JPH04324716A - frequency synthesizer - Google Patents

frequency synthesizer

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JPH04324716A
JPH04324716A JP3119034A JP11903491A JPH04324716A JP H04324716 A JPH04324716 A JP H04324716A JP 3119034 A JP3119034 A JP 3119034A JP 11903491 A JP11903491 A JP 11903491A JP H04324716 A JPH04324716 A JP H04324716A
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JP
Japan
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phase
outputs
signal
frequency
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JP3119034A
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Akira Toyomane
明 豊間根
Kenzo Urabe
健三 占部
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Kokusai Denki Electric Inc
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Kokusai Electric Co Ltd
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  • 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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、出力周波数を任意に可
変設定できる機能を有し、周波数切替時間の高速化が可
能な、位相同期ループ(PLL:Phase Lock
ed Loop)構成を用いた周波数シンセサイザの改
良に関するものである。
[Industrial Application Field] The present invention is a phase locked loop (PLL) which has a function of arbitrarily variably setting the output frequency and can speed up frequency switching time.
This invention relates to an improvement of a frequency synthesizer using an ed Loop configuration.

【0002】0002

【従来の技術】出力周波数を任意に可変設定することの
できる位相同期ループ(PLL)構成を用いた周波数シ
ンセサイザとして、従来は、電圧制御発振器(VCO:
Voltage Controlled Oscill
ator)の出力を可変分周器を用いて分周した帰還信
号と、周波数が一定の基準信号とを位相比較器に入力し
、その位相比較器の出力をループフィルタを介してVC
Oに帰還するという構成が広く応用されている。図7は
このような従来の構成例図である。図中、201はVC
O、202は分周器、203は基準発振器(OSC)、
204は位相比較器、205はループフィルタである。
2. Description of the Related Art Conventionally, a voltage controlled oscillator (VCO) is used as a frequency synthesizer using a phase-locked loop (PLL) configuration that allows the output frequency to be arbitrarily set variably.
Voltage Controlled Oscill
A feedback signal obtained by frequency-dividing the output of ator) using a variable frequency divider and a reference signal with a constant frequency are input to a phase comparator, and the output of the phase comparator is passed through a loop filter to VC.
A configuration in which the light returns to O is widely used. FIG. 7 is a diagram showing an example of such a conventional configuration. In the figure, 201 is a VC
O, 202 is a frequency divider, 203 is a reference oscillator (OSC),
204 is a phase comparator, and 205 is a loop filter.

【0003】0003

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、位相比較器204は一般に基準信号と帰
還信号との乗算処理を行うように構成されており、位相
比較器204の出力の低周波成分に位相誤差情報が含ま
れているため、不要な高調波を十分に抑圧して除去する
ためのループフィルタ205が不可欠である。ところが
、周波数シンセサイザの周波数切替時間はループフィル
タ205の時定数に依存しており、また、周波数シンセ
サイザ出力のS/N(信号対雑音電力比)を一定値以上
に確保するためにはループフィルタ205の時定数を大
きく設定する必要がある。
However, in the conventional configuration described above, the phase comparator 204 is generally configured to perform multiplication processing by the reference signal and the feedback signal, and the low frequency output of the phase comparator 204 is Since the components include phase error information, a loop filter 205 is essential to sufficiently suppress and remove unnecessary harmonics. However, the frequency switching time of the frequency synthesizer depends on the time constant of the loop filter 205, and in order to ensure that the S/N (signal-to-noise power ratio) of the frequency synthesizer output is above a certain value, the loop filter 205 is It is necessary to set a large time constant.

