JPS5950141B2 - 位相同期ル−プ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は入力信号の位相に追随する信号を得ることが
できる位相同期ループ回路に関するものである。

従来周知のこの種の位相同期ループ（ＰＬＬ）は第１図
に示す如く、位相比較器１、電圧制御発振器２、ループ
フィルタ３の３つの構成部分から構成されている。

上記位相比較器１はＰＭ信号と上記電圧制御発振器２の
出力信号との位相差に対応するような電圧を発生する機
能をもち、ループフィルタ３は低域通過フィルタで位相
比較器１の出力の高周波成分や雑音等の不要成分を徐去
する機能をもち、また電圧制御発振器２はループフィル
タ３の電圧出力に対応した周波数の信号を発生するもの
であり、このＰＬＬのワイドパックループにより、ＰＭ
信号と電圧制御発振器２の信号との周波数差が小さくな
る様にループフィルタ３の出力電圧が電圧制御発振器２
の発振周波数を制御し、ＰＭ信号の位相、周波数に追随
した出力信号が得られる。

この場合、ループフィルタ３の振幅位相特性によってＰ
ＬＬの安定性、応答特性、同期特性は決定される。

即ち、ループフィルタ３の特性をＰＭ信号の変調角周波
数に十分高速に追随できる特性に設定した場合には、ル
ープフィルタ３の出力電圧は電圧制御発振器２の出力信
号をＰＭ信号に同期させる様に変化し、このループフィ
ルタ３の出力は周波数復調出力となり、電圧制御発振器
２の入力電圧対偏位周波数特性で決まる出力電圧が得ら
れる。

又、ループフィルタ３の特性をＰＭ信号の変調角周波数
に追随できない時定数の大きい値に設定した場合には、
電圧制御発振器２の出力信号にはＰＭ信号の平均位相、
平均周波数に同期した信号が得られる。

ループフィルタ３の設定により、ＰＭ信号に対して平均
π／２ラジアン位相が偏移した出力信号を得る様にすれ
ば位相比較器１の出力を図示しない別の低域通過フィル
タを介して取り出すと、位相復調出力が得られる。

この復調出力感度はループフィルタ３の時定数が大きい
ほど大きくとれる。

ところで、上述の従来周知のＰＬＬによる位相同期ルー
プにおいては、電圧制御発振器２の出力周波数信号を安
定化させる為には、ループフィルタ３及び電圧制御発振
器２に次の様な特性が要求される。

電圧制御発振器２そのものの、周波数安定性が良好でな
ければならない。

なぜなら、もともと、ＰＬＬは、２つの入力信号の位相
及び周波数差に対応した、位相比較器１の出力信号をル
ープフィルタ３により電圧制御発振器２の制御電圧に変
換し制御する構成であり、ループフィルタ３の帯域外の
、周波数ジッタ成分は制御されず、そのまま出力に表わ
れる。

この為に、周波数復調感度を上げるべく、ループフィル
タの時定数を大きくして、平均周波数及び平均位相に追
随させるようにすればするほど、電圧制御発振器２の出
力の周波数安定性が損なわれてしまう。

ループフィルタの帯域は、位相同期が可能な周波数引込
み範囲あるいは、位相同期に必要な同期時間とも密接な
関係があり、２つの周波数信号の周波数差が、ループフ
ィルタの帯域外になると、無限時間を経ても、同期が行
なわれない事もある。

この為むやみにループフィルタの時定数を大きく出来な
い欠点がある。

この発明は、上記欠点を除去しようとするもので、ルー
プフィルタの出力電圧に応じて搬送波信号に対する位相
偏移角が制御される位相偏移信号を用いて位相同期ルー
プを構成することにより周波数安定性に優れ、ループフ
ィルタの設定が容易で、いかなる場合にも位相同期が可
能な位相同期ループを提供し得ると共に、上記位相偏移
信号を発生するための電圧制御位相偏移回路を複雑化す
ることなく簡単に構成できる位相同期ループを提供しよ
うとするものである。

以下、第２図に示すこの発明の一実施例について説明す
る。

即ち、第２図において、４は搬送周波数信号発生回路、
５はこの搬送周波数信号発生回路の搬送周波数信号の位
相を変調情報によって変調させる位相変調手段で、この
変調されたＰＭ信号はエクスクル−シブＯＲ回路１１に
よて構成された位相比較器１の一方の入力として与えら
れる。

６は上記搬送周波数信号発生回路４の信号を分周（分周
比１／２）する分周回路、７はループフィルタ３の出力
電圧に対応して上記分周回路６の信号からの位相偏移角
が制御される位相偏移信号を発生する電圧制御位相偏移
回路で互いに継続接続され、ループフィルタ３の出力電
圧によってパルス幅が制御できる複数（本実施例では２
つ）の位相偏移回路７１，７２と出力パルス幅を決定（
搬送周波数信号パルス幅と等しく設定）する単安定マル
チ回路７３とから構成されている。

