JPS6051011A - Synchronous detecting device - Google Patents

Synchronous detecting device

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Publication number
JPS6051011A
JPS6051011A JP15707584A JP15707584A JPS6051011A JP S6051011 A JPS6051011 A JP S6051011A JP 15707584 A JP15707584 A JP 15707584A JP 15707584 A JP15707584 A JP 15707584A JP S6051011 A JPS6051011 A JP S6051011A
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JP
Japan
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noise
phase
detector
signal
input
Prior art date
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Pending
Application number
JP15707584A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Etsuchi Naegeri Andoriyuu
アンドリユー・エツチ・ナエゲリ
Eru Kaapu Suchiyuaato
スチユアート・エル・カープ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hewlett Packard Japan Inc
Original Assignee
Yokogawa Hewlett Packard Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Hewlett Packard Ltd filed Critical Yokogawa Hewlett Packard Ltd
Publication of JPS6051011A publication Critical patent/JPS6051011A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03DDEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D1/00Demodulation of amplitude-modulated oscillations
    • H03D1/22Homodyne or synchrodyne circuits

Abstract

PURPOSE:To compensate and reduce an error caused by a residual phase modulation noise and an addition noise by poviding a phase lock loop having a constant loop filter band width, and also providing an effective value detector. CONSTITUTION:In a loop filter 408, a micro-processing device varies an effective value of a feedback resistor 404 by using a multiplication type D/A converter 402. In this case, if a capacitor 406 is large enough, a constant transfer function H(S) is shown, and a PLL band width of a synchronous detecting device is kept constant irrespective of an input signal level, by which an error induced by a phase modulation is eliminated. Also, an error of a DC output 412 of a synchronous detector 414 is calculated from an S/N ratio in the loop, and corrected by using an RMS detector 502 as an analog calculator. In this way, the PLL band width can be made equal to a band width of a noise filter 410, and an influence of an addition noise in a system is eliminated.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、イ/ビーダ/ス測定器等で使用する同期検波
装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a synchronous detection device used in an electronic/veda/s measuring instrument or the like.

〔従来技術〕[Prior art]

ラジオ周波数の信号レベルを正確に測定することは、受
信料の測定および他の多くの応用面で重要である。その
ような測定はたとえば信号発生器の校正や減衰址測定な
どのように、不変調信号あるいは連続波(CW)信号な
測定するときには特に重要である。信号レベルが低いと
き被測定信号に加算されたランダムノイズは信号レベル
の測定において誤差要因となり、信号レベルが減少する
につれてノイズに起因する誤差比率は増加する。
Accurately measuring radio frequency signal levels is important in license fee measurements and many other applications. Such measurements are particularly important when measuring unmodulated or continuous wave (CW) signals, such as signal generator calibration and attenuation measurements. Random noise added to the signal under test when the signal level is low becomes an error factor in signal level measurement, and as the signal level decreases, the error ratio due to noise increases.

従来から、ランダムノイズに埋れた低レベル信号の測定
精度を上げるために、いくつかの解決法が提案されてき
た。1つの解決法は検波前、すなわちRMS(実効Ji
り検波、または平均直換波する前に信号を狭い帯域幅の
フィルタでろ波することである。そうすることによって
ノイズの影響は減少する。しかしながら、検波前に狭帯
域にすると測定プロセス中の狭帯域幅フィルタの中心に
信号を同調させることはむすかしくなる。さらに、検波
帯域幅が狭くなるにつれて測定は信号の残留位相変調(
PM)および残留周波数変調(FM)に影響されやすく
なる。PMおよびFMの影響によりフィルタ帯域幅の外
側に落ちる変調成分に起因する誤差が生ずる。このため
信号をフィルタ帯域幅の中心に正確におくことは困難と
なる。さらにフィルタ帯域幅が狭いと信号の周波数ドリ
フトにより影響されやすくなる。したがって、信号がフ
ィルタ通過帯域外にドリフトすると誤差が生ずる。これ
ら誤差の定性的解析な以下に述べる。
In the past, several solutions have been proposed to improve the measurement accuracy of low-level signals buried in random noise. One solution is to calculate the RMS (effective Ji) before detection.
It involves filtering the signal with a narrow-bandwidth filter before performing re-detection or average direct conversion. By doing so, the influence of noise is reduced. However, narrowbanding before detection makes it difficult to tune the signal to the center of the narrow bandwidth filter during the measurement process. Furthermore, as the detection bandwidth narrows, measurements of the signal's residual phase modulation (
PM) and residual frequency modulation (FM). PM and FM effects result in errors due to modulation components falling outside the filter bandwidth. This makes it difficult to accurately center the signal within the filter bandwidth. Furthermore, if the filter bandwidth is narrow, it will be more susceptible to signal frequency drift. Therefore, errors occur if the signal drifts outside the filter passband. A qualitative analysis of these errors is described below.

従来のもう1つの解決法は検波後にノイズ誤差を補正す
ることである。しかしながら、この解決法ではSN比(
SN比)が常にわかっていなければならない。SNRを
知るためにはノイズレベルを測定しなければならない。
Another conventional solution is to correct for noise errors after detection. However, this solution has a signal-to-noise ratio (
The signal-to-noise ratio) must always be known. To know the SNR, the noise level must be measured.

このためには計器から信号を取り除き、ノイズを測定せ
ねばならず、したがって、測定プロセスが複雑になる。
This requires removing the signal from the instrument and measuring the noise, thus complicating the measurement process.

さらに、ノイズレベルと信号レベルとの差が非常に小さ
いとき5NFL測定は非実用的で、不正確なものになる
Furthermore, when the difference between the noise level and the signal level is very small, 5NFL measurements become impractical and inaccurate.