【0004】以上のように、従来の構成では、不要な高
調波を除去することによるS/Nの向上と周波数切替時
間の高速化とは互いに相反関係にあるため、両者を同時
に満足させることができないという不具合が生ずる。こ
の不具合を救済するため、図7の構成において、周波数
切替時の引込み動作と引込み後の定常動作とで、ループ
フィルタ205の時定数を小さい値(高速引込み)から
大きい値(高S/N)へ切替える方法も考案されている
。しかしこの方法では、ループフィルタ205の切替時
に発生するVCO201の入力電圧の変動による周波数
ゆらぎによって位相比較器204の出力値が変動し、結
局、長い時間の過渡応答が生じてしまう。このため、周
波数切替時点でのループフィルタの出力変動の抑圧や位
相比較器の出力値の一時記憶保持などの対策が別途必要
となり回路規模が大きくなるという問題点がある。本発
明の目的は、前記従来の構成における周波数切替時間の
高速化と、高S/N化の相反関係の問題を回避するとと
もに、小形化,IC化に適する周波数シンセサイザを提
供することにある。
As described above, in the conventional configuration, improving the S/N by removing unnecessary harmonics and speeding up the frequency switching time are contradictory to each other, so it is impossible to satisfy both at the same time. The problem arises that it cannot be done. In order to remedy this problem, in the configuration shown in FIG. 7, the time constant of the loop filter 205 is changed from a small value (high-speed pull-in) to a large value (high S/N) for the pull-in operation during frequency switching and the steady operation after the pull-in. A method has also been devised to switch to However, in this method, the output value of the phase comparator 204 fluctuates due to frequency fluctuations caused by fluctuations in the input voltage of the VCO 201 that occur when the loop filter 205 is switched, resulting in a long-time transient response. Therefore, additional countermeasures such as suppressing fluctuations in the output of the loop filter at the time of frequency switching and temporarily storing the output value of the phase comparator are required, resulting in a problem that the circuit scale increases. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to avoid the problem of the contradictory relationship between speeding up the frequency switching time and increasing the S/N ratio in the conventional configuration, and to provide a frequency synthesizer that is suitable for miniaturization and integration into an IC.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の周波数シンセサ
イザは、制御電圧に従って出力周波数を任意に可変設定
できる電圧制御発振器を備えた位相同期ループ構成の周
波数シンセサイザにおいて、基準クロックを出力する基
準発振器と、該基準発振器からの基準クロックを一方の
入力とし、他方の入力端に与えられる開ループ/閉ルー
プ切替信号により閉ループ動作時には該基準クロックを
出力し開ループ動作時には基準クロックの出力を停止す
る第1のANDゲート回路と、該基準クロックを分周し
基準位相信号ψを生成出力するカウンタと、前記電圧制
御発振器の出力周波数を1/P(P≧1)に分周して分
周クロックを出力する固定分周器と、該分周クロックを
一方の入力とし、他方の入力端に与えられる前記開ルー
プ/閉ループ切替信号により閉ループ動作時には該分周
クロックを出力し開ループ動作時には該分周クロックの
出力を停止する第2のANDゲート回路と、該第2のA
NDゲート回路の出力クロックのタイミングに従って所
定の位相増加ステップ値を積算した位相積算出力の2π
ラジアンを法とする値を帰還位相信号φとして出力する
数値制御発振器と、前記基準位相信号ψと前記帰還位相
信号φとを式ε=[{(ψ−φ)+3π}mod2π]
−π(但し、{・}mod2πは2πラジアンで除した
ときの剰余)により演算しその出力範囲が(−π〜π)
ラジアンの位相誤差信号εを出力する位相比較回路と、
該位相誤差信号εを平均化した位相誤差平均値外1を前
記開ループ/閉ループ切替信号により開ループ動作開始
後の所定の時間帯で出力する平均化回路と、前記位相誤
差信号εと位相誤差平均値外1とを入力し前記開ループ
/閉ループ切替信号により閉ループ動作中は位相誤差信
号εを開ループ動作中は位相誤差平均値外1を切替出力
する切替器と、該切替器の出力をアナログ値に変換する
D/A変換器と、該D/A変換器の出力に含まれる量子
化雑音成分を除去した出力を前記電圧制御発振器の前記
制御電圧として与える低域ろ波器とを備えたことを特徴
とする。
[Means for Solving the Problems] The frequency synthesizer of the present invention has a phase-locked loop configuration and includes a voltage-controlled oscillator whose output frequency can be arbitrarily set in accordance with a control voltage. , the reference clock from the reference oscillator is input to one side, and the output of the reference clock is output during closed-loop operation, and the output of the reference clock is stopped during open-loop operation, according to an open-loop/closed-loop switching signal applied to the other input terminal. an AND gate circuit, a counter that divides the frequency of the reference clock and generates and outputs a reference phase signal ψ, and divides the output frequency of the voltage controlled oscillator by 1/P (P≧1) and outputs the divided clock. A fixed frequency divider that takes the frequency divided clock as one input, and outputs the frequency divided clock during closed loop operation according to the open loop/closed loop switching signal given to the other input terminal, and outputs the frequency divided clock during open loop operation. a second AND gate circuit that stops the output of the second A;
2π of the phase integration output obtained by integrating the predetermined phase increase step value according to the timing of the output clock of the ND gate circuit
A numerically controlled oscillator outputs a value modulo radian as a feedback phase signal φ, and the reference phase signal ψ and the feedback phase signal φ are expressed by the formula ε=[{(ψ−φ)+3π}mod2π]
-π (however, {・}mod2π is the remainder when divided by 2π radians), and the output range is (-π to π)
a phase comparator circuit that outputs a phase error signal ε in radians;
an averaging circuit that averages the phase error signal ε and outputs the phase error average value 1 outside the average value in a predetermined time period after the start of the open loop operation according to the open loop/closed loop switching signal; A switch that inputs the average value outside the average value 1 and outputs the phase error signal ε during closed loop operation and outputs the phase error outside the average value 1 during the open loop operation according to the open loop/closed loop switching signal; A D/A converter that converts the output into an analog value, and a low-pass filter that provides an output obtained by removing quantization noise components contained in the output of the D/A converter as the control voltage of the voltage controlled oscillator. It is characterized by:

