JPH06326518A - 周波数変調回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 位相同期ループ制御部に影響を及ぼすことな
く変調信号周波数に対して平坦な変調感度特性を持つ周
波数変調回路を提供することを目的とする。 【構成】 位相同期ループにより構成された周波数変調
回路において、電圧制御可変周波数発振器４に入力する
変調信号を、低周波の帯域で振幅特性が低い補償回路６
を通して供給する。 【効果】 位相同期ループの特性に影響を与えることな
く、平坦な変調感度周波数特性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、位相同期ループ制御部
を備えた周波数変調回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】位相同期ループ（以下、単にＰＬＬとい
う）は、１個の基準周波数源によって多数の異なる周波
数の信号を良好な周波数安定度で得るものである。従っ
て、この位相同期ループは最近無線機器の局部発振器と
してよく用いられている。そして送信搬送波に周波数変
調（ＦＭ）を行う場合、ＰＬＬの電圧制御可変周波数発
振器の制御信号電圧に変調信号を重畳させて直接周波数
変調する方式がよく用いられている。

【０００３】以下、図面を参照しながら従来の周波数変
調回路について説明する。図１２は従来の周波数変調回
路をＰＬＬで構成した場合のブロック図、図１３は従来
の周波数変調回路における変調感度特性図、図１４は従
来の周波数変調回路における変調感度特性図、図１５は
従来の周波数変調回路における電圧制御可変周波数発振
器の周波数特性図である。

【０００４】図１２に於いて、１は基準信号発生器で、
一般に水晶発振器などの比較的周波数安定度のよい発振
器が用いられる。２は位相比較器で、２つの入力信号の
位相差に比例した信号を出力する。３はローパスフィル
タで、受動素子のみにより構成される場合と、トランジ
スタなどの能動素子を用いたアクティブフィルタが用い
られる場合がある。４は電圧制御可変周波数発振器で、
図１５に示すように入力信号電圧に比例して発振周波数
が増減するものである。５は分周器で、入力信号を分周
して位相比較器２へ出力する。

【０００５】以上のように構成された従来の周波数変調
回路について、以下その動作を説明する。

【０００６】電圧制御可変周波数発振器４の出力信号の
一部は分周器５で分周され、分周器５の出力信号の位相
と、基準信号発生器１からの基準信号の位相が位相比較
器２により比較される。位相比較器２より出力された位
相差信号は、ローパスフィルタ３を通して電圧制御可変
周波数発振器４の制御信号電圧としてフィードバックさ
れる。分周器５の出力信号の位相が基準信号発生器１の
基準信号の位相よりも進んでいる場合には該制御信号電
圧（ローパスフィルタ３の出力電圧）が低下し、分周器
５の出力信号の位相が基準信号発生器１の基準信号の位
相よりも遅れている場合には該制御信号電圧が上昇す
る。

【０００７】このように制御信号電圧が上下する事によ
って、分周器５の出力信号の位相と基準信号発生器１の
基準信号の位相差が一定となるように制御される事とな
る。従って、定常状態ではこの位相差は一定となり、分
周器５の出力信号と基準信号発生器１の基準信号の周波
数は一致する。ゆえに電圧制御可変周波数発振器４の出
力周波数をｆｏ、分周器５の分周比をＮ、基準信号発生
器１の基準周波数をｆｒとすると、その間には次のよう
な関係がある。

【０００８】ｆｏ＝Ｎ・ｆｒ 従って、分周器５の分周比Ｎを変化させることにより基
準周波数ｆｒの整数倍の周波数ｆｏを持つ出力信号を得
ることができる。

【０００９】ここでの周波数変調は、電圧制御可変周波
数発振器４の制御信号の入力電圧に外部からの変調信号
すなわち音声信号を重畳させることにより、電圧制御可
変周波数発振器４の発振周波数を外部からの信号によっ
て強制的に変動させようとするものである。

【００１０】ところが、ＰＬＬは上記したように電圧制
御可変周波数発振器４の発振周波数を一定に保持すべく
負帰還制御された系である。ＰＬＬのループ上での利得
が十分高く、かつループが安定であれば、たとえ電圧制
御可変周波数発振器４の制御信号入力電圧に変調信号を
重畳しても該発振周波数はほとんど変化しない。ここで
言う利得とは開ループ伝達関数の利得を指し、この開ル
ープ伝達関数は電圧制御可変周波数発振器４の制御信号
入力をローパスフィルタ３の出力から切り離したときの
同制御信号入力からローパスフィルタ３の出力までの間
の伝達関数である。

