JPH09294051A - ループフィルタ回路 - Google Patents

ループフィルタ回路

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JPH09294051A
JPH09294051A JP8129154A JP12915496A JPH09294051A JP H09294051 A JPH09294051 A JP H09294051A JP 8129154 A JP8129154 A JP 8129154A JP 12915496 A JP12915496 A JP 12915496A JP H09294051 A JPH09294051 A JP H09294051A
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JP
Japan
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loop filter
resistor
frequency
filter circuit
capacitor
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JP8129154A
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Hitoshi Ogasawara
仁 小笠原
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Victor Company of Japan Ltd
Original Assignee
Victor Company of Japan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力信号の周波数が大きく急変した時にはバ
ッファアンプを介して接続したレベルリミッタを動作さ
せる一方、入力信号の周波数が大きく急変しない時には
レベルリミッタを動作させない。 【解決手段】 PLLに用いられるループフィルタ回路
において、位相比較器Iから出力された位相比較信号V
iをオペアンプOAの負極性端子に入力し、且つ、抵抗
及びこの抵抗Rと直列に接続した第1のコンデン
サCと、第2のコンデンサCとをオペアンプOAの
負極性端子と出力端子間に夫々並列に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、PLLに用いられ
るループフィルタ回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般的に、PLL(Phase Loc
ked Loop)は、図8に示すように、内部に位相
比較器I,ループフィルタ回路LF,誤差信号増幅器
A,電圧制御発振器VCO(Voltage Controlled Oscil
lator )を有する帰還系である。上記位相比較器Iは、
入力信号Vの周波数ならびに位相と、VCOの発振周波
数ならびに位相とを比較し、その誤差に比例した位相比
較信号Viを発生する。この位相比較信号Viはループ
フィルタ回路LFを通って制御信号VcとしてVCOに
加えられ、入力信号VとVCOの出力信号Oとの周波数
差ならびに位相差を低減する方向にVCOの発生周波数
を変化させるものである。
【0003】一方、図9及び図10に示したように、こ
の種のPLLに用いられる従来の一般的なループフィル
タ回路100,200は、周知の抵抗,コンデンサ,オ
ペアンプを用いて夫々図示のように接続して構成されて
おり、図9及び図10に構成部材の符号だけを付す。
【0004】上記ループフィルタ回路100,200
は、共にチャージポンプ式と呼ばれる手法によるもので
ある。そして、前者のループフィルタ回路100は定常
位相誤差をなくしつつ安定な応答特性を得るものであ
り、一方、後者のループフィルタ回路200は更に高域
ジッタの抑圧をも狙った回路である。
【0005】また、PLLに用いられる従来の一般的な
ループフィルタ回路の他例が特開平3−119818号
公報に図11に示した如く開示されている。
【0006】図11に示した如く、リミッタ回路306
