JPS6363139B2

JPS6363139B2 -

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Publication number: JPS6363139B2
Application number: JP56205962A
Authority: JP
Priority date: 1981-12-18
Filing date: 1981-12-18
Publication date: 1988-12-06
Also published as: JPS58106918A

Description

【発明の詳細な説明】＜発明の背景＞この発明は例えばスペクトルアナライザの受信
信号周波数決定用の局部信号発生器、各種伝送機
器の周波数特性測定用の信号発生器、その各種測
定、検出用の所定の周波数信号を発生するいわゆ
る信号発生器などに用いられ、設定した周波数の
信号を発生する周波数合成器に関する。

従来の周波数合成器は設定周波数に対応したア
ナログ信号をデジタルアナログ変換器により発生
し、そのアナログ信号により電圧制御発振器の発
振周波数を制御して、その発振周波数をほゞ設定
した周波数とし、これと共にその電圧制御発振器
の出力を周波数信号発生器の出力信号で周波数変
換し、その周波数変換出力と基準周波数信号とを
位相比較し、その位相比較出力により前記電圧制
御発振器を制御して位相同期ループを構成してい
る。前記設定周波数を変更すると共に前記周波数
信号発生器の出力信号周波数を対応して変化させ
る。前記位相同期ループにより前記基準周波数信
号の周波数精度で決る正しい周波数で、かつ雑音
成分の小さい出力を前記電圧制御発振器から得る
ことができる。しかしこの従来の周波数合成器に
おいて出力周波数を大幅に変化できるようにする
ことは困難である。即ち電圧制御発振器の制御電
圧に対する発振周波数特性が非直線性であり、か
つヒステリシスがあり、一方、前記位相同期ルー
プは同期状態でループ利得が大きいが引込み周波
数範囲の狭いものが用いられるため、設定周波数
を変化させた時に電圧制御発振器の発振周波数が
前記位相同期ループの引込み範囲内に入らないこ
とがある。

一方、このような点を改善するため、電圧制御
発振器の出力を可変分周器で周波数分周し、その
分周出力を基準周波数信号と位相比較し、その位
相比較出力により電圧制御発振器を制御する第１
位相同期ループを構成し、これと共に電圧制御発
振器の出力を周波数信号発生器の周波数信号と位
相比較し、その位相比較出力により電圧制御発振
器を制御する第２位相同期ループを構成する。第
１位相同期ループよりも第２位相同期ループの同
期状態におけるループ利得が大とされている。前
記可変分周器の分周比を変更すると共にこれと対
応して前記周波数信号発生器の発生周波数信号の
周波数を変更することが電圧制御発振器の発振周
波数を変更する。この場合は設定周波数に電圧制
御発振器の発振周波数を正しく設定できるが、周
波数変化範囲を大きくするには可変分周器の分周
比を大きくする必要があり、そのため第１位相同
期ループ利得が小さくなり、かつ設定周波数の変
化ステツプを小さくするためには第１位相同期ル
ープ内のループフイルタの遮断周波数を低く選定
する必要があり、設定周波数の変更から第１位相
同期ループが同期状態になるまで時間が長くなる
欠点がある。

＜発明の概要＞この発明の目的は設定周波数に正しく一致し、
かつ雑音成分が少なく、つまり周波数純度が高
く、しかも広い周波数範囲にわたつて周波数を設
定することができる周波数合成器を提供すること
にある。

この発明の他の目的は設定周波数に正しく設定
でき、しかも設定周波数を小さいステツプで変化
させることができ、また広い周波数範囲にわたつ
て周波数を設定できる周波数合成器を提供するこ
とにある。

この発明の更に他の目的は出力信号の位相が低
周波で変動するおそれがない周波数合成器を提供
することにある。

この発明によれば、可変周波数発振手段の出力
は第１位相比較器に供給され、一方、第１周波数
信号発生手段よりの第１周波数信号により第２周
波数信号発生手段の第２周波数信号が第１周波数
変換器により周波数変換され、その周波数変換出
力は前記第１位相比較器で可変周波数発振手段の
出力と位相比較される。その位相比較出力により
前記可変周波数発振手段の出力周波数が制御さ
れ、この可変周波数発振手段、第１位相比較器に
より第１位相同期ループが構成され、第１位相比
較器の両入力信号の周波数が一致するように前記
可変周波数発振手段が制御される。第１位相比較
器はいわゆるデジタル形のものが用いられ、第１
位相同期ループは引込み周波数範囲が広いものと
される。第１位相比較器の構成を容易にするため
その両入力をそれぞれ同一分周比で分周した後に
位相比較するようにすることもできる。

