JPH10107628A - 周波数シンセサイザ - Google Patents

周波数シンセサイザ

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JPH10107628A
JPH10107628A JP8277182A JP27718296A JPH10107628A JP H10107628 A JPH10107628 A JP H10107628A JP 8277182 A JP8277182 A JP 8277182A JP 27718296 A JP27718296 A JP 27718296A JP H10107628 A JPH10107628 A JP H10107628A
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JP
Japan
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frequency
phase
comparator
detection sensitivity
synthesizer
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Pending
Application number
JP8277182A
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsuo Nagaya
哲雄 長屋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
New Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
New Japan Radio Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by New Japan Radio Co Ltd filed Critical New Japan Radio Co Ltd
Priority to JP8277182A priority Critical patent/JPH10107628A/ja
Publication of JPH10107628A publication Critical patent/JPH10107628A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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
    • 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
    • H03L7/16Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/18Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop

Landscapes

  • Channel Selection Circuits, Automatic Tuning Circuits (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来からの周波数シンセサイザにおいては、
出力周波数の変化に対して位相比較器の自然角周波数が
変化するためループ帯域幅も変化し、その結果周波数シ
ンセサイザの位相雑音を悪化させてしまうと言う問題点
があった。この問題点を改良するためには出力周波数の
変化に対して自然角周波数が変化せず一定に保持される
ことが必要である。 【解決手段】 位相比較器の外部より、電圧制御発振器
のチューニング電圧の変化に対応して電圧変換器により
位相比較器の電源電圧を制御し、これにより位相検波感
度をシンセブロックの分周数に連動させ、結果として自
然角周波数が変化せずに一定に保持されるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば多数の通信
チャネルを有する通信機等に使用される周波数シンセサ
イザに関するものである。
【0002】
【従来の技術】PLL(Phase Locked L
oop)回路において、ある基準とする高安定な信号に
対して、特定の周波数関係にある高安定な出力信号を形
成するものを周波数シンセサイザと言う。そこで従来か
らの代表的な周波数シンセサイザの構造を図4のブロッ
ク図に示し説明する。図4において、1は電圧制御発振
器(以下“VCO”と略す)で電圧制御により任意の出
力信号を発生させる。2は分配器でVCO1からの出力
信号を次のシンセブロック3に分割している。3はプロ
グラマブル可変分周器等で構成されているシンセブロッ
クでVCO1からの出力信号を周波数切換信号により任
意の分周数で周波数変換している。4は位相比較器(以
下“PC”と略す)である。ここではシンセブロック3
からの出力信号と外部からの基準信号とが乗算され、そ
の結果これら2つの信号の角周波数の和からなる成分
と、差からなる成分が生じる。このうち、和の成分は2
倍の周波数を持つ高周波成分であるため次のループフィ
ルタ5(以下“LF”と略す)によって除去され、差の
成分が出力信号としてVCO1に帰還せしめられる。
【0003】上記のようなPLL回路においては、その
回路系の定数はLF5のタイプにより決定される。一般
に応用上、最も多く用いられるのが2次ループフィルタ
であり、ラグリード形不完全積分2次ループフィルタ、
ラグ形不完全積分2次ループフィルタ、完全積分形2次
