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JP4657678B2 - Phase-locked oscillator - Google Patents
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

本発明は、位相同期発振器(PLL回路)に関し、特に、無線伝送装置の局部発振器など、高周波動作のための周波数比較機能を有さない位相比較器を用いた構成でも、安定した引き込み(プルイン)特性を実現することができる位相同期発振器に関する。   The present invention relates to a phase-locked oscillator (PLL circuit), and particularly to a stable pull-in even in a configuration using a phase comparator that does not have a frequency comparison function for high-frequency operation, such as a local oscillator of a wireless transmission device. The present invention relates to a phase-locked oscillator capable of realizing characteristics.

位相同期発振器(PLL回路)に用いられる位相比較器において、周波数比較機能を有さない位相比較器は、高速での位相比較が可能である。そして、直接位相比較を行うため、入出力の位相差を抑えることができ、マイクロ波、ミリ波帯のような10GHz超の高周波帯の無線伝送装置の局部発振器として用いる位相同期発振器で用いられる回路構成である。   Among phase comparators used in phase-locked oscillators (PLL circuits), a phase comparator that does not have a frequency comparison function can perform phase comparison at high speed. And since direct phase comparison is performed, a phase difference between input and output can be suppressed, and a circuit used in a phase-locked oscillator used as a local oscillator of a radio transmission device of a high frequency band exceeding 10 GHz such as a microwave and a millimeter wave band. It is a configuration.

図1は、周波数比較機能を有さない位相比較器を用いた位相同期発振器の従来の構成例を示す図である。周波数比較機能を有さない位相比較器1は、高速で動作することこから、直接位相比較で回路を構成することができ、さらに、分周などの位相遅延要因がないため、入出力位相差を抑えることができる。電圧制御発振器(VCO)3の出力信号は、位相比較器1で基準信号と位相比較される。そこで発生した誤差電圧は、ループフィルタ回路(LPF)2を経由して、電圧制御発振器3に帰還する。   FIG. 1 is a diagram illustrating a conventional configuration example of a phase-locked oscillator using a phase comparator that does not have a frequency comparison function. Since the phase comparator 1 that does not have a frequency comparison function operates at high speed, a circuit can be configured by direct phase comparison, and there is no phase delay factor such as frequency division. Can be suppressed. The output signal of the voltage controlled oscillator (VCO) 3 is phase-compared with the reference signal by the phase comparator 1. The error voltage generated there is fed back to the voltage controlled oscillator 3 via the loop filter circuit (LPF) 2.

図1の位相同期発振器では、位相比較器1が周波数比較機能を有さないので、周波数引き込みを実現するために、スイープ回路4を設け、ループフィルタ2のループ特性を広帯域化させている。また、電圧制御発振器3の制御電圧Vfをウインドウコンパレータ5によりウインドウコンパレートし、制御電圧Vfが所定電圧範囲内かどうか(ロックしているかどうか)を判定し(ロックディテクト)、ロック・アンロック状態に応じて、スイープ回路4を制御する。   In the phase-locked oscillator shown in FIG. 1, since the phase comparator 1 does not have a frequency comparison function, a sweep circuit 4 is provided in order to realize frequency pulling, and the loop characteristic of the loop filter 2 is widened. The control voltage Vf of the voltage-controlled oscillator 3 is window-compared by the window comparator 5 to determine whether the control voltage Vf is within a predetermined voltage range (locked) (lock detect), and locked / unlocked state. Accordingly, the sweep circuit 4 is controlled.

また、下記特許文献1は、雑音帯域を小さくし、且つ高速引き込みを可能とするために、外部入力信号に対する周波数引き込み時にPLL本体回路を用いて第一PLLループを形成し、位相引き込みと定常時にPLL本体回路を用いて第二PLLループを形成し、さらに、周波数引き込みで得た局部発振器への制御信号を記憶保持し、第二PLLループ動作時の局部発振器の実効自走周波数を設定する状態制御回路を有するPLL回路について開示している。
特開平8−139598号公報
Further, in Patent Document 1 below, in order to reduce the noise band and enable high-speed pull-in, a first PLL loop is formed using a PLL main body circuit at the time of frequency pull-in to an external input signal, and phase pull-in and steady-state A state in which a second PLL loop is formed using the PLL main circuit, and the control signal to the local oscillator obtained by the frequency pull-in is stored and held, and the effective free-running frequency of the local oscillator during the second PLL loop operation is set. A PLL circuit having a control circuit is disclosed.
JP-A-8-139598

