(57)【要約】【課題】  ＰＬＬ回路の出力周波数毎の閉ループ伝達特性を一定に保ち、所望の周波数を出力するのに必要な電圧制御発振器の制御電圧要求が大きい場合でも、電圧制御発振器を制御できるＰＬＬ回路を得る。【解決手段】  ＰＬＬ回路内にループフィルタ切替器６ａを設け、ループフィルタ切替器６ａは、その入力部に接続されたスイッチ８ａと出力部に接続されたスイッチ８ｂとで、ループフィルタを選択的に切替え、各ループフィルタがオペアンプを用いた能動回路から構成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサを含む帰還回路とオペアンプとの並列回路から能動フィルタの構成されたループフィルタを複数個有し、当該それぞれのループフィルタを択一的に切替えることの可能なループフィルタ切替器と、
上記ループフィルタ切替器における択一的に切替えられたループフィルタの出力信号に基づいて発振周波数を変化させる電圧制御発振器と、
設定された分周数に基づいて上記電圧制御発振器の出力信号を分周する分周器と、
上記分周器により分周された信号と基準信号との位相誤差を検出し、検出した位相誤差を、上記ループフィルタ切替器における択一的に切替えられたループフィルタに入力する位相比較器と、
上記分周器の分周数を設定するとともに、当該分周数に応じて、上記電圧制御発振器の感度および分周数に依存したループゲインの変化を打ち消すように、上記ループフィルタ切替器のループフィルタを切替え制御する制御回路と、
を備えたＰＬＬ回路。
【請求項２】
コンデンサを含む複数の帰還回路と複数の抵抗とが、スイッチを介して直列に接続されるとともに、当該スイッチを介し共通のオペアンプに並列に接続されて能動フィルタが構成され、当該スイッチの選択により、当該それぞれの抵抗および帰還回路を１意に対応付けて択一的に切替えることで、ループフィルタ特性を切替えることの可能なループフィルタ切替器と、
上記ループフィルタ切替器の出力信号に基づいて発振周波数を変化させる電圧制御発振器と、
設定された分周数に基づいて上記電圧制御発振器の出力信号を分周する分周器と、
上記分周器により分周された信号と基準信号との位相誤差を検出し、検出した位相誤差を、上記ループフィルタ切替器に入力する位相比較器と、
上記分周器の分周数を設定するとともに、当該分周数に応じて、上記電圧制御発振器の感度および分周数に依存したループゲインの変化を打ち消すように、上記ループフィルタ切替器におけるループフィルタ特性を切替え制御する制御回路と、
を備えたＰＬＬ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＰＬＬ回路（Phase-locked loop；位相同期回路）に関し、特に出力する周波数の違いに影響されず、閉ループ伝達特性を一定に保つＰＬＬ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＬＬ回路は、位相誤差信号により電圧制御発振器の発振周波数を制御する帰還制御回路であり、周波数シンセサイザに広く利用されている。
【０００３】
ＰＬＬ回路は、電圧制御発振器、分周器、位相比較器、ループフィルタから構成され、位相比較器に入力される基準信号の周波数と分周器の分周数とで決定される周波数を電圧制御発振器が出力する。ＰＬＬ回路の出力周波数は、電圧制御発振器と位相比較器に接続された分周器の分周数を変更することによって、可変することが可能となる。
【０００４】
ＰＬＬ回路の出力周波数を変えたときのＰＬＬ回路への影響は以下となっている。
【０００５】
ＰＬＬ回路の周波数を変えると分周器の分周数と電圧制御発振器の感度が変わり、（式１）で示したＰＬＬ回路のループゲインＫが変化する。位相雑音や動作安定性などのＰＬＬ回路の性能は、ＰＬＬ回路の閉ループ伝達特性の影響を受け、また、この閉ループ伝達特性は、ループフィルタ特性や（式１）で示したループゲインＫなどに影響される。
