JPS63234724A - 周波数シンセサイザ - 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、ミキシングダウン力式周波数シンセサイザに
おいて、イメージ周波数による誤ったロック状態に陥る
のを防止する回路方式に関るものである。

従来の技術 近年、衛星通信や移動通信などの無線通信をはじめとし
て、多方面の通信やあるいは放送の分野において、その
送信・受信のチャンネル全選局するために、位相同期ル
ープ（Ｐｈａｓｅ　ＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ　　：以下Ｐ
ＬＬと称する）回路を使った周波数シンセサイザが不可
欠となっている。今後さらに、電波需要の増大に対処す
るためには、高速化はもちろんであるが一つは１チヤン
ネルあたりに割当てられる周波数帯域をせまく、一つは
より高い周波数への移行ということが必要であり、周波
数シンセサイザにも高周波化かつ高分解能化が要求され
る。

以下、従来の技術について説明する。第４図は従来の周
波数シンセサイザのブロック図である。

図中１はＶ　ＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｅ
ｄ　０ｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御発振器）２はｖＣ
Ｏ・１の出力周波数信号すなわちこの周波数シンセサイ
ザの出力周波数信号であるｆ。Ｏ？である。　３は局部
発振器で局部発振周波数信号’ＬＯＣＡＬ・４を出して
いる。５はミキサで、ｆＯＵＴ・２と”ＬＯＣＡＬ・４
を周波数混合して差の周波数である”ＩＦ　”ＩＦ　＝
ｌ　’ＯＵＴ　　ｆＬＯＯＡＬ　＋　）６を作りだして
いる。７は分周期で、ｆ工、・６ヲＮ分周して分周され
た周波数信号ｆ、８ｆ作り出している。ここでＮは正の
整数で外部よりの制御データにより可変される。９は基
準周波数発振器で、必要に応じて内部に分周期を有して
いる。１０はその出力で基準周波数信号のｆｒｅｆであ
る。１３は位相比較器であり、入力される２つの信号Ａ
・８とｆｒｅｆ・１０の位相あるいは周波数を比較して
誤差信号ｏｒ・１２を出力する。１３はローパスフィル
タで、誤差信号ｅｒ・１２ヲ低減ｐ波して直流信号であ
る制御信号Ｖ、・１４を得、それをＶＣＯ・１に帰還す
ることによって閉回路を形成する。このような周波数シ
ンセサイザにおいては、ｆ１＝ｆｒｅｆなるようにｖＣ
Ｏ・１が制御されるので、’ｘｙ＝ＮＸｆｒｅｆとなり
、よってｆ　ｏｎｔ　＝　ｆＩ、ｏｃｉｈ　＋Ｎｘｆｒ
ｅｔとなる。ここでＮが可変であるので、ｆｏＩｙｒも
それに応じてｆｒｅｆ　１ｆｒ、’ステップとして可変
することができる。このような周波数シンセサイザの方
式はミキシングダウン方式と呼ばれている。

このようなミキシングダウン方式をとるのは、ＶＣＯ・
１の高い周波数信号ｆ。ｌ・２に対し、分周器７が直接
では動作しないので、ミキサ５を用いて局部発振周波数
信号ｆＬＯＣＡＬ　’の周波数だけ周波数を下げたミキ
シングされた周波数信号ｆ、、６に作ってやり、分周器
７の動作範囲内とする、またより低速な分周器でも使え
るようにするためである。今、−例をあげる。ｖＣＯ・
１の周波数すなわちｆＯＵＴ　”　２の周波数が１４８
０〜１９８０〔ＭＦＩｚｌ、帯域５００（ＭｔｌＺ’：
）、チャンネル数ｓｏｏチャンネル間隔１［Ｍ［１ｚ：
］であるとする。これは衛星通信用の受信機の受信用周
波数シンセサイザに使用することのできるものである。

