(57)【要約】【課題】異なるリファレンスクロックを共有し、リファレンス信号を分周してローカル信号として利用する場合にスプリアスが発生するという問題があった。【解決手段】ローカル信号を出力する電圧制御発振器１０１と、ローカル信号と基準クロック信号とを入力し、フラクショナル分周器１０２によってローカル信号を、複数の分周数を時分割で切り替え、その平均の分周数で分周した信号と、基準クロック信号との位相を位相比較器１０４において比較し、比較した位相が同期するように電圧制御発振器１０１を制御する同期部１０７と、固定された分周数でローカル信号を分周して出力する固定分周器１０８と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローカル信号を出力する電圧制御発振器と、
前記ローカル信号と基準クロック信号とを入力し、前記ローカル信号を、複数の分周数を時分割で切り替え、その平均の分周数で分周した信号と、前記基準クロック信号との位相を比較し、比較した位相が同期するように前記電圧制御発振器を制御する同期部と、
固定された分周数で前記ローカル信号を分周して出力する固定分周器と、
を備える受信装置。
【請求項２】
前記同期部は、
前記電圧制御発振器から前記ローカル信号を入力し、前記基準クロック信号と位相が比較できるように設定した分周数で前記ローカル信号を分周して出力するフラクショナル分周器と、
前記基準クロック信号と前記分周されたローカル信号との位相を比較し、比較した位相差に基づきパルス幅が設定されるアップ信号及びダウン信号を出力する位相比較回路と、
前記アップ信号及び前記ダウン信号に基づいてチャージポンプ出力電圧を出力するチャージポンプと、
前記チャージポンプ出力電圧のノイズを除去したフィルタ電圧を出力するループフィルタと、を備え、
前記電圧制御発振器は、前記フィルタ電圧の電圧値に応じて発振周波数を制御して前記ローカル信号を出力することを特徴とする請求項１記載の受信装置。
【請求項３】
前記フラクショナル分周器は、ΣΔ変調方式を採用することを特徴とする請求項２記載の受信装置。
【請求項４】
前記電圧制御発振器は、前記ローカル信号をミキサへ出力し、
前記固定分周器は、ベースバンドの基準クロック周波数に対応するように分周することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の受信装置。
【請求項５】
前記同期部、前記電圧制御発振器および前記ミキサは、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から送信される信号のダウンコンバートのために対応し、
前記基準クロックは、携帯電話固有の基準クロック周波数に対応する値であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基準クロックと同期されたローカル信号を生成するためのＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路を備え、そのローカル信号を用いてミキサにて受信信号をダウンコンバートし、また、ベースバンドにて信号処理を行う受信装置に関し、特に、そのベースバンドおよびＰＬＬ回路に直接または間接的に基準クロックを供給する発振器を搭載した受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＧＰＳ受信機が利用されており、最近ではＧＰＳ受信機を備える携帯電話端末などその利用範囲も広がっている。ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機の構成の一例を図４に示す。ＧＰＳ受信機９０において、メインクロック（リファレンスクロック、基準クロック）は温度補償水晶発振器ＴＣＸＯ等より発振し、ベースバンド部２およびＲＦ（Radio Frequency）コンバータ部９１に直接、またはＲＦコンバータ部９１内部のバッファを介して供給される。例えばこのときベースバンド部２は信号処理の速度や消費電力、および高調波の問題等を考慮してその基準クロックの周波数を決定する。一方、ＲＦコンバータ部９１側はメインクロックに指定された周波数に基づいてＰＬＬ回路９２を構成する。メインクロックの周波数の一例として１６．３６８ＭＨｚがある。ＰＬＬ回路９２は、ＲＦコンバータ部９１内で必要とするローカル信号を生成するための電圧制御発振器等の位相同期のための回路である。
ＧＰＳ受信機のＲＦコンバータの製品の一例が、非特許文献１から非特許文献３に開示されている。
【０００３】
