JPS6335944B2 - - Google Patents

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JPS6335944B2
JPS6335944B2 JP16821981A JP16821981A JPS6335944B2 JP S6335944 B2 JPS6335944 B2 JP S6335944B2 JP 16821981 A JP16821981 A JP 16821981A JP 16821981 A JP16821981 A JP 16821981A JP S6335944 B2 JPS6335944 B2 JP S6335944B2
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JP
Japan
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signal
phase
output
frequency
reference phase
Prior art date
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JP16821981A
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Japanese (ja)
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JPS5868678A (en
Inventor
Hideho Tomita
Toshio Yokomizo
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R25/00Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Measuring Phase Differences (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、基準位相信号出力の位相変化した信
号と基準位相信号出力の位相差を計測する装置に
関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a device for measuring a phase difference between a signal whose phase has changed in a reference phase signal output and a reference phase signal output.

基準位相信号の位相変化した信号と、基準位相
信号の位相差を計測する場合基準位相信号の位相
変化した信号に同期した信号を取り出す手段とし
て、位相同期ループが用いられてきた。この位相
同期ループのローカル位相の制御をする装置は従
来より第1図の電圧制御発振器を用いる装置と、
第2図のデイジタル位相制御を行なう装置とがあ
つた。
When measuring the phase difference between a reference phase signal with a phase change and a reference phase signal, a phase-locked loop has been used as a means for extracting a signal synchronized with a reference phase signal with a phase change. The device for controlling the local phase of this phase-locked loop has conventionally been a device using a voltage-controlled oscillator as shown in FIG.
The device for performing digital phase control shown in FIG. 2 was used.

第1図の装置は位相比較器1、ループ・フイル
タ2、電圧制御発振器3、基準位相信号発生器
4、位相測定器5より構成されており、ループの
帯域を狭く取つた場合、電圧制御発振器の短期安
定度により、位相計測誤差が増大する欠点があつ
た。また、高分解能の位相計測をするには、位相
測定器5において測定時間が多く必要となるた
め、位相差計測出力の時間遅れが問題となつてい
た。
The device shown in Fig. 1 is composed of a phase comparator 1, a loop filter 2, a voltage controlled oscillator 3, a reference phase signal generator 4, and a phase measuring device 5. When the loop band is narrow, the voltage controlled oscillator The disadvantage was that the phase measurement error increased due to the short-term stability of . Further, in order to perform high-resolution phase measurement, a large amount of measurement time is required in the phase measuring device 5, so a time delay in the phase difference measurement output has been a problem.

また、第2図の装置は位相比較器1、ループ・
フイルタ2、基準位相信号発生器4、電圧周波数
変換器6、クロツク発生回路7およびカウンタ1
4とデータレジスタ15からなるデイジタル位相
制御回路8から構成されている。
The device shown in FIG. 2 also includes a phase comparator 1, a loop
Filter 2, reference phase signal generator 4, voltage frequency converter 6, clock generation circuit 7 and counter 1
4 and a digital phase control circuit 8 consisting of a data register 15.

デイジタル位相制御回路8のカウンタ14はク
ロツク発生回路7の出力を1/N分周しており、
その分周出力は位相比較器1に送出されている。
電圧周波数変換器6は入力信号と分周出力の位相
差に応じてパルス信号が出力されており、例えば
位相差が大きくなる場合はパルス信号が頻繁に出
力されるようになつている。
The counter 14 of the digital phase control circuit 8 divides the output of the clock generation circuit 7 by 1/N.
The frequency-divided output is sent to the phase comparator 1.
The voltage frequency converter 6 outputs a pulse signal according to the phase difference between the input signal and the frequency-divided output. For example, when the phase difference becomes large, the pulse signal is output more frequently.

そのパルス信号によつてカウンタ14のカウン
トが欠如させられたり、またはパルスが加えられ
たりすることによりカウンタ14の位相が変化さ
せられる。
The phase of the counter 14 is changed by causing the counter 14 to lose count by the pulse signal, or by adding a pulse.

