JPH0335618A - マルチル―プゲイン弱結合発振器 - 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） 本発明はマルチループゲイン弱結合発振器に関し７．′
Ｆ細には比較する二つの信号周波数にの大小に応じてル
ープゲインを切何て、同期成立を１１」めたマルチルー
プゲイン弱結合発振器に関するものである。

（従来技術） 基１（どなる極めて高粗度の周波数信号を各所に伝達し
、この信号を栽にして同様に粗度の高い信号周波数を発
生する装置として５弱結合発振器がＧする。

弱結合とは、基準信号とこれに同期させる電圧制御発振
器（ＶＣＯ）との結合度合いが小さく設定されたもので
、Ｌ記１信号の途絶や大きな乱れが直ちにＶ　ＣＯに作
出するのを防１トするための下段である。

第４図と第５図は従来の弱結合発振器のブロック図とそ
の同朋成＼ｊ！１程を示した因であり、第４図のＩは外
部基準入力信号源、２はデジタルイ０相比ＩＰＩ２器、
３はデジタルフィルタ、４はデジタル・アナログ変換器
および５は電圧制御型水晶発振器で、これらのブロック
は図示した上りに全て直列に接続され、更に」−１記電
ｒ＝制御型水晶発振器５の出力の一部がデジタル位相比
較器２のもう　一方の入力端にフィードバックされてい
る。

また、上記デジタルフィルタ２の内部はそれぞれゲイン
のｙ４なる二二つのシグナルブロセ・フサ６゜７と、こ
れらの入力と出力とを切り替えるためのスイッチ８．９
と、出力端に接続されたメモリ１０と、該メモリと１１
カ記シグナルプロセツサからの出力とを選択的に切り替
えて上記デジタル・アナログ変換器に対して出力する第
三のスイッチ１１と、デジタルフィルタ全体を制御する
マイクロプロセッサ１２とから構成されている。

そして、このように構成された弱結合発振器は次のよう
に３つのモードで動作する。

ａ）　ＰＩｌｌ　ｌ　　Ｉｎ　　Ｍｏｄｅこのモードは
電源投入時のように、ｖｃｘ。

５の出力信号周波数ｒ　ｏｕｔと外部栽準入力ｉ、τ号
源１の周波数ｆｉｎとの偏差が大きいときの動作モード
で、両者の周波数偏差をマイクロプロセッサＭ　Ｐ　Ｉ
Ｊ　ｌ　２により検出して、そのＶ　７ａが太きいとき
ゲインの大きいシグナルプロセッサ６を選択するように
Ｌ記スイッチ８と９とを制御することによって上記二つ
のイ１１弓周波数の同期成立をＦ、ｔめるよう機能する
モードである。

ｂ）Ｌｏｃｋ　　ｌ　ｎ　　Ｍｏ（ｌｅこのモードは上
記Ｆ　ｕ　ｌ　ｌ　　ｌ　ｎ　　Ｍ　Ｏ（Ｉ　ｃを経て
外部Ｊ、Ｇ　ｌ？、入力信号り、　１とＶ　ＣＸ　０５
との同期が成でｌし両者の周波数が高稍度に一致した後
に動作するモードで、同様にこのことをＭ　））［１２
により検出して、ゲインの小さいシグナルプロセッサ７
に切り替える。

