JP2760123B2 - ディジタル位相同期回路 - Google Patents

ディジタル位相同期回路

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JP2760123B2 JP2032054A JP3205490A JP2760123B2 JP 2760123 B2 JP2760123 B2 JP 2760123B2 JP 2032054 A JP2032054 A JP 2032054A JP 3205490 A JP3205490 A JP 3205490A JP 2760123 B2 JP2760123 B2 JP 2760123B2
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ディジタル変調信号のクロック再生に適す
るディジタル位相同期回路に関する。
従来の技術 従来のディジタル位相同期回路に関しては、例えば特
開昭59-92410号公報がある。第5図は、同公報の概要を
説明するためのブロック図である。
第5図において、301はA/D変換器、302は1クロック
期間の遅延手段、303は演算回路、304および307は3入
力の加減算器、305は入力に係数kをかける乗算器、306
はスイッチ手段、309は加算器307と遅延手段308よりな
る回路ブロックである。
第5図の動作を第6図を用いて説明する。第6図の波
形200はディジタル信号の再生波形であり、丸印201およ
び202がある時刻におけるサンプリング点である。今、
ディジタル信号の再生波形と基準レベルとの交差点直前
のサンプリング点201での振幅をSiとし、交差点直後の
サンプリング点202での振幅をSi+1とすると、三角形の
相似により次式が成り立つ。
ここで、kはサンプリング間隔、xはサンプリング点
201と202を結ぶ直線が基準レベルと交差する点とサンプ
リング点202との間隔であり、ディジタル信号の再生波
形が基準レベルと交差する点とサンプリング点202との
間隔の近似値として用いる。
(1)式をxについて解くと、 今、ディジタル信号の再生波形の1周期あたりのサンプ
リング点個数をNとすると、 となるので、 となる(但し、単位は位相deg)。このようにして、デ
ィジタル信号の再生波形のサンプリング点の標本値よ
り、ディジタル信号の再生波形と基準レベルとの交差点
からサンプリング点までの位相距離を求めることができ
る。これを回路で実現したのが、第5図のA/D変換器30
1,遅延手段302および演算回路303である。理由は後述す
るが、遅延手段303はディジタル信号の再生波形の半周
期を360°としたいため、分子の係数が720°になってい
る。
次に、回路ブロック309について説明する。
今、スイッチ306がオフであれば、308の出力は360°
の剰余系の加算で(720°/N)が次々に加算されるた
め、第6図の203のようなのこぎり波になる。スイッチ3
06がオンになり、ある一定の値が加算器307に入力され
ると、その値が正であれば遅延手段308の出力ののこぎ
り波の周波数は下がり、負であれば上がる。また、スイ
ッチ306がある期間オンになり、再びオフになるとのこ
ぎり波の周波数は変わらないが、オン中に入力された値
だけ位相がシフトする。このように回路ブロック309はP
LL回路のVCO(以下、309をVCOと呼ぶ。)として動作す
る。
また、加減算器304は、入力信号の位相に180°を加
え、VCO309の出力信号の位相を引いた値を出力し、位相
同期回路の位相比較器として動作する。ディジタル信号
の再生波形の位相に180°を加える理由は、ディジタル
信号の再生波形の位相の0°とVCO309の出力信号の位相
の180°とを対応させたいためである。このようにして
同期状態でのディジタル信号の再生波形とVCO309の出力
信号の位相関係は第6図のようになる。図からわかるよ
うに、VCO309の出力信号が360°から0°になるところ
でディジタル信号の再生波形の正負を判定すれば、正し
く読みとることができる。
発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のようなディジタル位相同期回路で
は、位相比較器である加減算器304の出力値を係数器に
