(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電圧制御発振器と、
基準発振器の出力信号と該第１の電圧制御発振器の出力信号を分周数固定の分周器により分周して得られた帰還信号との位相差に応じて、前記第１の電圧制御発振器用の制御電圧を生成する第１の制御電圧生成手段と、
を含む第１の位相同期発振器と、
第２の電圧制御発振器と、
該第２の電圧制御発振器の出力信号を分周する第１の可変分周手段と、
該可変分周手段による分周後の信号と前記第１の位相同期発振器側からの信号との位相差に応じて、前記第２の電圧制御発振器用の制御電圧を生成する第２の制御電圧生成手段と、
を含む第２の位相同期発振器と、
該第２の位相同期発振器の出力信号を分周する第２の可変分周手段と、
第３の電圧制御発振器と、
帰還ループ内に設けられ、前記第１の位相同期発振器の出力信号を用いて周波数変換する周波数変換手段と、
該周波数変換手段による周波数変換後の信号と前記第２の可変分周手段による分周後の信号との位相差に応じて、制御電圧を生成し、該第３の電圧制御発振器に与える第３の制御電圧生成手段と、
を含む第３の位相同期発振器とを、
有することを特徴とするシンセサイザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマイクロ波帯無線装置の局部発振器等に用いられるシンセサイザ及び基準信号生成回路に関し、特に低位相雑音特性を維持しつつ、出力周波数の広帯域化及び周波数設定誤差の低減を図ったシンセサイザ等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のマイクロ波多重無線装置の局部発振器等に利用される位相同期発振器においては、出力信号を帰還信号として位相比較器に入力し、基準信号と比較することによりフィードバック制御をかけることが知られている。かかるフィードバック制御においては、帰還ループ内に分周器を設け、出力信号を基準信号と同じ周波数まで下げて位相比較する必要がある。
【０００３】
しかし、発振周波数の低い基準発振器から出力された周波数の低い基準信号により位相比較を行なおうとすると、位相同期発振器の出力周波数が高い場合には、帰還ループ内の分周器の分周数を大きくする必要があり、結果的に、位相同期発振器の出力信号のループ帯域内の位相雑音が増大することとなり好ましくない。そこで、帰還ループ内に分周器のみならず、周波数変換器を設け（いわゆる周波数変換方式）、周波数変換を行なう分だけ分周数を低く抑えことにより、位相同期発振器の出力信号のループ帯域内の位相雑音の低減化を図るものがある。
【０００４】
この従来の周波数変換方式を用いた位相同期発振器について図１０を用いて説明する。図１０は従来の位相同期発振器の構成の一例を表す。
【０００５】
図において、１は基準発振器、２は分周器、３は位相比較器、４はループフィルタ、５は電圧制御発振器、６は分周器、７は周波数変換器、８は分周器をそれぞれ表す。尚、分周器６、周波数変換器７、分周器８により構成される帰還ループによりフィードバック制御を行なっている。
【０００６】
さて、高精度の水晶発振器等から構成される基準発振器１からの出力信号は、分周器２により分周されてから、基準信号として位相比較器３へ入力される。また、位相比較器３には、帰還ループからの帰還信号（電圧制御発振器５の出力信号を分周器６により分周し、周波数変換器７によってローカル信号とのミキシングを行い、ミキシングにより生じた信号のうち周波数の下がった信号をローパスフィルタ等のバンドパスフィルタ（図示していない）により抽出し、その抽出した信号を更に分周器８により分周した信号）も入力される。
【０００７】
従って、位相比較器３は、かかる帰還信号と基準信号との位相比較を行い、基準信号に対して帰還信号の位相が進んでいる、遅れているといった位相情報を持つ誤差電圧の出力を行なう。
【０００８】
そして、ローパスフィルタ等で構成されるループフィルタ４は、位相比較器３の出力を積分処理してから、電圧制御発振器５に制御電圧として与える。電圧制御発振器５はループフィルタからの信号の電圧レベルに比例した周波数の信号を出力する。即ち、位相比較器３により、電圧制御発振器５の出力信号が基準信号より位相が進んでいる（遅れている）場合には、入力される電圧レベルが下がる（上がる）ので、電圧制御発振器５の出力信号の周波数も下がり（上がる）、周波数制御を受けることとなる。
【０００９】
以上が、従来の周波数変換方式を用いた位相同期発振器である。分周器６、８等の分周数を変更することにより、電圧制御発振器５の出力信号の周波数を変更することは可能だが、ローカル信号が基準信号と位相同期がとれないと基準信号と出力信号との位相同期もとることができない。
【００１０】
そこで、位相同期をも図るべく、ローカル信号を基準発振器の出力信号を用いて生成するようにした位相同期発振器について図１１を用いて説明する。図１１は従来の位相同期発振器の構成の一例を表す。尚、図において図１０と同一の符号を付しているものは同一の部材を表し、９は分周器を表す。
【００１１】
