JPS63211819A - 周波数ロックループ - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明はデジタル信号処理に関し、特に、たとえばデジ
タルデータ再生装置において実現されるような周波数ロ
ックループおよび周波数差検出器に関する。

〔発明の技術的背景及びその問題点〕

デジタル信号はたとえばツイストペア、同軸ケ−プルあ
るいはオプティカルファイバ媒体上の多重化パルス符号
変３１％（ＰＣＭ）された音声チャンネルの伝送におけ
る遠隔通信に広く用いられる。

これらのデジタル伝送は伝送媒体におけるロス、分散お
よびノイズの影響を、これらが取り消すことができない
位い大きくなる前に除去してデータストリームを再構築
するための、一定距離ごとに設置された再生装置に依存
している。再生装置の動作はたとえば単極ＮＲＺデータ
のような単純なバイナリデータに関する次の説明で一般
化される。

デジタルバイナリ信号は明確な遷移と一貫したビット伝
送速度を持つ二値ステップ関数として起こる。伝送の間
、ロス、分散およびノイズによりこの明確な形状がむし
ばまれる。信号を受信するときに劣化した信号を増幅し
てリミットをかけたり、あるいはコンパレータあるいは
他の意志決定回路に印加したりして鋭どい遷移の二値信
号を再生できる。しかしながら、復元された遷移は一般
的にはもとの遷移時間と同じにはならない。新しい遷移
は「ジッタ」となる傾向がある。すなわち、基準遷移時
間のまわりにランダムに変化する。

再生するときの基本方針はビット周期の中間点で起こる
クロック遷移に合わせて、再び鋭くなった信号をサンプ
ルし、ジッタの影響を最小にすることである。課題はデ
ータストリームそれ自身から、適切なりロック信号を決
定することである。

ビットストリームの周波数スペクトルはボー（ｂａｕｄ
）周波数でゼロとなるが信頼できるタイミング情報はデ
ータ遷移に存在する。再び鋭くした信号を微分すること
によりこのタイミングを引き出し、極性が交互するパル
ス列を生ずる。該パルスを整流して一定極性のパルス列
の形でタイミング信号を供給し、データ遷移を認識する
。

もし、受入データがゼロおよび１を交互にくり返す形で
あればこのタイミング信号のパルスレートは受入データ
のボーレートに等しい。しばしばタイミング信号はその
ようなパルスレートを持つパルス列の形をしているが、
ランダムに選択されたパルス・ミッシング（ｍｉｓｓｉ
ｎｇ）の形をしている。

たとえばランダムデータはポー周波数でのパルス列のよ
うに見える、ミスパルスのある遷移パルス波形を生ずる
。そのようなパルスストリームはポー周波数で非常に強
いスペクトル成分を持っている。遷移におけるボー周波
数成分を適当にフィルタリングし、増幅し、移相して、
パルススペクトルを処理し、受入データを再生するのに
必要なりロック信号を作る。

位相ロックループはパルス列内の非常に小さいスペクト
ル成分にロックできるので１とＯの長い文字列がタイミ
ングの位相や振幅に与える影響は無視できる。このよう
にパルス列内のミスパルスを満たし、ジッタをなくすの
に位相ロックループを用いることができる。

伝統的な位相ロックループは安定性と捕獲レンジとの間
で設計上のトレードオフがある。この制限は周波数／位
相ロックループで置き換えることによって部分的に克服
されてきた。これらの装置は捕獲レンジが主に関係する
アクイジションモードの間は周波数ロックループを用い
る。ひとたび適当な周波数にロックされるとループは並
列位相＝４− ロックループによって支配され、該並列位相ロックルー
プにより定常状態モードでの動作が安定になる。

