JPS5927129B2 - 位相同期回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は位相同期回路に関するものであり、特に位相
同期ループの同期状態を検出し、ループの引き込み範囲
を拡大するに際して外来のパルス性雑音に対して極めて
安定に動作する回路の構成を提供せんきするものである
。

この発明に関係する位相同期ループは、周知のフェーズ
ロックドループ（ＰＬＬ）方式のように電圧制御形見振
器とこの発振器に低域ろ波器を介して制御信号を供給す
る位相比較器りを有し、位相比較器は入力信号と電圧制
御形見振器の出力信号との位相差に応じた誤差信号を発
゛生ずる構成であって、このループの同期状態は電圧制
御形見振器の自走周波数が入力信号き周波数とほぼ等し
いときに得られ、このとき両者の周波数は一致し、それ
らの間の位相差はほぼπ／２（ｒａｄ）である。

一方非同期状態は前述した電圧制御形見振器と入力信号
々の周波数が異なるときに生じやすく、この状態で生じ
る位相比較器の出力ビート信号が低域ろ波器によって減
衰されるとこのループはもはや同期状態への復帰機能を
もたなくなる。

従って復帰のためには電圧制御形見振器の自走周波数を
入力信号の周波数に近づける何らかの作用が必要である
。

このような位相同期ループを有した受信装置では非同期
状態に生じるビートによる雑音の除去、あるいは同期状
態の表示、さらには同期状態への復帰を自動的に行なわ
せるこきが望まれ、このために必要な同期、非同期状態
の検出機能は本出願人による特許願昭５１−１５４６２
７号「位相同期装置」の明細書に記載のものがある。

この装置では第１図に示したような電圧制御形見振器１
の制御信号を発生する第１の位相比較器２を含む位相同
期ループさ、この位相比較器と相対的にπ／２（ｒａｄ
）異なった位相軸で動作する第２の位相比較器３（すな
わち振幅同期復調器）とを設け、さらにこの第２の位相
比較器の出力側に同期状態を判定するための整流回路４
を配置し、その整流極性を前述した第２の位相比較器の
復調極性さ逆の極性に選定するこさが記載されている。

この種の構成の位相同期装置では無線ＡＭ受信機への応
用に際して欠点をもつ場合があり、以下テレビジョン受
信機の映像検波段への応用を例にとって説明をする。

例えばヘヤードライヤーなどによって生じるパルス性の
雑音が混入した信号を受信する場合には、振幅同期復調
器３（第２の位相比較器）の出力端、すなわち整流回路
４の入力端の信号には零搬送波レベルを越える雑音が重
畳し、この整流回路４は映像検波器に直流結合されたい
わゆる振幅分離形の構成であるので位相同期ループが同
期状態にあっても雑音によって動作する欠点がある。

従って、このような整流回路を用いて同期状態を検出し
、その出力で例えば同期状態を表示したり、引き込み範
囲を拡大するための回路を制御したりする場合には誤動
作となるので実用に適さなくなるものである。

本発明は上述したような振幅分離形の位相同期状態検出
機構の耐雑音特性を改善するに際して、特に位相同期ル
ープの引き込み範囲を拡大するための機能をもつものを
提供せんさするものである。

本発明においては、通常の位相同期ループを構成する第
１の位相比較器（以下位相比較器と称すλ低域ろ波器お
よび電圧制御形見振器を有し、前述した位相比較器とπ
／２（ｒａｄ）異なる位相軸で動作するように構成した
第２の位相比較器（以下映像検波器と称す）さ、その出
力端に直流結合されたレベル比較器、およびレベル比較
器の出力を略鋸歯状波信号に変換する第１の波形整形回
路と、その出力信号を略矩形波信号に変換するための第
２の波形整形回路と、その出力側に配置された積分器き
からなる位相同期状態検出回路が配置される。

本発明では位相同期ループの引き込み範囲を拡大するに
際して特別の新たな回路は不要で前述した積分器の充放
電時定数比を所定の値に設定するのみで達成される特徴
をもっている。