この位相同期発振器は、図１０にかかる位相同期発振器とほぼ同様の動作をするが、ローカル信号は基準発振器１の出力信号を分周することにより生成するために、電圧制御発振器５の出力信号は周波数制御を受けるだけでなく、基準発振器１と位相同期がとられることとなる。尚、分周器９としてダイレクト・デジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）等の高精度の分周器を用いる（特開平９−２３８０７５公報参照）ことにより、周波数の微調整を行なうことも知られている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、図１０、図１１にかかる位相同期発振器においては、周波数変換器７を用いることにより、分周器６、８の分周数を小さく抑え、位相同期発振器の雑音特性の低減を図っている。
【００１３】
しかし、位相同期発振器の出力周波数を一波固定に用いるのではなく、出力周波数を変動させて複数チャネルに対応させたい場合には、次のような問題がある。
【００１４】
位相同期発振器の出力信号の周波数を変化させるためには、分周器６、８の分周数を変化させる必要がある。ところが、分周器６、８の分周数は位相雑音の低減を図るために小さく抑えられているため、分周数を整数単位で変化させたとしても分周数の変化率が大きく、周波数ステップの大きな周波数設定しかできない。また、分周数の変化により、ループ特性が変化してしまうので、既に出力周波数の切替えを安定的かつ高速に行なえるように最適値に設定されているループフィルタの時定数の設定の変更等も要することとなり、好ましくない。
【００１５】
また、図１１にかかる位相同期発振器においてＤＤＳ等の高精度な分周器を用いてローカル信号の周波数調整を行なうことにより、出力信号の周波数を変動させることも考えられるが、ＤＤＳ等により高精度な微調整を行なえても出力信号を広帯域に変動させたい場合には、帰還ループ内の分周器の分周数を変化させることとなるが、前に述べた同様の理由から問題がある。また、分周器２の分周数を変化させることにより位相同期発振器の出力周波数を変化させることも考えられるが、基準信号の発振周波数等の関係から分周器２の分周数は大きくすることができないので、やはり分周数の変化率は大きく、位相同期発振器の出力周波数の調整には適さない。
【００１６】
そこで、本発明はループ内の分周器の分周数を低く抑えて固定的なものとすることにより、位相雑音の低減及びループ特性の安定化を維持しつつ、周波数設定の広帯域化を図るとともに、周波数設定誤差の少ないシンセサイザを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、入力信号と帰還ループにより帰還された出力信号との位相差に応じて出力信号の周波数を制御して入力信号に同期した所望の周波数の出力信号を得る第１の位相同期発振器と、該第１の位相同期発振器の前段に設けられ、帰還ループ内に出力信号を分周する可変分周手段を備え、該出力信号を前記第１の位相同期発振器の入力信号とする第２の位相同期発振器と、を有することを特徴とするシンセサイザを用いた。
【００１８】
また、本発明においては、第１の電圧制御発振器と、該第１の電圧制御発振器の出力信号を分周する可変分周手段と、該分周後の信号と第１の発振周波数信号との位相差に応じて、該第１の電圧制御発振器に制御電圧を与える制御手段と、を含む第１の位相同期発振器と、第２の電圧制御発振器と、該第２の電圧制御発振器の出力信号を第２の発振周波数信号を用いて周波数変換する周波数変換手段と、該周波数変換後の信号と該第１の位相同期発振器の出力信号との位相差に応じて、該第２の電圧制御発振器に制御電圧を与える制御手段と、を含む第２の位相同期発振器と、を有することを特徴とするシンセサイザを用いた。
【００１９】
また、本発明においては、前記シンセサイザにおいて、前記第１の位相同期発振器の出力信号を分周してから第２の位相同期発振器に入力する第２の可変分周手段を含む、ことを特徴とするシンセサイザを用いた。
【００２０】
また、本発明においては、前記シンセサイザにおいて、前記第１の発振周波数信号と前記第２の発振周波数信号を同一の基準発振器の出力から生成することを特徴とするシンセサイザを用いた。
【００２１】
また、本発明においては、前記シンセサイザにおいて、前記第１の可変分周手段、前記第２の可変分周手段の分周数は、前記第２の位相同期発振器の出力を所望の周波数にするように設定されることを特徴とする請求項３又は４に記載のシンセサイザを用いた。
【００２２】
また、本発明においては、第１の電圧制御発振器と、基準発振器の出力信号と該第１の電圧制御発振器の出力信号との位相差に応じて、制御電圧を生成する制御電圧生成手段と、該制御電圧を高周波成分を除去してから該第１の電圧制御発振器に与えるフィルタ手段と、を含む第１の位相同期発振器と、    第２の電圧制御発振器と、該第２の電圧制御発振器の出力信号を分周する分周手段と、前記第１の位相同期発振器の出力信号と該分周手段による分周後の信号との位相差に応じて、制御電圧を生成する制御電圧生成手段と、該制御電圧を高周波成分を除去してから該第２の電圧制御発振器に与えるフィルタ手段と、を含む第２の位相同期発振器と、を有することを特徴とする基準信号生成回路を用いた。
