JPH07154247A - デジタル位相ロックループフィルタ - Google Patents

デジタル位相ロックループフィルタ

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JPH07154247A
JPH07154247A JP6204048A JP20404894A JPH07154247A JP H07154247 A JPH07154247 A JP H07154247A JP 6204048 A JP6204048 A JP 6204048A JP 20404894 A JP20404894 A JP 20404894A JP H07154247 A JPH07154247 A JP H07154247A
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JP
Japan
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filter
coefficient
value
initial
clock pulse
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Withdrawn
Application number
JP6204048A
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English (en)
Inventor
William Glass
ウィリアム・グラス
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STMicroelectronics SA
STMicroelectronics lnc USA
Original Assignee
SGS Thomson Microelectronics SA
SGS Thomson Microelectronics Inc
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/08Details of the phase-locked loop
    • H03L7/085Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal
    • H03L7/093Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal using special filtering or amplification characteristics in the loop
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
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    • H03L7/06Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/08Details of the phase-locked loop
    • H03L7/10Details of the phase-locked loop for assuring initial synchronisation or for broadening the capture range
    • H03L7/107Details of the phase-locked loop for assuring initial synchronisation or for broadening the capture range using a variable transfer function for the loop, e.g. low pass filter having a variable bandwidth
    • H03L7/1075Details of the phase-locked loop for assuring initial synchronisation or for broadening the capture range using a variable transfer function for the loop, e.g. low pass filter having a variable bandwidth by changing characteristics of the loop filter, e.g. changing the gain, changing the bandwidth

