JPS61269421A - 初期位相整合形位相同期ル−プ回路 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は位相同期過程を高速に行う位相同期ループ回路
に関するものである。

〔従来の技術〕

位相同期ループ回路は発振器等の周波数および位相を安
定化するために適用される非常に有効な回路の１つであ
る。位相同期ループ回路の一例を第２図に示す。

すなわち電圧制御発振器／の出力を分周器Ｕａによって
分周し、基準発振器３ｂの出力を固定分周期ｐｂによっ
て分周した信号と前記分局器２ａの出力信号とを位相比
較器！によって位相比較し、位相比較器ｊは上記２つの
信号の位相差に応じてチャージポンプ回路乙の動作を制
御する信号を出力する。チャージポンプ回路乙は、位相
比較器ｊの出力信号に応じて、弔−バ→（フオナ４４嶋
−充放電路を開閉し、スイッチング回路ざを介してロー
ハスフィルタ７　）充放電’ｅ行つ。ローパスフィルタ
７の出力を前記電圧制御発振器／に入力することによシ
位相同期ループを構成している。チャージポンプ回路乙
によるローパスフィルタ７の充放電は前記位相差が少な
くなるように制御され、電圧制御発振器／からは安定し
た周波数の出力信号が出力される。

上記の／→２Ｂ　−＋　３−＋　ｌ→ｒ→７→／のルー
プを一定の時間、開放して使う場合がある。

たとえば、高周波シンセサイザにおいて（１）／の電源
を周期的に切断し間欠的に発振させ、電圧制御発振器の
消費電力を節約する場合、 （ｌｉ）、２ａの電源を切断し、発振出力は連続して得
るが安定化動作を間欠的に行い、分局器における消費電
力を節約する場合、 などである。いずれの場合にも開放したループを急速に
立ち上げることが必要な場合が多い。

第２図に示す従来の回路ではループを開放する時、制御
回路りｂによってスイッチング回路♂を開キ、ローパス
フィルタ７のチャージがチャージポンプ回路乙によって
放電されないように保持する。再びループを閉じる時に
は、その保持された入力をもとに発振させ、位相同期ル
ープ回路の収束過程の高速化を図っている。この回路の
ループを閉じた直後からは、位相比較器！で検出された
分周器２ａと固定分周器４ｔｂの位相差にほぼ比例して
チャージポンプ回路ｔがローパスフィルタ７の充放電を
再開する。

第３図は第２図において分局器２ａと固定分局器１１ｔ
ｂを取り除いた位相同期回路であシ、第≠図は第２図に
おいて分周器Ｊａに代えて電圧制御発振器／と位相比較
器！との間に混合器ＩＯを接続し、基準発振器３ｂの出
力を逓倍器／／によって逓倍した信号と電圧制御発振器
／の出力の信号とを混合させ、その出力を位相比較器！
に入力するように構成した位相同期回路である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような従来の回路ではループを閉じる瞬間における
前記位相差を制御していないためランダムに設定された
初期位相差をもとにループの動作が再開される。そのた
めループを閉じた直後にはチャージポンプ回路乙によシ
ネ必要な充放電が行われ、かえってループを閉じるまで
に保持していた電圧制御発振器の入力電圧を乱してしま
い、位相同期ループ回路を高速に立ち上げる効果を十分
に得られない欠点があった。

本発明は上述した従来の位相同期ループ回路における欠
点を解決し、ループを再形成する時の位相同期が極めて
速く確立するようにした初期位相整合形位相同期ループ
回路に関するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による位相同期ループ回路においては、中　位相
比較器から電圧制御発振器への入力を遮断すると共に、
遮断直前における該電圧側御発振器の入力電圧を保持す
る機能と、（１１）ループを再形成する時に、基準信号
の位相と該電圧制御発振器の出力の位相とを一致させて
から、該基準信号と該電圧制御発振器の出力とを該位相
比較器へ入力する初期位相整合機能と、 （ｉｉＤ　　該入力電圧保持機能および上記初期位相整
合機能の動作を制御する機能とを備えている。

