JPH01236820A - 印加信号の周波数および位相に信号周波数と位相を迅速かつ低ノイズで合わせるためのサーボ装置 - Google Patents

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】 １、発明の背景 本発明は、信号の周波数と位相を入力された信号の周波
数と位相に迅速かつノイズを低く合致させるための、い
わゆるフェーズロックループタイプの装置に関する。こ
の装置はＦＭラジオ送信機の監視電流発振器の構成やデ
ジタルデータの送信のタイミングを与えるクロック信号
の回復のために、使用されることが多い。また、地震デ
ータ送信システム等に使うこともできる。

２、従来技術 第１図と関連して詳細に説明されるように従来技術のフ
ェーズロックループは通常クォーツ発振器から成り、こ
の発振器の周波数ｆＲが参照として使用される。

発振器からの信号は、たとえば、固定又は調整可能な係
数Ｍで信号の周波数を分割する素子へ送られる。出力信
号は変調器へ入力され、ここで他の信号と混合されるが
、この他の信号の周波数は電圧制御発振器（Ｖ　ｃ　ｏ
　）等の周波数可変発振器からの信号の周波数の約数（
一定の率Ｎ）である。変調器の電圧は、第１又は第２次
のフィルターにより低周波数成分だけにした後、発振器
（Ｖ　ｃ　ｏ　）の制御入力に印加する。このタイプの
ループは、発振器（Ｖ　ｃ　ｏ　）からの信号の周波数
ｆｔを参照発振器の周波数ｆＲと比例した値に保持する
特性を有し、この比例率はＮ／Ｍに等しい。公知のごと
く、この調整又は保持の時間は、積分フィルターの時定
数に比例し、かつ、係数Ｋｖ、。でより明白に表わされ
るループの利得に反比例して、変動する。この係数は制
御発振器（Ｖｏ。）の周波数の変分とこの変分を生ぜし
めた制御電圧との間の率を決定し１ボルト当りのキロヘ
ルツ又はメガヘルツとして（ＫＨ，／Ｖ又！ｔ　Ｍ　Ｈ
＊　／　Ｖ　）表される。

この種のロックループは位相「ノイズ」をもつ特性もあ
る。位相ノイズとは、ループ設定の後に制御発振器の出
力における信号の位相に発生する変動をいう。計測した
位相ノイズは制御発振器の信号の周波数ｆ、と参照信号
の周波数の比率に通常比例しており、帰還ループ（又は
サーボループ）に配備されているフィルターの応答時間
に反比例して変動する。ループのロッキング速度はこの
応答時間に直接依存するので、ロッキング速度を高く保
ちつつかつ位相ノイズを減少させるのは、きわめて難し
い。

Ｊ　Ｐｔ１Ｏ，２４９，４２９号はフェーズロックルー
プを開示しているが、ここではｖｃ０タイプの発振器が
発信した周波数は、たがいに時定数が異なるローパスフ
ィルター２基より成るサー水回路により、調整されてい
る。選択手段により制御されるスイッチで、周波数同調
がほぼ終った時点で再び初期化した後、連続して最も早
いループを次に最も遅いループを接続するようになって
いる。

本発明による装置は、信号の周波数（および位相）を参
照発振器から印加される信号の周波数に、きわめて短い
応答時間内にかつ位相ノイズをきわめて低いレベルにお
さえて、依存させることができる。本発明の装置は、制
御発振器と帰還（又はサーボ）ループから成る。制御発
振器の発信周波数は制御電圧をかけることにより変動さ
せることができ、帰還ループは制御電圧を従動する発振
器周波数の安定化が可能となる最適値に設定するための
ものであり、このループに固有の位相ノイズと応答時間
は、比較的低いレベルであることを特徴とする。

３、発明の概要 本発明による装置は永久的に接続されている第１のサー
ボループと並行に配置されており、その構成は第１のル
ープで生ずるよりもかなり高い速度で従動発振器の発信
周波数を変動させる第２のサーボループと、従動発振器
にかかる制御電圧と最適値との間の差が一定のスレッシ
ョルド値よりも大きい間は間欠的に第２のループを閉じ
るための制御手段とから成り、第２ループは電圧記憶手
段を含む。

