JPS6037664B2 - Out-of-sync detection circuit - Google Patents

Out-of-sync detection circuit

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JPS6037664B2
JPS6037664B2 JP55108544A JP10854480A JPS6037664B2 JP S6037664 B2 JPS6037664 B2 JP S6037664B2 JP 55108544 A JP55108544 A JP 55108544A JP 10854480 A JP10854480 A JP 10854480A JP S6037664 B2 JPS6037664 B2 JP S6037664B2
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frequency
output
reference signal
circuit
signal
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忠 岩田
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Mitsubishi Electric Corp
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L7/00Arrangements for synchronising receiver with transmitter
    • H04L7/02Speed or phase control by the received code signals, the signals containing no special synchronisation information

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、位相制御系における同期はずれ検出回路に
関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an out-of-synchronization detection circuit in a phase control system.

この位相制御系を、一般によく知られているPLL(P
haseLockedLoop)回路を例にして以下説
明する。
This phase control system is constructed using the generally well-known PLL (P
This will be explained below using the (haseLockedLoop) circuit as an example.

第3図はPLL回路のブロックで、1は電圧制御発振器
(Volta鉾 Controled ○scilla
tor;以下VCOと称す)を示す。
Figure 3 shows a block of the PLL circuit, where 1 is a voltage controlled oscillator (Volta oscillator).
tor (hereinafter referred to as VCO).

このVCOIの出力信号と、基準信号発振器4からの基
準信号とを位相比較器(PSD)3にて位相比較し、上
記位相比較器3の出力を上記VCOIに印加し、位相の
同期化を行なう。なお、図中、13はVCOIの出力端
子である。VCOIは位相比較器3の出力制御信号電圧
によって発振周波数が決定される発振器であり、その出
力は位相比較器3に印加され、PLLの帰還系を形成し
ている。
The output signal of this VCOI and the reference signal from the reference signal oscillator 4 are phase-compared by a phase comparator (PSD) 3, and the output of the phase comparator 3 is applied to the VCOI to perform phase synchronization. . Note that in the figure, 13 is an output terminal of the VCOI. The VCOI is an oscillator whose oscillation frequency is determined by the output control signal voltage of the phase comparator 3, and its output is applied to the phase comparator 3 to form a feedback system of the PLL.

第4図は、上記位相比較器3の出力誤差電圧をVeとし
たときにおけるPLLの周波数追従特性を示す。
FIG. 4 shows the frequency tracking characteristic of the PLL when the output error voltage of the phase comparator 3 is Ve.

第3図の構成において、いま、VCOIが中心周波数ら
で発振しているとき、操換し周波数fの入力信号を印加
し、その入力信号周波数fを周波数の低い方から高い方
へ漸次上昇させると、f干flにおいて、PLLは入力
信号に引き込まれ、fがf2に到達するまで、入力信号
と同じ周波数で上記VCOIが同期発振する。
In the configuration shown in Fig. 3, when the VCOI is currently oscillating at the center frequency, an input signal with a frequency f is applied to the input signal, and the input signal frequency f is gradually increased from the lower frequency to the higher frequency. Then, at f/fl, the PLL is pulled in by the input signal, and the VCOI oscillates synchronously at the same frequency as the input signal until f reaches f2.

f=f2において同期がはずれると、VCOIの発振周
波数fはけこ戻る。つぎに、入力信号周波数fを周波数
の高い方から低い方へ漸次下降させると、f=f3にお
いて、PLLは入力信号に引き込まれ、fがf4に到達
するまで、入力信号と同じ周波数で上記VCOIが同期
発振する。f=f4において同期がはずれると、VCO
Iの発振周波数fはけこ戻る。上記したfl>f>f3
の範囲2△℃を周波数引込み範囲(プルインレンジ;P
ullinrange)、また、f2>f>f4の範囲
2△山をロック範囲(山ckran繋)、さらに、f6
>f>f5の範囲2△山一inを位相引込み範囲(ロッ
クィンレンジ;山ck−jnran鱒)という。
When synchronization is lost at f=f2, the oscillation frequency f of the VCOI goes back up a notch. Next, when the input signal frequency f is gradually lowered from the higher frequency side to the lower frequency side, at f=f3, the PLL is drawn into the input signal, and the above VCO oscillates synchronously. When synchronization is lost at f=f4, the VCO
The oscillation frequency f of I is pushed back. above fl>f>f3
The range 2△℃ is the frequency pull-in range (Pull-in range; P
ullinrange), and the range 2△ mountain of f2>f>f4 is locked range (mountain ckran connection), and furthermore, f6
The range 2△yama 1 inch of >f>f5 is called the phase entrainment range (lock-in range; mountain ck-jnran trout).