なお従来におけるも51つの解決法は同期検波装置であ
り、ノイズに起因する直流誤差を除去することができる
。1つの主要な問題はどこで必要な同期信号を得るかと
いうことである。たとえ被測定信号の高レベルサンプル
が得られても、高い周波数ではシステム内の必要な同期
信号が測定システムに漏れるという欠点がある。これは
測定している低レベルの信号に加わりマスクしてしま%
この問題に対処するため常に低い周波数で動作する位相
ロックループ(PLL)を使い同期検波装置用の基準信
号を導出することが提案されてき旭PLLにより得られ
た基準信号は低レベルの信号をマスクする問題を減らし
はするが、またロックしている信号のノイズや位相変調
あるいは周波数変調に反応する。ループ帯域幅を減少す
ることにより位相ノイズのレベルを下げることができる
Note that one of the conventional solutions is a synchronous detection device, which can remove DC errors caused by noise. One major problem is where to obtain the necessary synchronization signals. Even if high-level samples of the signal under test are obtained, the drawback is that at high frequencies the necessary synchronization signals within the system leak into the measurement system. This adds to and masks the low level signal you are measuring.
To deal with this problem, it has been proposed to derive a reference signal for a synchronous detection device using a phase-locked loop (PLL) that always operates at a low frequency.The reference signal obtained by Asahi PLL masks low-level signals. Although it reduces the problem of locking, it also reacts to noise and phase or frequency modulation of the locked signal. By reducing the loop bandwidth, the level of phase noise can be lowered.

しかしながら、帯域幅を減少することによりドリフト信
号あるいは広帯域の信号を追跡することはよりむずかし
くなる。これは次の解析から明白である。
However, by reducing the bandwidth, it becomes more difficult to track drifting or broadband signals. This is clear from the following analysis.

理想的な同期検波装置において、同期検波は入力信号と
同じ周波数および位相を持つ別の信号でミキシングし、
OHz に落とすこと罠より実現される。ここで使われ
るミクサはスイッチング式の掛算器である。入力信号な
■B coswct、スイッチング信号を2(cosw
ct+ (1/3 ) cos 3wct 十(115
)cos 5 wct+・・・・・・〕で表わすと掛算
器出力VoはVo(t)==(Vs)(1+cos2w
ct−(1/3 >C082WCt+−・・’J・・・
・・・・・・(1) で表わされる。この出力を低域通過フィルタに通して処
理し、Vs、すなわち入力信号レベルに比例した直流成
分を残す。もし入力信号が振幅変調されていればそれは
復調されて同期検波装置の出力に現われる。
In an ideal synchronous detection device, synchronous detection mixes the input signal with another signal that has the same frequency and phase,
Dropping to OHz is realized by trapping. The mixer used here is a switching multiplier. Input signal ■ B coswct, switching signal 2 (cosw
ct+ (1/3) cos 3wct ten (115
)cos 5 wct+...], the multiplier output Vo is Vo(t)==(Vs)(1+cos2w
ct-(1/3 >C082WCt+-...'J...
......(1) It is expressed as follows. This output is processed through a low-pass filter, leaving Vs, a DC component proportional to the input signal level. If the input signal is amplitude modulated, it is demodulated and appears at the output of the coherent detection device.

入力5NI(が高いとき検波の直線性はスイッチング掛
算器の特性によって決定される。結果としてlOデシベ
ルの入力変化に対して約0.003デシベルの非直線性
が可能となる。しかしながらSNRが減少すると複雑な
事態が持ち上がる。この場合、かなりの非直線性が結果
として生ずる。
When the input 5NI is high, the linearity of the detection is determined by the characteristics of the switching multiplier, resulting in a nonlinearity of about 0.003 dB for input changes of 10 dB. However, as the SNR decreases, A complication arises, in which significant nonlinearities result.

従来の同期検波装置において、同期検波回路の大部分は
ミクサに必要な高レベル局部発振器(LO)入力信号を
発生させるのに用いられる。この信号は試験入力信号と
同相でなければならず、たとえば数kHz 以上もドリ
フトするような入力に追従できなければならない。これ
を実現するために電圧制御発振器(VCO)を入力信号
に位相ロックしLO倍信号発生する。このための位相ロ
ックループではVCOは入力信号に対して直角に位相ロ
ックする。結果としてLOと入力信号との位相間系をゼ
ロ度にするためにVCOの出力は90度移相される。
In conventional synchronous detection devices, most of the synchronous detection circuitry is used to generate the high level local oscillator (LO) input signal required by the mixer. This signal must be in phase with the test input signal and must be able to track inputs that drift by, for example, a few kHz or more. To achieve this, a voltage controlled oscillator (VCO) is phase-locked to the input signal to generate an LO multiplied signal. In a phase-locked loop for this purpose, the VCO is phase-locked quadrature to the input signal. As a result, the output of the VCO is phase shifted by 90 degrees to bring the phase relationship between the LO and the input signal to zero degrees.

第2図は従来の同期検波装置のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a conventional coherent detection device.

第2図において、201は位相検波器、202はループ
フィルタ、203はvCO1204ハ90°移相器、2
05は同期検波器、206は低域通過フィルタである。
In FIG. 2, 201 is a phase detector, 202 is a loop filter, 203 is a vCO1204 90° phase shifter, 2
05 is a synchronous detector, and 206 is a low-pass filter.

総合ループレスポンスと同様に同期検波装置の誤差性能
はこのシステムにおいては位相ロックループフィルタ2
02によって決定される。
Similar to the overall loop response, the error performance of the synchronous detection device is determined by the phase-locked loop filter 2 in this system.
02.

