間に周波数の差かあ
る場合は位相差に関[糸なく周波数差の極性によってほ
ぼ電源電圧あるいはOVのいずれかを出力する。 第4図の実施例に於いてIclはポルティシコンパレー
タ−用のIC或いは汎用のオペアンプであって、抵抗R
3’−R4、R5s R6とでヒステリシスコンパレー
ターを構成し、抵抗R3,R4で決まるスレッショルド
レベルに対して抵抗R,,R6で正帰還をかけて第5図
に示す様なヒステリシス特性を実現する。抵抗RI s
R2は位相比較器5の出力電圧が最低電圧即ちほぼO
vになった時抵抗R1とR2との接続点の電圧が第5図
に示すヒステリシスコンパレーターの入出力電圧特性の
IJTPより低くなる様に抵抗値を設定する。 尚、抵抗R2は抵抗R7より光分大きい抵抗値であるこ
とが回路特性上好ましい。コンデンサC2はスレッショ
ルド電圧レベルの安定化のために抵抗R4に並列接続さ
れる。コンデンサCIは抵抗R,、R2の接続点とアー
スとの間に接続され、PLLのロック時位相比較器5の
出力に含まれるわずがな高周波成分を除去するものであ
る。 ローパスフィルター6は完全積分型でインバーターアン
プIC2と抵抗R7、R8とコンデンサC3とで構成さ
れる。ここで位相比較器として東芝製のTC5081A
Pを用いればそれに内蔵されているインバーターアンプ
をローパスフィルター6のインバーターアンプIC2と
して使用することができるという利点がある。ここでf
R=fT−flFにロックする様にPLL回路を設定し
た場合、再ロック不可能な状態ではVCO7の出力周波
数が発振レンジの上限に達している。その時VCO7の
入力電圧はほぼ電源電圧進上がっている。 (但しVCO7の回路構成によってはOv迄下がるもの
もあるがその場合であっても第4図に示す回路をわずか
に変更するだけで良(・のでここでは説明を省略する。 )−刃口−!<スフイルター6にはインバーターアンプ
■C2を使用しているのでローパスフィルター6の入力
電圧はほぼOvまで下がっている。そこでヒステリシス
コンパレーターは反転入力点の電圧がUTP以下になり
出力がHレベル(はぼ電源電圧)となりダイオードD1
を通してローパスフィルター6を構成するインバーター
アンプIC,の入力点電圧を該インバーターアンプIC
,のスレッショルド電圧以上に上げるためその出力電圧
は1時的に最低電圧(はぼOv)まで下がる。そこでV
CO7の出力周波数fRが下がりはじめ、該fRがPL
Lのロック可能な範囲即ちfr−4zF(4a(fT+
flF にはいると位相比較器5の出力電圧がほぼ電
源電圧進上がり、ヒステリシスコンパレーターの反転入
力点の電圧がLTP以上となりヒステリシスコンパレー
ターの出力が反転し、はぼOvとなる。その結果ダイボ
ードD1が逆バイアスとなって検出制御回路10とロー
パスフィルター6とは切り離された状態となる。モして
vcoyの出力周波数fRはfR<fT+flpとなっ
ており、これはPLLのロック可能な範囲であるから再
ロックすることができる。 尚、第4図の実施例ではVCO7の応答がそれほど速く
ないものを使用する例であって、もしVCQの応答が非
常に速いものを使用する場合はダイオードDIに直列に
抵抗R7よりいくらか小さい抵抗値の抵抗を接続する必
要がある。 この実施例では検出制御回路10をひとつのre(tc
、)で実現させている。この回路は第5図に示すような
入出力特性をもったヒステリシスコンパレータである。 位相比較器出力はロック時ハイインピーダンスとなるの
でR1R2でIC,のインバーテイングインプット端子
(四の電圧がUTP以上になるように、またR、R,C
,で形成されるローパスフィルタのカットオフ周波数は
PLLの位相比較周波数より充分低くなるようにさらに
位相比較器の出力特性を劣化させないようにRIR2は
できるだけ高い抵抗値に選ぶ事が望ましい。尚、実施例
では局部発振信号の周波数fA をfT−flp に
ロックさせる様なシンセサイザーについて述べたが、局
部発振信号周波数fRをfT+flF にロックさせる
様なシンセサイザーについても同様の原理で本発明を適
用することができる。第7図は検出制御回路の他の実施
例を示す。本実施例の検出制御回路10′はローパスフ
ィルター6の出力点の直流電圧を検出し、ローパスフィ
ルター6の内部に帰還をかけるタイプであって、検出入
力点Aが制御出力点Bよりうしろ側にある為抵抗Rys
、Rysによりコンパレータ■C1に正帰還をかけて適
当なヒステリシスを持たせると共に抵抗R?ll、R1
4、キャパシターC2により検出入力信号に適当な遅延
時間を持たせている。この遅延時間は制御信号が制御出
力点Bから出発してローパスフィルター6、VCO7、
ミキサー4、位相比較器5を経由して口、−パスフィル
ター6の出力即ち検出入力点Aに至る迄の時間即ちPL
