JPH03128465A - 周波数検出回路 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ＡＦＣ（自動周波数制御）回路や、周波数
引込みループに用いられる周波数検出回路に関する。

〔発明の概要〕

この発明は、ＡＦＣ回路や周波数引込みループに用いら
れる周波数検出回路において、入力された複素信号と、
入力された複素信号に対して所定の周波数特性を持たせ
た信号の複素共役信号とを乗算し、この乗算出力から周
波数検出を行うことにより、正の角周波数とともに負の
角周波数の周波数検出を行なえるようにしたものである
。

〔従来の技術〕

ＡＦＣ（自動周波数制御）回路や周波数引込みループを
構成する場合に、人力信号の周波数を検出する周波数検
出回路が必要になる。従来のＡＦＣ回路や周波数引込み
ループでは、周波数検出回路として、クオドラチャ−検
波回路やＰＬＬ検波回路等のＦＭ検波回路が用いられて
いる。

ところが、クオドラチャ−検波回路やＰＬＬ検波回路等
のＦＭ検波回路では、周波数検出できる信号がキャリア
にのっている必要があり、検出できる周波数は、正の角
周波数の範囲又は負の角周波数の範囲の一方に限られる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、ＦＭ検波回路を用いた従来の周波数検出回
路では、正の角周波数とともに、負の角周波数が検出で
きない。すなわち、このような周波数検出回路では、検
出できる周波数の範囲Ｆｓ、は、検出できる最高周波数
をｆ、□、最低周波数をｆ　ｓｉｎ　とすると、 ｆ　ａＡｌｌ　＜　ｆ　ａｍｔ＜　ｆ　ｓａｗｆｌＩＭ
、１　　・ｆ、、３Ｉ＞０ の範囲に限られる。

このため、例えば中心周波数をＯＨｚとして、入力信号
の周波数を正負の範囲にわたって検出し、周波数が例え
ば〇七となるように追い込むような周波数引込みループ
を形成することができないという問題がある。

また、このような従来の周波数検出回路では、直流入力
（周波数〇七の入力）での出力レベルのばらつきが生じ
るという問題がある。

したがってこの発明の目的は、正の角周波数と負の角周
波数とを検出できる周波数検出回路を提供することにあ
る。

この発明の他の目的は、直流入力での出力レベルのばら
つきが生じない周波数検出回路を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、入力された複素信号と、入力された複素信
号に対して所定の周波数特性を持たせた信号の複素共役
信号とを乗算し、この乗算出力から入力された複素信号
の周波数を検出するようにしたことを特徴とする周波数
検出回路である。

〔作用〕

複素ベースバンド信号 ｅｘｐ（ｊ（ω。を十〇。）） ω。：は角周波数 θ。：初期位相 を振幅特性Ａ（ω）、位相特性−φ（ω）のフィルタに
通すと、 Ａ（ω。）・ｅｘｐ（ｊ（ω。ｔ＋θ。−φ（ω。））
）となる、このフィルタを介された信号の複素共役信号
と入力複素ベースバンド信号とを乗算すると、Ａ（ω。

）・ｅｘｐ　（ｊφ（ω。））となる。

このように、入力された複素ベースバンド信号と、この
人力された複素ベースバンド信号に対して所定の周波数
特性をもたせた信号の複素共役信号とを乗算すると、角
周波数のみの関数となる。

したがって、これにより、複素ベースバンド信号の角周
波数を求めることができる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

先ず、第１図を参照して、この発明の原理構成について
説明する。

第１図に示すように、入力端子ｌに複素ベースバンド信
号を供給し、この入力端子１からの複素ベースバンド信
号を乗算回路２に供給するとともに、 ＩＡ（ω）１　・ｅｘｐ　（−ｊφ（ω））なる特性の
フィルタ回路３、複素共役回路４を介して乗算回路２に
供給し、乗算回路２の出力を出力端子５から取り出すよ
うにする。このようにすると、出力端子５の出力から、
入力信号の周波数を検出することができる。

つまり、今、第１図において、入力端子ｌに振幅値一定
の複素ベースバンド信号Ｘ ｘ　＝ｅｘｐ　（ｊ　（ω。ｔ＋θｏ））・・・■を供
給するとする。なお、ω。は角周波数、θ。

は初期位相である。この入力端子１からの複素ベースバ
ンド信号Ｘは乗算回路２の一方の入力端子に供給される
とともに、フィルタ回路３に供給される。

入力端子ｌからの複素ベースバンド信号Ｘは、フィルタ
回路３を介されると、 Ｘ′ Ａ（（Ｊ）０　）　　Ｉ　ｅｘｐ（ｊ（ω。ｔ＋θ０−
φ（ω。）））　・・・■となる。