【００２３】
また、本発明においては、第１の電圧制御発振器と、基準発振器の出力信号と該第１の電圧制御発振器の出力信号との位相差に応じて、制御電圧を生成する制御電圧生成手段と、該制御電圧を高周波成分を除去してから該第１の電圧制御発振器に与えるフィルタ手段と、を含む第１の位相同期発振器と、第２の電圧制御発振器と、該第２の電圧制御発振器の出力信号を分周する第１の可変分周手段と、該可変分周手段による分周後の信号と前記第１の位相同期発振器の出力信号との位相差に応じて、制御電圧を生成する制御電圧生成手段と、該制御電圧を高周波成分を除去してから該第２の電圧制御発振器に与えるフィルタ手段と、を含む第２の位相同期発振器と、該第２の位相同期発振器の出力信号を分周する第２の可変分周手段と、第３の電圧制御発振器と、該第３の電圧制御発振器の出力信号を前記第１の位相同期発振器の出力信号を用いて周波数変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段による周波数変換後の信号と前記第２の可変分周手段の出力信号との位相差に応じて、制御電圧を生成し、該第３の電圧制御発振器に与える制御手段と、を含む第３の位相同期発振器とを、有することを特徴とするシンセサイザを用いた。
【００２４】
また、本発明においては、基準発振器の出力信号を入力信号として第１の信号を出力する第１の位相同期発振器と、該第１の信号を入力信号とし、第２の信号を出力する、帰還ループに第１の可変分周手段を備えた第２の位相同期発振器と、該第２の信号を分周する第２の可変分周手段と、該可変分周手段からの信号を入力信号として、所望の周波数の信号を出力する第３の位相同期発振器と、を有することを特徴とするシンセサイザを用いた。
【００２５】
本発明にかかるシンセサイザにおいては、位相同期発振器１は、帰還ループ内の可変分周手段によって出力信号の周波数が切替え可能な位相同期発振器２の出力信号を入力信号として、帰還ループにより帰還された出力信号との位相差に応じた周波数の信号を出力する。
【００２６】
本発明にかかるシンセサイザにおいては、第１の位相同期発振器の制御手段によって、可変分周手段によって分周した第１の電圧制御発振器の出力信号と第１の発振周波数信号との位相差に応じて、該第１の電圧制御発振器に制御電圧が与えられる。そして、制御電圧の入力によって出力周波数の制御を受けた第１の位相同期発振器１の出力信号は、第２の位相同期発振器の制御手段に入力される。一方、第２の位相同期発振器の第２の電圧制御発振器の出力信号も、周波数変換手段によって第２の発振周波数信号を用いて周波数変換されてから、制御手段に入力される。制御手段は、該周波数変換後の信号と該第１の位相同期発振器の出力信号との位相差に応じて、該第２の電圧制御発振器に制御電圧を与える。従って、第２の位相同期発振器は、かかる制御電圧による制御を受けた信号を出力する。
【００２７】
また、本発明にかかるシンセサイザにおいては、前記第１の位相同期発振器の出力信号は、可変分周手段により分周されてから、第２の位相同期発振器に入力される。
【００２８】
また、本発明にかかるシンセサイザにおいては、前記第１の発振周波数信号と前記第２の発振周波数信号は、同一の基準発振器の出力により生成される。
【００２９】
また、本発明にかかるシンセサイザにおいては、前記第１の可変分周手段、前記第２の可変分周手段の分周数は、前記第２の位相同期発振器の出力を所望の周波数にするように設定される。
【００３０】
また、本発明にかかる基準信号生成回路においては、第１の位相同期発振器の制御電圧生成手段によって、第１の電圧制御発振器の出力信号と基準発振器の出力信号との位相差に応じた制御電圧が生成される。フィルタ手段は、該制御電圧を高周波成分を除去してから該第１の電圧制御発振器に与える。従って、かかる制御電圧による制御を受けた信号が第１の位相同期発振器から出力される。
【００３１】
第２の位相同期発振器の制御電圧生成手段は、分周手段により、第２の電圧制御発振器の出力信号を分周した信号と、前記第１の位相同期発振器の出力信号との位相差に応じて、制御電圧を生成する。フィルタ手段は、該制御電圧を高周波成分を除去してから該第２の電圧制御発振器に与える。従って、第２の位相同期発振器は、かかる制御電圧による制御を受けた信号を基準信号として出力する。
【００３２】
また、本発明にかかるシンセサイザにおいては、第１の位相同期発振器の制御電圧生成手段は、第１の電圧制御発振器の出力信号と基準発振器の出力信号との位相差に応じて、制御電圧を生成する。フィルタ手段は、該制御電圧を高周波成分を除去してから該第１の電圧制御発振器に与える。従って、第１の位相同期発振器は、かかる制御電圧による制御を受けた信号を出力する。
【００３３】
第２の位相同期発振器の制御電圧生成手段は、第２の電圧制御発振器の出力信号を第１の可変分周手段によって分周した信号と、前記第１の位相同期発振器の出力信号との位相差に応じた制御電圧を生成する。フィルタ手段は、該制御電圧を高周波成分を除去してから該第２の電圧制御発振器に与える。従って、第２の位相同期発振器は、かかる制御電圧による制御を受けた信号を出力する。