以上のことから、ＰＬＬ回路の出力周波数を変えると、（式１）で示したループゲインＫが変更され、ＰＬＬ回路の閉ループ伝達特性が変わるため、位相雑音や動作安定性などのＰＬＬ回路の性能に影響が出てくることになる。
【０００６】
【数１】
2009273022.tif 000003
【０００７】
この問題に対して、従来は、ＰＬＬ回路の出力周波数が変わる際に発生するループゲインの変化を打ち消すように、受動部品で構成されたループフィルタを切替えて、ＰＬＬ回路の閉ループ伝達特性を一定に保つように改良がはかられてきた（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１６１０２（第２項、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来のＰＬＬ回路は、ＰＬＬ回路の閉ループ伝達特性を一定に保つために、受動部品で構成されたループフィルタを選択して使用していたため、所望の周波数を出力するのに必要な電圧制御発振器への制御電圧要求が大きい場合、電圧制御発振器を制御できないという問題があった。
【００１０】
この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、所望の周波数を出力する際の電圧制御発振器への制御電圧要求が、位相比較器の出力電圧より大きい場合でも電圧制御発振器を制御し、ＰＬＬ回路として機能させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明によるＰＬＬ回路は、コンデンサを含む帰還回路とオペアンプとの並列回路から能動フィルタの構成されたループフィルタを複数個有し、当該それぞれのループフィルタを択一的に切替えることの可能なループフィルタ切替器と、上記ループフィルタ切替器における択一的に切替えられたループフィルタの出力信号に基づいて発振周波数を変化させる電圧制御発振器と、設定された分周数に基づいて上記電圧制御発振器の出力信号を分周する分周器と、上記分周器により分周された信号と基準信号との位相誤差を検出し、検出した位相誤差を、上記ループフィルタ切替器における択一的に切替えられたループフィルタに入力する位相比較器と、上記分周器の分周数を設定するとともに、当該分周数に応じて、上記電圧制御発振器の感度および分周数に依存したループゲインの変化を打ち消すように、上記ループフィルタ切替器のループフィルタを切替え制御する制御回路と、を備えたものである。
【００１２】
また、コンデンサを含む複数の帰還回路と複数の抵抗とが、スイッチを介して直列に接続されるとともに、当該スイッチを介し共通のオペアンプに並列に接続されて能動フィルタが構成され、当該スイッチの選択により、当該それぞれの抵抗および帰還回路を１意に対応付けて択一的に切替えることで、ループフィルタ特性を切替えることの可能なループフィルタ切替器と、上記ループフィルタ切替器の出力信号に基づいて発振周波数を変化させる電圧制御発振器と、設定された分周数に基づいて上記電圧制御発振器の出力信号を分周する分周器と、上記分周器により分周された信号と基準信号との位相誤差を検出し、検出した位相誤差を、上記ループフィルタ切替器に入力する位相比較器と、上記分周器の分周数を設定するとともに、当該分周数に応じて、上記電圧制御発振器の感度および分周数に依存したループゲインの変化を打ち消すように、上記ループフィルタ切替器におけるループフィルタ特性を切替え制御する制御回路と、を備えたものであっても良い。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、ＰＬＬ回路の出力周波数毎の閉ループ伝達特性を一定に保つとともに、所望の周波数を出力するのに必要な電圧制御発振器の制御電圧が大きい場合でも、電圧制御発振器前段のループフィルタの増幅作用により入力電圧を調整することで、電圧制御発振器を所望の大きさに制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態１について説明する。