図４に示す受信装置の構成はＧＰＳ機能が主体となるシステムには特に問題は生じない。しかし最近のトレンドである携帯電話に搭載されたＧＰＳ等においては、上記１６．３６８ＭＨｚのようにＧＰＳ固有のメインクロックは、携帯電話の各システムのメインクロックとは周波数を異にするために、受信装置内に２つのリファレンスクロック源を搭載することになる。つまり前者の一般的な例として１６．３６８ＭＨｚがあり、後者としては２６ＭＨｚ（ＧＳＭ：Global System for Mobile Communications）や１９．２ＭＨｚ（ＷＣＤＭＡ：Wideband Code Division Multiple Access）等があり、携帯電話等の他システムに搭載する場合、従来構成ではこれらＧＰＳ用および携帯電話システム用の２種類のリファレンスクロック源を搭載することになっていた。図５は、ＧＰＳ受信機を搭載する携帯電話機の構成（一部分）を示す図である。図５に示すように、ＧＳＭシステム８０とＧＰＳ受信機９０それぞれにリファレンスクロック８１、９５を備えている。
このため、一つのメインクロックの信号を共用する技術の一例が特許文献１から特許文献３に開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２５８６６９号公報
【特許文献２】特表２００５−５１０１６６号公報
【特許文献３】特表２００５−５２６２５６号公報
【非特許文献１】ＧＰＳレシーバモジュール[ＧＦ−０１４５]、新光電気工業、［平成１８年１２月２７日検索］、（URL:http://www.shinko.co.jp/product/module-product/gf0145.html）
【非特許文献２】ＲＦフロント・エンド・レシーバ・チップ、ＳＴマイクロエレクトロニクス、［平成１８年１２月２７日検索］、（URL:http://www.st-japan.co.jp/products/families/gps/gps_receiver.htm）
【非特許文献３】μＰＢ１００９Ｋ、ＮＥＣ化合物デバイス株式会社、［平成１８年１２月２７日検索］、（URL:http://www.ncsd.necel.com/microwave/japanese/pdf/PU10425JJ01V1DS.pdf）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献1から特許文献３に開示された技術では、リファレンスクロックを共有することができるものの、ローカル信号を分周してリファレンスクロック（例えば、ＧＰＳのベースバンド基準クロック）として利用する場合にスプリアスが発生するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る受信装置は、ローカル信号を出力する電圧制御発振器と、前記ローカル信号と基準クロック信号とを入力し、前記ローカル信号を、複数の分周数を時分割で切り替え、その平均の分周数で分周した信号（例えば、図１のフラクショナル分周器１０２が0ローカル信号を分周した信号）と、前記基準クロック信号との位相を比較し、比較した位相が同期するように前記電圧制御発振器を制御する同期部と、固定された分周数で前記ローカル信号を分周して出力する固定分周器と、を備える。このように、例えば、フラクショナル分周器と固定分周器を用いることにより、周波数構成の汎用性を高め、他システムの基準クロック信号を共用可能とすることができる。さらに、例えばフラクショナル分周器を基準クロック信号とローカル信号の位相同期を図るために用い、固定分周器をスプリアスのない信号を供給するために用いることにより、他のシステムの基準クロック信号を共用してスプリアスのないリファレンスクロックをベースバンドへ供給することが可能になる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、一つのリファレンスクロックに基づいて、スプリアスのないローカル信号を発生させることが可能になる。これにより、携帯電話等のモバイル製品の受信装置におけるコスト・スペースを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明は省略する。
【０００８】
図１は、本発明の実施形態に係るＧＰＳ受信機の構成例を示す図である。図１に示すＧＰＳ受信機（受信装置）４は、原発振器１、ベースバンド部２、及びＲＦコンバータ部３を備える。ＲＦコンバータ部３は、ミキサ３１、ローノイズアンプ（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）３２、バッファ３３、及びＰＬＬ回路１００を備える。ＰＬＬ回路１００は、電圧制御発振器（以下、「ＶＣＯ」と記す）１０１、同期部１０７、固定分周器１０８を備える。
【０００９】