ところがこのような高い周波数では、分局器７が動作し
ない。そこで、ミキサ５を用い、その局部発振周波数信
号ｆＬＯＣｔＡＬ　’の周波数を１４４０ＣＭｌＩｚ〕
として周波数ヲ下げたミキシングされた周波数信号ｆＩ
Ｆ””作ってやると’ＩＦ　＝ｆＯＵＴ　　’ＬＯＣＡ
Ｌ　”　”〜５４０ＣＭ１１　ｚ：）となる。ここまで
下げると分周器７は動作可能なものが得られ、受信すべ
きチャンネルに応じてＮ＝４０〜５４０としてやれば、
分周器７の出力信号ｆ、８はｆ、〜１［：Ｍ■２〕とな
る。ここで基準周波数信号ｆｒｅｌｆ１ｏの周波数ｋ　
ｆ１６ｆ＝　１　［：Ｍ［Ｉｚｌとすれば、この周波数
シンセサイザは、Ｈの設定に応じた周波数、たとえば今
Ｎ＝４０とすればｆｏＵＴ＝１４４０＋　４０Ｘ１　＝
１４８０［Ｍｌ２：］となるわけである。

発明が解決しようとする問題点 ところが、このようなミキシングダウン力式周波数シン
セサイザにおいては、その組合せによってはイメージ周
波数による誤った周波数でのロックの発生という問題点
がある。

前記した例を引用して具体的に説明する。今、Ｎ＝４０
にするとする。ｆｌ。、はやはｖｌ〔鱈２〕なので、ｆ
、〜１〔ＭｌＩｚ〕、よってｆＩ　Ｆ　〜４０　（＊ｚ
　：）なるように制御される。本来得たいｆ。ｔｌＴは
ｆ。Ｅｌア＝１４４０＋４０＝１４８０（Ｍ［Ｉｚｌ　
である。しかＬ、ミキサの性質として入力される２つの
周波数信号ｆ　ＯＵＴとｆＬＯＧＡＬ　　の差の周波数
をｆ工、として出力する、つまジｆ、、はｆ。ｔ、Ｔと
’Ｉ、０ＧＡＩ、の差であるというだけで、いずれが犬
きぐともよい。すなわちｆＩＦ＝４０（Ｍ■２〕なるに
はｆｏｎｔ　＝　１４８０　ＣＭＩＩＺ］の場合と、？
、、、＝１４ｏＯ［ＭＨｚ］の２通りがあるということ
である。この周波数シンセサイザでは１４８０［ＭＨｚ
：ｌが正規の周波数であるので、１４００［Ｍｕｚ］は
イメージ周波数である。したカッチＶ　Ｃ０、１カ何等
カッＵＫ因テ１４０ｏ　［：ＭＨｚ：］になってしまう
と、ロックがかかつてしまって、この周波数シンセサイ
ザは誤った周波数を出力し続けることになり、受信シス
テムとしては本来でない周波数の信号を受信してしまう
こととなる。

このようなことは、各チャンネル毎に発生する可能性が
あり、たとえば、Ｎ＝４１ならば１３９９［Ｍ［１ｚ：
ｌ、Ｎ＝４２ならば１３９８（Ｍｌ（Ｚ：ｌ、Ｎ＝４３
ならば１３９７〔ＭＩｌｚ〕というように、各チャンネ
ル毎に誤ってロックしてしまう周波数が存在する。

このような問題点を防ぐため、従来はｖＣｏ、１に高度
の調整が要求されていた。すなわち、やはり前記した例
に従って説明すると、ｖｃｏ、　１は１４００〔Ｍ［ｌ
ｚ〕以下では発振しないようにしてやればよいことがわ
かる。しかしながら、このように１４８０〔ＭＨ２〕以
上は安定して良好な特性を得なから１４００（Ｍｌｌｚ
ｌ以下というきわめて接近した周波数では発振しないよ
うな広帯域なりＣＯとするのは、非常に困難であり、高
度な設計・調整が要求さｎｌそれでも調整しきｎない場
合もあるので歩留Ｖｔ悪化嘔せてしまっている。

また、発振停止領域に接近している周波数では、発振の
安定性を欠くとか、出力レベルが低下するとか、あるい
は温度特性が悪いとかいったように別の問題点が生じて
しまう。

問題点を解決するための手段 そこで本発明は上記問題点を解決するために、電圧制御
発振器の出力周波数信号を直接あるいは分周を施して局
部発振周波数信号と周波数混合したのち、分周器、位相
比較器、低域ｐ波器を介して前記電圧制御発振器の制御
入力端に帰還させ乙構成とすると共に、前記電圧制御発
振器の出力周波数信号の周波数が、必要とする周波数帯
域から所定の周波数幅以上に外れた時に、前記制御入力
端に直流電圧源を接続し、かつ前記直流電圧源の電圧は
前記電圧制御発掘器の出力周波数信号を前記必要とする
周波数帯域の方向へ移動させるように設定したものであ
る。