【００３４】
この位相同期発振器２の出力信号は、第２の可変分周手段によって分周される。
【００３５】
第３の位相同期発振器は、周波数変換手段によって第３の電圧制御発振器の出力信号を前記第１の位相同期発振器の出力信号を用いて周波数変換し、制御手段によって該周波数変換後の信号と前記第２の可変分周手段の出力信号との位相差に応じた制御電圧を生成し、該第３の電圧制御発振器に与える。
【００３６】
従って、第３の位相同期発振器は、かかる制御電圧による制御を受けた信号を出力する。
【００３７】
また、本発明においては、第１の位相同期発振器は、基準発振器の出力信号を入力信号として第１の信号を出力する。第２の位相同期発振器は、第１の信号をを入力信号とし、帰還ループ内の第１の可変分周手段による分周作用により異なる周波数の信号を第２の信号として出力する。第２の可変分周手段は、第２の信号を分周することにより、更に異なる周波数の信号を出力する。第３の位相同期発振器は、この異なる周波数の信号を入力信号として、所望の周波数の信号を出力する。
【００３８】
【発明の実施の形態】
本発明のシンセサイザについて図１を用いて説明する。図１は本発明にかかるシンセサイザの構成を表す。尚、図１０と同一の符号を付しているものは同一の部材を表し、１０、１６は基準分周器、１１、１７は位相比較器、１２、１８はループフィルタ、１３、１９は電圧制御発振器、１４、２０は分周器、１５は分周器、２１、２２、２３は位相同期発振器をそれぞれ表す。但し、分周器２、分周器２０については特に可変分周器を用いる。尚、本実施例においては、位相比較器１７及びループフィルタ１８、位相比較器３及びループフィルタ４を制御手段として用い、周波数変換器７を周波数変換手段として用い、分周器２０を第１の可変分周手段、分周器２を第２の可変分周手段として用い、位相同期発振器２１及び位相同期発振器２２を基準信号生成回路として用い、位相比較器１１、位相比較器１７を制御電圧生成手段として用い、ループフィルタ１２を第１のフィルタ手段、ループフィルタ１８を第２のフィルタ手段として用いた。
【００３９】
基準発振器１からの出力信号は位相同期発振器２１に入力され、基準分周器１０によって分周されてから位相比較器１１に入力される。位相比較器１１はこの信号と、電圧制御発振器１３の出力信号を分周器１４により分周した信号との位相比較を行う。即ち、分周器１４からの出力信号が基準分周器からの出力信号に対して進んでいるか、遅れているかの位相情報を持つ位相誤差信号を出力する。ローパスフィルタ等で構成されるループフィルタ１２はその信号に対して積分処理を行う。そして、電圧制御発振器１３はループフィルタ１２からの出力電圧に応じた（  比例した）周波数の信号を出力する。
【００４０】
これにより、位相同期発振器２１は、基準発振器１の出力信号に位相同期した信号を出力する。尚、ここで設けた位相同期発振器２１は、そのループ帯域を狭くすることにより、物理的な衝撃により発生する基準発振器１からの周波数変調成分を吸収することが可能である。また、例えば、同一の周波数の信号を出力する基準発振器をシンセサイザの内部及び外部に設け、用途に応じて使用する基準発振器の切替えを行なうために、基準発振器切り替えスイッチを備えている場合にも、切替え時に発生する出力周波数変化を吸収することもできる。
【００４１】
これについて図２を用いて説明する。図２は切替えスイッチ及び基準発振器を基準分周器１０の前段に設ける場合の構成を示す。
【００４２】
図において、１ａはシンセサイザの内部の基準発振器、１ｂはシンセサイザの外部の基準発振器であり、内部の基準発振器と同一周波数の信号を出力するものであり、２４は基準発振器切替えスイッチを示す。基準発振器切替えスイッチ２４により基準発振器１ａから１ｂへの切替えを行なうと（シンセサイザの内部の基準発振器から外部の基準発振器への切り替えを行なうと）、その切替え時に、位相比較器では周波数及び位相の再引き込みを行なうが、ループフィルタ１２の時定数を十分に高くすることで、周波数変調成分を十分に除去することができる。
【００４３】
さて、位相同期発振器２１の出力信号は、ローカル信号（第２の発振周波数信号）として位相同期発振器２３の周波数変換器７に入力されるとともに、基準信号（第１の発振周波数信号）を生成すべく、分周回路１５にも入力される。
【００４４】
分周回路１５に入力された信号は分周処理を施されてから、位相同期発振器２２に入力される。
【００４５】
位相同期発振器２２に入力された信号は、基準分周器１６、位相比較器１７、ループフィルタ１８、電圧制御発振器１９、分周器２０等によって、位相同期発振器２１同様の処理が施され、電圧制御発振器１９から基準発振器１に位相同期した信号が出力される。
【００４６】
但し、分周器２０は、前述のように分周数が可変な可変分周器であり、後に説明する微調整において、その分周数は整数単位で微調整される。尚、可変分周器の一例としてここでは、パルススワロ方式の分周器を用いることとし、その動作について図３を用いて説明する。
【００４７】
図３は、パルススワロ方式の分周器の構成を示す図である。図において、２０ａはＮカウントを行なうカウンタ、２０ｂは３３分周及び３２分周が可能な分周器（他の分周数でもよいが、ここでは３３分周及び３２分周が可能な分周器を用いる）を示す。