しかしながら、上記図1の構成の位相同期発振器は、次のような問題点がある。第一に、周波数引き込み(プルイン)レンジを確保するために、広帯域なループ特性化を実現する必要があるが、ループ特性の広帯域化も、数MHz程度までが限度である。発振周波数が高周波(例えば10GHz以上)になると、電圧制御発振器(VCO)の周波数可変幅をループ特性の広帯域化では対応できないという問題がある。   However, the phase-locked oscillator configured as shown in FIG. 1 has the following problems. First, in order to secure a frequency pull-in range, it is necessary to realize a wide band loop characteristic. However, the widening of the loop characteristic is limited to about several MHz. When the oscillation frequency becomes a high frequency (for example, 10 GHz or more), there is a problem that the frequency variable width of the voltage controlled oscillator (VCO) cannot be dealt with by widening the loop characteristics.

第二に、ロックディテクトとして、電圧制御発振器(VCO)の制御電圧をウインドウコンパレートして、ある範囲に入っていれば、ロックしていると判定するが、例えばマイクロ波帯の電圧制御発振器のように、周波数安定度が低い場合などは、ウインドウ範囲を比較的広くとらざるを得ず、ウインドウ内をすべて引き込み範囲とできず、制御電圧がウインドウ内に入っていても、ロックがはずれてしまう現象が生じ得るデッドロックゾーンがウインドウ内に存在するという問題がある。   Second, as a lock detect, the control voltage of the voltage controlled oscillator (VCO) is window-compared, and if it is within a certain range, it is determined that it is locked. In this way, when the frequency stability is low, the window range must be relatively wide, the entire window cannot be drawn, and the lock is released even if the control voltage is within the window. There is a problem that there exists a deadlock zone in the window where the phenomenon can occur.

第三に、周波数引き込みのために、ループフィルタ(LPF)にオフセット電圧をスイープさせてプルインを補助するが、ウインドウコンパレータによりスイープ回路を動作させるために、上述のように、デッドロックゾーンが存在するとロックしないという問題が生じる。   Third, for the frequency pull-in, the loop filter (LPF) sweeps the offset voltage to assist the pull-in. However, in order to operate the sweep circuit by the window comparator, the deadlock zone exists as described above. The problem of not locking occurs.

そこで、本発明の目的は、周波数比較機能を有さない位相比較器を用いた場合において、確実に周波数引き込みが可能であって、確実にロックはずれを検知できる位相同期発振器を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a phase-locked oscillator that can reliably pull in a frequency and can reliably detect a loss of lock when a phase comparator that does not have a frequency comparison function is used. .

上記目的を達成するための本発明の位相同期発振器は,第一の制御信号に応じた第一の周波数信号を出力する電圧制御発振器と,当該第一の周波数信号と外部入力信号との位相差に基づいた前記第一の制御信号を出力する第一の位相比較器とを有する第一のPLL回路と,所定の周波数を出力する振動子を用いた固定周波数の発振器と,前記電圧制御発振器から出力される前記第一の周波数信号を分周した信号と前記固定周波数の発振器からの第二の周波数信号との周波数差に基づいた第二の制御信号を出力する周波数比較機能を有する第二の位相比較器とを有し,前記第二の制御信号により,前記電圧制御発振器から第二の周波数信号を出力させ,前記第一のPLL回路と選択的に動作する第二のPLL回路と,固有周波数を有する振動子を用い且つ第三の制御信号に応じた第三の周波数信号を出力する電圧制御振動子発振器と,当該第三の周波数信号と前記電圧制御発振器からの前記第一の周波数信号を分周した信号との周波数差に基づいた第三の制御信号を出力する周波数比較機能を有する第三の位相比較器とを有する第三のPLL回路と,前記第三の制御信号に応じた電圧が所定範囲内である場合,前記第一の制御信号により,前記第一のPLL回路を動作させ,前記所定範囲を超えている場合,前記第二の制御信号により,第二のPLL回路を動作させる制御回路とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a phase-locked oscillator according to the present invention includes a voltage-controlled oscillator that outputs a first frequency signal corresponding to a first control signal, and a phase difference between the first frequency signal and an external input signal. A first PLL circuit having a first phase comparator that outputs the first control signal based on the above, a fixed-frequency oscillator using a vibrator that outputs a predetermined frequency, and the voltage-controlled oscillator A second frequency comparison function that outputs a second control signal based on a frequency difference between a signal obtained by dividing the output first frequency signal and a second frequency signal from the fixed-frequency oscillator; and a phase comparator, said the second control signal, wherein the voltage controlled oscillator to output a second frequency signal, a second PLL circuit operating selectively with said first PLL circuit, unique Vibrator with frequency A voltage-controlled vibrator oscillator that uses and outputs a third frequency signal in accordance with the third control signal; a signal obtained by dividing the third frequency signal and the first frequency signal from the voltage-controlled oscillator; A third PLL circuit having a third phase comparator having a frequency comparison function for outputting a third control signal based on a frequency difference between the first control signal and a voltage corresponding to the third control signal within a predetermined range. In some cases, the first PLL circuit is operated by the first control signal, and the control circuit that operates the second PLL circuit by the second control signal when the predetermined range is exceeded. It is characterized by providing.

