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JP3013859B2 - 周波数シンセサイザ - Google Patents

周波数シンセサイザ

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JP3013859B2
JP3013859B2 JP3082697A JP8269791A JP3013859B2 JP 3013859 B2 JP3013859 B2 JP 3013859B2 JP 3082697 A JP3082697 A JP 3082697A JP 8269791 A JP8269791 A JP 8269791A JP 3013859 B2 JP3013859 B2 JP 3013859B2
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JP
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JP3082697A
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修 市▲吉▼
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は通信分野に於て広汎に用
いられる周波数シンセサイザ、特に移動通信分野に於て
必要となる微小周波数ステップの周波数シンセサイザに
関する。
【0002】
【従来の技術】図2は従来の周波数シンセサイザの基本
構成を示す図である。1は基準発振器、7は電圧制御発
振器、11は分周比Mの分周器、12は位相比較器、1
3はループフィルタ、14はプログラマブル分周器であ
る。
【0003】図2において、基準発振器1と分周期11
は基準位相発生部Aを形成している。この分周器11の
出力周波数をΔf(Hz)、電圧制御発振器7の出力周波
数をf0 (Hz)とすると、位相比較器12、ループフィ
ルタ13、電圧制御発振器7、プログラマブル分周器1
4から成るル−プを形成する位相同期部Bの動作により
完全に周波数同期が達成され、下記の数式1の関係が成
立する。これにより下記の数式2が得られ、外部より分
周比Nを指定することにより周波数ステップΔfの周波
数信号を発生する事ができる。
【0004】
【数1】
【0005】
【0006】
【数2】
【0007】
【0008】位相比較は周波数Δfで行われプログラマ
ブル分周器14に於て下記の数式3に示すようなループ
内遅延τが発生する。よく知られている様に、ループ内
に遅延を含む場合には、ループの安定条件からいってル
ープの帯域幅を上記遅延に対して十分狭帯域にしなくて
はならない。今の場合ループの帯域幅をΔfに比べて充
分狭帯域にする必要がある。従って移動通信における最
近の動向の様にΔfが小さくなるとますます狭帯域の周
波数シンセサイザが必要となる。
【0009】
【数3】
【0010】
【0011】しかし位相同期ループが狭帯域となると、
電圧制御発振器7の内部雑音に起因する位相雑音が問題
となってくる。周波数シンセサイザの出力位相雑音の
中、位相同期ループの帯域内成分は基準発振器1の出力
がN倍されて出力されるので位相雑音は小さい。即ち出
力が入力に位相同期される。ところが位相同期ループの
帯域外の成分はその様な位相同期作用が行われないた
め、電圧制御発振器7の内部雑音がそのまま出力されて
しまう。したがって、位相雑音を小さくするためには、
高安定な電圧制御発振器を使用しなくてはならず、高価
となる上に動作周波数範囲が限られたものになってしま
う。
【0012】また基準位相発生部として基準発振器、2
進加算器、および1サンプル遅延器を用い、位相同期部
としてコサインROM、D/A変換器、およびアナログ
フィルタを用いたDDSと呼ばれるディレクト ディジ
タル シンセサイザがある。この方式は本願発明と同じ
く微小ステップの動作が可能であり、Qを大きくするこ
とにより幾らでも小さなステップの周波数を発生できて
位相雑音を極めて小さくすることが可能であるが、その
出力部がコサインROM及びアナログフィルタを用いて
いるため、回路全体が非常に複雑になり、得られる周波
数にも限度が有り、fk の上限は10MHzのオ−ダ−で
ある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来のシンセサイザ−に於いてはいずれも高価な回路を
使用せねばならず、また得られる周波数に限りがある。
【0014】本発明はこの問題を解決するために、基準
位相発生部としては小さなステップを発生できる上記の
DDSの基準位相発生部をそのまま用い、位相同期部と
しては図2のようなル−プ形式で前記の小さなステップ
にそのまま対応できるシンセサイザを提供しようとする
ものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、基本周
波数(fk)の信号を出力する基準位相発生器と、前記
基本周波数(fk)の信号を基準として外部へ出力する
出力周波数(f0)の位相誤差の検出を行い、前記位相
誤差に基づいて電圧制御発振器を制御し、該電圧制御発
振器の出力に於いて目的とする出力周波数(f0)の正
弦波を得る位相同期部とを備え周波数シンセサイザに
おいて、前記基準位相発生部は、該基準位相発生部が出