そのような周波数／位相ロックループは合衆国特許第４
０１５０８３号に述べられ、Ｂｅ１ｌｉｓｉｏおよびＲ
，Ｒ，Ｃｏｒｄｅｌｌらによる１９７９年ＩＥＥＥ　Ｊ
ｏｕｒｎａｌ　ｏｆＳｏｌｉｄ−３ｔａｔｅ　Ｃ１ｒｃ
ｕｉｔｓ　５Ｃ−１４巻、第６号の１００３ページ〜１
００９ページにかけて’Ａ５０ＭＩＩＺ　Ｐｈａｓｅ　
ａｎｄＦｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｌｏｃｋｅｄ　ＬＯＯＰＪ
と題して発表されている。これらの発表において位相ロ
ックループおよび周波数ロックループはループフィルタ
、制御発振器および位相シフタを共有する。位相ロック
ループは伝統的なものであり、掛は算器および低域通過
フィルタを含む。周波数ロックループは周波数差検波器
およびフィルタを含む。

それぞれのフィルタの出力を合計し、共用ループフィル
タに伝達する。２つのループ利得は以下のようなもので
ある。周波数ロックが達成するまでのアクイジション中
、周波数ロックループが制御発振器を支配する。ひとた
び周波数ロックが達成されると位相ロックループが支配
的になり、位相ロックを獲得し、維持する。

Ｂ１１１ｉｓｉｏの特許を参照すると周波数差検出器は
並列になった同相分岐および直角位相分岐を含む。

同相分岐は掛算器を含み、そこで、引き出したタイミン
グ信号に発振器出力の同相成分を掛ける。

低域通過フィルタは上部側波帯を除去し、掛算器に入力
した２つの周波数の差信号、すなわち「うなりＪを生じ
る。コンパレータはうなり信号をうなり周波数の方形波
に変換する。次に微分器はこの方形波をうなり周波数の
２倍のパルスレートを持った、極性が交互に反転するパ
ルス列に変換する。

周波数差検波器の直角成分分岐もまた掛算器、低域通過
フィルタおよびコンパレータを含む。この掛算器への入
力は抽出されたタイミング信号と、発振器出力を移相し
たものとである。直角位相分岐の、掛算器、低域通過フ
ィルタ、およびコンパレータは同相分岐におけるそれぞ
れのものと同し機能を果たし、この場合、同じうなり周
波数だが、同相分岐の方形波に対して９０度位相のずれ
た方形波を生ずる。直角位相分岐はまた直角位相方形波
のＤＣ成分を消去するコンデンサ、あるいは他の手段を
含む。

同相分岐からの極性の交互反転するパルス列出力に、方
形波分岐からの交流結合された直角位相方形波を掛け、
−貫した極性のパルス列を作る。

このパルス列のパルスレートはタイミング信号、および
発振器出力の差周波数の２倍であり、極性の符号は周波
数差の符号を表わす。たとえば、もしタイミング周波数
が発振器周波数を越えれば周波数検出器の出力の極性は
正であり、逆の状況下では極性は負で′ある。

与えられた基準ボーレートに対して開示されたシステム
は速くてアクイジションレンジが広く、および良い安定
性が達成されるが、ボーレートが非常に異なる信号をセ
ルフタイムで再生するには最適ではない。周波数ロック
ループのボーレートが制限される理由は一方ではアクイ
ジションレンジとスピード、他方では安定性という適当
なバランスを提供するのに必要な部分がボーレートに依
存するからである。

この問題に対する非常に制限された解決法は周波数差検
出器の必要な部分が迅速に置換されるように再生システ
ムを配置することである。たとえば、周波数差検出器の
微分器のパルス幅決定コンデンサおよび低域通過フィル
タは、異なるボーレートで周波数ロックループを用いる
場合に容易に交換できるように配置できる。

再生システムのほとんどは低いコストで高い性能と信頼
性があるように単一のチップ上で実現されるが、置換を
必要とする部分を典型的にはチップの外に残しておく。

チップ外の部分は再生器１台あたりほんのわずかのコン
デンサなどしか含まないが、大規模な多再生器システム
に対してはチップ外の部分は何倍ものパーツ数に達する
。また、パーツ数の増加に伴い、製造コストは増加し、
信頼性は低下する。多くの応用、特に衛星通信に対して
バルク、および電力消費量は逆にディスクリ−１・部分
の影響を受ける。