本発明の好ましい位相同期発振器は,入力される制御電圧に応じた第一の周波数信号を出力する電圧制御発振器と,当該第一の周波数信号と外部入力信号との位相差に応じた第一の制御信号を出力する周波数比較機能を有さない第一の位相比較器と,当該第一の制御信号に応じた制御電圧を出力する第一のフィルタとを備える第一のPLL回路と,所定の周波数を出力する振動子を用いた固定周波数の発振器と,前記電圧制御発振器からの前記第一の周波数信号を分周した信号と前記固定周波数の発振器からの第二の周波数信号との周波数差に応じた第二の制御信号を出力する周波数比較機能を有する第二の位相比較器と,当該第二の制御信号に応じた制御電圧を出力する第二のフィルタとを備える第二のPLL回路と,固有周波数を有する振動子を用い且つ入力される制御電圧に応じた第三の周波数信号を出力する電圧制御振動子発振器と,当該第三の周波数信号と前記電圧制御発振器からの前記第一の周波数信号を分周した信号との周波数差に応じた第三の制御信号を出力する周波数比較機能を有する第三の位相比較器と,当該第三の制御信号に応じた制御電圧を出力する第三のフィルタとを備える第三のPLL回路と,前記第三のフィルタの制御電圧が所定範囲内である場合,前記第一のフィルタの制御電圧を前記電圧制御発振器に入力し,所定範囲を超えている場合,前記第二のフィルタの制御電圧を前記電圧制御発振器に入力する制御回路とを備えることを特徴とする。 A preferred phase-locked oscillator according to the present invention includes a voltage-controlled oscillator that outputs a first frequency signal corresponding to an input control voltage, and a first that corresponds to a phase difference between the first frequency signal and an external input signal . A first PLL circuit including a first phase comparator that does not have a frequency comparison function that outputs a control signal, and a first filter that outputs a control voltage corresponding to the first control signal; A frequency difference between a fixed frequency oscillator using a vibrator that outputs a frequency, a signal obtained by dividing the first frequency signal from the voltage controlled oscillator, and a second frequency signal from the fixed frequency oscillator; a second phase comparator having a frequency comparison function of outputting a second control signal corresponding, a second PLL circuit and a second filter for outputting a control voltage in accordance with the second control signal , With natural frequency A voltage controlled oscillator oscillator for outputting a third frequency signal corresponding to the control voltage and the input using Doko, the third frequency signal and the first frequency signal division from the voltage controlled oscillator A third phase comparator having a frequency comparison function for outputting a third control signal corresponding to the frequency difference from the detected signal, and a third filter for outputting a control voltage corresponding to the third control signal. When the control voltage of the third PLL circuit provided and the third filter is within a predetermined range, the control voltage of the first filter is input to the voltage controlled oscillator, and when the voltage exceeds the predetermined range, And a control circuit for inputting the control voltage of the second filter to the voltage controlled oscillator.

