JPS6051011A - 同期検波装置 - Google Patents
同期検波装置Info
- Publication number
- JPS6051011A JPS6051011A JP15707584A JP15707584A JPS6051011A JP S6051011 A JPS6051011 A JP S6051011A JP 15707584 A JP15707584 A JP 15707584A JP 15707584 A JP15707584 A JP 15707584A JP S6051011 A JPS6051011 A JP S6051011A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- noise
- phase
- detector
- signal
- input
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 title claims abstract description 55
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 54
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 12
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 9
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 101100366000 Caenorhabditis elegans snr-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000017105 transposition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
- H03D1/00—Demodulation of amplitude-modulated oscillations
- H03D1/22—Homodyne or synchrodyne circuits
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、イ/ビーダ/ス測定器等で使用する同期検波
装置に関する。
装置に関する。
ラジオ周波数の信号レベルを正確に測定することは、受
信料の測定および他の多くの応用面で重要である。その
ような測定はたとえば信号発生器の校正や減衰址測定な
どのように、不変調信号あるいは連続波(CW)信号な
測定するときには特に重要である。信号レベルが低いと
き被測定信号に加算されたランダムノイズは信号レベル
の測定において誤差要因となり、信号レベルが減少する
につれてノイズに起因する誤差比率は増加する。
信料の測定および他の多くの応用面で重要である。その
ような測定はたとえば信号発生器の校正や減衰址測定な
どのように、不変調信号あるいは連続波(CW)信号な
測定するときには特に重要である。信号レベルが低いと
き被測定信号に加算されたランダムノイズは信号レベル
の測定において誤差要因となり、信号レベルが減少する
につれてノイズに起因する誤差比率は増加する。
従来から、ランダムノイズに埋れた低レベル信号の測定
精度を上げるために、いくつかの解決法が提案されてき
た。1つの解決法は検波前、すなわちRMS(実効Ji
り検波、または平均直換波する前に信号を狭い帯域幅の
フィルタでろ波することである。そうすることによって
ノイズの影響は減少する。しかしながら、検波前に狭帯
域にすると測定プロセス中の狭帯域幅フィルタの中心に
信号を同調させることはむすかしくなる。さらに、検波
帯域幅が狭くなるにつれて測定は信号の残留位相変調(
PM)および残留周波数変調(FM)に影響されやすく
なる。PMおよびFMの影響によりフィルタ帯域幅の外
側に落ちる変調成分に起因する誤差が生ずる。このため
信号をフィルタ帯域幅の中心に正確におくことは困難と
なる。さらにフィルタ帯域幅が狭いと信号の周波数ドリ
フトにより影響されやすくなる。したがって、信号がフ
ィルタ通過帯域外にドリフトすると誤差が生ずる。これ
ら誤差の定性的解析な以下に述べる。
精度を上げるために、いくつかの解決法が提案されてき
た。1つの解決法は検波前、すなわちRMS(実効Ji
り検波、または平均直換波する前に信号を狭い帯域幅の
フィルタでろ波することである。そうすることによって
ノイズの影響は減少する。しかしながら、検波前に狭帯
域にすると測定プロセス中の狭帯域幅フィルタの中心に
信号を同調させることはむすかしくなる。さらに、検波
帯域幅が狭くなるにつれて測定は信号の残留位相変調(
PM)および残留周波数変調(FM)に影響されやすく
なる。PMおよびFMの影響によりフィルタ帯域幅の外
側に落ちる変調成分に起因する誤差が生ずる。このため
信号をフィルタ帯域幅の中心に正確におくことは困難と
なる。さらにフィルタ帯域幅が狭いと信号の周波数ドリ
フトにより影響されやすくなる。したがって、信号がフ
ィルタ通過帯域外にドリフトすると誤差が生ずる。これ
ら誤差の定性的解析な以下に述べる。
従来のもう1つの解決法は検波後にノイズ誤差を補正す
ることである。しかしながら、この解決法ではSN比(
SN比)が常にわかっていなければならない。SNRを
知るためにはノイズレベルを測定しなければならない。
ることである。しかしながら、この解決法ではSN比(
SN比)が常にわかっていなければならない。SNRを
知るためにはノイズレベルを測定しなければならない。
このためには計器から信号を取り除き、ノイズを測定せ
ねばならず、したがって、測定プロセスが複雑になる。
ねばならず、したがって、測定プロセスが複雑になる。
さらに、ノイズレベルと信号レベルとの差が非常に小さ
いとき5NFL測定は非実用的で、不正確なものになる
。
いとき5NFL測定は非実用的で、不正確なものになる