を採用したループフィルタ回路300では、位相比較器
(図示せず)から出力された位相比較信号Viが抵抗3
01を介してオペアンプ302の反転入力端子に接続さ
れている。また、オペアンプ302の反転入力端子と出
力端子との間には、コンデンサ303及びこのコンデン
サ303と直列に接続した抵抗304と、コンデンサ3
05及びこのコンデンサ305と直列に接続したリミッ
タ回路306とが夫々並列に接続されている。この際、
リミッタ回路306は2個のダイオード306a,30
6bを用いて図示のように接続されている。
【0007】上記の構成によるループフィルタ回路30
0において、位相比較信号Viに振幅の大きい交流電圧
が加わった時には、ダイオード306a,306bのイ
ンピーダンスがダイオード306a,306bに加わる
電圧に対して指数的に低くなるため、コンデンサ305
のインピーダンスが十分低くなるような周波数であれば
出力振幅はダイオード306a,306bのオン電圧に
制限される。このため、位相比較信号Viがある程度高
い周波数であり且つ振幅の大きい信号に対してリミッタ
回路306が動作して不要な信号を制限し且つオペアン
プ302の飽和を防いでいる。この回路目的は、PLL
のデッドロックに結びつくオペアンプ302の飽和を防
ぐことが第一義であり、この結果としてリミッタ回路3
06が動作する時は不要な高域ジッタが制限されたと理
解できるものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記リミッ
タ回路306を採用したループフィルタ回路300で
は、入力信号Vの高域ジッタが大きい場合に想定される
ような、位相比較信号Viがある程度高い周波数であり
且つ振幅の大きい信号に対してリミッタ回路306が動
作しているものの、入力信号Vの周波数が例えばステッ
プ状に大きく急変した時にPLLを速く応答させるため
のものでなく、更に、入力信号Vの周波数が大きく急変
しない時に高域ジッタの発生を押さえるものでない。
【0009】また、前述した一般的なループフィルタ回
路100,200も、入力信号Vの周波数が大きく急変
した時にPLLの速い応答性が得られるものでない。そ
の理由を以下に述べる。
【0010】上記ループフィルタ回路100,200,
300において、入力信号Vの周波数がステップ状に大
きく急変した時のPLLの追従性の速さは、例えば図1
1中のコンデンサ303及び抵抗304で設定される時
定数に依存するところが大である。ここで、時定数が小
さいほど応答性が良くなるものの、時定数が小さいと低
域変動に追従し易くなるために低域ジッタは多くなる。
つまり、ループフィルタ回路100,200,300で
は、入力信号Vの周波数が大きく変化した時の応答性の
良さと、低域ジッタの少なさとの両立が困難である。
【0011】そこで、入力信号Vの周波数変化に対応し
て、大きな変化時には速い応答性を持ち、且つ、小さな
変化時にはジッタを抑圧できるループゲイン特性の良い
ループフィルタ回路が望まれている。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
てなされたものであり、第1の発明は、PLLに用いら
れるループフィルタ回路において、位相比較器から出力
された位相比較信号を負極性端子に入力され、且つ、抵
抗及びこの抵抗と直列に接続した第1のコンデンサと、
第2のコンデンサとを前記負極性端子と出力端子間に夫
々並列に接続したオペアンプと、前記抵抗の両端間にバ
ッファアンプを介して接続したレベルリミッタとを具備
したことを特徴とするループフィルタ回路である。ま
た、第2の発明は、PLLに用いられるループフィルタ
回路において、位相比較器から出力された位相比較信号
を負極性端子に入力され、且つ、抵抗及びこの抵抗と直
列に接続した第1のコンデンサと、第2のコンデンサと
を前記負極性端子と出力端子間に夫々並列に接続したオ
ペアンプと、前記抵抗の両端間の電位差を監視する電位
差監視回路と、前記電位差監視回路で監視した前記電位
差が所定の設定レベルを越えたことを判別するレベル判
別回路と、前記レベル判別回路で判別した結果により前