【００１１】ローパスフィルタ３によって、伝達関数の
利得は周波数の低域では高く、周波数が高くなるに従っ
て低くなる。また、この開ループ伝達関数の利得が１と
なる周波数をゲイン交差周波数といい、この利得が１以
下となるゲイン交差周波数以上の周波数の変調信号に対
しては、周波数変調を行うことができる。通常の無線電
話機においては、開ループ伝達関数の利得が１となるゲ
イン交差周波数が３００Ｈｚ前後になるように設計され
ているので、約３００Ｈｚ以上の音声帯域にて電圧制御
可変周波数発振器４の発振周波数に変調をかけている。

【００１２】これに対し、低い周波数領域においては変
調がかからない。電圧制御可変周波数発振器４に加えた
変調信号の影響は、分周器５、位相比較器２、ローパス
フィルタ３を通して電圧制御可変周波数発振器４の入力
側に帰還する事となり、これは低い周波数領域において
は負帰還すなわち変調による周波数変化を抑える（基準
周波数ｆｒから外れるのを抑える）ように作用し、結果
的に変調がかからない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の周波数変調回路では、ゲイン交差周波数（例えば
３００Ｈｚ付近）ではローパスフィルタ３での位相遅れ
が影響し、正帰還的となって変調による周波数変化を強
め合うこととなり、図１３，１４のようにループのゲイ
ン交差周波数付近の変調信号周波数帯域ａ，ｂにピーク
を持つ事となる。変調感度の周波数特性は音声信号帯域
内においては平坦であることが望ましい。

【００１４】このピークを改善する従来の方法として
は、ループ利得を小さくするとともに、ゲイン交差周波
数が低くなるようにローパスフィルタ３の各素子の値を
細かく調整して同ピークの周波数が音声信号帯域よりも
十分低い周波数になるようにする方法がある。しかし、
このゲイン交差周波数を低下させると、周波数切換時
間、すなわち分周器５の分周比を切り換えてから、電圧
制御可変周波数発振器４の発振周波数が定常値からの許
容偏差内に集束して安定するまでの時間が増加する。従
って、たとえゲイン交差周波数付近にピークが低減して
も、無線電話機などでチャンネル切り換えに要する時間
が増加するという問題点を有していた。

【００１５】また、ローパスフィルタ３のカットオフ周
波数を上げることによっても、このピークは改善される
が、ローパスフィルタ３の本来の目的である比較周波数
成分除去及び雑音成分除去が満足されなくなる。このよ
うに、上記した従来の周波数変調回路では、位相同期ル
ープのループ利得及びローパスフィルタ３のカットオフ
周波数を変化させて他の問題点を発生させずに、出力信
号の変調感度の周波数特性を平坦化することは困難であ
るという問題点を有していた。

【００１６】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、ＰＬＬを用いた周波数変調回路において平坦な変調
感度特性を持ち且つチャンネル切り換えが高速である周
波数変調回路を提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の周波数変調回路は、電圧制御可変周波数発
振器への変調信号を入力して、低周波の周波数帯域にお
いて振幅特性を低くするフィルタを介して変調信号を供
給するよう構成したものである。

【００１８】

【作用】本発明は上記した構成により、補償回路のフィ
ルタが変調信号のＰＬＬゲイン交差周波数付近の振幅を
抑圧するため、変調感度の周波数特性を平坦にすること
ができるものである。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の第一乃至第三の実施例につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００２０】図１〜４に示す第一の実施例は補償回路の
フィルタとしてハイパスフィルタを使った例であり、又
図５〜７に示す第二の実施例は補償回路のフィルタとし
てノッチフィルタを用いた例であり、更に図８〜１１に
示す第三の実施例は補償回路のフィルタとしてカットオ
フ周波数が異なるＲＣハイパスフィルタを２個使用し、
アナログスイッチで切り換えて使用する例である。

【００２１】まず、図１〜４を用いて第一の実施例につ
いて説明する。図１は本発明の第一の実施例における周
波数変調回路のブロック図である。図２は第一の実施例
に於ける補償回路のフィルタの周波数特性図、図３は第
一の実施例に於ける周波数変調回路の変調感度特性図、
図４は第一の実施例に於ける補償回路のフィルタの結線
例を示す説明図である。