。
なお従来におけるも51つの解決法は同期検波装置であ
り、ノイズに起因する直流誤差を除去することができる
。1つの主要な問題はどこで必要な同期信号を得るかと
いうことである。たとえ被測定信号の高レベルサンプル
が得られても、高い周波数ではシステム内の必要な同期
信号が測定システムに漏れるという欠点がある。これは
測定している低レベルの信号に加わりマスクしてしま%
この問題に対処するため常に低い周波数で動作する位相
ロックループ(PLL)を使い同期検波装置用の基準信
号を導出することが提案されてき旭PLLにより得られ
た基準信号は低レベルの信号をマスクする問題を減らし
はするが、またロックしている信号のノイズや位相変調
あるいは周波数変調に反応する。ループ帯域幅を減少す
ることにより位相ノイズのレベルを下げることができる
。
り、ノイズに起因する直流誤差を除去することができる
。1つの主要な問題はどこで必要な同期信号を得るかと
いうことである。たとえ被測定信号の高レベルサンプル
が得られても、高い周波数ではシステム内の必要な同期
信号が測定システムに漏れるという欠点がある。これは
測定している低レベルの信号に加わりマスクしてしま%
この問題に対処するため常に低い周波数で動作する位相
ロックループ(PLL)を使い同期検波装置用の基準信
号を導出することが提案されてき旭PLLにより得られ
た基準信号は低レベルの信号をマスクする問題を減らし
はするが、またロックしている信号のノイズや位相変調
あるいは周波数変調に反応する。ループ帯域幅を減少す
ることにより位相ノイズのレベルを下げることができる
。
しかしながら、帯域幅を減少することによりドリフト信
号あるいは広帯域の信号を追跡することはよりむずかし
くなる。これは次の解析から明白である。
号あるいは広帯域の信号を追跡することはよりむずかし
くなる。これは次の解析から明白である。
理想的な同期検波装置において、同期検波は入力信号と
同じ周波数および位相を持つ別の信号でミキシングし、
OHz に落とすこと罠より実現される。ここで使われ
るミクサはスイッチング式の掛算器である。入力信号な
■B coswct、スイッチング信号を2(cosw
ct+ (1/3 ) cos 3wct 十(115
)cos 5 wct+・・・・・・〕で表わすと掛算
器出力VoはVo(t)==(Vs)(1+cos2w
ct−(1/3 >C082WCt+−・・’J・・・
・・・・・・(1) で表わされる。この出力を低域通過フィルタに通して処
理し、Vs、すなわち入力信号レベルに比例した直流成
分を残す。もし入力信号が振幅変調されていればそれは
復調されて同期検波装置の出力に現われる。
同じ周波数および位相を持つ別の信号でミキシングし、
OHz に落とすこと罠より実現される。ここで使われ
るミクサはスイッチング式の掛算器である。入力信号な
■B coswct、スイッチング信号を2(cosw
ct+ (1/3 ) cos 3wct 十(115
)cos 5 wct+・・・・・・〕で表わすと掛算
器出力VoはVo(t)==(Vs)(1+cos2w
ct−(1/3 >C082WCt+−・・’J・・・
・・・・・・(1) で表わされる。この出力を低域通過フィルタに通して処
理し、Vs、すなわち入力信号レベルに比例した直流成
分を残す。もし入力信号が振幅変調されていればそれは
復調されて同期検波装置の出力に現われる。
入力5NI(が高いとき検波の直線性はスイッチング掛
算器の特性によって決定される。結果としてlOデシベ
ルの入力変化に対して約0.003デシベルの非直線性
が可能となる。しかしながらSNRが減少すると複雑な
事態が持ち上がる。この場合、かなりの非直線性が結果
として生ずる。
算器の特性によって決定される。結果としてlOデシベ
ルの入力変化に対して約0.003デシベルの非直線性
が可能となる。しかしながらSNRが減少すると複雑な
事態が持ち上がる。この場合、かなりの非直線性が結果
として生ずる。
従来の同期検波装置において、同期検波回路の大部分は
ミクサに必要な高レベル局部発振器(LO)入力信号を
発生させるのに用いられる。この信号は試験入力信号と
同相でなければならず、たとえば数kHz 以上もドリ
フトするような入力に追従できなければならない。これ
を実現するために電圧制御発振器(VCO)を入力信号
に位相ロックしLO倍信号発生する。このための位相ロ
ックループではVCOは入力信号に対して直角に位相ロ
ックする。結果としてLOと入力信号との位相間系をゼ
ロ度にするためにVCOの出力は90度移相される。
ミクサに必要な高レベル局部発振器(LO)入力信号を
発生させるのに用いられる。この信号は試験入力信号と
同相でなければならず、たとえば数kHz 以上もドリ
フトするような入力に追従できなければならない。これ
を実現するために電圧制御発振器(VCO)を入力信号
に位相ロックしLO倍信号発生する。このための位相ロ
ックループではVCOは入力信号に対して直角に位相ロ
ックする。結果としてLOと入力信号との位相間系をゼ
ロ度にするためにVCOの出力は90度移相される。
第2図は従来の同期検波装置のブロック図である。
第2図において、201は位相検波器、202はループ
フィルタ、203はvCO1204ハ90°移相器、2
05は同期検波器、206は低域通過フィルタである。
フィルタ、203はvCO1204ハ90°移相器、2
05は同期検波器、206は低域通過フィルタである。
総合ループレスポンスと同様に同期検波装置の誤差性能
はこのシステムにおいては位相ロックループフィルタ2
02によって決定される。
はこのシステムにおいては位相ロックループフィルタ2
02によって決定される。
一般に同期検波により伝統的な包絡線検波技術に比ベノ
イズ性能はかなり改善されるが欠点もある。たとえば、
30 k Hzの帯域幅の加算白色雑音によって囲まれ
た455kHzの不変調キャリアから成る入力信号につ
いて考慮すると該ノイズを2111i1の独立成分に分