この状態のときは上記シグナルプロセッサ７からの出力
信号がメモリ１０にある周期にてリフレッシュされつつ
記憶されている。

また、このとき、Ｆ記外部Ｊ、ｔ−Ｑｔ＋入力ｆ３号源
１とＶＣＸＯとの　結合は弱く、外部ＪＪ’１入力信Ｘ
）源に何らかの　降雪が発　牛しても、この影汁がＶ　
ＣＸ　Ｏ上記白ちに及ぶことがなく、極端には外部基準
入力（；）す源１の出力が途絶したとしても、しばらく
は同期成ｑ時の周波数に近い発振周波数が得られる ｃ）Ｆｒｅｅ　　Ｒ＋＋ｎ　　ＭｏｄｅこのモードはＬ
記外部Ｊ１１−準入力信号源ｌからの信号が途絶したと
きの動作モードで、デジタル位相比較器比２においてＶ
ＣＸＯ５と外部基準入力信号源１との位相差が検出でき
ないときに、Ｌ記第三のスイッチ１１を切り替えてメモ
リ１０に記憶したデータに基づいて作出した電１Ｆによ
ってｖｃｘｏを制御するようにしている第２図は以上の
各動作を説明するための図で、時間０にて電源を投入す
ると、初めのうちはゲインの大きいシグナルプロセッサ
６を選択し、ＰｕＩｎ’Ｍｏ（ｉｅとなって急速に同期
状態に近ずくが、デジタル位相比較器の出力のイ／１が
ある蛸に近ずくと、ゲインの小さいシグナルプロセッサ
７に切り替わり、１．　ｏ　ｃ　ｋ　　ｌ　ｎ　　Ｍ　
ｏ　ｄ　ｅとなり、％結合状態にて同！ｇ＋動作する。

また、１゛２にてＪ３’？発振器出力が５！にくなると
、メモリＭ　Ｉ−、Ｍからの信号を採用してＦ”　ｒ　
ｃｅ　　Ｆ＜ＩＩ　ｎ動作となって、高粕度の外部基準
入力信じ源に同期出来ないので僅か周波数の変動が生ず
ることがあるが外部基準入力信号源からの１３号が無く
なる直１１；１の：し制御信号に基づいて比較的安定な
周波数にて発振を継続することが出来る。

しかしながら、こよりな従来の弱結合発振器にあっては
位相同期系としてみたとき、上記シグナルプロセッサ６
．７及びマイクロプロセッ１２とでデジタルフィルタを
構成しており、そのゲインとカットオフ周波数の値等に
よって同期引き込み速度と同期引き込み範囲とが決定さ
れる。

そして、この二つの特性は互いに相反するもので、同期
引き込み箱間が広いと同Ｊ［ＪＩ引き込み速度が遅くな
り、また同期引き込み速度を速くすると同期引き込み範
囲が狭くなって、同１ｔＪＩ外れの危険がおおきくなる
という問題があった。

（発明の目的〉 本発明はこよつな従来の弱結合発振器の問題点に鑑みて
なされたもので、同期引き込み速没を１ａめるとともに
同期引き込み範囲を広くすることのできる弱結合発振器
を捉供することを目的としている。

（発明の概要） このために本発明においては、ゲインの異なるシグナル
プロセッサを複数そなえておき、ノ（準発振器からの信
号とＶ　ＣＸ　Ｏ出力との周波数差に対応してｎ次最適
なゲインのシグナルプロセッサに切り替えることを特徴
としている。

（実施例） 以Ｆ図面を参照しつつ本発明の実施例について詳細に説
明する６ 第１図は本発明の一実施例を示すブロック閃であり、ｌ
ｏｔ、＋０２．１０４．１０５はに２第４図の外部Ｊ！
　’１’Ｉ入力信号源、デジタル位相比較器、デジタル
アナログ変換器及びｖｃｘｏでありこの実施例では、そ
れぞれゲインの５°シなる６つのシグナルプロセッサｌ
　Ｏ６−１〜１０６−６がスイッチ１０８と１０９を介
して選択白（ににＦ、　＋ｊＬ！デジタル侍相比較櫓１
０２とデジタルアナログ変換Ｉ０４の間に仲人されてお
り、大ノノのゲインをＧ　ａｎ　Ｉ〜Ｇａ　ｉ　ｎ６と
すると、Ｇ　ａ　ｉ　ｒ＋　Ｉ　＞　Ｇ　ａｎ２＞Ｇａ
　ｉ　ｎ３＞Ｇａ　ｉ　ｎ４＞Ｇａ　ｉ　ｎ５＞Ｇ　ａ
　ｉ　ｎ　６の関係にある、。