【0006】[0006]

【実施例】〔構成〕図1は、本発明の第1の実施例を示
す一構成例図である。図において、1は基準発振器であ
り基準クロックを出力する。2はANDゲート回路であ
り、前記基準クロックを一方の入力とし、他方の入力端
に供給される開ループ/閉ループ切替信号により、閉ル
ープ動作時には基準クロックを出力し、開ループ動作時
には基準クロックの出力を停止する。3はカウンタであ
り、前記ANDゲート回路2からの基準クロックを分周
することにより、基準位相信号ψを生成して出力する。
Embodiment [Configuration] FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a first embodiment of the present invention. In the figure, reference oscillator 1 outputs a reference clock. 2 is an AND gate circuit, which takes the reference clock as one input and outputs the reference clock during closed loop operation and outputs the reference clock during open loop operation according to the open loop/closed loop switching signal supplied to the other input terminal. stop. 3 is a counter, which divides the frequency of the reference clock from the AND gate circuit 2 to generate and output a reference phase signal ψ.

【0007】4は電圧制御発振器(VCO:Volta
ge Controlled Oscillator)
であり、外部から与えられる制御電圧に従った発振周波
数f0 を出力する。5は固定分周器であり、前記VC
O4の出力周波数f0 を1/P(P≧1)に固定分周
し、fCLK (=f0 /P)を出力する。6は2と
同様のANDゲート回路であり、前記固定分周器5の出
力であるfCLK を一方の入力とし、他方の入力端に
与えられる前記開ループ/閉ループ切替信号により、閉
ループ動作時にはfCLK を出力し、開ループ動作時
にはfCLK の出力を停止する。
4 is a voltage controlled oscillator (VCO: Volta
ge Controlled Oscillator)
and outputs an oscillation frequency f0 according to an externally applied control voltage. 5 is a fixed frequency divider, and the VC
The output frequency f0 of O4 is fixedly divided to 1/P (P≧1), and fCLK (=f0/P) is output. 6 is an AND gate circuit similar to 2, which takes fCLK which is the output of the fixed frequency divider 5 as one input, and uses the open loop/closed loop switching signal given to the other input terminal to switch fCLK during closed loop operation. fCLK output, and stops fCLK output during open-loop operation.

【0008】7は数値制御発振器(NCO:Numer
ical Controlled Oscillato
r)であり、ANDゲート回路6の出力fCLK のタ
イミングに従って外部から設定される位相増加ステップ
値(ディジタル値)Δφを積算し、帰還位相信号φ(0
≦φ≦2π、φはディジタル値)を出力する。このNC
O7は加算器とレジスタとで容易に構成することができ
る。
7 is a numerically controlled oscillator (NCO).
ical Controlled Oscillato
r), and the phase increase step value (digital value) Δφ set externally according to the timing of the output fCLK of the AND gate circuit 6 is integrated, and the feedback phase signal φ(0
≦φ≦2π, φ is a digital value). This NC
O7 can be easily configured with an adder and a register.

【0009】8は位相比較回路であり、前記カウンタ3
からの基準位相信号ψを一方の入力(加算値)とし、前
記NCO7からの帰還位相信号φを他方の入力(減算値
)として加算演算を行い、次の(1)式に従って演算さ
れた位相誤差信号ε(−π≦ε≦π)を出力する。
8 is a phase comparator circuit, and the counter 3
An addition operation is performed using the reference phase signal ψ from the NCO 7 as one input (addition value) and the feedback phase signal φ from the NCO 7 as the other input (subtraction value), and the phase error is calculated according to the following equation (1). A signal ε (−π≦ε≦π) is output.

【数1】     ε=[{(ψ−φ)+3π}mod2π]−π
        ……………(1)(但し、{・}mo
d2πは2πラジアンで除したときの剰余) この位相比較回路8は加算器で容易に構成することがで
きる。
[Equation 1] ε=[{(ψ−φ)+3π}mod2π]−π
……………(1) (However, {・}mo
(d2π is the remainder when divided by 2π radians) This phase comparator circuit 8 can be easily constructed using an adder.

【0010】9は平均化回路であり、前記開ループ/閉
ループ切替信号に従って、位相比較回路8からの位相誤
差信号εを平均化し、開ループ動作開始後の所定の時間
帯で位相誤差平均値外1を出力する。この平均化回路9
は加算器とレジスタとで容易に構成することができる。
Reference numeral 9 denotes an averaging circuit, which averages the phase error signal ε from the phase comparator circuit 8 in accordance with the open loop/closed loop switching signal, and detects a phase error outside the average value in a predetermined time period after the start of the open loop operation. Outputs 1. This averaging circuit 9
can be easily configured with adders and registers.