原発振器１は、基準クロック信号（リファレンスクロック信号）を出力する。本実施形態では、ＧＳＭシステムを採用する携帯電話機に対応する２６ＭＨｚの周波数の基準クロック信号を出力する場合を示している。ここでは、原発振器１は、ＭＣＬＫ（ＧＳＭ）と記すこともある。
【００１０】
ベースバンド部２は、受信機４が受信した受信信号がダウンコンバート、デジタル変換された信号が入力され、処理する。
ＲＦコンバータ部３は、無線通信にあたって用いる搬送波と実際に送受信したい情報との合成・分離を行う。
ミキサ３１は、ローカル信号と受信信号とを入力し、入力した信号を掛け合わせて中間周波信号（Intermediate Frequency信号）を出力する。
【００１１】
ＰＬＬ回路１００は、ローカル信号と基準クロック信号とを同期させ、ローカル信号と、ローカル信号を指定の分周数で分周した信号を出力する。以下に、ＰＬＬ回路１００の各構成について説明する。
【００１２】
ＶＣＯ１０１は、ローカル信号を出力する。ここでは、ローカル信号はミキサ３１に対応する周波数になっている。ＶＣＯ１０１は、同期部１０７の制御によって、原発振器１から出力される基準クロック信号と位相が同期するように制御される。具体的には、後述するループフィルタ１０６から出力されるフィルタ電圧の電圧値に応じて発振周波数を制御してローカル信号を出力する。出力されたローカル信号は、ミキサ３１とベースバンド部２へ供給される。ベースバンド部２へは、分周されたローカル信号がベースバンド処理のメインクロック（ＢＭＣＬＫ）として供給される。なお、図４では、ＶＣＯ１０１からミキサ３１へ出力する信号を示す矢印の一部を点線で示しているが、分周器等のデバイスが挿入される可能性があることを示しているに過ぎない。
【００１３】
同期部１０７は、図１ではフラクショナルＮＰＬＬの一例を示しており、フラクショナル分周器１０２、ΣΔ変調器１０３、位相比較器１０４、チャージポンプ（ＣＰ）１０５、及びループフィルタ１０６を備える。同期部１０７は、これらの各構成要素により、全体として次の機能を実現する。まず、原発振器１から基準クロック信号を、ＶＣＯ１０１からローカル信号を入力する。次に、ローカル信号をフラクショナル分周器１０２で分周し、基準クロック信号と分周したローカル信号との位相を比較し、比較した位相が同期するようにＶＣＯ１０１を制御する。以下に各構成要素の機能を説明する。
【００１４】
フラクショナル分周器１０２は、ローカル信号を基準クロック信号と位相を比較できるような周波数設定で分周する。ここでは一例として、フラクショナル分周器（ΣΔ型フラクショナルＮ）を用いる例を示しているが、同様の機能、すなわち、分周数を時分割で切り替え、平均的には分数で信号を分周する機能を備える分周器であれば、これ以外のものであってもよい。固定分周器が常にある固定された分周数で信号を分周するのに対し、フラクショナル分周器は、複数の分周数を時分割で切り替えて（動的に切り替えて）、結果として分数で信号を分周することになる点が異なる。
【００１５】
ΣΔ変調器１０３は、フラクショナル分周器１０２において、切り替える分周数をより多くに分散させる。なお、ＰＬＬ回路１００は、ΣΔ変調器１０３を搭載しない構成であってもよい。
【００１６】
位相比較器１０４は、原発振器１から出力された基準クロック信号とフラクショナル分周器１０２で分周されたローカル信号との位相を比較し、比較した位相差に基づきパルス幅が設定されるアップ信号及びダウン信号を出力する。
【００１７】
チャージポンプ１０５は、位相比較器１０４から出力されたアップ信号及びダウン信号に基づいてチャージポンプ出力電圧を出力する。
ループフィルタ１０６は、チャージポンプ出力電圧のノイズを除去したフィルタ電圧を出力する。
【００１８】
固定分周器１０８は、ＶＣＯ１０１から出力されるローカル信号を出力先に応じた、フラクショナルＮではない分周数（図１ではｎ）で分周して出力する。本実施形態では、固定分周器１０８は、ローカル信号がベースバンド部２で実施するベースバンド処理に対応する周波数に分周されるように動作し、分周したローカル信号をベースバンド部２へ出力する。このように、固定分周器１０８は、分周数を変更することにより、出力する信号の周波数を任意に設定することができる。本明細書では、固定分周器は、常に分周数が固定されている分周器をさす。なお、固定分周器には、外部からの切り替え指示（操作）により、複数の分周数を切り替えて分周できる機能を有するものも存在する。しかしながら、これらは動的に分周数を切り替えるものではないため、本明細書では固定分周器として取り扱う。
【００１９】
