説明

PLL回路

【課題】 安定した位相雑音特性を得ることができるPLL回路を提供する。
【解決手段】 基準発振器4からの基準周波数(Fref)信号のレベルを検波回路7で検出し、制御回路5が、検出したレベルが特定値に比べて小さい場合は可変ATT6の減衰量を小さくし、検出したレベルが特定値に比べて大きい場合は可変ATT6の減衰量を大きくする制御信号を可変ATT6に出力し、可変ATT6では制御回路5からの制御信号に従って基準周波数信号の減衰を行い、PLL IC2への基準周波数信号の入力レベルを安定化させ、位相雑音特性の劣化を防止し、更にアンロックを防止できるPLL回路である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、PLL(Phase Locked Loop)回路に係り、特に、安定した位相雑音特性を得ることができるPLL回路に関する。
【背景技術】
【0002】
[従来のPLL回路:図7]
従来のPLL回路について図7を参照しながら説明する。図7は、従来のPLL回路の構成図である。
従来のPLL回路は、図7に示すように、VCO(Voltage Controlled Oscillator:電圧制御発振器)1と、PLL IC(PLL Integrated Circuit:位相比較手段)2と、アナログフィルタ3と、基準発振器4と、制御回路5とから構成されている。
尚、基準発振器4から出力された基準周波数信号をDDS(Direct Digital Synthesizer:直接デジタル合成発振器)回路を介してPLL IC2に出力周波数Fddsとして入力する構成のPLL回路であってもよい。
【0003】
VCO1は、アナログフィルタ3から出力される制御電圧によって所望の発振周波数Foutを出力する。
PLL IC2は、発振周波数Foutを入力し、制御回路5から供給される分周比の設定値で分周し、基準発振器4からの基準周波数信号と位相比較を行い、その結果に応じた電圧をアナログフィルタ3に出力する。
【0004】
アナログフィルタ3は、PLL IC2からの出力電圧を平滑化してVCO1の制御電圧として出力する。
基準発振器4は、VCXO(Voltage Controlled Crystal Oscillator)、TCXO(Temperature Compensated Crystal Oscillator)、OCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator)等で構成され、制御回路5からの基準周波数選択信号(Fref選択信号)に従って基準周波数(Fref)信号をPLL IC2に出力する。
制御回路5は、基準発振器4に基準周波数選択信号を出力し、当該基準周波数選択信号に対応した分周比の設定データをPLL IC2に出力する。
【0005】
[従来のPLL回路の動作]
従来のPLL回路において、制御回路5は、基準発振器4とPLL IC2に対して、PLL回路が発振器として使用されるシステムにおける規定のチャンネル(周波数)となるようなデータ(基準周波数(Fref)選択信号、分周比の設定データ)を出力し、設定を行う。
【0006】
基準発振器4は、Fref選択信号に基づいて基準周波数(Fref)信号を発振してPLL IC2に出力する。
PLL IC2は、制御回路5からの設定データに基づいて分周比、カウンタ値を決定し、VCO1からの出力周波数Foutを分周し、基準発振器4からの基準周波数信号との位相比較を行い、出力電圧をアナログフィルタ3で平滑化し、VOC1の制御電圧を出力する。
VCO1は、アナログフィルタ3からの制御電圧により規定周波数Foutを出力するものである。
【0007】
尚、PLL IC2の仕様として、基準周波数信号の入力レベルは上限値が規定されており、規定レベル相当を入力することでダイナミックレンジが得られ、最適な特性が得られるようになっている。
【0008】
[関連技術]
尚、関連する先行技術として、特開平09−284056号公報「漏洩低減装置」(株式会社東芝他)[特許文献1]、特開2003−008430号公報「入力回路のサンプリング方法」(日置電機株式会社)[特許文献2]、特開2004−096470号公報「位相ロックドループ回路」(株式会社ケンウッド)[特許文献3]、特開2007−274612号公報「PLL回路」(日本電波工業株式会社)[特許文献4]がある。