【００４８】
さて、パルススワロ方式の分周器に入力された信号は、分周器２０ｂによって３３分周されてからカウンタ２０ａに入力される。カウンタ２０ａは、入力パルスのＮカウントを行なうが、入力パルスをＡ個カウントすると、分周器２０ｂの分周数の切替え信号を出力する。従って、分周器２０ｂは、分周数を３３から３２に切り替え、入力信号の３２分周を開始する。そして、カウンタ２０ａは残りの（Ｎ−Ａ）個のパルスのカウントを行なう。尚、残りの（Ｎ−Ａ）個のパルスのカウントも終えると、切替え信号を出力し、再び分周器２０ｂの分周数を３３に切替える。
【００４９】
パルススワロ方式の分周器は、以上の動作をすることによりカウンタ２０ａがＮ個のパルスをカウントする間に１パルス出力する。即ち、
３３Ａ＋３２（Ｎ−Ａ）＝３２Ｎ＋Ａ
分周を行なう。従って、例えばＮを４０６とし、Ａを８〜３９まで変動させることにより、１３０００分周から１３０３１分周することができ、更にＮを４０７、４０８・・・と変化させることにより、１３０３１分周以上の分周数にも整数単位で設定することができる。
【００５０】
さて、位相同期発振器２２の出力信号は、分周器２に入力され、分周さてから位相同期発振器２３に基準信号として入力される。尚、後述するが、本発明においては分周器２の分周数を変化することにより、シンセサイザの出力周波数（位相同期発振器２３の出力周波数）の粗調整を行なうので、分周器２としては前述のように、分周数の粗調整が可能な可変分周器が用いられる。
【００５１】
位相同期発振器２３の位相比較器３は、入力された基準信号と、電圧制御発振器５からの帰還信号（電圧制御発振器５の出力信号を分周器６により分周し、周波数変換器７によってローカル信号（基準発振器１及び位相同期発振器２１により生成した信号）とのミキシングを行い、ミキシングにより生じた信号のうち周波数の低くなった信号をローパスフィルタ等のバンドパスフィルタ（  図示していない）により抽出してから、更に、分周器８により分周した信号）との位相比較を行なう。即ち、位相比較器３は、分周器８からの出力信号が基準信号に対して進んでいるか遅れているかの位相情報を持つ位相誤差信号を出力する。ループフィルタ４はその信号に対して積分処理を行う。そして、電圧制御発振器５はループフィルタ４からの出力電圧に応じた周波数の信号を出力する。従って、基準信号、ローカル信号の関係により周波数制御を受けるとともに、基準発振器１と位相同期のとれた信号を出力する。
【００５２】
以上が本発明にかかるシンセサイザの基本動作である。
【００５３】
次に、本発明にかかるシンセサイザの出力周波数の調整について、粗調整、微調整に分けて説明する。尚、粗調整、微調整を行なう際の各分周器の分周数の変更は、シンセサイザの出力周波数を所望の周波数とするように分周数制御部（図示してはいない）によって制御される。
（１）粗調整
本発明においては、シンセサイザの出力周波数の粗調整は、分周器２の分周数を変えることにより容易に行なうことができる。
【００５４】
各種部材の設定について図４を用いて説明する。図４は基準発振器１の発振周波数を９．  ６ＭＨｚとし、シンセサイザの出力周波数を２．  ２ＧＨｚ帯とする場合における各種部材の設定数値の一例である。
【００５５】
図のように、基準分周器１０の分周数は２００、分周器１４の分周数は５７６０、分周器１５の分周数は１６、基準分周器１６の分周数は１２０、分周器２０の分周数は１３１９３、分周器８の分周数は５、分周器６の分周数は８とした。
【００５６】
尚、図において各数値は、次式に従って計算している。
【００５７】
【数式１】
0003567779.tif 000002
【００５８】
分周器２の分周数のみを２４１３から６０９の間で変動させた場合の位相同期発振器２３の出力周波数（図４参照）に注目すると、位相同期発振器２３の出力周波数は約２．  ２４ＧＨｚから約２．  ３７ＧＨへと９０ＭＨｚ以上も１３ＭＨｚステップで変動していることが分かる。
【００５９】
従って、本発明にかかるシンセサイザの出力周波数の粗調整は、分周器２の分周数の粗調整によって、広帯域に行なうことができる。尚、シンセサイザの出力周波数を２．  ２ＧＨｚ帯でなく、例えば、１．  ６ＧＨｚ帯としたい場合等は、位相同期発振器２１の分周器１４の分周数等を変更して、発振周波数を変更により対応可能である。
（２）微調整
本発明においては、シンセサイザの出力周波数の微調整は、分周器２０の分周数を微調整することにより容易に行なうことができる。
【００６０】
各種部材の設定について図５を用いて説明する。図５は基準発振器１の発振周波数を９．  ６ＭＨｚとし、シンセサイザの出力周波数を２．  ２ＧＨｚ帯とする場合の各種部材の設定数値の一例を表す。
【００６１】
図のように、基準分周器１０の分周数は２００、分周器１４の分周数は５７６０、分周器１５の分周数は１６、基準分周器１６の分周数は１２０、分周器２の分周数を１１５２、分周器８の分周数は５、分周器６の分周数は８とした。
【００６２】
この設定においては、位相同期発振器２２の比較周波数は、