〔作　用〕

位相同期ループ回路のループを開放する時には前記入力
電圧保持機能を動作させる。また、位相同期ループ再形
成時には、まず前記初期位相整合機能を動作させ、次に
前記入力電圧保持機能を解除して該位相比較器と該電圧
制御発振器の入力とを接続し閉ループを形成する。

〔実施例／〕

本発明の第１の実施例を第１図に示す。／は電圧制御発
振器、２ａは分局器、３ａは基準発振器、ｊは位相比較
器、乙はチャージポンプ回路、７はローパスフィルター
、ｆｆ１ｄスイッチング回路、９’　ａは制御回路であ
る。電圧制御発振器／の出力を分局器、２ａによって分
周した分周波と位相調整可能な基準発振器３ａの出力と
を位相比較器！に入力し、位相比較器ｊは位相差に応じ
てチャージポンプ回路６を制御する信号を出力する。チ
ャージポンプ回路乙は電圧保持機能を実現するだめのス
イッチング回路♂を介してローパスフィルタ７に接続さ
れており位相比較器ｊからの制御信号に応じて充電路を
オンしてローパスフィルタ７を充電しタシ、放電路をオ
ンしてローパスフィルタ７を放電させｉｂする。ローパ
スフィルタ７の出力側は前記電圧制御発振器／に入力さ
れており位相同期ループ回路を構成している。チャージ
ポンプ回路乙によるローパスフィルタ７の充放電は前記
位相差が少なくなるように制御されており、電圧制御発
振器／の出力の周波数及び位相が安定化される。

本実施例においては、まずループを開放するとき、その
直前に制御回路りａの制御によってスイッチング回路ざ
を開くことによシチャージポンプ回路乙とローパスフィ
ルタ７を遮断し、遮断直前における電圧制御発振器／の
入力電圧を保持する。

次に、ルーズを再び閉じるとき制御回路りａは位するよ
うに基準発振器３ａの出力位相を調整する。

引き続いてスイッチング回路♂を閉じてチャージポンプ
回路ｔとローパスフィルタ７を接続し゛閉ループを再形
成する。

ローパスフィルタ７にはループ開放直前の制御電圧が保
持されているため、電圧制御発振器の出力周波数はルー
プ開放直前のものがほぼ維持されている。さらにループ
を再び閉じる時に位相比較器へ入力する２つの信号の位
相を一致させているため位相についてもループ開放直前
における同期状態とほぼ同じ状態が再現されている。そ
のためローパスフィルタフにおいて保持されていた制御
電圧が従来の回路のように不必要に充放電されることは
ほとんど無い。従って、ループを再び閉じた時の位相引
き込みは、初期位相整合機能の不完食性によって発生し
た電圧制御発振器の出力位相と基準発振器の出力位相と
の誤差を零にするロックイン過程であり、その誤差分が
極めて小さしためロックインにおける位相誤差が規定値
以下に収束するまでの時間が非常に短かいという効果が
ある。

なお、上記の位相同期ループ回路では分局器２ａの出力
信号と基準発振器３ａの出力信号とを比較しているが周
波数が安定状態にある時の上記コ信号の位相誤差は電圧
制御発振器／の出力信号の周期に比べて十分小さな値と
なっている。上記の位相同期ループ回路の初期位相整合
機能は分周器、２ａの出力信号と基準発振器３ａの出力
信号のループ再形成時における初期位相を一致させるも
のであるが、上記λ信号の位相誤差を電圧制御発振器／
の出力信号の周期に比べて十分小さくすることができ、
その位相誤差がループの開放直前の状態を再現する程の
値であるならば、ループの位相同期過程に要する時間は
ほとんど零となる。

しかし、上記位相誤差を電圧制御発振器／の出力信号の
周期に比べて十分小さくすることが実際上できない場合
でも本発明の有効性は存在する。

上記位相誤差が電圧制御発振器／の出力信号の周期に比
べて大きい場合、位相比較器！はその位相誤差に応じて
チャージポンプ回路乙によりローパスフィルタ７の制御
電圧の充放電を行う。そのためローパスフィルタ７の制
御電圧に対応して電圧制御発振器ｌの周波数が変化する
。この場合の収束過程は周波数誤差が収束するだめのフ
リッカ過程と、位相誤差が収束するためのロックイン過
程から成る。ここで上記位相誤差は電圧制御発振器／の
出力信号の周期に近づくほどフリッカ過程は短くなシ、
／周期以内になるとはｌ！ロックイン過程のみとなる。