Lの−巡LL(答時間より決定することかできる。そし
て二の遅延時間はPLLを再ロックする為もともと必要
な遅延時間であろから抵抗R73、R?4、キャパシタ
ーC2によって検出入力信号に遅延時間を持゛たせろこ
とがPLLの系全体の応答を遅らせる要因にはならない
。また本実施例の検出制御回FM110’は直流′電圧
レベルを検出して(・るため第3図、第4図に示しfこ
実施例の様に位相比較器5から出力されるパルス信号を
平滑する回路(第4図のR2、CI)が不要でありこの
平滑化に伴う地合遅れか無い点で旬刊であり、さらに本
実施例の検出制御回路10′は直流のみを扱っているた
め、交流信月を扱う揚台の様な検出制置1回路の入力か
ら出力へのわずかな信号のkiれがP L Lかロック
−する際及びロックして(・ろ最中の符tjlEに悪影
響を及はすことも無い。 以上のように本発明によれは簡単な回路構成により送信
信号の周波数fT が大きく変化しても安定して作動
するPLL周波周波数センセ4図面単な説明 第1図及び第2図は従来の周波数シンセサイザーを示す
図、 第3図は、本発明の一実施例を示す図、第4図は検出制
御回路の一実施例を示す図、第5図は、第4図のヒステ
リシスコンパレーター回路の人出力特性を示す図、 第6図は周波数移動を示す図、 第7図は検出制御回路の他の実施例を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 IN、・・・第1の入力端子、 4・・・ミキサー、 5・・・位相比較器、IN2
・・・第2の入力端子、 6・・・ローパスフィルタ、 7・・・vCOllo・
・・検出制御回路。 第4図 u+r LIrVCCΔ77@圧 オ6図 (fgが′口・ンクすべきaaン 壱
す図、 11に3図は、本発明の論集IIAIPIを示す図、!
1lE4図扛検出制御回路を示す図、第5図は、第4図
示の回路の人出力特性を示す図、 第6図は周波数移動を示す図である。 〔主lIs分の符号の説明〕 IN、・・11の入力端子、 4・・・ミキサー、 5・・・位相比IIR1
rF11N、・・・菖2の入力端子、 6・・・ローパスフィルタ、T・・・vCOllo・・
・検出制御回路。 第1区 矛4図 /175図 /16図 軸^瞳−7−−−−−)−−−−−−−−)−−−−−
−手続補正書 1. ’IKの表示昭和56年 特許 願第17073
8号2 発明の名称 p r、 r、周波数シンセサイザー 3 補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都千代田区丸の内3丁゛目2番6け氏名 (名称) (411) B本光学工業株式会社1
代理人 5 補正の対象 (1)「明細書」 (1)別紙の通り、全文訂正明細書1通を提出致します
。 (2)出願時提出の図面(第4図)を別紙添付図面(第
4図)に朱書する如く訂正する。 (3)出願時提出の図面(第6図)を別紙添付図面(第
6図)と差し替える。 (4)出願時の図面に別紙添付図面(第7図)を追加す
る。 訂 正 明 細 書 1発明の名称 PLL周波数シンセサイザ−2特許請
求の範囲 第1の入力端子をミキサーの一方の入力端子に接続し、
該ミキサーの出力端子を位相比較器の一方の入力端子に
接続し、第2の入力端子を前記位相比較器の他方の入力
端子に接続し、前記位相比較器の出力端子をローパスフ
ィルタを介してVCOの入力端子に接続し、該v c
oの出力端子を分岐して前記ミキサーの他方の入力端子
に接続してなる周波数シンセサイザーに於いて、 前記位相比較器の出力によってvCOの発振出力がキャ
プチャーレンジを外れたことを検出し、VCOの出力周
波数をロックu1能な周波数帯に移動させる検出開側j
回路を前記位相比較器の出力端子とvCOの入力端子と
の間に接続したことを特徴とするPLL周波数シンセサ
イザー、 ;3、明の詳細な説明 持った信号をつくり出すPLL(Phase Lock
edLoop)を用いた周波数シンセサイザーの改良に
関するものであって例えば無線トランシーバ−や光波測
距儀等の送受信信号の発生回路や各種の周波数信号の発
生回路として用いられるものである。 従来の各種装置のローカルオシレーターとしての周波数
シンセサイザーは第1図に示すものが多く使われて来た
。 送信信号の周波数fT.からある一定の周波数差flF
をもった局部発振信号fRを発生させる為に、flFな
る周波数の中間周波信号を用い2つの90°移相器1−
1,1−2と2つの平衡f調器2−1、2−2及7び加
算器3を使って目的の局部発振信号(その周波数fR
はfT − flF)を得ていた。この方法では第1図
にボす5つの各ブロック1−1、1−2、2−2、3の
調整がむずかしい事、部品点数が多い事、送信信号の周
波数fT がある範囲内で変化するような場合、(例