一般に同期検波により伝統的な包絡線検波技術に比ベノ
イズ性能はかなり改善されるが欠点もある。たとえば、
30 k Hzの帯域幅の加算白色雑音によって囲まれ
た455kHzの不変調キャリアから成る入力信号につ
いて考慮すると該ノイズを2111i1の独立成分に分
離することができる。すなわち、同相分n i (t)
および直角成分nq(t)である。これらの成分は相関
のない確率信号であり、この例では15 kHzに帯域
幅制限されている。結果として合成入力信号Vi(t)
は次のように表わすことができる。
In general, synchronous detection provides considerable improvements in noise performance compared to traditional envelope detection techniques, but it also has drawbacks. for example,
Considering an input signal consisting of an unmodulated carrier of 455 kHz surrounded by additive white noise of 30 kHz bandwidth, the noise can be separated into 2111i1 independent components. That is, the in-phase component n i (t)
and the orthogonal component nq(t). These components are uncorrelated stochastic signals and are bandwidth limited to 15 kHz in this example. As a result, the composite input signal Vi(t)
can be expressed as follows.

Vi(を戸Vg coswct +n1(t) cos
wct −nq(t) sinwct・・・・・・(2
) LO倍信号理想信号、すなわち2coswctとみなし
、基本線形アナログ乗算をほどこせば式1はまた次のよ
うに表わすことができる。
Vi(Vg coswct +n1(t) cos
wct −nq(t) sinwct・・・・・・(2
) By regarding the LO multiplied signal as an ideal signal, ie, 2coswct, and performing basic linear analog multiplication, Equation 1 can also be expressed as follows.

Vc(t)=Vg+ nl(t)+(Vl + nl(
t) ) CO82wct−nq (t) sin 2
 wct −−−…・・・・・・・・・(3)この結果
から同期検波の使用に関して2つの事実がわかる。第1
に出力ではノイズは加算的である。ノイズは検波器にお
けるように入力信号に掛けられていない。結果として所
望信号vsは常に再生可能である。出力ノイズは必要な
ときはいつでも出力に低域通過フィルタを加えることに
より減少できる。第2の事実は同相ノイズ成分だけがベ
ース帯域に変換されるということである。直角成分は除
去される。ダウンコンバートされると入力キャリアの両
側の加算ノイズ側帯域が折り重ねられ、2つの側波帯は
相関がないので電力レベルが加算される。逆にLOはキ
ャリアと同期しているため入力信号のピーク値は出力に
直接変換される。
Vc(t)=Vg+nl(t)+(Vl+nl(
t) ) CO82wct-nq (t) sin 2
wct --- (3) This result reveals two facts regarding the use of coherent detection. 1st
At the output, the noise is additive. Noise is not multiplied by the input signal as in the detector. As a result, the desired signal vs can always be reproduced. Output noise can be reduced by adding a low pass filter to the output whenever necessary. The second fact is that only the in-phase noise component is converted to baseband. The orthogonal component is removed. When downconverted, the summed noise sidebands on both sides of the input carrier are folded together, and the power levels are summed since the two sidebands are uncorrelated. Conversely, since the LO is synchronized with the carrier, the peak value of the input signal is directly converted to the output.

その結果、所犠出力成分の電力は入力信号電圧のピーク
に関係する。不要ノイズ出力電力はRMSノイズ入力電
圧に関係する。しかしながら、同期検波のこれら2つの
事実はLO倍信号入力信号と正確に同相にある理想的な
同期検波に対してのみ有効である。同期検波装置の実現
に関連した問題の大部分は位相ロックループが正確な同
相LO信号を供給できないことから起こる。
As a result, the power of the given sacrificial output component is related to the peak of the input signal voltage. The unwanted noise output power is related to the RMS noise input voltage. However, these two facts of synchronous detection are valid only for ideal synchronous detection, which is exactly in phase with the LO multiplied input signal. Most of the problems associated with implementing coherent detectors arise from the inability of phase-locked loops to provide accurate in-phase LO signals.

従来のいかなる同期検波装置でも直面する現実の1つは
入力信号の残留位相変調(PM)の存在が避けられない
ことである。従来の同期検波装置は特KCW信号を使用
するように設計されていも入力信号に位相変動がある場
合、位相ロックループは位相変調に追従しようとする。
One of the realities faced by any conventional coherent detection device is the unavoidable presence of residual phase modulation (PM) in the input signal. Even though conventional synchronous detection devices are specifically designed to use KCW signals, if there is a phase variation in the input signal, the phase-locked loop attempts to follow the phase modulation.

もし゛、PLLの帯域幅が十分広く入力信号に含まれる
1−べての位相変調側帯域な受容できれば、vCOは入
って来る信号の位相に完全に追従し、同相検波器の2個
の入力は正1i1iiK同相になる。しかしながら、ノ
イズに強くするため従来のPLLの帯域幅は狭くしてお
かねばならない。その結果、いくつかの位相変調側帯域
がPLLの帯域幅の外側に落ち、同期検波装置の入力は
同相な完全には維持できず、したがって、PMノイズを
生ずる。
If the PLL's bandwidth is wide enough to accommodate all phase modulation sidebands contained in the input signal, the vCO will perfectly follow the phase of the incoming signal, and the two inputs of the in-phase detector will It becomes positive 1i1iiK in phase. However, the bandwidth of the conventional PLL must be kept narrow in order to be robust against noise. As a result, some of the phase modulation side bands fall outside the PLL's bandwidth, and the input of the coherent detector cannot remain completely in phase, thus producing PM noise.