PLLに信号が印加されるまでは、位相比較器3の出力
電圧はなく、位相制御系はオープン状態にあり、一般的
に、入力信号の周波数と位相とは、旨走発振状態にある
VCOIのそれらと同期関係にないため一致していない
Until a signal is applied to the PLL, there is no output voltage from the phase comparator 3 and the phase control system is in an open state. Generally, the frequency and phase of the input signal are determined by the frequency and phase of the VCOI in a successful oscillation state. They do not match because they are not in a synchronous relationship.

そのため、まず周波数引込み範囲で周波数が近接したの
ち、位相引込みで同期するといった2段の範囲で同期す
るものと考えることができる。すなわち、周波数の異な
る入力信号が位相比較器3に印加されると、この位相比
較器3は非直線動作特性を有するためミキサとしての動
作を行ない、VCOIの出力信号を局部発振信号として
両信号の周波数差に対応するビート(うなり)信号出力
を発生する。
Therefore, it can be considered that synchronization occurs in a two-step range, in which the frequencies first become close in the frequency pull-in range, and then synchronization occurs in the phase pull-in range. That is, when input signals with different frequencies are applied to the phase comparator 3, the phase comparator 3 operates as a mixer because it has non-linear operating characteristics, and uses the output signal of the VCOI as a local oscillation signal to mix both signals. Generates a beat signal output corresponding to the frequency difference.

このビート周波数が、孫の特性で決定される特定の値以
下であると、漸次VCOIは周波数差を短縮して同期す
るけれども、その範囲外では周波数の接近・離脱を操返
えすのみで、平均周波数の減少はなく、同期することが
できない。
If this beat frequency is below a certain value determined by the characteristics of the grandchild, the VCOI will gradually shorten the frequency difference and synchronize, but outside of that range, the frequencies will only repeat approaching and departing, and the average There is no frequency reduction and cannot be synchronized.

ところが、ビート周波数にPLLが応答できれば、ビー
ト信号波形の正の半サイクルでVCOIの発振周波数を
入力周波数に近づけ、負の半サイクルでは逆に遠ざける
ように作用する。
However, if the PLL can respond to the beat frequency, it will act to bring the oscillation frequency of the VCOI closer to the input frequency during the positive half cycle of the beat signal waveform, and move it away from it during the negative half cycle.

このためビート波形に変化が生じ、正の半サイクルでは
ゆるやかに変化し、負の半サイクルでは早くなり、その
結果、ビート波形の1サイクルで平均の直流レベルが正
の方へ片寄り、この直流分でVCOIの周波数が入力信
号に近より周波数差を短縮する。すると、さらに大きな
直流分が発生し、漸次正帰還効果で加速的に周波数を追
従してゆく。この範囲がプルィンないし周波数引込み過
程である。つぎに、ある程度以下の周波数差となると、
ビート波形にPLLの応答が完全に追従できるようにな
って同期が確立する。
This causes a change in the beat waveform, which changes slowly in the positive half cycle and quickly in the negative half cycle.As a result, the average DC level shifts toward the positive side in one cycle of the beat waveform, and this DC The closer the frequency of the VCOI to the input signal in minutes, the shorter the frequency difference. Then, an even larger DC component is generated, and the frequency gradually follows the frequency at an accelerated pace due to the positive feedback effect. This range is the pull-in or frequency pull-in process. Next, when the frequency difference is below a certain level,
The response of the PLL can completely follow the beat waveform, and synchronization is established.