作用 本発明では、ｖＣＯの出力周波数が本来希望する周波数
かイメージ周波数かを検知して、もしイメージ周波数あ
るいはその近傍の周波数ならば、ｖＣＯの出力を本来希
望する周波数の方向に移動させるｉうに、制御電圧を強
制的に引上げあるいは引下げるように構成したものであ
るので、イメージ周波数において誤ってロックしてしま
うことがなくなり、またイメージ周波数では発振しない
ようにｖｃｏｌ高度に調整する必要がない周波数シンセ
サイザを提供できる。

実施例 第１図は本発明の一実施例ＫＬる周波数シンセサイザの
ブロック図である。図中１はｖＧＯ１２はＶＣｏ・１の
出力すなわちこの周波数シンセサイザの出力周波数信号
であるｆ。ｆｆ７．３は局部発振器。

４は局部発振周波数信号であるｆＬＯＯＡい６はミキサ
、６はミキシングされた周波数信号であるｆ工２．７は
分周器、８は分周された周波数信号であるｆｌ、９は第
１の基準周波数発振器、１０は基準周波数信号であるｆ
ｒｅｆ、１１は位相比較器、１２は誤差信号、１３はロ
ーパスフィルタ、１４は制御信号であるＶ、で以上は従
来例と同じものである。１６はコンパレータであり、制
御信号Ｖｒ１４と基準電圧信号ＶＲ１６との電圧を比較
して、■、≧ｖＲならば“Ｌｏｗ″をＶ、　（ＶＲなら
ば’　Ｈｉｇｈ”なるコンパレータ出力電圧信号ｖ０゜
ＭＰ１７を出力する機能を有している。１８はアナログ
スイッチで、そのゲート端子０）が“Ｈｉｇｈ”ならば
入力（Ｉ）と出力（０）間が″Ｏｎ″に、”ＬＯＷ”な
らば”　Ｏｆｆ″になる。ｖＢＩ！ｌは正の電源電圧で
ある。このように構成された周波数シンセサイザにおい
ても、ロックするとやはりＺｏｏｒ　＝　ｆｂｏａｈＬ
”　’　”　’ｒ６ｆになる。

第２図は、本発明の一実施例に使用したＶＣＯ・１の制
御電圧ｖＴ対出力周波数ｆ。。、特性を示す図であり、
Ｖ、が高くなるほどｆ。。も単調に上昇していることが
わかる。このｖＣｏ・１は前記した１４８０〜１９８ｏ
ＣＭｌＩｚ〕帯域の衛星通信受信器用周波数シンセサイ
ザのために設計さｎたものであるが、一般的なりＣＯも
同様にこのような傾向を有している。今、周囲温度Ｔａ
　＝　Ｏ（”Ｃ：］　（この周波数シンセサイザに要求
されている使用温度範囲下限）における出力周波数ｆ。

。、＝１４８０〔ＭｌＩｚ〕ナル制御を圧Ｖ、　＝３．
８　ＣＶ）　テｈル。−力、Ｔａ＝４ｏ［：”Ｃｌ（同
上限）におけるｉｏａ’ｒ　＝１４ｏｏ（Ｍ［Ｉｚ：］
なるｖＴ＝　３４　［：Ｖ：Ｉである。また、ＴＩＬ　
＝　２５　Ｃ”ＣＩにおけるｆ。。＝１４８０〔Ｍ８ｚ
〕なるＶ、　＝　４．ｏ　（Ｖ：ｌ、ｆＯｇ、＝１４０
０（ＭＨｚ：ｌ　なるｖ、＝ｓ、２１：Ｖｌである。こ
のことから、たとえばＶ、　＝　３．７　［Ｖ　］以上
においてはどの温度範囲（同下限から上限の間）におい
てもｆ。、、＝１４８０（ＭＨｚ）なる点があり、ｆｏ
、、＝１４ｏｏ（Ｍ■２〕なる点のないことがわかる。