記抵抗のいずれか一方の端子に電流を加算する電流加算
回路とを具備したことを特徴とするループフィルタ回路
である。
【0013】
【発明の実施の形態】以下に本発明に係わるループフィ
ルタ回路の実施例を図1乃至図7を参照して<第1実施
例>,<第2実施例>,<第3実施例>の順に詳細に説
明する。
【0014】
【実施例】
<第1実施例>図1は本発明に係わる第1実施例のルー
プフィルタ回路を示した図、図2は同第1実施例のルー
プフィルタ回路を採用したPLLのループゲイン特性を
説明するための図、図3(A),(B)は同第1実施例
のループフィルタ回路の動作を説明するための波形図で
ある。
【0015】図1に示した本発明に係わる第1実施例の
ループフィルタ回路LF1は、先に図8を用いて説明し
たPLL(Phase Locked Loop)に用
いられるものである。
【0016】即ち、図1に示した本発明に係わる第1実
施例のループフィルタ回路LF1において、位相比較器
Iは入力信号Vと電圧制御発振器VCO(Voltage Cont
rolled Oscillator )からの出力信号Oとを位相比較し
て位相比較信号Viを出力している。この位相比較信号
Viは、ハイレベルH,又は入力がないハイ・インピー
ダンスHZ,又はローレベルLの3つの状態を取り得る
ものである。ここで、位相比較信号Viは第1の抵抗R
を介してオペアンプOAの負(−)極性端子に入力さ
れる一方、位相比較信号ViのハイレベルHとローレベ
ルLのの中間の電位となるリファレンス信号REFがオ
ペアンプOAの正(+)極性端子に入力されている。
【0017】また、オペアンプOAの負(−)極性端子
と出力端子との間には、第2の抵抗R及びこの抵抗R
と直列に接続した第1のコンデンサCと、第2のコ
ンデンサCとが夫々並列に接続されている。
【0018】更に、抵抗Rの両端間には、本発明の要
部となるバッファアンプBAと、2個のダイオード
,Dを用いたレベルリミッタLLとが直列に接続
されている。即ち、抵抗RのオペアンプOAとの接続
部からバッファアンプBAの入力端子へ入力している。
また、バッファアンプBAの出力端子からレベルリミッ
タLLの一端に接続し、且つ、レベルリミッタLLの他
端は抵抗RとコンデンサCのとの間に接続されてい
る。ここで、抵抗Rの両端間にバッファアンプBAを
介して接続したレベルリミッタLLは、2個のダイオー
ドD,Dの向きを図示のように−+の互いの逆極を
各々接続し、且つ、ダイオードD,Dの接続部がレ
ベルリミッタLLの一端,他端となるように設けてい
る。
【0019】次に、図2に示した如く、上記の構成によ
る第1実施例のループフィルタ回路LF1を採用したP
LL(Phase Locked Loop)のループ
ゲイン特性は、PLLをかけるための入力信号Vの周波
数fが、例えば周波数f以下の範囲では−12dB/
OCTの傾斜となり、周波数fより高く且つ周波数f
より低い範囲では−6dB/OCTの傾斜となり、周
波数f以上の範囲では−12dB/OCTの傾斜とな
り、各傾斜の交点となる周波数f,fで傾斜が緩や
かにクロスしている。
【0020】この際、コンデンサCの値がコンデンサ
の値より十分大きいとして第1実施例のループフィ
ルタ回路LF1を設計するならば、周波数fはコンデ
ンサCと抵抗Rにより算出できその概略値は周波数
=1/2πCとなり、周波数fはコンデン
サCと抵抗Rにより算出できその概略値は周波数f
=1/2πCとなると共に、周波数fと周波
数fの間の−6dB/OCTの傾斜と0dBゲインラ
インとが交わる点にループゲイン交点周波数fxがあ
る。
【0021】次に、上記の構成による第1実施例のルー
プフィルタ回路LF1の動作を、入力信号Vの周波数
fが大きく急変した時と、入力信号Vの周波数fが大
きく急変しない時とに別けて、図1乃至図3を併用して
説明する。
【0022】まず、入力信号Vの周波数fが大きく急
変した時には、抵抗Rの両端にバッファアンプBAを
介して接続したレベルリミッタLLが動作する。即ち、
図3(A)に示した如く、入力信号Vの周波数fが大き
く急変する時には、位相比較器Iから出力された位相比
較信号Viが例えばハイ・インピーダンスHZから長時