更に可変周波数発振手段の出力を前記第１周波
数信号発生手段の第１周波数信号により第２周波
数変換器により周波数変換し、その変換出力を第
２位相比較器で前記第１周波数信号と位相比較
し、その位相比較出力により前記可変周波数発振
手段を制御し、この可変周波数発振手段、第２位
相比較器、第２周波数変換器により第２位相同期
ループが構成され、第２位相比較器の両入力信号
の周波数が一致するように前記可変周波数発振手
段が制御される。第２位相比較器はいわゆるアナ
ログ形のものが用いられ、第２位相同期ループは
第１位相同期ループよりも同期引込み周波数範囲
が狭く、かつ同期状態におけるループ利得が大に
される。この結果第１周波数信号発生手段から発
生する第１周波数信号の周波数を第１設定手段に
より変更すると、その設定周波数が、その時の可
変周波数発振手段の出力周波数と可成り大きく異
つていても、前記第１位相同期ループの作用によ
り同期状態となり、更に第２位相同期ループの作
用により同期状態となり、後者の作用により高い
周波数精度で、しかも雑音が小さい、高純度の出
力が得られる。

第２周波数信号発生手段より発生する第２周波
数信号の周波数を第２設定手段により、第１設定
手段による周波数変化ステツプよりも小さく変化
させることができるようにすることにより、可変
周波数発振手段の出力周波数を小さいステツプで
変化させることもできる。その場合、分周比の大
きい可変分周器を用いないため、ループ利得を大
きくすることができ、かつループフイルタの遮断
周波数もそれ程低くする必要がなく、短時間で同
期状態になる。一般に第１位相同期ループが同期
状態になつた時の第１位相比較器の両入力は同位
相となり、第２位相同期ループが最もループ利得
が高い同期状態になつた時の第２位相比較器の両
入力は90度位相差がある。しかし常に第１、第２
位相同期ループが閉じた状態にしておくと、周波
数合成器を動作させた時、また設定周波数を変更
した時に、第２位相同期ループが最大ループ利得
の状態で定常状態になるとは限らない。よつて第
１位相同期ループが同期状態になつた後に、第２
位相同期ループが動作を開始するように、第２位
相比較器の出力側と可変周波数発振手段の制御入
力側との間にスイツチを挿入することもある。

このようにスイツチを挿入すると、第１位相同
期ループが同期状態になり、スイツチをオンにし
て第２位相同期ループを動作状態にすると、前記
第１、第２位相比較器の特性により可変周波数発
振手段の出力位相が低周波で変動することがあ
る。

この発明では特にこのようなことが発生しない
ようにするには第２周波数信号発生手段として、
電圧制御発振器のような簡単な構成の制御信号に
より出力周波数が変化する第１周波数信号発生部
と、第２周波数信号発生部とで構成し、その第１
周波数信号発生部の出力を前記第１周波数変換器
へ供給し、第２周波数信号発生部の出力を第２位
相比較器へ供給する。第２位相比較器の出力によ
り第１周波数信号発生部を制御する。設定周波数
と可変周波数発振手段の出力周波数とが大きく離
れていると、これに対し第２位相同期ループは引
込み範囲内にないため、第２位相比較器の出力に
より第１周波数信号発生部は制御されない。従つ
て第１位相同期ループによつてのみ同期状態に近
ずく、その結果、遂には第２位相同期ループも動
作するようになり、第２位相同期ループにより同
期状態になるが、この際に第２位相比較器の出力
により第１周波数信号発生部も制御され、その出
力周波数は第２周波数信号発生部の出力信号周波
数と一致する。

上述では可変周波数発振手段の出力を第１周波
数信号より周波数変換して第２位相比較器へ供給
したが、可変周波数発振手段の出力を直接、第２
位相比較器へ供給し、代りに第２周波数信号を第
１周波数信号により周波数変換して第２位相比較
器へ供給してもよい。また可変周波数発振手段と
しては電圧制御発振器自体でもよく、或は電圧制
御発振器の出力を第３周波数信号で周波数変換
し、その周波数変換出力を前記可変周波数発振手
段の出力とすることもできる。

