JP3869661B2 - Pll回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はPLL回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の回路は例えば「SANYO TECHNICAL REVIEW」、VOL.10、NO.1、FEB.1978の第32頁に示されている。しかし、この回路は、位相比較器1段型(位置比較器を1段しか用いないもの)であり、基準信号の1周期中に、位相比較を1回しか行わないので、ロックアップ時間(出力信号に同期する迄の時間)が短い第1の欠点がある。
【0003】
この欠点を解消するために、特開平10−135822号公報が提案されている。この公報によると、位相が互いに異なる複数の基準信号を発生する発生手段と、電圧制御発振器の出力信号を分周する複数(例えば4個)の分周器と、各分周器の帰還信号と各基準信号を比較する複数の位相比較器が設けられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記公報の回路では、電力消費量が大きい第2の欠点がある。本発明者が、その原因を究明したところ、複数の分周器を設けているためである事が分った。また、ロックアップ時間を更に短縮するため、基準信号の1周期中に16回位相比較をするならば、16個の分周器が必要となり電力消費量が更に大きくなる。
【0005】
また、比較的、多くのスペースを必要とする分周器を複数個用いるので、装置が大きくなり、コストが高くなり、LSI化が困難となる第3の欠点がある。
【0006】
本出願人は、これらの欠点を解消するために、特願2000−76250にて出願している、この出願によると、2個の可変分周器4、9が各々、第1帰還信号と第2帰還信号を出力している。しかし、これらの帰還信号が共に出力している間は、これらの帰還信号が入力される位相比較器の出力が邪魔し合い、ロック外れ(位相同期しつつある出力信号が、急に、設定周波数から外れる事)が生ずる第4の欠点が有る。
【0007】
故に、本発明はこの様な従来の欠点を考慮し、ロックアップ時間が短い、電力消費量が少ない、コストが安くLSI化し易い、ロック外れが起こらない、PLL回路を提供する。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような課題を解決する為のものであり、請求項1記載の発明は、 第1基準信号および第2基準信号を発生する発生手段と、電圧制御発振器の出力信号を各々分周し、第1帰還信号を出力する第1可変分周器および第2帰還信号を出力する第2可変分周器と、前記第1帰還信号と前記第1基準信号を入力し位相比較する第1位相比較器と、排除手段を介して前記第2帰還信号を入力すると共に前記第2基準信号を入力し、前記第2帰還信号と前記第2基準信号とを位相比較する第2位相比較器と、を有し、前記排除手段は、第1帰還信号がLo信号であり、かつ第2帰還信号がLo信号の時に、Lo信号を出力し、前記第1帰還信号がLo信号であり、かつ前記第2帰還信号fpがHi信号の時に、Hi信号を出力し、前記第1帰還信号FP1がHi信号であり、かつ前記第2帰還信号fpがLo信号の時に、Lo信号を出力し、前記第1帰還信号がHi信号であり、かつ第2帰還信号がHi信号の時に、Lo信号を出力する、ことを特徴とする。
【0009】
又、請求項2記載の発明は、請求項1記載のPLL回路であり、前記発生手段は、位相が異なる複数の基準信号を発生させ、前記基準信号の1つが前記第1基準信号であり、その他の(n−1)個の前記基準信号を加算したものが前記第2基準信号である事を特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下に、図1と図2に従い、本発明の実施の形態に係るPLL回路1を説明する。図1はPLL回路1のブロック図、図2はPLL回路1に用いられる各信号のタイムチャートである。