複素共役回路４で、フィルタ回路３の出力の複素共役が
とられ、複素共役回路４のからは、Ｉ　Ａ（ωｅ＞　Ｉ
　ｅｘｐ（−ｊ　ωｏｔ−ｊθｏ十ｊφ（ω。））・・
・■ が得られる。

乗算回路２で、入力端子１からの複素ベースバンド信号
（０式で示される）と複素共役回路４の出力（０式で示
される）とが乗算される。この乗算された信号ｙは、 ｙ＝ｌＡ（ω。）１・ｅｘｐ（ｊφ（ω。））・・・■
となる。

０式から分かるように、乗算回路２の出力ｙは、ω。と
ｙとが一対一対応しているとき、人力された複素ベース
バンド信号の角周波数ω。のみの関数となる。したがっ
て、この出力信号ｙから入力された複素ベースバンド信
号の角周波数ω。を求めることができる。

なお、上述の例では、フィルタ回路３を用いたが、フィ
ルタ回路３の代わりに、第２図に示すように、デイレイ
回路３Ａを用いるようにしても良い。デイレイ回路３Ａ
は、 Ａ（ω）　＝ｅｘｐ（−τω） で示され、振幅特性が Ａ（ω）１＝１ であり、位相特性が 一φ（ω）−τω である。このようなデイレイ回路３Ａを用いると、位相
特性が角周波数に対して直線的となる。

また、第３図に示すように、入力端子１からの複素ベー
スバンド信号を互いに特性の異なるフィルタ回路１３Ａ
及び１３Ｂに供給し、フィルタ回路１３Ｂの出力を乗算
回路１２に供給し、フィルタ回路１３Ａの出力を複素共
役回路１４を介して乗算回路１２に供給し、乗算回路工
２の出力を出力端子１５から取り出すようにしても良い
。

このようにした場合、フィルタ回路１３Ａの特性を Ｉ　Ａｌ（ω）　Ｉ　ｅｘｐ（−ｊφ、　（ω））フィ
ルタ回路１３Ｂの特性を Ａｚ（ω）　ｌ　ｅｘｐ（−ｊφ、（ω））とすると、
出力端子１５から、 １八、（ω）ＩＩＡ、（ω） ・ｅｘｐ（ｊ　（φ、（ω）−φｔ（ω）））が出力さ
れる０例えば、 Ａｌ（ω）＝ｊωバｊω＋ａ） ｌｈ（ω）＝５ωバｊω＋ｂ） とすると、出力端子１５からの出力は、ω２ ｅｘｐｃＪ（ｔａｎ−’（ａ／ω） （ｍ五７．／−ｉ耳「 −ｔａｎ−’　（ｂ／ω））） となる。この場合には、例えばフィルタ回路１３３Ａ及
び１３Ｂとして互いに時定数の異なるバイパスフィルタ
を用いれば、直流分がカットされるので、入力直流オフ
セットの問題が生じない。

次に、この発明が適用された周波数検出回路の具体的構
成について説明する。

第４図は、この発明の一実施例を示すものである。第４
図において、入力端子２１からの信号が直交検波回路２
６に供給される。直交検波回路２６は、乗算器３１Ａ及
び３１Ｂと、ローパスフィルタ３２Ａ及び３２Ｂとから
構成される。乗算器３１Ａには、入力端子３３Ａから（
２ｃｏｓ　ω、ｔ）が供給される。乗算器３１Ｂには、
入力端子３３Ｂから（−２ｓｉｎωｚｔ）が供給される
。直交検波回路２６により、入力信号が直交検波され、
Ｉ。

Ｑ信号が得られる。このＩ、Ｑ信号から入力信号の実数
部と虚数部とが得られる。つまり、入力端子２１に（ｃ
ｏｓω、１＋θ）が供給されると、（ωコ＝ω１−ωｔ
）とすると、ローパスフィルタ３２Ａからは、ｃｏｓ　
（ω、を十〇）が得られ、これが実数部とされる。また
、ローパスフィルタ２４Ｂからは、５ｉｎ（ω、ｔ＋θ
）が得られ、これが虚数部とされる。

直交検波回路２６の出力がフィルタ回路２３に供給され
るとともに、乗算回路２２に供給される。

フィルタ回路２３は、実数部フィルタ回路２３Ａと虚数
部フィルタ回路２３Ｂとから構成される。

例えば、フィルタ回路２３の振幅特性がＩＡ（ω）ｌ−
１ であり、位相特性が φ（ω）　＝　２　ｔａｎ−’　（ω／ａ）の場合、こ
れは、 Ａ（ω）＝（ｊω−ａ）／（ｊω＋８）ａ＞Ｑ で表せる。直交検波回路２６のローパスフィルタ３２Ａ
からの実数部出力がフィルタ回路２３Ａに供給され、ロ
ーパスフィルタ３２Ｂからの虚数部出力が虚数部フィル
タ回路２３Ｂに供給される。