Landscapes

  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィルタ係数(K)が各クロックパルス毎に
初期値と目標値との間で定期的に減分されるデジタルP
LLフィルタを提供する。 【構成】 デジタル位相ロックループフィルタは、入来
する誤差信号が、各クロックパルス毎にデジタル的に処
理されてフィルタ処理された信号を与える前にフィルタ
係数での少なくとも1つの乗算を施される。このPLL
フィルタは、フィルタの初期動作期間の間に、各クロッ
クパルス毎にフィルタ係数の値を増分的に修正する修正
手段を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の背景】この発明は、デジタル位相ロックループ
(PLL)で使用されるフィルタの製造に関するが、よ
り特定的には、電話回線に結合されるモデムのキャリア
再生システムでのこのような位相ロックループの応用に
関して説明される。
【0002】
【関連技術の説明】本発明のモデムへの適用例のすべて
は、1992年、クルーバーアカデミック出版(Kluwer
Academic Publishers) 、イー・エー・リー(E. A. Le
e)およびデー・ジー・メサシュミット(D. G. Messersc
hmitt)著、「デジタルコミュニケーション」(Digital
Communication)、第4版を既知のものとして説明する。
より特定的には、この本の「キャリア再生」(Carrier R
ecovery)と題される第14章、548−557頁を既知
のものと見做し、その図面14−2および14−6を添
付の図1および図2に複写する。
【0003】この第14章の始めで述べられているのと
同じ仮定を検討する。サンプリングクロック、または符
号またはボークロックは既知の周波数を有すると仮定
し、単に、周波数シフトおよび位相変動を考慮すること
によってキャリア周波数を正確に再生することのみが所
望である。
【0004】この目的を達成するために、モデムの入力
回路は、各サンプリングクロックパルス毎に1度、電話
回線上で受信されたアナログ信号から、伝送に欠陥がな
ければ出力された符号に対応するはずである複素信号を
決定する。図1に示されるように、この複素信号は位相
検出器1の入力に、より特定的には乗算器2の第1の入
力に与えられる。乗算器2の出力は、角度測定装置3の
第1の入力および決定回路4の入力に与えられる。角度
測定装置3の第2の入力は決定回路4の出力からなり、
決定回路は受信した符号に関して最も近い特性を表わす
符号の振幅および位相である記憶されたテーブルから概
算する。角度測定装置は、受信した符号と概算した符号
との差または角度誤差εk を求め、この差を用いて、乗
算器2内の入力信号を「復調」するのに用いられる複素
信号を与える複素発振器またはVCO5をロックする。
ループフィルタ6が、角度誤差測定装置3と複素VCO
5の入力との間に設けられる。これは従来のデジタルP
LLであるが、その相違は基準信号が外部から供給され
る代わりに決定回路4によって与えられる推定であるこ
とである。
【0005】添付の図2に複写されている、上述の本の
図14−6は、図1の回路の例示的な実現例である。従
来の数学的表記が実数および虚数部を示すこの回路は、
詳細には説明しない。この図の右下の部分に、例示的な
ものである適切なフィルタが示されていることにのみ留
意されたい。この場合、フィルタは、定数KL で誤差信
号を乗算するための乗算器を含む積分型である。各クロ
ックパルス毎に、乗算器の出力はレジスタz-1の内容に
加えられる。したがって、レジスタの出力で、誤差積分
に対応する累積誤差が得られる。
【0006】この特定の応用で使用するフィルタ、より
一般的にはPLLフィルタで見られる問題は、初期化の
際に、たとえば2つのモデム間での初期トレーニングま
たはハンドシェイクの際に、重大であるかもしれない誤
差を迅速に補償しなくてはならないことである。対照的
に、たとえばモデムが通信している間に一旦初期補正が
実行されれば、位相はもはや大きな領域にわたって変化
することはない。したがって、初期位相の間、高速の制
御を確実にするために比較的高い係数KL を用い、その
後、一旦通信が確立されれば、係数KL (およびより一
般的にはフィルタ係数K)を減じて、小さな補正を実行
し、非反復性寄生パルスに通常対応する高い瞬時の変動
は無視することが所望される。
【0007】したがって、フィルタ係数が高い初期値と
安定状態のより低い値との間で切換えられるデジタルP
LLは、先行技術で既に提供されている。
【0008】しかしながら、アナログフィルタの時定数
に実質的に対応するフィルタ係数Kの、この急なスイッ
チングは、場合によっては、および特に他の適応型アル
ゴリズムが並列して収束的な態様で動作するモデムへの
応用においては、ループをロックオフしてしまう可能性
がある。
【0009】
【発明の概要】この欠点を避けるために、本発明は、フ
ィルタ係数が初期値と目標値との間で各クロックパルス
毎に定期的に減分されるデジタルPLLフィルタを提供
する。
【0010】本発明は、より特定的には、線形的減分が
フィルタのバンド幅の線形的変動に対応しないときでさ
えも、各クロックパルス毎にこれらのフィルタ係数を線
形に減分することを提供する。
【0011】より特定的には、本発明は比例積分型のデ
ジタルフィルタに適用される。本発明の一実施例に従え
ば、係数を線形的に減分するための手段は、係数の現在
の値を含むレジスタと、このレジスタ内に初期値を最初
にロードするための手段と、各クロックパルス毎にフィ
ルタの内容から増分値を減じるための手段と、フィルタ
の現在の値を目標値と比較するための手段と、係数の現
在の値が最小値に達すると減分系を中断させるための手
段とを含む。
【0012】本発明のこれらのおよび他の目的、特徴、
局面および利点は、添付の図面に関連して、本発明の以
下の詳細な説明より明らかになるであろう。
【0013】
【詳細な説明】図3は、本発明を適用する、例示的なデ
ジタルPLLフィルタを構成する比例積分型のデジタル
フィルタを示す。フィルタ入力は誤差信号、たとえば角
度誤差Θe (図1ではεk と符号を付されている)を受
信する。この誤差信号は、それぞれ係数K1およびK2