離することができる。すなわち、同相分n i (t)
および直角成分nq(t)である。これらの成分は相関
のない確率信号であり、この例では15 kHzに帯域
幅制限されている。結果として合成入力信号Vi(t)
は次のように表わすことができる。
イズ性能はかなり改善されるが欠点もある。たとえば、
30 k Hzの帯域幅の加算白色雑音によって囲まれ
た455kHzの不変調キャリアから成る入力信号につ
いて考慮すると該ノイズを2111i1の独立成分に分
離することができる。すなわち、同相分n i (t)
および直角成分nq(t)である。これらの成分は相関
のない確率信号であり、この例では15 kHzに帯域
幅制限されている。結果として合成入力信号Vi(t)
は次のように表わすことができる。
Vi(を戸Vg coswct +n1(t) cos
wct −nq(t) sinwct・・・・・・(2
) LO倍信号理想信号、すなわち2coswctとみなし
、基本線形アナログ乗算をほどこせば式1はまた次のよ
うに表わすことができる。
wct −nq(t) sinwct・・・・・・(2
) LO倍信号理想信号、すなわち2coswctとみなし
、基本線形アナログ乗算をほどこせば式1はまた次のよ
うに表わすことができる。
Vc(t)=Vg+ nl(t)+(Vl + nl(
t) ) CO82wct−nq (t) sin 2
wct −−−…・・・・・・・・・(3)この結果
から同期検波の使用に関して2つの事実がわかる。第1
に出力ではノイズは加算的である。ノイズは検波器にお
けるように入力信号に掛けられていない。結果として所
望信号vsは常に再生可能である。出力ノイズは必要な
ときはいつでも出力に低域通過フィルタを加えることに
より減少できる。第2の事実は同相ノイズ成分だけがベ
ース帯域に変換されるということである。直角成分は除
去される。ダウンコンバートされると入力キャリアの両
側の加算ノイズ側帯域が折り重ねられ、2つの側波帯は
相関がないので電力レベルが加算される。逆にLOはキ
ャリアと同期しているため入力信号のピーク値は出力に
直接変換される。
t) ) CO82wct−nq (t) sin 2
wct −−−…・・・・・・・・・(3)この結果
から同期検波の使用に関して2つの事実がわかる。第1
に出力ではノイズは加算的である。ノイズは検波器にお
けるように入力信号に掛けられていない。結果として所
望信号vsは常に再生可能である。出力ノイズは必要な
ときはいつでも出力に低域通過フィルタを加えることに
より減少できる。第2の事実は同相ノイズ成分だけがベ
ース帯域に変換されるということである。直角成分は除
去される。ダウンコンバートされると入力キャリアの両
側の加算ノイズ側帯域が折り重ねられ、2つの側波帯は
相関がないので電力レベルが加算される。逆にLOはキ
ャリアと同期しているため入力信号のピーク値は出力に
直接変換される。
その結果、所犠出力成分の電力は入力信号電圧のピーク
に関係する。不要ノイズ出力電力はRMSノイズ入力電
圧に関係する。しかしながら、同期検波のこれら2つの
事実はLO倍信号入力信号と正確に同相にある理想的な
同期検波に対してのみ有効である。同期検波装置の実現
に関連した問題の大部分は位相ロックループが正確な同
相LO信号を供給できないことから起こる。
に関係する。不要ノイズ出力電力はRMSノイズ入力電
圧に関係する。しかしながら、同期検波のこれら2つの
事実はLO倍信号入力信号と正確に同相にある理想的な
同期検波に対してのみ有効である。同期検波装置の実現
に関連した問題の大部分は位相ロックループが正確な同
相LO信号を供給できないことから起こる。
従来のいかなる同期検波装置でも直面する現実の1つは
入力信号の残留位相変調(PM)の存在が避けられない
ことである。従来の同期検波装置は特KCW信号を使用
するように設計されていも入力信号に位相変動がある場
合、位相ロックループは位相変調に追従しようとする。
入力信号の残留位相変調(PM)の存在が避けられない
ことである。従来の同期検波装置は特KCW信号を使用
するように設計されていも入力信号に位相変動がある場
合、位相ロックループは位相変調に追従しようとする。
もし゛、PLLの帯域幅が十分広く入力信号に含まれる
1−べての位相変調側帯域な受容できれば、vCOは入
って来る信号の位相に完全に追従し、同相検波器の2個
の入力は正1i1iiK同相になる。しかしながら、ノ
イズに強くするため従来のPLLの帯域幅は狭くしてお
かねばならない。その結果、いくつかの位相変調側帯域
がPLLの帯域幅の外側に落ち、同期検波装置の入力は
同相な完全には維持できず、したがって、PMノイズを
生ずる。
1−べての位相変調側帯域な受容できれば、vCOは入
って来る信号の位相に完全に追従し、同相検波器の2個
の入力は正1i1iiK同相になる。しかしながら、ノ
イズに強くするため従来のPLLの帯域幅は狭くしてお
かねばならない。その結果、いくつかの位相変調側帯域
がPLLの帯域幅の外側に落ち、同期検波装置の入力は
同相な完全には維持できず、したがって、PMノイズを
生ずる。
このPMノイズは第3A図および第2B図のように同期
検波装置の入力を位相ベクトルの掛算として考察すれば
理解しゃすい。同期検波装置の出力はLO位相ベクトル
上の大刀位相ベクトルの余弦投射に比例する。第3A図
に示すように2個の位相ベクトルが正確に一直線に並ぶ
と出方は最大になる。残留入力位相変調によって引き起
こされるわずかなPLLの追従誤差により入力間に相対
位相ジッタが生ずる。この現象な第3B図に示もこのジ
ッタにより平均出力レベルは変動して理想的な最大出力
レベルより小さくなる。
検波装置の入力を位相ベクトルの掛算として考察すれば
理解しゃすい。同期検波装置の出力はLO位相ベクトル
上の大刀位相ベクトルの余弦投射に比例する。第3A図
に示すように2個の位相ベクトルが正確に一直線に並ぶ
と出方は最大になる。残留入力位相変調によって引き起