フィルタ回路２３Ａから、実数部の出力が得られ、フィ
ルタ回路２３Ｂから虚数部の出力が得られる。フィルタ
回路２３Ｂの出力がインバータ２４を介して反転される
。これにより、フィルタ回路２３を介された出力の複素
共役が得られる。

乗算回路２２は、直交検波回路２６のローパスフィルタ
３２Ａ及び３２Ｂからの実数部及び虚数部出力と、フィ
ルタ回路２゛３及びインバータ２４を介された実数部及
び虚数部出力とを乗算するものである。この乗算回路２
２は、乗算器３３〜３６と、減算器３７及び加算器３８
とから構成される。

乗算器３３には、ローパスフィルタ３２Ａの出力と、フ
ィルタ回路２３Ａの出力が供給される。

乗算器３４には、ローパスフィルタ３２Ｂの出力と、イ
ンバータ２４の出力が供給される０乗算器３３の出力と
乗算器３４の出力とが減算器３７に供給される。

乗算器３５には、ローパスフィルタ３２Ｂの出力と、フ
ィルタ回路２３Ａの出力が供給される。

乗算器３６には、ローパスフィルタ３２Ａの出力と、イ
ンバータ２４の出力が供給される０乗算器３５の出力と
乗算器３６の出力とが加算器３８に供給される。

減算器３７から、実数部の出力が得られる。加算器３８
から虚数部の出力が得られる。減算器３７の出力及び加
算器３８の出力が角周波数検出回路２７に供給される。

角周波数検出回路２７で、乗算器２２の出力から、周波
数が求められる。

なお、フィルタ回路２３の代わりに、デイレイ回路を用
いるようしても良い、デイレイ回路を用いると、完全に
直線的な出力を得ることができる。

第５図は、この発明の他の実施例である。第４図に示す
構成では、実数部及び虚数部とを求めて周波数検出を行
うようにしている。この場合には、−π≦φ（ω）≦π
の範囲で、直線的な出力が得られる。特に、フィルタ回
路２３の代わりに、デイレイ回路を用いると、完全に直
線的な出力となる。

しかしながら、このような構成では、実数部及び虚数部
とを用いて周波数検出を行うので、回路構成が複雑化す
る。

第５図に示す実施例は、虚数部のみの出力を用いて周波
数検出を行うことにより、回路構成の簡単化がはかられ
ている。

第５図において、入力端子４１からの信号が直交検波回
路４６に供給される。直交検波回路４６は、乗算器５１
Ａ及び５１Ｂと、ローパスフィルタ５２Ａ及び５２Ｂと
から構成される０乗算器５ＩＡには、入力端子５３Ａか
ら（２ｃｏｓ　ｍｅｔ）が供給される０乗算器５１Ｂに
は、入力端子５３Ｂから（２ｓｉｎωｄ）が供給される
。直交検波回路４６により、入力信号が直交検波され、
Ｉ、　Ｑ信号が得られる。このＩ、Ｑ信号が実数部と虚
数部とにされる。

直交検波回路４６の出力がフィルタ回路４３に供給され
るとともに、乗算回路４２に供給される。

フィルタ回路４３は、実数部フィルタ回路４３Ａと虚数
部フィルタ回路４３Ｂとから構成される。

ローパスフィルタ５２Ａからの実数部出力がフィルタ回
路４３Ａに供給され、ローパスフィルタ５２Ｂからの虚
数部出力が虚数部フィルタ回路４３Ｂに供給される。

フィルタ回路４３Ａから、実数部の出力が得られ、フィ
ルタ回路４３Ｂから虚数部の出力が得られる。フィルタ
回路４３の出力が乗算回路４２にら供給される。

乗算回路４２は、直交検波回路４６のローパスフィルタ
５２Ａ及び５２Ｂからの実数部及び虚数部出力と、フィ
ルタ回路４３の実数部及び虚数部出力とを、虚数部につ
いてのみ求める乗算出力を得る構成とされる。なお、減
算器５５を用いることで、フィルタ回路４３の出力の複
素共役が得られる。この乗算回路４２は、乗算器５３及
び５４と、減算器５５とから構成される。

乗算器５３には、ローパスフィルタ５２Ａの出力と、フ
ィルタ回路４３Ｂの出力が供給される。

乗算器５４には、ローパスフィルタ５２Ｂの出力と、フ
ィルタ回路４３Ａの出力が供給される。乗算器５３の出
力と乗算器５４の出力とが減算器５５に供給される。

減算器５５から、虚数部の出力が得られる。この出力が
出力端子５６から出力される。この虚数部の出力を用い
て、周波数が検出される。

例えば、フィルタ回路４３の振幅特性がＡ（ω）１＝１ であり、位相特性が φ（ω）＝　２ｊａｎ−’　（ω／ａ）であるとすると
、出力端子５６の出力は、ｌｌ１（ＩＡ（（Ｊ）Ｏ）　
　ｌ　・ｅｘｐ（ｊ２ｔａｎ−’　（ωｏ／ａ）））＝
ｓｉｎ　　（２ｔａｎ−’　　（ωｏ／ａ））となる。