間に亘ってローレベルLに変化する。このローレベルL
の期間中において、抵抗Rの両端電圧ER2がコンデ
ンサCのチャージが進むある時間を過ぎるとレベルリ
ミッタLLの両端電圧ELLに押さえられる。この場合
には、バッファアンプBAからの電流をレベルリミッタ
LLを介してコンデンサCに供給して、コンデンサC
へのチャージを強力に行うことで、実質的にコンデン
サCの容量が低くなったように動作するため、入力信
号Vのうちでループゲイン交点周波数fx以下の周波数
が一時的に高くなり応答性の良いループフィルタを
実現できる。これを、VCOへのコントロール信号Cの
変化で見ると、レベルリミッタLLがない場合に比べて
早い時間で立ち上がっており、位相誤差が少ない状態で
希望するコントロール電圧へ達する優れた応答性が得ら
れている。
【0023】次に、入力信号Vの周波数fが大きく急
変しない時には、レベルリミッタLLが動作しない。即
ち、図3(B)に示した如く、入力信号Vの周波数fが
大きく急変しない時には、位相比較器Iから出力された
位相比較信号Viが例えばハイ・インピーダンスHZか
ら短時間に亘ってローレベルLに変化する。このローレ
ベルLの期間中では、抵抗Rの両端電圧ERがコン
デンサCのチャージに伴って、ある程度まで上昇する
ものの、ほどなくコントロール電圧が希望値に達するた
め、レベルリミッタLLの両端電圧ELLの値まで到達
しない。この場合には、レベルリミッタLLが動作しな
いため、本来のコンデンサCの効果が発揮でき、入力
信号Vのうちでループゲイン交点周波数fx以下の周波
数fを低く保って低域ジッタの少ないループフィルタ
を実現できる。
【0024】更に、入力信号Vの周波数fが急変する時
もしない時も、ループゲイン交点周波数fx以上の高い
周波数fを越える範囲に対してコンデンサCの働き
により高域ジッタを押さえることができる。
【0025】<第2実施例>図4は本発明に係わる第2
実施例のループフィルタ回路を示した図、図5は本発明
に係わる第2実施例のループフィルタ回路を一部変形し
て示した図である。
【0026】図4に示した本発明に係わる第2実施例の
ループフィルタ回路LF2Aは、先に説明した第1実施
例のループフィルタ回路LF1と一部を除いて同様の構
成であり、ここでは説明の便宜上、先に示した構成部材
に対しては同一の符号を付し、且つ、異なる構成部材に
新たな符号を付して、第1実施例と異なる点を中心に説
明する。
【0027】図4に示した如く、本発明に係わる第2実
施例のループフィルタ回路LF2Aでは、レベルリミッ
タLLに2個のトランジスタTr,Trを用いた点
のみが第1実施例と異なっている。
【0028】即ち、レベルリミッタLLを構成する2個
のトランジスタTr,Trは、npn型とpnp型
とを閉ループ状態で接続し、且つ、トランジスタT
,Tr間にレベルリミッタLLの一端,他端を夫
々設けている。
【0029】この第2実施例のループフィルタ回路LF
2Aでも、先に説明した第1実施例のループフィルタ回
路LF1と同様に、入力信号Vの周波数fが大きく急
変した時にはレベルリミッタLLが動作する一方、入
力信号Vの周波数fが大きく急変しない時にはレベルリ
ミッタLLが動作しないため、第1実施例と同様の効果
を得られる。
【0030】尚、図5に示した如く、第2実施例を一部
変形したループフィルタ回路LF2Bは、第1のコンデ
ンサCを抵抗Rの前に接続し、これに伴ってレベル
リミッタLL,バッファアンプBAも図示のように接続
して構成したものであり、上記ループフィルタ回路LF
2Aと略同様な動作により略同様な効果が得られるもの
である。
【0031】<第3実施例>図6は本発明に係わる第3
実施例のループフィルタ回路を示した図、図7は本発明
に係わる第3実施例のループフィルタ回路を一部変形し
て示した図である。
【0032】図6に示した本発明に係わる第3実施例の
ループフィルタ回路LF3Aは、先に説明した第1,第
2実施例のループフィルタ回路LF1,LF2A,LF
2Bと一部を除いて同様の構成であり、ここでは説明の
便宜上、先に示した構成部材に対しては同一の符号を付
し、且つ、異なる構成部材に新たな符号を付して、第1
実施例と異なる点を中心に説明する。