【0009】
特許文献1には、漏洩低減装置において、入力信号を入力レベル検出器16で検出し、検出結果に応じた制御信号で発振器14の発振を制御し、入力信号は、アンプ12で増幅され、ミキサー13で増幅された信号と発振器14からの発振信号との和と差の周波数成分を出力することが示されている。
【0010】
特許文献2には、入力回路のサンプリング方法において、ローパスフィルタ2からの基本波クロックを周波数追従回路4で1周期遅れの出力クロックに変換してPLL回路3に出力し、入力レベル監視回路5でPLLアンロック警告信号が周波数追従回路4に入力されると、1周期分の出力クロックを繰り返しPLL回路3に出力することが示されている。
【0011】
特許文献3には、位相ロックドループ回路において、VCO12の出力側に順にダブラ回路13、濾波部14、PLL−IC10、濾波部11を設け、濾波部11からの出力でVCO12を制御すると共に濾波部14の通過帯域を制御することが示されている。
【0012】
特許文献4には、PLL回路において、外部からの基準周波数信号の信号レベルを監視、し、予め設定された範囲外になった場合には、記憶部に記憶されているデータに切り替えてPLL制御を行うことが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0013】
【特許文献1】特開平09−284056号公報
【特許文献2】特開2003−008430号公報
【特許文献3】特開2004−096470号公報
【特許文献4】特開2007−274612号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
しかしながら、従来のPLL回路では、基準周波数信号の入力レベルが高すぎると、基準周波数信号の成分がスプリアスとして検出され、基準周波数信号の入力レベルが低すぎると、ダイナミックレンジの低減により、PLL回路としての位相雑音特性(C/N特性)の劣化を招くという問題点があった。
【0015】
また、従来のPLL回路では、更に入力レベルが低下すると、PLL ICが動作しなくなり、結果としてアンロック状態になってしまうという問題点があった。
【0016】
[入力レベルに対する特性比較:図8]
PLL ICへの入力レベル適正時と低い場合の特性比較について図8を参照しながら説明する。図8は、入力レベルに対する特性比較の図である。
図8に示すように、PLL ICへの入力レベル適正時と低い場合について、横軸が離調周波数(Hz)、縦軸が位相雑音特性(dBc/Hz)の特性比較を示しており、図左で上側の特性線(細線)が入力レベルが低い場合であり、下側の特性線(太線)が入力レベルが適正時の場合である。尚、図8では、出力周波数2100MHz時の位相雑音特性である。
【0017】
上述したように、PLL ICへの基準周波数信号の入力レベルが低い場合は、PLL回路としての位相雑音特性(C/N特性)が劣化し、更に、入力レベルが低下した場合には、アンロックとなるものである。
【0018】
尚、基準発振器の出力レベルとしては、基準発振器自体の劣化、信号ラインに実装された部品の不良等により、設計時よりも増減してしまうという問題点もある。
【0019】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、安定した位相雑音特性を得ることができるPLL回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0020】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、電圧制御発振器と、基準信号を発振する基準発振器と、電圧制御発振器の出力を分周し、基準信号との位相比較を行い、位相比較の結果に応じた電圧を出力する位相比較手段と、出力された電圧を平滑化して電圧制御発振器に制御電圧として出力するアナログフィルタとを備えるPLL回路であって、位相比較手段に入力される基準信号のレベルを検出する検出手段と、検出されたレベルが特定の値に比べて小さい場合に基準信号のレベルを特定の値になるよう大きくし、検出されたレベルが特定の値に比べて大きい場合に基準信号のレベルを特定の値になるよう小さくする制御信号を出力する制御手段と、制御手段からの制御信号により基準発振器からの基準信号のレベルを調整する調整手段とを有することを特徴とする。