での乗算を実行する2つの乗算回路11および12に伝
送される。乗算器11の出力は加算器13の第1の入力
に与えられ、その出力はレジスタまたはメモリセル15
に与えられる。乗算器12の出力は加算器17の第1の
入力に与えられ、その出力はレジスタ19を介してその
第2の入力にフィードバックされ、加算器13の第2の
入力にも与えられる。レジスタ15の出力は、加算器1
3の第3の入力に与えられる。
【0014】入力Θe は、たとえば16ビット数であ
り、乗算器11および12の出力は32ビット数であ
り、レジスタまたはメモリセル15の出力は16ビット
数である。レジスタ15および19は、システムのクロ
ック速度、モデムのためのボークロックで時間決めされ
る。各クロックパルス毎に、レジスタ15および19は
その内容を与え、この値をそれらの入力に与えられた新
しい値と置換える。
【0015】FREQi は、レジスタ19においてクロ
ック時間ti で積分された誤差である。この誤差は、周
波数誤差と考えることができる。Θfi は、このときに
レジスタ15に記憶されたフィルタ処理後の誤差を指
す。
【0016】したがって時間ti において以下の式が成
り立つ。
【0017】
【数1】
【0018】周知のとおり、このような比例積分型フィ
ルタにおいて、K1およびK2の値はフィルタのバンド
幅を規定する。
【0019】本発明は、予め定められた期間、すなわち
予め定められた数のサンプリング期間内で、各クロック
パルス毎に各係数K1、K2を修正することによってフ
ィルタのバンド幅を修正することを提供する。上述の特
定のフィルタの場合、フィルタのバンド幅が減じられる
べきであれば、係数は各クロックパルス毎に減じられな
くてはならない。
【0020】各係数について用いられる、フィルタ係数
Kの値を減じるプロセスは、図4に示される。初期時間
において、係数Kの初期値KMAXが、レジスタまたは
メモリセル20に導入される。レジスタ20の出力は減
算器21の加算入力に与えられ、その減算入力は、係数
Kの減分値KDECを受取る。したがって、如何なると
きにおいても、レジスタ20の出力で、図3の乗算器1
1または12に係数入力として与えられる値Ki=KM
AX−i.KDECが存在する。出力Kiは一般に、こ
の現在の値を最小値KMINと比較するコンパレータ2
2に与えられる。値Kiが値KMINに達すると、コン
パレータ22の出力はループ20、21の動作を禁じ、
値Kiは値kMINで固定されたままである。
【0021】もちろん、図4に示される回路は、デジタ
ル値を減分するための回路の例示的な実施例を構成する
にすぎず、他の複数のハードウェアおよび/またはソフ
トウェア手段を、この機能を達成するのに用いることも
できる。
【0022】しかしながら、本発明の1局面に従えば、
係数の減分が線形的減分である、図4に示されるのと類
似したプロセスを用いることが有利である。係数K1お
よびK2の線形的減分は、必ずしもフィルタのバンド幅
が線形的に減分されることを引き起こす訳ではないこと
に留意されたい。たとえば、比例積分型フィルタの場
合、フィルタのバンド幅の線形的減分を得るのに、係数
K1は効果的に線形的減分を施されなくてはならない
が、係数K2はより高次の関数に従って減分されなくて
はならない。たとえば、モデムが2400Hzサンプリ
ング周波数を有し、キャリア周波数が1800Hzに近
い場合に減分が500クロックパルス以内で実行されれ
ば、K1およびK2の初期値は、10Hzのフィルタの
バンド幅を有するには、それぞれ5.4×10-2および
1.5×10-3でなくてはならず、約1Hzのバンド幅
を有するには、3.7×10-3および6.8×10-6
なくてはならない。線形的減分では、これは初期値K1
に関して250番目のクロックパルスで2.9×10-2
の値、および初期値K2に関して、約4.3×10-4
値を与える。バンド幅が線形に減少することを引き起こ
す非線形的な減分では、K1の同じ値が250番目のク
ロックパルスで得られるであろうが、実質的に7.4×
10-4のK2の値が得られるであろう。実用において、
線形の概算はループ収束を実質的には修正しない。
【0023】発明者によって行なわれたこの確証は、本
発明の目的がその収束が漸進的でありかつ他のモデム適
応型アルゴリズムの収束と両立するループ、たとえばジ
ッタ排除のためのシステムに関して用いられるループを
達成することであるので、重要である。
【0024】本発明を2つの具体例、すなわちモデムで
使用するためのキャリア再生ループおよび比例積分型の
フィルタに関連して説明した。本発明は他のループ(エ
コー消去およびクロック再生ループ等)、および他のタ
イプのフィルタにも同じように適用される。個々のフィ
ルタ、たとえばより高次のフィルタにおいて、バンド幅
の低減を得るには、あるフィルタ係数を減じさせるので
はなく増大させることが必要であるかもしれない。本発
明はこのようなフィルタにも適用され、その主な局面
は、各クロックパルス毎の初期値と目標値との間でのフ
ィルタ係数の修正である。
【0025】本発明の具体的な一実施例を説明したが、
種々の変形、変更および改良が当業者には容易に明らか
となるであろう。これらの変形、変更および改良は、こ
の開示の一部であると意図され、本発明の精神および範
囲内であると意図される。したがって、上述の説明は単
に例であり、制限するものとしては意図されない。本発
明は前掲の特許請求の範囲およびその均等物に規定され
るものとしてのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図1】リーおよびメサシュミット著の上述の本の図1
4−2(551頁)および14−6(554頁)に対応
する図である。
【図2】リーおよびメサシュミット著の上述の本の図1
4−2(551頁)および14−6(554頁)に対応
する図である。
【図3】この発明を適用する例示的なフィルタを示す図
である。
【図4】この発明に従うフィルタ係数を調整するための
例示的回路を示す図である。
【符号の説明】
K フィルタ係数 11 乗算器 12 乗算器 13 加算器 15 レジスタ 17 加算器 19 レジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03L 7/093 9182−5J H03L 7/08 E

