JP3317837B2 - Pll回路 - Google Patents
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Description
特にマイクロ波通信装置に用いられる広ループ帯域、小
ステップ周波数幅のPLL回路に関する。
発振回路の周波数引き込みの高速化、出力周波数ジッタ
の抑圧、発振機の位相雑音抑圧、耐マイクロホニック特
性の向上のために用いられる。このPLL回路におい
て、ループ帯域の広帯域化のためには、位相比較周波数
を高める必要がある。しかし、整数分周器を用いた1重
ループではそれによって周波数可変時のステップ周波数
も大きくなる。そこで、広ループ帯域、小ステップ周波
数幅の特性を同時に満たすために従来から以下の方式が
用いられている。
ウン方式の従来例である。電圧制御発振器(VCO)3
1の出力周波数foはアナログミキサ32においてミキ
シング周波数fmと混合され、和周波数成分と差周波数
成分が生成される。帯域通過フィルタ(BPF)33に
おいて差周波数成分を選択し、分周器34で位相比較周
波数fvまで分周され、周波数位相比較器(PD)35
において基準周波数frと周波数及び位相が比較され
る。PD35で生じた誤差信号は、ループ特性を決定す
るループアンプ36及び不要な高域帰還信号を除去する
低域通過フィルタ(LPF)37を経由して、周波数、
位相の制御のためVCO31へ戻される。出力周波数f
oの粗調整は、ミキシング周波数fmにより行い、微調
整は分周器33の分周数Nを変えることにより行う。
ジタル・シンセサイザ(DDS)を用いた例であり、D
DSにより低位相雑音にて微小周波数調整が可能とな
る。VCO41の出力周波数foはDDS43に入力可
能な周波数まで分周器42で分周された後DDS43に
て位相比較周波数fvに変換される。エリアシング成分
による誤動作を防ぐため、DDS43の出力にはLPF
44が挿入される。このLPF44の出力はPD45に
おいて基準周波数frと比較され、誤差信号はループア
ンプ46、LPF47を経由してVCO41に戻され
る。この種の回路の公知例としては、EU.PAT.0
454917A1がある。
た従来例であり、図6と等価な部分には同一符号を付し
てある。基準信号fr’をDDS43、LPF44を通
してその基準周波数frを変えることにより、PLL回
路における出力周波数foを制御する。公知例として
は、U.S.PAT.4965533がある。
ナログミキサを用いたミックスダウン方式のPLL回路
では、PD35の位相比較周波数はループ帯域を制限す
るが、ステップ周波数を小さくするためにはこれを下げ
なければならないため、広ループ帯域、小ステップ周波
数幅を両立することが困難となる。また、ミキシング周
波数fmを生成するために周波数可変のマイクロ波帯発
振器が必要であるため、回路規模が大きくなり、コスト
高になるという問題もある。さらに、ディジタル回路と
アナログ回路が混在するために、回路の集積化が困難に
なるという問題もある。
用いたPLL回路では、DDS43の動作に起因するス
プリアスを抑圧することが困難になるという問題があ
る。その理由は、DDSの動作原理が微小な位相飛びに
より出力周波数の補正を行うことと、DDSの動作周波
数の上限が低いことによる。DDSは多ビット長のカウ
ンタ、波形テーブル、D/A変換器、LPFより構成さ
れるが、それらの内のどれかの動作上限周波数により入
力周波数が制限され、マイクロ波帯で動作しない。した
がってDDSをマイクロ波帯の発振回路で使用する場合
には、必ずPLL回路中に分周器が必要となり、かつ、
DDSは位相飛びの周期に応じたスプリアスを生じるた
め、これが出力に分周数倍逓倍されて現れることにな
る。
プ周波数幅、低スプリアスでかつ集積度の高いPLL回
路を実現することにある。
マイクロ波帯周波数を発振する電圧制御発振手段と、前
記電圧制御発振手段の出力信号である第1の入力クロッ
ク信号と前記第1の入力クロック信号よりも十分低い周
波数で周波数ステップが小さい第2の入力クロック信号
とを入力し、前記第2のクロック信号の入力時に前記第
1の入力クロック信号を間引いて前記第1、第2の入力
クロック信号の差周波数のクロック信号を出力するデジ
タルミキサを用いた周波数変換手段と、前記差周波数信
号の分周出力と基準周波数信号との周波数位相比較を行
いその誤差信号を出力する周波数位相比較手段と、前記
誤差信号に基づいて前記電圧制御発振手段の制御電圧を
発生させる手段とを備ることを特徴とする。
の入力クロック信号に同期して第2の入力クロック信号
のラッチを行う第1のラッチ手段と、第1の入力クロッ
ク信号に同期して第1のラッチ手段の出力をラッチする
第2のラッチ手段と、前記第2のラッチ手段の出力を反
転するNOT演算手段と、第1のラッチ手段の出力とN
OT演算手段の出力の論理積をとるAND演算手段と、