【0021】
本発明は、上記PLL回路において、位相比較手段が、PLL ICであり、検出手段が、検波回路であり、調整手段が、可変減衰器であり、制御手段が、検波回路で検波された基準信号のレベルに応じた制御信号を可変減衰器に出力し、可変減衰器での減衰量を制御する制御回路であることを特徴とする。
【0022】
本発明は、上記PLL回路において、位相比較手段が、PLL ICであり、検出手段が、検波回路であり、調整手段が、増幅器であり、制御手段が、検波回路で検波された基準信号のレベルに応じた制御信号を増幅器に出力し、増幅器での増幅率を制御する制御回路であることを特徴とする。
【0023】
本発明は、上記PLL回路において、基準発振器からの基準信号を基に出力周波数を生成する直接デジタル合成発振器を設け、検波回路が、直接デジタル合成発振器からの出力周波数のレベルを検波し、可変減衰器が、出力周波数を減衰し、制御手段が、検波回路で検波された出力周波数のレベルに応じた制御信号を可変減衰器に出力し、可変減衰器での減衰量を制御する制御回路であることを特徴とする。
【0024】
本発明は、上記PLL回路において、基準発振器からの基準信号を基に出力周波数を生成する直接デジタル合成発振器を設け、検波回路が、直接デジタル合成発振器からの出力周波数のレベルを検波し、増幅器が、出力周波数を増幅し、制御手段が、検波回路で検波された出力周波数のレベルに応じた制御信号を増幅器に出力し、増幅器での増幅率を制御する制御回路であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0025】
本発明によれば、検出手段が、位相比較手段に入力される基準信号のレベルを検出し、制御手段が、検出されたレベルが特定の値に比べて小さい場合に基準信号のレベルを特定の値になるよう大きくし、検出されたレベルが特定の値に比べて大きい場合に基準信号のレベルを特定の値になるよう小さくする制御信号を出力し、調整手段が、制御手段からの制御信号により基準発振器からの基準信号のレベルを調整するPLL回路としているので、安定した位相雑音特性を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本発明の実施の形態に係る第1のPLL回路の構成ブロック図である。
【図2】制御テーブルの概略図である。
【図3】制御回路の処理フローチャートである。
【図4】本発明の実施の形態に係る第2のPLL回路の構成ブロック図である。
【図5】本発明の実施の形態に係る第3のPLL回路の構成ブロック図である。
【図6】本発明の実施の形態に係る第4のPLL回路の構成ブロック図である。
【図7】従来のPLL回路の構成図である。
【図8】入力レベルに対する特性比較の図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
[実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係るPLL回路は、位相比較手段に入力される、基準発振器からの基準信号又は直接デジタル合成発振器からの出力周波数のレベルを検出する検出手段と、検出されたレベルが特定の値に比べて小さい場合に基準信号のレベルを特定の値になるよう大きくし、検出されたレベルが特定の値に比べて大きい場合に基準信号のレベルを特定の値になるよう小さくする制御信号を出力する制御手段と、制御手段からの制御信号により基準発振器からの基準信号又は直接デジタル合成発振器からの出力周波数のレベルを調整する調整手段とを有するPLL回路としているので、安定した位相雑音特性を得ることができるものである。
【0028】
尚、請求項における位相比較手段が、PLL ICに相当し、検出手段が、検波回路に相当し、制御手段が、制御回路に相当し、調整手段が、可変減衰器又は増幅器に相当している。
【0029】
[第1のPLL回路:図1]