【0011】図3は上記平均化回路8の一構成例図であ
る。図において、101は位相誤差信号εを一方の入力
とし、後述のレジスタ102より帰還される値を他方の
入力として加算演算を行い、その結果を出力する加算器
である。102は加算器101の出力を一時記憶してお
き、外部より供給されるタイミングに従って出力するレ
ジスタである。レジスタ102の出力は加算器101へ
帰還される。以上の構成により、加算器101によるε
の積算回数を2m 回とし、得られた積算値をmビット
だけ桁落としした値、即ち2−m倍の値を平均値(位相
誤差平均出力)外1とすることにより、2m 個のサン
プルの平均動作を得ることができる。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the structure of the above-mentioned averaging circuit 8. In the figure, reference numeral 101 denotes an adder that performs an addition operation using a phase error signal ε as one input and a value fed back from a register 102 (described later) as the other input, and outputs the result. 102 is a register that temporarily stores the output of the adder 101 and outputs it according to timing supplied from the outside. The output of register 102 is fed back to adder 101. With the above configuration, ε by the adder 101
The number of times of integration is 2m times, and the value obtained by dropping m bits from the obtained integrated value, that is, the value multiplied by 2-m, is set as 1 outside the average value (phase error average output). Average behavior can be obtained.

【0012】再び図1に戻って、10は切替器であり、
位相比較回路8からの位相誤差信号εと平均化回路9か
らの位相誤差平均値外1とを入力し、前記開ループ/閉
ループ切替信号に従って、閉ループ動作中は位相誤差信
号εを出力し、開ループ動作中は位相誤差平均値外1を
出力する。11はD/A変換器であり、切替器10の出
力ディジタル値をアナログ値に変換する。12は低域ろ
波器(LPF:Low Pass Filter)であ
り、D/A変換器11の出力に含まれる量子化雑音成分
を除去して前記VCO4の制御電圧入力とする。
Returning to FIG. 1 again, 10 is a switch;
The phase error signal ε from the phase comparison circuit 8 and the phase error average value outside 1 from the averaging circuit 9 are input, and according to the open loop/closed loop switching signal, the phase error signal ε is output during closed loop operation, and the phase error signal ε is output when the loop is open. During loop operation, a value of 1 outside the average phase error value is output. 11 is a D/A converter, which converts the output digital value of the switch 10 into an analog value. A low pass filter (LPF) 12 removes quantization noise components contained in the output of the D/A converter 11 and inputs the control voltage to the VCO 4.

【0013】次に、図2は本発明による第2の実施例を
示す構成例図である。図2の構成例における全ての構成
要素は、図1の構成要素1〜12と全く同一であって、
ただANDゲート回路2及び6の入力が、それぞれ固定
分周器5及び基準発振器1の出力に接続されていること
のみが、図1の第1の実施例の場合と異なっている。
Next, FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a second embodiment of the present invention. All the components in the configuration example of FIG. 2 are exactly the same as components 1 to 12 of FIG.
The only difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that the inputs of AND gate circuits 2 and 6 are connected to the outputs of fixed frequency divider 5 and reference oscillator 1, respectively.

【0014】〔作用〕図1及び図3の本発明の第1の実
施例についてその作用を図4,図5及び図6を用いて次
に説明する。図4(A),(B)及び(C)は、閉ルー
プ動作時の帰還位相信号φ,基準位相信号ψ,位相誤差
信号εの動作例を示すタイムチャートである。まず、図
4により、閉ループ動作時における同期引込みの作用を
説明する。今、時刻0においてNCO7の出力をφ=0
とする。以降NCO7は固定分周器5の出力信号fCL
K の1周期毎(1/fCLK )に位相増加ステップ
値Δφの積算を続け、その積算によるNCO7の出力は
、図4(A)に示すようにΔφのステップで階段状に上
昇する。次に時刻t1 に至りφの値が2π以上に到達
すると、2π値を超えて破線で示した仮の積算値から2
πを差し引いた値に下降し、再びΔφのステップで上昇
してゆく。時刻t1 以降は時刻0以降と同様の動作を
繰り返し、鋸歯状波形の帰還位相信号φを得る。一方、
基準位相信号ψは、基準発振器1の出力をカウンタ3に
より積算カウントした数値で与えられるので、図4(B
)に示すように、φと同様の鋸歯状波形となる。
[Operation] The operation of the first embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 and 3 will be explained below with reference to FIGS. 4, 5, and 6. FIGS. 4A, 4B, and 4C are time charts showing operation examples of the feedback phase signal φ, reference phase signal ψ, and phase error signal ε during closed loop operation. First, the effect of synchronous pull-in during closed loop operation will be explained with reference to FIG. Now, at time 0, the output of NCO7 is φ=0
shall be. Thereafter, NCO7 is the output signal fCL of fixed frequency divider 5.
The phase increase step value Δφ continues to be integrated every cycle of K (1/fCLK), and the output of the NCO 7 due to the integration increases stepwise in steps of Δφ, as shown in FIG. 4(A). Next, at time t1, when the value of φ reaches 2π or more, it exceeds the 2π value and changes from the provisional integrated value shown by the broken line to 2
The value decreases to the value obtained by subtracting π, and then increases again in steps of Δφ. After time t1, the same operation as after time 0 is repeated to obtain a feedback phase signal φ having a sawtooth waveform. on the other hand,
Since the reference phase signal ψ is given as a numerical value obtained by integrating the output of the reference oscillator 1 with the counter 3, it is shown in FIG.
), it becomes a sawtooth waveform similar to φ.