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入来する誤差信号が、各クロックパルス
    毎にデジタル的に処理されて、フィルタ処理された信号
    を与える前に、フィルタ係数(K)での少なくとも1つ
    の乗算を施されるデジタル位相ロックループフィルタで
    あって、該フィルタの初期動作期間の間に各クロックパ
    ルス毎に前記少なくとも1つのフィルタ係数(K)の値
    を増分的に修正するための手段を含む、デジタル位相ロ
    ックループフィルタ。
  2. 【請求項2】 前記少なくとも1つの係数を修正するた
    めの前記手段が、線形的減分手段である、請求項1に記
    載のフィルタ。
  3. 【請求項3】 前記フィルタが比例積分型である、請求
    項1または2に記載のフィルタ。
  4. 【請求項4】 前記少なくとも1つの係数(K)の初期
    および目標値が、フィルタが予め定められた初期および
    最終バンド幅を有するように選択される、請求項1ない
    し3のいずれかに記載のフィルタ。
  5. 【請求項5】 モデムに組込まれ、フィルタ処理される
    べき周波数がキャリア周波数であり、サンプリング周波
    数がボー周波数である、請求項1ないし4のいずれかに
    記載のフィルタ。
  6. 【請求項6】 前記少なくとも1つの係数(K)を線形
    的に減分するための前記手段が、 係数の現在の値(Ki)を保持するレジスタ(20)
    と、 前記レジスタ内に初期値(KMAX)を最初にロードす
    るための手段と、 フィルタの内容から各クロック時間毎に増分値(KDE
    C)を減算するための手段(21)と、 フィルタの現在の値を目標値(KMIN)と比較するた
    めの手段(22)と、 係数の現在の値(Ki)が最小値(KMIN)に達する
    と、減分系の動作を中断させるための手段とを含む、請
    求項2に記載のフィルタ。
JP6204048A 1993-08-31 1994-08-30 デジタル位相ロックループフィルタ Withdrawn JPH07154247A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9310578 1993-08-31
FR9310578A FR2709623B1 (fr) 1993-08-31 1993-08-31 Filtre de boucle à verrouillage de phase numérique.

Publications (1)

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JPH07154247A true JPH07154247A (ja) 1995-06-16

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ID=9450589

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JP6204048A Withdrawn JPH07154247A (ja) 1993-08-31 1994-08-30 デジタル位相ロックループフィルタ

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US (1) US5619543A (ja)
EP (1) EP0641081B1 (ja)
JP (1) JPH07154247A (ja)
DE (1) DE69416756T2 (ja)
FR (1) FR2709623B1 (ja)

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DE69416756T2 (de) 1999-09-16
FR2709623A1 (fr) 1995-03-10
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