データレジスタ15は基準位相信号発生器4の
コヒーレントな信号のタイミングでカウンタ14
の内容を取込み保持するので、基準位相信号と入
力信号の位相差を直接読み取ることが可能とな
る。高分解能の位相計測をするには、クロツクの
周波数を非常に高くする必要があるが、電圧周波
数変換器6の出力の制御を受けながら7のクロツ
クをカウントしているデイジタル位相制御回路8
には、動作しうるクロツク周波数の上限があり、
現在の技術では位相差計測の分解能として6ns程
度が限界であつた。
The data register 15 registers the counter 14 at the timing of the coherent signal from the reference phase signal generator 4.
Since the contents of the input signal are captured and held, it is possible to directly read the phase difference between the reference phase signal and the input signal. In order to perform high-resolution phase measurement, it is necessary to make the clock frequency extremely high, but the digital phase control circuit 8 counts the clocks 7 while being controlled by the output of the voltage frequency converter 6.
There is an upper limit to the clock frequency at which it can operate.
With current technology, the resolution of phase difference measurement is limited to about 6 ns.

本発明の目的は、デイジタル位相制御回路にお
けるクロツク周波数を、デイジタル回路が充分に
動作できる比較的低い周波数に設定するととも
に、実際の位相比較においては、その低い周波数
信号を、基準位相信号出力にコヒーレントな信号
を利用して比較的高い周波数まで変換させること
により、高分解能、高精度の計測を可能にした位
相計測装置を提供することにある。
It is an object of the present invention to set the clock frequency in a digital phase control circuit to a relatively low frequency at which the digital circuit can operate satisfactorily. An object of the present invention is to provide a phase measuring device that enables high-resolution, high-precision measurement by converting signals to relatively high frequencies.

前記目的を達成するために本発明による高分解
能位相計測装置は基準位相信号とこれにコヒーレ
ントな信号とを出力する基準位相信号発生部と、
前記基準位相信号の位相変化した信号と周波数変
換回路の電圧制御発振器出力を入力し、これらの
位相差に比例した周波数のパルス波信号によつて
クロツクを分周した分周出力の位相をデイジタル
的に制御する手段と、前記基準位相信号発生器の
コヒーレントな信号のタイミングで前記パルス波
信号により位相制御した分周出力を取り出すこと
により前記基準位相信号の位相変化した信号と基
準位相信号の位相差を得る計測出力手段と、前記
基準位相信号発生器のコヒーレントな信号と前記
デイジタル的に位相を制御する手段の分周出力を
入力し、電圧制御発振器の出力信号と前記コヒー
レントな信号とを混合し、その混合出力信号と前
記分周出力信号が同期するように前記電圧制御発
振器を制御することにより、前記分周出力を比較
的高い周波数に変換する周波数変換回路とから構
成してある。
In order to achieve the above object, the high-resolution phase measuring device according to the present invention includes a reference phase signal generation section that outputs a reference phase signal and a signal coherent thereto;
Input the phase-changed signal of the reference phase signal and the output of the voltage controlled oscillator of the frequency conversion circuit, and digitally calculate the phase of the divided output obtained by dividing the clock by a pulse wave signal with a frequency proportional to the phase difference between them. and a phase difference between the phase-changed signal of the reference phase signal and the reference phase signal by taking out a divided output whose phase is controlled by the pulse wave signal at the timing of the coherent signal of the reference phase signal generator. a coherent signal of the reference phase signal generator and the divided output of the digitally controlling the phase are input, and the output signal of the voltage controlled oscillator and the coherent signal are mixed. , and a frequency conversion circuit that converts the frequency-divided output into a relatively high frequency by controlling the voltage-controlled oscillator so that the mixed output signal and the frequency-divided output signal are synchronized.

以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく
説明する。
Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the like.