以下実施例を示した図面を用いて詳細に説明する。

第２図は本発明による位相同期回路の一実施例の構成を
示したブ田ンクダイヤグラムである。

電圧制御形見振器１、位相比較器２、低域ろ波器５から
なる位相同期ループは端子Ｔ１の入力信号の映像搬送波
の周波数に電圧制御形見振器の発振周波数を同期させ、
同期状態ではそれらの間の位相差は相対的におよそπ／
２（ｒａｄ）であり、映像検波器３は前述した発振器１
の出力をπ／２ （ｒ ａ ｄ ）移相する移相器６の
配置によって同相同期検波器の機能が与えられる。

これらの配置は位相同期ループを用いた振幅同期検波器
の構成の一例としてよく知られている。

レベル比較器７は第３図ａで示したように映像検波器３
の出力の零搬送波レベル■１を越える方向の信号を検出
するようにその動作開始点Ｖ２が与えられる。

従って位相同期ループが非同期状態にあるききには、こ
のレベル比較器７の出力にはビート信号の半サイクルに
対応した同図すで示すようなパルス状の信号が得られる
。

次に位相同期ループが同期状態にあってパルス状の雑音
が混入した信号を受信した場合、レベル比較器７は第３
図Ｃで示した検波出力信号■８中の雑音′ｖＮ１を同図
ｄの如くに（Ｖ′Ｎ１）出力する。

上述した本実施例におけるレベル比較器７の動作は従来
装置におけるものと同一であるが以下の信号処理を行な
うこさにより雑音に対する安定度の著しい改善が行なわ
れる。

まずレベル比較器７の出力側に配置した第１の波形整形
回路８はレベル比較器７がおよそデユープ４５０％程度
の連続した信号を発生するときのみ鋸歯状波信号を発生
するように構成される。

例えばこのような回路は所定の充電時定数をもった充電
回路き、充電回路の充電レベルを検出する回路とこの検
出回路で所定の期間のみ前述した充電回路の充電動作を
停止させるさともに放電回路を駆動するこきによって容
易に実現できる（詳細は後述される）。

このような第１の波形整形回路８を配置することにより
、その出力端にはビート信号および雑音に対して第３図
ｅおよびｆで示した波形が得られる。

この第３図ｅで示した波形は位相同期ループが非同期状
態にあるときに生じるものである。

レベル比較器７の出力ビート信号は同図すで示すような
デユーティ５０％の連続したパルス信号であってグラウ
ンド（ＧＮＤ）レベルからＶ３のレベルまで所定の時定
数で充電し、■３のレベルに到達すると放電回路が動作
を開始し充電電荷を放電して■４のレベルまで下降する
ことが示されており、このＶ４のレベルに達すると放電
動作が停止して以降充電、放電動作を繰り返す。

一方、位相同期ループが同期状態にあるききに検出され
た雑音Ｖ′Ｎ１（第３図ｄ）は前述したビート信号で充
電時定数上回じ時定数で充電回路を駆動する。

しかしながらこの雑音はパルス性のものであって通常間
欠的に生じる。

例えばよく知られたヘヤードライヤー雑音ではおよそデ
ユーティ１０％以下で商用電源の周波数に同期している
。

従って、このようなパルス雑音による充電回路の充電ピ
ークレベルは第３図ｆで示すように■、のレベルであっ
てビート信号によって生じる波形と著しく異なり、この
とき放電回路は停止した状態を保持し続ける。

上述したこｂからこの発明で配置した第１の波形整形回
路８の出力の有効な信号処理方式が見い出されよう。

すなわちビート信号と雑音とで第１の波形整形回路の出
力は直流レベルに大きい差異が生じることと、雑音に対
して充電検出回路および放電回路が動作を停止すること
である。

従ってこの発明によって配置される第２の波形整形回路
９は第３図ｅの■３レベルの近傍にスライスレベルを設
けたスライス回路で矩形波に変換するか、もしくは前述
した充電検出回路の出力を用いるべく構成することによ
って実現できる。

第４図は第２の波形整形回路９に前述したスライス回路
を用いて入力の鋸歯状波信号から矩形波信号をぬのレベ
ルでスライスするこきによって得ることを示しており、
同図すの実線で示した矩形波信号はビート信号にのみ正
確に対応する。