また、第４図と同じようにスイッチ１０９の力端にはメ
そり１１０が接続されこのメモリ出力とＬ’、　＋ｉ＋
４スイッチ１０９の出力たは第一、のスイッチＩｌ＋に
より選択可能となっており、これらはマイクロプロセッ
サ１１２により：ｌＩり御されるように構成されている
。

この構成において動作を説明すると２図示を省略したル
ートによってＬ記デジタル位相比較２ｔ１０２の出力の
位相差を検出し、その大小に応して所要Ｇａ１ｎのシグ
ナルプロセッサを選択するようｌ−記スイッチ１０８，
１０９を制御する。

ｕ（１ち、電源投入時のように外部基準入力信号源１０
１とｖｃｘｏどの位相差が大きいときは、瓜もゲインが
大きいシグナルプロセッサ１０６を選択し、同１ｔ１１
引き込み範囲を拡大することによって引きΔみを容易に
する。

しかし、この状態では急速に外部〕↓準入力信弓源周波
数とｖｃｘｏの信号周波数とを一致させることが出来な
いので、　・［Ｊ同期がとれると、次には若１’Ｇａ１
ｎの小さいシグナルプロセッサ１０６−２を選りくする
よう切り替える。

シグナルプロセッサ１０６−２は、１０６に比べて同期
引き込み範囲は狭＜、ｖｃｘｏの発振周波数は外部Ｍ　
幣入力信号源の周波数により近似したものに同期される
。

次には、更にＧａ１ｎの小さいシグナルプロセッサＩ　
０６−３に切替え、より−層の同期促進をはかり、以後
順次Ｇａ１ｎの小さいシグナルプロセッサに切替得、最
終的には最もＧａ　ｉ　ｎの小さいシグナルプロセッサ
Ｉ　０６−６に切り替えて同期を保ちながら運用する。

この切替は、ＭＰＩＪ内部上記没定したしきいイメｉ（
’Ｔ″ｈ１〜ｉ’　＋１５　）と比較することによって
行なう。

第２図は第１図の弱結合発振器の動作及び特ヤｒを説明
するための連続制御モデルゴ化因である。１この図で、
θ、。は入力信Ｙ）、Ｏ０□は出力信Ｓ３．０１ｍ１　
は信相；ｊ　７’　＋　Ｑはデジタル（ｉ’７相比Ｉ咬
２：：のＪＩＪ　ｊ：ｊ　Ｖｔ、数トＶ　ＣＸ　ＯＯ）
利ｊ′を係数（１’）　ｉｒ’！　’；Ｊ　ＩｉＩ′ｉ
として表わされる比例定数、β稍分定Ｆ！ｌ（ループフ
ィルタの利１す係数）、ＰはＬ記Ｃ９１，のＷ目こ紀、
じて変化するループゲイン係数である。

この等化モデルにおいて先ず端周期イ１７相変動抑圧特
性を求めると。

θ１１／θ：　＋＃ｌ　＝　Ｌ）・ａ（Ｓ＋β）／（Ｓ
”　＋Ｐａ、＋Ｐａ（１）　　・−・　（１）と表わす
ことができ、ここで ａ　＞　＞　（３・　・　・　・　・　・　・　・　・
　・　・　（２）と設定すれば（１）式は θｏ１ｇ＋／　ｅ　＋１ｍｌ’；　Ｐ　ａ／　（Ｓ　＋
　Ｐ　ａ）　　・・（３）と近似することができる。

この式は・次のローパスフィルタの伝達関数でその遮断
周波数は ｆｃ二Ｐａ／２π・・・・・・・・・・（４）この式に
おいて、ループゲインＰは同期状態に近くなるほど小さ
くなるので、同期状態においては、ηは視することが出
来、結果的に遮断周波数は「。二ａ　／　２π・・・・
・・・・・・・　（５）となって、従来の弱結合発振器
と同様に短周期位相変動抑Ｉｆ効果がｉ′ｔられる。

次に周波数スッデブ応答について吟味する。

周波数スッデブ応芥の時定数では て＝　ｌ　／　ｒ’　ａ・・・・・・・・・・・・　（
６）と表わされ、この値は非同期１１、ｒに小さく、同
期状態に近づくにつれ徐々に大きくなる。