このPMノイズは第3A図および第2B図のように同期
検波装置の入力を位相ベクトルの掛算として考察すれば
理解しゃすい。同期検波装置の出力はLO位相ベクトル
上の大刀位相ベクトルの余弦投射に比例する。第3A図
に示すように2個の位相ベクトルが正確に一直線に並ぶ
と出方は最大になる。残留入力位相変調によって引き起
こされるわずかなPLLの追従誤差により入力間に相対
位相ジッタが生ずる。この現象な第3B図に示もこのジ
ッタにより平均出力レベルは変動して理想的な最大出力
レベルより小さくなる。
This PM noise can be easily understood by considering the input of the synchronous detection device as a multiplication of phase vectors as shown in FIGS. 3A and 2B. The output of the synchronous detector is proportional to the cosine projection of the long phase vector on the LO phase vector. As shown in FIG. 3A, when the two phase vectors are exactly aligned, the output is maximized. The slight PLL tracking error caused by residual input phase modulation causes relative phase jitter between the inputs. This phenomenon is illustrated in FIG. 3B, where the jitter causes the average output level to fluctuate and become smaller than the ideal maximum output level.

実際の同相検波装置の出力が理想レベルより低くなる効
果は次の例で示される。
The effect of the actual output of the in-phase detection device being lower than the ideal level is illustrated in the following example.

入力信号1c wmの割合の少量の正弦位相変調があり
、ビークLO位相偏移はBラジアンであると仮定する。
Assume that there is a small amount of sinusoidal phase modulation in the input signal 1c wm, and the peak LO phase shift is B radians.

式1を導くのと同様の解析によりこの中の同期検波装置
の出力は次のように示される。
By analysis similar to that used to derive Equation 1, the output of the synchronous detection device in this can be shown as follows.

Vo(t)= (Vs ) cos (Bcos vw
nt −1(cos (wmt+Ep)+・・・・・・
〕・・・・・・・・・(4)ここでB′はラジアンで表
わしたVCOがひろうPMの等価ピーク位相偏移であり
、Epは2個の入力間の位相誤差であり、「・・・」は
より高い周波数順を表わす。もし、wmがPLL帯域幅
よりずっと小さければVCOはほとんど完全に入力信号
に鞭 追従する。この理想のケースでは同期検波器出力Vsが
生ずる。
Vo(t)=(Vs) cos(Bcos vw
nt −1(cos (wmt+Ep)+・・・・・・
]・・・・・・・・・(4) Here, B′ is the equivalent peak phase shift of the VCO PM in radians, Ep is the phase error between the two inputs, and “・"..." represents a higher frequency order. If wm is much smaller than the PLL bandwidth, the VCO will almost perfectly follow the input signal. This ideal case results in a synchronous detector output Vs.

WmがPL L、の帯域幅よりずっと大きい場合。If Wm is much larger than the bandwidth of PL,L.

vCOは入って来る位相変調にほとんど追従しない。検
波器出力は次式によって近似できる。
vCO barely tracks the incoming phase modulation. The detector output can be approximated by the following equation.

Vo(t)= (Vs ) cos (B cos w
mt )−−・−・・−・−・・−(5)ベッセル(B
e5sel )級数表示 cos (Xcosy)= Jo(X)−2J2 (X
) cos 2y+2J4 (X) cos 4 y+
・・・・・・・・す・・・・・・・・・(6) を用いて式5は次のように展開される。
Vo(t) = (Vs) cos (B cos w
mt )−−・−・・−・−・・−(5) Vessel (B
e5sel) Series representation cos (Xcosy) = Jo(X)-2J2 (X
) cos 2y+2J4 (X) cos 4 y+
・・・・・・・・・・・・・・・・・・(6) Equation 5 is expanded as follows.

Vo(t)= (Vs ) (Jo(B)−2J2(B
) cos 2 wmt −4−・・−−−−)・・・
・・・・・・(7) ここで5項はベッセル系数である。
Vo(t)=(Vs)(Jo(B)−2J2(B
) cos 2 wmt -4-...----)...
......(7) Here, the 5th term is a Bessel series number.

偏差Bが小さいとき同期検波出力は上述の最初の2項、
すなわち直流成分および交流成分項によって、近似でき
る。項Jo(B)は1以下でありそれは直流成分環の抑
制が起っており、位相変調を持つ入力に対して誤差があ
ることを示している。第4図に示したように実際の同期
検波出力の平均値はPMのない理想的な場合より小さく
なる。
When the deviation B is small, the synchronous detection output is the first two terms above,
That is, it can be approximated by DC component and AC component terms. The term Jo(B) is less than 1, which indicates that the DC component ring is suppressed and there is an error for inputs with phase modulation. As shown in FIG. 4, the average value of the actual coherent detection output is smaller than that in an ideal case without PM.

もし、位相誤差と直流成分出力の割合が一定であればど
んな比較測定においても相殺される。あいにく、誤差の
割合は入力レベルとともに変化する。従来のPLL位相
検波器の設計法では等価ループ帯域幅は入力レベルに比
例する。この帯域幅の変化により入力レベルが変化する
ときVCOが追従する入力位相変調の量も変化する。入
力信号レベルが変化するとき信号のスペクトル純度が一
定であると仮定するとPLLのトラッキングが変化する
とき従来の同期検波装置の直流出方のパーセント誤差も
変化する。最終的には相対レベル測定における非直線性
となる。
If the ratio of phase error and DC component output is constant, they will cancel out in any comparison measurement. Unfortunately, the percentage error varies with input level. In conventional PLL phase detector design methods, the equivalent loop bandwidth is proportional to the input level. This change in bandwidth also changes the amount of input phase modulation that the VCO follows as the input level changes. Assuming that the spectral purity of the signal is constant as the input signal level changes, the percent error in the DC side of the conventional coherent detection device also changes when the tracking of the PLL changes. The end result is non-linearity in relative level measurements.