ループフィルタの3種類がある。このうち、よく用いら
れるアクティブ・フィルタを用いた完全積分形2次ルー
プフィルタについて、図5のPLL回路と図6の開ルー
プ特性によりみてみると以下の関係式が成立する。 ωc =1/τ2 ωk ≡K=Kpv τ2 /Nτ1 …………(1) ζ =(1/2)√(ωk /ωc ) ωn =√(ωk ωc )=ωk /2ζ…………(2) ここで τ1 =CR1 τ2 =CR2p :位相検波感度 Kv :VCO変調感度 N :分周数 を表しており、そして、 ωk ≡K:PLL応答角周波数 ζ :ダンピング・ファクタ ωn :自然角周波数 を表している。そして上記の式(1)を式(2)に代入
することにより、 ωn =Kpv τ2 /2ζNτ1 と表せる。さらに、τ1 =CR1 、τ2 =CR2 を代入
して、 ωn =(R2 /R1 )Kpv /2ζN…………(3) と表せる。
【0004】上記の式(3)により、周波数シンセサイ
ザにおいては分周数Nの変化により自然角周波数ωn
連動する構造を持っていることが分かる。そして自然角
周波数ωn はPLL回路のループ帯域幅と比例する要因
であり、基準信号とVCO1とのフリーランの位相雑音
の切換点を決定する要因である。例えば今、上記の式
(3)において分周数Nが大きくなったとすると、その
他の定数が一定の場合自然角周波数ωn は小さくなる。
すると図6から分かるように、自然角周波数ωnが小さ
くなればループ帯域幅は狭くなる。図7はこの状態を模
式的に示したものである。即ちループ帯域幅が狭くなる
ことにより基準信号とVCO1とのフリーランの位相雑
音の切換点が切換点1より切換点2へと狭い方にシフト
する。するとVCO1のフリーランの近傍の悪い位相雑
音の影響を受けるようになり、その結果周波数シンセサ
イザ自体の位相雑音が悪化することになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところがこのような従
来からの構造においては、VCO1にて周波数シンセサ
イザの出力周波数fを変化させるとシンセブロック3の
分周数Nもそれに応じて変化する。そして上記の式
(3)において分周数N以外の係数を一定とすると、自
然角周波数ωn は分周数Nの変化に連動することが分か
るから、結果として周波数シンセサイザの出力周波数f
を変化させると自然角周波数ωn は連動することが分か
る。自然角周波数ωn が変化すればループ帯域幅が変化
し、その結果周波数シンセサイザの出力の位相雑音を悪
化させてしまう。即ちここにおいて、周波数シンセサイ
ザの出力周波数fを変化させた時、自然角周波数ωn
変化することが問題となるのである。この問題点を改良
することが従来からの課題であった。そこで本発明はか
かる問題点を解決するためになされたものであり、周波
数シンセサイザの出力周波数fを変化させても、即ちシ
ンセブロック3において分周数Nが変化しても自然角周
波数ωn は変化せず一定に保持されるように構成された
周波数シンセサイザを提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】そこで本発明では上記課
題を以下に示す第一〜第三の手段により解決した。まず
第一に、VCO1からの発振周波数を、可変分周器で構
成され周波数切換信号により任意の分周数で周波数変換
するシンセブロック3に入力し、このシンセブロック3
からの出力信号の周波数をPC4で基準信号の周波数と
比較し、両周波数の位相差がLF5を介して制御電圧値
に変換された信号により両周波数の位相を一致させるよ
うにVCO1を帰還制御する周波数シンセサイザにおい
て、上記PC4の位相検波感度を可変させるよう構成し
た。
【0007】第二に、上記PC4の位相検波感度を該P
C4の外部からの制御信号により可変させるように構成
した。
【0008】第三に、上記PC4の位相検波感度を上記
VCO1からの制御信号により可変させるよう構成し
た。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に図1〜図3により、上記の
第一〜第三の各手段による本発明の実施形態を示す。図
1は本発明の一実施形態を示す周波数シンセサイザのブ
ロック図であり、図4の従来からの代表的な周波数シン
セサイザの構造に電圧変換器6が追加された構造をして
いる。そこで今、上記の式(3)を考察するために、周
波数シンセサイザの出力周波数fと分周数Nと自然角周
波数ωn について、 最高周波数fH :分周数NH :自然角周波数ωnH 最低周波数fL :分周数NL :自然角周波数ωnL のように対応しているとする。さらに、位相検波感度K
p については、 Kp =VO /2π VO :PC4の位相検波ICの出力振幅 と表されるから、 最高周波数fH :Kp =VOH/2π 最低周波数fL :Kp =VOL/2π のように対応しているとする。すると、上記の式(3)
は、 fH の時:ωnH=(R2 /R1 )(VOH/2π)Kv /2ζNH =(R2 /R1 )(Kv /4πζ)VOH/NHL の時:ωnL=(R2 /R1 )(VOL/2π)Kv /2ζNL =(R2 /R1 )(Kv /4πζ)VOL/NL のように各々表される。今問題なのは、自然角周波数ω
n が変化することであるから、これが変化せずに一定で
あれば良いことになる。即ち、 ωnH=ωnL であれば良い。故に、 (R2 /R1 )(Kv /4πζ)VOH/NH =(R2
1 )(Kv /4πζ)VOL/NLOH/NH =VOL/NL 従って、 VOH/VOL=NH /NL …………(4) となる。上記の式(4)は分周数Nの変化に比例して、