図１は実施の形態１によるＰＬＬ回路の構成を示すブロック図である。図１において、ＰＬＬ回路は、電圧制御発振器１と、分周器２と、基準信号発生器３と、位相比較器４と、制御回路５と、ループフィルタ切替器６を備えている。電圧制御発振器１は、制御電圧によって発振周波数を変化させる。電圧制御発振器１からの発振信号の出力は２分配され、一方はＰＬＬ回路の出力信号となり、他の一方は分周器２に入力される。すなわち、電圧制御発振器１の発振周波数がＰＬＬ回路の出力周波数を与える。分周器２の出力信号と基準信号発生器３の出力信号は位相比較器４に入力される。位相比較器４は、分周器２の出力信号と基準信号発生器３の出力信号との位相差により両者の位相誤差を検出し、検出した両者の位相誤差をループフィルタ切替器６へ出力する。ループフィルタ切替器６に入力された信号は、ＰＬＬ回路の出力周波数に対応したループフィルタ切替器６内の経路を通過し、電圧制御発振器１に出力される。
【００１５】
制御回路５は、電圧制御発振器１から出力されるＰＬＬ回路の出力周波数を所望の周波数に変更するために、図示しない外部装置から入力される分周数設定データに基づいて、第１、第２の制御信号を出力する。制御回路５は、出力する一方の第１の制御信号Ｓ１を分周器２に入力し、もう一方の第２の制御信号Ｓ２をループフィルタ切替器６に入力する。
【００１６】
分周器２は、制御回路５から出力される第１の制御信号Ｓ１に基づいて分周数を設定し、電圧制御発振器１から入力される発振信号の周波数を設定した分周数により分周して出力する。すなわち、分周器２は電圧制御発振器１から出力されるＰＬＬ回路の出力周波数を決定することとなる。この際、ＰＬＬ回路の出力周波数を変えると、分周器２の分周数と電圧制御発振器１の感度が変わり、前述の（式１）で示されるループゲインＫが変化する。すなわち、ＰＬＬ回路のループゲインＫは、電圧制御発振器の感度および分周数に依存する。
【００１７】
ループフィルタ切替器６は、制御回路５から入力される第２の制御信号Ｓ２に基づいて、ループフィルタ切替器６内の経路を選択する。すなわち、第２の制御信号Ｓ２はループフィルタ切替器６内の経路を選択するための制御信号となっている。
制御回路５は、分周器２がＰＬＬ回路の出力周波数を所望の周波数に変更するように分周数を決定するための第１の制御信号Ｓ１を出力する。また、制御回路５は、このＰＬＬ回路の出力周波数の変更に伴うループゲインＫの変化を打ち消すように、ループフィルタ切替器６内の経路を選択するための第２の制御信号Ｓ２を出力する。
ここで、制御回路５から出力する第１の制御信号Ｓ１と第２の制御信号Ｓ２は、分周器２にて設定される分周数に対応して両者が関連付けられており、分周数設定データに基づいて、予め出力する信号値が設定されている。
【００１８】
図２は実施の形態１におけるループフィルタ切替器６の構成を示すブロック図である。ここでは、ループフィルタ切替器の符号を６ａとして説明する。
【００１９】
ループフィルタ切替器６ａの入力部（入力端子）はスイッチ８ａの入力段に接続されている。また、ループフィルタ切替器６ａの出力部（出力端子）はスイッチ８ｂの出力段に接続されている。スイッチ８ａの入力段およびスイッチ８ｂの出力段は一端子である。
スイッチ８ａの出力段は切替え可能な多端子となっており、その各端子が、オペアンプを使用して構成するループフィルタ７ａとループフィルタ７ｂの入力段にそれぞれ接続される。また、スイッチ８ｂの入力段は切替え可能な多端子となっており、ループフィルタ７ａとループフィルタ７ｂの出力段は、スイッチ８ｂの入力段の各端子にそれぞれ接続されている。
スイッチ８ａと８ｂは、制御回路５から入力される第２の制御信号Ｓ２によってスイッチの接続先を切替え制御され、ループフィルタ切替器６ａの内部経路を切替える。ループフィルタ７ａとループフィルタ７ｂは、オペアンプを使用した能動フィルタにより構成される。
【００２０】
