JP3366032B2 - キャリア同期用pll回路 - Google Patents
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- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
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Description
(Phase-Locked Loop )回路に関し、詳しくは、交通情
報を識別するためのARI(Autofahrer Rundfunk Info
rmations)信号や、交通情報等のディジタル・データの
メッセージを伝送するためのRDS(Radio Data Syste
m )信号等を多重するFM多重データ放送の受信検波に
好適なコスタスループ型DPLL(Digital PLL)等
のキャリア同期用PLL回路に関する。
の交通情報システムとしてARI放送が知られている。
このARI放送によるシステムでは、交通情報を放送す
るFMラジオ局を、その電波に57KHzの副搬送波を
常時入れることで識別するようにされている。さらに
は、副搬送波を特定の周波数で振幅変調したDK,BK
信号により、交通情報の開始,終了,対象地域を区別す
るようにされている。
の副搬送波を入れ、選局用などのディジタル・データを
多重する放送方式であるFM多重データ放送(RDS)
が知られている。このRDS放送において多重されるデ
ータは、104ビットから成るグループ単位に構成さ
れ、選局機能を主な目的とした様々なメッセージが規格
化されている。RDSデータの送信は、そのデータの伝
送速度が1.1875kビット/秒とされて差動エンコ
ードされ、その信号で1.1875KHzのクロックを
2相PSK(Phase Shift Keying)変調する。さらにそ
の2相PSK変調信号によって副搬送波(57KHz)
を搬送波抑圧型振幅変調し、その両測波帯(DSB)信
号が音声信号に多重されて伝送される。ここで、RDS
データの副搬送波はステレオ放送を示すパイロット信号
(19KHz)の第3高調波と同相か直交位相の関係に
設定される。また、ARI信号との両立性が要求される
放送では、RDS変調信号とARI信号とを周波数を同
じにして常に直交位相の関係に設定されて同時送信され
る。
I信号を多重したときのスペクトルを示す。また、図8
に、FM多重データ放送受信機の基本構成の概略ブロッ
ク図を示す。
KHz副搬送波の近傍に低レベルで分布し、音声帯域に
影響を与えないようにされている。FM多重データ放送
受信機では、図8に示すように、アンテナ51で受信さ
れたFM多重放送波は、フロントエンド52で希望の局
が選択され、IF(中間周波数)アンプ53、FM検波
器(DET)54、マルチプレクサ(MPX)復調回路
55を介して、音声信号がステレオ放送の場合にはL
(左),R(右)チャンネルのオーディオ信号に分離さ
れて出力される。また、FM検波器54の検波出力がフ
ィルタ56に供給され、57KHzの副搬送波のRDS
変調信号が分離される。分離されたRDS変調信号は、
RDSデコード・クロック再生器57により、クロック
が再生されRDSデータが復調される。さらに、グルー
プ・ブロック同期/エラー検出器58、エラー訂正回路
59を介してコントローラ60に供給されてコード情報
が解析され、RAM等のメモリ61に記憶すると共に、
操作部62からの選局指令に基づいてフロントエンド5
2に対して選局動作を行なう。
によりRDSデータは再生されるが、そこで再生処理さ
れるRDS変調信号は単純なPLL回路では復調できな
いものである。というのも、受信したDSB信号はその
包絡線のゼロクロス点で副搬送波の位相が反転するため
副搬送波の周波数を抽出できないからである。このた
め、RDS変調信号の復調回路におけるキャリア同期用
PLL回路として、ディジタル処理に適したコスタスル
ープ型DPLL回路が採用されている。
回路の構成図を示す。図に示すように従来のコスタスル
ープ型DPLL回路70は、乗算器(D−FF)71,
72、位相比較器73、シーケンシャルループフィルタ
74、および電圧制御発振器(VCO)75を備えて構