９．  ６／２００＊５７６０／１６／１２０＝０．  １４４（ＭＨｚ）
となり、位相同期発振器２２の出力周波数は分周器２０の分周数を１ずつ微調整することにより１４４ｋＨｚステップで変動可能である。
【００６３】
また、位相同期発振器２２から出力信号は、分周器２によって１１５２分周されてから、帰還ループに分周数８、５の分周器６、８を有する位相同期発振器２３に入力されるので、結局、位相同期発振器２３の出力周波数ステップは、
１４４／１１５２＊５＊８＝５．  ００（ｋＨｚ）
となり、約２．  ３ｐｐｍステップでの周波数変動が可能である。図５は図４と同様の計算式により各数値を求めたものであり、位相同期発振器２３の出力周波数の値は、５．  ００ｋＨｚステップで変化していることが分かる。
【００６４】
従って、本発明にかかるシンセサイザにおける出力周波数の微調整は、分周器２０の分周数の微調整により容易に行なうことができる。
【００６５】
但し、分周器２０の分周数の微調整を行なうためには、パルススワロ方式の分周器等を用いて整数単位で分周数を変動させることに加え、分周数の変化率を小さくするために分周数を大きくする必要があり、前述設定においても、分周器２０の分周数を１３０００としている。
【００６６】
ところが、分周数の増大は一般に位相同期発振器２２の位相雑音成分の増大を招くという問題がある。しかし、本発明においては、位相雑音成分の増大をループフィルタ１８の時定数の設定及び分周回路２により抑えることができる。
【００６７】
ループフィルタ１８の時定数設定による位相雑音抑制について説明する。
【００６８】
まず、位相同期発振器２２の雑音特性について図６、図７を用いて説明する。
【００６９】
図６、図７は位相同期発振器２２の雑音特性を表した図である。
【００７０】
図６は、分周器２０の分周数を大きくすることを考慮しない場合の位相同期発振器２２の雑音特性を表す。図において、▲１▼を付したグラフは、基準発振器１に基づく基準分周器１６の出力信号の雑音特性を表し、▲２▼を付したグラフは、電圧制御発振器１９単体の場合のにおける雑音特性を表したものである。図のように、グラフ▲１▼は、電圧制御発振器１９の雑音特性を表すグラフ▲２▼に比べて、発振周波数の近傍の周波数についての雑音電力が低いという特性を有する。位相同期発振器２２におけるループフィルタ１８の時定数を小さく抑えることにより、基準分周器１６の出力信号に対する追従性を高めて電圧制御発振器１９（位相同期発振器２２）の出力信号の位相雑音を圧縮し、低雑音化を図ることができ、図における▲３▼のような雑音特性を示すこととなる。
【００７１】
しかし、本実施例のごとく分周数の微調整を可能なものとするために分周器２０の分周数を大きくする場合には、更に、基準発振器１に基づく基準分周器１６の出力信号の雑音特性の劣化を考慮しなければならない。
【００７２】
このことについて図７を用いて説明する。図７は、本実施例のごとく分周器２０の分周数を大きくすることを考慮した場合の位相同期発振器２２の雑音特性を表す。
【００７３】
比較分周数を１３１９３という大きい値に設定し、微調整を可能とする場合には、その分周数の影響が顕著に現れ、基準発振器１に基づく基準分周器１６の出力信号の雑音特性は、劣化したものとなり、▲４▼を付したグラフのようになる。従って、ループフィルタ１８の時定数を小さく抑えたままとすると、発振周波数からのオフセット周波数が大きくなるまで、劣化した雑音特性を有する▲４▼のグラフに追従してしまい、グラフ▲５▼のごとく位相同期発振器２２の出力信号の雑音特性が劣化したものとなってしまう。そこで、図中点Ａで電圧制御発振器１９単体の雑音特性に従うように、ループフィルタ１８の時定数を大きくすることにより、雑音を電圧制御発振器１９の雑音特性程度に抑え込むことができる。但し、基準発振器１において発生する周波数変調成分、高周波成分については既に、位相同期発振器２１によって十分に除去されているので、図７中最も雑音を抑制することができる点Ａから電圧制御発振器１９の雑音特性に従うように時定数の設定を行なうことができ、更に大きくする必要はない。従って、ある程度の応答速度の維持を図りつつ、時定数の最適値の設定により、雑音低減化を図ることができる。
【００７４】
また、ループフィルタ１８の調整により、位相雑音成分が抑えられてた信号は、分周器２によって、分周されるので、更に位相雑音の低減が図られる。
【００７５】
以上の理由から、分周器２０の分周数を大きくすることにより、懸念される位相同期発振器２２の出力信号の位相雑音成分は抑えられるので、低位相雑音特性を維持しつつ、シンセサイザの出力周波数の微調整を行なうことが可能である。
（３）粗調整及び微調整方法を併用した調整
本発明にかかるシンセサイザの出力周波数を希望値（例示的に、２２４３．  ３３３ＭＨｚから２３３６．  ６６７ＭＨｚまでの周波数を約１３．  ３３３ＭＨｚステップでとることにした）に近づけるための各部材の設定値の設定例について図８を用いて説明する。
【００７６】
図８は、基準発振器１の発振周波数を９．  ６ＭＨｚとし、シンセサイザの出力周波数を希望値にする場合における各種部材の設定数値を表す。
【００７７】
