JPH01151823A - 周波数合成装置 - Google Patents

周波数合成装置

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JPH01151823A
JPH01151823A JP63222180A JP22218088A JPH01151823A JP H01151823 A JPH01151823 A JP H01151823A JP 63222180 A JP63222180 A JP 63222180A JP 22218088 A JP22218088 A JP 22218088A JP H01151823 A JPH01151823 A JP H01151823A
Authority
JP
Japan
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frequency
output
multiplier
frequency synthesizer
phase
Prior art date
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Pending
Application number
JP63222180A
Other languages
English (en)
Inventor
John N Wells
ジョン　ノーマン　ウェルズ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Marconi Instruments Ltd
Original Assignee
Marconi Instruments Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/16—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/20—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a harmonic phase-locked loop, i.e. a loop which can be locked to one of a number of harmonically related frequencies applied to it

Landscapes

  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、周波数合成装置に係り、より詳細には、低ノ
イズの周波数合成装置に係る。
従来の技術 低ノイズの周波数合成装置は、一般に、クリスタル発振
子又はおそらく表面音波（ＳＡＷ）装置のいずれかであ
る１つ以上の低ノイズ発振器を基準周波数として使用し
ている。もちろん、必要とされる周波数ごとに個別のク
リスタル又はＳＡＷ装置を必要とすることなくできるだ
け多数の異なった周波数を得られることが所望される。
更に、低ノイズ特性を保持しなければならない。
その１つの従来の解決策は、クリスタル発振子の周波数
を整数倍するような高調波乗算システムを用いることで
ある。発振器から高調波スペクトルを発生するのに段階
復帰ダイオードがしばしば使用され、１つの特定の高調
波を抽出するのにバンドパスフィルタ又は位相固定ルー
プ（Ｐ　Ｌ　Ｌ）が使用される。入念に設計したクリス
タル発振子は、数ＫＨｚ以上のオフセット周波数に対し
ノイズフロアを−１７０ｄ　Ｂ　ｃ　／　Ｈｚ以上とす
ることができる。然し乍ら、この周波数を後で乗算する
と、ノイズ電力が乗算係数の平方に等しい量だけ増加す
る。従って、例えば、１０ＭＨｚで作動している発振器
は、Ｉ　Ｇ　Ｈｚの乗算後にノイズフロアが一１３０ｄ
Ｂｃとなる。ノイズフロアは、クリスタル発振子をより
高い周波数でスタートさせることによって改善すること
ができ、実際には、このような発振子が１００ＭＨｚで
動作する場合でも一１７０ｄＢｃのフロアが良好に保持
される。
このような場合、ノイズフロアは、ＩＧＨｚに対して乗
算した後に一１５０ｄＢｃに増加する。然し乍ら、この
ようなシステムに伴う欠点は、現在、周波数が１００Ｍ
Ｈｚの増分でしか得られず、このようなシステムの融通
性が低下することである。
発明の構成 本発明によれば、第１周波数の信号を発生するように構
成された発振器と、この第１周波数に整数値を乗算する
手段と、上記第１周波数を整数値で除算する手段と、上
記乗算手段及び除算手段からの出力を合成して、上記乗