【0014】
これらの図において、発生手段2は例えば、基準発振器OSCと、固定分周器Mと、リング式カウンタRICとオアゲート3等から成る。固定分周器Mは例えば分周比64で分周するものであり、基準発振器OSCとリング式カウンタRICとの間に接続されている。固定分周器Mは、基準発振器OSCが出力する信号(発振周波数が例えば25.6MHz)を64分周した信号(周波数が400KHz)を、リング式カウンタRICへ出力する。
【0015】
リング式カウンタRICは例えば、16個のフリップフロップ(図示せず)が接続されたものであり、上記400KHzの信号の入力に応じて、16個の基準信号FR1〜FR16を出力する。
【0016】
基準信号FR2は基準信号FR1の1/16周期だけ、基準信号FR1より遅延する。同様に、基準信号FRA(Aは2から16までの整数)は、(A−1)/16周期だけ、基準信号FR1より遅延する。この様にして、基準信号FR1〜FR16の各基準周波数は、400KHz÷16=25KHzであり、所望のチャンネル・スペース(局間周波数)に一致する。上述の様に、発生手段2は、位相が異なる複数の基準信号FR1〜FR16を発生する。
【0017】
第1基準信号(基準信号)FR1は、第1位相比較器PC1の1入力側に入力される。基準信号FR2〜FR16は各々、オアゲート3の入力側に入力され、オアゲート3の出力は第2位相比較器PC2の1入力側に入力される。即ち、1個の第1基準信号FR1は、第1位相比較器PC1に入力され、複数の基準信号FR2〜FR16は、オアゲート3により加算され、その加算された第2基準信号FRは、第2位相比較器PC2に入力される。この様に、発生手段2は、第1基準信号FR1および第2基準信号FRを発生する。
【0018】
第1可変分周器4は例えば、2係数プリスケラ5と、スワロカウンタA1と、コースカウンタN1等から構成されている。2係数プリスケラ5は例えば、分周数64又は分周数65の分周を行うものである。スワロカウンタA1には第1一致回路(図示せず)が接続され、コースカウンタN1には第2一致回路(図示せず)が接続されている。第1可変分周器4から出力されるロード信号L1は、スワロカウンタA1およびコースカウンタN1に印加されている。
【0019】
例えば、使用者が設定周波数キー(図示せず)に於て、1.65GHzを設定したとする。設定周波数キーに接続された制御部6(マイクロコンピュータ等から成る)は、第1可変分周器4の分周数Nを演算し、第1可変分周器4へ出力する。即ち、N=1.65×106KHz÷25KHz=66000となる(基準周波数が25KHzだから)。即ち、第1可変分周器4は、設定周波数を基準周波数で割った値、分周数Nが設定される。
【0020】
制御部6は、上記分周数Nに基づいて、スワロカウンタA1の運転回数K1とコースカウンタN1の運転回数K2を演算し、設定する(例えばK1=16回、K2=1031回)。この様に、第1可変分周器4をパルススワロカウンタにて構成分周数が2種類だけで切り替えられるので、伝搬遅延時間を小さくでき動作速度が向上する。
【0021】
この様に、電圧制御発振器VCOの出力信号VOをN分周された第1帰還信号FP1は、第1位相比較器PC1の他の入力側に入力される。
【0022】
第1位相比較器PC1は、上記第1基準信号FR1と、上記第1帰還信号FP1を位相比較し、位相比較信号(ポンプアップ信号U1)と、位相比較信号(ポンプダウン信号D1)を第1チャージポンプCP1へ出力する。即ち、第1位相比較器PC1は、1個の第1基準信号FR1と、第1可変分周器4が出力する1個の第1帰還信号FP1を位相比較する。
【0023】
第1チャージポンプCP1は、これらの位相比較信号U1、D1に基づき、誤差信号ER1を生成し、ローパスフィルタLPFに対し、誤差信号ER1を出力する。