本発明の実施の形態に係る第1のPLL回路について図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る第1のPLL回路の構成ブロック図である。
本発明の実施の形態に係る第1のPLL回路(第1のPLL回路)は、図1に示すように、VCO(電圧制御発振器)1と、PLL IC(位相比較手段)2と、アナログフィルタ3と、基準発振器4と、制御回路5と、可変ATT(Attenuator:減衰器)6と、検波回路7とを基本的に有している。
【0030】
[各部]
第1のPLL回路 の各部について具体的に説明する。
VCO1は、アナログフィルタ3から出力される制御電圧によって所望の発振周波数Foutを出力する。
PLL IC2は、発振周波数Foutを入力し、制御回路5から供給される分周比の設定値で分周し、可変ATT6から出力される基準周波数信号と位相比較を行い、その位相比較の結果(位相差)に応じた電圧をアナログフィルタ3に出力する。
【0031】
アナログフィルタ3は、PLL IC2からの出力電圧を平滑化してVCO1の制御電圧として出力する。
基準発振器4は、VCXO、TCXO、OCXO等で構成され、制御回路5から出力される基準周波数選択信号(Fref選択信号)に従って基準周波数(Fref)信号を可変ATT6に出力する。
【0032】
制御回路5は、基準発振器4に基準周波数選択信号を出力し、当該基準周波数選択信号に対応した分周比の設定データをPLL IC2に出力する。
また、制御回路5は、検波回路7から入力される入力レベルに応じた制御値(可変ATT6を制御する信号の値)を記憶しており、検波回路7で検波された入力レベルに対応する制御値に相当する信号を可変ATT6に出力する。
【0033】
可変ATT6は、制御回路5から入力された信号に応じて基準発振器4からの基準周波数信号を減衰し、PLL IC2に出力する。
検波回路7は、可変ATT6からPLL IC2に出力される基準周波数信号を分岐して入力し、当該信号を検波して入力レベルを検出し、制御回路5に出力する。
【0034】
[制御テーブル:図2]
次に、制御回路5は、制御部と記憶部を備えており、当該記憶部には図2に示す制御テーブルが格納されている。図2は、制御テーブルの概略図である。
制御テーブルは、図2に示すように、入力レベルの値に対応して制御値が記憶されている。
制御値は、可変ATT6の減衰量を制御するための値であり、入力レベルが適正レベルより低い場合には、減衰量を減少させ、入力レベルが適正レベルより高い場合には、減衰量を増加させる値となっている。
【0035】
[第1のPLL回路の動作]
第1のPLL回路の動作について説明する。
制御回路5は、基準発振器4に基準周波数(Fref)選択信号を出力すると共に、PLL IC2に当該Fref選択信号に対応した分周比の設定データを出力する。
基準発振器4は、Fref選択信号に基づいて発振動作を行い、基準周波数信号を可変ATT6に出力する。
【0036】
可変ATT6は、制御回路5からの制御値に相当する信号により減衰量を調整し、減衰量が調整された基準周波数信号をPLL IC2と検波回路7に出力する。
検波回路7は、可変ATT6からの基準周波数信号を入力し、検波して当該信号の入力レベルを測定し、制御回路5に入力レベルを出力する。
【0037】
制御回路は、検波回路7から入力された基準周波数信号の入力レベルに対応した制御値を制御テーブルから読み込み、当該制御値に相当する制御信号を可変ATT6に出力し、可変ATT6の減衰量を制御する。
制御回路5における制御部の具体的な処理は、後述する。
【0038】
可変ATT6は、基準発振器4からの基準周波数(Fref)信号を入力し、制御回路5からの制御信号に基づいて減衰を行い、減衰した基準周波数信号をPLL IC2と検波回路7に出力する。
【0039】
PLL IC2は、VCO1からの発振周波数Foutを制御回路5からの分周比の設定データに従い分周し、可変ATT6から入力された基準周波数信号との位相比較を行い、位相比較結果に応じた電圧をアナログフィルタ3に出力する。
【0040】
[制御回路の処理:図3]
次に、制御回路5における処理フローについて図3を参照しながら説明する。図3は、制御回路の処理フローチャートである。