【0015】さて、今、図4に示すように、帰還位相信
号φが基準位相信号ψに対して進み位相である場合を考
える。このとき、図4(C)の破線に示す基準位相信号
ψと帰還位相信号φの単純な数値上の差(ψ−φ)には
、基準位相信号が2πから0に変換する度に−2πの位
相ジャンプが生ずる。この位相ジャンプは(1)式に基
づく演算により補正され、図4(C)の実線で示すよう
な位相誤差信号εが得られる。
Now, consider the case where the feedback phase signal φ is in a leading phase with respect to the reference phase signal φ, as shown in FIG. At this time, the simple numerical difference (ψ-φ) between the reference phase signal ψ and the feedback phase signal φ shown by the broken line in FIG. A phase jump occurs. This phase jump is corrected by calculation based on equation (1), and a phase error signal ε as shown by the solid line in FIG. 4(C) is obtained.

【0016】以上から、本発明による構成では、閉ルー
プ動作による同期引込みにおいて、上記基準位相信号ψ
と帰還位相信号φが直接的な位相情報であり、位相誤差
信号εに真の位相誤差が得られるため、理論上は位相誤
差信号εに高調波成分を含むことがなく、従来の構成に
必要であった高調波成分抑圧のためのループフィルタは
本質的に不要となることが分かる。このため、従来の構
成において、周波数切替時間が長くなる要因であったル
ープフィルタの時定数は、本発明においては小さい値に
設定することができるので周波数の高速切替が可能とな
る。位相誤差信号εは、D/A変換器11によってアナ
ログ値に変換され、LPF12による量子化雑音成分の
除去後、VCO4の制御電圧入力として帰還される。こ
の負帰還ループの構成により希望する出力周波数f0 
を得ることができる。
From the above, in the configuration according to the present invention, in synchronous pull-in by closed loop operation, the reference phase signal ψ
and the feedback phase signal φ are direct phase information, and the true phase error can be obtained in the phase error signal ε.Theoretically, the phase error signal ε does not contain harmonic components, which is necessary for the conventional configuration. It can be seen that the loop filter for suppressing harmonic components is essentially unnecessary. Therefore, the time constant of the loop filter, which was a factor in increasing the frequency switching time in the conventional configuration, can be set to a small value in the present invention, thereby enabling high-speed frequency switching. The phase error signal ε is converted into an analog value by the D/A converter 11, and after the quantization noise component is removed by the LPF 12, it is fed back as a control voltage input to the VCO 4. The desired output frequency f0 is determined by the configuration of this negative feedback loop.
can be obtained.

【0017】ここで、出力周波数f0 とNCO7の位
相増加ステップ値Δφとの関係を導出してみる。まず、
カウンタ3の入力である基準クロックをfc とし、カ
ウンタ3の分周数をNとすると図4(B)における周期
Tc は次の(2)式で表される。
Here, the relationship between the output frequency f0 and the phase increase step value Δφ of the NCO 7 will be derived. first,
When the reference clock input to the counter 3 is fc and the frequency division number of the counter 3 is N, the period Tc in FIG. 4(B) is expressed by the following equation (2).

【数2】 また、NCO7の周期TNCO は次の(3)式で与え
られる。
##EQU00002## Also, the period TNCO of the NCO 7 is given by the following equation (3).

【数3】   基準位相信号の周期Tc と帰還位相信号の周期T
NCO は、位相同期状態ではTc =TNCO であ
るので(2)式,(3)式より次の(4)式が得られる
[Equation 3] Period Tc of the reference phase signal and period T of the feedback phase signal
Since NCO is Tc=TNCO in the phase synchronization state, the following equation (4) is obtained from equations (2) and (3).

【数4】 また、固定分周器5の出力クロックfCLK は次の(
5)式で示される。
[Equation 4] Furthermore, the output clock fCLK of the fixed frequency divider 5 is as follows (
5) It is shown by the formula.

