(57)【要約】【課題】位相同期回路を用いた周波数シンセサイザにおいて周波数が安定するまでのロックアップ時間を短くするために、従来は、時定数の違うループフィルタを切り替えていたが、それでも時定数の影響、およびループフィルタ切り換え時の電圧差の影響によりロックアップ時間を短くする効果があまり得られなかった。【解決手段】周波数変更時、ＶＣＯをスイッチにより閉ループ回路から切り離し、制御回路を設けて、Ｄ／Ａコンバータで所望の周波数まで制御し、さらにその間に閉ループ回路より切り離されたループフィルタの容量性素子を所望の電圧に先のＤ／Ａコンバータにより充放電しておく。充放電完了後にループフィルタとＶＣＯのスイッチを制御して位相同期させる。【選択図】        図１
2004356812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準信号を発振する基準信号発振器と、電圧印加により周波数を調整可能な電圧制御発振器と、前記基準信号と前記電圧制御発振器が発振する信号との位相を比較して位相差信号を出力する位相比較回路と、前記位相差信号を平滑して前記電圧制御発振器に電圧印加するループフィルタ回路と、前記電圧制御発振器が発振する信号を分周して前記位相比較回路へフィードバックする可変分周器と、前記ループフィルタ回路の構成要素である容量性素子の給電元を外部給電に切り替えるスイッチ回路と、前記電圧制御発振器の前記電圧印加を外部給電に切り替えるスイッチ回路と、前記電圧制御発振器が出力信号の周波数を変更したとき前記容量性素子の給電元を外部給電に切り替えるスイッチ回路と前記電圧制御発振器の前記電圧印加を外部給電に切り替えるスイッチ回路を外部給電側に切り替え、前記容量性素子が周波数変更後の出力信号電圧と等価になる電圧に充放電が完了した後に前記容量性素子の給電元を外部給電に切り替えるスイッチ回路と前記電圧印加を外部給電に切り替えるスイッチ回路を内部給電に切り替える制御を行う制御回路とを備えたことを特徴とする周波数シンセサイザ。
【請求項２】
基準信号を発振する基準信号発振器と、出力信号を発振し電圧印加により周波数を調整可能な電圧制御発振器と、前記基準信号と前記電圧制御発振器が発振する信号との位相を比較して位相差信号を出力する位相比較回路と、前記位相差信号を平滑して前記電圧制御発振器に電圧印加し容量性素子が外部からも充放電されるループフィルタ回路と、前記出力信号を分周して前記位相比較回路へフィードバックする可変分周器と、前記電圧制御発振器が出力信号の周波数を変更したとき前記位相差信号を遮断し前記容量性素子を外部からの充放電により周波数変更後の出力信号電圧と等価になる電圧に充放電が完了した後に前記位相差信号の遮断を解除して前記電圧制御発振器を安定させる制御を行う制御回路とを備えたことを特徴とする周波数シンセサイザ。
【請求項３】
前記制御回路に前記容量性素子の電圧変化を監視する機能を追加したことを特徴とする請求項１に記載の周波数シンセサイザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子戦等に用いられる位相同期回路方式の周波数シンセサイザの高速同期化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、位相同期回路方式の周波数シンセサイザでは、周波数を切り替える時に、まず時定数の小さなループフィルタ回路にし、定常状態になると時定数の大きなループフィルタ回路に切り替えることにより、ロックアップタイムつまり周波数切り替えから定常状態に安定する時間を短くし高速化を図っていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許２８４１６９３号公報（第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ループフィルタ回路を切り替える方式では、時定数の小さなループフィルタ回路から時定数の大きなフィルタに切り替えた時に、時定数が大きいループフィルタ回路の容量性素子の電圧がロックアップ時の電圧とは異なっているために、ループフィルタ回路を切り替えた時に周波数の変動を生じ結果としてロックアップタイムがあまり早くならないとういう問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、周波数周波切り換え時にループフィルタ回路における容量性素子の電圧の影響を最小限にして、ループフィルタ回路の時定数を最終の値に切り替えた時の周波数変動を抑圧出来る周波数シンセサイザを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る周波数シンセサイザは、基準信号を発振する基準信号発振器と、電圧印加により周波数を調整可能な電圧制御発振器と、前記基準信号と前記電圧制御発振器が発振する信号との位相を比較して位相差信号を出力する位相比較回路と、前記位相差信号を平滑して前記電圧制御発振器に電圧印加するループフィルタ回路と、前記電圧制御発振器が発振する信号を分周して前記位相比較回路へフィードバックする可変分周器と、前記ループフィルタ回路の構成要素である容量性素子の給電元を外部給電に切り替えるスイッチ回路と、前記電圧制御発振器の前記電圧印加を外部給電に切り替えるスイッチ回路と、前記電圧制御発振器が出力信号の周波数を変更したとき前記容量性素子の給電元を外部給電に切り替えるスイッチ回路と前記電圧制御発振器の前記電圧印加を外部給電に切り替えるスイッチ回路を外部給電側に切り替え、前記容量性素子が周波数変更後の出力信号電圧と等価になる電圧に充放電が完了した後に前記容量性素子の給電元を外部給電に切り替えるスイッチ回路と前記電圧印加を外部給電に切り替えるスイッチ回路を内部給電に切り替える制御を行う制御回路とを備えたものである。
【０００７】
請求項２の発明に係る周波数シンセサイザは、基準信号を発振する基準信号発振器と、出力信号を発振し電圧印加により周波数を調整可能な電圧制御発振器と、前記基準信号と前記電圧制御発振器が発振する信号との位相を比較して位相差信号を出力する位相比較回路と、前記位相差信号を平滑して前記電圧制御発振器に電圧印加し容量性素子が外部からも充放電されるループフィルタ回路と、前記出力信号を分周して前記位相比較回路へフィードバックする可変分周器と、前記電圧制御発振器が出力信号の周波数を変更したとき前記位相差信号を遮断し前記容量性素子を外部からの充放電により周波数変更後の出力信号電圧と等価になる電圧に充放電が完了した後に前記位相差信号の遮断を解除して前記電圧制御発振器を安定させる制御を行う制御回路とを備えたものである。
【０００８】
請求項３の発明に係る周波数シンセサイザは、前記制御回路に前記容量性素子の電圧変化を監視する機能を追加したことを特徴とする請求項１に記載のものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１による周波数シンセサイザの回路構成図であり、図１において１は基準周波数発振器、２はその基準信号を分周する分周器、３はＶＣＯ（電圧制御発振器）、４はそのＶＣＯの出力信号を分周する可変分周器、５は基準信号と分周信号の位相を比較しその差分信号を出力する位相比較回路、６はループフィルタ回路及びその中の容量性素子の接続先を切りかえるスイッチ回路、７は位相同期の閉回路からＶＣＯを切り離すスイッチ回路、８はＤ／Ａコンバータ、９はＤ／Ａコンバータの出力段におけるバッファアンプ、１０はスイッチ回路とＤ／Ａコンバータ、及び可変分周器を制御する回路である。
【００１０】
次に動作について説明する。周波数切り替え時にある一定期間、制御回路１０によりスイッチ回路７をＤ／Ａコンバータ８側にして、ＶＣＯ３を位相同期回路の閉ループから切り離し、あらかじめ測定した所望の周波数におけるＶＣＯ制御電圧値をＤ／Ａコンバータ８により印加し所望周波数に制御する。これにより高速で所望の周波数に遷移させることが出来る。また、同じくスイッチ回路６をＤ／Ａコンバータ８側にして、そのバッファアンプ９によりループフィルタ回路６の容量性素子を充放電した後、あらかじめ設定したタイミングでスイッチ回路６，７を位相同期回路が閉じる側に切り替える。これによりＶＣＯ制御端子における電圧変動を無くすことが出来る。また、ＶＣＯ３とループフィルタ回路６をスイッチ回路６により位相比較回路５の出力と切り離すことにより時定数の影響なくスムーズに、かつ高速にループフィルタ回路６の容量素子の充放電が行なえる。