本発明は上述したようにレベル比較器と第１および第２
の波形整形回路とを映像検波器の出力側に全て直流結合
した状態で配置する構成であって、位相同期ループが非
同期状態にあるききにのみに生じるビート信号に正確に
対応した矩形波信号を第２の波形整形回路の出力端に得
るものであり、第４図すの破線で示すような波形に積分
することによって位相同期ループの引き込み範囲の拡大
のための信号として用いることができる。

第５図はこの発明の第２の波形整形回路の出力を積分器
１０で略鋸歯状波に変換して位相同期ループの低域ろ波
器５の出力と合成して電圧制御形発振器に供給して第２
の位相同期ループを構成することを示したものである。

位相同期ループの引き込み範囲を決定する要素は種々あ
るが、特にこの低域ろ波器５が同期引き込み範囲に大き
く影響することは周知の事実であり、通常数十（ＫＨｚ
）と極めて狭くテレビジョン受信機の映像検波段への応
用を限外する一要因きなっている。

この発明の第５図の構成によれば積分器１０の出力によ
って電圧制御形発振器を掃引する第２の位相同期ループ
を有した構成であるので積分器の出力レベルに応じて大
幅な引き込み範囲を拡大するこきができる。

実際の応用に際しては積分器１０の出力には直流分が含
まれるので直流阻止コンデンサを介して低域ろ波器３に
交流外のみを重畳する構成が望ましい。

次に本発明の位相同期回路の第１および第２の波形整形
回路Ｉこ好適な具体回路を示した第６図について説明し
よう。

エミッタが共通接続されたトランジスタ対Ｑ１．Ｑ２は
レベル比較器を構成するものであり、この段の動作開始
レベルは電圧源Ｅ１で設定される。

トランジスタＱ１のベースに供給される信号が前述した
第３図Ｃの極性であると仮定するき、この信号の零搬送
波レベルは第３図の■ルベルであり、このさき電圧源Ｅ
１は■２の直流レベルをトランジスタＱ２のベースに供
給する。

ダーリントン接続されたＰＮＰトランジスタＱ３とＮＰ
Ｎ）ランジスタＱ４は抵抗Ｒ１を介して積分コンデンサ
Ｃ１をレベル比較器の出力に応じて充電する。

トランジスタはＱ５．Ｑ６およびＱ７は積分コンデンサ
Ｃ１の充電レベルを検出するためのものであって通常、
すなわちコンデンサＣ１の充電レベルが低い場合には、
この検出回路がオフとなるようにバイアス抵抗Ｒ２ｒ
Ｒ３の比が所定の値に設定される。

トランジスタＱ、のオフ状態によって、放電回路を構成
する抵抗Ｒ４、トランジスタＱ８（！１−１−ランジス
タｑのベースバイアスを切り換えるべく配置した抵抗Ｒ
５、トランジスタＱ９もオフし続ける。

このような状態は積分コンデンサＣ１の充電レベルがト
ランジスタＱ６のベースバイアスレベルよりも高くなら
ない限り変化しない。

位相同期ループが同期状態にあれば、前述したトランジ
スタＱｌ、Ｑ２によって構成されたレベル比較器は零搬
送波レベルを越える雑音（例えば第３図ＣのＶＮｌ）に
のみ応答する。

このような雑音のデユーティレシオは非常に小さく積分
コンデンサＣ７の充電レベルはトランジスタＱ６のベー
スバイアスのレベルに達し得ないので充電検出回路のト
ランジスタＱ５は依然としてオフ状態を保持し、第２の
積分器を構成するトランジスタＱ９のエミッタ端子には
伺らの信号は得られない。

一方、位相同期ループが非同期状態であるならばトラン
ジス’） Ｑｔ 、Ｑ２のレベル比較器はビート信号の
零搬送波レベルを越える成分に確実に応答し、およそデ
ユーティ５０％の信号（例えば第３図すの如くの）で積
分コンデンサＣ１を充電し続ける。