＜実施例＞先ず従来の周波数合成器を第１図を参照して説
明しよう。電圧制御発振器１１の出力と周波数信
号発生器１２の出力とが周波数変換器１３へ供給
され、電圧制御発振器１１の出力の発振数₀と周
波数信号発生器１２の出力の周波数_r1との差₀
−_r1の周波数の信号が周波数変換器１３より得
られる。その周波数変換器１３の出力と端子１４
の周波数_r0の基準信号とが位相比較器１５で位
相比較され、その位相差に応じた出力が加算回路
１６を通じて電圧制御発振器（以下VCOと記す）
１１へ制御信号として供給される。VCO１１、
周波数変換器１３、位相比較器１５、加算回路１
６、VCO１１により位相同期ループ、いわゆる
PLL１７が構成される。

発振周波数を設定するため設定回路１８にデジ
タル値を設定し、そのデジタル値をDA変換器１
９によりアナログ電圧に変換し、その電圧を加算
回路１６に供給する。周波数信号発生器１２の発
生信号周波数を設定器２２により変化させること
ができるようにされる。PLL１７は同期状態の
ループ利得が大きいが、引込み周波数範囲が狭
い。従つて設定器２２に対し目的の周波数を設定
すると共に、これと同一周波数を設定回路１８に
対し設定し、DA変換器１９により、その設定周
波数にほゞ必要とする電圧をVCO１１の制御入
力として与え、その設定周波数に対しPLL１７
が引込むことができるようにされる。VCO１１
の出力は端子２１より取出され、その周波数₀
は、設定回路１８、設定器２２の各設定周波数が
ゼロの場合は_r0＋_r1である。

設定回路１８で設定する値に対するDA変換器
１９の出力電圧は直線的に変化するが、VCO１
１の発振周波数はその制御電圧に対して直線的で
ない場合があり、かつこの発振周波数―制御電圧
特性はヒステリシスを持つことがある。この発振
周波数―制御電圧特性が非直線であるがヒステリ
シスをもたない場合は設定回路１８の設定値と制
御電圧との関係をあらかじめ補正することができ
るが、その補正回路が複雑になり、かつ発振周波
数―制御電圧特性の非直線性を正く補正すること
は難かしい、またその補正が充分でないとPLL
１７は引きこむことができず、設定した周波数と
異なる周波数の信号が得られてしまう。VCO１
１の発振周波数―制御電圧特性にヒステリシスが
ある場合はその補正をすることは困難である。

このような点を改善するために、例えば第２図
に示す周波数合成器が考えられる。即ちVCO１
１の出力を、分周器２３でＮ分の１に周波数分周
して位相比較器２４に供給し、この位相比較器２
４において端子１４よりの基準信号と位相比較
し、その比較出力を加算回路１６に供給する。こ
の位相比較器２４としては引込み周波数範囲が広
い。いわゆるデジタル形のものを用いる。一方、
周波数混合器１３は位相比較器として作用させ、
つまりいわゆるアナログ形位相比較器とし、その
出力を加算回路１６に供給する。周波数分周器２
３は設定回路１８によつてその分周比Ｎを変更
し、これと共に周波数信号発生器１２に対する設
定周波数_r1を対応変化させる。この結果、出力
端子２１の出力周波数₀はN_r0＝_r1になる。

このようにVCO１１、分周器２３、位相比較
器２４、加算回路１６、VCO１１より成る位相
制御ループ２５は、位相比較器２４としてデジタ
ル形のものが用いられているため、そのループ２
５の引込み範囲が広いため、設定回路１８により
VCO１１の発振周波数より比較的大きく離れた
周波数を設定しても、時間がかかるかもしれない
が、必ず同期状態になり、その状態において
VCO１１は周波数信号発生器１２の出力に同期
するように位相同期ループ１７が動作することに
なる。位相同期ループ１７は、位相比較器１５が
アナログ形のものであるためループ１７の引込み
範囲は比較的狭いがループ利得が大きいため、こ
のループ１７の引込み範囲は比較的狭いがループ
利得が大きいため、このループ１７による引込み
動作により、位相制御ループ２５のみの場合にお
ける悪い雑音特性の問題が解決される。

この第２図に示した回路では第１図に示したよ
うな非直線特性やヒステリシスの問題はないが、
出力周波数₀を小さなステツプで広い範囲にわた
つて変化させるには分周器２３の分周数Ｎを大き
くし、かつ端子１４の基準信号の周波数_r0を小
さくする必要があり、これらの点において限界が
あつた。またループ２５に含まれているループフ
イルタの遮断周波数を低くする必要があり、引込
み時間が長くなる欠点もある。