一８＝ 必要なのは迅速でアクイジションが広く、かつ最適な安
定性の周波数ロックループであり、それは広い基準ボー
レートレンジに対して用いることができる。特に、異な
るボーレートでの性能の最適化に必要な部品置換を最小
にするような周波数ロックループのための周波数差検出
器が必要である。

〔発明の目的〕

本発明はデータ再生システムにおいて、基準動作周波数
、すなわちボーレートの広いレンジにわたって定常状態
のループ利得が実質的に一定な周波数ロックループを提
供することを目的とする。

〔発明の概要〕

ランダムデータをもとにした遷移パルス列の周波数スペ
クトルはボーレートの所望の周波数成分の近くにいくつ
かのスペクトル成分を持つ。このため再生器の基準周波
数発振器はボーレート近くに明瞭な中心周波数を持たね
ばならないし、その同調範囲をたとえば、ボーレートの
１０％内の制限された周波数レンジに抑えなければなら
ない。これにより位相／周波数ロックループが遷移パル
ススペクトル内の不要な周波数にロックされないことが
保証される。

明瞭な中心周波数、および制限された同調レンジを持つ
基準発振器は、たとえばＢｅ１ｌｉｓｉｏの特許に用い
られたような電圧制御ＬＣ発振器である。

ＬＣ発振器は異なるＬＣタンク回路を適用することによ
り非常に異なるボーレートに同調させることができる。

これはたとえば予め製造され、ストックされた周波数／
位相ロックループ（あるいは組み込んだ再生器）を非常
に異なるボーレートとの連結で用いる時に起こる。

再生器内の電圧制御ＬＣ発振器が周波数を決定する同調
素子を変更することにより再同調されると発振器の絶対
制御感度はボーレートに比例して変化する。（絶対制御
感度を電圧変化に対する周波数変化、たとえばＨｅｒｔ
ｚ／ｖｏｌｔｓとして表わす。）本発明はループ利得の
絶対制御感度を変化させる効果を提供する。

周波数ロックループのループ利得に対する式は基準発振
器の絶対制御感度と周波数差検出器の絶対検出感度との
積を含む。（周波数差検出器の絶対検出感度は入力周波
数の変化に対する検出器出力電圧の変化、たとえばＶｏ
ｌｔｓ／Ｈｅｒｔｚとして表わされる。）部品交換のな
い伝統的な周波数ロックループにおいて、周波数差検出
器の絶対検出感度はボーレートが変っても一定であり、
その結果発振器の素子を変える場合、ループ利得は発振
器の制御感度と共に変化する。結果としてボーレートの
比較的狭いレンジ外で、著しく異なるボーレートに適応
するように基準発振器の周波数決定素子を交換する場合
、ループ利得がループ安定性およびアクイジションスピ
ードの所望バランスからかなりはずれてしまう。

一定ループ利得、したがって異なるボーレートの広いレ
ンジにわたって最適な周波数ロックループ性能を与える
ためには発振器および検出器の絶対感度の積を一定に保
たねばならない。これには絶対検出感度を、発振器の絶
対制御感度、したがってボーレートに対して逆比例して
変化させなければならない。これは周波数差検出器の微
小検出感度が一定のとき起こる。本発明に従えば周波数
ロックループによって確立された基準信号の周波数と入
力周波数との間の与えられた微小差に対して周波数差検
出器によって生じた誤差信号は広いボーレートレンジに
わたって本質的に同じである。

この特性は周波数差検出器のパルス幅を基準周波数の関
数として修正することにより好適に実現される。パルス
幅の変化は基準発振器を異なる同調素子を用いて著しく
異なる基準周波数に同調する場合に重要である。アクイ
ジション中は基準周波数の比較的小さい変化（数パーセ
ント）に応じたパルス幅の変化は相対的に重要ではない
。他のアプローチは利得がループ出力周波数に逆比例し
て変化する装置を周波数ロックループに組み入れること
である。さらに、前述のアプローチを組み合わせて用い
ることもできる。