【００１１】
図４に従来の技術、及び本発明における周波数変更時の時間に対する周波数変化図を示す。ａは本発明における周波数応答特性、ｂは従来の帯域の違うループフィルタ回路を切り替える方式の応答特性を示す。周波数を初期の値ｆ１からｆ２へ切り替える場合、ループ帯域の時定数に応じてｆ２にオーバシュートを繰り返しながら引き込まれる。ほぼ定常状態になった時点Ｔ３で時定数の大きなループフィルタ回路に切り替える。この時、時定数の大きなループフィルタ回路の容量性素子は所望の電圧になっていないため、切り替え時周波数が変動する。結果としてロックアップ時間はＴ４となる。
【００１２】
本発明においては、周波数が値ｆ１からｆ２へ切り替わったとき、スイッチ回路７をＤ／Ａコンバータ８側にして、ＶＣＯ３を位相同期回路の閉ループから切り離し、Ｄ／Ａコンバータ８から周波数ｆ２を発振できる電圧をＶＣＯ３に送る。また、同じくスイッチ回路６をＤ／Ａコンバータ８側にして、そのバッファアンプ９によりループフィルタ回路６の容量性素子を充放電する。この時はオープンループでの制御であり、ループフィルタ回路６は切り離されているため高速で制御が可能となる。ある一定期間ループフィルタ回路６の容量性素子を充電した時点Ｔ１で、スイッチ回路６，７を位相同期回路が閉じる側に切り替えて、ＶＣＯ３とループフィルタ回路６を閉ループにして位相同期を行なう。ループ帯域の時定数に応じてｆ２にオーバシュートを繰り返しながら引き込まれ、ロックアップ時間はＴ２となる。
【００１３】
周波数が値ｆ２から、また別の値に変化したときも、ＶＣＯ３を位相同期回路の閉ループから切り離し、Ｄ／Ａコンバータ８から、変化後の周波数を発振できる電圧をＶＣＯ３に送り、スイッチ回路６をＤ／Ａコンバータ８側にして、そのバッファアンプ９によりループフィルタ回路６の容量性素子を充放電して、ｆ２のときと同様にロックアップを行う。周波数が変化するごとに、この動作を繰り返す。
本発明では周波数切り換え時、時定数の影響を受けず、さらに位相同期に切り替えた時に大きなオーバシュートがないため短期間でロックアップする。
【００１４】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２について図２を用いて説明する。図２は、実施の形態２による周波数シンセサイザの回路構成図であり、図２において５は実施例１と同様に位相比較回路を示す。ただし、外部からの制御信号により出力段をハイインピーダンスに制御可能な構成とする。また、１０も実施例１と同様に制御回路を示すが、可変分周器、Ｄ／Ａコンバータは勿論のこと先に述べた位相比較回路の出力段の制御も行なう。図中、同一符号は同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【００１５】
実施の形態１において、ＶＣＯ３とループフィルタ回路６の容量性素子をスイッチ回路により切り替える代わりに、ループフィルタ回路６の容量性素子を充放電する間、位相比較回路５の出力をハイインピーダンスに制御する回路を設ける。
【００１６】
次に動作について説明する。周波数切り替え時にある一定期間、制御回路１０により位相比較回路５の出力をハイインピーダンスに制御する。ループフィルタ回路６内の容量性素子とによりＤ／Ａコンバータ８の出力段のバッファアンプ９に切り替え、ループフィルタ回路６にあらかじめ測定した所望の周波数におけるＶＣＯ制御電圧値をＤ／Ａコンバータ８により印加し所望周波数に制御する。この時の周波数変化は通常の位相同期回路の場合と違いループ回路の応答速度による影響は関係なく、バッファアンプのドライブ力と容量素子の容量にのみで決まる。従って、位相同期に比べて高速に周波数を切り替えることが可能となる。ループフィルタ回路６の容量性素子を充放電した後、制御回路１０により位相比較回路の出力を通常動作に切り替えて位相同期させロックアップさせる。これによりＶＣＯ制御端子における電圧変動を無くすことが出来る。ＶＣＯ３とループフィルタ回路６と位相比較回路の出力を制御回路１０により位相比較回路５の出力をハイインピーダンスに制御して切り離すことにより時定数の影響がなくスムーズに、かつ高速にループフィルタ回路６の容量素子の充放電が行なえる。