こされるわずかなPLLの追従誤差により入力間に相対
位相ジッタが生ずる。この現象な第3B図に示もこのジ
ッタにより平均出力レベルは変動して理想的な最大出力
レベルより小さくなる。
実際の同相検波装置の出力が理想レベルより低くなる効
果は次の例で示される。
果は次の例で示される。
入力信号1c wmの割合の少量の正弦位相変調があり
、ビークLO位相偏移はBラジアンであると仮定する。
、ビークLO位相偏移はBラジアンであると仮定する。
式1を導くのと同様の解析によりこの中の同期検波装置
の出力は次のように示される。
の出力は次のように示される。
Vo(t)= (Vs ) cos (Bcos vw
nt −1(cos (wmt+Ep)+・・・・・・
〕・・・・・・・・・(4)ここでB′はラジアンで表
わしたVCOがひろうPMの等価ピーク位相偏移であり
、Epは2個の入力間の位相誤差であり、「・・・」は
より高い周波数順を表わす。もし、wmがPLL帯域幅
よりずっと小さければVCOはほとんど完全に入力信号
に鞭 追従する。この理想のケースでは同期検波器出力Vsが
生ずる。
nt −1(cos (wmt+Ep)+・・・・・・
〕・・・・・・・・・(4)ここでB′はラジアンで表
わしたVCOがひろうPMの等価ピーク位相偏移であり
、Epは2個の入力間の位相誤差であり、「・・・」は
より高い周波数順を表わす。もし、wmがPLL帯域幅
よりずっと小さければVCOはほとんど完全に入力信号
に鞭 追従する。この理想のケースでは同期検波器出力Vsが
生ずる。
WmがPL L、の帯域幅よりずっと大きい場合。
vCOは入って来る位相変調にほとんど追従しない。検
波器出力は次式によって近似できる。
波器出力は次式によって近似できる。
Vo(t)= (Vs ) cos (B cos w
mt )−−・−・・−・−・・−(5)ベッセル(B
e5sel )級数表示 cos (Xcosy)= Jo(X)−2J2 (X
) cos 2y+2J4 (X) cos 4 y+
・・・・・・・・す・・・・・・・・・(6) を用いて式5は次のように展開される。
mt )−−・−・・−・−・・−(5)ベッセル(B
e5sel )級数表示 cos (Xcosy)= Jo(X)−2J2 (X
) cos 2y+2J4 (X) cos 4 y+
・・・・・・・・す・・・・・・・・・(6) を用いて式5は次のように展開される。
Vo(t)= (Vs ) (Jo(B)−2J2(B
) cos 2 wmt −4−・・−−−−)・・・
・・・・・・(7) ここで5項はベッセル系数である。
) cos 2 wmt −4−・・−−−−)・・・
・・・・・・(7) ここで5項はベッセル系数である。
偏差Bが小さいとき同期検波出力は上述の最初の2項、
すなわち直流成分および交流成分項によって、近似でき
る。項Jo(B)は1以下でありそれは直流成分環の抑
制が起っており、位相変調を持つ入力に対して誤差があ
ることを示している。第4図に示したように実際の同期
検波出力の平均値はPMのない理想的な場合より小さく
なる。
すなわち直流成分および交流成分項によって、近似でき
る。項Jo(B)は1以下でありそれは直流成分環の抑
制が起っており、位相変調を持つ入力に対して誤差があ
ることを示している。第4図に示したように実際の同期
検波出力の平均値はPMのない理想的な場合より小さく
なる。
もし、位相誤差と直流成分出力の割合が一定であればど
んな比較測定においても相殺される。あいにく、誤差の
割合は入力レベルとともに変化する。従来のPLL位相
検波器の設計法では等価ループ帯域幅は入力レベルに比
例する。この帯域幅の変化により入力レベルが変化する
ときVCOが追従する入力位相変調の量も変化する。入
力信号レベルが変化するとき信号のスペクトル純度が一
定であると仮定するとPLLのトラッキングが変化する
とき従来の同期検波装置の直流出方のパーセント誤差も
変化する。最終的には相対レベル測定における非直線性
となる。
んな比較測定においても相殺される。あいにく、誤差の
割合は入力レベルとともに変化する。従来のPLL位相
検波器の設計法では等価ループ帯域幅は入力レベルに比
例する。この帯域幅の変化により入力レベルが変化する
ときVCOが追従する入力位相変調の量も変化する。入
力信号レベルが変化するとき信号のスペクトル純度が一
定であると仮定するとPLLのトラッキングが変化する
とき従来の同期検波装置の直流出方のパーセント誤差も
変化する。最終的には相対レベル測定における非直線性
となる。
従来の追従同期検波装置を用いる場合に克服しなければ
ならない第2の主要な問題は入力の加算ノイズである。
ならない第2の主要な問題は入力の加算ノイズである。
この誤差は入力キャリアのスペクトル純度Kかかわらず
生じる。それは入力加算ノイズレベルにのみ依存する。
生じる。それは入力加算ノイズレベルにのみ依存する。
入力SNRが減少するにつれて誤差は増加する。
加算ノイズ誤差はvCOの位相変調によって引き起こさ
れる。数学的な解析において加算ノイズのある入力信号
は次のようである。
れる。数学的な解析において加算ノイズのある入力信号
は次のようである。
V i (t)= Vl、 cos wct −1−n
l(t) cos wct −nq(t) sinwc
t・・・・・・・・・・・(9) vCO信号を次のように表わす。
l(t) cos wct −nq(t) sinwc
t・・・・・・・・・・・(9) vCO信号を次のように表わす。
2 sin (wct +Eo(t) )ここでE o
(t)は入力ノイズによって引き起こされる誤差であ
る。位相検波器は本質的には同期検波器のような切り換
えミクサであるので位相検波器出力Ve(t) は次式
によって得られる。
(t)は入力ノイズによって引き起こされる誤差であ
る。位相検波器は本質的には同期検波器のような切り換
えミクサであるので位相検波器出力Ve(t) は次式
によって得られる。
Ve(t)、= Vs sin Eo(t)−1−ni