トランジスタＱ５をオフ状態からオン状態へ変化させる
ためにはトランジスタＱ４のエミッタ端子での電圧のピ
ークレベルが抵抗Ｒ２とＲ３によって供給されたトラン
ジスタｑのベースバイアスレベルよりも高いこ七が必要
である。

トランジスタＱ５がオン状態になるさＱ７ 、Ｑｓ −
Ｑ９ 、ＱＩＯの全てのトランジスタがオン状態に突入
する。

トランジスタＱ８は抵抗Ｒ４で制限した時定数で積分コ
ンデンサＣ１の充電々荷の放電動作を開始するがコンデ
ンサＣ１はトランジスタＱ４によって依然として充電さ
れ続けている。

一方、トランジスタＱ６はそのベースバイアスがトラン
ジスタＱ９のオン動作によって下げられる。

従って、トランジスタＱ、を再度オフ状態とするために
はこのＱ５のベース電位がＱ６のベース電位よりも低く
なることが必要であって、このために抵抗Ｒ４とコンデ
ンサＣ１との放電時定数が抵抗Ｒ１による充電時定数よ
りも小となるように設定する。

上述したこきかられかるようにトランジスタＱ５のオン
期間はコンデンサＣ１を含む積分器の充電と放電の時定
数の差にほぼ対応するものであるからトランジスタＱＩ
Ｏのベースには、Ｑ５がオンの間のみに正パルスを生じ
る信号が得られる。

このパルス信号はトランジスタＱ、０％コンデンサＣ２
、抵抗Ｒ６で構成した積分器によって略鋸歯状波信号に
変換され、電圧制御形見振器の掃引信号として用いられ
る。

以上説明した第６図の具体構成では第１の波形整形回路
における積分器を構成するに際して充電部と放電部とが
独力に動作するようになされており、この放電部が充電
検出回路によって制御されるように配置されている。

従ってこの発明の基本構成で述べた第２の波形整形回路
、すなわち鋸歯状波信号を矩形波信号に変換するための
回路を新たに設ける必要がない利点をもつものであり、
この第６図の構成の中では用途に応じて回路の変形が可
能である。

例えばトランジスタＱ６のコレクタに負荷を設けること
、あるいはそのベースより矩形波信号を得るときなどは
任意に選択され得るものである。

またこのような具体構成の中では雑音に対する安定度を
より高めるためにコンデンサＣ１に抵抗を並列接続する
ことができる。

これは雑音によって充電されたコンデンサＣ１の充電々
荷は第６図の構成ではトランジスタＱ、 、 Ｑ５．
Ｑｓのオフ状態でのもれ電流によってのみ放電され、通
常のシリコントランジスタでのこの値は極めて小さい。

従って雑音が繰り返し生じるこ々に対してトランジスタ
Ｑ５がオン状態に突入するこきを前述した抵抗の配置に
より防ぐこ々ができる実用的な利点が得られる。

この発明は位相同期ループの同期、非同期状態を検出し
、非同期状態においては自動的にループの引き込み範囲
を拡大するための信号を直接得るに際して振幅同期検波
器とその出力側に配置したレベル比較器の出力を第１の
波形整形回路で鋸歯状波信号に変換した後、第２の波形
整形回路で矩形波信号に変換する回路を設け、この出力
を積分器で略鋸歯状波信号に変換して電圧制御形発振器
へ供給するこさとして説明したが、言うまでもなくこの
ような出力の用途に限定されるものではない。