【0024】
ローパスフィルタLPFは、誤差信号ER1の高周波成分をカットした制御電圧CVを生成し、電圧制御発振器VCOへ出力する。これらの、発生手段2と、第1位相比較器PC1と、第1チャージポンプCP1と、ローパスフィルタLPFと、電圧制御発振器VCOと、第1可変分周器4等により、第1PLL周波数シンセサイザ7が構成されている。
【0025】
第2可変分周器8は例えば、2係数プリスケラ9と、スワロカウンタA2とコースカウンタN2等から構成されている。2係数プリスケラ9は例えば、分周数32または分周数33の分周を行うものである。スワロカウンタA2には第1一致回路(図示せず)が接続され、コースカウンタN2には第2一致回路(図示せず)が接続されている。第2可変分周器8から出力されるロード信号L2は、スワロカウンタA2およびコースカウンタN2に印加されている。
【0026】
上述の様に、第2可変分周器8に分周数Nが与えられている。複数の基準信号FR1〜FR16の総数をnとして、第2可変分周器8に対し、例えばN/nが与えられる(設定される)。この時、第2基準信号FRは、(n−1)個の基準信号FR2〜FR16が加算されたものである。
【0027】
例えばn=16個とするならば、制御部6は第2可変分周器8に対し、N/n=66000/16=4125を与える。制御部6は、上記分周数N/nに基づいて、スワロカウンタA1の運転回数K3と、コースカウンタN2の運転回数K4を演算し、設定する(例えば、K3=29回、K4=128回)。
【0028】
この様にして、第2可変分周器8は、電圧制御発振器VCOの出力信号VOを分周数N/n(例えば4125)にて分周し、1周期TR当り16個のHiレベル信号(帰還信号)fp1、FP2〜FP16から成る第2帰還信号fpを出力する(図2参照)。
【0029】
この様に、第2位相比較器PC2の1入力側には、発生手段2により発生した位相が異なる(n−1)個の基準信号FR2〜FR16を加算した第2基準信号FRが入力される。
【0030】
排除手段14の入力側は、第1可変分周器4の出力側および第2可変分周器8の出力側に接続されている。排除手段14の出力側は、第2位相比較器PC2の他の入力側に接続されている。
【0031】
排除手段14は例えば、ナンドゲート15およびアンドゲート16から成る論理回路により、構成されている。ナンドゲート15の1入力側は、第1帰還信号FP1が入力され、他の入力側は、第2帰還信号fpが入力される。
【0032】
アンドゲート16の1入力側は、ナンドゲート15の出力が入力され、他の入力側は、第2帰還信号fpが入力され、アンドゲート16の出力は、第2位相比較器PC2の他の入力側に入力される。
【0033】
上記排除手段14は、第1帰還信号FP1がLo信号であり、かつ第2帰還信号fpがLo信号の時に、Lo信号を出力する(これを第1状態と呼ぶ)。排除手段14は、第1帰還信号FP1がLo信号であり、かつ第2帰還信号fpがHi信号の時に、Hi信号を出力する(これを第2状態と呼ぶ)。
【0034】
排除手段14は、第1帰還信号FP1がHi信号であり、かつ第2帰還信号fpがLo信号の時に、Lo信号を出力する(これを第3状態と呼ぶ)。排除手段14は、第1帰還信号FP1がHi信号であり、かつ第2帰還信号fpがHi信号の時に、Lo信号を出力する(これを第4状態と呼ぶ)。
【0035】
この様に、第1帰還信号FP1が出力されている間(即ち、第1帰還信号FP1がHi信号である時)、排除手段14は、第2帰還信号fpの出力fp1(即ち該信号fpがHi信号である事)を排除する。その結果、A点とB点に於て、第3帰還信号FPはLo信号となる(図2参照)。
【0036】
この様にして、第1帰還信号FP1がHi信号である時、第2帰還信号fp1の出力をLo信号に変換したものを、第3帰還信号FPと呼ぶ(図2参照)。
【0037】