えばトランシーバ−のチャンネル切換等) 90’移相
器1−1の出力振幅や移相量が周波数によって変化した
りして周波数fRの局部発振出力信号に含まれるスプリ
アスを簡単な回路では小さくすることができない事など
の欠点があった。 これを解決する為近年さかんに用いられるようになった
PLLを利用して第2図にボすような回路構成で前述の
局部発振信号を発生させることが提案されているがこれ
によると送4g信号の周波数fTが2111以上変化す
る場合は、PLLがロックはずれを起こしVCO(Vo
ltage−Controlled 0scillat
or) 7の出力周波数fRが飽和しロックできな(・
まま止まってしまう危険性があった。 この点につきさらに以下に詳述する。 位相同期の過程及びロック可能な範囲について fR(■00出力信号周波数)をfR=fT−flFで
ロックするように回路を設計した場合第2図に示すPL
L回路中位相比較器5の2つの入力端子に入って来る2
信号の周波数(fT −fslとflFとがlfr −
fJIIl、) flFならば位相比較器5の出力端子
の出力電圧はハイボルテイジとなりVCO7の出力信号
の周波数fRを上げるように働き、逆にlfr −(p
(<ftpならば位相比較器5の出力電圧はローポルテ
イジとなりVCO7出力信号周波数fRを下げるように
働く。ここでfTはステップ的に瞬時に変化するが、f
RはPLLの特性上瞬時には変化し得す、一定のロック
時間経過後fT−flFの周波数にロックすることにな
る。従ってfTが変化した瞬間は未だfRは以前ロック
していた周波数にとどまっている。そこでこのPLL回
路がロックする以前変化した後の送信信号の周波数fT
に対してもとロックしていた局部発振信号の周波数
fRがどの位置にあるかによって局部発振信号の周波1
iifRの周波数移動方向が異なる。その関係を第6図
に示す。 第6図(、)は変化後の送信信号の周波数fT に利
する前記変化に追従する前(以前のロック状態の)局部
発振信号の周波数fRの相対的位置関係を示す図、(b
)は位相比較器502人力IfT−fR1とflpとの
大小関係、(c)は変化した送信信号の周波数fTに対
して局部発振信号の周波数fRが追従して移動する方向
を矢印にて示した図、(d)は帰還の正負、(、)はロ
ック可能の範囲R1」ちキャップチャーレンジ(Cap
tureRange)をボす図であり、上記第6図(b
) 〜(e)はいずれも第6図(a)の位置に対応した
図である。 この図から明らかなようにある送信信号の周波数fTに
対してもとロックしていた局部発振信号の周波数fRf
J’> fR<−IT十flFの軸面(これをキャプチ
ャーレンジと称する。)にあればfRはPLLがロック
すべき(fT −flT)の方向に移動しあるロック時
間以内にロックすることができる。しかし変化後の送信
信号の周波数fTともとロックしていた局部発振信号の
周波数fRの関係がfR> fr+tit−ならは(即
ちキャプチャーレンジ以外であれば) fRはfT−f
lFからはなれる方向に移動しロックすることができな
い。今今送信信号の周波数fTは固定ではなくある範囲
でステップ的に切りかえ可能なものを考えているのであ
るロック状態から送信信号の周波数fTを切りかえてロ
ック可能な条件というのは切りかえた後の送信信号の周
波数fTをfTCn+11切りかえ前の局部発振信号の
周波数fRをfRnとするとfr (n+ 1 ) )
fRn−filという式で表わされることになる。従
って送信信号の周波数fTを中間周波信号の周波数fi
lと比較して広い範囲で可変とする場合は上記の条件を
常に満足させながら送信信号の周波数fT を変化さ
せねばならない。 従って例えばトランシーバの送信信号の様にチャンネル
切換がランダムに行われることが前提の場合には上記条
件を満たさなくなることが考えられる。よってチャンネ
ル切換を小きざみに一定の順序でしか行えない様にすれ
ば上記問題点は解決するが、所望のチャンネルに切換え
るのに時間が掛かりわずられしく、チャンネル切換はラ
ンダムに行えるのが望ましい。さらに実際問題としては
、上記条件式を満たしたとしても何らがの外乱によりP
LLの局部発振信号の周波数fRがfT+ttp以上に
飛んでしまった場合二度とロックできなくなってしまう
。このため第2図にボす従来のPLLシンセサイザーは
上述の如き使用iJ的には実際に使用することができな
かった。 本発明はPLLを用い、しかも入力信号の周波数fTか
2flF以上の広い周波数レンジで変化しても安定にf
T −flI−或(・はf T −1−f t pなる
周波数の信号を発生させる周波数シンセサイザーを得る
ことを目的としたものである。 第3図は本発明の一実施例を示すブロック図である。 ここで第2図、第3図に於いてローパスフィルター6が