算された周波数と除算された周波数の組合体である出力
を得るようにする位相固定ループとを具備することを特
徴とする周波数合成装置が提供される。
従って、本発明によれば、比較的高い基準周波数を使用
することができ、基準周波数即ち発振器周波数未満の増
分の周波数が得られる。発振器は、低ノイズ型のもので
なければならず、好ましい実施例では、クリスタル発振
子であるか又はおそら＜ＳＡＷ装置である。
位相固定ループは１位相検出器と、電圧制御発振器と、
ミクサとで構成され、電圧制御発振器が乗算器の周波数
上除算器の周波数に実質的に等しい周波数へ操作される
ように構成される。
本発明の第２の特徴によれば、第１周波数の信号を発生
するように構成された発振器と、この第１周波数に整数
値を乗算するように構成された乗算器と、この第１周波
数を２．３又は６で分割するように構成された除算器と
、これら乗算器及び除算器の出力を合成して上記乗算さ
れた周波数及び除算された周波数の組合体である出力信
号を発生する位相固定ループとを具備する周波数合成装
置が提供される。
本発明の上記第２の特徴による実施例においては１乗算
器は、ＮＦｏ、（Ｎ＋１）Ｆｏ、（Ｎ＋２）Ｆｏ、等々
の出力を発生するように構成され、ここで、Ｆｏは発振
器によって発生される周波数でありそしてＮは整数であ
る。除算器は、Ｆｏ　／　２、Ｆ　ｏ　／　３又はＦ　
ｏ　／　６の信号を発生するように構成される。従って
、位相固定ループは、これら２つの周波数を合成する。
従って、以下に示すように、Ｎを変えることにより、非
常に多数の周波数が出力としてＦ　ｏ　／　６の増分で
得られる。
乗算器は、第１周波数の信号のための入力と、成る他の
整数値の一連のダブラ即ち乗算器とを備えているのが好
ましい。又、乗算器は、１つ又は全てのダブラの出力を
選択的に組み合わせて出力を得ることができるようにス
イッチも備えている。
直流電源から出力を得ることもできる。
実施例 以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を一例とし
て詳細に説明する。
第１図には、低ノイズ発振器１を含む周波数合成装置が
示されており、この発振器は、第１周波数Ｆｏの信号を
発生するように構成されたクリスタル発振子であるのが
好ましい。このような発振器は多数の色々な目的に一般
に使用されている。
この発振器から乗算器２及び除算器３へ出力が取り出さ
れる。それにより各々乗算又は除算された信号は、ミク
サ４と、ローパスフィルタ５と、位相検出器６と、ルー
プフィルタ７と、電圧制御発振器（ＶＣＯ）８とで構成
された位相固定ループへ送られる。ＶＣＯ８及び乗算器
２から出力が取り出される。
使用に際し、第１周波数ＦＯ（典型的に１００ＭＨｚ）
が発振器１によって発生される。これは乗算器２へ送ら
れて信号Ｆ１が得られる。Ｆ１＝ＮＦｏであり、Ｎは選
択された整数である。この信号はそこからミクサ４へ送
られる。出力９もＮＦｏに等しくされる。又、信号Ｆｏ
は、２．３又は６で除算するように選択された除算器３
にも送られ、信号Ｆ　２　＝　Ｆ　ｏ　／　２、ＦＯ／
３又はＦＯ／６を発生する。次いで、この信号Ｆ２は、
位相検出器６の一方の入力に送られる。ミクサ４の出力
は、ローパスフィルタ５を経て位相検出器６の他方の入
力へ送られ、この位相検出器はループフィルタフにより
ＶＣＯ８の出力を制御するのに用いられる。ｖｃｏｓの
出力は、ミクサ４への第２の入力として送られ、検出器
６における位相をバランスさせるためにミクサからこの
検出器へ送られる入力がＦ２に等しいか又ははゾ等しく
なければならないような平衡点に達することが明らかで
ある。従って、ＶＣＯの出力はＦ１±Ｆ２で与えられ、
その値が出力１０として取り出される。このようにして
、位相固定ループの動作がセットされる。
このようなシステムでは次のようなロック点が得られる
ことが容易に明らかである。ここで。
Ｎはユーザによって選択される。
ＮＦｏ＋Ｆｏ／６ Ｎ　Ｆ　ｏ　＋　Ｆ　ｏ　／　３　、即ちＮ　Ｆ　ｏ　
＋　２　Ｆ　ｏ　／　６Ｎ　Ｆ　ｏ　＋　Ｆ　ｏ　／　
２、即ちＮ　Ｆ　ｏ　＋　３　Ｆ　ｏ　／　６Ｎ　Ｆ　
ｏ　−Ｆ　ｏ　／　３、即ち（Ｎ−１）Ｆｏ＋４Ｆｏ／
６ＮＦｏ−Ｆｏ／６、即ち（Ｎ−１）Ｆｏ＋５Ｆｏ／６
従って、Ｎを変えると共に、乗算器から出力９に直接得
られる整数値を用いることにより、全ての周波数がＦ　
ｏ　／　６の増分で得られる。
然し乍ら、乗算器は、選択された周波数以外の高調波の
スプリアス出力を発生し勝ちである。