また上記第2状態の様に、第1帰還信号FP1がLo信号の時、第2帰還信号fpがHi信号であれば、排除手段14は、Hi信号としての第2帰還信号fpを出力させる。その結果、第3帰還信号FPは、A点、B点等(第1帰還信号FP1がHi信号の時)に於てLo信号となるが、その他の点では、第2帰還信号fpと同一波形である。
【0038】
この様にして、第2位相比較器PC2には、第2基準信号FRと、第3帰還信号FPが入力される(図1と図2を参照)。
【0039】
第2位相比較器PC2は、第2基準信号FR(基準信号FR2〜FR16を加算したもの)と、第3帰還信号FP(帰還信号FP2〜FP16から成る)を各々位相比較し、位相比較信号(ポンプアップ信号U2)と、位相比較信号(ポンプダウン信号D2)を、第2チャージポンプCP2へ出力する。
【0040】
第2チャージポンプCP2は、これらの位相比較信号U2、D2に基づき、誤差信号ER2を生成し、ローパスフィルタLPFに対し、誤差信号ER2を出力する。
【0041】
ローパスフィルタLPFは、誤差信号ER2の高周波成分をカットした制御電圧CVを生成し、電圧制御発振器VCOへ出力する。これらの発生手段2と、第2位相比較器PC2と、第2チャージポンプCP2と、ローパスフィルタLPFと、電圧制御発振器VCOと、第2可変分周器8と、排除手段14等により、第2PLL周波数シンセサイザ10が構成されている。
【0042】
ロック検出器11は、第1可変分周器4が出力する第1帰還信号FP1と、第2基準信号FR1が入力される。ロック検出器11は例えば、アンドゲートと抵抗等から成る公知のものである。このPLL回路1が立上る時(サーチ時)は、電圧制御発振器VCOの出力信号VOの周波数は、設定周波数と異なるので、第1帰還信号FP1と第1基準信号FR1は同期がとれていない。従って、この時ロック検出器11は制御部6に対しLo信号(非同期検出信号)を出力する。
【0043】
PLL回路1がロックした時(例えば、上記出力信号VOの周波数が設定周波数の±300Hz以内になった時)、第1帰還信号FP1と第1基準信号FR1は殆んど同期されている。この時、ロック検出器11は制御部6に対し、Hi信号(同期検出信号)を出力する。この状態を「定常時」と表現する。
【0044】
制御部6の各出力端子は、各々、第2可変分周器8と、第2位相比較器PC2と、第2チャージポンプCP2に電気的接続されている。なお、ロック検出器11は、第1位相比較器PC1に付属させて設けても良く、又は、第1位相比較器PC1と一体的に設けても良い。以上の部品により、PLL回路1は構成されている。
【0045】
次に、図1と図2に従い、本PLL回路1の動作を説明する。最初に、例えば使用者は設定周波数キーに於て、1.65GHzを設定し、スタートキーを押したとする。
【0046】
制御部6は第1可変分周器4に対し、分周数N=66000を出力する。それと同時に、制御部6は第2可変分周器8に対し、N/n=66000/16=4125を出力する。
【0047】
基準発振器OSCの信号25.6MHzは固定分周器Mにより、400KHzに分周され、発生手段2により、位相が異なる複数の基準信号FR1〜FR16が出力される。基準信号FR1〜FR16は、基準周波数が25KHzであり、タイミングt1〜t16にて各々、立上っている(図2参照)。
【0048】
第1可変分周器4は、電圧制御発振器VCOからの出力信号VOを、分周数N=66000にて分周し、第1帰還信号FP1を生成し、第1帰還信号FP1(図2参照)を、第1位相比較器PC1へ出力する。
【0049】
第2可変分周器8は、出力信号VOを、分周数N/n=4125にて分周し、第2帰還信号fpを生成する。排除手段14は、第1帰還信号FP1が出力されている間、第2帰還信号fpの出力fp1を排除し、第2帰還信号fpを第3帰還信号FPに変換する。
【0050】