【0033】図6に示した如く、本発明に係わる第3実
施例のループフィルタ回路LF3Aでは、第1,第2実
施例で説明したバッファアンプBAとレベルリミッタL
Lとを設けることなく、これらに代えて抵抗Rの両端
に電位差監視回路VK,レベル判別回路LH,電流加算
回路IKを順に接続している。
【0034】即ち、抵抗Rの両端に接続した電位差監
視回路VKは、抵抗Rの両端間の電位差を監視し、こ
の監視した電位差をレベル判別回路LHに出力してい
る。レベル判別回路LHは、監視した電位差と、ここに
入力した所定の設定レベルとを比較して、監視した電位
差が所定の設定レベルを越えたことを判別すると、電流
加算制御信号を電流加算回路IKに出力するので、電流
加算回路IKは電流を抵抗Rの図示した一方の端子に
出力して、この電流を第1のコンデンサCに供給して
いる。
【0035】従って、上記構成に伴う動作によって、と
くに、入力信号Vの周波数fが大きく急変した時に
は、抵抗Rの両端間の電位差が所定の設定レベルを越
え、これに伴って電流加算回路IKから電流を第1のコ
ンデンサCに供給して、第1のコンデンサCへのチ
ャージを強力に行うことで、実質的に第1のコンデンサ
の容量が低くなったように動作するため、入力信号
Vのうちでループゲイン交点周波数fx以下の周波数f
が一時的に高くなり応答性の良いループフィルタを実
現できる。
【0036】一方、入力信号Vの周波数fが大きく急
変しない時には、電流加算回路IKが動作しないため、
本来のコンデンサCの効果が発揮でき、入力信号Vの
うちでループゲイン交点周波数fx以下の周波数f
低く保って低域ジッタの少ないループフィルタを実現で
きる。
【0037】更に、入力信号Vの周波数fが急変する時
もしない時も、ループゲイン交点周波数fx以上の高い
周波数fを越える範囲に対してコンデンサCの働き
により高域ジッタを押さえることができる。
【0038】尚、図7に示した如く、第3実施例を一部
変形したループフィルタ回路LF3Bは、第1のコンデ
ンサCを抵抗Rの前に接続し、これに伴って電流加
算回路IKからの電流を抵抗Rの図示した他方の端子
に出力して、この電流を抵抗Rの前に接続した第1の
コンデンサCに供給するように構成したものであり、
上記ループフィルタ回路LF3Aと略同様な動作により
略同様な効果が得られるものである。
【0039】
【発明の効果】以上詳述した本発明に係わるループフィ
ルタ回路LFにおいて、第1の発明によると、位相比較
器Iから出力された位相比較信号ViをオペアンプOA
の負極性端子に入力し、且つ、抵抗R及びこの抵抗R
と直列に接続した第1のコンデンサCと、第2のコ
ンデンサCとをオペアンプOAの負極性端子と出力端
子間に夫々並列に接続すると共に、前記抵抗Rの両端
間にバッファアンプBAを介してレベルリミッタLLを
接続したため、入力信号Vの周波数fが大きく急変し
た時には、抵抗Rの両端にバッファアンプBAを介し
て接続したレベルリミッタLLが動作することにより、
バッファアンプBAからの電流をレベルリミッタLLを
介して第1のコンデンサCに供給して、第1のコンデ
ンサCへのチャージを強力に行うことで、実質的に第
1のコンデンサCの容量が低くなったように動作する
ため、入力信号Vのうちでループゲイン交点周波数fx
以下の周波数fが一時的に高くなり応答性の良いルー
プフィルタを実現できる。一方、入力信号Vの周波数
fが大きく急変しない時には、レベルリミッタLLが動
作しないため、本来のコンデンサCの効果が発揮で
き、入力信号Vのうちでループゲイン交点周波数fx以
下の周波数fを低く保って低域ジッタの少ないループ
フィルタを実現できる。更に、入力信号Vの周波数fが
急変する時もしない時も、ループゲイン交点周波数fx
以上の高い周波数fを越える範囲に対してコンデンサ
の働きにより高域ジッタを押さえることができる。
また、第2の発明によると、位相比較器Iから出力され
た位相比較信号ViをオペアンプOAの負極性端子に入
力し、且つ、抵抗R及びこの抵抗Rと直列に接続し
た第1のコンデンサCと、第2のコンデンサCとを
オペアンプOAの負極性端子と出力端子間に夫々並列に
接続すると共に、抵抗Rの両端に電位差監視回路V