第3図は本発明による位相計測装置の一実施例
を示す回路ブロツク図である。図において、第
1,2図の回路部と共通する回路部には同符号が
付してあり、9,10,11,12はそれぞれ位
相比較器、ループ・フイルタ、電圧制御発振器、
混合器を示している。これら9,10,11,1
2の回路によつて周波数変換回路13が構成され
ている。
FIG. 3 is a circuit block diagram showing an embodiment of the phase measuring device according to the present invention. In the figure, circuit sections common to those in FIGS. 1 and 2 are given the same reference numerals, and 9, 10, 11, and 12 are phase comparators, loop filters, voltage-controlled oscillators, respectively.
A mixer is shown. These 9, 10, 11, 1
The frequency conversion circuit 13 is configured by the circuit No. 2.

位相比較器1には、基準位相信号出力の位相変
化した入力信号と電圧制御発振器11の出力信号
が入力され、二つの信号の位相差に比例した電圧
の信号が出力される。この信号はループ・フイル
タ2を通して電圧周波数変換器6に入力される。
The phase comparator 1 receives the phase-changed input signal of the reference phase signal output and the output signal of the voltage controlled oscillator 11, and outputs a voltage signal proportional to the phase difference between the two signals. This signal is input through a loop filter 2 to a voltage frequency converter 6.

電圧周波数変換器6は、ループ・フイルタ出力
に比例した周波数のパルス信号を発生する。
The voltage frequency converter 6 generates a pulse signal with a frequency proportional to the loop filter output.

このパルス信号はデイジタル位相制御回路8の
カウンタ14に入力され、カウンタ14のカウン
トパルスが欠如されたり、または加えられること
によりその出力位相がデイジタル的に制御されて
いる。
This pulse signal is input to the counter 14 of the digital phase control circuit 8, and its output phase is digitally controlled by omitting or adding count pulses from the counter 14.

位相をデイジタルに制御する手段は位相比較器
1、ループ・フイルタ2、電圧周波数変換器6、
クロツク発生器7およびデイジタル位相制御回路
8のカウンタ14よりなる部分が対応する。
The means for digitally controlling the phase includes a phase comparator 1, a loop filter 2, a voltage frequency converter 6,
This corresponds to the clock generator 7 and the counter 14 of the digital phase control circuit 8.

また、計測出力手段はデータレジスタ15が対
応する。
Further, the data register 15 corresponds to the measurement output means.

カウンタ14の出力はクロツク発生器7のクロ
ツク周波数の1/Nの周波数であり、上述のよう
に電圧周波数変換器6のパルス信号により位相制
御させることから電圧周波数変換器6の出力の位
相制御パルス信号がない状態においては直線的に
変化し、時々刻々の位相を表している。また、基
準位相信号発生器4は基準位相信号を出力してい
ると同時に、基準位相信号出力とコヒーレントな
二つの信号を発生し、混合器12とデイジタル位
相制御回路8のデータレジスタ15に供給してい
る。データレジスタ15は基準位相信号とコヒー
レントの信号のタイミングでカウンタ14の分周
出力を読み込み保持し、位相差計測出力を出して
いる。混合器12には、電圧制御発振器11の出
力信号と、基準位相信号発生器4の出力とコヒー
レントな信号が入力され、出力としてそれらの信
号の差周波数が出力されている。この混合器12
の出力信号とデイジタル位相制御回路8の出力信
号の位相が等しくなるように位相比較器9、ルー
プ・フイルタ10および電圧制御発振器11のル
ープが組まれている。
The output of the counter 14 has a frequency that is 1/N of the clock frequency of the clock generator 7, and since the phase is controlled by the pulse signal of the voltage frequency converter 6 as described above, the phase control pulse of the output of the voltage frequency converter 6 is When there is no signal, it changes linearly and represents the momentary phase. Further, while outputting the reference phase signal, the reference phase signal generator 4 also generates two signals coherent with the reference phase signal output and supplies them to the mixer 12 and the data register 15 of the digital phase control circuit 8. ing. The data register 15 reads and holds the divided output of the counter 14 at the timing of the reference phase signal and the coherent signal, and outputs a phase difference measurement output. The output signal of the voltage controlled oscillator 11 and the signal coherent with the output of the reference phase signal generator 4 are input to the mixer 12, and the difference frequency between these signals is output as an output. This mixer 12
A loop of a phase comparator 9, a loop filter 10, and a voltage controlled oscillator 11 is arranged so that the output signal of the digital phase control circuit 8 has the same phase as the output signal of the digital phase control circuit 8.