第1の入力クロック信号とAND演算手段の論理和をと
るOR演算手段とから構成される。
の出力の差周波数信号を分周し周波数位相比較手段へ出
力する分周手段を有することが好ましい。また、基準信
号を生成する基準信号発生手段と、基準信号を入力とし
て入力ミキシング信号を出力するダイレクトディジタル
シンセサイザあるいは小数分周手段と、基準信号を分周
して基準周波数信号を出力する分周手段を有することが
好ましい。
面を参照して説明する。図1は本発明の基本構成を示す
ブロック回路図である。電圧制御発振手段(VCO)1
と、このVCO1の出力周波数foとミキシング周波数
fmの差周波数信号を出力する周波数変換手段、ここで
はデジタルミキサ2と、このデジタルミキサ2の出力を
N分周する分周器3と、この分周された差周波数fvと
基準周波数frとの周波数位相比較を行い誤差信号を出
力する周波数位相比較器(PD)4と、この誤差信号を
必要な帰還量まで増幅するループアンプ5と、このルー
プアンプ3の出力から不要な高周波成分を除去してVC
O5に帰還する低域通過フィルタ(LPF)6とで構成
される。
数foはデジタルミキサ2においてミキシング周波数f
mと混合され、差周波数成分が生成される。デジタルミ
キサ2はアナログミキサと異なり和周波数成分が生成さ
れないためBPFが不要となる。デジタルミキサ2の出
力は分周器3で位相比較周波数fvまで分周され、PD
4において基準周波数frと周波数及び位相が比較され
る。PD4で生じた誤差信号はループアンテナ5及びL
PF6を経由して、周波数、位相の制御のためVCO1
へ戻される。出力周波数foの粗調整は分周器3の分周
数Nを変えることにより行い、微調整は周波数fmによ
り行う。
図である。第1の入力クロック信号foに同期して第2
の入力クロック信号fmのラッチを行う第1のフリップ
フロップ11と、第1の入力クロック信号foに同期し
て第1のフリップフロップ11の出力をラッチする第2
のフリップフロップ12と、この第2のフリップフロッ
プ12の出力を反転するNOT回路13と、第1のフリ
ップフロップ11の出力とNOT回路13の出力の論理
積をとるAND回路14と、第1の入力クロック信号f
oとAND回路14の論理和をとるOR回路15とから
構成される。
を示すタイミングチャートであり、VCOの出力周波数
foである入力S11をミキシング周波数fmである入
力S12に基づいて第1のフリップフロップ11でラッ
チし、その出力S13をさらに入力S12に基づいて第
2のフリップフロップ12でラッチし、出力S14をN
OT回路14に入力する。AND回路14においてNO
T回路15で反転された出力S15と第1のフリップフ
ロップ11の出力S13との論理積をとり、この出力S
16と入力S11との論理和をOR回路15から出力す
ることで、その出力S17の周波数はfoとfmの差周
波数となる。なお、この出力S17は、周波数foの入
力S11に対し、周波数fmの入力S12のパルスが1
個入った時に、入力S11のパルスを1個間引き、2つ
の入力S11,S12の周波数fo,fmの差周波数f
vのクロック信号S17となる。
路図であり、図1と等価な部分には同一符号を付してあ
る。ここでは、図1の構成の基準周波数frを生成する
基準信号発生手段として基準発振器21を設け、この基
準発振器21の出力を分周器22により1/20分周し
て基準周波数frを得ている。また、デジタルミキサ2
のミキシング周波数fmを生成するために、前記基準発
振器21の出力に基づいて動作されるダイレクトディジ
タルシンセサイザ(DDS)23を設けている。さら
に、デジタルミキサ2の出力を分周して位相比較周波数
fvを得るための前記分周器3として、分周数が1/4
に固定された固定分周器24と、その分周数が分周数制
御回路26によって可変される可変分周器25とが設け
られる。
数foは5850MHz〜6450MHzを1Hzステ
ップで設定される。周波数foはデジタルミキサ2にて
DDS45の出力周波数fm(10MHz〜30MH
z:1Hzステップ)との差周波数がとられ、5840
MHz〜6420MHzの20MHzの整数倍の周波数
となる。さらに、固定分周器24で1/4分周されて1
460MHz〜1605MHzとされ、可変分周器25
で1/292〜1/321分周されることで位相比較周
波数fvとして5MHzまで分周される。一方、基準発
振器21の発振周波数100MHzは、分周器22によ
り1/20分周されて5MHzの基準周波数frとされ
る。そして、これらの位相比較周波数fvと基準周波数
frとがPD4にて周波数位相比較される。PD4で生
じた誤差信号は、ループアンプ5及びLPF6を経由し
て周波数、位相の制御のためVCO1へ戻される。
をディジタルミキサ2で周波数変換するため、前記した
ように和周波数成分が生成されず、BPFが不要とな
