JPS623614B2 - - Google Patents

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JPS623614B2
JPS623614B2 JP52009206A JP920677A JPS623614B2 JP S623614 B2 JPS623614 B2 JP S623614B2 JP 52009206 A JP52009206 A JP 52009206A JP 920677 A JP920677 A JP 920677A JP S623614 B2 JPS623614 B2 JP S623614B2
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JP
Japan
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signal
phase
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bits
output
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JP52009206A
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JPS5395560A (en
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Meiki Yahata
Shunsuke Yoda
Tadamichi Kawasaki
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフエーズ・ロツク・ループやコスタ
ス・ループ等の位相同期ループ等に使用される
VCO(電圧制御発振器)のデイジタル化に関す
る。
近年のデイジタル技術の発展に伴つて、従来ア
ナログ回路で組まれてきた回路もデイジタル化さ
れ、LSI化を実現するものもでてきた。振幅変調
波や位相推移変調波からキヤリアを抽出したり、
周波数変調波の復調に使用される位相同期ループ
を近年デイジタル化の研究が進められている。
第1図にデイジタル・フエーズ・ロツク・ルー
プの構成を示す。入力10はサンプリングされた
系列X(n)である。出力19は正弦波をサンプ
リングした系列Y(n)となつている。掛算回路
11は位相比較器の役目を果すもので、サンプリ
ング間隔Tとして X(n)=sin(WcnT+θ) Y(n)=cos(WchT) とすれば、11の出力12の系列Z(n)は Z(n)=X(n)・Y(n) =sin(WcnT+θ)cos(WcnT) =1/2{sin(2WcnT+θ)+sinθ}……(1) となる。デイジタル・ローパス・フイルタ18は
上式のキヤリアの2倍周波数成分の減少させると
共に、ループの特性を決定する。
このフイルタは例えば H(z)=K/1−K−1 のような簡単なものでもよい。(この時は14に
2Wcの成分が多く混入する)フイルタの出力W
(n)とする。
加算器15、位相指定メモリ16、正弦波発生
器18でデイジタルVCOを構成している。正弦
波発生器18は位相指定メモリ16によつて指定
された位相17に相当する正弦波の振幅値を出力
する。例えば360゜の位相を32等分したとする。
位相指定メモリが「15」を指定したならば18の
出力はcos(360゜×15/32)の値を出力するように
す る。
17の位相指定V(n)は V(n)=V(n−1)+C+W(n−1) となる。CはVCOの中心周波数を指定し、W
(n−1)はVCOの制御信号になる。例えば制御
信号が常に0なら、時間T毎に位相指定がCずつ
増加するので、中心周波数F0は F0=C/32・1/T となる。VCO制御電圧W(n)が正の場合には
位相速く進むのでVCOの発振周波数を高くする
ことに相当する。W(n)が負の時にはその逆で
ある。従つて(1)式でθ>0ならローパスフイルタ
18で直流分1/2sinθが強調されるので、VCO
制御信号が正となり、VCOの出力は位相進み方
向に制御される。
θ<0ならその逆になる。
DSB波形からキヤリア成分を抽出するループに
コスタス・ループがある。コスタス・ループのブ
ロツク図を第2図に示す。
入力20をDSB波形A(t)cos(Wct+θ)
とする。VCO29の出力30をsin(Wct)とす
ると位相比較器21Aの出力22AのEA(t)
は EA(t)=A(t)cos(Wct+θ) sin(Wct) =1/2A(t){−sinθ+sin(2Wct+θ)}……(2
) VCO出力30は90゜移相器31を通つて出力3
2として−cos(Wct)を得る。位相比較器21
Bの出力22BのEB(t)は EB(t)=−A(t)cos(Wct+θ) cos(Wct) =−1/2A(t){cosθ+cos(2Wct+θ)}……(3
) LPF23Aと23Bはキヤリアの2倍の周波数
2Wcによる変調成分をカツトするもので、出力2
4Aと25BのHA(t)とHB(t)は HA(t)=−1/2A(t)sinθ HB(t)=−1/2A(t)cosθ 乗積回路25の出力G(t)は G(t)=HA(t)・HB(t) =1/4A(t)2sinθcosθ =1/8A(t)2sin2θ ……(4) よつてA(t)0であるから、LPF27を通
せばVCO制御信号28としてsin2θに比例する
値を得られるので、VCOの出力を入力とロツク
させることができる。コスタス・ループはロツク
位相に180゜の暖味さを持つている。このコスタ
ス・ループも第1図のフエーズ・ロツク・ループ
のようにデイジタル化可能であることはいうまで
もない。そして、このコスタス・ループをデイジ