第３図は以上の諸点を改良した周波数合成器の
一例を示し、第１図と対応する部分には同一符号
をつけてある。可変周波数発振手段１０としての
VCO１１の出力は周波数信号発生器１２の出力
により周波数変換器１３で周波数変換され、その
差周波数の信号が位相比較器１５に供給される。
位相比較器１５において周波数変換器１３の出力
は周波数信号発生器２７の周波数₁の出力と位相
比較され、その比較出力によりVCO１１が制御
される。即ち位相比較器１５の出力はスイツチ２
８を通じて加算回路１６に供給される。VCO１
１、周波数変換器１３、位相比較器１５、加算回
路１６、VCO１１はPLL１７を構成し、周波数
信号発生器２７の出力を基準としてVCO１１が
制御される。

この改良された周波数合成器においては周波数
信号発生器１２の出力と周波数信号発生器２７の
出力とが周波数変換器２９で周波数変換される。
この周波数変換器２９としてはいわゆるSSBミキ
サーが用いられる。SSBミキサについては例えば
Mc.Hill book Co.発行L.J.Giacolelto著
「Electronics Designers Handbook」第２版
（1977年）P.22〜55“Single Sideband
Modulator”の項を参照されたい。このSSBミキ
サー２９より周波数信号発生器１２の出力周波数
₂と周波信号発生器２７の出力周波数₁との和の
周波数をもつ信号が取出される。この和周波数信
号を基準としてVCO１１に対する制御を行なう
位相同期ループ３１が構成される。必要に応じて
このループ１における位相比較を容易に行なうた
め、SSBミキサー２９の出力及びVCO１１の出
力はそれぞれ周波数分周器３２，３３で周波数分
周され、その分周された出力が位相比較器３４で
位相比較される。その比較出力は加算回路１６を
通じてVCO１１に制御信号として供給され、
VCO１１、位相比較器３４、加算回路１６、
VCO１１によりPLL３１が構成される。

周波数信号発生器１２，２７より発生する各信
号の周波数は設定器２２，３５によつてそれぞれ
設定することができる。必要に応じて周波数信号
発生器１２，２７は例えば水晶発振器のような高
安定度の基準発振器３６の出力が供給され、これ
を基準として設定器２２，３５の各設定値にそれ
ぞれ対応した周波数の信号が出力されるようにさ
れる。なお加算回路１６はいわゆるループフイル
タを含むものである。位相比較器１５は平衡形混
合器（balanced mixer）形位相比較器、アナロ
グ形位相検出器などと呼ばれるものであり、
PLL１７は同期状態では高利得、低雑音のもの
となる。位相比較器３４はデジタル位相比較器と
呼ばれ、例えばモトロラ社製MC4044、フエアチ
ヤイルド社製11C44が該当する。このような両位
相比較器を用いるため、PLL31はPLL17に比べ
てその引込み範囲が著しく広いものとなる。周波
数信号発生器１２としては例えば、Wily
Interscience Publication社発行、1976年、
Vadin Manassenictsch著“Frequency Synt−
hesizers theory and desigh”P34〜36、Fig １
−17に示すものを用いることができる。周波数信
号発生器２７も周波数信号発生器１２と同様に構
成できるが、特にはこの出願人が昭和55年12月29
日に出願の特願昭55−186693号「周波数合成器」
が好ましい。

スイツチ２８は出力端子２１の出力周波数を設
定する時には先ずOFFとし、PLL３１が位相同
期状態になること、これを例えば位相比較器３４
の両入力より同期検出回路３７により検出し、そ
の検出出力によつてスイツチ２８をONに制御す
る。前記市販されているデジタル形位相比較器３
４には一般に同期検出回路が内蔵されているか
ら、その同期検出回路の出力端子の出力でスイツ
チ２８を制御すればよい。PLL３１においては、
ミキサー２９の出力周波数₁＋₂とVCO１１の
出力周波数₀とが等しくなるように動作する。一
方、PLL１７においてはVCO１１の出力周波数
₀と周波数信号発生器１２の出力周波数₂との差
₀−₂が周波数信号発生器２７の出力周波数₁と
等しくなるように動作する。従つていずれにおい
ても出力端子２１の出力の周波数₀は₁＋₂とな
る。

第４図において横軸に設定周波数を基準（ゼ
ロ）とした周波数_nを、縦軸に搬送波信号（設定
周波数信号）とVCO１１の出力に含まれる雑音
（搬送波信号以外の信号）との各レベルの比をと
ると、単なる制御電圧によるVCO１１の制御の
場合、つまり両PLL１７及び３１のループが構
成されていない状態においては曲線４１に示すよ
うに設定周波数（_n＝０）より_nが大きくなるに
従つて雑音レベルが徐々に減少する。PLL３１
のループのみが構成され、PLL１７が構成され
ていない状態では曲線４２に示すようにそのルー
プ利得G₁だけ、Ｃ／Ｎ比がよくなり、更にPLL
１７，３１の両者のループが構成されると曲線４
３に示すように更にPLL１７のループ利得G₂だ
けＣ／Ｎが改善される。この曲線４３の特性で得
られる雑音は基準の信号、つまり周波数信号発生
器１２及び２７の両出力をSSBミキサーに与えた
時のSSB位相雑音と同等となり、つまり雑音の少
ない周波数純度の高い出力が端子２１に得られ
る。