【数5】   従って(4)式,(5)式より、出力周波数f0 
は次の(6)式で表すことができる。
[Equation 5] Therefore, from equations (4) and (5), the output frequency f0
can be expressed by the following equation (6).

【数6】   (6)式より、P,N,fc を一定とすると、出
力周波数f0はΔφに逆比例する関係で一意に決定でき
ることが分かる。
[Formula 6] From equation (6), it can be seen that if P, N, and fc are constant, the output frequency f0 can be uniquely determined in a relationship that is inversely proportional to Δφ.

【0018】次に、図5は本発明の構成における周波数
切替動作のフローチャートである。図において、動作開
始(START)後、まず、ステップ1において(6)
式の関係に基づきΔφを設定することにより出力周波数
を設定し、ステップ2の閉ループ動作に入る。該閉ルー
プ動作によりステップ3で同期引込み後、ステップ4に
入り平均化回路9により位相誤差信号εの平均化動作を
行い平均値外1を得た時点で、ステップ5において外1
を保持値とする制御電圧で開ループ動作に入る。
Next, FIG. 5 is a flowchart of frequency switching operation in the configuration of the present invention. In the figure, after the start of operation (START), first in step 1 (6)
The output frequency is set by setting Δφ based on the relationship in the equation, and the closed loop operation of step 2 is entered. After locking in synchronization in step 3 through the closed loop operation, the process enters step 4, where the averaging circuit 9 averages the phase error signal ε, and when the average value 1 is obtained, the average value 1 is obtained.
Open-loop operation is entered with a control voltage that is the holding value.

【0019】以上の一連の動作を、更に図6を用いて説
明する。図6は、図5に示したフローチャートに基づく
周波数切替動作のタイムチャートである。図中上段はV
CO4の出力周波数、中段はANDゲート回路2及び6
、平均化回路9及び切替器10に入力される開ループ/
閉ループ切替信号、下段は平均化回路9の積算出力を、
それぞれ示している。図において、出力周波数をf1 
からf2 へ切替える場合を考える。このとき、図5の
ステップ1からステップ3へ到るプロセスで、VCO4
の出力周波数は閉ループ動作によりf1 からf2 へ
変化する。次に、同期引込みが終了した時点から、ステ
ップ4においてまず平均化回路9の出力がリセットされ
、ただちに平均化(積算)処理が開始される。ステップ
5では開ループ動作に切替わり、D/A変換器11及び
LPF12には平均化回路出力外1が供給される。外1
は開ループ動作中一定値となるので安定した出力周波数
が得られる。また、開ループ動作中は、ANDゲート回
路2及び6により、カウンタ3及びNCO7に供給する
基準クロック及び固定分周器5の出力fCLK をそれ
ぞれ停止することによって、基準位相信号ψ及び帰還位
相信号φを保持し、ψ及びφの位相すべりを防止する。 これにより、次の閉ループ動作開始時の位相誤差信号ε
が前回の閉ループ動作の最終値に保持され、次のチャネ
ル切替えによる同期引込みが高速で行なえる。
The above series of operations will be further explained using FIG. 6. FIG. 6 is a time chart of the frequency switching operation based on the flowchart shown in FIG. The upper part of the figure is V
CO4 output frequency, middle stage is AND gate circuit 2 and 6
, the open loop input to the averaging circuit 9 and the switching device 10/
The closed loop switching signal, the bottom row is the integrated output of the averaging circuit 9,
are shown respectively. In the figure, the output frequency is f1
Consider the case of switching from f2 to f2. At this time, in the process from step 1 to step 3 in FIG.
The output frequency of changes from f1 to f2 due to closed-loop operation. Next, from the time when the synchronization pull-in is completed, the output of the averaging circuit 9 is first reset in step 4, and the averaging (integration) process is immediately started. In step 5, the operation is switched to open loop operation, and the averaging circuit output 1 is supplied to the D/A converter 11 and LPF 12. Outside 1
Since it remains constant during open-loop operation, a stable output frequency can be obtained. During open loop operation, the AND gate circuits 2 and 6 stop the reference clock and the output fCLK of the fixed frequency divider 5 to be supplied to the counter 3 and NCO 7, respectively, thereby generating the reference phase signal ψ and the feedback phase signal φ. is maintained to prevent phase slip of ψ and φ. This results in a phase error signal ε at the start of the next closed-loop operation.
is held at the final value of the previous closed-loop operation, allowing high-speed synchronization pull-in by the next channel switch.