この工うな特性のｖＣＯを使用している本発明の一実施
例の周波数７ンセサイザの動作を、再度第１図を用いな
がら説明する。なお、同様に’ＬＯＣＡＬ　＝　１４４
０　ＣＭ　ｔｌｚ　］、ｆＲ４＝１〔ＭＩＩｚ〕である
。今、周囲温度ＴＩＬ　＝　２　ｔｓ　Ｃ”Ｃ〕とし、
分周器７の分周比がＮ＝４０に設定されたとする。また
、基準！圧信号ＶＲ１６ｆ　’ｉＲ＝　３．７　ＣＶ’
ｌに設定しておく。今、何等かの原因でＶア＝　３．２
　［Ｖ］になったとする。（このような状況は電源を投
入した直後などにおこりえる。ＶＴ１４のラインには、
一般に大容量のコンデンサが付加さｎているので、他の
回路の立上りよりも遅れてＶ、が徐々に立上るがその途
中でｖＴ　＝　３．２　（Ｖ″］を横切る。）そうする
と、第２図工り　ｆ６ｇｙ　＝　１４００　ＣＭｆｌｚ
　：］である。

ｆＬ０゜、Ｌ＝１４４０［：Ｍ［Ｉｚ）なノテ、ｆ、、
＝４０（Ｍ［１ｚ〕、よってｆ、＝１（Ｍｆｌｚ：ｌ？
’ある。もし仮に、ｖＯＯＭＰ　＝　”　Ｈｌｇｈ”な
らば’ｒｅｆ　＝　ｆ＊、＝　’（ＭＩｌ［ｚ）なので
、’＋＝ｆｒｅｒとなってこの周波数シンセサイザはロ
ックがかかって１４００Ｃ輩［ｚ〕で安定してしまう。

しかしながら、Ｖ、＝３．２［η（ＶＲ＝　３．７　［
Ｖ：］　テあルノ−ｃ’、コア／：　Ｖ　−夕１５の出
力Ｖ。ＯＭＰ１７は“Ｈｉｇｈ”である。この時はアナ
ログスイッチ１８がＯｎ”しＶ、ライン１４に電圧源ｖ
ＢＢ１９が接続されるのでＶ、　′＝−Ｖ、、なるよう
にＶ、が強制的に引上げらｎる。ここで、Ｖ、Ｂ１９（
Ｄ”Ｊｉ圧ハＶ！ｌＢ＞Ｖ、−１ルヨウＫ、タトエば＋
１６〔ｖ〕に設定さ扛ている。なお、この実施例ではロ
ーノくスフィルタ１３は、オペアンプを使ったアクティ
ブフィルタで、その出力インピーダンスは数百（９）（
約３００〜４００〔Ω〕）である。それに対して、アナ
ログスイッチ１８のオン抵抗は８ｏ〔Ω〕程度（約４０
〜１６０い〕）なので、Ｖ、は十分高く引きあげられる
。

引き上げられる途中でＶ、　＝　３．７　［Ｖ：ｌにな
るとｖｃｏＭＰ１７が’　Ｌｏｗ　’になるのでアナロ
グスイッチ１８は”Ｏｆｆ”するが、この時のｆｌ・８
の周波数ハｆ。、、Ｌ−ｉ１４ｅｏｒ：、ＭＨｚ〕であ
るので、４−０．６（：Ｍ［Ｉｚ：ｌとなる。よってＰ
ＬＬの性質上ｖＴヲ高くする方向に制御がかかる。やが
て、Ｖ、＝４．０〔ｖ〕まで上ると、ｆ６ｙＴ＝　１４
８０　［Ｍ　１１２　）でＡ＝ｆｒｅｆとなりロックす
る。

以上の説明かられかるように、基準電圧信号ｖＲ１６を
ＶＣＯの制御電圧対出力周波数特性からみて希望の最低
出力周波数に相当する制御電圧よりも低く、かつ４．＝
ｏつまりｆ。Ｕ、＝４゜。ＡＬとなる周波数に相当する
制御電圧よりも高くしておくと、コンパレータとスイッ
チと電圧源との組合せにより、イメージ周波数によって
誤ってロックすることを防止できる。もし全温度範囲で
そのような固定の基準電圧が得られなければ、基準電圧
に温度補償を施してやればよい。