この過程がロックィンないし位相引込みである。このよ
うにPLLが入力信号周波数と同期に要する時間は、プ
ルィンの周波数引込み時間と、ロックィンの位相引込み
時間との和で表わされる。
This process is lock-in or phase entrainment. The time required for the PLL to synchronize with the input signal frequency is represented by the sum of the pull-in frequency pull-in time and the lock-in phase pull-in time.

上記のような位相制御系における同期はずれを検出する
回路として種々のものが存在するが、それらにおいては
、同期はずれの検出時間または同期はずれ検出の分解能
(どれだけはずれると同期はずれとみなすかということ
)のいずれかの点で不十分であり、これらを同時に満足
することはできなかった。この発明は、上記のような従
来の欠点を除き、短時間で同期はずれを検出でき、しか
も分解館の高い同期はずれ検出回路を提供することを目
的とする。
There are various types of circuits that detect out-of-synchronization in the above-mentioned phase control system, but in these circuits, the detection time of out-of-synchronization or the resolution of out-of-synchronization detection (how much out of synchronization is considered as out-of-synchronization) ), and it was not possible to satisfy both of them at the same time. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an out-of-synchronization detection circuit that can detect out-of-synchronization in a short time and is easy to dismantle, while eliminating the above-mentioned conventional drawbacks.

以下、この発明の一実施例を図について説明する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図において、1は電圧制御発振器2はVCOIの出
力を分間するための可変分周器、3は基準信号発振器4
の基準出力と可変分周器2の出力とを位相比較するため
の位相比較器で、位相比較器3の出力はVCOIに与え
られ、これによってVCOIの発振周波数が制御される
。5は基準信号を1/8に分周する分周器、6,7はい
ずれも1/2分周器で、これらはカゥンタ1 0を構成
し、VCOIの出力を分間する。
In FIG. 1, 1 is a voltage controlled oscillator, 2 is a variable frequency divider for dividing the output of the VCOI, and 3 is a reference signal oscillator 4.
The output of the phase comparator 3 is applied to the VCOI, thereby controlling the oscillation frequency of the VCOI. 5 is a frequency divider that divides the reference signal into 1/8, and 6 and 7 are both 1/2 frequency dividers, which constitute a counter 10 and divide the output of the VCOI.

8は分周器6および7の出力を発振するゲート回路、9
はゲート回路8の出力を記憶する記憶回路である。
8 is a gate circuit that oscillates the outputs of frequency dividers 6 and 7; 9
is a storage circuit that stores the output of the gate circuit 8.

また、分周器5の出力は分周器6,7に与えられて、こ
れらをセットまたはリセットするとともに、記憶回路9
に与えられてこれをトリガし、記憶状態を変更させる。
つぎに動作について述べる。
Further, the output of the frequency divider 5 is given to the frequency dividers 6 and 7 to set or reset them, and also to set or reset the frequency dividers 6 and 7.
is given to trigger it and cause it to change its memory state.
Next, we will discuss the operation.

VCOIの出力は、可変分周器2で分周され、ほぼ基準
信号の周波数と等しい周波数の信号に変換されて、位相
比較器3に与えられる。位相比較器3は上記2つの信号
の位相差を比較し、位相差に応じた出力をVCOIへ与
える。これによってVCOIの発振周波数が制御され、
結局VCOIの発振周波数foは、ら=n×frとなる
。ここで、n:可変分周器2の分筒比、h:基準信号の
周波数である。したがって、同期状態においては、第2
図に示すように、基準信号の1パルス区間にn個のVC
O出力パルスが生じているので、分闇器5の出力の半分
の区間、たとえばBの区間には、4n個のVCO出力パ
ルスがあることになる。
The output of the VCOI is frequency-divided by a variable frequency divider 2, converted into a signal having a frequency approximately equal to the frequency of the reference signal, and then provided to a phase comparator 3. The phase comparator 3 compares the phase difference between the two signals and provides an output corresponding to the phase difference to the VCOI. This controls the oscillation frequency of the VCOI,
In the end, the oscillation frequency fo of the VCOI is equal to n×fr. Here, n: division ratio of the variable frequency divider 2, h: frequency of the reference signal. Therefore, in the synchronous state, the second
As shown in the figure, there are n VCs in one pulse section of the reference signal.
Since the O output pulse is occurring, there are 4n VCO output pulses in the half section of the output of the duplexer 5, for example, the section B.