上記各段の位相偏移回路７１，７２はそれぞれ抵抗７１
１．７２１とコンデンサ７１２，７２２との時定数回路
、このコンデンサ電圧とループフィルタ３の電圧とを比
較する比較器７１８，７２３、上記分周回路６の信号を
第１段のトリガ信号として順次トリガされ上記各比較器
７１３，７２３の出力によってリセットされるＤ形フリ
ップフロップ回路７１４，７２４及び該フリップフロッ
プ回路の出力によって上記コンデンサ７１２，７２２の
充放電を制御させるダイオード７１５，７２５により構
成されている。

又上記ループフィルタ３は一方の入力端子（＋）に設定
電圧Ｖｃを、他方の入力端子（−）に抵抗３３を介して
上記位相比較器１の出力をそれぞれ受ける演算増幅器３
１と、コンデンサ３２とにより構成されている。

第３図■、〜Ｖ６は第２図に同符号Ｖ１〜ｖ６で示す各
部の電圧信号波形図を示す。

上述の如く構成された位相同期ループにおいて、搬送周
波数信号発生回路４の信号Ｖ１を基準として、位相変調
手段５により何らかの変調情報に基づいて、位相変調さ
れた変調信号Ｖ６が位相比較器１の一方の入力として与
えられる。

又、搬送波信号ｖ１は分周回路６によって１７２分周さ
れて電圧制御位相偏移回路７に与えられる。

電圧制御位相偏移回路７においては、先ず、第１段目の
Ｄ形フリップフロップ７１４が分周回路６の信号Ｖ２の
「Ｈ」レベルへの立上りによりトリガされて反転作動し
、コンデンサ７１２の充電が開始され、このコンデンサ
７１２の充電々圧がループフィルタ３の出力電圧Ｖｃｐ
に達したときＤ形フリツプフロツプ７１４は比較器７１
３の出力によりリセットされ、出力電圧Ｖｃｐに対応し
た時間幅ＴＤ１のパルス出力ｖ３を発生する。

第２段目のＤ形フリップフロップ回路７２４は第１段目
のパルス出力Ｖ３の「Ｈ」レベルへの立上りでトリガさ
れてループフィルタ３の出力電圧Ｖｃｐに対応した時間
幅ＴＤ２のパルス出力Ｖ４を発生し、このパルス出力Ｖ
４の立上りにより単安定マルチ回路７３はトリガされて
所定時間幅のパルス出力ｖ５を発生し、位相比較器１の
他方の入力として与えられる。

即ち、電圧制御位相偏移回路７の出力ｖ５はループフィ
ルタ３の出力電圧Ｖｃｐに対応した第１第２段の位相偏
位回路７１，７２のパルス時間幅ＴＤ１．ＴＤ２の合成
時間位相だけ搬送周波数信号Ｖ１に対して位相偏移した
信号となる。

位相比較器１は上記の変調信号Ｖ６と電圧制御位相偏移
回路７の出力信号■５との位相差に対応した電圧を発生
し、ループフィルタ３はその電圧出力の高周波成分や雑
音等の不要成分を除去して電圧制御位相偏移回路７の偏
移角を位相比較器１の２人力位相が小さくなる様に制御
し、結局位相同期ループが構成されるものである。

位相比較器１の入力の位相差に対応した平均出力電圧特
性を第４図に示し、信号ｖ６とｖｌの基本波どうしく同
一周波数）の位相差に対応した平均出力電圧と、信号ｖ
６と分周信号Ｖ５の位相差に対応した平均出力電圧をそ
れぞれ示している。

第４図から明らかな様に第２図ループフィルタ３の゛設
定電圧を１７２とすれば信号ｖ６とｖ５の位相差はπ／
２で位相開基ループを構成することが判る。

一方、位相とは元来２πごとの周期函数であるところか
ら、上述の位相偏移回路７１，７２の１段当りの偏位可
能な位相偏移角は入力信号に対して０から２πまである
。

ここで本装置にあっては、電圧制御位相偏移回路７の入
力信号は基本波を分周回路６によって１７２分周してい
るため、一段当りの位相偏の位相偏移角は１７２分周波
に対してＯから２πまでとなるから基本波に対してはＯ
から４πまでと、分周回路の分周比に応じて逓倍させる
ことができる。

このことは、位相変調の変調角度が２πを超えた広角度
の位相変調に追随する位相同期ループを構成する場合に
、縦続接続される多数の位相偏移回路の数を分周比に応
じて減少し得ることを意味し、電圧制御位相偏移回路７
の構成の簡素化を図り得るものである。