以上説明したように、上記のように構成された受信装置（ＧＰＳ受信機４）では、基準クロック信号はベースバンド部２には供給されず、ＲＦコンバータ部３に供給される。ベースバンド部２にはＲＦコンバータ部３から分周されたローカル信号がベースバンド処理の基準クロック信号として入力される。これにより、ミキサ３１及びベースバンド部２は、ミキサ３１及びベースバンド部２それぞれに対応していない周波数の基準クロック信号に基づいて同期を取ったローカル信号を利用することができる。
【００２０】
図２に、本実施形態のＧＰＳ受信機を搭載する受信装置の構成例（一部分）を示す。図２に示す受信装置５では、例えば携帯電話機にＧＰＳ受信機４を搭載した例を示し、原発振器１から供給される基準クロック信号が、ＧＳＭシステム８０及びＧＰＳ受信機４へ供給されている。なお、図２に示す原発振器１は、図５に示すＭＣＬＫ（ＧＳＭ）８１と同じものであり、２６ＭＨｚの周波数となっている。また、図２の構成に限られず、受信装置は、ＧＰＳ受信機４そのものとすることもできる。
【００２１】
ここで、同期部１０７において、フラクショナル分周器１０２を利用する利点について説明する。フラクショナルＮＰＬＬ回路などのフラクショナル分周器の特徴は、あらゆる分周数も作り出せる代わりにフラクショナル制御に由来するスプリアスが発生するという点である。一方、固定分周器はその逆で、１／２，１／３，１／４・・・等のような分母が整数となる分周など（分母は整数とは限らず、例えば、分母が１．５のように、１／１．５分周も可能である）単純な分周数に限られるかわりに、スプリアスの心配はない。本発明では、フラクショナル分周器１０２は基準クロック信号とローカル信号の位相同期を図るために用いる。また、固定分周器はベースバンド部２へクロック信号を供給するために、分周するものとして用いる。その結果、基準クロック信号とローカル信号の同期については周波数構成上の汎用性が高まる。また、ベースバンド部２へ供給されるクロック信号は、ＶＣＯ１０１の発振が固定分周されるだけであるため、スプリアスのない信号となる。
【００２２】
なお通常、ローカル信号と基準クロック信号とを位相同期させる際、フラクショナル由来のスプリアスや周波数誤差による位相ノイズ悪化等の影響、あるいはベースバンド部２へのメインクロックの供給がＶＣＯの固定分周であることによる周波数構成上の難しさは、問題とならない程度である。
【００２３】
続いて、フラクショナル分周器を用いたときに生じる周波数誤差・スプリアスを、具体的な数値を挙げて詳細に説明する。図１はフラクショナルＮＰＬＬを搭載した同期部１０７のブロック図の一例であるため、ここでは図１を用いて説明する。図１に示す同期部１０７は、フラクショナル分周器１０２の一例としてフラクショナル分周器、より具体的には「Ｎ＋Ｆ／Ｍ」分周器と、フラクショナル分周器１０２により発生するスプリアスの影響を低減するためのΣΔ変調器１０３を備えている。ここで、仮にこの「Ｎ＋Ｆ／Ｍ」を１０．１と置くと、この分周数に対し「Ｎ」は整数、「Ｆ／Ｍ」は分数（少数点）部分を表すので「Ｎ＝１０，Ｆ／Ｍ＝０．１」である。ここで、分母Ｍは任意に設定でき、例えば、分母Ｍを２０ｂｉｔ（Ｍ＝２２０＝１０４８５７６）とすると、Ｆ／Ｍ＝０．１からＦ＝１０４８５７．６が算出される。つまり固定分周である「Ｎ」分周器（１／１０分周器）と分数分周である「Ｆ／Ｍ」分周器（１０４８５７．６／２２０分周器）で構成されることになる。後者は１０４８５７．６回のＦの入力あたり１度の出力を行うことによりその役割を果たす。
【００２４】
まず、このような構成における周波数誤差について説明する。このＦ入力のカウントは整数でなければならない。従って、１０４８５７．６回カウントは１０４８５８回カウントへと近似され、その結果「Ｎ＋Ｆ／Ｍ」分周器は「１０＋１０４８５８／２２０＝１０．１０００００３８１」となる。例えば１０１ＭＨｚを分周したとき理想の周波数は１０ＭＨｚであるのに対して、実際は９．９９９９９９６２４ＭＨｚとなり、０．３８Ｈｚ程度の誤差が生じる。ただしこのフラクショナル分周器の前段に分周器が配置され、より高周波のローカル信号を同期部１０７で位相同期させている場合は、この誤差０．３８Ｈｚが前段分周数分だけ増幅されてローカル信号に影響することになる。
【００２５】
周波数誤差を説明するために、図３に、ＶＣＯ１０１とフラクショナル分周器１０２との間に分周器１０９を配置した、コンバータの構成の一部を示すブロック図を示す。分周器１０９は、分周数ｍでｆｖｃｏを分周する。ｆｖｃｏは、ＶＣＯ１０１の出力（ローカル信号）であり、ｆｉｏは、フラクショナル分周器１０２の出力であり、ｆｒｅｆは、基準クロック信号を示す。図３においてｆｖｃｏはｍ分周されているため、この位相同期ループによるフラクショナル分周器由来のｆｖｃｏに対する周波数誤差は、「０．３８×ｍ」Ｈｚとなる。しかし仮にｍ＝１００と置いても３８Ｈｚ程度であり、Ｍを大きく取ることで周波数誤差の実害は防ぐことができる。