特に積分器は用途に応じてその積分時定数を選択するこ
とにより一定レベルの直流出力とすることができる。

この場合この積分器は尖頭値整流回路で構成するのが好
適である。

また複数の波形の異なる検出信号を出力することも容易
であり、これらは全てこの発明の範囲に含まれるもので
ある。

またこの発明によってもたらされる利点は言うまでもな
くパルス雑音によって誤動作することのない同期状態の
検出動作が実現されるのみでなく、第２の位相同期ルー
プを配置することによってループの引き込み範囲を大幅
に拡大できる性能上の利点と、全ての回路が直流結合し
た状態で構成することが可能であってコンデンサを接続
するための端子が少ないことからこのような回路の集積
回路化に好適であるなどの実用的な利点をも兼ね備えた
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の位相同期回路を示す構成図、第２図は本
発明の一実施例を示す構成図、第３図、第４図は要部波
形図、第５図は他の実施例を示す要部構成図、第６図は
要部回路図である。 １・・・・・・電圧制御形発振器、２・・−・・位相比
較器、３・・・・・・映像検波器、５・・・・・・低域
ろ波器、６・・・・・・移相器、７・・・・・・レベル
比較器、８・・・・・・第１の波形整形回路、９・・・
・・・第２の波形整形回路、１０・・・・・・積分器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 制御電圧によって発振周波数が制御される電圧制御
   形発振器と、振幅変調された信号を入力信号として該発
   振器に低域ろ波器を介して制御電圧を供給する第１の位
   相比較器とからなる第１の位相同期ループを有し、前記
   位相比較器とは前記入力信号の搬送波周波数で略π／２
   （ｒａｄ）異なる位相軸で動作する第２の位相比較器と
   、その出力端に直流結合されるキキもｔこ第１の基準電
   圧によって動作開始点が設定されてなる第１のレベル比
   較器と、該比較器の出力を該鋸歯状波信号に変換する第
   １の波形整形回路さ、該整形回路の出力を略矩形波信号
   に変換する第２の波形整形回路とを有するときもに、該
   第２の波形整形回路の出力が積分器を介して前記電圧制
   御形発振器に供給されてなる第２の位相制御ループとを
   具備してなる位相同期回路。 ２ 前記電圧制御形発振器は前記低域ろ波器の出力の略
   直流成分と積分器の出力の交流成分とによって制御され
   るべく構成してなる特許請求の範囲第１項記載の位相同
   期回路。 ３ 前記第１の波形整形回路は前記第１のレベル比較器
   の出力を入力として所定の時定数でコンデンを充電する
   ように構成してなる充電回路と、該コンデンサの充電電
   荷を所定の時定数で放電させるための放電回路とによっ
   て構成され、前記第２の波形整形回路は、２つの異なる
   直流出力を切換えるべく構成されてなる基準電圧発生回
   路と、その出力と前記第１の波形整形回路の出力さを比
   較するための第２のレベル比較器とを有し、該レベル比
   較器の出力で前記基準電圧発生回路と放電回路とを制御
   するとともに該出力を第２の波形整形回路の出力さして
   なる特許請求の範囲第１項記載の位相同期回路。 ４ 前記積分器は前記第２の波形整形回路より供給され
   てなる入力の略矩形波信号を略鋸歯状波信号に変換する
   べくその充放電時定数が設定されてなる特許請求の範囲
   第１項記載の位相同期回路。 ５ 前記放電回路は前記第２のレベル比較器の出力で放
   電動作が制御される構成の第１の放電回路き、一定の放
   電時定数を有した第２の放電回路とで構成してなる特許
   請求の範囲第３項記載の位相同期回路。 ６ 前記積分器はトランジスタと該トランジスタのエミ
   ッタに接続されてなる積分コンデンサと放電抵抗との並
   列接続回路とによって構成されてなる特許請求の範囲第
   ４項記載の位相同期回路。 ７ 制御電圧によって発振周波数が制御される電圧制御
   形発振器き、振幅変調された信号を入力信号として該発
   振器に低域ろ波器を介して制御電圧を供給する第１の位
   相比較器とからなる位相同期ループを備えるとさもに、
   前記位相比較器とは前記入力信号の搬送波周波数で略π
   ／２（ｒａｄ）異なる位相軸で動作する第２の位相比較
   器と、その出力端に直流結合されるときもに第１の基準
   電圧によって動作開始点が設定されてなる第１のレベル
   比較器と、該比較器の出力を略鋸歯状波信号に変換する
   第１の波形整形回路と、該整形回路の出力を略矩形波信
   号に変換する第２の波形整形回路を有し、その出力が積
   分器を介して出力する位相同期検出回路さを具備してな
   る位相同期回路。 ８ 前記積分器が尖頭値整流回路によって構成されてな
   る特許請求の範囲第７項記載の位相同期回路。