更に、本装置は従来のＰＬＬの如く周波数を偏移させて
位相同期ループを構成するのではなく、直接位相を偏移
させて位相同期ループを構成するものであるから、回路
起動時には、変調信号ｖ６と電圧制御位相偏移回路７の
出力信号Ｖ５との間には、位相差しか存在せず、前述の
ＰＬＬの時に述べた周波数差は存在しない。

位相差も最大で２πであり、ループフィルタ３で定めら
れた、最寄りの位相同期角へすみやかに位相同期され、
周波数差によって生ずる周波数引込み範囲あるいは位相
同期に必要な同期時間等は考えなくてもよい。

これは、ループフィルタ３の帯域を任意に設定してもよ
い事を意味し、変調信号Ｖ６の位相に高速に追随させる
場合はもちろん、平均位相に追随させる場合にも、ルー
プフィルタ３０時定数を必要なだけ大きくしてやればよ
く、ループフィルタの設計が容易である。

更に、本発明の位相同期ループを用いて、位相復調出力
を取り出す場合で、ループフィルタ３の時定数が小さく
、変調信号に高速に追随させた場合、ループフィルタ３
の出力は、位相復調出力となり、電圧制御位相偏移回路
７の入力電圧対位相偏移角度特性で決まる出力電圧が得
られる。

これは、前述の従来のＰＬＬの時の周波数変調出力を時
間で積分した出力つまり位相復調出力そのものであり、
周波数変化の少ない位相変調の復調には高感度の出力電
圧が得られる。

又、ループフィルタ３の特性を、ＰＭ信号の変調角周波
数に追随出来ない時定数の大きい値に設定して、電圧制
御位相偏移回路７の出力に、ＰＭ信号の平均位相に同期
した信号を得る様にし、分周回路６の分周比毎の基環波
に対して、平均位相がπ／２ずれた信号を得る様にすれ
ば、位相比較器１１の出力を図示しない別の低域通過フ
ィルタを介して取り出すと、位相復調出力が得られる。

この時の復調出力電圧は、第４図に示す位相偏移対出力
電圧特性により決定され、非常に高感度である。

以上説明した通り、本発明によれば、ループフィルタの
出力電圧に応じて搬送波信号に対する位相偏移角が制御
される位相偏移信号を用いて位相同期ループを構成する
ことにより、周波数安定性に優れ、ループフィルタの設
定が容易で、いがなる場合にも位相同期が可能な位相同
期ループを構成することができ、更には上記位相偏位信
号を発生するための電圧制御位相偏移回路は搬送波信号
を位相偏位するにあたり、それぞれループフィルタの出
力電圧により入力信号の位相を制御する複数の位相偏位
回路を縦続接続して構成し、これら各位相偏位回路の合
成制御偏位角によって位相偏位制御を行うものであるか
ら低角度から広角度に亘って位相変調が連続的に行われ
る場合にもその位相変調に連続的に追随させて位相同期
制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の位相同期ループの基本構成図、第２図は
この考案の一実施例の電気回路図、第３図は第２図各点
の電圧波形図、第４図は第２図中の位相比較器の入出力
特性図である。 図において、１は位相比較器、３はループフィルタ、４
は搬送周波数信号発生回路、６は分周回路、７は電圧制
御位相偏移回路である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示すもの
とする。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 搬送周波数信号を発生する搬送周波数信号発生回路
   、上記搬送周波数信号から位相変調された変調信号を一
   方の入力とする位相変較器、この位相比較器の出力の不
   要周波数成分を徐去するループフィルタ、及び上記搬送
   周波数信号を基準位相波とし、この基準位相波からの位
   相偏位角が上記ループフィルタの出力電圧に対応して制
   御される出力信号を発生して上記位相比較器の他方の入
   力とする電圧制御位相偏位回路を備え、上記電圧制御位
   相偏移回路は入力信号によりトリガーされ、制御信号に
   より出力パルス幅が制御可能な複数（Ｎ個）縦続接続さ
   れた位相偏移回路及び上記位相偏移回路に縦続接続され
   た固定パルス幅を発生させる為の単安定マルチより成り
   、上記複数個の位相偏移回路の出力パルス幅はいずれも
   上記ループフィルタの出力電圧に対応してそれぞれの入
   力信号からの位相偏位角が０度以上３６０°未満の範囲
   で制御され、これら各位相偏位角の合成の偏位角によっ
   て最終段の固定パルスを発生する単安定マルチはトリガ
   ーされ上記基準位相波と略等しいパルス幅の矩形波を発
   生する事によって、上記基準位相波を上記ループフィル
   タの出力電圧に対応して０度以上、Ｎ Ｘ ３６０度未
   満の広角度に位相偏位制御した事を特徴とする位相同期
   ループ回路。