たとえば基準信号３ａの周波数を、２Ｊ−ＫＨ２（周期
台、初期位相整合機能がないと、基準信号と分局部 器２の出力の信号の位相はランダムとなるので最大±２
９　Ｐｓｅｃの位相誤差を生ずる。これは電圧制御発振
器／の出力信号の周期（／、、２ｔｎｓｅｃ　）に比べ
て非常に大きく数万波長にも及び、収束には長いフリッ
カ過程が必要である。

一方、初期位相整合機能により基準信号と分周器の出力
信号の位相差を数＋ｎ５ｅｃ程度にできれば、初期位相
整合機能を持たない場合の位相誤差に比べて十分小さい
ため、フリッカ過程の時間は短く、全体の同期時間が短
くなる。

第５図に上記に示した位相同期ループ回路における初期
位相整合の位相誤差に対する周波数の収束時間の関係（
測定結果）を示す。位相誤差の時間が基準信号の半周期
である２０．ｕｓｅｃの時、収束時間は最大コ０ｍ５ｅ
Ｃであるが、ｊＯｎｓｅｃでは約７初期位相誤差を電圧
制御発振器の出力信号の周期の数倍〜数十倍程度にする
ことは次に示す方法で容易に達成できる。

第６図は実施例／における位相調整可能な基準力をプリ
セット可能な固定分局器≠′ａで分周し、その出力を位
相比較器ｊに入力する基準信号とする。

本実施例では電圧制御発振器／の出力を分周して得られ
た信号の立ち上がシのとき、固定分局器４（／ａの内部
状態をプリセッドシ、固定分局器ｐｌａの出力信号が同
時に立ち上がるようにする。

〔実施例２〕 第７図は本発明の第２の実施例を説明する図である。第
１図と同一の回路には同一の記号を付した。

本実施例においては、まずループを開放するとき、その
直前に制御回路りａの制御によってスイッチング回路ｒ
を開くことによりチャージポンプ回路ｔとローパスフィ
ルタ７を遮断し、遮断直前における電圧制御発振器／の
入力電圧を保持する。

次に、ループを再び閉じるとき制御回路りａは分周器、
２ａの出力の位相を検出し、さらに制御回路−】２　　
− タａの制御によシ、検出され九分周器２ａの出力の位相
と一致するように基準発振器３ａの出力位相を調整し、
同時に基準発振器３ａの出力と分周器２ａの出力とを位
相比較器ｊへ入力する。引き続いてスイッチング回路ｇ
を閉じてチャージポンプ回路６とローパスフィルタ７を
接続し閉ループを再形成する。

〔実施例３〕 第ｒ図は本発明の第３の実施例を説明する図である。実
施例／において位相調整可能な基準発振器３ａに代えて
基準発振器３ｂを、分周器２ａに代えて分局動作の制御
が可能な可変分周器、２ｂを接続している。他の回路は
実施例／と同一である。

本実施例において、ループを開放する場合、開放する直
前に制御回路９ａの制御によってスイッチング回路ｇを
開きチャージポンプ回路乙とループフィルタ７を遮断し
遮断直前における電圧制御発振器／の入力電圧を保持す
る。以上の動作は実施例／における動作と同様である。

次にループを閉じる場合、制御回路りａの制御によって
基準発振器３ｂの出力の検出を行い、基準発振器３ｂの
出力信号波形の立ち上がりで分周器２ｂの分周動作を初
期状態に設定し、基準発振器３ｂの出力の位相と分周器
２ｂの出力の位相を一致させると共に基準発振器３ｂの
出力と分局器２ｂの出力とを位相比較器へ入力する。さ
らにスイッチング回路ざを閉じてチャージポンプ回路２
とローパスフィルタ７を接続し閉ループを形成する。

ローパスフィルタ７にはループ開放直前の制御電圧が保
持されておシループが閉じる時の位相比較器に入力され
るλつの信号の位相が一致していることから実施例／と
同様にループを再び閉じた時の位相引き込み動作の速度
が非常に速いという効果がある。