【0020】次に、図2の第2の実施例に基づく本発明
の動作について述べる。図2では、図1の第1の実施例
の場合とは逆に、基準位相信号ψはNCO7により得ら
れ、また、帰還位相信号φはカウンタ3により得られる
構成となっている。従って、図1の構成において導出し
た、(2)式,(3)式及び(4)式におけるfc と
fCLK は互いに交換されるので、それぞれ下式を得
る。
Next, the operation of the present invention based on the second embodiment shown in FIG. 2 will be described. In FIG. 2, the reference phase signal ψ is obtained by the NCO 7, and the feedback phase signal φ is obtained by the counter 3, contrary to the first embodiment shown in FIG. Therefore, since fc and fCLK in equations (2), (3), and (4) derived in the configuration of FIG. 1 are exchanged with each other, the following equations are obtained.

【数7】 一方、図2の構成においても前述の(5)式は成立して
いるので、この(5)式と上記(4)′式とにより、結
局出力周波数f0 は前述の(6)式に対応する次の式
で表すことができる。
[Formula 7] On the other hand, the above-mentioned equation (5) also holds true in the configuration of FIG. It can be expressed by the following equation corresponding to Eq.

【数8】   上記(6)′式より、P,N,fc を一定とする
と、出力周波数f0 は、図1の構成では(6)式によ
りΔφに逆比例する関係であったのに対し、図2の構成
ではΔψに比例する関係で一意に決定できることが分か
る。
[Formula 8] From the above equation (6)', if P, N, and fc are constant, the output frequency f0 was inversely proportional to Δφ in the configuration of FIG. 1 according to equation (6), whereas, It can be seen that in the configuration of FIG. 2, the relationship can be uniquely determined in proportion to Δψ.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の周
波数シンセサイザの構成では、NCOを用いることによ
り直接的に帰還位相信号の抽出、もしくは基準位相信号
の生成を実現しているので、ディジタル信号処理による
直接位相比較が可能となる。従って、従来の構成におい
て発生した高調波成分が発生せず、ループフィルタの時
定数を小さい値に設定できるので閉ループ動作時の周波
数引込み時間の高速化がはかれる。また、閉ループ動作
による周波数引込み後、平均化回路を用いて位相誤差成
分を平均化し、その平均値を保持して開ループ動作を行
うことにより周波数安定性の高い信号が得られる。更に
、回路の大半がディジタル信号処理であるので回路の小
形化,IC化に適している等の利点がある。
[Effects of the Invention] As explained in detail above, in the configuration of the frequency synthesizer of the present invention, the extraction of the feedback phase signal or the generation of the reference phase signal is realized directly by using the NCO. Direct phase comparison becomes possible through signal processing. Therefore, harmonic components that occur in the conventional configuration are not generated, and the time constant of the loop filter can be set to a small value, so that the frequency pull-in time during closed loop operation can be accelerated. Further, after the frequency is pulled in by the closed-loop operation, a signal with high frequency stability can be obtained by averaging the phase error components using an averaging circuit, and performing the open-loop operation while holding the average value. Furthermore, since most of the circuits are digital signal processing, there are advantages such as miniaturization of the circuits and suitability for integration into ICs.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例を示すブロック図FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2
】本発明の第の2実施例を示すブロック図
[Figure 2
]Block diagram showing a second embodiment of the present invention

【図3】図1
及び図2中の平均化回路の一構成例を示すブロック図
[Figure 3] Figure 1
and a block diagram showing an example of the configuration of the averaging circuit in FIG.

【図4】帰還位相信号,基準位相信号及び位相誤差信号
のタイムチャート
[Figure 4] Time chart of feedback phase signal, reference phase signal, and phase error signal

【図5】周波数切替動作のフローチャート[Figure 5] Flowchart of frequency switching operation

【図6】周波
数切替のタイムチャート
[Figure 6] Time chart of frequency switching

【図7】従来のPLL構成の周波数シンセサイザのブロ
ック図
[Figure 7] Block diagram of a frequency synthesizer with a conventional PLL configuration

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  基準発振器 2  ANDゲート回路 3  カウンタ 4  VCO 5  固定分周器 6  ANDゲート回路 7  NCO 8  位相比較回路 9  平均化回路 10  切替器 11  D/A変換器 12  LPF 101  加算器 102  レジスタ 201  VCO 202  分周器 203  基準発振器 204  位相比較器 205  ループフィルタ 1 Reference oscillator 2 AND gate circuit 3 Counter 4 VCO 5 Fixed frequency divider 6 AND gate circuit 7 NCO 8 Phase comparison circuit 9 Averaging circuit 10 Switcher 11 D/A converter 12 LPF 101 Adder 102 Register 201 VCO 202 Frequency divider 203 Reference oscillator 204 Phase comparator 205 Loop filter