従来の追従同期検波装置を用いる場合に克服しなければ
ならない第2の主要な問題は入力の加算ノイズである。
The second major problem that must be overcome when using conventional tracking coherent detection devices is input additive noise.

この誤差は入力キャリアのスペクトル純度Kかかわらず
生じる。それは入力加算ノイズレベルにのみ依存する。
This error occurs regardless of the spectral purity K of the input carrier. It depends only on the input summation noise level.

入力SNRが減少するにつれて誤差は増加する。The error increases as the input SNR decreases.

加算ノイズ誤差はvCOの位相変調によって引き起こさ
れる。数学的な解析において加算ノイズのある入力信号
は次のようである。
The additive noise error is caused by the phase modulation of vCO. In mathematical analysis, the input signal with additive noise is as follows.

V i (t)= Vl、 cos wct −1−n
l(t) cos wct −nq(t) sinwc
t・・・・・・・・・・・(9) vCO信号を次のように表わす。
V i (t) = Vl, cos wct -1-n
l(t) cos wct −nq(t) sinwc
t・・・・・・・・・・・・(9) The vCO signal is expressed as follows.

2 sin (wct +Eo(t) )ここでE o
 (t)は入力ノイズによって引き起こされる誤差であ
る。位相検波器は本質的には同期検波器のような切り換
えミクサであるので位相検波器出力Ve(t) は次式
によって得られる。
2 sin (wct +Eo(t)) where E o
(t) is the error caused by input noise. Since the phase detector is essentially a switching mixer like a synchronous detector, the phase detector output Ve(t) is obtained by the following equation.

Ve(t)、= Vs sin Eo(t)−1−ni
 (t) sin Eo(t) ・−nq(t) co
s Eo(t) −−α〔式10にはループフィルタに
よって取り除かれる高い周波数順は含まれていない。V
COの位相変調によって引き起こされる誤差を見い出す
ためKはEo(t)を゛決定しなければならない。あい
に<vcO位相変調直角側帯域と入って来る加算ノイズ
の同相分および直角分との間のPLLにおける相互変調
のためこの決定は簡単ではない。最良の解決法はgo(
t)の大きさを統計的に表現することである。先の解析
によればEo(t)”とループ内のSNRとの間の関係
は次のように表わされる。
Ve(t), = Vs sin Eo(t)-1-ni
(t) sin Eo(t) ・-nq(t) co
s Eo(t) −−α [Equation 10 does not include the high frequency order removed by the loop filter. V
To find the error caused by the phase modulation of CO, K must determine Eo(t). This decision is not trivial due to the intermodulation in the PLL between <vcO phase modulation quadrature sidebands and the in-phase and quadrature components of the incoming summation noise. The best solution is go(
t) is statistically expressed. According to the above analysis, the relationship between Eo(t)'' and the SNR in the loop can be expressed as follows.

go(t)”:: l / 2 S N R−−αυこ
こでSNRはPs/n 2 B Lとして定義され、P
sはPLL入力の信号電力であり、nは同じ(入力のノ
イズスペクトル密度であり、BLはPLL等価ノイズ帯
域幅である。
go(t)”:: l/2 S N R−-αυ where SNR is defined as Ps/n 2 B L and P
s is the signal power of the PLL input, n is the same (noise spectral density of the input, and BL is the PLL equivalent noise bandwidth.

従来の同期検波装置の入力ノイズによる誤差を理解する
ためVCO位相ノイズ変調はgo(t)によって表わさ
れると仮定する。定義によってこの位相変調はvCOキ
ャリア信号と直角位相をなす。
To understand errors due to input noise in conventional coherent detection devices, it is assumed that the VCO phase noise modulation is represented by go(t). By definition, this phase modulation is in quadrature with the vCO carrier signal.

位相変調信号は同期検波装置内で入力信号および加算ノ
イズと共にミクスされる。もし、VCOノイズが入って
来る直角ノイズ成分と相関があれば同期検波出力に直流
成分が結果として生ずる。この成分は入力キャリアとミ
キシングしたvcoキャリアによる直流出力に加算し、
正の直流誤差を生ずる。
The phase modulated signal is mixed with the input signal and additive noise within the synchronous detection device. If the VCO noise is correlated with the incoming quadrature noise component, a DC component will result in the coherent detection output. This component is added to the DC output from the VCO carrier mixed with the input carrier,
Produces a positive DC error.

しかしながら実際には逆のことが起こる。従来の同期検
波装置の直流出力は加算ノイズのない同レベルの入力信
号に対する直流出力よりも低い。
However, in reality the opposite happens. The DC output of a conventional synchronous detection device is lower than the DC output for an input signal of the same level without additive noise.

PLL内で起こる相互変調のためvco位相変調は入り
で来る直角ノイズと相関はなく、同期検波装置の入力位
相ベクトルは第2A図−と同じほど現われる。2個の同
期検波装置の入力の位相間の相対ジッタのため検波器の
平均直流出方は減少する。
Because of the intermodulation that occurs within the PLL, the VCO phase modulation is uncorrelated with the incoming quadrature noise, and the input phase vector of the coherent detector appears to be the same as in Figure 2A. The average DC flux of the detector is reduced due to the relative jitter between the phases of the inputs of the two synchronous detectors.