このことは、可変分席器2の分周比nを変化させても、
Bの区間に入るパルスの数は必ず4の整数倍になってい
ることを意味している。それゆえ、分周器5の出力のA
の区間におし、て、分周器6,7をリセット状態(この
状態においては、分周器6,7はいずれも“0”である
と仮定し、これをカウンター0の出力状態として(0,
0)と表示することにする)に保ち、Bの区間だけセッ
ト状態にして動作させれば、Bの区間の終り‘こは、カ
ゥソタ10の出力状態は、nの値にかかわらず(1,1
)に変化している。
This means that even if the frequency division ratio n of the variable seat divider 2 is changed,
This means that the number of pulses entering the section B is always an integral multiple of 4. Therefore, A of the output of frequency divider 5
In the interval, the frequency dividers 6 and 7 are reset to the state (in this state, it is assumed that the frequency dividers 6 and 7 are both "0", and this is set as the output state of the counter 0 ( 0,
0)), and if only the section B is set and operated, the output state of the cursor 10 at the end of the section B will be (1, 0) regardless of the value of n. 1
).

ただし、カウンター0は1パルスごとに、(0,0)→
(0,1)→(1,0)→(1,1)→(0,0)→・
・・のように出力状態が変化するものと仮定する。した
がって、今たとえば2パルスだけ周波数がずれたとする
と、Bの区間の終りにはカゥンタ10の出力状態は(0
,1)となる。
However, counter 0 changes every pulse from (0, 0) to
(0,1)→(1,0)→(1,1)→(0,0)→・
Assume that the output state changes as follows. Therefore, if the frequency deviates by, for example, two pulses, the output state of the counter 10 will be (0) at the end of section B.
,1).

ここで、ゲート回路8を、(0,1)の状態のみを同期
はずれとして判別するように設計しておけば、上記2パ
ルス分のずれを同期はずれとして判別することができる
。一方、(1,1),(0,0),(1,0)について
は正常状態として判別される。これらの判別結果はBの
区間の終りに記憶回路9に記憶される。なお、上記の場
合において、本来の正常状態である(1,1)のほかに
、その両隣の(0,0),(1,0)の状態をも正常状
態として判別するようにしているのは、カウンター0の
出力の変化時点と分周器5の出力の変化時点とがたまた
まほぼ等しくなった場合に、回路素子(ICなど)が誤
動作しても、なお正常範囲にとどめておくためである。
Here, if the gate circuit 8 is designed to determine only the state (0, 1) as out-of-synchronization, the deviation of the two pulses can be determined as out-of-synchronization. On the other hand, (1,1), (0,0), and (1,0) are determined to be in a normal state. These determination results are stored in the storage circuit 9 at the end of section B. In addition, in the above case, in addition to the original normal state (1, 1), the states on both sides of it (0, 0) and (1, 0) are also determined to be normal states. This is to ensure that even if a circuit element (such as an IC) malfunctions if the time point at which the output of counter 0 changes and the time point at which the output of frequency divider 5 changes are almost equal, it will still remain within the normal range. be.

以上の説明から明らかなように、第1図の回の分解態と
しては、4nパルス中2パルス以上周・数がずれた場合
に同期はずれ判別が可能となるが、一般にnは可変分周
器2によって大きく選定できるので、上記分解能は通常
の分解能に比べてきわめて高いものになる。
As is clear from the above explanation, as for the decomposition of the times in Figure 1, if the frequency/number of pulses deviates by two or more out of 4n pulses, it is possible to determine out of synchronization, but in general, n is a variable frequency divider. 2, the resolution is much higher than the normal resolution.