本発明の一つの実現において、周波数差検出器はパルス
幅変調器を含み、それは周波数ロックループの出力から
のフィードバックにより制御される。フィードバンク信
号はパルス幅レギュレータにより処理される。パルス幅
レギュレータは周波数ロックループの出力周波数に応じ
た割合で内部でパルス列を発生する。

パルス幅レギュレータは校正パルス発生器それ自身のパ
ルス幅変調器、およびデューティーザイクル検出器を含
む。パルス発生器は周波数発生器からの基準信号出力を
基準周波数に等しい繰り返しレートの一定極性のパルス
列に変換する。これらのパルス幅をレギュレータのパル
ス幅変調器カ市１■卸する。

デユーティ−サイクル検出器をレギュレータのパルス幅
変調器に対してフィードバックの位置に配置し、内部的
に発生されたパルスの持続時間はビット周期の決まった
分数、たとえばビット周期の半分であることを確実にす
る。同じ制御信号を周波数差検出器のパルス幅変調器に
送り、該パルス幅変調器では異なる周波数に対してその
効果を適当にスケーリングする。パルス幅は基準周波数
に対して逆比例して変化する。言い換えれば、パルス幅
は基準周期の一定数倍を維持するように変化する。これ
により基準周波数の予定したレンジにわたって実質的に
一定なループ利得が保証される。

パルス幅の所望変化は好適な周波数差検出器において効
果がある。該周波数差検出器はうなり周波数で方形波を
発生するための各Ｄタイプフリップーフロップ、あるい
はそれと等価なものを持った同相および直角位相分岐を
含む。両方のフリップ−フロップのデータ入力は抽出し
たタイミング信号で駆動される。基準信号を位相−スタ
ソガしたものを各フリップ−フロップをクロックするの
に用い、その結果、発生した方形波はお互いに位相外れ
になっている。方形波を発生するためにフリップ−フロ
ップを使用すれば低域通過フィルタが必要でなくなる。

別の方法では低域通過フィルタが必要となるが、それは
異なるボーレートに対しては交換しなければならない。

ゆえに、本発明は広いボーレートレンジにわたって自動
的に最適化された周波数ロックループ動作を提供し、集
積回路技術をより完全に使用できるのでそれによってコ
スト、性能および信頼性における長所が得られる。

〔発明の実施例〕

デジタルデータ再生器１１は量子化器１３、サンプラ１
５、タイミング抽出器１７および周波数／位相ロックル
ープ１９から成る。周波数／位相ロックループ１９にお
いて、位相ロックループ２１および周波数ロックループ
２３は基準周波数発振器２５を共有する。

位相ロックループ２１は位相検出器２７を含み、周波数
ロックループ２３は周波数差検出器２９を含む。本発明
に従えば、周波数ロックループ２３もまたパルス幅レギ
ュレータ３１を含み、周波数発生器２５によって供給さ
れた基準信号の周波数の関数として周波数差検出器２９
のパルス幅特性を制御する。

レギュレータ１１は次のように動作する。劣化したと推
定できる入力信号は量子化器１３への入力である。量子
化器１３は増幅器および振幅制限回路、あるいはコンパ
レータを含み、劣化した信号を整形し、その結果誤差を
遷移のタイミング、すなわち、ジッタにまず閉じ込める
。

簡単なり一タイプフリソプーフロソプであるサンプラ１
５の目的は初期ビットレートで、各ビット周期の中央で
、整形した信号をサンプルすることである。各ビット周
期の中央でサンプリングすることにより、もし、それほ
ど大きくなければジッタの影響は除去することができる
。ゆえに、理論上再生された信号はもとの信号のデータ
およびタイミングの複製となっている。図の残りの部分
はサンプリング動作用に所望クロックを提供するための
ものである。