備えられているが、ローパスフィルターは一般的にはル
ープ特性改善のために設けられるもので、回路の使用目
的によっては必ずしも必要なものではなく、省略するご
ともできる。 第3図に於いてPLL回路に正帰還がかかりVCO7の
出力が発振レンジの上限又は下限付近に達した事をロー
パスフィルター6の入力点に於ける直流電圧成分で検出
する検出回路8及びこの検出回路8からの信号を受けて
VCOの出力周波数をロック可能なfR=f T= f
I F以下に下げる制御回路9とよりなる検出制御回
路10が設けられている。 上記の検出、制御回路10によってどのような周波数で
ロックがはずれても自動的に復帰できる機能を有する。 なお第3図ではローパスフィルター6の入力部で検出し
LPFの出力を制御しているが検出及び制御はローパス
フィルター6の入力、出力どちらでも可能である。即ち
位相比較器5とVCO7との間に任意に接続可能である
。尚、ローパスフィルター6の出力部で検出する例を第
7図に示し、後に詳述する。 第4図にRCA社製のICであるC D 4046(・
二内蔵さねている位相比較器IIと同等の機能を持つ位
相比較器と完全積分型ローパスフィルタを用いたPLL
に用いる本発明の検出制御回路10の実施例を示す。 第5図は第4図示のヒステリシスコンパレータの入出力
特性を示す図である。 第5(¥Jに於いてy軸は入力点Aに於ける入力電圧、
y軸は出力点Bに於ける出力電圧、vcc は電源電
圧、 U T P (Upper Trip Po1n
t)は出力電圧がLレベルからHレベルに変化する時の
入力電圧、L T P (Lower Trip Po
1nt)は出力電圧がHレベルからLレベルに変化する
時の入力電圧である。 前記CD4046に内蔵されている位相比軟器と四方の
機n目をもつ位相比較とJとして東fHノTc 508
1 Apを使用することができる。 これらのICはExclusive ORタイプの位相
比較器とは異なり、2つの入力信号間に周波数の差かあ
る場合は位相差に関[糸なく周波数差の極性によってほ
ぼ電源電圧あるいはOVのいずれかを出力する。 第4図の実施例に於いてIclはポルティシコンパレー
タ−用のIC或いは汎用のオペアンプであって、抵抗R
3’−R4、R5s R6とでヒステリシスコンパレー
ターを構成し、抵抗R3,R4で決まるスレッショルド
レベルに対して抵抗R,,R6で正帰還をかけて第5図
に示す様なヒステリシス特性を実現する。抵抗RI s
R2は位相比較器5の出力電圧が最低電圧即ちほぼO
vになった時抵抗R1とR2との接続点の電圧が第5図
に示すヒステリシスコンパレーターの入出力電圧特性の
IJTPより低くなる様に抵抗値を設定する。 尚、抵抗R2は抵抗R7より光分大きい抵抗値であるこ
とが回路特性上好ましい。コンデンサC2はスレッショ
ルド電圧レベルの安定化のために抵抗R4に並列接続さ
れる。コンデンサCIは抵抗R,、R2の接続点とアー
スとの間に接続され、PLLのロック時位相比較器5の
出力に含まれるわずがな高周波成分を除去するものであ
る。 ローパスフィルター6は完全積分型でインバーターアン
プIC2と抵抗R7、R8とコンデンサC3とで構成さ
れる。ここで位相比較器として東芝製のTC5081A
Pを用いればそれに内蔵されているインバーターアンプ
をローパスフィルター6のインバーターアンプIC2と
して使用することができるという利点がある。ここでf
R=fT−flFにロックする様にPLL回路を設定し
た場合、再ロック不可能な状態ではVCO7の出力周波
数が発振レンジの上限に達している。その時VCO7の
入力電圧はほぼ電源電圧進上がっている。 (但しVCO7の回路構成によってはOv迄下がるもの
もあるがその場合であっても第4図に示す回路をわずか
に変更するだけで良(・のでここでは説明を省略する。 )−刃口−!<スフイルター6にはインバーターアンプ
■C2を使用しているのでローパスフィルター6の入力
電圧はほぼOvまで下がっている。そこでヒステリシス
コンパレーターは反転入力点の電圧がUTP以下になり
出力がHレベル(はぼ電源電圧)となりダイオードD1
を通してローパスフィルター6を構成するインバーター
アンプIC,の入力点電圧を該インバーターアンプIC
,のスレッショルド電圧以上に上げるためその出力電圧
は1時的に最低電圧(はぼOv)まで下がる。そこでV
CO7の出力周波数fRが下がりはじめ、該fRがPL
Lのロック可能な範囲即ちfr−4zF(4a(fT+
flF にはいると位相比較器5の出力電圧がほぼ電
源電圧進上がり、ヒステリシスコンパレーターの反転入
力点の電圧がLTP以上となりヒステリシスコンパレー
ターの出力が反転し、はぼOvとなる。その結果ダイボ
ードD1が逆バイアスとなって検出制御回路10とロー