減少の大きさは検波器入力の5NRKよる。これは入力
信号レベルが変化するにつれて検波器の非直線1生を生
ずる。
The magnitude of the reduction depends on the 5NRK of the detector input. This results in nonlinear behavior of the detector as the input signal level changes.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、同期検波装置において、P Mノイズおよび
加算ノイズに起因する誤差を補償し、低減することを目
的とする。
An object of the present invention is to compensate for and reduce errors caused by PM noise and addition noise in a synchronous detection device.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の同期検波装置は、一定のループフィルタ帯域幅
を持つ位相ロックループ(PLL)を備えている。この
PLLは局部発振器に補正信号を供給し、該局部発振器
は同期検波器に基準信号を供給する。又、PLLは利得
可変である。
The synchronous detection device of the present invention includes a phase-locked loop (PLL) having a constant loop filter bandwidth. The PLL provides a correction signal to a local oscillator, which provides a reference signal to a synchronous detector. Further, the PLL has variable gain.

RMS検波器は同期検波装置内の加算ノイズの1次補正
に用いられる。RMS検波器への信号を通す分解能フィ
ルタのノイズ帯域幅はループノイズ帯域幅に一致させる
。本発明の同期検波装置は従来の同期検波装置よりも広
いループ帯域幅を有する。したがって、従来の同期検波
装置の狭い帯域幅フィルタに関連した追従問題はずっと
少なくなる。
The RMS detector is used for primary correction of additive noise within the synchronous detection device. The noise bandwidth of the resolution filter that passes the signal to the RMS detector is made to match the loop noise bandwidth. The synchronous detection device of the present invention has a wider loop bandwidth than conventional synchronous detection devices. Accordingly, the tracking problems associated with narrow bandwidth filters of conventional coherent detection devices are much reduced.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の実施例に従った同期検波装置は第5図に示した
ように非直線性を引き起こす位相、すなわち残留PMを
減少させるためにPLLフィルタを用いる。又、利得は
たとえばマイクロプロセッサによりて変化させられ、制
御される。マイクロプロセッサは乗算形デジタル・アナ
ローブ変換器(DAC)402を用いてフィードバック
抵抗器404の実効呟を変化させる。もし、第5図のコ
ンデン?406が十分大きげれば、このループフィルタ
408の伝達関数は H(s)”((R2/FLI )+1/5ctR1):
]・・・・・・・・・・・・(8) このループフィルタ408は本発明による同期検波装置
のPLL帯域幅を入力信号レベルにかかわらず一定に保
ち、それによりPMにより誘起された誤差を除去する。
As shown in FIG. 5, the synchronous detection device according to the embodiment of the present invention uses a PLL filter to reduce the phase that causes nonlinearity, that is, residual PM. Also, the gain may be varied and controlled by, for example, a microprocessor. The microprocessor uses a multiplying digital-to-analobe converter (DAC) 402 to vary the effective resistance of a feedback resistor 404. What if the condensation in Figure 5? 406 is sufficiently large, the transfer function of this loop filter 408 becomes H(s)''((R2/FLI)+1/5ctR1):
]・・・・・・・・・・・・(8) This loop filter 408 keeps the PLL bandwidth of the synchronous detection device according to the present invention constant regardless of the input signal level, thereby eliminating errors induced by PM. remove.

第1図は第5図のループフィルタを使用した本発明の同
期検波装置のブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of a synchronous detection device of the present invention using the loop filter of FIG. 5.

図において、401は位相検波器、408はループフィ
ルタ、403 ハVC0,416は90’移相器、41
4は同期検波器、41oはフィルタ、418はRMS検
波器である。
In the figure, 401 is a phase detector, 408 is a loop filter, 403 is VC0, 416 is a 90' phase shifter, 41
4 is a synchronous detector, 41o is a filter, and 418 is an RMS detector.

図ニオいて、PLL帯域幅なノイズフィルタ410の帯
域幅に等しくシ、システム内の加算ノイズの影響を除去
する。この技術の原理は次のように定性的に説明できる
。同期検波器414の直流出力412は入力位相ベクト
ルのVCO4030位相ベクトル上への平均余弦投射に
比例するので検波器直流出力412の誤差はループ内の
SNRから計算される。
In the figure, the PLL bandwidth is equal to the bandwidth of noise filter 410 to remove the effects of additive noise in the system. The principle of this technology can be explained qualitatively as follows. Since the DC output 412 of the synchronous detector 414 is proportional to the mean cosine projection of the input phase vector onto the VCO 4030 phase vector, the error in the detector DC output 412 is calculated from the SNR in the loop.

その手順は次の通りである。The procedure is as follows.

Vo(t)cc cosgo(t)菅cos(goRM
s) −4”2)EO比MS会α丙1/2ン(1/2S
NR)’/2・・・・・・・・・霞 誤差(dB) =20 log (cosF、o RM
S )=20 log cos ((2SNR) ”2
)・・・・・・・・・α滲 もし、この誤差が入力信号レベルに対し割合が一定であ
れば本発明はレベル比な測定するので相殺される。しか
しながら、誤差はSNRの関数であり、該関数は入力レ
ベルの変化に伴って変化し、同期検波器出方非直線性を
生じる。もし、SNRがわかれば検波器の直流出力内の
誤差は次の関係式で数学的に補正できる。
Vo(t)cc cosgo(t)kan cos(goRM
s) -4"2) EO ratio MS meeting α 1/2n (1/2S
NR)'/2... Haze error (dB) = 20 log (cosF, o RM
S ) = 20 log cos ((2SNR) ”2
) If this error has a constant ratio to the input signal level, the present invention measures the level ratio and cancels it out. However, the error is a function of SNR, which changes with changes in input level, resulting in nonlinearity in the synchronous detector output. If the SNR is known, the error in the DC output of the detector can be corrected mathematically using the following relationship.