〔実施例≠〕

第２図は第Ｖの実施例を説明する図であって、／２はレ
ベル保持器である。本実施例では第１図に示した実施例
／において、電圧制御発振器／への入力電圧保持機能と
してスイッチング回路ｒに代えて、レベル保持器／、２
を位相比較器ｊとチャージポンプ回路２との間に接続し
ている。

レベル保持器／、２は、例えば第１Ｏ図に示すようなア
ンド回路とオア回路と反転回路の組合わせによって構成
されていて、入力制御信号Ｃがハイレベルのときは、位
相比較器！から入力される制御信号Ａ、　　Ｂに無関係
に、その出力Ａ′をハイレベルとし、出力Ｂ′をローレ
ベルとする。Ａ′がハイレベルのときは、チャージポン
プ回路ｔはローパスフィルタ７の充電路をオフ状態にし
、ＢＴ　カローレベルのときは、チャージポンプ回路＋
ハローパスフィルタ７の放電路をオフ状態にする。従っ
て、レベル保持器／２にハイレベルの制御信号Ｃを入力
させると、チャージポンプ回路乙の充電路も放電路もオ
フ状態となる。すなわち、チャージポンプ回路乙の出力
とローパスフィルタ７とは実質的に遮断される。すなわ
ち、レベル保持器／、２は１チヤ一ジポンプ回路乙の出
カド前記四−バスフイルタフとを遮断して前記ローパス
フィルタ７の入力電圧を保持させる入力電圧保持機能“
を構成している。なお、入力制御信号０がローレベルの
ときは、位相比較器！から入力される信号ＡおよびＢは
そのままチャージポンプ回路乙に入力されて通常の動作
を行うことは勿論である。

ループを開放させる時は、制御回路りａから制御信号０
をハイレベルとしてレベル保持器１２に入力させ、チャ
ージポンプ回路６とローパスフィルタ７とを実質的に遮
断させる。ループを再び閉じる時には、制御回路りａの
制御によって分周器２ａの出力の位相に基準発振器３ａ
の出力の位相が一致するように基準発振器３ａの位相を
調整すると共に基準発振器の出力と分局器、２１１の出
力とを位相比較器へ入力する。その直後に制御回路りａ
によって制御信号０をローレベルとして、位相比較器！
の出力ＡおよびＢがそのままチャージポンプ回路乙に入
力されるようにすればよい。この場合ニモ、ローパスフ
ィルタフのループ開放直前の入力制御電圧を保持できる
ので実施例１と同様にループを閉じた時の位相引き込み
動作の速度が非常に速いという効果がある。

〔実施例よ〕

第１／図は、第！の実施例を説明する図であって、１３
は出力制御回路である。本実施例では、第１図に示した
実施例１において電圧制御発振器ｌへの入力制御電圧保
持機能として、スイッチング回路♂に代えて、位相比較
器の出力状態を設定し、チャージポンプ回路の動作を制
御できる機能を備えている。本機能を構成する回路とし
て分局器２ａと位相比較器ｊとの間に出力制御回路１３
が接続され、基準発振器３Ｃには位相調整機能の他に出
力制御機能が付加され、制御回路りＣの制御によって位
相一致動作ならびにループ開放時の位相比較器の入力信
号の制御を行う。以下に本機能の動作原理について説明
する。

電圧制御発振器の出力が変動している場合、位相同期作
用によ如、チャージポンプの充放電路が開き、電圧制御
発振器の発振周波数が所定の周波数になるようにローパ
スフィルタ７が充放電される。しかし、同期状態にある
時はチャージポンプ乙の充放電路は閉じる。このとき位
相比較器よの１１を力Ａハハイレベルニ、出力Ｂはロー
レベルにある。Ａがハイレベルの時はチャージポンプ回
路乙はローパスフィルタ７の充電路をオフ状態にし、Ｂ
がローレベルの時はチャージポンプ回路乙はローパスフ
ィルタ７の放電路をオフ状態にする。従って、同期状態
ではチャージポンプ回路６とローパスフィルタ７とは実
質的に遮断される。この同期状態にある時、制御回路り
Ｃによって出力制御回路１３から位相比較器ｊに入力さ
れる信号をハイレベルＫ、さらに基準発振器３ｃがら位
相比較器ｊＫ大入力れる信号をハイレベルに同時に設定
すると電圧制御発振器の周波数変動にかかわらず位相比
較器オの出方人のハイレベル、出力Ｂのローレベルは保
持され、チャージポンプ回路６とローパスフィルタ７と
は実質的に遮断された状態となる。すなわち出力制御回
路／３と出方制御機能を有する基準発振器３ｃによる位
相比較器ｊの出力状態の制御は１チヤ一ジポンプ回路乙
の出方とドローハスフィルタ７とを遮断シてローパスフ
ィルタ７０入力制御電圧を保持させる入力制御電圧保持
機能１を構成している。なお、出方制御回路１３におい
て入力される信号をそのまま出力し、基準発振器３ｃに
おいて発振出力をそのまま出方させ位相比較器に入力す
ると系は通常の動作を行う。