具体的には、ループフィルタ７ａは、抵抗７１ａと、抵抗７２ａと、コンデンサ７３ａと、オペアンプ７４ａから構成される。抵抗７２ａとコンデンサ７３ａの直列回路は、オペアンプ７４ａと並列に接続された並列回路を構成する。この抵抗７２ａおよびコンデンサ７３ａとオペアンプ７４ａとの並列回路は、抵抗７１ａに直列に接続される。抵抗７２ａとコンデンサ７３ａの直列回路はオペアンプ７４ａの帰還回路を構成する。同様に、ループフィルタ７ｂは、抵抗７１ｂと、抵抗７２ｂと、コンデンサ７３ｂと、オペアンプ７４ｂから構成される。抵抗７２ｂとコンデンサ７３ｂの直列回路は、オペアンプ７４ｂと並列に接続された並列回路を構成する。この抵抗７２ｂおよびコンデンサ７３ｂとオペアンプ７４ｂとの並列回路は、抵抗７１ｂに直列に接続される。抵抗７２ｂとコンデンサ７３ｂの直列回路はオペアンプ７４ｂの帰還回路を構成する。ループフィルタ７ａと７ｂは抵抗値およびコンデンサの容量値が互いに異なり、ループ利得の特性が異なっている。なお、各オペアンプの出力段（増幅側）はスイッチ８ｂの入力段における各端子にそれぞれ接続されている。
【００２１】
次に、上記のように構成された実施の形態１のＰＬＬ回路について、動作を説明する。
ＰＬＬ回路は出力周波数によってループゲインが変わるため、ループフィルタを有さないＰＬＬ回路では閉ループ伝達特性が変わってしまう。しかし、実施の形態１のＰＬＬ回路は、ＰＬＬ回路の出力周波数の変更に伴うループゲインの変化を打ち消すように、ループフィルタ切替器６ａの内部にある特性の異なるループフィルタ７ａとループフィルタ７ｂを切替えて使用することにより、ＰＬＬ回路の閉ループ伝達特性を一定に保つことができる。このため、位相雑音や動作安定性などのＰＬＬ回路の性能を安定化することができる。
【００２２】
また、受動部品で構成される従来のループフィルタを使用した場合、位相比較器４の出力信号レベルが小さいと、ループフィルタの出力信号は、電圧制御発振器１が所望の周波数を出力するために必要とされる制御電圧レベルに届かず、所望の周波数を出力することができない。しかし、実施の形態１のＰＬＬ回路では、ループフィルタ７ａと７ｂを、能動フィルタを成すオペアンプを使用して構成している。このため、位相比較器４の出力信号レベルが小さい場合でも、ループフィルタの出力信号は、電圧制御発振器１が所望の周波数を出力するために必要とされる制御電圧レベルまで自動的に増幅することができ、所望の周波数を得ることができる。
【００２３】
なお、説明の便宜上、ループフィルタ切替器６ａの内部のループフィルタは、ループフィルタ７ａと７ｂの２種類に限定して説明しているが、３種類以上にしても同様のことが言え、ループフィルタの種類が増えるほど位相雑音や動作安定性などのＰＬＬ回路の性能を安定化することができる。
【００２４】
実施の形態２．
図３は実施の形態２におけるループフィルタ切替器６の構成を示すブロック図である。この実施の形態２では、ループフィルタ切替器６として、能動フィルタを構成するループフィルタ切替器６ｂを用いる。なお、その他の構成は、実施の形態１と同じである。
【００２５】
ループフィルタ切替器６ｂの入力部（入力端子）はスイッチ８ｃの入力段に接続されている。また、ループフィルタ切替器６ｂの出力部（出力端子）はスイッチ８ｆの出力段およびオペアンプ１１の出力段（増幅側）に接続されている。ループフィルタ切替器６ｂは、スイッチ８ｃ、８ｄと、スイッチ８ｅ、８ｆと、抵抗９ａ、９ｂと、抵抗９ｃ、９ｄと、コンデンサ１０ａ、１０ｂと、オペアンプ１１から構成される。抵抗９ａ、９ｂはスイッチ８ｃの出力段とスイッチ８ｄの入力段の間に並置されて接続され、抵抗回路を構成する。抵抗９ｃ、９ｄは、コンデンサ１０ａ、１０ｂにそれぞれ直列に接続される。抵抗９ｃとコンデンサ１０ａの直列回路、および抵抗９ｄとコンデンサ１０ｂの直列回路は、スイッチ８ｅの出力段とスイッチ８ｆの入力段の間に並置されて接続され、帰還回路を構成する。また、スイッチ８ｄの出力段はオペアンプ１１の入力段に接続されるとともに、スイッチ８ｅの入力段に接続される。そして、上記スイッチ８ｅ、８ｆを含む帰還回路とオペアンプとの並列回路が、上記スイッチ８ｃ、８ｄを含む抵抗回路に直列に接続されている。なお、スイッチ８ｃ、８ｅは入力段が１端子で、出力段が切替え可能な多端子になっている。スイッチ８ｄ、８ｆは入力段が切替え可能な多端子で、出力段が１端子になっている。