PC4の位相検波ICの出力振幅VO が変化すると位相
検波感度Kp も同様に変化し、結果として自然角周波数
ωn は常に一定となることを表している。そして自然角
周波数ωn が一定に保持されるのであれば、“発明が解
決しようとする課題”で指摘したような、“自然角周波
数ωn が変化すればループ帯域幅が変化し、その結果周
波数シンセサイザの出力の位相雑音を悪化させてしま
う”ような現象を防止できる。
【0010】図2は上記の説明を模式的に示したもので
あり、周波数シンセサイザの出力周波数fのfL 〜fH
の変化に対して、分周数NのNL 〜NH が対応し、さら
にその分周数NのNL 〜NH の変化に対して、PC4の
位相検波ICの出力振幅VO即ち位相検波感度Kp のV
OL〜VOHが対応していることを表している。このように
位相検波感度Kp が変化すれば良いのであるが、PC4
の位相検波ICの出力振幅VO はPC4に印加される電
源電圧によって決定されるのであるから、図1に示され
ているように、VCO1のチューニング電圧VT に対応
して電圧変換器6によりPC4に印加される電源電圧V
OPを制御すれば良いことになる。図3はその様子を模式
的に示したものであり、VCO1のチューニング電圧V
T の変化即ち周波数シンセサイザの出力周波数fのfL
〜fH の変化に対して、PC4の位相検波ICの出力振
幅VO のVOL〜VOHが対応するようにPC4に印加され
る電源電圧VOPを制御すれば良いことになる。
【0011】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の周波数シ
ンセサイザにおいては周波数シンセサイザの出力周波数
fが変化しシンセブロックの分周数Nが変化しても、自
然角周波数ωn は一定に保持されるために、ループ帯域
幅が変化せず、従って周波数シンセサイザの出力の位相
雑音を悪化させないと言う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の周波数シンセサイザの代表的構成を示
すブロック図である。
【図2】図1の周波数シンセサイザの出力信号の特性を
示す図である。
【図3】図1の電圧変換器の特性を示す図である。
【図4】従来からの周波数シンセサイザの代表的構成を
示すブロック図である。
【図5】従来からの周波数シンセサイザのPLL回路を
示すブロック図である。
【図6】従来からの周波数シンセサイザのPLL開ルー
プ特性図である。
【図7】従来からの周波数シンセサイザのループフィル
タの帯域幅図である。
【符号の説明】
1……電圧制御発振器(VCO) 2……分配器 3……シンセブロック 4……位相比較器(PC) 5……ループフィルタ(LF) 6……電圧変換器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電圧制御発振器(VCO)からの発振周
    波数を、可変分周器で構成され周波数切換信号により任
    意の分周数で周波数変換するシンセブロックに入力し、
    このシンセブロックからの出力信号の周波数を位相比較
    器(PC)で基準信号の周波数と比較し、両周波数の位
    相差がループフィルタを介して制御電圧値に変換された
    信号により両周波数の位相を一致させるように該電圧制
    御発振器(VCO)を帰還制御する周波数シンセサイザ
    において、上記位相比較器(PC)の位相検波感度を可
    変させるようにしたことを特徴とする周波数シンセサイ
    ザ。
  2. 【請求項2】 上記位相比較器(PC)の位相検波感度
    を該位相比較器(PC)の外部からの制御信号により可
    変させるようにしたことを特徴とする特許請求項1の周
    波数シンセサイザ。
  3. 【請求項3】 上記位相比較器(PC)の位相検波感度
    を上記電圧制御発振器(VCO)からの制御信号により
    可変させるようにしたことを特徴とする特許請求項1の
    周波数シンセサイザ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6940359B2 (en) 1999-04-28 2005-09-06 Nec Corporation PLL frequency synthesizer using charge pump
US7327195B2 (en) 2004-08-27 2008-02-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. PLL frequency synthesizer
CN101414820B (zh) 2007-10-17 2011-04-06 中兴通讯股份有限公司 一种数字频率合成及同步电路

Cited By (3)

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US6940359B2 (en) 1999-04-28 2005-09-06 Nec Corporation PLL frequency synthesizer using charge pump
US7327195B2 (en) 2004-08-27 2008-02-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. PLL frequency synthesizer
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