【００２６】
次に、スプリアスについて説明する。フラクショナル分周器１０２が行うフラクショナル制御に起因するスプリアスは、同じく図３を参照すると「ｆｒｅｆ×（Ｆ／Ｍ）」Ｈｚ、「ｆｒｅｆ×｛１−（Ｆ／Ｍ）｝」Ｈｚと表すことができる。これらが電圧制御発振器の側帯波として現われ位相ノイズに影響するが、通常はこの２つのスプリアスのうちループバンドに近い、より低周波のスプリアスの存在が問題とされる。つまりｆｒｅｆを２６ＭＨｚと置いたとき、２６×１０４８５８／２２０≒２．６ＭＨｚの強いスプリアス成分が発生する。同様に（Ｎ＋Ｆ／Ｍ）＝１０．３であった場合２６×３１４５７３／２２０≒７．８ＭＨｚであり、当然ｆｒｅｆを変えた場合でもさまざまな値をとり得る。そのため、このようなスプリアスに対し対策を施すことなくフラクショナルＮＰＬＬが用いられることは考えにくい。
【００２７】
例えば図１ではこのスプリアスを低減するためにΣΔ変調方式（ΣΔ変調器１０３により実施）が用いられている。ΣΔ変調方式は「Ｆ／Ｍ＝１０４８５８／２２０」をより多くの分周数の平均として「１０４８５８／２２０」を実現するやり方であり、スプリアスを上記の計算の通りの周波数から分散させるための方法として一般に知られている。ただし、これはあくまで見かけ上の「スプリアス低減の方法」であり、スプリアスが複数の周波数にパワーが分散されて発生しているだけである。このようにフラクショナルＮＰＬＬを用いたとき、現在考えうるどの低減策を用いても大なり小なり常にスプリアスに悩まされることになり、全体ブロック設計の段階でそれが他に与える影響を予測することは難しい。
【００２８】
以上をまとめると、本発明の構成を採ることでフラクショナルＮＰＬＬから受ける影響としては、次のように考えられる。
（１）フラクショナルＮＰＬＬによる周波数誤差の影響
ｆｖｃｏに対する誤差は、ローカル信号としては問題にならない程度である。そのため、フラクショナルＮＰＬＬをローカル信号（ｆｖｃｏ）と基準クロック信号（ｆｒｅｆ）の同期のために用いることで、特に実害はなく、周波数構成に対する便利さを得られる。
（２）フラクショナルＮＰＬＬによるスプリアスの影響
ΣΔ変調方式を用いた結果、ＶＣＯ特性（位相ノイズ）には影響がなかった（実験済み）。しかしながら、フラクショナル分周器１０２の出力をベースバンド部２へのクロックに用いた場合は、その動作に悪影響が考えられる。これについては、ベースバンド部２へはＶＣＯの固定分周器１０８の出力を用いれば問題が解消される。
【００２９】
このように、位相同期においてフラクショナル分周器１０２を用い、ベースバンド部２へ対応する分周に固定分周器１０８を用いることにより、スプリアスを抑制して、位相の同期と行うとともにベースバンド部２が必要とする周波数のローカル信号を供給することが可能になる。
【００３０】
以上のように、本発明に係る好適な実施形態によれば、ローカル信号とメインクロックとの同期のためにフラクショナルＮＰＬＬ回路（ＰＬＬ回路１００）を、ベースバンド部２への基準クロックの供給のために固定分周器１０８を、それぞれ用いることによって、周波数構成の汎用性を高め、他システムの基準クロックを共用可能とすることができる。
【００３１】
なお、図１、図２では、ΣΔ変調器１０３を備える例を示しているが、これに限られるわけではない。スプリアスの問題は生じるものの、位相同期に必要な精度を維持する範囲であればΣΔ変調器１０３を備えていなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係るＧＰＳ受信機の構成例を示す図である。
【図２】本実施形態のＧＰＳ受信機を搭載する受信装置の構成例（一部分）を示す図である。
【図３】コンバータの構成の一部を示すブロック図である。
【図４】従来のＧＰＳ受信機の構成例を示す図である。
【図５】従来のＧＰＳ受信機を搭載する携帯電話機の構成例（一部分）を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  原発振器
２  ベースバンド部
３  ＲＦコンバータ部
４  ＧＰＳ受信機
５  受信装置
３１  ミキサ
３２  ローノイズアンプ
３３  バッファ
１００  ＰＬＬ回路
１０１  電圧制御発振器（ＶＣＯ）
１０２  フラクショナル分周器
１０３  ΣΔ変調器
１０４  位相比較器
１０５  チャージポンプ（ＣＰ）
１０６  ループフィルタ
１０７  同期部
１０８  固定分周器
１０９  分周器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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