第１サーボループは恒久的に閉じているので、２つの異
なるループを連続して使用するとスイッチ時に生じがち
な周波数のドリフトと過渡現象を避けることができる。

第１ループの接続手段は、たとえば、振幅が電圧比較器
の電圧窓の幅よりも少なくなるように選択されている変
調信号をかけるための手段から成る。間欠的にのみ作動
される第２高速ループをもつ装置は、変調信号の振幅が
電圧比較器に設定した限度内にとどまっているかぎりは
、操作安定性を妨げずに、変調周波数帯域を低周波数側
に広げることができ第２ループを間欠的に閉じる制御手
段は、たとえば、制御電圧と参照電圧とを比較するよう
になっている電圧比較器により制御されるスイッチ手段
より成る。

従動周波数発振器は、印加された制御電圧と同じ変率で
生ずる発振器周波数の変動率が電圧を第１ループでかけ
た時よりも第２（帰還又はサーボ）ループでかけた時の
方が非常に大きくなるように、選択するのが好ましい。

本発明の上記およびその他の特徴と利点は、次に非制限
的例として挙げ添付図面を参照して説明する好ましい実
施例の記載により、−層明白となろう。

４、好ましい実施例の説明 サーボループが単一の位相又は周波数ロック装置は、た
とえば第１図に示すような装置が公知である。この公知
装置は、たとえば、ｖｃｏタイプの、制御電圧で周波数
ｆｓを変動することができる従動発振器°１と、クォー
ツ３で決められている参照周波数ｆＲで発振している参
照発振器２とから成る。２個の発振器１．２からの信号
はそれぞれ周波数分割器素子４と５へ入力されるが、こ
こで分割係数は第１の素子についてはＭｌ　第２の素子
についてはＮである。２個の分割器素子４．５からの周
波数がそれぞれｆ、／Ｎとｆ、／Ｍである信号は、変調
器６へ入力される。この信号の低周波数成分ｖ０は第−
次又は第二次のローパスフィルター７により分離されて
、従動発振器１から発信される信号の周波数ｆｓを変動
する制御電圧として働く。このループをロックした後の
この周波数ｆ、は、ｆＲＮ／Ｍと等しい。

ループの調整（又はロッキング）速度は、フィルターの
時定数と反比例しかつ下記の式で表される係数Ｋｖｏｏ
と比例して、変動する。

式中、Δｆｓは、制御電圧が一定率ΔＶｃで変動した時
の従動発振器１の周波数の変動を表す。位相ノイズは反
対に同じ時定数に比例して変動し、上記に定義した係数
ＫｖｅＯと反比例する。

このようにループの位相ノイズの低減はロッキング速度
の減少を犠牲にしなくては、達成するのが難しい。

第２図は本発明の実施例を示すが、第１図と同一の素子
については同一の参照番号１〜Ｇを付した。

変調器６からの信号は、積分時定数が比較的大きく選択
されている積分回路８へ入力される。また積益回路より
の信号ｖｃ、は、従動発振器１の第１制御人力Ｅｅｌへ
結線９経出で入力される。

従動発振器１は公知であり、たとえば（第３回）接続コ
ンデンサーＣＬＩにより「可変容量ｊタイプ１１の第１
ダイオードへ接続されている発振器回路ｌＯから成る。

制御電圧ＶＣＩは第１人力Ｅ。、を経てダイオード１１
に入力することができ、ダイオード１１は自己の容量を
かエル。第２の接続コンデンサーＣＬ２は第２ダイオー
ド１２を発振回路１０へ接続するが、この第２ダイオー
ドも「可変容量」タイプであって入力ＥＣ２にかけられ
た第２制御電圧ＶＣ２により制御される。ダイオード１
１と１２およびコンデンサＣＬＩとＣＬ２は、入力Ｅｅ
ｌと対応する係数Ｋ　ｖ　ＣＯが他方の入力ＥＣ２と対
応する係数がＫｖＣｏよりも非常に小さくなるように選
択する。これは第４及び５図の曲線グラフで表すように
入力ＥＣＩＩに印加される制御電圧と同一のステップ△
Ｖで生ずる発振周波数の偏差Δｆｔ＋は、入力Ｅｅｌを
作動した時に見られる対応偏差、ΔＦ、よりも非常に大
きいことを示している。