デジタル形位相比較器３４の基準周波数に対す
る周波数偏差_nと、位相比較出力との関係は第５
図に示すように偏差_nが大きくなるに従つて大き
くなり、遂に飽和するが、_nが大きくても飽和出
力E₁又は−E₂が発生しているため、VCO１１の
出力周波数に対し、設定器２２，３５による設定
周波数が大きく離れていてもPLL３１の引込み
動作によつて必ず引込み、広い範囲での引込みが
可能である。しかもその引込み後にPLL１７が
動作して雑音のレベルが小さい純度の高い出力が
端子２１に得られる。

また例えば一方の周波数信号発生器２７の周波
数₁を設定器３５により変化するステツプを小さ
くし、他方の周波数信号発生器１２の発生周波数
₂を設定器２２により変化するステツプを大きく
することによつてVCO１１の発振周波数を広い
周波数範囲にわたつて小さなステツプで変化させ
ることができる。例えば第６図に示すように
PLL３１による同期引込み範囲が周波数F₁から
F₂である場合においてPLL１７の同期引込み範
囲がΔFである場合、先の第３図におけるスイツ
チ２８を設けることによつて、まずこのスイツチ
２８をOFFとしてPLL３１によつて同期引込み
を行い、その後スイツチ２８をONとすることに
よつて常にPLL１７の引込み動作の中心をその
設定周波数とほゞ一致させることができる。つま
り、最もループ利得の大きな所でPLL１７の引
込み動作を行なうことができ、安定した出力が得
られる。第６図において縦軸はVCO１１に対す
る制御電圧である。

この例のように設定器３５による周波数変化を
小ステツプ、設定器２２による周波数変化を大ス
テツプとする時は、₀−₂を、₀，₂に対して十
分小さくすることができるため、周波数変換器１
３内に設けられている₀−₂成分を取出すフイル
タとして遮断周波数が固定の低域通過フイルタを
用いることができる。また周波数変換器２９とし
てSSBミキサを用いれば、出力しようとする周波
数成分₁＋₂に対し、₂−₁や₂の各成分のレベ
ルが小さく、変換器２９の出力側に特にフイルタ
を用いる必要はない。周波数変換器２９として
SSBミキサを用いない場合は、設定器２２により
周波数信号発生器１２の出力周波数を大幅に変化
させると、これに応じて周波数変換器内のフイル
タの中心周波数を変化させる必要が生じることが
ある。

スイツチ２８は省略し、位相比較器１５の出力
を加算回路１６へ常時供給する構成としてもよ
い。VCO１１の発振周波数に対する設定器２２，
３５による設定周波数が大きく離れているとアナ
ログ形位相比較器１５の両入力の周波数差が大き
く、出力はゼロであつてPLL１７は引込み動作
を行わない。PLL３１による引込み動作により、
位相比較器１５の両入力周波数が接近しPLL１
７が引込みが動作するようになる。この時、その
引込み状態によつては位相比較器１５の両入力の
周波数は一致するが、その位相差は必ずしも90度
にならず、０度や180度で安定してしまうことが
ある。PLL１７のループ利得は位相比較器１５
の両入力の位相差が90度の時最大である。よつて
前記０度や180度で同期状態になり安定してしま
うと、PLL１７のループ利得は最大とならず、
それだけＣ／Ｎが多少悪くなる。しかしスイツチ
チ２８を用いる場合はPLL１７が常に最大ルー
プ利得で同期状態にすることができる。従つてス
イツチ２８を設けた方が好ましい。

PLL１７ではVCO１１の発振周波数₀を必ず
しも₁＋₂とするものでなくてもよい。例えば
VCO１１の出力周波数₀を周波数変換したもの
を周波数変換器１３及び分周器３３に供給するよ
うにしてもよい。例えば第７図に示すように可変
周波数発振手段１０として周波数信号発生器４５
からの周波数₀′の出力とVCO１１の周波数₀の
出力とを周波数変換器４６へ供給し、周波数変換
器４６からこれら入力の差の周波数₀−₀′＝_iの
信号を得、この周波数_iの信号を可変周波数発振
手段１０の出力としてミキサー１３及び分周器３
３に供給するようにする。周波数信号発生器４５
にも基準発振器３６の出力が供給され設定器４７
の設定に応じた周波数の信号を発生するようにし
た場合である。