よって調整してVCO309へ供給する、いわゆる1次位相同
期回路の構成となっているため、ディジタル信号の再生
波形の周波数変化に対する追従性が低いという問題点を
有していた。
本発明は上記問題点を解決するもので、周波数検出手
段を追加することによって、ジッタ成分の抑圧性を保っ
たまま、ディジタル信号の再生波形の周波数変化に対す
る追従性を高めることができるディジタル位相周期回路
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 上記目的を達成するため、本発明のディジタル位相同
期回路は、ディジタル信号の再生波形をチャンネルビッ
トレートの最大値を越える周波数でサンプリングするA/
Dコンバータと、前記再生波形と基準レベルとの交差点
前後のサンプリング点の標本値より前記交差点の位置デ
ータを求める演算回路と、360°を前記再生波形の1周
期当りのサンプリング個数で除したものであるサンプリ
ング間隔の再生位相値を前記交差点の位置データより求
める周波数検出手段と、前記サンプリング間隔の再生位
相値を前記交差点の位置データに乗ずることにより位相
値に変換する乗算器と、前記サンプリング間隔の再生位
相値をサンプル毎に足し込み、360°の剰余系で累積加
算するVCO部と、前記VCO部の出力と前記乗算器の出力と
の差分を出力する位相比較部とを備え、前記位相比較部
の出力を前記VCO部に入力し、前記サンプリング間隔の
再生位相値とともに加算し、前記VCO部の出力を可変す
るように構成したものである。
作用 本発明は上記した構成によって、周波数検出手段の出
力により再生波形が基準レベルと交差する点の位置デー
タを再生波形の1周期を基準とする位相データに置き換
え、位相同期回路はこの位相データによって動作するた
め、再生波形の周波数が変化した場合も位相同期回路の
動作中心周波数は変化しない。このため位相同期回路の
ジッタ成分抑圧性を下げることなく、ディジタル信号の
再生波形の周波数変化に対する追従性を高めることがで
きる。
実施例 以下、本発明のディジタル位相同期回路の実施例につ
いて、図面を参照しながら説明する。
第1図は、本発明の実施例におけるディジタル位相同
期回路の構成を示すブロック図である。第1図と請求項
1とは、101がA/Dコンバータ、113が演算回路、105が周
波数検出手段、104が乗算器にそれぞれ対応する。
第1図において、101はA/D変換器、102および110は1
クロック期間の遅延手段、103は演算回路、104は乗算
器、105は周波数検出器、106および109は加算器、107は
係数器、108はスイッチ手段である。この回路は第5図
に示す従来のディジタル位相検出回路に、周波数検出器
105と乗算器104とを加えたものになっている。また、回
路全体より周波数検出器105を除いたものを位相同期回
路112とする。
本発明のディジタル位相同期回路の動作について、以
下説明する。例えば、ディジタル信号の再生波形の1周
期に4つのサンプリング点がある場合(N=4)、ディ
ジタル信号の再生波形およびVCO111の出力信号のサンプ
リング様子は第6図のようになる。
このとき、位相検出回路の動作はサンプリング間隔
が、 なので、第6図におけるサンプリング点202の位相位置
xは、 となる。
また、VCO111の動作は360°の剰余系の加算で180°を
加算器109で次々に足し合わせるため、その出力はディ
ジタル信号の再生波形の1周期で2サイクルを完結する
のこぎり波になる。
加算器106で、ディジタル信号の再生波形のサンプリ
ング点の位相データに180°を加え、VCO111の出力信号
の位相を引いた値を位相比較器の出力とすれば、ディジ
タル信号の再生波形の0°にVCO111の出力信号の180°
が対応し、両者は第6図に示す位相関係でロックする。
このようにしてディジタル信号の再生波形のサンプリン
グ点の標本値は正しく位相データに変換され、VCO111の
出力信号はディジタル信号の再生波形に正しい位相関係
で同期する。
次に、ディジタル信号の再生波形の周波数が10%増加
した場合を考える。このとき、ディジタル信号の再生波
形の周期は逆に10%減少するので、1周期あたりのサン
プリング個数Nは3.6になる。よって、サンプリング間