第1位相比較器PC1は、第1基準信号FR1と第1帰還信号FP1を位相比較し、第1チャージポンプCP1に対し、位相比較信号U1、D1を出力する。第1チャージポンプCP1は、位相比較信号U1、D1に従い、ローパスフィルタLPFに対し、誤差信号ER1を出力する。ローパスフィルタLPFは、誤差信号ER1に従い、電圧制御発振器VCOに対し、制御電圧CVを出力する。
【0051】
次に、第2位相比較器PC2は、第2基準信号FRと、第3帰還信号FPを各々位相比較し、第2チャージポンプCP2に対し、位相比較信号U2、D2を出力する。
【0052】
第2チャージポンプCP2は、上記位相比較信号に従い、ローパスフィルタLPFに対し、誤差信号ER2を出力する。ローパスフィルタLPFは、上記誤差信号ER2に従い、電圧制御発振器VCOに対し、制御電圧CVを出力する。その結果、電圧制御発振器VCOから出力される出力信号VOは、設定周波数に近づく。この様な、位相比較動作を繰り返す。
【0053】
この構成により、第1基準信号FR1の1周期(TR)の間に、位相比較が16回行われるため(図2参照)、従来の位相比較器1段型に比べて、ロックアップ時間(出力信号VOが設定周波数に略同期するまでの時間)が、約1/16倍に短縮される。
【0054】
この様に、前記同期が検出されない場合(即ち、ロック検出器11が制御部6に対し、Lo信号を出力しているサーチ時)、第1可変分周器4と、第1位相比較器CP1と、第1チャージポンプCP1と、第2可変分周器8と、第2位相比較器CP2と、第2チャージポンプCP2等は動作している。
【0055】
この様にして、上記位相比較が繰返されると、出力信号VOは、設定周波数に同期する。即ち、この時、出力信号VOの周波数が、設定周波数の±300Hz以内になる。この時(定常時)、ロック検出器11は制御部6に対し、Hi信号(同期検出信号)を出力する。
【0056】
定常時に、上記同期検出信号の入力により、制御部6は、第2可変分周器8を停止させ、第2位相比較器PC2を停止させ、第2チャージポンプCP2を停止させる。
【0057】
また、定常時に、制御部6は、第1可変分周器4のみの動作を継続させ、第1位相比較器PC1と第1チャージポンプCP1の動作を継続させる。即ち、制御部6は、第1PLL周波数シンセサイザ7の動作を継続させ、第2PLL周波数シンセサイザ10の動作を停止させる。
【0058】
この様に、同期検出信号が入力されると(定常時)、制御部6は第1PLL周波数シンセサイザ7の動作を継続させるので、分周、位相比較動作は正確に行われる。その結果、設定周波数1.65GHzを持つ出力信号VOを、安定して出力させる事ができる。
【0059】
同期検出信号が入力されると(定常時)、制御部6は、第2可変分周器8と第2位相比較器PC2と、第2チャージポンプCP2の運転を停止させる。その結果このPLL回路1の電力消費量は少なくなる。
【0060】
【発明の効果】
請求項1の本発明では、第1基準信号および第2基準信号を発生する発生手段と、電圧制御発振器の出力信号を各々分周し、第1帰還信号を出力する第1可変分周器および第2帰還信号を出力する第2可変分周器と、前記第1帰還信号が出力されている間、前記第2帰還信号の出力を排除し、第3帰還信号に変換する排除手段とを具備する構成とする。上述の様に、第1帰還信号が出力されている間は、第2帰還信号の出力を排除するので、第1帰還信号が入力される第1位相比較器の位相比較出力と、第2帰還信号が入力される第2位相比較器の位相比較出力とが互いに邪魔し合う事がない。その結果、ロック外れ(位相同期しつつある出力信号VOが、急に、設定周波数から外れる事)を防止する事ができる。
【0061】