誤差(dB) = 201ogcos ((28NR)
 /2)・・・・・・・・・(15) 第6図に示したように本発明の実施例において、RMS
検波器502をアナログ計算器として用いることにより
誤差を補正できる。図示した発明ではSNRを単独に決
定する心安がない。同期検波器出力電圧がRMS検波器
への入力である。直流成分がちょうどこの電圧の平均値
である。すなわちVo = Vs cos品可 ・曲・
・・・α0次の置換が可能である。
Error (dB) = 201ogcos ((28NR)
/2)・・・・・・・・・(15) As shown in FIG. 6, in the embodiment of the present invention, RMS
Errors can be corrected by using the detector 502 as an analog calculator. In the illustrated invention, it is not safe to determine the SNR independently. The synchronous detector output voltage is the input to the RMS detector. The DC component is just the average value of this voltage. In other words, Vo = Vs cos possible ・Song・
...α0th order permutation is possible.

Vs cosEo(t)’; Vs (1,−(1/2
 ) Eo(t)2〕: VsCl−(1/2 ) E
o (t)2) =−0’f)しかし次の式を思い出さ
なければならない。
Vs cosEo(t)'; Vs (1,-(1/2)
) Eo(t)2]: VsCl-(1/2) E
o (t)2) = -0'f) But we must remember the following equation.

co(t)2” 1 / 2 S N R、−曲、、、
、(11)したがって、 Vo == Vs(1−(1/2 ) (1/25N)
L) ) ・−−(18)SNH二Ps/2nBL を
代入することにより次の同値関係が得られる。
co(t)2” 1/2 SNR, -song,,,
, (11) Therefore, Vo == Vs(1-(1/2) (1/25N)
L) ) ·--(18) By substituting SNH2Ps/2nBL, the following equivalence relation is obtained.

Vo=Vs(1−D/2)(t/2PS/2nBL)ノ
= VsC1−(1/4)(2nBL/Ps) ] ・
]++−+−+−1!1式19は同期検波出力の直流成
分を表わす。それは真値Vsおよび誤差項(−Vs/4
)(2nBL/Ps)の合計である。それらは両方とも
直流電圧であり、区別することができない。この方程式
を基礎にして、RMS検波器502に対する全入力Vi
は次のように書ける。
Vo=Vs(1-D/2)(t/2PS/2nBL)=VsC1-(1/4)(2nBL/Ps)] ・
]++-+-+-1!1 Equation 19 represents the DC component of the synchronous detection output. It is the true value Vs and the error term (-Vs/4
) (2nBL/Ps). They are both DC voltages and cannot be distinguished. Based on this equation, the total input Vi to the RMS detector 502
can be written as follows.

Vi = Vdc −1−Vac このときVdcが式19に4L<VaCは平均値ゼロの
ノイズ電圧を表わす。Vacは同期検波装置の入力に印
加されたノイズにより、それはベース帯域へダウンコン
バートされ、BNによってフィルタされる。
Vi = Vdc -1-Vac At this time, Vdc is expressed in Equation 19. 4L<VaC represents a noise voltage with an average value of zero. Vac is down-converted to the baseband by the noise applied to the input of the synchronous detector and filtered by the BN.

ViはRMS検波装置への入力である。FLMS検波装
置はViの平方[直、Vi2の平均f直およびVi2の
平方根を計算するのでRMS検波装置出力■0は次のよ
うに表わされる。
Vi is the input to the RMS detector. Since the FLMS detector calculates the square of Vi, the average f-square of Vi2, and the square root of Vi2, the RMS detector output 0 is expressed as follows.

Vo = (Vi2)の したがって、式19から Vi=Vs(1−(1/4)(2nBL/Ps))+(
Vs/Vs)(Vn(inBN))である。しかし、 Vi”= (Vdc−1−Vac)2= Vdc 十V
ac +2 Vdc Vac=vd♂+−Vac2・−
=−(20)この最後の方程式にVdcおよびVacの
項を代入することによって次の結果が導かれる。
Vo = (Vi2) Therefore, from equation 19, Vi = Vs (1-(1/4) (2nBL/Ps)) + (
Vs/Vs) (Vn(inBN)). However, Vi”= (Vdc-1-Vac)2= Vdc 10V
ac +2 Vdc Vac=vd♂+-Vac2・-
=-(20) Substituting the Vdc and Vac terms into this last equation yields the following result.

Vi2= Vs2(1−(1/4)(2nBL/Ps)
 )2+Vs2(Vn(inBN/Vs〕2= Vs2
(1(’/2)(2nBL/Ps))+Vs2(P(1
nBN/Vs2〕・・・・・・(2L1) ここでp(inBN)はノイズの平均電力である。
Vi2=Vs2(1-(1/4)(2nBL/Ps)
)2+Vs2(Vn(inBN/Vs)2=Vs2
(1('/2)(2nBL/Ps))+Vs2(P(1
nBN/Vs2]...(2L1) Here, p(inBN) is the average power of noise.