今、入力信号i(t)が、周波数ω0、基準位相
信号出力との位相差φ0の正弦波であつたとする
と、 i(t)=sin(ω0t+φ0) …(1) となる。
Now, if the input signal i(t) is a sine wave with a frequency ω 0 and a phase difference φ 0 from the reference phase signal output, then i(t)=sin(ω 0 t+φ 0 ) …(1) .

基準位相信号出力にコヒーレント(すなわち、
基準位相信号出力との位相差0)であつて、周波
数ω1の余弦波 r(t)=cosω1t …(2) を基準位相信号発生器4で発生させると、電圧制
御発振器11の出力には、入力信号i(t)と正
確に同期した信号i′(t)=Ki(t)(Kは正の定
数)が発生しているので、その信号i′(t)と基
準位相信号出力にコヒーレントな信号r(t)を
混合器12において乗算させると、式(1)、(2)より i′(t)・r(t)=Ksin(ω0t+φ0)・cosω1t =K/2{sin〔(ω0+ω1)t+φ0〕+sin〔(ω0
−ω1)t+φ0〕}…(3) となる。
coherent to the reference phase signal output (i.e.
When the reference phase signal generator 4 generates a cosine wave r(t)=cosω 1 t (2) with a phase difference of 0) and a frequency ω 1 from the reference phase signal output, the output of the voltage controlled oscillator 11 Since a signal i'(t) = Ki(t) (K is a positive constant) is generated that is precisely synchronized with the input signal i(t), the signal i'(t) and the reference phase signal are When the output is multiplied by a coherent signal r(t) in the mixer 12, from equations (1) and (2), i'(t)・r(t)=Ksin(ω 0 t+φ 0 )・cosω 1 t = K/2 {sin [(ω 01 )t+φ 0 ]+sin [(ω 0
−ω 1 )t+φ 0 ]}…(3).

式(3)のうち、周波数の低い正弦波のみを取り出
して、混合器12の出力m(t)とすれば、 m(t)=K/2sin〔(ω0−ω1)t+φ0〕 …(4) となるが、位相比較器9において、混合器12の
出力m(t)とデイジタル位相制御回路8の出力
d(t)が同期しているので、式(4)よりK′を正の
定数として、d(t)は次のようになる。
If we extract only the low-frequency sine wave from equation (3) and set it as the output m(t) of the mixer 12, then m(t)=K/2sin [(ω 0 −ω 1 )t+φ 0 ]... (4) However, in the phase comparator 9, since the output m(t) of the mixer 12 and the output d(t) of the digital phase control circuit 8 are synchronized, K' can be corrected from equation (4). As a constant, d(t) becomes:

d(t)=K′sin〔(ω0−ω1)t+φ0〕…(5) ここでω1をω0より少し低い周波数としてやれ
ば式(5)において、(ω0−ω1)を比較的小さくで
き、デイジタル位相制御回路8でのクロツク周波
数を低くくすることができる。
d(t)=K′sin [(ω 0 −ω 1 )t+φ 0 ]…(5) Here, if ω 1 is set to a slightly lower frequency than ω 0 , in equation (5), (ω 0 −ω 1 ) can be made relatively small, and the clock frequency in the digital phase control circuit 8 can be made low.

さらに、d(t)の位相は、入力信号i(t)と
基準位相信号出力との位相差φ0に等しいので、
デイジタル位相制御回路8において入力信号と基
準位相信号出力との位相差φ0を直接続み取るこ
とが可能である。
Furthermore, since the phase of d(t) is equal to the phase difference φ 0 between the input signal i(t) and the reference phase signal output,
In the digital phase control circuit 8, it is possible to directly obtain the phase difference φ 0 between the input signal and the reference phase signal output.