【００２２】図１に於いて、１は基準信号発生器、２は
位相比較器、３はローパスフィルタ、４は電圧制御可変
周波数発振器、５は分周器であり、これらは図１２の従
来の周波数変調回路で説明したものと同様のものであ
る。６は変調重み付けフィルタを有する補償回路であ
り、図２に示したようなハイパスフィルタで構成され
る。従って、図１２と比較すると明らかなように、従来
のＰＬＬにより周波数変調回路にハイパスフィルタを持
った補償回路６を付加した構成となっている。

【００２３】以上のように構成された周波数変調回路に
ついて、以下その動作を説明する。従来の技術で述べた
ように、補償回路６を用いない場合においては従来のＰ
ＬＬ回路と全く同様に動作するので、図１３のようにＰ
ＬＬのゲイン交差周波数付近の周波数ｆｐにてピークを
持った変調感度の周波数特性を有する。

【００２４】一方、補償回路６はハイパスフィルタであ
り、図２に示したような特性を持つように設計される。
すなわち、図１３における変調感度の周波数特性ピーク
における周波数ｆｐにおいて、感度上昇分Ａと等しい減
衰量を有する。従って、この補償回路６を通過した変調
信号は低域が抑制され、すなわち変調信号に予め変調感
度のピークにおける感度上昇分を相殺するように周波数
特性を与えることとなる。

【００２５】変調信号にこのような周波数特性を与える
ことにより、変調感度の低域におけるピークを抑え、変
調特性を改善することができる。補償回路６のフィルタ
の具体的な構成として、例えば図４に示すようなハイパ
スフィルタが考えられる。このような構成とすれば、極
めて簡単な構成で実現できる。

【００２６】次に、第二の実施例について図５〜７を用
いて説明する。図５は本発明の第二の実施例に於ける補
償回路のフィルタの周波数特性図、図６は第二の実施例
に於ける周波数変調回路の変調感度特性図、図７は第二
の実施例における周波数変調回路の回路図である。本実
施例は、補償回路１６のフィルタとして、図５に示すよ
うな特性をもつノッチフィルタを用いたものであり、こ
れにより図６に示すように出力信号の変調感度の周波数
特性を平坦にすることもできる。この場合、前述第一の
実施例のハイパスフィルタを用いた場合に比べ、低域の
変調感度特性が改善され、変調感度の周波数特性を平坦
にすることができる。

【００２７】図７において、１は基準信号発生器であ
り、温度補償を施した水晶発振器が用いられる。２０は
汎用の一般的な構成のＰＬＬ−ＩＣであり、基準信号を
１／Ｍに分周する分周器１０、出力信号を１／Ｎに分周
する分周器５、及び位相比較器２を含む。３０は出力周
波数設定部であり、この出力周波数設定部３０から送ら
れてくる分周比データによって分周器１０及び分周器５
の分周比を切り換えるように構成されており、例えば本
回路を無線電話機に応用した場合は出力周波数設定部３
０がチャンネル切り換え手段に相当する。

【００２８】３はローパスフィルタで、図示のように複
数のキャパシタと複数の抵抗器で構成される。４は電圧
制御可変周波数発振器である。ローパスフィルタ３の出
力から得られる位相誤差信号は抵抗器７２を介して電圧
制御可変周波数発振器４へ送られる。電圧制御可変周波
数発振器４の発振周波数は、入力する位相誤差信号と抵
抗器７１を介して入力する変調信号の電圧に応じて変化
するように構成されている。

【００２９】以上は、従来から公知のごく一般的な周波
数変調機能を有するＰＬＬ回路の構成である。

【００３０】補償回路１６はノッチフィルタを使用して
いる。補償回路１６は図示のように抵抗器６１，６３，
６５，６６、キャパシタ６２，６４及び演算増幅器６
７，６８から構成されている。各抵抗器の抵抗値は次の
ように設定される。すなわち抵抗器６１の抵抗値をＲと
した場合、抵抗器６３の抵抗値はＲ／２である。また抵
抗器６６の抵抗値をＲｆとした場合、抵抗器６５の抵抗
値はＲｆ（１−ｋ）／ｋである。また各キャパシタの容
量は次のように設定される。すなわちキャパシタ６２に
容量がＣ［Ｆ］の場合は、キャパシタ６４の容量が２Ｃ
［Ｆ］である。