制御回路5における制御部の処理は、図3に示すように、検波回路7で検波された入力レベルを読み込み(S1)、記憶部の制御テーブルを参照し(S2)、入力レベルに対応した制御値を取得する(S3)。
【0041】
制御部は、取得した制御値に相当する信号を可変ATT6に出力し(S4)、可変ATT6における減衰量を調整している。
当該調整は、基準周波数信号の入力レベルが記憶部に記憶された特定値に比べて小さい場合に、入力レベルが特定値になるよう、可変ATT6における減衰量を減少させ、入力レベルが特定値に比べて大きい場合に、入力レベルが特定値になるよう、可変ATT6における減衰量を増加させるものである。
尚、上記特定値は、PLL IC2に入力される基準周波数信号の標準の(望ましい最適な)入力レベルの値であり、シミュレーション又は実験で求められる。
【0042】
そして、制御部は、上記処理S1〜S4を繰り返すものである。
これにより、PLL IC2への基準周波数信号の入力レベルが一定となるよう制御されて、PLL IC2へ入力される基準周波数信号を安定化できるものである。
【0043】
[第2のPLL回路:図4]
次に、本発明の実施の形態に係る第2のPLL回路について図4を参照しながら説明する。図4は、本発明の実施の形態に係る第2のPLL回路の構成ブロック図である。
第2のPLL回路は、図1の第1のPLL回路における可変ATT6をAMP(増幅器)8に置き換えたものである。
【0044】
AMP8は、基準発振器4からの基準周波数(Fref)信号を入力し、制御回路5からの制御信号に基づいて増幅を行い、増幅した基準周波数信号をPLL IC2と検波回路7に出力するものである。
【0045】
また、第2のPLL回路における制御回路5は、検波回路7から入力された基準周波数信号の入力レベルに対応した制御値を制御テーブルから読み込み、当該制御値に相当する制御信号をAMP8に出力し、AMP8の増幅率を制御する。
つまり、基準周波数信号の入力レベルが小さくなれば、AMP8における増幅率を増加させ、入力レベルが大きくなれば、AMP8における増幅率を減少させるものである。
【0046】
[第3のPLL回路:図5]
次に、本発明の実施の形態に係る第3のPLL回路について図5を参照しながら説明する。図5は、本発明の実施の形態に係る第3のPLL回路の構成ブロック図である。
第3のPLL回路は、図1の第1のPLL回路において、基準発振器4と可変ATT6との間にDDS(Direct Digital Synthesizer)回路9を設けたものである。
DDS回路9は、基準発振器4からの基準周波数(Fref)信号を基に出力周波数Fddsを生成し、生成された出力周波数FddsをPLL IC2と検波回路7に出力する。
PLL IC2をデジタル回路で構成する場合、DDS回路9を用いることで、基準周波数信号のレベルを最適に維持することが可能となる。
【0047】
尚、制御回路5は、DDS回路9に出力周波数Fddsを選択制御するためのFdds選択信号を出力するようにし、DDS回路9は、当該Fdds選択信号に従い、基準周波数(Fref)信号を基に出力周波数Fddsを生成するものであってもよい。
【0048】
[第4のPLL回路:図6]
次に、本発明の実施の形態に係る第4のPLL回路について図6を参照しながら説明する。図6は、本発明の実施の形態に係る第4のPLL回路の構成ブロック図である。
第4のPLL回路は、図4の第2のPLL回路において、基準発振器4と可変ATT6との間にDDS回路9を設けたものである。
DDS回路9は、図5におけるDDS回路と同様のものである。
【0049】
[実施の形態の効果]
第1のPLL回路によれば、基準発振器4からの基準周波数(Fref)信号のレベルを検波回路7で検出し、検出したレベルに応じて制御回路5が可変ATT6の減衰量を制御することにより、PLL IC2への基準周波数信号の入力レベルを安定化させることができ、位相雑音特性の劣化を防止し、更にアンロックを防止できる効果がある。
【0050】
第2のPLL回路によれば、基準発振器4からの基準周波数(Fref)信号のレベルを検波回路7で検出し、検出したレベルに応じて制御回路5がAMP8の増幅率を制御することにより、PLL IC2への基準周波数信号の入力レベルを安定化させることができ、位相雑音特性の劣化を防止し、更にアンロックを防止できる効果がある。