隔は、 となり、サンプリング点の位相データは、 となる。また、VCO111の動作は360°の剰余系の加算で2
00°(=720°/N)を加算器109で次々に足し合わせ、そ
の出力はディジタル信号の再生波形の1周期(3.6サン
プル)で2サイクルを完結するのこぎり波になる。
加算器106で、ディジタル信号の再生波形のサンプリ
ング点の位相データに180°を加え、VCO111の出力信号
の位相データを引いた値を位相比較器の出力とすれば、
ディジタル信号の再生波形の0°にVCO111の出力信号の
180°が対応し、両者は第6図に示す位相関係でロック
する。このようにしてディジタル信号の再生波形は正し
く位相データに変換され、再生波形の周波数が変化して
もVCO111の出力信号はディジタル信号の再生波形に正し
い位相関係で同期する。
このように、位相同期回路112に対して、周波数検出
器105より出力される値(720°/N)をディジタル信号の
再生波形の周波数に対応した適当な値にすれば、この位
相同期回路は様々な周波数の信号に追従することができ
る。
次に、周波数検出手段105の実施例を第2図を用いて
説明する。第2図と請求項2とは、414が第1の回路、4
01が減算器、411が第1のローパスフィルタ、407が係数
乗算器、415が係数補正回路にそれぞれ対応する。
第2図において、401,405は減算器、402,406,407,412
はそれぞれ係数A,B,k,kを入力にかける係数器、403,40
9,413は加算器、404,410は1クロック期間の遅延手段、
408はスイッチ手段である。また、402〜406より構成さ
れる回路ブロック411は、双一次型のディジタルフィル
タである。このディジタルフィルタは、 −1<B<A<1 として、第3図に示す周波数特性を持つラグ・リード
型のローパスフィルタとして用いる。また、周波数検出
器105は401→408→411→407→409→410→401という内部
に1クロック期門の遅延手段を有するループになってい
るため、その入出力特性は、2次のローパスフィルタに
なる。
第2図の回路は第5図の回路の304〜308より構成され
るPLLループに、ラグ・リード型の周波数特性を持つデ
ィジタルフィルタ411を挿入したものになっている。よ
って、第2図の回路は2次の位相同期回路となり、第5
図の1次の位相同期回路より広い周波数範囲の入力信号
に追従できる。
次に、ディジタルフィルタ411の内部を考える。加算
器403の入力は、スイッチ408の出力と遅延手段404の出
力であるが、いま、遅延手段404の出力がないものとす
ると、加算器403の出力は、スイッチ408の出力に等しく
なり、第2図の回路は1次の位相同期回路になる。これ
から遅延手段404の出力が周波数情報を含んでいること
が分かる。定常状態で入力信号の1周期あたりのサンプ
リング個数がNであり、いま、入力信号の周波数が変化
して1周期あたりのサンプリング個数がN・aに変わっ
たとき、遅延手段404の出力をXとすると、VCO414の出
力サンプリング値間隔より次式が成り立つ。
周波数検出器105の出力は(720°/N・a)になればよ
いので、遅延手段404の出力に係数器412および加算器41
3の操作を施せば、周波数検出器105の出力が得られる。
次に、本発明の他の実施例を第4図を用いて説明す
る。第4図と請求項3とは、606が第2のローパスフィ
ルタに対応する。
第4図において、601はA/D変換器、602および611は1
クロック期間の遅延手段、603は演算回路、604は乗算
器、605は周波数検出器、606は周波数検出器605の出力
を平滑化するローパスフィルタ、607および610は加算
器、609は係数器、608はスイッチ手段である。また、回
路全体より周波数検出器605とローパスフィルタ606を除
いたものを位相同期回路612とする。この回路は第1図
に示したディジタル位相検出回路にローパスフィルタ60
6を付加した構成になっている。このようにすれば、デ
ィジタル信号の再生波形のS/N比が悪く、周波数検出器6
05の出力が変動する場合でもローパスフィルタ606によ
ってそれを平滑化し、位相同期回路612へS/N比の良い値
を出力することができ、回路の安全性を高めることがで
きる。
発明の効果 以上のように本発明のディジタル位相同期回路は、デ