上記構成において、例えば、第二のPLL回路の前記固定周波数の発振器は、所定に基準電圧を発生する基準電圧発生器と前記第三のPLL回路の前記電圧制御振動子発振器により構成され、前記基準電圧が前記第三のPLL回路の電圧制御振動子発振器に供給されると、前記電圧制御振動子発振器からの周波数信号が、前記第二の位相比較器に入力され、前記制御回路は、前記第三の制御電圧に応じて、前記基準電圧又は前記第三のフィルタの制御電圧のいずれかを切り換えて、前記電圧制御振動子発振器に入力する。   In the above configuration, for example, the fixed-frequency oscillator of the second PLL circuit includes a reference voltage generator that generates a predetermined reference voltage and the voltage-controlled oscillator oscillator of the third PLL circuit. When a voltage is supplied to the voltage controlled oscillator of the third PLL circuit, a frequency signal from the voltage controlled oscillator is input to the second phase comparator, and the control circuit Depending on the three control voltages, either the reference voltage or the control voltage of the third filter is switched and input to the voltage controlled oscillator oscillator.

また、上記構成において、例えば、前記第二のPLL回路の前記第二の位相比較器と前記第三のPLL回路の前記第三の位相比較器は、同一の共用位相比較器として構成され、制御回路は、前記第三のフィルタの制御電圧に応じて、前記共用位相比較器からの制御信号を前記第二のフィルタ又は前記第三のフィルタのいずれかに切り換えて入力する。   In the above configuration, for example, the second phase comparator of the second PLL circuit and the third phase comparator of the third PLL circuit are configured as the same shared phase comparator and controlled. The circuit switches and inputs the control signal from the shared phase comparator to either the second filter or the third filter in accordance with the control voltage of the third filter.

また、上記構成において、例えば、前記第二のPLL回路の前記第二の位相比較器と前記第三のPLL回路の前記第三の位相比較器は、同一の共用位相比較器として構成され、さらに、前記第二のPLL回路の前記第二のフィルタと前記第三のPLL回路の前記第三のフィルタは、同一の共用フィルタとして構成され、前記制御回路は、前記第三のフィルタの制御電圧に応じて、前記共用フィルタからの制御電圧を前記電圧制御振動子発振器又は前記電圧制御発振器のいずれかに切り換えて入力する。   In the above configuration, for example, the second phase comparator of the second PLL circuit and the third phase comparator of the third PLL circuit are configured as the same shared phase comparator, The second filter of the second PLL circuit and the third filter of the third PLL circuit are configured as the same shared filter, and the control circuit uses the control voltage of the third filter. In response, the control voltage from the shared filter is switched and input to either the voltage-controlled oscillator or the voltage-controlled oscillator.

また、上記構成において、前記第一のフィルタのループ定数が切り換え可能であって、前記制御回路は、前記第三のフィルタの制御電圧に応じて、前記ループ定数を切り換える構成であってもよい。   In the above configuration, the loop constant of the first filter may be switched, and the control circuit may switch the loop constant according to the control voltage of the third filter.

また、上記構成において、好ましくは、前記制御回路は、前記電圧制御発振器に入力する制御電圧を切り替えてから所定時間、前記制御回路への入力変化に応答しないようにされる。 In the above configuration, it is preferable that the control circuit does not respond to an input change to the control circuit for a predetermined time after switching the control voltage input to the voltage controlled oscillator .

本発明の位相同期発振器によれば、入力信号が高周波信号(例えば10GHzを超える周波数)であり、その高周波信号が入力される位相比較器が周波数比較機能を有さない場合において、確実な周波数引き込みが可能となる。また、アンロック状態(ロックはずれ)を確実に検知することができる。   According to the phase-locked oscillator of the present invention, when the input signal is a high-frequency signal (for example, a frequency exceeding 10 GHz) and the phase comparator to which the high-frequency signal is input does not have a frequency comparison function, reliable frequency pull-in is achieved. Is possible. In addition, the unlocked state (unlocked) can be reliably detected.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, such an embodiment does not limit the technical scope of the present invention.