(t) sin Eo(t) ・−nq(t) co
s Eo(t) −−α〔式10にはループフィルタに
よって取り除かれる高い周波数順は含まれていない。V
COの位相変調によって引き起こされる誤差を見い出す
ためKはEo(t)を゛決定しなければならない。あい
に<vcO位相変調直角側帯域と入って来る加算ノイズ
の同相分および直角分との間のPLLにおける相互変調
のためこの決定は簡単ではない。最良の解決法はgo(
t)の大きさを統計的に表現することである。先の解析
によればEo(t)”とループ内のSNRとの間の関係
は次のように表わされる。
(t) sin Eo(t) ・−nq(t) co
s Eo(t) −−α〔式10にはループフィルタに
よって取り除かれる高い周波数順は含まれていない。V
COの位相変調によって引き起こされる誤差を見い出す
ためKはEo(t)を゛決定しなければならない。あい
に<vcO位相変調直角側帯域と入って来る加算ノイズ
の同相分および直角分との間のPLLにおける相互変調
のためこの決定は簡単ではない。最良の解決法はgo(
t)の大きさを統計的に表現することである。先の解析
によればEo(t)”とループ内のSNRとの間の関係
は次のように表わされる。
go(t)”:: l / 2 S N R−−αυこ
こでSNRはPs/n 2 B Lとして定義され、P
sはPLL入力の信号電力であり、nは同じ(入力のノ
イズスペクトル密度であり、BLはPLL等価ノイズ帯
域幅である。
こでSNRはPs/n 2 B Lとして定義され、P
sはPLL入力の信号電力であり、nは同じ(入力のノ
イズスペクトル密度であり、BLはPLL等価ノイズ帯
域幅である。
従来の同期検波装置の入力ノイズによる誤差を理解する
ためVCO位相ノイズ変調はgo(t)によって表わさ
れると仮定する。定義によってこの位相変調はvCOキ
ャリア信号と直角位相をなす。
ためVCO位相ノイズ変調はgo(t)によって表わさ
れると仮定する。定義によってこの位相変調はvCOキ
ャリア信号と直角位相をなす。
位相変調信号は同期検波装置内で入力信号および加算ノ
イズと共にミクスされる。もし、VCOノイズが入って
来る直角ノイズ成分と相関があれば同期検波出力に直流
成分が結果として生ずる。この成分は入力キャリアとミ
キシングしたvcoキャリアによる直流出力に加算し、
正の直流誤差を生ずる。
イズと共にミクスされる。もし、VCOノイズが入って
来る直角ノイズ成分と相関があれば同期検波出力に直流
成分が結果として生ずる。この成分は入力キャリアとミ
キシングしたvcoキャリアによる直流出力に加算し、
正の直流誤差を生ずる。
しかしながら実際には逆のことが起こる。従来の同期検
波装置の直流出力は加算ノイズのない同レベルの入力信
号に対する直流出力よりも低い。
波装置の直流出力は加算ノイズのない同レベルの入力信
号に対する直流出力よりも低い。
PLL内で起こる相互変調のためvco位相変調は入り
で来る直角ノイズと相関はなく、同期検波装置の入力位
相ベクトルは第2A図−と同じほど現われる。2個の同
期検波装置の入力の位相間の相対ジッタのため検波器の
平均直流出方は減少する。
で来る直角ノイズと相関はなく、同期検波装置の入力位
相ベクトルは第2A図−と同じほど現われる。2個の同
期検波装置の入力の位相間の相対ジッタのため検波器の
平均直流出方は減少する。
減少の大きさは検波器入力の5NRKよる。これは入力
信号レベルが変化するにつれて検波器の非直線1生を生
ずる。
信号レベルが変化するにつれて検波器の非直線1生を生
ずる。
本発明は、同期検波装置において、P Mノイズおよび
加算ノイズに起因する誤差を補償し、低減することを目
的とする。
加算ノイズに起因する誤差を補償し、低減することを目
的とする。
本発明の同期検波装置は、一定のループフィルタ帯域幅
を持つ位相ロックループ(PLL)を備えている。この
PLLは局部発振器に補正信号を供給し、該局部発振器
は同期検波器に基準信号を供給する。又、PLLは利得
可変である。
を持つ位相ロックループ(PLL)を備えている。この
PLLは局部発振器に補正信号を供給し、該局部発振器
は同期検波器に基準信号を供給する。又、PLLは利得
可変である。
RMS検波器は同期検波装置内の加算ノイズの1次補正
に用いられる。RMS検波器への信号を通す分解能フィ
ルタのノイズ帯域幅はループノイズ帯域幅に一致させる
。本発明の同期検波装置は従来の同期検波装置よりも広
いループ帯域幅を有する。したがって、従来の同期検波
装置の狭い帯域幅フィルタに関連した追従問題はずっと
少なくなる。
に用いられる。RMS検波器への信号を通す分解能フィ
ルタのノイズ帯域幅はループノイズ帯域幅に一致させる
。本発明の同期検波装置は従来の同期検波装置よりも広
いループ帯域幅を有する。したがって、従来の同期検波
装置の狭い帯域幅フィルタに関連した追従問題はずっと
少なくなる。
本発明の実施例に従った同期検波装置は第5図に示した
ように非直線性を引き起こす位相、すなわち残留PMを
減少させるためにPLLフィルタを用いる。又、利得は
たとえばマイクロプロセッサによりて変化させられ、制
御される。マイクロプロセッサは乗算形デジタル・アナ
ローブ変換器(DAC)402を用いてフィードバック
抵抗器404の実効呟を変化させる。もし、第5図のコ
ンデン?406が十分大きげれば、このループフィルタ
408の伝達関数は H(s)”((R2/FLI )+1/5ctR1):
]・・・・・・・・・・・・(8) このループフィルタ408は本発明による同期検波装置
のPLL帯域幅を入力信号レベルにかかわらず一定に保
ち、それによりPMにより誘起された誤差を除去する。
ように非直線性を引き起こす位相、すなわち残留PMを
減少させるためにPLLフィルタを用いる。又、利得は
たとえばマイクロプロセッサによりて変化させられ、制
御される。マイクロプロセッサは乗算形デジタル・アナ
ローブ変換器(DAC)402を用いてフィードバック