K,レベル判別回路LH,電流加算回路IKを順に接続
したため、とくに、入力信号Vの周波数fが大きく急
変した時には、抵抗Rの両端間の電位差が所定の設定
レベルを越え、これに伴って電流加算回路Iから電流を
第1のコンデンサCに供給して、第1のコンデンサC
へのチャージを強力に行うことで、実質的に第1のコ
ンデンサCの容量が低くなったように動作するため、
入力信号Vのうちでループゲイン交点周波数fx以下の
周波数fが一時的に高くなり応答性の良いループフィ
ルタを実現できる。一方、入力信号Vの周波数fが大
きく急変しない時には、電流加算回路IKが動作しない
ため、本来のコンデンサCの効果が発揮でき、入力信
号Vのうちでループゲイン交点周波数fx以下の周波数
を低く保って低域ジッタの少ないループフィルタを
実現できる。更に、入力信号Vの周波数fが急変する時
もしない時も、ループゲイン交点周波数fx以上の高い
周波数fを越える範囲に対してコンデンサCの働き
により高域ジッタを押さえることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる第1実施例のループフィルタ回
路を示した図である。
【図2】本発明に係わる第1実施例のループフィルタ回
路を採用したPLLのループゲイン特性を説明するため
の図である。
【図3】(A),(B)は本発明に係わる第1実施例の
ループフィルタ回路の動作を説明するための波形図であ
る。
【図4】本発明に係わる第2実施例のループフィルタ回
路を示した図である。
【図5】本発明に係わる第2実施例のループフィルタ回
路を一部変形して示した図である。
【図6】本発明に係わる第3実施例のループフィルタ回
路を示した図である。
【図7】本発明に係わる第3実施例のループフィルタ回
路を一部変形して示した図である。
【図8】一般的なPLLを示した図である。
【図9】従来の一般的なループフィルタ回路を示した図
である。
【図10】従来の一般的なループフィルタ回路を示した
図である。
【図11】従来の一般的なループフィルタ回路を示した
図である。
【符号の説明】
LF1…第1実施例のループフィルタ回路、 LF2A,LF2B…第2実施例のループフィルタ回
路、 LF3…第3実施例のループフィルタ回路、 C…第1のコンデンサ、 C…第2のコンデンサ、 R…第1の抵抗、 R…第2の抵抗、 BA…バッファアンプ、 I…位相比較器、 LL…レベルリミッタ、 OA…オペアンプ、 VK…電位差監視回路、 LH…レベル判別回路、 IK…電流加算回路、 V…入力信号、 Vi…位相比較信号。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】PLLに用いられるループフィルタ回路に
    おいて、 位相比較器から出力された位相比較信号を負極性端子に
    入力され、且つ、抵抗及びこの抵抗と直列に接続した第
    1のコンデンサと、第2のコンデンサとを前記負極性端
    子と出力端子間に夫々並列に接続したオペアンプと、 前記抵抗の両端間にバッファアンプを介して接続したレ
    ベルリミッタとを具備したことを特徴とするループフィ
    ルタ回路。
  2. 【請求項2】PLLに用いられるループフィルタ回路に
    おいて、 位相比較器から出力された位相比較信号を負極性端子に
    入力され、且つ、抵抗及びこの抵抗と直列に接続した第
    1のコンデンサと、第2のコンデンサとを前記負極性端
    子と出力端子間に夫々並列に接続したオペアンプと、 前記抵抗の両端間の電位差を監視する電位差監視回路
    と、 前記電位差監視回路で監視した前記電位差が所定の設定
    レベルを越えたことを判別するレベル判別回路と、 前記レベル判別回路で判別した結果により前記抵抗のい
    ずれか一方の端子に電流を加算する電流加算回路とを具
    備したことを特徴とするループフィルタ回路。
JP8129154A 1996-04-24 1996-04-24 ループフィルタ回路 Pending JPH09294051A (ja)

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