請求項2の本発明では、前記第1可変分周器は、分周数N(Nは設定周波数を基準周波数で割った値)が設定され、前記第2可変分周器は、分周数N/n(nは3以上の整数)が設定される構成とする。この様に、第2可変分周器に対し、分周数N/nを設定するので、第2可変分周器は、第1基準信号の1周期の間に、複数個、すなわち(n−1)個のHiレベル信号を出力する。また、第1可変分周器は、第1基準信号の1周期の間に、1個の第1帰還信号を出力する。その結果、位相比較器は、第1基準信号の1周期の間に、位相比較をn回(nは3以上の整数)行う事となり、ロックアップ時間が早くなる。また、上記1周期の間にn回位相比較させるのに、可変分周器を2個用いれば良い。その結果、従来に比べ、可変分周器の個数を減らせ、コストが安くなり、LSI化がし易くなる。
【0062】
請求項3の本発明では、前記発生手段は、位相が異なる複数の基準信号を発生させ、前記基準信号の1つが前記第1基準信号であり、その他の(n−1)個の前記基準信号を加算したものが前記第2基準信号である構成とする。この様に、位相が異なる、(n−1)個の基準信号を加算した第2基準信号が位相比較器へ入力されるので、第1基準信号1周期の間に、(n−1)回の位相比較が正確なタイミングで行われる。また、この様に、(n−1)個の基準信号を加算するので、回路構成を簡素化できる。
【0063】
請求項4の本発明では、前記第1基準信号と前記第1帰還信号を位相比較する第1位相比較器と、前記第2基準信号と前記第3帰還信号を位相比較する第2位相比較器を設けた事を特徴とする請求項3のPLL回路。この様に、第1位相比較器は、複数の基準信号の1つである第1基準信号と、1個の第1帰還信号を位相比較するので、正確な位相比較が行える。その結果、定常時に、設定周波数に正確に一致する出力信号を出力できる。第2位相比較器は第2基準信号と、第3帰還信号(第1帰還信号の出力が排除されたもの)とを位相比較する。その結果第1位相比較器の出力と、第2位相比較器の出力が邪魔し合う事がなく、ロック外れを防止できる。
【0064】
請求項5の本発明では、前記排除手段は、その入力側が前記第1可変分周器の出力側および前記第2可変分周器の出力側に接続され、その出力側が前記第2位相比較器の入力側に接続され、論理回路から成る構成とする。この様に、第1帰還信号が出力されている間、第2帰還信号の出力を排除する排除手段を論理回路にて構成するので、回路構成を簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るPLL回路1のブロック図である。
【図2】上記PLL回路1に用いられる各種信号のタイムチャートである。
【符号の説明】
2 発生手段
4 第1可変分周器
8 第2可変分周器
14 排除手段
Claims (2)
- 第1基準信号および第2基準信号を発生する発生手段と、電圧制御発振器の出力信号を各々分周し、第1帰還信号を出力する第1可変分周器および第2帰還信号を出力する第2可変分周器と、前記第1帰還信号と前記第1基準信号を入力し位相比較する第1位相比較器と、排除手段を介して前記第2帰還信号を入力すると共に前記第2基準信号を入力し、前記第2帰還信号と前記第2基準信号とを位相比較する第2位相比較器と、を有し、
前記排除手段は、第1帰還信号がLo信号であり、かつ第2帰還信号がLo信号の時に、Lo信号を出力し、前記第1帰還信号がLo信号であり、かつ前記第2帰還信号fpがHi信号の時に、Hi信号を出力し、前記第1帰還信号FP1がHi信号であり、かつ前記第2帰還信号fpがLo信号の時に、Lo信号を出力し、前記第1帰還信号がHi信号であり、かつ第2帰還信号がHi信号の時に、Lo信号を出力する、ことを特徴とするPLL回路。 - 前記発生手段は、位相が異なる複数の基準信号を発生させ、前記基準信号の1つが前記第1基準信号であり、その他の(n−1)個の前記基準信号を加算したものが前記第2基準信号である事を特徴とする請求項1のPLL回路。
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