【００３１】このように構成された補償回路１６は変調
入力信号の特定の周波数付近の成分を抑圧し、変調信号
として抵抗器７１を介して電圧制御可変周波数発振器４
へ出力する。

【００３２】次に動作を説明する。補償回路１６を用い
ない場合においては、従来の公知な技術で構成されたＰ
ＬＬ回路と全く同様に動作する。すなわち定常状態にお
いては位相比較器２の２つの入力信号の位相差は一定値
（ＤＣ）で、これら２つの入力信号の周波数は等しい。
よって、電圧制御可変周波数発振器４の発振周波数ｆｏ
は、無変調状態において、ｆｏ＝Ｎ・ｆｒ／Ｍである。

【００３３】そして、補償回路１６を用いなければ、前
述の図１で示した第一の実施例と同様に図１３のような
ＰＬＬのゲイン交差周波数付近にピークを持った変調感
度の周波数特性を有する。この周波数特性のピーク周波
数をｆｐとする。

【００３４】一方、補償回路１６は、そのノッチ特性の
中心周波数が前述のピーク周波数をｆｐに等しくなるよ
うに設計する。すなわち、 中心周波数＝ｆｐ＝１／（２πＣＲ） 最大減衰量Ａ＝２０１ｏｇ｛４（１−ｋ）｝［ｄＢ］ なる特性を有し、図５のような特性となるように設計す
る。そして、中心周波数が図１３における変調感度の周
波数特性ピークにおける周波数に、最大減衰量が感度上
昇分Ａにそれぞれ等しく設定されている。

【００３５】次に、第三の実施例について図８〜１１を
用いて説明する。図８〜１１に示す第三の実施例は、補
償回路６のフィルタとしてカットオフ周波数が異なるＲ
Ｃハイパスを使った第一と第二の変調信号重み付けフィ
ルタを２個使用し、アナログスイッチで切り換えて使用
する例である。

【００３６】図８は本発明の第三の実施例に於ける周波
数変調回路のブロック図、図９は同第三の実施例に於け
る周波数変調回路の第一の変調信号重み付けフィルタの
周波数特性図、図１０は同第三の実施例に於ける周波数
変調回路の第二の変調信号重み付けフィルタの周波数特
性図、図１１は同第三の実施例に於ける周波数変調回路
の変調感度特性図である。

【００３７】図８に於いて、１〜６は第一の実施例と共
通である。４０は第一の変調信号重み付けフィルタ、４
１は第二の変調信号重み付けフィルタ、４２は変調信号
経路切換用のアナログスイッチ、４３は変調信号経路切
換信号である。

【００３８】以上のように構成された第三の実施例に於
ける周波数変調回路について、以下その動作を説明す
る。

【００３９】従来の技術の位相同期ループを備えた周波
数変調回路では、ある搬送波周波数帯域ａで図１３のよ
うな変調感度の周波数特性が見られ、別の搬送波周波数
帯域ｂで図１４のような変調感度の周波数特性が見られ
るが、これは変調信号の周波数に対する振幅特性が平坦
な場合である。従って、変調信号に図１３，図１４に見
られる変調感度の周波数特性を平坦にするような周波数
特性を与えることにより、変調感度の周波数特性を平坦
にすることができる。本実施例は図９，図１０に示すよ
うな特性を持つＲＣハイパスフィルタを用いて、第一の
変調信号重み付けフィルタ４０、第二の変調信号重み付
けフィルタ４１を実現し、搬送波周波数帯域ａでは、ア
ナログスイッチ４２を変調経路切換信号４３で、第一の
変調信号重み付けフィルタ４０を変調信号が通る様に設
定し、搬送波周波数帯域ｂでは、アナログスイッチ４２
を変調信号経路切換信号４３で、第二の変調信号重み付
けフィルタ４１を変調信号が通る様に設定して、図１
３，図１４の変調感度のピークの現れる周波数で、それ
ぞれ変調感度の上昇分Ａ（ｄＢ）、変調感度の上昇分Ｂ
（ｄｂ）と同量だけ変調信号が落ちるようにした。この
ように複数のフィルタをアナログスイッチ４２を用いて
切り換えて使用すれば、図１１に示すように変調感度の
周波数特性を平坦に近づけることができる。