力する前記基本周波数(fk)の信号と外部より与えら
れる数値(k)との2進加算を行い、指定された周波数
(fR)の正弦波を標本化パルスとして、前記2進加算
の結果を1サンプル遅延させ、前記基本周波数(fk)
の信号としてディジタル出力を行ない、 前記位相同期
は、目的とする周波数帯で発振する前記電圧制御発振
器の出力周波数(f0)を2進計数器により分周積算を
行い、この分周積算結果と前記基準位相発生部のディジ
タル出力との位相比較を2進値の数値差演算により行
い、この数値差演算した際のディジタル出力値の差を用
いて前記電圧制御発振器を制御すること特徴とする周波
数シンセサイザが得られる。
【0016】また、本発明によれば、上述した周波数シ
ンセサイザにおいて、前記位相同期部は、2進値の数値
差演算により得た前記ディジタル出力値の差を用いて前
記電圧制御発振器を制御する際、このディジタル出力値
の差をアナログ信号に変換し平滑化して前記電圧制御発
を制御すること特徴とする周波数シンセサイザが得
られる。
【0017】さらに本発明によれば、基本周波数(f
k)の信号を出力する基準位相発生器と、前記基本周波
数(fk)の信号を入力し、該基本周波数(fk)の信
号と外部へ出力する出力周波数(f0)の信号との位相
比較を行なって電圧制御発振器を制御し、該電圧制御発
振器の出力に於いて目的とする出力周波数(f0)の正
弦波を得る位相同期部とを備える周波数シンセサイザに
おいて、前記基準位相発生部は、定周数で指定され
た周波数(fR)の正弦波を出力する基準発振器と、該
基準発振器の出力を標本化パルスとして入力を1サンプ
ル遅延させ、前記位相同期部へ前記基本周波数(fk)
の信号としてディジタル出力する1サンプル遅延器と、
該1サンプル遅延器のディジタル出力と外部より与えら
れる数値(k)との加算を行い、その加算値前記1サ
ンプル遅延器の入力として前記1サンプル遅延器に与え
る第1の2進加算器とを有前記位相同期部は、目的
とする周波数帯で発振し、出力に於いて目的とする出力
周波数(f0)の正弦波を得る電圧制御発振器と、この
電圧制御発振器の出力を受け2進計数器により分周
算をってディジタル出力を得る2進分周積算器と、該
2進分周積算器のディジタル出力と前記1サンプル遅延
器のディジタル出力との差を算出することにより位相比
較を行う第2の2進加算器と、該第2の2進加算器の出
力であるディジタル出力を受けこれをアナログ信号に変
換するD/A変換器と、該D/A変換器の出力を受け所
定の平滑化を行いその出力で前記電圧制御発振を制御
するループフィルタとを有すること特徴とする周波数シ
ンセサイザが得られる。
【0018】
【実施例】図1は本発明の一実施例である周波数シンセ
サイザの構成を示す図である。図において1は基準発振
器、2はQビットの2進加算器、3は1サンプル遅延
器、4はKビット2進加算器、5はD/A変換器、6は
ループフィルタ、7は電圧制御発振器、8はP段の2進
分周積算器である。以上の内基準発振器1、2進加算器
2、1サンプル遅延器3は基準位相発生部Aを形成し、
その他はル−プ形式の位相同期部Bを形成する。
【0019】まず基準発振器1の周波数をfR (Hz)、
Qビットの2進加算器2に外から加える数値をkとする
と、遅延器3の出力には基本周波数fk として数式4で
あらわされる数値系列が得られる。その上位Kビットを
見ると、最上位ビットの変化周波数はfR (Hz)、第2
位ビットのときは2fR 、第3位ビットのときは4
R 、第K位ビットのときは2K-1 ・fk なる変化速度
の2進数値系列となる。従ってこれは数式5で表わされ
る標本化周波数fs1なるサンプルパルスで標本化された
周波数fk なる信号を2進表示したものであることが分
る。これをVk (t)で表わす。
【0020】
【数4】
【0021】
【0022】
【数5】
【0023】
【0024】次にP段の2進計数器である2進分周積算
8の出力の上位Kビットで表わされる数値を
P (t)、また2進分周積算器8の入力を周波数f0と
すると、Vp (t)の最上位ビットの変化速度はf0
/2、第2位ビットのときは2・(f0/2)、第
3位ビットのときは2・(f0 /2)、第K位ビ
ットのときは2K−1・(f0 /2)として表わさ
れる。即ちV(t)は下記の数式6で表わされるサン
プル周波数で標本化された2進系列となる事が分る。
【0025】
【数6】
【0026】
【0027】2進加算器4はKビットの減算即ちモジュ
ロ2K のモジュロ演算を行いその出力はD/A変換器
5、ループフィルタ6を介して電圧制御発振器7を位相
制御する。位相同期状態に於ては、基本周波数fk は下
記の数式7で示すようになり、これより下記の数式8が
得られる。ここで下記の数式9となる様にP,Q,fk
を設計すれば、周波数ステップΔfは下記の数式10の
ように表わされ、Δfの周波数シンセサイザを実現する
事ができる。
【0028】
【数7】
【0029】
【0030】
【数8】
【0031】
【0032】
【数9】
【0033】
【0034】
【数10】
【0035】
【0036】上記において、ループ内サンプル周波数f
s2は、数式6と数式7から下記の数式11のように表わ
される。従来法との対比では、2P がほぼNに等しくな
るようにPに選べば、fk はほぼΔfとなり、従来法に