また、検出時間は、2パルスずれている場合基準信号の
8クロック分であり、これもまた非常な短時間であるこ
とがわかる。さらに、回路も通常のICを2〜3個程度
用いることにより簡単に構成できる。なお、第1図の回
路においては、同期はずれ検出出力として、散発的にパ
ルスが発生するだけであるが、これを引きのばすために
は、パルス引きのばし回路を付加すればよい。
Further, the detection time is 8 clocks of the reference signal when there is a two-pulse shift, and it can be seen that this is also a very short time. Furthermore, the circuit can be easily constructed by using about 2 to 3 ordinary ICs. In the circuit shown in FIG. 1, pulses are only sporadically generated as the out-of-synchronization detection output, but in order to extend these pulses, a pulse extension circuit may be added.

また、上記実施例では、カウンタ10と分周器5の分周
比をそれぞれ1′4,1/8としたが、これらを適宜変
えてもよいことは当然であり、適当な検出時間と分解能
の特性を得るための設計が可能である。以上述べたよう
に、この発明によれば、検出時間が短か〈かつ分解能の
高い同期はずれ検出回路を簡単に得ることができる。
Further, in the above embodiment, the frequency division ratios of the counter 10 and the frequency divider 5 are set to 1'4 and 1/8, respectively, but it is of course possible to change these as appropriate, and to adjust the detection time and resolution appropriately. It is possible to design to obtain the following characteristics. As described above, according to the present invention, an out-of-sync detection circuit with short detection time and high resolution can be easily obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の同期はずれ回路の一実施例を示すブ
ロック図、第2図は第1図の回路の動作を説明するため
のチャート、第3図は従来のVCOを用いたPLLの一
例を示すブロック回路図、第4図は第3図に示したVC
Oの動作特性図である。 1・・・電圧制御発振器、2・・・可変分周器、3・・
・位相比較器、4・・・基準信号発振器、5,6,7・
・・分周器、8・・・ゲート回路、9・・・記憶回路。 第2図第1図 第3図 第4図
Fig. 1 is a block diagram showing an embodiment of the out-of-sync circuit of the present invention, Fig. 2 is a chart for explaining the operation of the circuit shown in Fig. 1, and Fig. 3 is an example of a PLL using a conventional VCO. Figure 4 is a block circuit diagram showing the VC shown in Figure 3.
FIG. 1... Voltage controlled oscillator, 2... Variable frequency divider, 3...
・Phase comparator, 4...Reference signal oscillator, 5, 6, 7・
... Frequency divider, 8... Gate circuit, 9... Memory circuit. Figure 2 Figure 1 Figure 3 Figure 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 基準信号を発生する基準信号発振器と、この基準信
号発振器からの基準信号を一方の入力とする位相比較器
と、この位相比較器からの出力制御信号により発振周波
数が制御される電圧制御発振器とを具備し、この電圧制
御発振器の出力信号を上記位相比較器の他方の入力とす
る位相制御系における同期はずれ検出回路において、上
記電圧制御発振器の出力信号を可変に分周して上記位相
比較器の他方の入力として印加する可変分周器と、上記
基準信号を分周する第1の分周器と、上記電圧制御発振
器の出力信号を分周する第2の分周器と、この第2の分
周器の出力状態にもとずいて同期はずれを判別するゲー
ト回路と、このゲート回路の出力を記憶する記憶回路と
を備え、上記第1の分周器の出力で第2の分周器をセツ
トまたはリセツトするとともに記憶回路の記憶状態を変
更するようにしたことを特徴とする同期はずれ検出回路
1. A reference signal oscillator that generates a reference signal, a phase comparator that receives the reference signal from this reference signal oscillator as one input, and a voltage-controlled oscillator whose oscillation frequency is controlled by the output control signal from this phase comparator. In the out-of-sync detection circuit in the phase control system, the output signal of the voltage controlled oscillator is inputted to the other input of the phase comparator, the output signal of the voltage controlled oscillator is variably divided and the output signal of the voltage controlled oscillator is inputted to the other input of the phase comparator. a first frequency divider that divides the frequency of the reference signal; a second frequency divider that divides the output signal of the voltage controlled oscillator; A gate circuit for determining out-of-synchronization based on the output state of the frequency divider, and a storage circuit for storing the output of the gate circuit, 1. An out-of-synchronization detection circuit, characterized in that it sets or resets a device and changes the storage state of a storage circuit.
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