本実施例においてループを開放するとき、制御回路りＣ
の制御によって基準発振器Ｊｃｆ）−出力制御回路の出
力を共にハイレベルとし、位相比較器からの制御により
チャージポンプ回路６とローパスフィルタ７とを実質的
に遮断させる。ループを再び閉じる時には制御回路りＣ
の制御によって分周器２ａの出力の位相に基準発振器３
ｃの出力のらびに基準発振器３ｃの出力制御を解除し、
チャージポンプ乙の動作を通常動作状態として基準発振
器３ｃの出力と出力制御回路／３を通った分周器２ａの
出力とを位相比較器タヘ入カする。

本実施例の場合もローパスフィルタ７のループ開放直前
の入力制御電圧を保持できるので実施例／と同様にルー
プを閉じた時の位相引き込み動作の速度が非常に速いと
いう効果がある。

以上に示した各実施例は回路中に分局器を含む場合を例
にあげて説明したが、従来の技術の項目で第３図に示し
た分周器を含まない場合、第７図に示した混合器を用い
る場合についても有効である。

さて、以上に述べた実施例では電圧保持機能は完全に動
作するとしたが、実際には回路に種々の電流リークがあ
るため、保持された電圧はわずかに変動する。そのため
長い間、開ループが続いた場合には保持機能を解除し強
制的に外部からローパスフィルタ７のチャージの充電ま
たは放電を行い、所定の状態に戻す必要がある。また、
無線通信において無線チャネルを高速に切シ替えるため
になるべく速く別の周波数において電圧制御発振器を動
作させたい場合がある。これらの場合、従来の方法とし
ては可変分局器の分局比を新たに設−２０一 定しているが、この方法では、まず新しい周波数に同期
するまで長いフリッカ過程が存在し、次にロックイン過
程に移シ、同期状態に入ることがよく知られている。こ
のような同期には長い期間を要するためこれを改善する
方法が必要であった。

−８゜この場合の実施例を第７２図に示す。／４ｔ”は
周波数同期用スイッチング回路、ｉｔは周波数同期用充
放電回路である。本回路はすでに述べた高速ロックイン
位相同期ループ回路に対して新たに高速周波数同期機能
を付加したものであシ、周波数同期用充放電回路／ｊと
周波数同期用スイッチング回路／４から成る。

本回路では閉ループを再形成するときに、まず周波数同
期用スイッチング回路１４Ａをオン状態にして、周波数
同期用充放電回路ｌオとローパスフィルタ７を接続し、
周波数同期用充放電回路／ｊによりローパスフィルタ７
を急速に所定の電圧に設定する。次に周波数同期用スイ
ッチング回路／ｌをオフ伏態にし、引き続いてすでに述
べた初期位相整合形位相同期ループ回路を起動する。こ
のような回路により同期ループが周波数同期を行う７リ
ノカ過程を極力短くすることができ、初期位相整合形位
相同期ループ回路を周波数切替を必要とする場合にも有
効に利用することができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、ループを開放する直前に、位相
比較器から電圧制御発振器への入力を遮断することによ
り遮断直前における該電圧制御発振器の入力電圧を保持
する機能を有する位相同期ループ回路において、ループ
を閉じるときに、　ｔず、基準信号の位相と該電圧制御
発振器の出力の位相とを一致させるとともに該基準信号
と該電圧制御発振器の出力とを該位相比較器へ入力し、
次に、該入力電圧保持機能を解除して該位相比較器と電
圧制御発振器の入力とを接続し閉ループを形成するよう
に構成したから、位相引き込み動作が速いという効果が
ある。