抵抗器404の実効呟を変化させる。もし、第5図のコ
ンデン?406が十分大きげれば、このループフィルタ
408の伝達関数は H(s)”((R2/FLI )+1/5ctR1):
]・・・・・・・・・・・・(8) このループフィルタ408は本発明による同期検波装置
のPLL帯域幅を入力信号レベルにかかわらず一定に保
ち、それによりPMにより誘起された誤差を除去する。
第1図は第5図のループフィルタを使用した本発明の同
期検波装置のブロック図である。
期検波装置のブロック図である。
図において、401は位相検波器、408はループフィ
ルタ、403 ハVC0,416は90’移相器、41
4は同期検波器、41oはフィルタ、418はRMS検
波器である。
ルタ、403 ハVC0,416は90’移相器、41
4は同期検波器、41oはフィルタ、418はRMS検
波器である。
図ニオいて、PLL帯域幅なノイズフィルタ410の帯
域幅に等しくシ、システム内の加算ノイズの影響を除去
する。この技術の原理は次のように定性的に説明できる
。同期検波器414の直流出力412は入力位相ベクト
ルのVCO4030位相ベクトル上への平均余弦投射に
比例するので検波器直流出力412の誤差はループ内の
SNRから計算される。
域幅に等しくシ、システム内の加算ノイズの影響を除去
する。この技術の原理は次のように定性的に説明できる
。同期検波器414の直流出力412は入力位相ベクト
ルのVCO4030位相ベクトル上への平均余弦投射に
比例するので検波器直流出力412の誤差はループ内の
SNRから計算される。
その手順は次の通りである。
Vo(t)cc cosgo(t)菅cos(goRM
s) −4”2)EO比MS会α丙1/2ン(1/2S
NR)’/2・・・・・・・・・霞 誤差(dB) =20 log (cosF、o RM
S )=20 log cos ((2SNR) ”2
)・・・・・・・・・α滲 もし、この誤差が入力信号レベルに対し割合が一定であ
れば本発明はレベル比な測定するので相殺される。しか
しながら、誤差はSNRの関数であり、該関数は入力レ
ベルの変化に伴って変化し、同期検波器出方非直線性を
生じる。もし、SNRがわかれば検波器の直流出力内の
誤差は次の関係式で数学的に補正できる。
s) −4”2)EO比MS会α丙1/2ン(1/2S
NR)’/2・・・・・・・・・霞 誤差(dB) =20 log (cosF、o RM
S )=20 log cos ((2SNR) ”2
)・・・・・・・・・α滲 もし、この誤差が入力信号レベルに対し割合が一定であ
れば本発明はレベル比な測定するので相殺される。しか
しながら、誤差はSNRの関数であり、該関数は入力レ
ベルの変化に伴って変化し、同期検波器出方非直線性を
生じる。もし、SNRがわかれば検波器の直流出力内の
誤差は次の関係式で数学的に補正できる。
誤差(dB) = 201ogcos ((28NR)
/2)・・・・・・・・・(15) 第6図に示したように本発明の実施例において、RMS
検波器502をアナログ計算器として用いることにより
誤差を補正できる。図示した発明ではSNRを単独に決
定する心安がない。同期検波器出力電圧がRMS検波器
への入力である。直流成分がちょうどこの電圧の平均値
である。すなわちVo = Vs cos品可 ・曲・
・・・α0次の置換が可能である。
/2)・・・・・・・・・(15) 第6図に示したように本発明の実施例において、RMS
検波器502をアナログ計算器として用いることにより
誤差を補正できる。図示した発明ではSNRを単独に決
定する心安がない。同期検波器出力電圧がRMS検波器
への入力である。直流成分がちょうどこの電圧の平均値
である。すなわちVo = Vs cos品可 ・曲・
・・・α0次の置換が可能である。
Vs cosEo(t)’; Vs (1,−(1/2
) Eo(t)2〕: VsCl−(1/2 ) E
o (t)2) =−0’f)しかし次の式を思い出さ
なければならない。
) Eo(t)2〕: VsCl−(1/2 ) E
o (t)2) =−0’f)しかし次の式を思い出さ
なければならない。
co(t)2” 1 / 2 S N R、−曲、、、
、(11)したがって、 Vo == Vs(1−(1/2 ) (1/25N)
L) ) ・−−(18)SNH二Ps/2nBL を
代入することにより次の同値関係が得られる。
、(11)したがって、 Vo == Vs(1−(1/2 ) (1/25N)
L) ) ・−−(18)SNH二Ps/2nBL を
代入することにより次の同値関係が得られる。
Vo=Vs(1−D/2)(t/2PS/2nBL)ノ
= VsC1−(1/4)(2nBL/Ps) ] ・
]++−+−+−1!1式19は同期検波出力の直流成
分を表わす。それは真値Vsおよび誤差項(−Vs/4
)(2nBL/Ps)の合計である。それらは両方とも
直流電圧であり、区別することができない。この方程式
を基礎にして、RMS検波器502に対する全入力Vi
は次のように書ける。
= VsC1−(1/4)(2nBL/Ps) ] ・
]++−+−+−1!1式19は同期検波出力の直流成
分を表わす。それは真値Vsおよび誤差項(−Vs/4
)(2nBL/Ps)の合計である。それらは両方とも
直流電圧であり、区別することができない。この方程式
を基礎にして、RMS検波器502に対する全入力Vi
は次のように書ける。
Vi = Vdc −1−Vac
このときVdcが式19に4L<VaCは平均値ゼロの
ノイズ電圧を表わす。Vacは同期検波装置の入力に印
加されたノイズにより、それはベース帯域へダウンコン
バートされ、BNによってフィルタされる。
ノイズ電圧を表わす。Vacは同期検波装置の入力に印
加されたノイズにより、それはベース帯域へダウンコン
バートされ、BNによってフィルタされる。
ViはRMS検波装置への入力である。FLMS検波装
置はViの平方[直、Vi2の平均f直およびVi2の
平方根を計算するのでRMS検波装置出力■0は次のよ
うに表わされる。