位相固定ループを使用することにより、これらのスプリ
アスな出力をフィルタ除去することができ、然も、当然
ながら第１図に示す実施例では、信号が位相固定ループ
に入る前に、乗算器からの整数出力９が取り出される。
第２図は、位相固定ループ内の点から整数出力が取り出
される別の構成を示している。この図においては同様の
部品が同じ参照番号で示されている。この装置は、スイ
ッチ１１と、ローバルフィルタ５の出力からこのスイッ
チへ至る更に別のバイパスラインとを追加することによ
って変更されている。スイッチが［非整数Ｊと示された
第１の位置にあるときには、システムは第１図の場合と
全く同様に動作し、位相固定ループは、ＦｌとＦ２の組
み合わせである信号をロックするように働く、「整数」
と示された第２の位置においては、除算器３によって発
生された信号Ｆ２が位相固定ループに送られず、従って
、ｖｃｏｓによって発生される信号はＦｌ、即ちＮＦＯ
に等しい。この場合、ミクサは位相検出器として直接使
用され、従って、ｖｃｏはＮＦｏに直接ロックされる。
第２図の装置を使用することにより、周波数Ｆｏを６倍
にすることができ、乗算されたノイズフロアに１５．５
６ｄＢの改善を与えることができる。高い信号レベルを
使用しそして高レベルのミクサを選択することによって
位相ノイズの影響を最小にすることができる。Ｆ　ｏ　
／　６の除算比を使用するときにこのＦＯ／６をｖＣＯ
の同調ラインから除去する必要性に適合するようにルー
プの帯域中をできるだけ広くすることが好ましい、ル−
プの帯域中以外のところでは、ｖＣＯノイズが性能を決
定する。
システムにおける他の大きなノイズ源は、除算器３及び
乗算器２である。これら２つのノイズ源は相関関係がな
く、従ってそれらのノイズ電力は、ミクサ４が周波数を
加算するか減算するかに拘りなくミクサにおいて加算さ
れる。除算器は、一定の周波数で動作するから、非常に
簡単な注入ロック式発振器として実施することができる
。このような回路は、典型的に、　　１６０ｄＢｃのノ
イズフロアを非常に容易に得ることができ、乗算器に使
用するＮの値が非常に低くない限り出力ノイズに著しく
作用することはない。
サンプリングミクサを用いた位相固定ループをベースと
する乗算器は、普通のもので、簡単であると共に、ＰＬ
Ｌの追跡バンドパスフィルタ特性による不所望な高調波
の除去レベルが高い。然し乍ら、不都合なことに、この
ような装置では、サンプリングミクサの入力に非常に広
いノイズ帯域中が存在するためにノイズフロアが予想以
上に悪くなることがしばしばある。本発明に使用する乗
算器は、同調可能なバンドパスフィルタを用いて段階復
帰ダイオードからのスペクトルを直接フィルタするよう
に構成される。これは、ノイズフロアの問題を回避する
ために充分なエネルギを所望の高調波において発生すべ
き場合に非常に高いレベルのダイオード駆動力を必要と
する。更に。
電圧同調式のバンドパスフィルタは設計が困難で且つ複
雑である。
第３図は、実施が簡単で且つ効果的な別の乗算器設計を
示している。この乗算器は、複数の（この場合は、３個
の）ダブラ１２と、ミクサ１３と、２つのスイッチＳ１
及びＳ２とを備えている。これらのスイッチは、選択さ
れたダブラからの出力をミクサへ通すように構成される
。従って、スイッチＳ１は、ミクサの一方の入力に接続
されると共に、ａ）発振器１として示された乗算器への
入力、ｂ）第１のダブラの出力及びＣ）直流バイアスを
印加するための直流電源に対して切り換えることができ
る。それ故、スイッチＳ１は、周波数ＦＯ１２Ｆｏ又は
ＤＣ（即ち、ゼロ周波数）のいずれかを選択することが
できる。同様に、スイッチＳ２は、第２及び第３のダブ
ラの出力からその入力を切り換えることができ、従って
１周波数４Ｆｏ又は８Ｆｏのいずれかを選択することが
できる。スイッチＳ１及びＳ２からの信号はミクサ１３
で合成され、従って、ミクサ１３から次のような出力を
得ることができる。
入ガ　　　　　　　　　　　　嶽左 ＤＣ４Ｆｏ　　　　　　　　　　４Ｆ。
ＤＣ８Ｆｏ　　　　　　　　　　８Ｆ。
Ｆｏ　　　４Ｆｏ　　　　　　　３Ｆｏ＋５Ｆ。
Ｆｏ　　　８Ｆｏ　　　　　　　７Ｆｏ＋９Ｆ。
２Ｆｏ　　４Ｆｏ　　　　　　　２Ｆｏ＋６Ｆ。
２Ｆｏ　　８Ｆｏ　　　　　　　６Ｆｏ＋１０Ｆ。
１０までの全ての高調波数が得られることが明らかであ
ろう。ダブラもミクサも、周波数の倍率から予想される
以上に信号のノイズフロアを著しく増加しないので、乗
算器は、多数のダブラ段を有していてもノイズフロアが
低いことになる。