タル化する際にはVCO29も当然にデイジタル
化される。このデイジタルVCOは、前述のよう
に、加算器、位相指定メモリ、正弦波発生器で構
成されている。正弦波発生器は例えばROM
(Read Only Memory)で構成され、位相指定メ
モリで番地(位相に相当する)を指定されるとそ
の番地の内容を出力する。ROMにはそれぞれの
位相における正弦波の値が記憶されている。この
ROMの番地数は多ければ出力ジツタが少なくな
り、制御が精密にできるようになるが、それだけ
ROMの量が大きくなるので限度がある。
例えば、ここでジツタが4度以内になるよう
に、360度を128等分して各位相における正弦波の
値を記憶しておく。この記憶内容Anを例えば An=cos(360゜×n/128)(n=0〜127) とする。従つて、位相指定メモリは0〜127まで
の番地を指定すればよく、2進表示すれば7ビツ
トでよい。
第1図15の加算器はmod128の加算をすれば
よく、これは7ビツトの演算でオーバーフローし
たものを捨てればよい。位相指定メモリは7ビツ
トとなる。しかしこのような系では次のような不
都合が起きる。上記デイジタルVCOの発振周波
数はとびとびの値しかとれない。サンリング周波
数をFsとするとEs/128置きの発振周波数しかと
れないことになる。従つて、例えばFsが16KHzで
あれば、125Hz置きの値しか取れない。
従つて、例えば入力周波数が2050Hzだつた場
合、VCOの中心周波数を2000Hzとすると第1図
定数Cは16となり、中心周波数を2125Hzとすると
Cは17となる。従つて、C=16とすると制御信号
14は、1になつたり0になつたりして、平均し
て出力が2050Hzになるようにする。以上のような
システムで通常は何の差しつかえもないが、次の
様な場合に不都合が起きる。例えば、入力が一時
的になくなつた場合に、制御信号は1になつたり
0になつたりできなくなるので、VCOの発振周
波数は2000Hz又は2125Hzとなり、再び入力が入つ
て来る時までに大きく位相がずれることになる。
又、第1図15,16,18のみでVCOを構成
するが、これのみで制御信号を変化させれば
FSK(周波数シフト・キーイング)の変調器と
しても使用できる。しかし、この場合にも出力は
125Hz置きしか取れないので望みの出力周波数と
異なるものになることがある。これをさけるため
にはROMの容量をふやし記憶する位相を増加す
ればよいが、大容量になる。
このように、フエーズ・ロツク・ループやコス
タス・ループ等の位相同期ループ等に使用される
VCOをデイジタル化し、制御を精度良く行われ
ようとすると、正弦波発生器を構成するROMが
大容量となつてしまつた。
そこで、この発明は、フエーズ・ロツク・ルー
プやコスタス・ループ等の位相同期ループ等に史
用されるデイジタル電圧制御発振器に関し、
ROM容量が少なくとも、精度よい制御が実現で
きるデイジタル電圧制御発振器を提供することを
目的とする。
この発明は、上記目的を達成するために、デイ
ジタル電圧制御発振器において、その発振周波数
の精度を規定するビツト数を、位相の精度を規定
するビツト数より低減させる手段を有することを
特徴とする。
すなわち、位相を制御するための第1の信号を
制御信号として供給を受け前記第1の信号に基づ
い演算し、第2の信号を位相値として出力する第
1の手段と、この第1の手段により得られる第2
の信号が表わす位相値に対応する振幅値を第3の
信号として出力する第2の手段を有するデイジタ
ル電圧制御発振器において、前記第1及び第2の
手段の間に設けられ、前記第2の信号を表わすビ
ツト数より少ないビツト数での信号に前記第2の
信号を変換し、前記第2の手段に供給する手段を
具備して成る事を特徴とする。
第3図に、本発明の一実施例を示す。この実施
例は、フエーズ・ロツク・ループやコスタス・ル
ープ等の位相同期ループ等に使用されるVCOに
関する。このVCOは、正弦波発生器を含む。こ
の正弦波発生器48は前記例と同じく360度の位
相を128分割して、その位相の正弦波の値を記憶
しておくROMである。勿論、一般的には正弦波
に限らず、所定の同期波形であればよい。ここで
位相指定メモリ44はROMの番地指定をする7
ビツトの他に1番地分の単位以下の数も表わせる
ビツトも追加されているとする。例えば追加ビツ
トを4ビツトとして、計11ビツトにする。46の
量子化回路は11ビツトの情報45を更に粗く量子
化して7ビツトの番地情報47にするものであ
る。量子化の方法は切り上げ、切り捨て、丸めの
どれでもかまわないが、切り捨ては上位7ビツト
をそのまゝ取ればよいので一番簡単である。位相
指定メモリが番地の単位以下4ビツトの容量をも
つているので、制御信号40及び定数C41もそ
れだけの精度で入力することができる。例えば、
サンプリング周波数Fsを16KHzとして前記例では
中心周波数は125Hz置きの値しかとれなかつた
が、本発明の例では番地以下に4ビツトあるので
125/24=7.8125Hz置きの値をとれるようにな
る。
例えば、制御信号を0として、定数Cを(16+
4/24)=16.25とすると位相メモリの内容45と ROMへの番地指定47は第4図のようになる。
但し、量子化回路46での量子化処理は切り捨て
を用いた。ここでの量子化処理とは、ビツト数を
低減させる処理を指し、切り捨てはもちろん丸
め、切り上げ等を用いればよい。又、加算器42
による加算は和が128に達すると0にもどる巡回
形の加算となる。このような条件の下で、ROM
への番地指定について更に詳述する。この実施例
では、位相指定メモリ44と、加算器42とによ
りサンプルタイミング毎に定数C=16.25が順次