成される。電圧制御発振器75は、固定発振器75aと
可変分周器75aとを備え、シーケンシャルループフィ
ルタ74の出力信号に対応して固定発振器75aの出力
するクロックを分周し、入力信号の周波数に同期させる
ための第1の基準信号Bと、その第1の基準信号Bと同
じ周波数で90°の位相差を有する第2の基準信号C
と、第1の基準信号Bに同期した同期制御信号Eとを、
可変分周器75aから出力するようにされている。図に
示すように、入力端子Iから入力されたRDS変調信号
が、コンパレータ69において方形波に変換され、コス
タスループ型DPLL回路70の入力信号Aとされ乗算
器71,72にそれぞれ入力される。
器72には第2の基準信号Cがサンプリング信号として
入力され、コンパレータ69においてA/D変換された
入力信号Aは、乗算器71,72のそれぞれでサンプリ
ングされ位相比較器73に入力される。位相比較器73
は、進み位相、遅れ位相を示す2つの出力端子を有し、
それぞれの出力はシーケンシャルループフィルタ74に
入力される。位相比較器73からは比較したサンプリン
グ信号の位相の進み/遅れによって、一方の出力から副
搬送波に同期したパルスが出力され、そのパルスがシー
ケンシャルループフィルタ74によってカウントされ、
可変分周器75aが制御される。シーケンシャルループ
フィルタ74からの制御信号により、可変分周器75a
の出力信号の周波数が副搬送波信号の周波数に近づける
ように制御され、最終的に一致するように制御される。
可変分周器75aの出力信号の周波数と副搬送波信号の
周波数が一致すると、コスタスループ型DPLL回路7
0はロックした状態となる。ロックした状態で乗算器7
1の出力が同相同期検波出力、乗算器72の出力が直交
同期検波信号となり、乗算器71,72の出力により同
期検波が可能にされている。
−OR(排他的論理和)回路73aと、インバータ回路
73bと、アンド回路73c,73dとを備え、Ex−
OR回路73aに乗算器71,72の出力が入力され、
そのEx−OR回路73aから出力される位相比較信号
Dが一方のアンド回路73cに、またインバータ回路7
3bにより反転されて他方のアンド回路73dに入力さ
れる。アンド回路73c,73dは、可変分周器75a
から出力される同期制御信号Eより制御され、+側位相
差信号F、−側位相差信号Gを出力するように構成され
ていた。
は、例えば図10に示すように、位相比較器73の出力
の進み、遅れ情報がそれぞれ長さNビットのレジスタに
蓄積され、またそれらの入力の数の和がOR回路83を
介して長さMビットのレジスタ84に蓄積され、Nビッ
トレジスタ81,82の一方がMビットレジスタ84よ
りも前に、もしくは同時に一杯になるとNビットレジス
タ81,82から出力パルスを発生し、全てのレジスタ
をリセットするようにされている。コスタスループ型D
PLL回路70がロックした状態では、Mビットレジス
タ84が一杯になる確率が高くなり、出力パルスの発生
頻度が減少して、安定した同期検波を可能にしている。
このようなフィルタは、N-before-Mフィルタと呼ばれ、
DPLL回路ではよく使われている。
信号を復調するためのDPLL回路は、かなりの高安定
度が要求されるため、位相比較器において出力される位
相比較信号はより正確な信号を含むことが必要とされて
いる。
ープ型DPLL回路70における位相比較は、入力信号
Aの1周期内のサンプリングにより位相差を決定するよ
うにされているため、位相比較器73の出力パルスは、
比較する信号の位相差が大きくても小さくても同じにな
っていた。これを図11および図12により説明する。
図11は第1の基準信号Bと入力信号Aの位相差が大き
い場合のタイムチャートの状態例であり、図に示すよう
に、入力信号Aと第1の基準信号Bとの位相差が大きい
ときは、乗算器71の出力はハイレベル、乗算器72の
出力はハイレベルとなるため、位相比較信号Dはロウレ
ベルとなる。したがって、アンド回路73dからは何も
出力されず+側位相差信号Fがロウレベルで出力され、
アンド回路73cからは−側位相差信号Gが同期制御信
号Eに同期したパルスとして出力される。この出力パル
スをシーケンシャルループフィルタ74が検出して、ロ