以上詳しく説明したように、本装置は比較的低
い周波数のクロツクでデイジタル位相制御回路を
構成でき、しかも周波数変換回路で周波数を高く
して位相比較を行なつているので高分解能、高精
度の位相計測が可能である。
As explained in detail above, this device can configure a digital phase control circuit using a clock with a relatively low frequency, and also uses a frequency conversion circuit to increase the frequency and perform phase comparison, so it can achieve high resolution and high precision phase control. Measurement is possible.

現在、人工衛星までの距離の測定は、地上から
基準位相信号を衛星に送り、衛星から帰つてきた
信号との位相差を測定し、電波の伝播速度より距
離を算出する方法をとつているが、本装置を用い
て位相差計測を行なえば衛星までの距離を高分解
能、高精度に計測することが可能となる。
Currently, the distance to an artificial satellite is measured by sending a reference phase signal from the ground to the satellite, measuring the phase difference with the signal returned from the satellite, and calculating the distance from the radio wave propagation speed. By performing phase difference measurement using this device, it becomes possible to measure the distance to the satellite with high resolution and precision.

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

第1図、第2図は従来の位相計測方式のブロツ
ク図、第3図は本発明装置の一実施例を示すブロ
ツク図である。 1……位相比較器、2……ループ・フイルタ、
3……電圧制御発振器、4……基準位相信号発生
器、5……位相測定器、6……電圧周波数変換
器、7……クロツク発生器、8……デイジタル位
相制御回路、9……位相比較器、10……ルー
プ・フイルタ、11……電圧制御発振器、12…
…混合器、13……周波数変換回路。
1 and 2 are block diagrams of a conventional phase measurement method, and FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the apparatus of the present invention. 1... Phase comparator, 2... Loop filter,
3... Voltage controlled oscillator, 4... Reference phase signal generator, 5... Phase measuring device, 6... Voltage frequency converter, 7... Clock generator, 8... Digital phase control circuit, 9... Phase Comparator, 10...Loop filter, 11...Voltage controlled oscillator, 12...
...Mixer, 13...Frequency conversion circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 基準位相信号とこれにコヒーレントな信号と
を出力する基準位相信号発生部と、前記基準位相
信号の位相変化した信号と周波数変換回路の電圧
制御発振器出力を入力し、これらの位相差に比例
した周波数のパルス波信号によつてクロツクを分
周した分周出力の位相をデイジタル的に制御する
手段と、前記基準位相信号発生器のコヒーレント
な信号のタイミングで前記パルス波信号により位
相制御した分周出力を取り出すことにより前記基
準位相信号の位相変化した信号と基準位相信号の
位相差を得る計測出力手段と、前記基準位相信号
発生器のコヒーレントな信号と前記デイジタル的
に位相を制御する手段の分周出力を入力し、電圧
制御発振器の出力信号と前記コヒーレントな信号
とを混合し、その混合出力信号と前記分周出力信
号が同期するように前記電圧制御発振器を制御す
ることにより、前記分周出力を比較的高い周波数
に変換する周波数変換回路とから構成したことを
特徴とする高分解能位相計測装置。
1. A reference phase signal generation section that outputs a reference phase signal and a coherent signal thereto, and inputs a phase-changed signal of the reference phase signal and the voltage controlled oscillator output of a frequency conversion circuit, and generates a signal that is proportional to the phase difference between them. means for digitally controlling the phase of a frequency-divided output obtained by dividing a clock by a pulse wave signal of a certain frequency; and a frequency division whose phase is controlled by the pulse wave signal at the timing of a coherent signal of the reference phase signal generator. measurement output means for obtaining a phase difference between the phase-changed signal of the reference phase signal and the reference phase signal by taking out an output; and a coherent signal of the reference phase signal generator and the means for digitally controlling the phase. inputting a frequency output, mixing the output signal of the voltage controlled oscillator with the coherent signal, and controlling the voltage controlled oscillator so that the mixed output signal and the frequency divided output signal are synchronized. A high-resolution phase measuring device comprising a frequency conversion circuit that converts an output to a relatively high frequency.
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