る。また、VCO1の出力foとの差信号をとるための
ミキシング周波数fmが低くても安定した差周波数の信
号を得ることができる。このため、ミキシング周波数の
生成にDDSのような周波数ステップの小さな発振手段
が使用でき、かつPD4での位相比較周波数を高くとる
ことができるため、広ループ帯域と小ステップ周波数幅
の両立が可能となる。また、DDSを用いていても、こ
れはミキシング周波数の発生手段として用いているた
め、ミキサ2はVCO1と分周器3との間に配置され、
DDSのスプリアスが分周分逓倍されることがなく、ス
プリアス特性の劣化は起こらない。
周器3(24,25),22はそれぞれデジタル素子と
して構成できるため、VCO1やPD4,ループアンプ
5、LPF6等と共に集積化が実現でき、PLL回路の
小型化、低コスト化も可能となる。さらに、デジタルミ
キサは回路が単純であるため、高速動作が可能となる。
なお、本発明においては、ミキシング周波数の発生手段
としてDDSの代わりに小数分周回路を使用してもよ
い。
路内におけるVCOの出力をミキシング信号により周波
数変換するための手段としてVCOの出力信号である第
1の入力クロック信号に対し、前記入力ミキシング信号
である第2の入力クロック信号パルスが入った時に前記
第1の入力クロック信号パルスを間引き、2つの入力ク
ロック周波数の差周波数のクロック信号を出力するデジ
タルミキサを用いているので、ミキシング周波数を下げ
ることができ、これによりDDSのような周波数ステッ
プの小さなミキシング周波数発生手段を用いることがで
き、PDにおける位相比較のための周波数を高くとり、
広ループ帯域、小ステップ周波数幅の両立が可能とな
り、併せて低位相雑音化が可能となる。また、デジタル
ミキサを用いることでBPFが不要となり、回路構成が
簡略化できる。さらに、デジタルミキサにより信号をデ
ジタル処理するため、PLL回路をデジタル素子化で
き、回路の集積化が実現できる。さらに、DDSを用い
る場合でも、DDSはミキシング信号の発生手段として
用いており、直接PLLループの信号源として用いる必
要がないため、DDSのスプリアス特性を劣化すること
がない。
図である。
ングチャートである。
る。
図である。
図である。
路図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 マイクロ波帯周波数を発振する電圧制御
発振手段と、前記電圧制御発振手段の出力信号である第
1の入力クロック信号と前記第1の入力クロック信号よ
りも十分低い周波数で周波数ステップが小さい第2の入
力クロック信号とを入力し、前記第2のクロック信号の
入力時に前記第1の入力クロック信号を間引いて前記第
1、第2の入力クロック信号の差周波数のクロック信号
を出力するデジタルミキサを用いた周波数変換手段と、
前記差周波数信号の分周出力と基準周波数信号との周波
数位相比較を行いその誤差信号を出力する周波数位相比
較手段と、前記誤差信号に基づいて前記電圧制御発振手
段の制御電圧を発生させる手段とを備ることを特徴とす
るPLL回路。 - 【請求項2】 前記デジタルミキサは、前記第1の入力
クロック信号に対し、前記第2の入力クロック信号パル
スが1個入った時に前記第1の入力クロック信号パルス
を1個間引き、2つの入力クロック周波数の差周波数の
クロック信号を出力する請求項1に記載のPLL回路。 - 【請求項3】 前記デジタルミキサは、前記第1の入力
クロック信号に同期して前記第2の入力クロック信号の
ラッチを行う第1のラッチ手段と、前記第1の入力クロ
ック信号に同期して前記第1のラッチ手段の出力をラッ
チする第2のラッチ手段と、前記第2のラッチ手段の出
力を反転するNOT演算回路と、前記第1のラッチ手段
の出力と前記NOT演算手段の出力の論理積をとるAN
D演算手段と、前記第1の入力クロック信号と前記AN
D演算手段の論理和をとるOR演算手段とから構成され
る請求項2に記載のPLL回路。 - 【請求項4】 前記周波数変換手段の出力の差周波数信
号を分周し周波数位相比較手段へ出力する分周手段を有
する請求項1ないし3のいずれかに記載のPLL回路。 - 【請求項5】 基準信号を生成する基準信号発生手段
と、前記基準信号を入力として前記第2の入力クロック
信号を出力するダイレクトディジタルシンセサイザと、
前記基準信号を分周して前記基準周波数信号を出力する
分周手段を有する請求項1ないし4のいずれかに記載の
PLL回路。 - 【請求項6】 基準信号を生成する基準信号発振手段
と、前記基準信号を入力として前記第2の入力クロック
信号を出力する少数分周手段と、前記基準信号を分周し
て前記基準周波数信号を出力する分周手段を有する請求
項1ないし4のいずれかに記載のPLL回路。
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