従って、Ｊ「同期時には同期系の収斂応答が１−＜同期
引き込み時間が従来の弱結合発振器に比べて大幅に短く
なる効果が得られる。

次に、長周期位相変動抑圧特性について考察すると、植
針定数による位相謂差応答は、ａ　Ｉ　１ｍｌ　＝　（
Ｐ　ａβ／（Ｓ”＋ＰａＳ＋１）αβ））Ｓθ、。

’＝　（Ｐａ／　（Ｓ＋ｌ’ａ））（β／（Ｓ十〇）ｌ
　Ｏ＋＋−＋・・・　（７）となり、　ｈＩ分定数によ
る効果はβ／（Ｓ−Ｍｌ）が上記的となって、従来の弱
結合発振器と同様の艮周期位相変動抑几効果が得られる
。

第３図は第１図の本発明の突施例の効果を説明するため
の特性図であり、以上数式を用いて説明したように、電
源投入から同期が成立して規定の周波数になるまでの時
間が、従来のものに比べて大幅に短縮されていることが
わかる。

以上の説明では、シグナルプロセッサを６個亜べた場合
を例示したが１本発明はこの例に限らずいかようの変形
もｉＩＩ能であって、必費に応じてシグナルプロセッサ
の数及び各Ｇａ　ｉ　ｎの設定τは自由に行なうことが
出来る。

尚、外部基準入力信号源からの信号が途絶したときにそ
の直６；ｌに発生しメモリ１１０に記憶したた制御信号
によりｖｃｘｏを駆動するように第のスイッチ１！１を
切り苦えることは、第４図にて説明したときと同様であ
る。

（発明の効果〉 本発明は以上説明したように弱結合発振器の使用同期系
におけるループゲインを、そのときの位相ずれ；ａに応
じて切韓えるようにしたので、従来のものに比べて大福
に同期に要する時間を短縮することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図。 第２図はＬ１第１図の動作を説明するための動作モデル
閃、第３因はに記実施例による同期までの特性図、第４
図は従来の弱結合発振器のブロック図、第５図は従来の
弱結合発振器の同期までの特性図である。 ｎ号の説明 １．１０１・・・外部Ｊ、％　Ｑ％入力信号源。 ２．１０２・・・デジタル位相比較器。 ３、＋０３・・・デジタルフィルタ、 ４．１０４・・・デジタルアナログ変換器、５．１０５
・・ｖｃｘｏ　＜電圧制御水晶発振器）６．７．ｌ０６
−１〜１０６〜６・・・シグナルプロセッサ、　８、＋
０８．９，１０９．１１１・・・切Ｈスイッチ、　　１
２，１１２・・・マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基準信号の周波数に電圧制御発振器の出力周波数
   を同期させた弱結合発振器において、上記基準信号と電
   圧制御発振器の出力の周波数または位相を比較してその
   差の信号を作出する位相比較器と、利得の異なる複数の
   信号処理器と、上記位相比較器から出力する位相または
   周波数差の大小に応じて上記いずれかの信号処理器を選
   択的に切り替えるスイッチ手段とを備えたことを特徴と
   するマルチループゲイン弱結合発振器。
2. （２）上記マルチループゲイン弱結合発振器には更に記
   憶手段を有し、上記基準信号が入力されないとき、それ
   以前に該記憶手段にメモリした上記電圧制御発振器に対
   する制御信号にデータに基づき駆動させたことを特徴と
   する特許請求の範囲（１）項のマルチループゲイン弱結
   合発振器。
3. （３）上記信号処理器はデジタルフィルタを含み更に、
   該デジタルフィルタは利得の異なる複数のシグナルプロ
   セッサを備え、上記位相比較器の出力信号に応じて上記
   シグナルプロセッサを選択して接続することを特徴とし
   た、特許請求の範囲第（１）項記載のマルチループゲイ
   ン弱結合発振器。