置はViの平方[直、Vi2の平均f直およびVi2の
平方根を計算するのでRMS検波装置出力■0は次のよ
うに表わされる。
Vo = (Vi2)の
したがって、式19から
Vi=Vs(1−(1/4)(2nBL/Ps))+(
Vs/Vs)(Vn(inBN))である。しかし、 Vi”= (Vdc−1−Vac)2= Vdc 十V
ac +2 Vdc Vac=vd♂+−Vac2・−
=−(20)この最後の方程式にVdcおよびVacの
項を代入することによって次の結果が導かれる。
Vs/Vs)(Vn(inBN))である。しかし、 Vi”= (Vdc−1−Vac)2= Vdc 十V
ac +2 Vdc Vac=vd♂+−Vac2・−
=−(20)この最後の方程式にVdcおよびVacの
項を代入することによって次の結果が導かれる。
Vi2= Vs2(1−(1/4)(2nBL/Ps)
)2+Vs2(Vn(inBN/Vs〕2= Vs2
(1(’/2)(2nBL/Ps))+Vs2(P(1
nBN/Vs2〕・・・・・・(2L1) ここでp(inBN)はノイズの平均電力である。
)2+Vs2(Vn(inBN/Vs〕2= Vs2
(1(’/2)(2nBL/Ps))+Vs2(P(1
nBN/Vs2〕・・・・・・(2L1) ここでp(inBN)はノイズの平均電力である。
P(1nBN)/Vs2=2nBN/Vs2であるので
、 Vi”=Vs2(1−(1/2 ) (2n B L
/ Ps )+ 2 n B N/ Va2〕−−−(
22’)項2 n B L / PsはPL、Lおよび
同期検波器への両方に対する入力でS N R−1を表
わす。Vsはこの人力の信号成分のピーク電圧であるの
でVs2=2Psである。式22を式21に代入すると
最終結果は次のように表わせる。
、 Vi”=Vs2(1−(1/2 ) (2n B L
/ Ps )+ 2 n B N/ Va2〕−−−(
22’)項2 n B L / PsはPL、Lおよび
同期検波器への両方に対する入力でS N R−1を表
わす。Vsはこの人力の信号成分のピーク電圧であるの
でVs2=2Psである。式22を式21に代入すると
最終結果は次のように表わせる。
Vi”=Vs2(1−(1/2)(2nBL/Ps)+
(1/2)(2nBN/Ps)) −−・(23)この
最後の式はBN二81. にすることにより最後の2項
が相殺し、W= Vs2を残し Vo =百面凰/2 −〔vS2〕1/2 =Vs このRMS検波装置最終出力を導くことを示す。
(1/2)(2nBN/Ps)) −−・(23)この
最後の式はBN二81. にすることにより最後の2項
が相殺し、W= Vs2を残し Vo =百面凰/2 −〔vS2〕1/2 =Vs このRMS検波装置最終出力を導くことを示す。
ゆえに、加JE/イズによる誤差は都合よく相殺される
。したがって、本発明に従えば第1図のループの帯域幅
BLおよびノイズフィルタの帯域幅BNを等しくしてお
く。さらに、フィルタ帯域幅BLおよびBNは一定にし
ておく。
。したがって、本発明に従えば第1図のループの帯域幅
BLおよびノイズフィルタの帯域幅BNを等しくしてお
く。さらに、フィルタ帯域幅BLおよびBNは一定にし
ておく。
本発明の実施例に従りて■CO電力は本のように一定に
なる。PLLがvCO上に位相ノイズを移すとvCOキ
ャリア電力は位相ノイズ側帯域になる電力量分だけ減少
する。同期検波器のdc小出力■COキャリアにのみ比
例するので本発明に従った出力はこの分量だけ抑制され
る。BN=BLのときRMS検波装置は、VCOキャリ
アラインから取り去られたのと回置のノイズ電力相当分
の電圧を加算する。
なる。PLLがvCO上に位相ノイズを移すとvCOキ
ャリア電力は位相ノイズ側帯域になる電力量分だけ減少
する。同期検波器のdc小出力■COキャリアにのみ比
例するので本発明に従った出力はこの分量だけ抑制され
る。BN=BLのときRMS検波装置は、VCOキャリ
アラインから取り去られたのと回置のノイズ電力相当分
の電圧を加算する。
第7図に本発明の他の実施例を示す。
第1図と同一部分には同一符号を付している。
動作は第1図と略同じである。
本発明によれば、ノイズ等による誤差を生じない同期検
波装置を提供できる。
波装置を提供できる。
第1図は本発明の同期検波装置のブロック図。
第2図は従来の同期検波装置のブロック図。
第3A、3B図は第2図の同期検波装置の説明図。
第4図は第2図の同期検波装置の出力波形図。
第5図は本発明の同期検波装置に使用するフィルタのブ
ロック図。 第6図は本発明の同期検波装置の部分ブロック図。 第7図は本発明の同期検波装置の他の実施例を示すブロ
ック図。 401:位相検波器 408:ループフィルタ 403:VCO 416:90’移相器 414:同期検波器 418:RMS検波器 410:バンドパスフィルタ。 出願人 横河叱ニーレット・バノカード株式会社代理人
弁理士 長 谷 川 次 男
ロック図。 第6図は本発明の同期検波装置の部分ブロック図。 第7図は本発明の同期検波装置の他の実施例を示すブロ
ック図。 401:位相検波器 408:ループフィルタ 403:VCO 416:90’移相器 414:同期検波器 418:RMS検波器 410:バンドパスフィルタ。 出願人 横河叱ニーレット・バノカード株式会社代理人
弁理士 長 谷 川 次 男
Claims (1)
- 第1信号が入力される第1入力端子と前記第1信号に同
期した第2信号が第1バンドパスフイルタを介して入力
される第2入力端子を有する同期検波手段と、前記同期
検波手段の出力部に設けられた第2バンドパスフイルタ
とから成る同期検波装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US52212283A | 1983-08-11 | 1983-08-11 | |
| US522122 | 1983-08-11 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6051011A true JPS6051011A (ja) | 1985-03-22 |