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  制御電圧に従って出力周波数を任意に
可変設定できる電圧制御発振器を備えた位相同期ループ
構成の周波数シンセサイザにおいて、基準クロックを出
力する基準発振器と、該基準発振器からの基準クロック
を一方の入力とし、他方の入力端に与えられる開ループ
/閉ループ切替信号により閉ループ動作時には該基準ク
ロックを出力し開ループ動作時には基準クロックの出力
を停止する第1のANDゲート回路と、該基準クロック
を分周し基準位相信号ψを生成出力するカウンタと、前
記電圧制御発振器の出力周波数を1/P(P≧1)に分
周して分周クロックを出力する固定分周器と、該分周ク
ロックを一方の入力とし、他方の入力端に与えられる前
記開ループ/閉ループ切替信号により閉ループ動作時に
は該分周クロックを出力し開ループ動作時には該分周ク
ロックの出力を停止する第2のANDゲート回路と、該
第2のANDゲート回路の出力クロックのタイミングに
従って所定の位相増加ステップ値を積算した位相積算出
力の2πラジアンを法とする値を帰還位相信号φとして
出力する数値制御発振器と、前記基準位相信号ψと前記
帰還位相信号φとを式ε=[{(ψ−φ)+3π}mo
d2π]−π(但し、{・}mod2πは2πラジアン
で除したときの剰余)により演算しその出力範囲が(−
π〜π)ラジアンの位相誤差信号εを出力する位相比較
回路と、該位相誤差信号εを平均化した位相誤差平均値
外1を前記開ループ/閉ループ切替信号により開ループ
動作開始後の所定の時間帯で出力する平均化回路と、前
記位相誤差信号εと位相誤差平均値外1とを入力し前記
開ループ/閉ループ切替信号により閉ループ動作中は位
相誤差信号εを開ループ動作中は位相誤差平均値外1を
切替出力する切替器と、該切替器の出力をアナログ値に
変換するD/A変換器と、該D/A変換器の出力に含ま
れる量子化雑音成分を除去した出力を前記電圧制御発振
器の前記制御電圧として与える低域ろ波器とを備えた周
波数シンセサイザ。 【外1】
Claim 1. A frequency synthesizer having a phase-locked loop configuration, which includes a voltage-controlled oscillator whose output frequency can be arbitrarily set in accordance with a control voltage. a first AND gate circuit that outputs the reference clock during closed loop operation and stops outputting the reference clock during open loop operation according to an open loop/closed loop switching signal applied to the other input terminal; a counter that generates and outputs a reference phase signal ψ, a fixed frequency divider that divides the output frequency of the voltage controlled oscillator by 1/P (P≧1) and outputs a divided clock, and the divided clock. a second AND gate circuit which takes as one input and outputs the frequency-divided clock during closed-loop operation and stops outputting the frequency-divided clock during open-loop operation according to the open-loop/closed-loop switching signal applied to the other input terminal. a numerically controlled oscillator that outputs, as a feedback phase signal φ, a value modulo 2π radian of a phase integrated output obtained by integrating a predetermined phase increase step value according to the timing of the output clock of the second AND gate circuit; The phase signal ψ and the feedback phase signal φ are expressed by the formula ε=[{(ψ−φ)+3π}mo
d2π]-π (where {・}mod2π is the remainder when divided by 2π radians), and the output range is (-
a phase comparison circuit that outputs a phase error signal ε of π to π) radians; An averaging circuit that outputs in a time period, the phase error signal ε and the phase error average value outside 1 are input, and the open loop/closed loop switching signal causes a phase error signal ε to be output during closed loop operation, and a phase error signal ε during open loop operation. A switch that switches and outputs 1 outside the average value, a D/A converter that converts the output of the switch to an analog value, and an output that removes quantization noise components contained in the output of the D/A converter. A frequency synthesizer comprising: a low-pass filter that provides the control voltage of the voltage controlled oscillator. [Outside 1]
【請求項2】  請求項1の第1のANDゲート回路の
一方の入力として前記固定分周器からの分周クロックを
与えて前記カウンタから帰還位相信号φを出力し、請求
項1の第2のANDゲート回路の一方の入力として前記
基準発振器からの基準クロックを与えて前記数値制御発
振器から基準位相信号ψを出力するように構成したこと
を特徴とする請求項1に記載した周波数シンセサイザ。
2. The first AND gate circuit according to claim 1, which receives the divided clock from the fixed frequency divider as one input and outputs a feedback phase signal φ from the counter; 2. The frequency synthesizer according to claim 1, wherein the reference clock from the reference oscillator is given as one input of the AND gate circuit, and the reference phase signal ψ is output from the numerically controlled oscillator.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6502668B1 (en) 2000-06-20 2003-01-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Touch panel with click button for elevator
US9239009B2 (en) 2010-06-03 2016-01-19 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Gas turbine system with cooling fluid generator
CN114221653A (en) * 2022-02-22 2022-03-22 浙江赛思电子科技有限公司 Signal processing device

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