【００４０】

【発明の効果】以上のように本発明は、従来のＰＬＬに
周波数変調回路にフィルタを使った補償回路の簡単な構
成で、位相同期ループ制御部の特性に影響を及ぼすこと
なく、変調信号周波数に対し低域まで平坦な変調感度特
性を実現できる。更に、従来技術の回路で低域に生じる
変調感度特性のピークを抑えることができるので、ルー
プ利得を大きくしてＰＬＬのゲイン交差周波数を高くと
ることができる。更に、分周器の分周比を切り換えてか
ら、電圧制御可変周波数発振器の発振周波数が定常値か
らの許容偏差内に集束するまでの時間を短縮した高速周
波数切換が可能になる、等の優れた周波数変調回路を実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例に於ける周波数変調回路
のブロック図

【図２】同第一の実施例に於ける補償回路のフィルタの
周波数特性図

【図３】同第一の実施例に於ける周波数変調回路の変調
感度特性図

【図４】同第一の実施例に於ける補償回路のフィルタの
結線例を示す説明図

【図５】本発明の第二の実施例に於ける補償回路のフィ
ルタの周波数特性図

【図６】同第二の実施例に於ける周波数変調回路の変調
感度特性図

【図７】同第二の実施例に於ける周波数変調回路の回路
図

【図８】本発明の第三の実施例に於ける周波数変調回路
のブロック図

【図９】同第三の実施例に於ける周波数変調回路の第一
の変調信号重み付けフィルタの周波数特性図

【図１０】同第三の実施例に於ける周波数変調回路の第
二の変調信号重み付けフィルタの周波数特性図

【図１１】同第三の実施例に於ける周波数変調回路の変
調感度特性図

【図１２】従来の周波数変調回路をＰＬＬで構成した場
合のブロック図

【図１３】従来の周波数変調回路における変調感度特性
図

【図１４】従来の周波数変調回路における変調感度特性
図

【図１５】従来の周波数変調回路における電圧制御可変
周波数発振器の周波数特性図

【符号の説明】

１ 基準信号発生器 ２ 位相比較器 ３ ローパスフィルタ ４ 電圧制御可変周波数発振器 ５，１０ 分周器 ６，１６ 補償回路 ２０ ＰＬＬ−ＩＣ ３０ 出力周波数設定部 ４０ 第一の変調信号重み付けフィルタ ４１ 第二の変調信号重み付けフィルタ ４２ アナログスイッチ ４３ 変調信号経路切換信号 ６１，６３，６５，６６，７１，７２ 抵抗器 ６２，６４ キャパシタ ６７，６８ 演算増幅器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基準周波数発振器と、制御信号入力端子及
   び変調信号入力端子を備え、前記端子から入力される制
   御信号と変調信号とを所定の比率で重畳した電圧値で周
   波数を変える電圧制御可変周波数発振器と、前記電圧制
   御可変周波数発振器の出力を分周する分周器と、前記基
   準周波数発振器の出力と前記分周器の出力との位相差に
   応じた出力信号を発する位相比較器と、前記位相比較器
   の出力信号を入力し、前記電圧制御可変周波数発振器の
   制御信号入力端子に制御信号として出力するローパスフ
   ィルタと、 前記電圧制御可変周波数発振器と前記分周器と前記位相
   比較器と前記ローパスフィルタとが形成する系の変調感
   度が高くなる低周波の周波数帯域において振幅特性を低
   くするフィルタを有し、変調信号を入力して前記フィル
   タをかけた後の信号を前記電圧制御可変周波数発振器の
   変調信号入力端子に出力する補償回路とを有することを
   特徴とする周波数変調回路。
2. 【請求項２】補償回路のフィルタがハイパスフィルタで
   ある請求項１記載の周波数変調回路。
3. 【請求項３】補償回路がカットオフする周波数を異にす
   る複数のハイパスフィルタを有し、フィルタ切換信号に
   よって使用するフィルタが切換えられることを特徴とす
   る請求項１記載の周波数変調回路。
4. 【請求項４】補償回路のフィルタが低周波域でノッチを
   生じるノッチフィルタであることを特徴とする請求項１
   記載の周波数変調回路。
5. 【請求項５】基準周波数発振器と位相比較器との間に基
   準周波数発振器からの基準周波数を分周して位相比較器
   に出力する第２の分周器を設けたことを特徴とする請求
   項１又は４記載の周波数変調回路。