図2は、本発明の実施の形態における位相同期発振器の第一の構成例を示す図である。図2において、位相同期発振器は、メイン(Main)PLL回路10、スターター(Starter)PLL回路20、クオリファイ(Qualify)PLL回路30及び制御回路40を備えて構成される。メインPLL回路10は、外部からの入力信号が入力される位相比較器11、ループフィルタ(LPF)12、電圧制御発振器(VCO)16を有し、スターターPLL回路20と電圧制御発振器を共用するために、ループフィルタ12と電圧制御発振器16との間にスイッチ(SW)14と切換緩衝回路15が挿入されている。位相比較器11は、周波数比較機能を有さない。なお、本明細書では、位相と周波数の両方を比較する機能を有するものも、単に位相比較器という場合がある。また、ループフィルタ(LPF)12は、ループ定数を制御するループ定数切換回路13を備えている。   FIG. 2 is a diagram illustrating a first configuration example of the phase-locked oscillator according to the embodiment of the present invention. In FIG. 2, the phase-locked oscillator includes a main PLL circuit 10, a starter PLL circuit 20, a qualify PLL circuit 30, and a control circuit 40. The main PLL circuit 10 includes a phase comparator 11 to which an external input signal is input, a loop filter (LPF) 12, and a voltage controlled oscillator (VCO) 16, and shares a voltage controlled oscillator with the starter PLL circuit 20. In addition, a switch (SW) 14 and a switching buffer circuit 15 are inserted between the loop filter 12 and the voltage controlled oscillator 16. The phase comparator 11 does not have a frequency comparison function. In the present specification, a component having a function of comparing both the phase and the frequency may be simply referred to as a phase comparator. The loop filter (LPF) 12 includes a loop constant switching circuit 13 that controls the loop constant.

スターターPLL回路20は、メインPLL回路10がアンロック状態のときにロックさせるためのPLL回路であって、精度の高い固有周波数を有する水晶振動子を用いた固定周波数の発振器(XO)21、周波数比較機能を有する周波数位相比較器22、ループフィルタ(LPF)23、電圧制御発振器(VCO)16を有する。そして、上述したように、電圧制御発振器16をメインPLL回路10と共用するために、ループフィルタ23と電圧制御発振器16との間にスイッチ(SW)24が設けられる。切換緩衝回路15も共用される。水晶振動子に限らず、セラミック振動子など別の精度の高い固有周波数を有する振動子が用いられてもよい。   The starter PLL circuit 20 is a PLL circuit for locking when the main PLL circuit 10 is unlocked, and includes a fixed frequency oscillator (XO) 21 using a crystal resonator having a high-accuracy natural frequency, a frequency A frequency phase comparator 22 having a comparison function, a loop filter (LPF) 23, and a voltage controlled oscillator (VCO) 16 are included. As described above, the switch (SW) 24 is provided between the loop filter 23 and the voltage controlled oscillator 16 in order to share the voltage controlled oscillator 16 with the main PLL circuit 10. The switching buffer circuit 15 is also shared. Not only the crystal resonator but also a resonator having another natural frequency with high accuracy such as a ceramic resonator may be used.

制御回路40が、スイッチ14とスイッチ24を選択的に切り換えることで、メインPLL回路10又はスターターPLL回路20のいずれか一方が選択され、電圧制御発振器16に供給される制御電圧が切り換えられる。   When the control circuit 40 selectively switches the switch 14 and the switch 24, either the main PLL circuit 10 or the starter PLL circuit 20 is selected, and the control voltage supplied to the voltage controlled oscillator 16 is switched.

スターターPLL回路20の動作時において、電圧制御発振器16からの出力信号は、分周器25で分周されて周波数位相比較器22に入力される。周波数位相比較器22には、水晶振動子を用いた固定周波数の発振器21から精度の高い安定した周波数が供給されるので、水晶振動子を用いた固定周波数の発振器21に、電圧制御発振器16を同期させることができる。   During operation of the starter PLL circuit 20, the output signal from the voltage controlled oscillator 16 is divided by the frequency divider 25 and input to the frequency phase comparator 22. The frequency phase comparator 22 is supplied with a stable and highly accurate frequency from a fixed-frequency oscillator 21 using a crystal resonator. Therefore, the voltage-controlled oscillator 16 is connected to the fixed-frequency oscillator 21 using a crystal resonator. Can be synchronized.