例えばVCO１１はYIG発振器により2400〜
4200MHzの発振をするように構成され、周波数信
号発生器４５はその出力周波数₀′が2180〜
3880MHzの間を100MHzステツプで変化するよう
にされる。従つて周波数変換器４６の出力周波数
_iは220〜320MHzとなる。周波数信号発生器１２
の出力周波数₂は200乃至299.99MHzを10KHzステ
ツプで変化するようにされ、周波数信号発生器２
７の出力周波数₁は20MHz〜20.009999MHzを１
Hzステツプで変化するようにされる。分周器３
２，３３はその入力周波数を1/200にそれぞれ分
周するものである。基準発振器３６の発振周波数
は10MHzとされる。

このようにすれば出力端子２１の出力周波数₀
は2400乃至4200MHzの間を１Hzステツプで変化さ
せることが可能となる。この場合周波数信号発生
器２７についてはその出力周波数を先に述べたよ
うに20MHzに対して10KHzの間を１Hzステツプで
変化させればよく、周波数信号発生器１２の出力
周波数₂については200MHzを10KHzステツプで
変化させるものであり、これらの周波数変化はそ
の変化ステツプと変化範囲と中心周波数の高さな
どから、比較的容易に行なうことが可能である。
またこの場合においては先に述べたように第１図
について述べたようなVCO１１に対する制御周
波数特性の非直線性やヒステリシス特性に関係な
く設定周波数に引込ませることが可能である。周
波数₀′の100MHzごとの設定は設定器４７で行
い、これと同時に対応した直流電圧を加算回路１
６に端子５１より与える。

先に述べたように位相比較器１５としてはアナ
ログ形のものを用い、位相比較器３４としてはデ
ジタル形のものを用いる。アナログ形位相比較器
は一般にその両入力信号の周波数が一致し、位相
差が90度になつた時に出力がゼロとなる。一方デ
ジタル形位相比較器は一般にその両入力信号の周
波数及び位相が共に一致した時に出力がゼロにな
る。従つて第３図や第７図に示した構成において
出力周波数を変化するため設定器２２，３５の設
定を変更すると、同期検出回路３７が非同期状態
を検出し、その検出出力によりスイツチ２８がオ
フにされる。従つてPLL３１のみによる同期引
込み動作状態になり、その結果、PLL３１によ
り同期状態になり、同期検出回路３７の出力によ
りスイツチ２８がオンにされる。このスイツチ２
８がオンになる直前においては位相比較器３４の
両入力信号の位相差がゼロであるため、スイツチ
２８をオンにすると位相比較器１５から比較的大
きい出力が生じ、これによるVCO１１の制御に
より位相比較器３４の両入力信号の位相がずれ、
この出力によりVCO１１の変化を修正するよう
に作用し、位相比較器１５の出力による制御と、
位相比較器３４による制御とによりVCO１１が
交互に制御されてVCO１１の出力の位相が低周
波で位相変調を受けた状態になるおそれがある。

＜実施例の説明＞このようなおそれが発生しないようにするには
両同期制御ループにおいて基準信号発生のために
共通に用いられる周波数信号発生器として、ほゞ
同一のものを二つ設け、その一方を引込み範囲が
広い同期制御ループに対し用い、他方を引込み範
囲が狭い同期制御ループに対し用い、引込み範囲
が広い同期制御ループにより同期が確立し、引込
み範囲が狭い同期制御ループによる同期動作時に
その引込み範囲が狭い同期制御ループにおける位
相比較出力により引込み範囲が広い同期制御ルー
プに対する前記一方の周波数信号発生器の位相を
制御して、このループにおける位相比較器より出
力が発生しないようにすればよい。