ここで、基準分周器１０の分周数は２００、分周器１４の分周数は５７６０、分周器１５の分周数は１６、基準分周器１６の分周数は１２０、分周器８の分周数は５、分周器６の分周数は８に固定した。
【００７８】
尚、シンセサイザの出力周波数を希望値とするための調整は、分周器２０及び分周器２の分周数の変化により行なうこととした。即ち、分周器２０の分周数は１３１８２〜１３２８４までの微調整、分周器２の分周数は２４１３〜６０９までの粗調整を行なう。
【００７９】
この微調整、粗調整によって得られる位相同期発振器２３の出力周波数の希望周波数に対する誤差であるが、図のように、最大１．  １ｐｐｍ程度の誤差に収まっており、微調整及び粗調整により、出力周波数の調整を高精度に行なえることが示されている。尚、誤差の値は、次式により求めている。
【００８０】
【数式２】
0003567779.tif 000003
【００８１】
また、位相同期発振器２３のフィードバックループ内の分周器８、６の分周数はそれぞれ５、８で固定にしてあり、出力周波数を変化してもループ特性が大きく変動することなく、かつ、ループ内の分周数は合計４０分周という低分周数に抑えることができ、シンセサイザの出力信号の位相雑音劣化を抑えることができる。
【００８２】
更に、位相同期発振器２２からの出力信号は、分周器２によって、前記設定値によっては、最低でも６０９分周されており、
２０＊ｌｏｇ（１／  ６０９）＝−５５．  ７ｄＢ
の分周による雑音低減効果があり、位相同期発振器２２の位相雑音は十分抑えられる。
【００８３】
従って、本発明にかかるシンセサイザは、位相雑音の低減及びループ特性の安定化を維持しつつ、周波数設定の広帯域化及び周波数設定誤差の低減を図ることができる。
【００８４】
尚、本実施例においては、ループゲインを上げるための増幅器を図示していないが、各電圧制御発振器の感度に応じて適宜設ければよい。
【００８５】
また、位相同期発振器２１の出力信号をローカル信号として周波数変換器７に入力する前に逓倍器、分周器等を用いて逓倍、分周を行なうこともできる。
【００８６】
また、位相同期発振器２１を用いずに、基準発振器１からの出力信号を位相同期発振器２２（分周器２０は固定分周器とする）、分周器２、位相同期発振器２３によって構成されるシンセサイザに入力した場合でも分周器２の分周数の変化により、少なくとも発振周波数の粗調整及び分周器２による雑音低減効果を得ることは可能である。
【００８７】
また、位相同期発振器２１を用いずに、基準発振器１からの出力信号を位相同期発振器２２（分周器２０は可変分周器とする）、位相同期発振器２３によって構成されるシンセサイザに入力した場合でも分周器２０の分周数の変化により、少なくとも発振周波数の微調整は可能である。
【００８８】
また、位相同期発振器２１を用いずに、基準発振器１からの出力信号を位相同期発振器２２（分周器２０は可変分周器とする）、分周器２、位相同期発振器２３によって構成されるシンセサイザに入力した場合でも分周器２及び分周器２０の分周数の変化により、少なくとも発振周波数の微調整、粗調整及び分周器２による雑音低減効果を得ることはできる。
【００８９】
また、基準発振器１の信号を位相同期発振器２１及び位相同期発振器２２によって構成される基準信号生成回路に入力することにより、位相同期発振器２２のループフィルタの時定数設定の自由度が確保されるので、分周器２０の分周数を大きくした場合にも、ある程度の応答速度の維持が図られるとともに、低雑音の基準信号を生成することができる。
【００９０】
また、本実施例においては、分周器１５と基準分周器１６を別々に設けたが、これらの分周数を乗算した値を分周数とする分周器を基準分周器１６として使用することにより、分周器１５を省略することが可能であり、回路構成をより簡単にすることができる。
【００９１】
一方、移動通信システムにおける無線基地局のように、同時に複数の異なる周波数の出力が必要とされる場合には、基準発振器１、位相同期発振器２１、分周器１５については共通のものを使用することにより、回路構成を簡単にすることができる。
【００９２】
図９は、同時に複数の異なる周波数を出力する（出力ａ、出力ｂ、出力ｃ）シンセサイザの構成例を表す。
【００９３】
図において、位相同期発振器２２ａ、２２ｂ、２２ｃで表したのは、図１において位相同期発振器２２と表したものに対応し、分周器２ａ、２ｂ、２ｃで表したのは、分周器２に対応し、位相同期発振器２３ａ、２３ｂ、２３ｃで表したものは、位相同期発振器２３に対応する。
【００９４】
このシンセサイザの動作についてであるが、基準発振器１の出力が分周器１５に入力されて分周されるまでは図１にかかるシンセサイザと同様であり、分周器１５の出力は、複数の位相同期発振器２２ａ、２２ｂ、２２ｃのそれぞれに入力され、それぞれ図１にかかるシンセサイザの位相同期発振器２２に入力された基準信号と同様の処理が施されて、出力ａ、ｂ、ｃが得られることとなる。但し、位相同期発振器２２ａ、２２ｂ、２２ｃ内の各分周器の分周数をそれぞれ独立に微調整し、分周器２ａ、２ｂ、２ｃにおける各分周器を分周数のそれぞれ独立に粗調整することにより、出力ａ、ｂ、ｃとして複数の異なる周波数を同時に得ることができる。
【００９５】