タイミング抽出器１７は量子化された信号のデータ遷移
を印したパルス列を供給するもので、該量子化信号をサ
ンプラ１５と並列に受信する。このためにタイミング抽
出器１７は微分器、全波整流器およびパルス幅変調器を
含む。微分器は量子化信号の各遷移を極性に応じたパル
スでマークする。次に全波整流器が一定の極性にする。

パルス幅変調器がパルス幅をたとえばパルス周期の半分
に抑制する。

１６一 対応するフィードバンクラインを示してないが、パルス
幅レギュレータ３１がタイミング抽出器１７に対するパ
ルス幅制御を行なう。パルス幅レギュレータ３１はタイ
ミング抽出器１７の部品および配置を複製したものなの
でタイミング抽出器１７の動作および構造は次のパルス
幅レギュレータ３１の詳細な説明でよりはっきりと理解
される。

定常状態において、タイミング抽出器１７は矩形がいく
つか欠けた方形波として特徴付けられるタイミング信号
を供給する。そのような波は入力ポーレートで周波数／
位相ロックループ１９を駆動するのに十分強いスペクト
ル成分を持っている。

抽出したタイミング信号は位相検出器２７および周波数
差検出器２９の両方に印加される。位相検出器２７を周
波数発生器２５とフィードバック関係になるように接続
し、位相ロックループ２１を構成し、一方円波数差検出
器を周波数発生器２５とフィードバック関係になるよう
に接続して周波数ロックループを作る。また、周波数差
検出器２９をパルス幅レギュレータ３１を経てパルス幅
制御ループ内の周波数発生器２５に接続する。

周波数ロックループ２３を第２図により詳しく示す。抽
出されたタイミング信号はタイミング抽出器１７からノ
ードＡを通って到達し、ノードＡから周波数ロックルー
プ２３に入力される。抽出されたタイミング信号はまた
ノードＢを通って位相検出器２７に向けられる。周波数
ロックループ２３の基準信号出力は周波数差検出器に戻
り、同じくノードＣを経てサンプラ１５へ向い、また基
準信号を移相したものを周波数差検出器にフィードバッ
クし、ノードＤを通って位相検出器にも向けられる。位
相検出器２７の出力をノードＥを通って周波数差検出器
２９の出力と合計する。

周波数差検出器２９は「同相」Ｄ−タイプフリップ−フ
ロツブ３３、「直角位相」Ｄ−タイプフリップ−フロッ
プ３５、微分器３７、パルス幅変調器３９、およびパル
スストローブ４１から成る。周波数発生器２５はループ
フィルタ４３、電圧制御発振器４５および移相器４９か
ら成る。パルス幅レギュレータ３１は周波数二分周回路
５５および微分器／整流器の組み合わせ５７を含む校正
パルス発生器５１、パルス幅変調器５３、および二値電
流源６１および積分器６３を含むデユーティ−サイクル
検出器５９から成る。

周波数差検出器２９の「同相」Ｄ−タイプフリップ−フ
ロップ３３は抽出されたタイミング信号の周波数と基準
周波数との差に等しい基本周波数を持ち、いくつかの矩
形の欠けた方形波を発生する役割を果たす。これはタイ
ミング信号をフリップ−フロップ３３のデータ入力に入
れ、基準信号をフリップ−フロ・７プ３３のクロック人
力に入れることで達成できる。

抽出したタイミング信号はクロックとは違ってデーター
タイプ信号から導出するので周期的ではない。それにも
かかわらず、ゼロおよび１が交互する一連のデータの周
波数によって特徴付けられる。この周波数はボーレート
に等しい。

次に同相フリップ−フロップ３３の出力からの方形波差
信号を極性が交互する一定パルス幅のパルス列に変換す
る。各パルスは方形波差信号の遷移点に存在する。微分
器３７が遷移点を見つける。