これを、グラフで表すと、第６図に示すようになる。第
６図に示すように、 −ａ＜ωｏ＜ａ の範囲では、略直線的な出力を得ることができる。

この発明は、単一周波数の信号ばかりでなく、帯域を持
った信号の場合にも適用することができる。

第７図に示すように、入力端子５１からの複素人力信号
と、τ遅延回路５３、複素共役回路５４を介された複素
人力信号とを乗算回路５２で乗算し、乗算回路の出力の
平均値を平均値回路５５で求め、虚部回路５６でこの平
均化回路５５の出力の虚数部をとり、出力端子５７から
出力させる。

このようにすると、帯域を持つ複素人力信号の周波数が
検出できる。

つまり、入力端子５１からの複素数入力信号Ｓ。

を、 Ｓ＋　−ｘ　（ｔ　）・・・■ とする、この入力信号ｘ　（ｔ）を、τ遅延回路５３で
てだけ遅延させると、τ遅延回路５３の出力は、 ｘ（を−τ）・・・＠ となる、このτ遅延回路５３の出力の複素共役を複素共
役回路５４で求めると、 ｘ（ｔ−τ）・・・＠ となる。この複素共役回路５４の出力と、入力端子５１
からの入力信号Ｓ、とを乗算回路５２で乗算すると、そ
の乗算出力は、 ｘ　（Ｌ）　　・ｘ（を−τ）・・・Ｏとなる。

乗算回路５２の出力の平均値を平均化回路５５で求める
と、 Ｅ　（ｘ（ｔ）ｘ（ｔ−τ））・・・■となり、虚部回
路５６で平均値出力の虚部をとると、 ｓａ＝−ｃｍ（Ｅ　（〒（ｔ）・ｘ　（ｔ　−ｒ））　
）　・・・＠）となる。

以上の各信号を時間領域から周波数領域に書き直す。入
力信号ＳＩを Ｓ、　＝Ｘ　（ω）・・・■′ とする、ここで入力信号Ｘ（ω）は、帯域を持った信号
である。この入力信号Ｘ（ω）をτ遅延させると、 Ｘ（ω）・ｅ−１１・・・＠′ となる、そして、このτ遅延させた入力信号の複素共役
をとると、 Ｙ（−ω）・ｅ−Ｊｔａ・・・■′ となる。

入力信号と、τ遅延させて複素共役をとった入力信号と
を乗算させると、時間軸上の乗算は周波数軸上のたたみ
込み積分になるので、乗算した信号は、 となる。

この乗算出力の平均値をとると、 となり、この平均値の虚数部をとると、となる。

これは、入力信号のスペクトラム（ＩＸ（ω）１りに、
（ｓｉｎτω）で周波数軸上の重み付けをし、これを積
分したことになる。すなわち、例えば第８図Ａに示すよ
うな成分の入力信号スペクトラム（ＩＸ（ω）１２）に
、第８図Ｂに示すような（ｓｌｎτω）で周波数軸上の
重み付けがなされる。このように重み付けすると、第８
図Ｃに示すような周波数軸上の成分となる。これを積分
すると、第８図りに示すように、入力信号の周波数の正
負のかたよりに応じた信号が検出される。

なお、上述の実施例では、平均値回路５５の後段に虚部
回路５６を設けているが、虚部回路５６の後段に平均値
回路５５を設けるようにしても良い。

〔発明の効果〕

この発明によれば、正の角周波数と負の角周波数とが検
出できる。

また、この発明によれば、周波数ＯＨｚでの出力レベル
のばらつきが生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はこの発明の原理説明に用いるブロック
図、第４図はこの発明の一実施例のブロック図、第５図
はこの発明の他の実施例のブロック図、第６図はこの発
明の他の実施例の説明に用いるグラフ、第７図はこの発
明の更に他の実施例のブロック図、第８図はこの発明の
更に他の実施例の説明に用いるグラフである。 図面における主要な符号の説明 １：入力端子、２：乗算回路。 ３：フィルタ回路、４：複素共役回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　入力された複素信号と、上記入力された複素信号に対
   して所定の周波数特性を持たせた信号の複素共役信号と
   を乗算し、上記乗算出力から上記入力された複素信号の
   周波数を検出するようにしたことを特徴とする周波数検
   出回路。