【発明の効果】
本発明によれば、第１の位相同期発振器は、帰還ループ内に可変分周手段を備えることにより周波数の微調整可能な信号を出力する位相同期発振器２の出力信号を基準信号とするので、小さい周波数ステップで出力信号の周波数の切り替えが可能となる。
【００９６】
また、本発明によれば、第１の位相同期発振器の帰還ループ内に可変分周手段が設けられているので、その分周数を変化させることにより第２の位相同期発振器に入力する信号の周波数を微調整することができる。従って、第２の位相同期発振器の出力周波数の微調整が可能である。更に、第２の位相同期発振器は帰還ループ内に周波数変換手段を有するので、出力信号の低雑音化が図られる。
【００９７】
また、本発明によれば、第１の可変分周手段の分周数の変化により、第１の位相同期発振器の出力周波数を微調整することができるので、第２の位相同期発振器の出力周波数の微調整が可能である。尚、この微調整は第２の位相同期発振器外において行われるので、第２の位相同期発振器のループ特性は維持される。
【００９８】
また、発明によれば、更に、第２の可変分周手段の分周数の変化によって、第１の位相同期発振器の出力周波数を粗調整することができるので、第２の位相同期発振器の出力周波数の粗調整可能となる。尚、この粗調整も第２の位相同期発振器外において行われるので、第２の位相同期発振器のループ特性は維持される。
【００９９】
また、本発明によれば、シンセサイザの出力を基準発振器の出力信号に同期したものとすることができる。
【０１００】
また、本発明によれば、第２の位相同期発振器の出力周波数を所望の値とするように、第１の可変分周手段及び第２の可変分周手段の分周数が設定されるので、第２の位相同期発振器の出力周波数を所望の値とすることができる。
【０１０１】
また、本発明によれば、物理的な衝撃により発生する基準発振器からの周波数変調成分又は、基準発振器の切り替え時に発生する出力周波数変化を第１の位相同期発振器のフィルタ手段によって十分に吸収することができる。従って、第２の位相同期発振器のフィルタ手段においては、かかる周波数変調成分、出力周波数変化の吸収のために時定数を大きくしなければならないという制限が緩和され、分周手段の分周数に応じて時定数を適正値に設定する自由度が確保され、低雑音な基準信号の生成が可能である。
【０１０２】
また、本発明によればシンセサイザは、かかる低雑音な基準信号を用いることにより、低雑音な出力を得ることができる。また、各可変分周手段の分周数の変化により広帯域な出力を得ることができるとともに、周波数設定誤差の低減化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるシンセサイザの構成を表す。
【図２】切替えスイッチ及び基準発振器を基準分周器１０の前段に設ける場合の構成を示す。
【図３】パルススワロ方式の分周器の構成を示す。
【図４】各種部材の設定数値の一例を示す。
【図５】各種部材の設定数値の一例を表す。
【図６】位相同期発振器２２の雑音特性を表す。
【図７】位相同期発振器２２の雑音特性を表す。
【図８】各種部材の設定数値を表す。
【図９】同時に複数の異なる周波数を出力する（出力ａ、出力ｂ、出力ｃ）シンセサイザの構成例を表す。
【図１０】従来の位相同期発振器の構成の一例を表す。
【図１１】従来の位相同期発振器の構成の一例を表す。
【符号の説明】
１    基準発振器
１ａ    基準発振器
１ｂ    基準発振器
２    分周器（可変分周器）
２ａ    分周器（可変分周器）
２ｂ    分周器（可変分周器）
２ｃ    分周器（可変分周器）
３    位相比較器
４    ループフィルタ
５    電圧制御発振器
６    分周器
７    周波数変換器
８    分周器
９    分周器
１０    基準分周器
１１    位相比較器
１２    ループフィルタ
１３    電圧制御発振器
１４    分周器
１５    分周器
１６    基準分周器
１７    位相比較器
１８    ループフィルタ
１９    電圧制御発振器
２０    分周器（可変分周器）
２０ａ    カウンタ
２０ｂ    分周器
２１    位相同期発振器
２２    位相同期発振器
２２ａ    位相同期発振器
２２ｂ  位相同期発振器
２２ｃ  位相同期発振器
２３    位相同期発振器
２３ａ    位相同期発振器
２３ｂ    位相同期発振器
２３ｃ    位相同期発振器
２４    基準発振器切替えスイッチ
【図１】
0003567779.tif 000004
【図２】
0003567779.tif 000005
【図３】
0003567779.tif 000006
【図４】
0003567779.tif 000007
【図５】
0003567779.tif 000008
【図６】
0003567779.tif 000009
【図７】
0003567779.tif 000010
【図８】
0003567779.tif 000011
【図９】
0003567779.tif 000012
【図１０】
0003567779.tif 000013
【図１１】
0003567779.tif 000014