この考えを第３図に示した周波数合成器に適用
した例を第８図に対応する部分に同一符号を付け
て示す。即ちPLL１７，３１に共通に用いられ
る周波数信号発生器２７として、周波数信号発生
部２７ａ，２７ｂの二つが設けられ、一方の周波
数信号発生部２７ａは簡単な電圧制御発振器のみ
でよい。周波数信号発生部２７ｂは第３図中の周
波数信号発生器２７と同一構成であり、基準発振
器３６の基準信号を基準とし、設定器３５により
周波数に設定される。周波数信号発生部２７ａの
出力の中心周波数は周波数信号発生部２７ｂの設
定器３５による設定可能な周波数範囲の中心周波
数とほゞ一致させる。PLL３１に対しては周波
数信号発生部２７ａが用いられ、その出力は周波
数変換器２９へ供給され、周波数信号発生部２７
ｂの出力は位相比較器１５へ供給される。第３図
中のスイツチ２８は省略され、位相比較器１５の
出力は常に加算回路１６へ供給されている。この
構成によれば設定器２２により設定周波数を大き
く変化すると、PLL１７はそれに対して引込み
範囲から外れ、つまり位相比較器１５の出力はゼ
ロになり、まずPLL３１のみにより同期制御が
行われ、PLL３１が同期状態になり、または同
期状態に近ずくと、位相比較器１５からも出力が
発生し、その出力によつてもVCO１１が制御さ
れると共に周波数信号発生部２７ａの周波数及び
位相も制御されて、位相比較器１５，３４の何れ
の出力もゼロになるように動作し、VCO１１の
出力位相が低周波で変調を受けるおそれはない。
なお設定器２２の設定を固定したまゝ、設定器の
設定を変化した場合はPLL１７のみ各別に供給
すればよい。またVCO１１として周波数制御素
子として可変容量ダイオードを用いる場合はその
可変容量ダイオードの容量の制御端子を二つ設
け、これらの端子に位相比較器１５，３４の各出
力をそれぞれ供給するようにしてもよい。

上述の各実施例においてはPLL１７の位相比
較器１５における位相比較を、周波数変換器１３
により低い周波数に下げて行つたが、この周波数
変換器１３を省略して高い周波数で位相比較を行
つてもよい。例えば第１０図に第８図と対応する
部分に同一符号を付けて示すが、VCO１１の出
力は分周器３３へ供給されると共に、位相比較器
１５へ直接供給されるように変更する。この後者
の変更に伴つて周波数信号発生部２７ｂの出力は
周波数信号発生部１２の出力と周波数変換器４８
により同期状態となり、その際位相比較器１５の
出力により周波数設定部２７ａも制御され、周波
数設定部２７ａの出力は周波数設定部２７ｂの出
力と同一周波数になる。従つて周波数設定部２７
ａが制御される周波数範囲は第６図中のΔFと対
応する。

この第８図に示した考えは第７図に示した実施
例にも適用できることは容易に理解できよう。そ
の例を第９図に第７図、第８図と対応する部分に
同一符号を付けて示し、説明は省略する。この第
９図に示したように、位相比較器１５，３４の出
力によるVCO１１に対する制御は加算回路１６
を省略してVCO１１に対して直接行つてもよい。
つまりVCO１１として、例えばYIG発振器を用
いる場合は周波数制御用磁界コイルを二つ設け、
これら二つのコイルに位相比較器１５，３４の各
出力により周波数変換され、これら両出力周波数
の和₁＋₂が得られる。この周波数変換出力が位
相比較器１５へ基準信号として供給される。この
構成において周波数信号発生部２７ａの出力周波
数を₁′とすると、PLL３１の動作によりVCO１
１の出力周波数₀は₀／ｐ＝（₁′＋₂）／ｐを満
足するように制御され、VCO１１の出力周波数
はPLL１７の引込み範囲に入り、PLL１７の動
作により₀＝₁＋₂になるように₀は制御され、
これと同時に周波数信号発生部２７ａが位相比較
器１５の出力により制御されて₁′＝₁になる。

第７図に示した例についても同様に第１０図に
示した考えを適用でき、その場合は第１１図に示
すように周波数変換器４６の出力を位相比較器１
５、分周器３３へ供給すればよい。

更に第１０図に示したように位相比較器１５に
VCO１１の出力を直接供給し、代りに周波数信
号発生器２７の出力を周波数信号発生器１２の出
力で周波数変換して供給してもよい。その例を第
１２図に第３図、第１０図と対応する部分に同一
符号を付けて示す。即ちVCO１１の出力は位相
比較器１５、分周器３３へそれぞれ直接供給さ
れ、周波数信号発生器１２，２７の各出力は周波
数変換器２９へ供給され、その変換出力は位相比
較器１５、分周器３２へそれぞれ供給される。こ
の周波数変換器２９は第１０図における周波数変
換器４８も兼ねている。