Family
ID=24079550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15707584A Pending JPS6051011A (ja) | 1983-08-11 | 1984-07-27 | 同期検波装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6051011A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62148378U (ja) * | 1986-03-12 | 1987-09-19 | ||
| JPS6315424U (ja) * | 1986-07-17 | 1988-02-01 |
-
1984
- 1984-07-27 JP JP15707584A patent/JPS6051011A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62148378U (ja) * | 1986-03-12 | 1987-09-19 | ||
| JPS6315424U (ja) * | 1986-07-17 | 1988-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4675613A (en) | Noise compensated synchronous detector system | |
| RU2115222C1 (ru) | Устройство для компенсации фазового сдвига в цепи обратной связи усилителя мощности (варианты) | |
| CN100472941C (zh) | 正交调制器及其校准方法 | |
| US4888554A (en) | Electron paramagnetic resonance (EPR) spectrometer | |
| US7352831B2 (en) | Digital frequency measurement system and method with automatic frequency control | |
| US6404293B1 (en) | Adaptive radio transceiver with a local oscillator | |
| US5337014A (en) | Phase noise measurements utilizing a frequency down conversion/multiplier, direct spectrum measurement technique | |
| US5001724A (en) | Method and apparatus for measuring phase accuracy and amplitude profile of a continuous-phase-modulated signal | |
| US6516186B1 (en) | Image-rejection receiver | |
| JP3030598B2 (ja) | ジッタ検出装置 | |
| Walls et al. | Extending the range and accuracy of phase noise measurements | |
| US4584710A (en) | Coherent receiver phase and amplitude alignment circuit | |
| US8224269B2 (en) | Vector modulator calibration system | |
| US20110074476A1 (en) | Apparatus for lock-in amplifying an input signal and method for generating a reference signal for a lock-in amplifier | |
| Hati et al. | A simple optimization method for generating high-purity amplitude and phase modulation | |
| KR0142943B1 (ko) | 반송파주파수의 오차보상을 위한 대역확산통신시스템 | |
| Rubiola | Tutorial on the double balanced mixer | |
| KR100667648B1 (ko) | Fm 신호 복조 방법 및 그 장치 | |
| JPS6051011A (ja) | 同期検波装置 | |
| Gheidi et al. | An ultra-broadband direct demodulator for microwave FM receivers | |
| EP0412291A2 (en) | Quadrature FSK receiver with compensation for frequency offset | |
| US4426627A (en) | Phase-locked loop oscillator circuit utilizing a sub-loop with a second phase comparator | |
| WO2003023950A2 (en) | Receiver | |
| US11196430B2 (en) | High-bandwidth phase lock loop circuit with sideband rejection | |
| EP1911151B1 (en) | Receiver for amplitude-modulated signals |