JPS5943012B2 - 位相比較器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、２つのパルス列の位相を比較してその位相差
に比例した信号を得るための位相比較器、特に２つのパ
ルス列の位相の相互変動範囲が限定されている場合に用
いられる位相比較器に関するものである。

従来２つのパルス列の位相差を検出し、検出した位相差
に比例した出力信号を得るための位相比較器はすでに知
られており、位相差の一２πから０までおよび０から２
πまでが直線的な出力で得られている。

しかし、あとζこ稍詳しく説明するが、パルス列の位相
差の変動範囲が成る狭い範囲ｆこ限定され、もし位相差
がこの範囲を逸脱すると比較すべきパルスが途中の経過
時間に関係なく次の変動範囲に出現するような構成であ
るときは、位相差と時間差の関係は前記の逸脱の行われ
たときの位相において不連続性を示す。

したがってこの逸脱の行われた後における位相比較出力
信号を例えばこの出場を発した発振器の自動周波数！ｔ
Ｊｌａ’ｌ］装置に加えるようなことをすると、正常な
制御□□動作が行われなくなる。

したがって本発明の目的は、２つのパルス列の位相の相
互の変動範囲が限定されている場合（こ、これら２つの
パルス列の時間差に等しい時間幅のパルスを発生する回
路を用い乍ら、可及的に広い範囲で出力パルスと位相差
が比例するような位相比較器を得ようとするものである
。

本発明によれば比較すべき２つのパルス列の時間差に等
しい時間幅の出力パルスを発生する手段と、前記発生し
た出力パルスを前記の時間差が変化する範囲の時間幅ゲ
ートする手段と、ゲートされた出力パルスを差動的に増
幅し低域Ｆ波して位相比較出力信号を発する手段とを有
する位相比較器が得られる。

次ｌこ図面を参照して説明する。

第１図は従来から知られており、そして本発明の装置の
一構成要素ともなるべき位相比較回路の構成の一例を示
したものである。

この回路は、２つのパルス列人力ＲとＶの位相差（パル
ス前縁の時間差）に比例した電圧出力Ｕ又はＤを得るよ
うになっているものであり、米国モトローラ社のＭＣ４
０４４と名づけられな集積回路に適用されているもので
ある。

第２図は上記回路の入力パルスと出力パルスの関係を示
した図であって、（ａ）はＲ入力が■入力より進んでい
れば２つの入力の時間差に等しい幅のパルス列Ｕ出力が
得られることを示しくＤ出力は零のまま、）、（ｂ）は
前記とは逆にＲ入力がＶ入力より遅れていればそれらの
時間差に等しい幅のパルス列り出力が得られることを示
している（Ｕ出力は零のまま）。

但しこの回路においては、Ｒ入力と■入力のうちいずれ
が進んでいるかを判断するのは過去のパルス列の状態に
よって行うので、現在は同じ入力状態でも出力が異なる
ことがある。

第３図および第４図は、以上のような位相比較回路を用
いた位相比較器の構成およびその動作特性をそれぞれ示
した図である。

第３図において、１１は第１図に示した位相比較回路、
１２は差動増幅器、１３は低域Ｐ波器をそれぞれあられ
している。

第２図に示したＵ出力およびＤ出力であられしたパルス
列波形は、増幅され平滑され、Ｒ入力と■入力の位相差
に比例した第４図のような直流出力電圧の位相比較出力
信号Ｐが得られる。

以上のようｔこして、この従来から知られている回路に
より±２πの範囲で入力信号の位相差に比例した出力信
号を得ることができ、これによってたとえばこの入力信
号を発生した発振器の周波数自動側（財）に用いること
ができる。

しかし乍らパルス列の位相差の変動範囲を狭く限定し、
而も上記の位相比較回路をそのまま用いているとすると
、あとから稍詳しく説明するように、位相比較器が正し
い出力信号を発しなくなる。