（第２図に示す）積分回路８の出力は、積分器８の時定
数よりも相当短い時定数をもつ第２の積分器１３へ電子
スイッチ１２を経て接続されている。積分器出力１３は
転倒形増幅器１４を経て従動発振器１の第２人力ＥＣ２
へ接続されている。

スイッチ１２は、安定した参照電圧Ｖｒ、が印加されて
いる「窓」タイプの比較器１５により駆動される。素子
１５は積分器８の出力電圧とこの参照電圧とを比較する
。この値が、参照電圧Ｖ２．を中心とする電圧領域又は
一定ではあるが可変の幅ｄｆの窓の外側にあるかぎりは
、比較器１５はスイッチ１２を閉じたままにしておく。

この値がｖｆ、の両側の高低いずれかのスレッショルド
を超えた場合は、比較器１５はスイッチ１２を開き、こ
の結果、積分器１３の出力で電圧が安定する。積分器１
３は、記憶手段としても機能する。結線９へ接続されて
いる素子１６は、外部変調電圧ＥＩＩをかけて従動発振
器１からの信号Ｖｓの周波数を変調するが、積分器８の
時定数が比較的高く、かつ、信号ｆ９の位相と周波数の
偏差ｄｆを調節可能にしている「高速」ループの態形比
較器に固有のヒステリシス効果により、この変調がロッ
キングを妨げることにはならない。

参照電圧ｖｔ１は制御電圧の値に近くなるように選択さ
れるが、このため従動発振器は安定し、低速度ループが
常時容量可変ダイオード１１（入力Ｅ。、）の容量／電
圧特性のきわめて直線的な領域で操作されることになる
。合成信号の一定の変調をうるために、素子１６が発生
する変調記号の振幅をその周波数に適合させる必要がな
くなる。実際に生じうる変調も、これによりかなり容易
になる。第２ループが最高値がＫ　ｖ　ＣＯの係数をも
つ発振器の入力ＥＣ２へ接続されているために、また、
増幅器１４が印加する利得のために、従動発振器１の制
御電圧は、ロッキング最適電圧に近くなるまで極めて急
速に上昇し、このための積分器によりの電圧が比較器１
５の「窓」の内側範囲にもどる。スイッチ１２を開き次
に比較器１５によりトリガすると、入力ＥＣ２に印加さ
れる電圧は安定化し、高速度ループは作動を停止　′す
る。制御電圧の変動を少なくして得られた周波数をロッ
キングの最適値に近くなるまで調節する動作は、最低速
ループが行う。高速ループに固有の位相ノイズは、周波
数又は位相設定の短い時限の間だけ、加えられる。設定
時間の全期間を通じ、低速ループに固有のノイズのみが
残る。

それ故、高速ロッキングと低レベルの永久的位相ノイズ
が得られることになる。

本発明の装置の特性を変更するには、たとえば下記のパ
ラメータを調整すればよい。

ｄｆ −比率　□ △ＶＣＯＬ ここで△ＶＣＯＬは最低速ループの電圧変動域であり、
ｄｆは比較器１５の「窓」の幅である。あるいは又、−
積分器８と１３各々の積分定数の比。

積分器】３に使われる積分コンデンサの漏れ電流を制限
するための構成素子は、スイッチ１２が開いている間、
記憶電圧が安定しているように、つまり、従動発振器１
を設定した後の高速ループの新しい動作を極力制限する
ように選択する。

本発明による装置は、たとえば、中央制御（ＣＣ）と録
音スタジオの間の通信を行う駆動ＦＭ）ランシーバーや
地震データ通信システムのいろいろな捕捉ボックス等に
、使用するのに適している。