ここで、「微分器」という言葉は遷移の向きに応じた極
性を持つパルスで方形波遷移を印す装置を表わす。方形
波を微分すると直流オフセットがゼロボルトになるとい
う制限をここでは加えない。

周波数差検出器２９からのパルスの最終幅はパルス幅変
調器３９によって課せられる。パルス幅変調器３９を周
波数差検出器２９の微分器３７とパルスストローブ４１
との間に示すが、他の場所に置いてもよい。

図示した位置の代替案としてパルス幅変調器の機能を微
分器、あるいはパルスストローブと一緒に集積化するか
、あるいはパルスストローブの後、かつ周波数発生器の
ループフィルタの前に置く。

パルス幅レギュレータに課せられた機能はパルス幅の決
定であり、以下でより詳細に述べる。

パルスストローブ４１の機能は極性が交互しているパル
ス列を一定の極性のパルス列に変換することであり、該
極性はタイミング信号、および基準信号間の周波数差の
符号を示す。これはうなり周波数でスイッチを開閉して
一方の極性のパルスを全て通し、他方の極性のパルスを
全て捨てることにより行われる。パルスレートはうなり
周波数に等しくなる。代替的に「リジェクトｊされたパ
ルスをインバータを通してパルスストリームの中のその
位置に戻し、その結果、パルスレートをうなり周波数の
２倍にすることもできる。

どちらの場合にもストローブ４１をパルスの位相とはず
らして切り替えることが望ましい。ストローブ制御信号
は直角位相フリップ−フロップ３５によってうなり周波
数の移相方形波の形でたやすく発生できる。同相フリッ
プ−フロップ３３に関する場合のように、抽出したタイ
ミング信号はデータ入力に入れるがクロック入力への基
準信号入力は移相器４９を通す。

直角位相フリップ−フロップ３５の出力をストローブ制
御信号として用いることにより所望のストローブタイミ
ングが得られる。タイミング信号の周波数が基準周波数
を越えるとストローブ４１は正の向きのパルスを通し、
負の向きのパルスは捨て去るか、あるいは反転する。タ
イミング信号の周波数が基準周波数以下になるとストロ
ーブ４１は負の向きのパルスを通し、正の向きのパルス
を捨て去るか反転する。

一定の極性のパルス列から成る合成誤差信号をループフ
ィルタ４３で積分し、該ループフィルタは電圧制御発振
器４５に直流電圧を供給する。基準周波数は印加電圧の
一方の極性で増加し、印加電圧の逆の極性で減少する。

それはタイミング信号とより密接に同期する必要がある
からである。

周波数の夙ずれが減少するにつれ周波数差検出器２９の
うなり周波数およびパルスレートは減少する。この結果
、ループフィルタ４３の入力で信号の直流成分は減少し
、したがって、基準周波数変化のレートが減少する。周
波数差検出器２９からの電圧出力が予め決められたしき
い値以下に下がると位相ロックループ２１が優勢になり
、発振器４５を位相ロックさせる。

従来技術の装置において、周波数差検出器によって発生
されたパルス幅は微分器の特性に依存して一定である。

したがって、ループフィルタに印加された直流成分は単
にタイミング信号周波数と基準周波数との差の絶対値の
関数である。ゆえに、与えられたボーレートに対して利
得が最適化された周波数ロックループは一桁高いかある
いは低いボーレートに対しては最適化されない。

本発明はボーレートの広いレンジにわたり、最適化され
たループ利得を維持するためのものである。換言すれば
、周波数の微少変化が等しければ周波数が異ってもルー
プフィルタ４３に印加される誤差信号は実質的に等しく
なる。

図示した実施例において、パルス幅レギュレータ３１に
より定常状態のループ利得が一定になる。

パルス幅レギュレータ３１は校正パルス発生器５１、パ
ルス幅変調器５３、およびパルス幅変調器５３とフィー
ドバック関係にあるデユーティ−サイクル検出器５９か
ら成る。「定常状態ループ利得」という表現は周波数ロ
ックでの、あるいは周波数ロック付近での利得を特徴付
けるために用いる。周波数ロックから実質的に離れたと
ころでの利得−一般に一定でない−を維持することは重
要なことではない。