ック状態に近づけるべく制御信号が出力される。一方、
図12は入力信号Aと第1の基準信号Bとの位相差方向
が図11と同じでその位相差が少ない場合のタイムチャ
ートの状態例である。図に示すように、入力信号Aと第
1の基準信号Bとの位相差が少ないとき、位相比較信号
Dはロウレベルとなり、アンド回路73c,73dの出
力も同じとなっていた。
LL回路の位相比較では、入力信号の1周期内の区間に
おいて位相比較信号がハイかロウ、つまり前進か後退か
という位相分解能しか提供されていなかった。このため
位相差が小さい場合には位相の引き込みすぎが生じてし
まい、DPLL回路が不安定になりやすいという課題を
有していた。
たもので、位相差情報の分解能を高めてより正確な位相
比較信号を生成し、より安定したキャリア同期用PLL
回路を提供することを目的とする。
成図を示す。図1に示すように、前記課題を解決するた
め本発明のキャリア同期用PLL回路1は、第1の基準
信号Bとその第1の基準信号Bと同じ周波数で90°の
位相差を有する第2の基準信号Cとを周波数可変に出力
する可変分周器2と、入力信号Aを第1の基準信号Bに
よりサンプリングする乗算器3と、入力信号Aと前記乗
算器3の出力信号との排他的論理和を演算する排他的論
理和回路4と、第1の基準信号B、第2の基準信号Cお
よび排他的論理和回路4の出力信号とを入力し、入力信
号Aと第1の基準信号Bとの位相差およびその位相差方
向を検出し、その位相差に応じた数のクロックパルスの
列を含み位相差方向に対応した位相比較信号を出力する
位相比較器5と、位相比較信号により前記可変分周器2
への制御信号を生成するループフィルタ6と、を備えて
構成する。
固定発振器、8はアナログ信号をA/D変換するコンパ
レータである。
算器3において入力信号Aが第1の基準信号Bによりサ
ンプリングされて、入力信号Aと第1の基準信号Bとの
同期方向を示す信号が生成される。さらに排他的論理和
回路4における入力信号Aと乗算器3の出力信号との排
他的論理和により、入力信号Aを反転した信号が生成さ
れる。位相比較器5では、例えば検出した位相差の期間
だけクロックパルスが生成され、位相の進み、遅れの方
向により切り替えられて位相比較信号として出力され
る。ループフィルタ6では、位相比較信号に含まれるク
ロックパルスに対応した制御信号が生成されて可変分周
器2に出力され、第1、第2の基準信号の出力周波数が
制御される。したがって、クロックパルスの周期の分解
能により入力信号Aと第1の基準信号Bとの位相同期が
制御される。
2に、本発明の一実施例のDPLL回路の構成図を示
す。
路10は、乗算器11、第1のEx−OR回路12、位
相比較器13、シーケンシャルループフィルタ14、お
よびVCO回路15を備えて構成される。乗算器11は
Dフリップフロップよりなり、D端子入力信号をクロッ
ク端子入力信号によりサンプリングした信号が出力され
る。VCO回路15は、固定発振器15aと可変分周器
15bとを備え、シーケンシャルループフィルタ14の
出力信号に対応して固定発振器15aの出力する基準ク
ロックJを可変分周器15bにより分周し、入力信号A
の周波数に同期させるための第1の基準信号Bと、その
第1の基準信号Bと同じ周波数で90°の位相差を有す
る第2の基準信号Cとを出力するようにされている。位
相比較器13は、第2,第3のEx−OR回路21,2
2、第1,第2,第3のアンド回路23,24,25、
およびインバータ回路26により構成されている。
た演算増幅器9aからなるコンパレータ9にてA/D変
換された入力信号Aが、乗算器11および第1のEx−
OR回路12に入力される。乗算器11では、入力信号
Aと共に可変分周器15bの出力する第1の基準信号B
とを入力し、入力信号Aを第1の基準信号Bでサンプリ
ングした信号を出力する。第1のEx−OR回路12で
は、入力信号Aと乗算器11の出力信号とを入力し、入
力信号Aに位相方向を含ませた信号Dを生成して位相比
較器13に出力する。位相比較器13において、第2の
Ex−OR回路21では、第1のEx−OR回路12の
出力信号Dと可変分周器15bの出力する第2の基準信
号Cとを入力し、位相比較信号Eを出力する。第1のア