【００２６】
入力された信号はスイッチ８ｃと８ｄによって選択される抵抗９ａまたは抵抗９ｂの経路を通り、オペアンプ１１の入力信号となる。オペアンプ１１で増幅された信号は、２分配され、一方はループフィルタ切替器６ｂの出力信号となり、他の一方はスイッチ８ｅと８ｆによって選択される抵抗９ｃとコンデンサ１０ａまたは抵抗９ｄとコンデンサ１０ｂの経路を通り、オペアンプ１１の入力信号として、帰還される。スイッチ８ｃ〜８ｆは制御回路５から入力される制御信号によって制御され、ループフィルタ切替器６ｂの内部経路を切替えている。ループフィルタ切替器６ｂは、オペアンプ１１と帰還回路により能動フィルタを構成している。
なお、各スイッチは、抵抗９ａと抵抗９ｃおよびコンデンサ１０ａとオペアンプ１１から第１のループフィルタを構成し、抵抗９ａと抵抗９ｃおよびコンデンサ１０ａとオペアンプ１１から第１のループフィルタから第２のループフィルタを構成するように、抵抗回路と帰還回路が一意に対応付けられるように、図１に示した制御回路５から第２の制御信号Ｓ２による切替え制御が行われる。
【００２７】
次に、上記のように構成された実施の形態２のＰＬＬ回路について、動作を説明する。
ＰＬＬ回路では、出力周波数によって、ループゲインが変わるため、ループフィルタを有さないＰＬＬ回路では、閉ループ伝達特性が変わってしまう。しかし、実施の形態２のＰＬＬ回路は、ＰＬＬ回路の出力周波数の変更に伴うループゲインの変化を打ち消すように、ループフィルタ切替器６ｂの内部経路を切替えて、抵抗９ａ〜抵抗９ｄとコンデンサ１０ａ，１０ｂを選択している。これにより、ループフィルタ特性を変更し、ＰＬＬ回路の閉ループ伝達特性を一定に保つことができるため、位相雑音や動作安定性などのＰＬＬ回路の性能を安定化することができる。
【００２８】
また、ループフィルタ切替器６ｂの内部経路を切替えて構成された回路は、オペアンプを使用して能動フィルタを構成するループフィルタとなっているため、位相比較器４の出力信号レベルが小さい場合でも、ループフィルタの出力信号は、電圧制御発振器１が所望の周波数を出力するために必要とされる制御電圧レベルまで自動的に増幅することができ、所望の周波数を得ることができる。
【００２９】
なお、説明の便宜上、ループフィルタ切替器６ｂの内部回路は、スイッチ８ｃと８ｄで２経路選択でき、スイッチ８ｅと８ｆで２経路選択できる回路となっているが、選択できる経路数を３経路以上にしても同様のことが言え、経路が増えるほどさまざまなループフィルタ特性を実現できるため、位相雑音や動作安定性などのＰＬＬ回路の性能を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の実施の形態によるＰＬＬ回路の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるループフィルタ切替器の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２によるループフィルタ切替器の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  電圧制御発振器、２  分周器、３  基準信号発生器、４  位相比較器、５  制御回路、６,６ａ,６ｂ  ループフィルタ切替器、７  ループフィルタ、８  スイッチ、９,９ａ,９ｂ  抵抗、１０,１０ａ,１０ｂ  コンデンサ、１１  オペアンプ、７１ａ,７１ｂ  抵抗、７２ａ,７２ｂ  抵抗、７３ａ,７３ｂ  コンデンサ、７４ａ,７４ｂ  オペアンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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