校正パルス発生器５１は周波数二分周回路５５とその後
の微分器／整流器５７を含む。周波数二分周回路５５は
その入力で同相基準信号を受信し、基準周波数の半分の
方形波を発生する。タイミング抽出器１７におけると同
様に微分器／整流器５７によってこの方形波の遷移が印
され、一定極性の校正パルス列を生ずる。この列の繰り
返しレートは基準周波数に等しい。

微分器／整流器５７は集積装置、または各遷移で極性の
交互するパルスを発生する微分器とその後に別の全波整
流器を接続したものである。また、微分器の出力するＤ
Ｃ成分はゼロではない。全波整流器は極性を整流し、基
準信号の周波数に等しいパルス繰り返しレートを持った
一定極性パルス列を生ずる。

校正パルスの幅はデユティ−サイクル検出器５９からの
フィードハック信号に応じてパルス幅変調器５３が決定
する。デユーティ−サイクル検出器５９は二値レベル電
流源６１および積分器６３を含む。

二値レベル電流源６１は１つのパルスの間、第１電流レ
ヘルを出力し、パルス間では第２電流レベルを出力する
ように設計されている。図示した実施例においては２つ
の出力レベルは大きさが等しく極性が逆であり、この意
味において、二値レベル電流源６１はバイ−ポーラ電流
源である。

パルス幅がパルス周期の半分の場合、電流源の平均出力
はゼロである。積分器６３への入力電流がゼロのとき積
分器の出力電圧は一定であり、該電圧出力はレギュレー
タのパルス幅変調器５３によって賦課されるので一定の
パルス幅を生ずる。ゆえに、５０％のデユーティ−サイ
クルが定常状態を表わす。

他のデユーティ−サイクルでは電流値６１の平均出力は
ゼロにはならないので積分器６３の出力はパルス幅がま
たパルス周期の半分になるまで変化する。パルス幅変調
器５３およびデユーティ−サイクル検出器５９の応答特
性が頁のフィードバックループを決定する。図示した実
施例で設定したループの効果はパルスを対応する幅に変
調することによリ５０％のデユーティ−サイクルにする
ことである。

上述のようにパルス幅レギュレータ３１の微分器／整流
器５７およびパルス幅変調器５３はタイミング抽出器１
７内の対応する部分に一致している。タイミング抽出器
のパルス幅変調器はパルス幅レギュレータ３１のパルス
幅変調器５３と同じ制御信号を受信するのでタイミング
抽出器１７のパルス幅も基準周期の半分にされる。

この比率はフリップ−フロップ３３および３５の出力が
５０％デユーティ−サイクルになることを保証する。こ
れもまた、基準信号遷移が入力データの「中間ビット」
サンプリングに対して適当な瞬間に起こることを保証す
る。

積分器６３からの制御電圧出力もまた周波数差検出器の
パルス幅変調器に向けられる。制御電圧はレギュレータ
パルス幅を基準信号の周期の決まった割合い、たとえば
半分にするので周波数差検出器のパルス幅を基準信号の
周期の決った割合にするのに用いることができる。

周波数差検出器２９の場合、差信号の周期が対応する基
準周期よりずっと長いので適当な割合を半分ではなく数
分の１のようにする。ゆえに、もし、データレートおよ
び基準周波数間に最大１０％の差があると仮定すれば、
最大うなり周波数はデータレートの１０分の１であり、
検出器のパルス幅変調器３９はパルス幅レギュレータ３
１およびタイミング抽出器１７の対応する変調器の約１
０倍広いパルスを生ずるように設計されねばならない。