ンド回路23では、第2のEx−OR回路21の出力す
る位相比較信号Eと固定発振器15aの出力する基準ク
ロックJとを入力し、位相差情報が与えられた位相比較
信号である位相比較パルス信号Fを出力する。位相比較
パルス信号Fは、位相差に対応した数の基準クロックパ
ルス列からなる信号として出力される。一方、第3のE
x−OR回路22では、可変分周器15bの出力する第
2の基準信号Cと固定発振器15aの出力する基準クロ
ックJとを入力し、位相方向分離信号Gを出力する。第
2のアンド回路24では、位相比較パルス信号Fと位相
方向分離信号Gとを入力し、+側位相差信号Hを出力す
る。また、第3のアンド回路25では、同じく位相比較
パルス信号Fとインバータ回路26を介して反転された
位相方向分離信号Gとを入力し、−側位相差信号Iを出
力する。
について説明する。図3〜図5に、上記構成のDPLL
回路10の動作を説明するタイミングチャートを示す。
図3には第1の基準信号Bに対して入力信号Aの位相遅
れが大きい場合の例を、図4にはその位相遅れが小さい
場合の例を、図5には第1の基準信号Bに対して入力信
号Aの位相が進んでいる場合の例を、それぞれ示してい
る。図を参照して動作を説明すると、まず入力信号A
は、乗算器11において可変分周器15bの出力する第
1の基準信号Bによりサンプリングされる。そして、第
1のEx−OR回路12における入力信号Aと乗算器1
1の出力信号との排他的論理和により、DPLL回路1
0のロック方向を含んだ信号Dが得られる。このとき乗
算器11の出力は、入力信号Aと第1の基準信号Bとが
0°の同期状態に近いときにはハイレベルとなり、18
0°の同期状態に近いときにはロウレベルとなる。した
がって、0°の同期状態に近いとき、第1のEx−OR
回路12の出力は入力信号Aが反転された状態となり、
180°の同期状態に近いときは入力信号Aがそのまま
出力される。
る第1のEx−OR回路12の出力信号Dと、第1の基
準信号Bと90°の位相差を有する第2の基準信号Cと
の排他的論理和により、位相比較信号Eが得られる。こ
の位相比較信号Eでは時間軸上の時間的な大きさ(図で
はハイレベル区間)が位相差となる。したがって、第1
のアンド回路23における位相比較信号Eと基準クロッ
クJとの論理積により、図に示すように位相差に対応す
る数の基準クロックJのパルスを有する位相差情報を含
む位相比較パルス信号Fが得られる。この位相比較パル
ス信号Fには−側位相と+側位相のどちらの情報も含ま
れるので、第3のEx−OR回路22の出力信号Gで位
相方向を切り替え、第2,第3のアンド回路24,25
およびインバータ回路26により分離するようにしてい
る。これにより、入力信号Aに位相遅れがある場合に
は。図3,図4に示すように、入力信号Aの1/2周期
毎に位相差に対応する数の基準クロックパルスを有する
−側位相差信号Iが、シーケンシャルループフィルタ1
4に出力される。また、入力信号Aに位相の進みがある
場合には、図5に示すように、同じく入力信号Aの1/
2周期毎に位相差に対応する数の基準クロックパルスを
有する+側位相差信号Hが、シーケンシャルループフィ
ルタ14に出力される。シーケンシャルループフィルタ
14では、基準クロックパルス数に対応して可変分周器
15bに制御信号が出力され、入力信号Aの周波数に第
1の基準信号Bの周波数を近づけるように制御がなさ
れ、ロックした状態で乗算器11の出力から入力信号の
同相同期検波出力が得られる。
入力信号Aの1/2周期毎に位相差に対応した数の基準
クロックパルスを生成し、位相分解能の高い位相比較信
号をシーケンシャルループフィルタ14に入力するよう
にしている。したがって、。入力信号Aの1周期内にお
ける位相差に対応した高い分解能の制御がなされるた
め、位相差が少ない場合においても高安定化される。
波同期用DPLL回路に本発明を適用した実施例の構成
図を示す。同図において、図2と同一のものには同じ符
号を付してその詳細な説明を省略する。
されてくる信号がRDS信号のみの場合には、RDS信
号にロックし、乗算器11の出力から同相同期検波され
たRDS信号のベースバンド信号が得られる。しかしな
がら、RDS信号と共にARI信号も同時に送信されて