上記のような限定された変動範囲を有する場合として、
たとえば特願昭５１−１４５３０９号明細書（特開昭５
３−６８９０９号）に記載された自動周波数制菌装置に
用いられる位相検出回路が挙げられる。

この自動周波敷料（財）装置はディジタル計数技術を用
いて構成したもので、第４Ａ図に示すように、制菌すべ
き発振器の出力に対する入力周波数信号２１をほぼ周期
的に一定時間幅Ｔだけゲートする回路３１と、この一定
時間幅の中間で規定される参照パルス２９を形成する回
路３５と、前記ゲートされた入力周波数２２があらかじ
め設定された数Ｎを計数しその数の整数倍毎に計数パル
スを発生する回路３２と、前記の参照パルス２３と計数
パルスの位相を比較し両パルスの時間差にほぼ比例する
電圧２４を発生する回路３３と、平滑増幅して制菌出力
信号２５を発する回路３４と、この電圧を前記発振器の
周波数制菌回路（図示せず）に帰還する手段とから構成
されており、周波数Ｎ／Ｔに安定化され、帯域幅も数百
ＭＨｚ のものが容易に得られる。

具体的な数値の例として、入力信号の周波数が１４０Ｍ
Ｈｚ、Ｎが１４０、Ｔが１μｓゲ一ト周期（＃照パルス
周期）が６４μｓとなっている。

この装置においては、計数されるパルス２２はゲートさ
れたものだけであり、前後２つのゲートに亘ってＮ個数
える毎に計数パルス２３を発生するようになっている。

以後説明を簡単にするため参照パルスはゲートパルスの
中火にあるとすると、計数パルスの変動し得る範囲は、
時間でいえば十Ｔ／２、位相でいえば±π／６４の極め
て限定されたものである。

この変動範囲は他の諸条件を勘案してこの程度ならば充
分といえる大きさに選んであり、その限りにおいてこの
装置は極めて確実に動作するものである。

しかし予測できなかった理由により参照パルス２９と計
数パルス２３の間隔が±Ｔ／２を超えると、事情が一変
する。

上記の装置において、計数される入力周波数信号パルス
は、ゲートされたものを、パルス間隔には無関係に、た
だ数を数えるだけであるから、±Ｔ／２を超えた分は次
又は前の変動範囲内において計数され、Ｎ番目が計数さ
れたとき計数パルスが出力される。

第５図は第１図の位相比較回路のＲ入力に参照パルスを
入力し、これより遅れている■入力（Ｖｌとｖ２ 月
こ計数パルスを入力した状態を示している。

ｖｌの方は計数パルスがＴ／２より小さいときの様子を
示したもの、■２の方は計数パルスがＴ／２を超えたと
きの様子を示したものである。

後者Ｑこおいて点線で示したパルスＣｉは、７１人力が
次第に遅れてＴ／２を超したとき、もしゲートしない入
力周波数信号まで計数したとしたら出現するであろう仮
想の計数パルスを示したものである。

しかしＴ／２から（Ｓ−Ｔ／２．）までの時間は計数し
ないので、Ｎ番目のパルスは次の変動範囲のＣｒのパル
ス（実線）として出力される。

ここにＳは変動範囲の周期、先の例では６４μＳのゲ゛
−ト周期に相当する。

第６図は以上のような入力を第１図の位相比較回路に入
力した場合のＵ出力（Ｕｌ とＵ２ ）を示したもの
で、７１人力に対するＵｌ 出力は従来どおりであるが
、■２人力に対するＵ２出力は、Ｒ入力により立上り■
入力により立下るという第１図回路の特性により、非常
に長いパルスになる。

この図から分るように、入力■２が次の変動範囲に飛び
移った形になると、参照パルス（Ｒ入力）から計数パル
ス（ｖ２人力）までの時間差には変動範囲の中間の時間
（Ｓ−Ｔ）が加算されていることになる。