【0051】
第3のPLL回路によれば、DDS回路9からの出力周波数Fddsのレベルを検波回路7で検出し、検出したレベルに応じて制御回路5が可変ATT6の減衰量を制御することにより、PLL IC2への出力周波数Fddsの入力レベルを安定化させることができ、位相雑音特性の劣化を防止し、更にアンロックを防止できる効果がある。
【0052】
第4のPLL回路によれば、DDS回路9からの出力周波数Fddsのレベルを検波回路7で検出し、検出したレベルに応じて制御回路5がAMP8の増幅率を制御することにより、PLL IC2への出力周波数Fddsの入力レベルを安定化させることができ、位相雑音特性の劣化を防止し、更にアンロックを防止できる効果がある。
【0053】
第1〜4のPLL回路によれば、基準発振器自体の劣化、信号ラインに実装された部品の不良等が発生して、PLL IC2への基準周波数信号又は出力周波数が設計時から変動しても、PLL IC2への基準周波数信号又は出力周波数の入力レベルを安定化させることができ、位相雑音特性の劣化を防止し、更にアンロックを防止できる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【0054】
本発明は、安定した位相雑音特性を得ることができるPLL回路に好適である。
【符号の説明】
【0055】
1…VCO、 2…PLL IC、 3…アナログフィルタ、 4…基準発振器、 5…制御回路、 6…可変ATT、 7…検波回路、 8…AMP、 9…DDS回路

【特許請求の範囲】
【請求項1】
電圧制御発振器と、基準信号を発振する基準発振器と、前記電圧制御発振器の出力を分周し、前記基準信号との位相比較を行い、位相比較の結果に応じた電圧を出力する位相比較手段と、前記出力された電圧を平滑化して前記電圧制御発振器に制御電圧として出力するアナログフィルタとを備えるPLL回路であって、
前記位相比較手段に入力される基準信号のレベルを検出する検出手段と、
前記検出されたレベルが特定の値に比べて小さい場合に前記基準信号のレベルを特定の値になるよう大きくし、前記検出されたレベルが特定の値に比べて大きい場合に前記基準信号のレベルを特定の値になるよう小さくする制御信号を出力する制御手段と、
前記制御手段からの制御信号により前記基準発振器からの基準信号のレベルを調整する調整手段とを有することを特徴とするPLL回路。
【請求項2】
位相比較手段は、PLL ICであり、
検出手段は、検波回路であり、
調整手段は、可変減衰器であり、
制御手段は、前記検波回路で検波された基準信号のレベルに応じた制御信号を前記可変減衰器に出力し、前記可変減衰器での減衰量を制御する制御回路であることを特徴とする請求項1記載のPLL回路。
【請求項3】
位相比較手段は、PLL ICであり、
検出手段は、検波回路であり、
調整手段は、増幅器であり、
制御手段は、前記検波回路で検波された基準信号のレベルに応じた制御信号を前記増幅器に出力し、前記増幅器での増幅率を制御する制御回路であることを特徴とする請求項1記載のPLL回路。
【請求項4】
基準発振器からの基準信号を基に出力周波数を生成する直接デジタル合成発振器を設け、
検波回路は、前記直接デジタル合成発振器からの出力周波数のレベルを検波し、
可変減衰器は、前記出力周波数を減衰し、
制御手段は、前記検波回路で検波された出力周波数のレベルに応じた制御信号を前記可変減衰器に出力し、前記可変減衰器での減衰量を制御する制御回路であることを特徴とする請求項2記載のPLL回路。
【請求項5】
基準発振器からの基準信号を基に出力周波数を生成する直接デジタル合成発振器を設け、
検波回路は、前記直接デジタル合成発振器からの出力周波数のレベルを検波し、
増幅器は、前記出力周波数を増幅し、
制御手段は、前記検波回路で検波された出力周波数のレベルに応じた制御信号を前記増幅器に出力し、前記増幅器での増幅率を制御する制御回路であることを特徴とする請求項3記載のPLL回路。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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