くる場合には、RDS信号とARI信号は互いに直交位
相関係で、ARI信号のほうが10dBほど高い信号レ
ベルで送信されてくる。したがって、図2に示したDP
LL回路10では、ARI信号にロックするように作動
する。
は、第2の乗算器(Dフリップフロップ)31を設けて
いる。他の構成は図2に示したDPLL回路10と同じ
である。第2の乗算器31には、入力信号Aと可変分周
器15bの出力する第2の基準信号Cとが入力され、入
力信号Aを第2の基準信号Cでサンプリングした信号、
すなわち直交同期検波信号を出力するようになされてい
る。本実施例のDPLL回路30では、RDS/ARI
変調信号が入力されると、ARI信号にロックするよう
に作動する。ARI信号にロックしたときには、第2の
演算器31の出力から直交同期検波されたRDS/AR
I信号のベースバンド信号が得られる。したがって、R
DS/ARI信号復調器にARI信号検出回路を設けて
ARI信号の有無を検出し、ARI信号の無いときには
第1の乗算器11の出力Kに、ARI信号があるときに
は第2の乗算器31の出力に切り替えることによって、
本実施例のDPLL回路30では、常にベースバンド信
号を得るようにすることができる。
位相比較器に入力する基準クロックパルスを固定発振器
の出力から得るようにしたが、必要な位相分解能を得る
ために所望する周期のクロックを生成する手段を、位相
比較器内またはDPLL回路内に、あるいはDPLL回
路外に構成して入力するようにしてもよい。
同期用PLL回路によれば、位相差情報の分解能が高
く、より正確な位相比較信号が生成されて位相同期が制
御されるため、より安定した搬送波の位相同期がなされ
る。特に、交通情報を識別するためのARI信号や、交
通情報等のディジタル・データのメッセージを伝送する
ためのRDS信号等を多重するFM多重データ放送の受
信検波において、より安定性を高めることに貢献するこ
とができる。
位相遅れが大きい場合の各信号のタイムチャートの一例
である。
位相遅れが小さい場合の各信号のタイムチャートの一例
である。
位相が進んでいる場合の各信号のタイムチャートの一例
である。
するFM送信信号のスペクトルの図である。
ロック図である。
である。
である。
る、基準信号と入力信号の位相差が大きい場合の各信号
のタイムチャートの一例である。
る、基準信号と入力信号の位相差が小さい場合の各信号
のタイムチャートの一例である。
Claims (2)
- 【請求項1】 第1の基準信号とその第1の基準信号と
同じ周波数で90°の位相差を有する第2の基準信号と
を周波数可変に出力する可変分周器と、 入力信号と前記第1の基準信号とを乗算する乗算器と、 前記入力信号と前記乗算器の出力信号との排他的論理和
を演算する排他的論理和回路と、 前記第1の基準信号、第2の基準信号および前記排他的
論理和回路の出力信号とを入力し、前記入力信号と前記
第1の基準信号との位相差およびその位相差方向を検出
し、その位相差に応じた数のクロックパルスの列を含み
位相差方向に対応した位相比較信号を出力する位相比較
器と、 前記位相比較信号により前記可変分周器への制御信号を
生成するループフィルタと、 を備えることを特徴とするキャリア同期用PLL回路。 - 【請求項2】 第1の基準信号とその第1の基準信号と
同じ周波数で90°の位相差を有する第2の基準信号と
を周波数可変に出力する可変分周器と、 入力信号を前記第1の基準信号によりサンプリングする
第1の乗算器と、 前記入力信号と前記乗算器の出力信号との排他的論理和
を演算する排他的論理和回路と、 前記第1の基準信号、第2の基準信号および前記排他的
論理和回路の出力信号とを入力し、前記入力信号と前記
第1の基準信号との位相差およびその位相差方向を検出
し、その位相差に応じた数のクロックパルスの列を含み
位相差方向に対応した位相比較信号を出力する位相比較
器と、 前記位相比較信号により前記可変分周器への制御信号を
生成するループフィルタと、 前記入力信号を前記第2の基準信号でサンプリングする
第2の乗算器と、 を備えることを特徴とするキャリア同期用PLL回路。
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