パスフィルター6とは切り離された状態となる。モして
vcoyの出力周波数fRはfR<fT+flpとなっ
ており、これはPLLのロック可能な範囲であるから再
ロックすることができる。 尚、第4図の実施例ではVCO7の応答がそれほど速く
ないものを使用する例であって、もしVCQの応答が非
常に速いものを使用する場合はダイオードDIに直列に
抵抗R7よりいくらか小さい抵抗値の抵抗を接続する必
要がある。 この実施例では検出制御回路10をひとつのre(tc
、)で実現させている。この回路は第5図に示すような
入出力特性をもったヒステリシスコンパレータである。 位相比較器出力はロック時ハイインピーダンスとなるの
でR1R2でIC,のインバーテイングインプット端子
(四の電圧がUTP以上になるように、またR、R,C
,で形成されるローパスフィルタのカットオフ周波数は
PLLの位相比較周波数より充分低くなるようにさらに
位相比較器の出力特性を劣化させないようにRIR2は
できるだけ高い抵抗値に選ぶ事が望ましい。尚、実施例
では局部発振信号の周波数fA をfT−flp に
ロックさせる様なシンセサイザーについて述べたが、局
部発振信号周波数fRをfT+flF にロックさせる
様なシンセサイザーについても同様の原理で本発明を適
用することができる。第7図は検出制御回路の他の実施
例を示す。本実施例の検出制御回路10′はローパスフ
ィルター6の出力点の直流電圧を検出し、ローパスフィ
ルター6の内部に帰還をかけるタイプであって、検出入
力点Aが制御出力点Bよりうしろ側にある為抵抗Rys
、Rysによりコンパレータ■C1に正帰還をかけて適
当なヒステリシスを持たせると共に抵抗R?ll、R1
4、キャパシターC2により検出入力信号に適当な遅延
時間を持たせている。この遅延時間は制御信号が制御出
力点Bから出発してローパスフィルター6、VCO7、
ミキサー4、位相比較器5を経由して口、−パスフィル
ター6の出力即ち検出入力点Aに至る迄の時間即ちPL
Lの−巡LL(答時間より決定することかできる。そし
て二の遅延時間はPLLを再ロックする為もともと必要
な遅延時間であろから抵抗R73、R?4、キャパシタ
ーC2によって検出入力信号に遅延時間を持゛たせろこ
とがPLLの系全体の応答を遅らせる要因にはならない
。また本実施例の検出制御回FM110’は直流′電圧
レベルを検出して(・るため第3図、第4図に示しfこ
実施例の様に位相比較器5から出力されるパルス信号を
平滑する回路(第4図のR2、CI)が不要でありこの
平滑化に伴う地合遅れか無い点で旬刊であり、さらに本
実施例の検出制御回路10′は直流のみを扱っているた
め、交流信月を扱う揚台の様な検出制置1回路の入力か
ら出力へのわずかな信号のkiれがP L Lかロック
−する際及びロックして(・ろ最中の符tjlEに悪影
響を及はすことも無い。 以上のように本発明によれは簡単な回路構成により送信
信号の周波数fT が大きく変化しても安定して作動
するPLL周波周波数センセ4図面単な説明 第1図及び第2図は従来の周波数シンセサイザーを示す
図、 第3図は、本発明の一実施例を示す図、第4図は検出制
御回路の一実施例を示す図、第5図は、第4図のヒステ
リシスコンパレーター回路の人出力特性を示す図、 第6図は周波数移動を示す図、 第7図は検出制御回路の他の実施例を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 IN、・・・第1の入力端子、 4・・・ミキサー、 5・・・位相比較器、IN2
・・・第2の入力端子、 6・・・ローパスフィルタ、 7・・・vCOllo・
・・検出制御回路。 第4図 u+r LIrVCCΔ77@圧 オ6図 (fgが′口・ンクすべきaaン 壱
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 第1の入力端子t−ミキサーの一方の入力端子に接続し
、該ミキサーの出力端子を位相比較器の一方の入力端子
に接続し、@go入力端子tm記位相比較器の他方の入
力端子Kll絖し、前記位相比較器の出力端子をローパ
スフィルタを介してvcoの入力端子KIIalL、該
VCOの出力端子を分岐して前記ミキサーの他方の入力
端子Kll絖してなる周波数シンセサイザーに於いて、 前記位相比軟(至)の出力によってvCOの発振出力が
ロック外れt起こして上限又は1@に至ったことt検出
し、VCOの出力周波数をロック可能な周腋歇蕾に移動
させる検出制御awe前記位相比軟−の出力端子とVC
Oの入力端子との関KIIIILIことtW像とするP
LL周波数シン鵞サイす−O