従来の単一ループサーボ回路と比較すると、本発明によ
る装置は、変調範囲の低周波数側に通過帯域を拡げるこ
とが可能であり、作動周波数帯域の幅と無関係に、周波
数変調を従動発振器にかける素子の作動ポイントをきわ
めて高い精度で限定することができ、ロッキング速度を
増大できる。

本発明による装置は、デジタル送信システムにおいて、
同じ周波数と同じ位相をもつ信号をラインを経由して送
信されたデジタル信号として、より特定的にはクロック
信号として、変形するために、使うこともできる。

【図面の簡単な説明】

゛　第１図は、公知の周波数制御装置の概略図であり、
第２図は本発明による装置のブロック図である。 第３図は、発振周波数を変調するための容量性手段と連
結した従動発振器の実施例を概略図で示す。 第４図は、第２ループを経由して容量性手段にかけられ
る制御電圧の一定の変動からの発振周波数偏差を表す曲
線グラフであり、第５図は、第１ループによって駆動さ
れる容量性手段の、同様の曲線グラフである。 特許出願人　アンスティテユ　フランセデュ　ベトロー
ル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、制御電圧をかけることにより発振周波数を変えるこ
   とのできる従動発振器と、従動発振器の周波数を安定化
   するための最適値に制御電圧をもどすための第１の帰還
   ループと、永久的に閉じている該第１の帰還ループと並
   行な、かつ該第１ループにより生ずるよりも従動発振器
   の発振周波数の変動を非常に高速で変動させることので
   きる第２帰還ループと、従動発振器にかかる制御電圧と
   該最適値との間の電圧差が一定のスレッショルドよりも
   大きい間は該第２ループを間欠的に閉じているための制
   御手段とから成り、該第１ループに固有の位相ノイズと
   応答速度が比較的低く、該第２ループが電圧記憶手段を
   含むことを特徴とする、信号の周波数を参照発振器から
   印加された信号の周波数に迅速かつ低ノイズでロックす
   るための装置。 ２、振幅が該電圧差よりも小さく選択されている変調信
   号を印加するための手段を、さらに含むことを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１項又は第４項に記載の装置。 ３、該第２ループを間欠的に閉じるための該制御手段が
   、制御電圧を参照値と比較するための電圧比較器により
   制御されるスイッチ手段から成ることを特徴とする、特
   許請求の範囲第１項又は第３項に記載の装置。 ４、該従動周波数発振器が、印加制御電圧の同じ変動に
   より生ずる発振周波数の変動比が、第１ループでかけら
   れた時よりも第２帰還ループでかけられた時の方がきわ
   めて高くなるように選択されることを特徴とする、特許
   請求の範囲第３項に記載の装置。 ５、周波数が従動発振器からの信号の周波数に依存する
   信号と周波数が参照発振器からの信号の周波数に依存す
   る信号とを混合するため変調器と、該変調器からの信号
   の低周波数成分をとりさるフィルター手段とから成り、
   該従動発振器が発振周波数を変動させるための制御アセ
   ンブリーと連結する発振器回路から成り、該アセンブリ
   ーが制御電圧の一定の変動のための比較的低い周波数シ
   フトをおこすための第１容量性手段と、周波数電圧の変
   動幅が同一である時、第１の周波数シフトよりも大きな
   周波数シフトをおこすための第２の容量性手段とから成
   り、該第１ループと該第２ループが該第１容量性手段と
   該第２容量性手段とにそれぞれ接続されていることを特
   徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ６、該第１のループがフィルター手段を該第１容量性手
   段へ接続するための接続手段から成り、該第２ループの
   記憶手段がスイッチ手段を経由して該フィルター手段に
   接続されている入力と該第２の容量性手段へ接続されて
   いる出力とを具備することを特徴とする、特許請求の範
   囲第５項に記載の装置。 ７、該記憶手段が低い時定数をもつ積分回路から成るこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第６項に記載の装置。