上述において周波数変換器２９，４８において
それぞれその各両入力の和の周波数を得たが、差
の周波数を得るようにしてもよい。この場合は周
波数変換器１３では和周波数を得るようにする。
さらに周波数変換器２９，４８としてはSSBミキ
サの代りに通常の周波数混合器と、その出力から
所望の周波数成分を取出す波器とを用いてもよ
い。この場合、必要に応じて所望周波数成分を選
択する波器を可変帯域通過波器とし、その通
過中心周波数をVCO１１の出力周波数を変える
度に変更する。またこの場合±₂の二次成分が
ほゞ同一レベルで出てくるが、分周器３２，３３
の分周によりこれら高次成分はかなり抑圧され、
これらはPLL３１の動作には支障を与えない。
分周器３２，３３は位相比較器３４の比較動作が
容易に行なわれるように設けるものであり、位相
比較器３４の比較が高い周波数で行なうことが可
能であればこれらを省略してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の周波数合成器を示すブロツク
図、第２図は従来技術から一般に考えられる周波
数合成器を示すブロツク図、第３図は改良された
周波数合成器の一例を示すブロツク図、第４図は
設定出力周波数に対する雑音成分を示す図、第５
図はデジタル形位相比較器の出力―周波数特性
図、第６図は第１位相同期ループの引込み周波数
範囲と第２位相同期ループの引込み周波数範囲と
の関係を示す図、第７図は第３図に示した周波数
合成器に対し可変周波数発振手段を変更した例を
示すブロツク図、第８図は第３図に示した周波数
合成器にこの発明に適用した例を示すブロツク
図、第９図は第７図に示した周波数合成器に対
し、この発明を適用した例を示すブロツク図、第
１０図はこの発明の更に他の例を示すブロツク
図、第１１図は第１０図に示した実施例に対し、
可変周波数発振手段を変更した例を示すブロツク
図、第１２図は改良された周波数合成器を示すブ
ロツク図である。１０：可変周波数発振手段、１１：VCO、１
２：第１周波数信号発生器、１３，４８：第２周
波数変換器、１５：第２位相比較器、１７：第
2PLL、２１：出力端子、２２：第１設定器、２
７：第２周波数信号発生器、２７ａ：第１周波数
信号発生部、２７ｂ：第２周波数信号発生部、２
９：第１周波数変換器、３１：第1PLL、３２，
３３：分周器、３４：第１位相比較器。

Claims

【特許請求の範囲】１設定した周波数の信号を発生するための周波
数合成器であつて次のものよりなる、制御信号により出力周波数が制御される可変周
波数発振手段と、設定された周波数をもつ第１周波数信号を発生
する第１周波数信号発生手段と、第１周波数信号発生手段に接続され、その発生
する第１周波数信号の周波数を設定する第１設定
手段と、制御信号により発振周波数が制御される第１周
波数信号発生部と、その第１周波数信号発生部の
出力周波数に近い基準となる周波数をもつ第２周
波数信号を発生する第２周波数信号発生部とより
なる第２周波数信号発生手段と、前記第１周波数信号発生手段及び第２周波数信
号発生手段の第１周波数信号発生部に接続され、
これらよりの出力信号をその和の周波数の信号に
周波数変換する第１周波数変換器と、前記可変周波数発振手段及び前記第１周波数変
換器の各出力側に接続され、これらの出力の位相
を比較する第１位相比較器と、前記可変周波数発振手段の出力側と前記第１周
波数信号発生手段の出力側とに接続され、これら
両出力をその差の周波数の信号に周波数変換する
第２周波数変換器と、その第２周波数変換器と、前記第２周波数信号
発生手段の第２周波数信号発生部との各出力側に
接続され、これらの出力の位相を比較する第２位
相比較器とを具備し、その第１位相比較器の比較出力を前記可変周波
数発振手段へ制御信号として供給し、前記可変周
波数発振手段の出力周波数が前記第１周波数変換
器の出力周波数と一致するように動作する第１位
相同期ループが構成され、前記第１位相比較器は
その両入力の周波数差が比較的大きい場合でも比
較動作が可能とされて、前記第１位相同期ループ
の引込み範囲が広くされ、前記第２位相比較器の
比較出力を前記可変周波数発振手段へ制御信号と
して供給し、第２位相比較器の両入力周波数が一
致するように動作する第２位相同期ループが構成
され、前記第２位相比較器はその両入力の周波数
差が前記第１位相比較器と比較して小さい範囲で
のみ、比較動作が可能とされて、前記第２位相同
期ループは前記第１位相同期ループよりも引込み
範囲が狭くかつ、ループ利得が大とされ、前記第
２位相比較器の出力が前記第１周波数信号発生部
に制御信号として供給されている周波数合成器。