本発明は周波数シンセサイザの間欠動作に応用できる。

これは低消費電力化のため間欠的に周波数シンセサイザ
の動作を行うものである。ループ開放時に消費電力の多
い電圧制御発振器や、分周器の電源供給を停止し、再び
ループを閉じる時に電源供給を再開する。この場合、電
源供給開始時点から電圧制御発振器の発振周波数が安定
するまでの時間は本発明によシ非常に短くすることがで
きるので、電源を供給している時間を有効に使用でき、
全体の消費電力を少なくすることができる。

また、本回路に対して閉ループを形成する前に電圧保持
機能を解除し強制的に保持電圧を変える回路を付加する
ことによシ周波数同期の過程を短縮することができる。

本発明によシ、周波数シンセサイザにおいて高速に周波
数を切替えることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例、第２図は、入力電圧保
持機能を備え、分周器を用いて構成された従来の位相同
期ループ回路、第３図は入力電圧保持機能を備えた従来
の位相同期ループ回路、第グ図は入力電圧保持機能を備
え、混合器を用いて構成された従来の位相同期ループ回
路、第５図は初期位相整合の位相赳差に対する周波数の
収束時間の関係、第を図は第１の実施例における位相調
整可能な基準発振器の構成図、第７図は本発明の第２の
実施例、第を図は本発明の第３の実施例、第り図は本発
明の第グの実施例、第１Ｏ図は第μの実施例におけるレ
ベル保持器の構成図、第１／図は本発明の第ｊの実施例
、第７２図は本発明の第２の実施例。 ／・・・電圧制御発振器１．ｌａ・・・分局動作が制御
できる分周器、２ｂ・・・分周器、３ａ・・・位相調整
可能な基準発振器、３ｂ・・・基準発振器、３ｃ・・・
位相調整可能、かつ出力が制御できる基準発振器、’ｌ
ａ・・・分周動作が制御できる分局器、＋ｂ・・・固定
分局器、！・・・位相比較器、２・・・チャージボング
回路、７・・・ローパスフィルタ、♂・・・スイッチン
グ回路、りａ、りす、りｃ、９ｄ・・・制御回路、ＩＯ
・・・混合器、−ｆｆ１４　　　− ／／・・・逓倍器、／２・・・レベル保持器、／３・・
・出力制御回路、／４ｔ・・・周波数同期用スイッチン
グ回路。 ／ｊ・・・周波数同期用充放電回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ループを開放する直前に、位相比較器から電圧制
   御発振器への入力を遮断することにより遮断直前におけ
   る該電圧制御発振器の入力電圧を保持する機能を有する
   位相同期ループ回路において、ループを閉じるときに、
   まず基準信号の位相と該電圧制御発振器の出力の位相と
   を一致させるとともに該基準信号と該電圧制御発振器の
   出力から得る被位相比較信号とを該位相比較器へ入力し
   、次に、該入力電圧保持機能を解除して該位相比較器と
   該電圧制御発振器の入力とを接続し閉ループを形成する
   ことを特徴とする初期位相整合形位相同期ループ回路。
2. （２）ループを開放する直前に、位相比較器から電圧制
   御発振器への入力を遮断することによれ遮断直前におけ
   る該電圧制御発振器の入力電圧を保持する機能を有する
   位相同期ループ回路において、ループを閉じるときに、
   まず基準信号の位相と該電圧制御発振器の出力の位相と
   を一致させるとともに該基準信号と該電圧制御発振器の
   出力から得る被位相比較信号とを該位相比較器へ入力し
   、次に、該入力電圧保持機能を解除して該位相比較器と
   該電圧制御発振器の入力とを接続して閉ループを形成し
   、さらに該入力電圧保持機能によって保持されているル
   ープ開放時の電圧を、ループを閉じたときに得る周波数
   に対応した電圧へ強制的に変更する機能を有することを
   特徴とする初期位相整合形位相同期ループ回路。