アナログスイッチ１８に、は、０ＭＯ８のＭＮ４０６６
（机下電子工業製）などが使えるが、同機能のものであ
れば、たとえばリードリレーなどでもよい。

第３図は、このスイッチをトランジスタを用いて実現し
たものである。図中Ｑ１２０がＮＰＮの、Ｑ２２１がＰ
ＮＰのトランジスタである。この回路においてもｖＣｏ
ＭＰ＝“Ｈｉｇｈ”の時トランジスタＱ１・２ｏが”Ｏ
ｎ″するのでＱ２・２１も”Ｏｎ”し、Ｖ、ｓ　Ｖ、、
トナｆ）、ｖ（＋ＯＭＦ　＝　”　”””ならばＱ２１
１２１は”Ｏｆ’ｆ”する。よってすでに説明したと同
様の働きを得ることができる。

制御電圧検知手段には、もっとも汎用的な方法としてコ
ンパレータを用いたが、他の検知手段でも工いことは当
然である。

なお、ｖＣＯとして第２図に示したように制御電圧の上
昇に対して出力周波数が増加する通常のタイプを用いた
が、もし逆のタイプのものであれば、制御電圧検知手段
の論理と基準電圧及びｖＢＢ電圧の設定を反転して考え
ｎばよいことは自明である。

発明の効果 以上のような簡単な構成に工９、ミキシングダウン方式
周波数シンセサイザにおいて、ＶＣＯがイメージ周波数
で発振したとしてもそれによって誤ってロックするのを
防ぐことができる。

また、従来イメージ周波数にて発振しないようにＶＣＯ
に高度の設計・調整を必要としていた、あるいはそれで
も調整しきｎなくて歩留りを低下させていたというよう
なことがなくなる。さらにイメージ周波数で発振しない
ことを重視して設計・調整されていたために、それに近
接した必要な発掘周波数領域で、安定性を欠いたり、出
力レベルが低下したり、温度特性が悪いといったような
問題全発生することが防止できる。以上の点よりｖＣＯ
の設計調整がきわめて容易・高歩留りになるのみならず
、その特性もニジ良好なものを得やすくなる。

さらに、イメージ周波数と必要な周波数とが比較的接近
してもよいので、局部発振周波数ヲミキシングされた周
波数がなるべく低くなるように最適なものとできるので
、分周器の設計や選択が容易となり低価格のもの全使用
できるというような効果も得られる。

加えるに、本発明ではイメージ周波数によってロックし
ないようにするのみではなく、ｖＣＯの制御電圧を、そ
の周波数がイメージ周波数から外ｎて本来得たい周波数
に移動するように自動的に制御するようにしているので
、制御電圧にスィーブオシレータなど特別な手段を用い
る必要がない。

以上述べたように、簡単な回路の付加で、多くの優れた
効果が得られ、工業的な価値が犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による周波数シンセサイザの
ブロック図、第２図は本発明の一実施例に使用している
ＶＣＯの制御電圧対出力周波数特性のグラフ、第３図は
本発明の第２の実施例によるスイッチ回路の回路図、第
４図は従来の周波数シンセサイザのブロック図である。 １・・・・・・ＶＣＯ１２・・・・・・出力周波数信号
、３・・・・・・局部発振器、４・・・・・・局部発振
周波数信号、６・・・・・・ミキサ、６・・・・・・ミ
キシングされた周波数信号、７・・・・・・分周器、８
・・・・・・分周さｎた周波数信号、９・・・・・・第
１の基準周波数発振器、１ｏ・・・・・・基準周波数信
号、１１・・・・・・位相比較器、１３・・・・・・ロ
ーパスフィルタ、１４・・・・・・制御信号、１６・・
・・・・：２７　ハｌ／　−タ、１６・・・・・・基準
電圧信号、１７・・・・・・ヨンパレータ出力信号、１
８・・・・・・アナログスイッチ、１９・・・・・・電
圧源、２０．２１・・・・・・トランジスタ。 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電圧制御発振器の出力周波数信号を直接あるいは分周を
   施して局部発振周波数信号と周波数混合したのち、分周
   器、位相比較器、低域ろ波器を介して前記電圧制御発振
   器の制御入力端に帰還させる構成とすると共に、前記電
   圧制御発振器の出力周波数信号の周波数が、必要とする
   周波数帯域から所定の周波数幅以上に外れた時に、前記
   制御入力端に直流電圧源を接続し、かつ前記直流電圧源
   の電圧は前記電圧制御発振器の出力周波数信号を前記必
   要とする周波数帯域の方向へ移動させるように設定した
   周波数シンセサイザ。