一方位相の方は、ゲートされたパルスだけを数えるとこ
ろから、前期の中間時間はその長短を問わず無関係とな
る。

したがって時間差と位相差の比例関係はなくなる。

第１図は、第３図の回路を用い、上記のようなＵ出力を
、変動範囲列は除列し、各変化範囲を接続して考えた場
合の出力電圧Ｐと位相差（横軸）の関係を示したもので
ある。

横軸を時間に関する数字であられして０からＴ／２まで
、第６図でいえばＵｌ 出力に相当するものでは、出力
電圧Ｐと位相差は比例する。

しかしくＳ−Ｔ／２）からＳまで、第６図でいえばＵ２
出力に相当するものでは、位相差とは無関係の時間（Ｓ
−Ｔ）が入っているで、出力電圧Ｐは非常に大きくなる
。

すなイつち時間Ｔ／２に相当する位相において波形に跳
躍が生じる。

したがってこのような出力を自動側（財）装置に加えれ
ば、装置の正常の動作が行われなくなる。

本発明の装置に用いる位相比較回路は、上記のような欠
点を除くために、従来の形式の位相比較回路の出出にア
ンドゲート手段を附加したものである。

そしてこのアントゲ′−トとして、入力■の変化範囲の
時間幅に合致したゲートパルスを用いる。

第８図は、この本発明の装置位相比較回路に用いるゲー
トパルス（Ｇパルス）と、このゲートパルスでゲートさ
れたこのゲートを通った第６図のＵ出力の波形をＵｇ□
と０ｇ２であられしたものである。

０ｇ１出力はＵｌ と全く同じであるが、Ｕ ｇ２出
力はＵｌから時間（Ｓ−Ｔ）を差引いたものとなってい
る。

したがってゲートされた出力Ｕｇはいずれも時間差と位
相差が比例している。

第９図は本発明の位相比較器の構成を示したもので、１
１．１２．１３は第３図の従来の装置と同じ回路が用い
られ、１４および１５が本発明において特に附加された
アンドゲート回路である。

第１０図は上記第９図の回路を用いて得た出力直流電圧
Ｐを位相に対して示したもので、第８図だけについてい
えば、時間で表示したＯ−Ｔまでの範囲で、出力と位相
差は直線関係にある。

またこのことはＯから−Ｔまでについてもいえる。

ただ十Ｔを超えるとき出力が反転する。

以上の説明から分るように、本発明の装置によれば、入
力の変動範囲が限定されている場合でも、パルス列の位
相差に比例した位相比較出力信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来から知られ、また本発明の装置に用いられ
る位相比較回路、第２図は第１図の回路の入出力特性を
示した図、第３図は第１図の回路を用いた位相比較器の
構成を示した図、第４図は第３図の回路の動作特性を示
した図、第４Ａ図は本発明の位相比較器を用いるのに適
した自動周波数側斜装置の構成を示した図、第５図は第
１図の回路の他の入出力特性を示した図、第６図は第５
図の出力を第１図の回路に入力したときの出力特性を示
した図、第１図は第３図の回路に第６図の出力を入力し
たときの出力信号を示した図、第８図は本発明の位相比
較回路に用いるゲートパルスの波形とこのゲートを通っ
た第６図の出力信号の波形を示した図、第９図は本発明
の回路を用いた位相比較器の構成を示した図、第１０図
は第９図の比較器の動作特性を示した図である。 記号の説明、１１は従来の位相比較回路、１２は差動増
幅器、１３は低域沢波器、１４および１５はゲート回路
を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 比較すべき２つのパルス列の時間差に等しい時間幅
   の出力パルスを発生する手段と、前記発生した出力パル
   スを前記の時間差が変化する範囲の時間幅でゲートする
   手段と、ゲートされた出力パルスを差動的に増幅し低域
   沢波して位相比較出力信号を発する手段とを有する位相
   比較器。