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56170738A JPS5873244A (ja) | 1981-10-27 | 1981-10-27 | Pll周波数シンセサイザ− |
US06/422,952 US4523157A (en) | 1981-10-27 | 1982-09-24 | PLL out-of-capture range detection and lock acquisition circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56170738A JPS5873244A (ja) | 1981-10-27 | 1981-10-27 | Pll周波数シンセサイザ− |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5873244A true JPS5873244A (ja) | 1983-05-02 |
Family
ID=15910463
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP56170738A Pending JPS5873244A (ja) | 1981-10-27 | 1981-10-27 | Pll周波数シンセサイザ− |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4523157A (ja) |
JP (1) | JPS5873244A (ja) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US4724401A (en) * | 1987-04-23 | 1988-02-09 | Rockwell International Corporation | Adaptive oscillator apparatus for use in a phase-lock loop |
JPH0226165A (ja) * | 1988-07-15 | 1990-01-29 | Hitachi Ltd | 中継装置及びpll回路 |
FR2677824B1 (fr) * | 1991-06-14 | 1993-08-20 | Thomson Csf | Dispositif de controle d'une boucle de phase a changement de frequence. |
US5208555A (en) * | 1991-09-23 | 1993-05-04 | Triquint Semiconductor, Inc. | Circuit for limiting maximum frequency output of a voltage controlled oscillator |
US5473639A (en) * | 1993-07-26 | 1995-12-05 | Hewlett-Packard Company | Clock recovery apparatus with means for sensing an out of lock condition |
US5835544A (en) * | 1993-12-24 | 1998-11-10 | Sony Corporation | Clock signal reproduction circuit and data reproduction circuit |
SE519489C2 (sv) * | 1999-09-13 | 2003-03-04 | Ericsson Telefon Ab L M | VCO-omkopplare |
US7119583B2 (en) * | 2004-03-31 | 2006-10-10 | Micron Technology, Inc. | Phase detector and method having hysteresis characteristics |
US7423456B2 (en) * | 2006-12-01 | 2008-09-09 | Micron Technology, Inc. | Fast response time, low power phase detector circuits, devices and systems incorporating the same, and associated methods |
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JPS5811143B2 (ja) * | 1977-11-07 | 1983-03-01 | 日本電気株式会社 | 送信周波数制御装置 |
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