【００１７】
図４の周波数変更時の時間に対する周波数変化図より実施の形態２においては、周波数が値ｆ１からｆ２へ切り替わったとき、位相比較回路５の出力をハイインピーダンスに制御する。またスイッチ回路６をＤ／Ａコンバータ８側にして、ＶＣＯ３を位相同期回路の閉ループから切り離して、バッファアンプ９によりループフィルタ回路６の容量性素子を充放電する。この時はオープンループでの制御であり、ループフィルタ回路６は切り離されているため高速で制御が可能となる。ある一定期間ループフィルタ回路６の容量性素子を充電した時点Ｔ１で、位相比較回路５の出力をハイインピーダンスに制御を解除し、スイッチ回路６を位相同期回路が閉じる側に切り替える。つまりＶＣＯ３とループフィルタ回路６を閉ループにして位相同期を行なう。ループ帯域の時定数に応じてｆ２にオーバシュートを繰り返しながら引き込まれ、ロックアップ時間はＴ２となる。実施の形態１と同様に容量素子の電圧は充放電をＤ／Ａにより行なっているため、切り換え時ＶＣＯ制御端子における電圧変動を無くすことが出来るためスムーズにロックアップが完了する。
【００１８】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３について図３を用いて説明する。図３は、実施の形態３による周波数シンセサイザの回路構成図であり、図３において１１は容量素子の電圧モニター用Ａ／Ｄ、１０はスイッチ回路、可変分周器、及びＡ／Ｄの測定データをもとにＤ／Ａを制御する回路である。図中、同一符号は同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【００１９】
次に動作について説明する。周波数切り替え時にある一定期間、制御回路１０によりスイッチ回路７をＤ／Ａコンバータ８側にして、ＶＣＯ３を位相同期回路の閉ループから切り離し、あらかじめ測定した所望の周波数におけるＶＣＯ制御電圧値をＤ／Ａコンバータ８により印加し所望周波数に制御する。これにより高速に所望の周波数に遷移させることが出来る。また、同じくスイッチ回路６をＤ／Ａコンバータ８側にして、そのバッファアンプ９によりループフィルタ回路６の容量性素子を充放電する。ループフィルタ回路６内の容量性素子の充放電中、Ａ／Ｄコンバータ１１によりその電圧をモニターし、スイッチ回路の制御回路にフィードバックする。充放電が完了次第、スイッチ回路を制御して位相同期に切り替える。これによりＶＣＯ制御端子における電圧変動を無くすことが出来る。また、ＶＣＯ３とループフィルタ回路６をスイッチ回路６により位相比較回路５の出力と切り離すことにより時定数の影響なくスムーズに、かつ高速にループフィルタ回路６の容量素子の充放電が行なえる。また図４におけるＴ１の充放電後の無駄な時間を削除できる。また、充放電が完了する前に位相同期に切り替えるとオーバーシュートを発生し、ロックアップタイムが長くなってしまうがそれを防止できるため、スムーズな切り替えが実現出来る。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る発明によれば、基準信号を発振する基準信号発振器と、電圧印加により周波数を調整可能な電圧制御発振器と、前記基準信号と前記電圧制御発振器が発振する信号との位相を比較して位相差信号を出力する位相比較回路と、前記位相差信号を平滑して前記電圧制御発振器に電圧印加するループフィルタ回路と、前記電圧制御発振器が発振する信号を分周して前記位相比較回路へフィードバックする可変分周器と、前記ループフィルタ回路の構成要素である容量性素子の給電元を外部給電に切り替えるスイッチ回路と、前記電圧制御発振器の前記電圧印加を外部給電に切り替えるスイッチ回路と、前記電圧制御発振