比べて動作周波数を約2K-1 倍とする事ができる。即ち
本発明の周波数シンセサイザのループ内遅延は従来法に
比べて大幅1/2K-1 であり、ループの安定条件を満足
しかつ広帯域な周波数シンセサイザを構成できる。又数
式9に於てQを大きくすることにより非常に小さなステ
ップの周波数シンセサイザも容易に実現できる。なお上
記の2進加算器2、1サンプル遅延器3、2進加算器
4、2進分周器8は構成が簡単な論理回路で構成され
る。
【0037】
【数11】
【0038】
【0039】
【発明の効果】本発明により、(1) 小さな周波数ステッ
プに対しても充分広帯域な位相同期ループを構成する事
により、位相雑音の少い周波数シンセサイザを実現で
き、(2)電圧制御発振器とループフィルタ、D/A変換
器以外はすべてディジタル回路であり、正確で且つLS
I化により小型化が容易であり、(3) Qを大きくする事
により非常に微小ステップの周波数シンセサイザを容易
に実現でき、(4) 通常の広帯域電圧制御発振器を用いて
微小ステップの周波数シンセサイザの実現が可能であ
り、安価で高安定な移動体通信機が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例である周波数シンセサイザの
構成を示す図である。
【図2】従来の周波数シンセサイザの構成の1例を示す
図である。
【符号の説明】
1 基準発振器 2 2進加算器 3 1サンプル遅延器 4 2進加算器 5 D/A変換器 6 ループフィルタ 7 電圧制御発振器 8 2進分周積算器 11 分周器 12 位相比較器 13 ループフィルタ 14 プログラマブル分周器 A 基準位相発生部 B 位相同期部

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基本周波数(fk)の信号を出力する
    準位相発生器と、前記基本周波数(fk)の信号を基準
    として外部へ出力する出力周波数(f0)の位相誤差の
    検出を行い、前記位相誤差に基づいて電圧制御発振器を
    制御し、該電圧制御発振器の出力に於いて目的とする出
    力周波数(f0)の正弦波を得る位相同期部とを備え
    周波数シンセサイザにおいて、前記基準位相発生部は、該基準位相発生部が出力する前
    記基本周波数(fk)の信号と外部より与えられる数値
    (k)との2進加算を行い、指定された周波数(fR)
    の正弦波を標本化パルスとして、前記2進加算の結果を
    1サンプル遅延させ、前記基本周波数(fk)の信号と
    してディジタル出力を行ない、 前記位相同期部は、目的とする周波数帯で発振する前記
    電圧制御発振器の出力周波数(f0)を2進計数器によ
    分周積算を行い、この分周積算結果と前記基準位相発
    生部のディジタル出力との位相比較を2進値の数値差演
    により行い、この数値差演算した際のディジタル出力
    値の差を用いて前記電圧制御発振器を制御すること特徴
    とする周波数シンセサイザ。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記位相同期部は、
    2進値の数値差演算により得た前記ディジタル出力値の
    差を用いて前記電圧制御発振器を制御する際、このディ
    ジタル出力値の差をアナログ信号に変換し平滑化して前
    記電圧制御発振を制御すること特徴とする周波数シン
    セサイザ。
  3. 【請求項3】 基本周波数(fk)の信号を出力する基
    準位相発生器と、前記基本周波数(fk)の信号を入力
    し、該基本周波数(fk)の信号と外部へ出力する出力
    周波数(f0)の信号との位相比較を行なって電圧制御
    発振器を制御し、該電圧制御発振器の出力に於いて目的
    とする出力周波数(f0)の正弦波を得る位相同期部と
    を備える周波数シンセサイザにおいて、 前記基準位相発生部は、定周数で指定された周波数
    (fR)の正弦波を出力する基準発振器と、該基準発振
    器の出力を標本化パルスとして入力を1サンプル遅延さ
    、前記位相同期部へ前記基本周波数(fk)の信号と
    してディジタル出力する1サンプル遅延器と、該1サン
    プル遅延器のディジタル出力と外部より与えられる数値
    (k)との加算を行い、その加算値前記1サンプル遅
    延器の入力として前記1サンプル遅延器に与える第1の
    2進加算器とを有前記位相同期部は、 目的とする周波数帯で発振し、出力
    に於いて目的とする出力周波数(f0)の正弦波を得
    電圧制御発振器と、この電圧制御発振器の出力を受け
    2進計数器により分周積算をってディジタル出力を得
    2進分周積算器と、該2進分周積算器のディジタル
    力と前記1サンプル遅延器のディジタル出力との差を算
    することにより位相比較を行う第2の2進加算器と、
    該第2の2進加算器の出力であるディジタル出力を受け
    これをアナログ信号に変換するD/A変換器と、該D/
    A変換器の出力を受け所定の平滑化を行いその出力で前
    記電圧制御発振を制御するループフィルタとを有する
    こと特徴とする周波数シンセサイザ。
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