ィジタル信号の再生波形をチャンネルビットレートの最
大値を越える周波数でサンプリングするA/Dコンバータ
と、前記再生波形と基準レベルとの交差点前後のサンプ
リング点の標本値より前記交差点の位置データを求める
演算回路と、360°を前記再生波形の1周期当りのサン
プリング個数で除したサンプリング間隔の再生位相値を
前記交差点の位置データより求める周波数検出手段と、
前記サンプリング間隔の再生位相値を前記交差点の位置
データに乗ずる乗算器とを備えたもので、周波数検出手
段の出力により前記再生波形が基準レベルと交差する点
の位置データを前記再生波形の1周期を基準とする位相
データに置き換え、位相同期回路本体はこの位相データ
によって動作するため、再生波形の周波数が変化した場
合も位相同期回路の動作中心周波数は変化しない。この
ため位相同期回路のジッタ成分抑圧性を下げることな
く、ディジタル信号の再生波形の周波数変化に対する追
従性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のディジタル位相同期回路の構成を示す
ブロック図、第2図は本発明のディジタル位相同期回路
の請求項2の周波数検出回路のブロック図、第3図は第
2図中の双一次型ディジタルフィルタの周波数特性図、
第4図は本発明のディジタル位相同期回路の請求項3の
構成を示すブロック図、第5図は従来のディジタル位相
同期回路の構成を示すブロック図、第6図はディジタル
信号の再生波形とVCO出力信号の位相関係を表わす波形
図である。 101……A/D変換器、102……1クロック期間の遅延手
段、103……演算回路、104……乗算器、105……周波数
検出器、106……減算器、107……係数乗算器、108……
スイッチ手段、109……加算器、110……1クロック期間
の遅延手段。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ディジタル信号の再生波形をチャンネルビ
    ットレートの最大値を越える周波数でサンプリングする
    A/Dコンバータと、 前記A/Dコンバータからの再生波形と基準レベルとの交
    差点前後の位置データを求める演算回路と、 360°を前記再生波形の1周期当たりのサンプリング個
    数で除したサンプリング間隔の再生位相値を前記交差点
    の位置データより求める周波数検出手段と、 前記サンプリング間隔の再生位相値を前記交差点の位置
    データに乗ずることにより位相値に変換する乗算器と、 前記サンプリング間隔の再生位相値をサンプル毎に足し
    込み、360°の剰余系で累積加算するVCO部と、 前記VCO部の出力と前記乗算器の出力との差分を出力す
    る位相比較部とを備え、 前記位相比較部の出力を前記VCO部に入力し、前記サン
    プリング間隔の再生位相値とともに加算し、前記VCO部
    の出力を可変するように構成したことを特徴とするディ
    ジタル位相同期回路。
  2. 【請求項2】周波数検出手段は、基準とするビットレー
    トの再生波形に於けるサンプリング間隔の基準位相値を
    360°の剰余系で累積加算する第1の回路と、前記周波
    数検出手段の入力である交差点の位置データより前記第
    1の回路の出力を減算する減算器と、前記減算器の出力
    を入力とし、内部に周波数情報を蓄積するレジスタと周
    波数情報出力端子とフィルタ出力端子とを有する第1の
    ローパスフィルタと、前記第1のローパスフィルタのフ
    ィルタ出力端子に接続された係数器とを有し、前記係数
    器の出力を前記第1の回路に入力してサンプリング間隔
    の基準位相値に加え、前記第1のローパスフィルタの周
    波数情報出力端子に接続された係数補正回路によってサ
    ンプリング間隔の再生位相値を求め出力する構成とした
    請求項1記載のディジタル位相同期回路。
  3. 【請求項3】周波数検出手段の出力であるサンプリング
    間隔の再生位相値を第2のローパスフィルタに通した
    後、交差点の位置データに乗ずる構成とした請求項1記
    載のディジタル位相同期回路。
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