この比はボーレートの広いレンジにわたって自動的に維
持される。

この配置は基準周期の、ある固定倍数の検出器パルス幅
を供給するので定常状態ループ利得は基準発振器の周波
数決定素子を変化することにより異なるボーレートに合
わせる場合に同じ値になる。

ゆえに、周波数差検出器の部品を交換せずに広いボーレ
ートのレンジにわたって最適性能を維持することができ
る。前述のように従来技術装置では交換する必要があっ
た低域通過フィルタはフリップ−フロップを使うことで
不要となる。パルス幅変調器により微分器部分を交換す
る必要がな（な−Ｚ　　’ｒ　　− る。このように本発明では発展強化された積分が提供さ
れる。

図示した部分の多くは機能別に表わしであるのでこれら
の部分を実現するのに多くの既知の装置を用いることが
できることが専門家には明らかである。さらに、同等の
機能を達成するのに多くの既知の再配置を用いることが
できる。前述のように１つ、あるいはそれ以上の隣接装
置と共にパルス幅変調器を統合したり、あるいは別々に
配置することができる。

たとえば代替の実施例では（直流オフセットがゼロの）
真の微分器、パルスストローブ用の掛算器、および直角
成分フリ・７プーフロソプと掛算器の間にコンデンサあ
るいは他の交流接続手段を含む周波数差検出器を用い、
周波数差検出器出力に所望パルス列を生ずる。さらに、
パルス幅レギュレータ内の周波数二分周器路なしで済ま
せ、全波整流器は半波長整流器に置き換えられる。タイ
ミング抽出器内の対応する部分のパラメータはサンプリ
ングの目的に適切な比になるように調節される。

本発明は広い領域の信号処理環境、周波数帯域、アプリ
ケーションおよび技術に応用できる。並列位相ロックル
ープ、タイミング抽出器、サンプラおよび量子化器は異
なった方法で実現できるし、あるいはなくすこともでき
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明を用いることにより、広い
ボーレートレンジにわたって自動的に最適化された周波
数ロックループ動作を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ｍは本発明に従ったデジタルデータ再生装置のブロ
ック図、第２図は本発明に従った周波数差検出器を備え
た周波数ロックループのブロック図である。 １１：デジタルデータ再生器 １３：量子化器 １５：サンプラ １７：タイミング抽出器 ２１：位相ロックループ ２３：周波数ロックループ ２５：基準周波数発振器 ２７：位相検出器 ２９：周波数差検出器 ３１：パルス幅レギュレータ 出願人　横河・ヒユーレット・パンカード株式会社代理
人　弁理士　長谷用　　次男 −３１〜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）次の（イ）〜（ハ）を備えて成る周波数ロックル
   ープ。 （イ）入力信号と基準信号とを入力し、該両信号間の周
   波数差を表わす誤差信号を出力する周波数差検出装置。 （ロ）前記周波数差検出装置とフィードバックの関係に
   配置され、前記検出された周波数差の大きさを最小にす
   るように働く前記基準信号を発生する周波数発生装置。 （ハ）前記周波数発生装置の出力に接続され、前記基準
   信号の、異なる周波数にわたって前記誤差信号をほぼ一
   定にするための制御信号を前記周波数差検出装置に送る
   利得補償手段。
2. （２）次の（ニ）〜（ヘ）を備えて成る周波数ロックル
   ープ。 （ニ）基準信号を発生する周波数発生装置。 （ホ）前記周波数発生装置をフィードバック・ループに
   持ち、前記基準信号と入力信号との周波数差を繰り返し
   レートとする、一様パルス幅のパルス列から成る誤差信
   号を発生し、さらに制御用入力を備えたパルス幅変調装
   置を含む周波数差検出装置。 （へ）前記基準信号に応答し、前記周波数差検出装置の
   出力パルス幅が前記基準信号と相互関連がないように、
   前記パルス幅変調装置の前記制御用入力に制御信号を送
   って前記周波数差検出装置の前記出力パルス幅を制御す
   るためのパルス幅レギュレータ。