上記の表は、３Ｆｏから１０ＦＯまでの周波数が得られ
ることを示しているが、はとんどの周波数は対でしか得
られない。然し、これは重要ではない。というのは、第
１図又は第２図のような装置に乗算器が使用されるとき
には、所望の周波数による応答を選択しそして不所望の
周波数を除去するように位相固定ループの出力を予め操
作することができる（第２図の１４）。
第３図に示したような乗算器を第２図の装置に用いるこ
とにより、基準周波数ＦＯの１／６に等しい間隔で５０
以上もの出力周波数を有する高調波乗算器ループを構成
することができる。出力のノイズフロアは、ＦＯ／６の
基準周波数をベースとする簡単な乗算器ループ（ここに
示す例ではＦＯの基準に対して同様のノイズフロアを有
する）から同じ周波数が導出された場合に得られるもの
よりも１／６低い。
もし所望ならば、本発明により更に別の転送ループを用
いて非常に微細な周波数分解能を得るように、より複雑
な合成装置を形成することができる。このような段を多
数設けた後も良好なノイズフロアが得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明により形成された第１の周波数合成装
置を示す図、 第２図は、第１図に示された装置の変形を示す図、そし
て 第３図は、第１図又は第２図の装置に用いられる乗算器
を示す図である。 図中： １・・・低ノイズ発振器 ２・・・乗算器　　　３・・・除算器 ４・・・ミクサ　　　５・・・ローパスフィルタ６・・
・位相検出器　７・・・ループフィルタ８・・・電圧制
御発振器 ９．１０・・・出力 手続補正書（方式） ６３．１２．１２ 特許庁長官　　吉　１）文　毅　　殿 １、事件の表示　　　昭和６３年特許顆第２２２１８０
号２、発明の名称　　　　周波数合成装置３、補正をす
る者 事件との関係　　出願人 ４、代理人 願１に最初に添付した図１の浄書 （内容に変更なし）

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）第１周波数の信号を発生するように構成された発
    振器と、この第１周波数に整数値を乗算する手段と、上
    記第１周波数を整数値で除算する手段と、上記乗算手段
    及び除算手段からの出力を合成して、上記乗算された周
    波数と除算された周波数の組合体である出力を得るよう
    にする位相固定ループとを具備することを特徴とする周
    波数合成装置。
  2. （２）上記除算器は、上記第１周波数を整数値２、３又
    は６の選択されたもので除算するように構成された請求
    項１に記載の周波数合成装置。
  3. （３）上記位相固定ループは、位相検出器と、電圧制御
    発振器（ＶＣＯ）と、ミクサとで構成され、使用中に、
    電圧制御発振器が乗算周波数±除算周波数に実質的に等
    しい周波数へ操作されるように構成され、そして更に電
    圧制御発振器からの出力を周波数合成装置の出力として
    使用する手段を備えた請求項１又は２に記載の周波数合
    成装置。
  4. （４）上記位相検出器を位相固定ループから選択的に切
    り離すスイッチ手段を更に備えた請求項３に記載の周波
    数合成装置。
  5. （５）上記乗算器手段は、第１周波数の信号のための入
    力と、信号に一定の整数値を各々乗算する一連の乗算器
    と、１つ又は全ての乗算器出力を選択された組み合わせ
    で出力できるようにするスイッチ手段とを具備する請求
    項のいずれかに記載の周波数合成装置。
  6. （６）上記乗算器は、ダブラである請求項５に記載の周
    波数合成装置。
  7. （７）上記スイッチ手段は、更に、直流電源から出力を
    選択的に取り出すようにされた請求項５又は６に記載の
    周波数合成装置。
JP63222180A 1987-09-04 1988-09-05 周波数合成装置 Pending JPH01151823A (ja)

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GB8720794 1987-09-04
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EP (1) EP0306249A3 (ja)
JP (1) JPH01151823A (ja)
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