加算されていく。すなわち、(定数C+制御信
号)の値は「16.25」を維持し位相指定メモリ4
4の出力は16.25、32.5、48.75……となる。これ
がこの回路上での正しい値であるが、この実施例
では量子化回路46で11ビツトの値を7ビツトに
切り捨てているので誤差が生じることになる。例
えば量子化回路46の入力(第4図の位相指定メ
モリ44の出力45)が16.25のときこれを2進
表示すと 「00100000100」 となる。前7ビツトが整数部「16」に対応し後
4ビツトが小数部「0.25」に対応している。整数
部が7ビツトであるのは上述のように加算器42
が128までの巡回形の加算器だからである。
よつて量子化回路46の出力は、11ビツトが7
ビツト「0010000」となるる。要するに量子化回
路46では10進表示の場合小数点以下の切り捨て
を行つていることになる。
すると1回のサンプリングタイム毎に量子化回
路46の出力は、0.25(10進表示)ずつの誤差が
増大する。この実施例ではこの誤差は4サンプリ
ングタイムたつと1以上になり量子化回路46の
出力に1だけ増加した値を出力するとともに誤差
量を再び1以下にすることにより位相増加量が補
正される。すなわち量子化回路46の出力は
「16」(10進表示)づつ増加するが4回に1回は
「16+1」増加するようになる。すなわち4回を
平均すれば1サンプルリングタイム毎に16.25の
増加となる。これをROMの番地で言うと、「16」
(10進表示)づつ増加させる第4図に示すよう
に、サンプル番号4の時「17」増加させる。これ
は位相になおすと通常は45ずつ進み、4サンプル
に1回、47.8125進むことに相当する。蛇足なが
ら付すと、この実施例では360度を128等分してい
るので、1番地の差は2.8125度に相当する。
この様にすれば出力49には1番地分に相当す
る2.8125度以下のジツタが出てくるが前述のよう
にこの実施例ではジツタを4度以下にするという
条件であつて、これを満たすので問題はない。
しかも第4図の例では周波数表示は、中心周波
数が2031.25Hzとなり下位ビツトにより7.8125Hz
置きの周波数表現が可能になる。制御信号40も
同等の精度をもたせることができるので、入力が
なくなつても、位相のずれを小さくできる。な
お、量子化回路を丸め回路と切り捨て回路にした
場合の動作上の差は単に位相指定メモリの内容が
切り捨て回路を使用した場合の方が0.5番地分大
きくなるだけで、出力には違いはなくなる。
以上の様にすれば、フエーズ・ロツク・ループ
やコスタス・ループ等の位相同期ループ等に使用
されるVCOにおいて、ROMの容量を増やすこと
なく制御の精度を高く設定することが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は一般的なデイジタル・フエーズ・ロツ
ク・ループの回路構成例を示す図、第2図はコス
タス・ループの回路構成例を示す図、第3図は本
発明の一実施例を示す図、第4図は第3図を説明
するための図である。 42……加算器、44……位相指定メモリ、4
6……量子化回路、48……正弦波発生器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 位相を制御するための第1の信号を制御信号
    として供給を受け前記第1の信号に基づいて演算
    し、第2の信号を位相値として出力する第1の手
    段と、この第1の手段により得られる第2の信号
    が表わす位相値に対応する振幅値を第3の信号と
    して出力する第2の手段を有するデイジタル電圧
    制御発振器において、前記第1及び第2の手段の
    間に設けられ、前記第2の信号を表わすビツト数
    より少ないビツト数での信号に前記第2の信号を
    変換し、前記第2の手段に供給する手段を具備し
    て成る事を特徴とするデイジタル電圧制御発振
    器。 2 第2の手段は、各位相値に相当する振幅値を
    記憶したROMと第2の信号をアドレスとして前
    記ROMの内容を読み出す手段とから成ることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載のデイジタ
    ル電圧制御発振器。 3 第1の手段は第1の信号及びあらかじめ定め
    られた一定の値をサンプリング期間毎に累積加算
    して、累積加算値がある一定の値をオーバーフロ
    ーした場合は前記オーバーフロー分を新らたな累
    積加算値とするような巡回的累積加算器を含み、
    前記累積加算値を第2の信号として出力すること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のデイジ
    タル電圧制御発振器。
JP920677A 1977-02-01 1977-02-01 Voltage controlled oscillator of digital type Granted JPS5395560A (en)

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JPS60244158A (ja) * 1984-05-18 1985-12-04 Nec Corp フアクシミリ信号のデジタル復調装置
JP2806239B2 (ja) * 1993-12-28 1998-09-30 三菱電機株式会社 周波数シンセサイザ
JP6184141B2 (ja) * 2013-03-21 2017-08-23 日本分光株式会社 光弾性変調器の変調信号検出装置

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