器が出力信号の周波数を変更したとき前記容量性素子の給電元を外部給電に切り替えるスイッチ回路と前記電圧制御発振器の前記電圧印加を外部給電に切り替えるスイッチ回路を外部給電側に切り替え、前記容量性素子が周波数変更後の出力信号電圧と等価になる電圧に充放電が完了した後に前記容量性素子の給電元を外部給電に切り替えるスイッチ回路と前記電圧印加を外部給電に切り替えるスイッチ回路を内部給電に切り替える制御を行う制御回路とを設けたことにより、回路規模が大きくなるが、位相同期回路において周波数設定、または変更時に一度、ＶＣＯを閉ループから切り離しオープンループで所望の周波数に制御し、その間にループフィルタ回路の容量性素子にＤ／Ａコンバータにより所望の周波数におけるＶＣＯ制御電圧に充放電し、ある一定の時間の後位相同期へ切り替えることによりスムーズ切り替えが行なえ、短いロックアップ時間で周波数を切り替えることが可能となり、電子戦等の様々な周波数が飛び交う状況においても、高速位相同期が行える周波数シンセサイザを得ることができる。
【００２１】
請求項２に係る発明によれば、基準信号を発振する基準信号発振器と、出力信号を発振し電圧印加により周波数を調整可能な電圧制御発振器と、前記基準信号と前記電圧制御発振器が発振する信号との位相を比較して位相差信号を出力する位相比較回路と、前記位相差信号を平滑して前記電圧制御発振器に電圧印加し容量性素子が外部からも充放電されるループフィルタ回路と、前記出力信号を分周して前記位相比較回路へフィードバックする可変分周器と、前記電圧制御発振器が出力信号の周波数を変更したとき前記位相差信号を遮断し前記容量性素子を外部からの充放電により周波数変更後の出力信号電圧と等価になる電圧に充放電が完了した後に前記位相差信号の遮断を解除して前記電圧制御発振器を安定させる制御を行う制御回路とを設けたことにより、ループフィルタ回路の容量素子をＤ／Ａで充放電している間、位相比較回路のの出力段をハイインピーダンスに制御してループフィルタ回路１１からの電力の逆流を防ぐことによりオープンループ制御となり、位相同期回路の応答速度の影響を受けず、位相同期に比べて高速に周波数を切り替えることが可能となる周波数シンセサイザを得ることができる。
【００２２】
請求項３に係る発明によれば、請求項１に記載の周波数シンセサイザの前記制御回路に前記容量性素子の電圧変化を監視する機能を追加したことにより、ループフィルタ回路の容量素子が充放電されているとき、その電圧をＡ／Ｄでモニターし制御回路にフィードバックすることにより、充放電後に直ちに位相同期回路に切り替えが出来るので高速に周波数を切り替えることが可能となる。つまり実施の形態１において、ある一定期間ループフィルタ回路の容量性素子を充電したが、その電圧をモニターすることにより、所望の電圧になり次第、ＶＣＯとループフィルタ回路部のスイッチ回路を切り替えることが可能となり、実施の形態１よりも更に高速同期が行える周波数シンセサイザを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による周波数シンセサイザの回路構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２による周波数シンセサイザの回路構成図である。
【図３】この発明の実施の形態３による周波数シンセサイザの回路構成図である。
【図４】従来の技術、及び本発明における周波数変更時の時間に対する周波数変化図である。
【符号の説明】
１…基準信号発振器  ２…分周回路（基準信号を分周）  ３…ＶＣＯ（電圧制御発振器）
４…分周回路（電圧制御発振器）  ５…位相比較回路
６…ループフィルタ回路及び切り替えスイッチ回路  ７…スイッチ回路
８…Ｄ／Ａコンバータ  ａ…本発明における周波数応答特性
ｂ…従来の帯域の違うループフィルタ回路を切り替える方式の応答特性
【図１】
2004356812.tif 000003
【図２】
2004356812.tif 000004
【図３】
2004356812.tif 000005
【図４】
2004356812.tif 000006