P(1nBN)/Vs2=2nBN/Vs2であるので
、 Vi”=Vs2(1−(1/2 ) (2n B L 
/ Ps )+ 2 n B N/ Va2〕−−−(
22’)項2 n B L / PsはPL、Lおよび
同期検波器への両方に対する入力でS N R−1を表
わす。Vsはこの人力の信号成分のピーク電圧であるの
でVs2=2Psである。式22を式21に代入すると
最終結果は次のように表わせる。
Since P(1nBN)/Vs2=2nBN/Vs2, Vi”=Vs2(1-(1/2) (2n B L
/ Ps ) + 2 n B N/ Va2]---(
22') The term 2nBL/Ps represents SNR-1 at the input to both PL, L and the synchronous detector. Since Vs is the peak voltage of this human power signal component, Vs2=2Ps. Substituting Equation 22 into Equation 21, the final result can be expressed as follows.

Vi”=Vs2(1−(1/2)(2nBL/Ps)+
(1/2)(2nBN/Ps)) −−・(23)この
最後の式はBN二81. にすることにより最後の2項
が相殺し、W= Vs2を残し Vo =百面凰/2 −〔vS2〕1/2 =Vs このRMS検波装置最終出力を導くことを示す。
Vi”=Vs2(1-(1/2)(2nBL/Ps)+
(1/2) (2nBN/Ps)) --- (23) This last equation is BN281. By doing so, the last two terms cancel each other out, leaving W=Vs2.Vo=Hyakumenou/2−[vS2]1/2=Vs It is shown that the final output of this RMS detector is derived.

ゆえに、加JE/イズによる誤差は都合よく相殺される
。したがって、本発明に従えば第1図のループの帯域幅
BLおよびノイズフィルタの帯域幅BNを等しくしてお
く。さらに、フィルタ帯域幅BLおよびBNは一定にし
ておく。
Therefore, the error due to the addition JE/is is advantageously canceled out. Therefore, according to the present invention, the loop bandwidth BL and the noise filter bandwidth BN in FIG. 1 are made equal. Furthermore, filter bandwidths BL and BN are kept constant.

本発明の実施例に従りて■CO電力は本のように一定に
なる。PLLがvCO上に位相ノイズを移すとvCOキ
ャリア電力は位相ノイズ側帯域になる電力量分だけ減少
する。同期検波器のdc小出力■COキャリアにのみ比
例するので本発明に従った出力はこの分量だけ抑制され
る。BN=BLのときRMS検波装置は、VCOキャリ
アラインから取り去られたのと回置のノイズ電力相当分
の電圧を加算する。
According to embodiments of the present invention, the CO power is book-constant. When the PLL transfers phase noise onto the vCO, the vCO carrier power is reduced by the amount of power in the phase noise side band. Since the dc small output of the synchronous detector is proportional only to the CO carrier, the output according to the present invention is suppressed by this amount. When BN=BL, the RMS detector adds the voltage equivalent to the noise power removed from the VCO carrier line and the noise power of the transposition.

第7図に本発明の他の実施例を示す。FIG. 7 shows another embodiment of the present invention.

第1図と同一部分には同一符号を付している。The same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals.

動作は第1図と略同じである。The operation is almost the same as in FIG.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、ノイズ等による誤差を生じない同期検
波装置を提供できる。
According to the present invention, it is possible to provide a synchronous detection device that does not generate errors due to noise or the like.

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

第1図は本発明の同期検波装置のブロック図。 第2図は従来の同期検波装置のブロック図。 第3A、3B図は第2図の同期検波装置の説明図。 第4図は第2図の同期検波装置の出力波形図。 第5図は本発明の同期検波装置に使用するフィルタのブ
ロック図。 第6図は本発明の同期検波装置の部分ブロック図。 第7図は本発明の同期検波装置の他の実施例を示すブロ
ック図。 401:位相検波器 408:ループフィルタ 403:VCO 416:90’移相器 414:同期検波器 418:RMS検波器 410:バンドパスフィルタ。 出願人 横河叱ニーレット・バノカード株式会社代理人
 弁理士 長 谷 川 次 男
FIG. 1 is a block diagram of a synchronous detection device according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram of a conventional synchronous detection device. 3A and 3B are explanatory diagrams of the synchronous detection device of FIG. 2. FIG. 4 is an output waveform diagram of the synchronous detection device of FIG. 2. FIG. 5 is a block diagram of a filter used in the synchronous detection device of the present invention. FIG. 6 is a partial block diagram of the synchronous detection device of the present invention. FIG. 7 is a block diagram showing another embodiment of the synchronous detection device of the present invention. 401: Phase detector 408: Loop filter 403: VCO 416: 90' phase shifter 414: Synchronous detector 418: RMS detector 410: Band pass filter. Applicant Yokogawa Yokogawa Neeret Bano Card Co., Ltd. Agent Patent Attorney Tsuguo Hasegawa

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 第1信号が入力される第1入力端子と前記第1信号に同
期した第2信号が第1バンドパスフイルタを介して入力
される第2入力端子を有する同期検波手段と、前記同期
検波手段の出力部に設けられた第2バンドパスフイルタ
とから成る同期検波装置。
synchronous detection means having a first input terminal into which a first signal is input and a second input terminal into which a second signal synchronized with the first signal is input through a first bandpass filter; A synchronous detection device comprising a second bandpass filter provided at the output section.
JP15707584A 1983-08-11 1984-07-27 Synchronous detecting device Pending JPS6051011A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US52212283A 1983-08-11 1983-08-11
US522122 1983-08-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6051011A true JPS6051011A (en) 1985-03-22

Family

ID=24079550

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15707584A Pending JPS6051011A (en) 1983-08-11 1984-07-27 Synchronous detecting device

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JP (1) JPS6051011A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62148378U (en) * 1986-03-12 1987-09-19
JPS6315424U (en) * 1986-07-17 1988-02-01

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JPS62148378U (en) * 1986-03-12 1987-09-19
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