クオリファイPLL回路30は、メインPLL回路10がロックしているかどうかを監視するためのPLL回路であって、周波数比較機能を有する周波数位相比較器31、ループフィルタ32、水晶振動子を用いた電圧制御水晶発振器(VCXO)33、分周器34、ウインドウコンパレータ35を有する。水晶振動子を用いた電圧制御水晶発振器33は、例えばマイクロ波帯のストリップライン共振器や誘電体共振器を用いた電圧制御発振器よりも、発振周波数が安定しており、制御電圧をウインドウコンパレートする場合に、ppmオーダーの高精度な周波数差を検出することができる。水晶振動子に限らず、セラミック振動子など別の精度の高い固有周波数を有する振動子を用いた電圧制御振動子発振器であってもよい。   The qualify PLL circuit 30 is a PLL circuit for monitoring whether the main PLL circuit 10 is locked, and is a voltage control using a frequency phase comparator 31 having a frequency comparison function, a loop filter 32, and a crystal resonator. A crystal oscillator (VCXO) 33, a frequency divider 34, and a window comparator 35 are included. The voltage-controlled crystal oscillator 33 using a crystal resonator has a more stable oscillation frequency than that of a voltage-controlled oscillator using, for example, a microwave band stripline resonator or a dielectric resonator, and the control voltage is applied to the window comparator. In this case, a highly accurate frequency difference on the order of ppm can be detected. Not only a crystal resonator, but also a voltage-controlled resonator oscillator using a resonator having another natural frequency with high accuracy, such as a ceramic resonator.

クオリファイPLL回路30の周波数位相比較器31は、メインPLL回路10の動作時における電圧制御発振器16からの出力信号と、クオリファイPLL回路の電圧制御水晶発振器33からの出力信号の周波数を比較し、その差に応じた制御電圧を出力する。クオリファイPLL回路30の電圧制御水晶発振器33は、上述のように安定した固有周波数で発振するため、それを基準周波数とすれば、制御電圧をウインドウコンパレートすることで、メインPLL回路10の電圧制御発振器16のロック・アンロック状態を監視することができる。すなわち、ウインドウコンパレータ(WC)35により、制御電圧が所定範囲内にあると判定されれば、メインPLL回路10の電圧制御発振器16はロック状態にあり、所定範囲を超えている場合は、アンロック状態にあることがわかる。なお、ウインドウコンパレータ35が監視する制御電圧の所定範囲は、周波数位相比較器31の制御電圧可変範囲よりも狭い範囲に設定される。   The frequency phase comparator 31 of the qualify PLL circuit 30 compares the frequency of the output signal from the voltage controlled oscillator 16 during operation of the main PLL circuit 10 with the frequency of the output signal from the voltage controlled crystal oscillator 33 of the qualify PLL circuit. A control voltage corresponding to the difference is output. Since the voltage-controlled crystal oscillator 33 of the qualify PLL circuit 30 oscillates at a stable natural frequency as described above, the voltage control of the main PLL circuit 10 can be performed by window-comparing the control voltage if this is used as a reference frequency. The locked / unlocked state of the oscillator 16 can be monitored. That is, if the window comparator (WC) 35 determines that the control voltage is within the predetermined range, the voltage-controlled oscillator 16 of the main PLL circuit 10 is in the locked state, and if it exceeds the predetermined range, it is unlocked. You can see that it is in a state. The predetermined range of the control voltage monitored by the window comparator 35 is set to a range narrower than the control voltage variable range of the frequency phase comparator 31.

ウインドウコンパレータ35の出力信号は、制御回路40に入力される。制御回路40は、メインPLL回路10がアンロック状態であると判断すると、スイッチ24を接続して、スターターPLL回路20を動作させる。スターターPLL回路20は、上述したように、水晶振動子を用いた固定周波数の発振器21を用いているので、電圧制御発振器16を容易にロックさせることができ、アンロック状態をロック状態に戻すことができる。   An output signal of the window comparator 35 is input to the control circuit 40. When the control circuit 40 determines that the main PLL circuit 10 is in the unlocked state, the control circuit 40 connects the switch 24 and operates the starter PLL circuit 20. As described above, since the starter PLL circuit 20 uses the fixed-frequency oscillator 21 using a crystal resonator, the voltage-controlled oscillator 16 can be easily locked, and the unlocked state is returned to the locked state. Can do.

制御回路40は、電圧制御発振器16がロックされると、(スイッチ24を切断して)スイッチ14を接続する。スイッチ14が接続された時点で、電圧制御発振器16は、入力信号の周波数と同じ周波数にロックされているので、メインPLL回路10は入力信号を確実に周波数引き込みできる。そして、クオリファイPLL回路30により、メインPLL回路のロック状態は常時監視しているので、アンロック状態となっても、上述したように、スターターPLL回路20に切り換え、電圧制御発振器16をロックさせることで、メインPLL回路を確実にロック状態に戻すことができる。   The control circuit 40 connects the switch 14 (by disconnecting the switch 24) when the voltage controlled oscillator 16 is locked. When the switch 14 is connected, the voltage controlled oscillator 16 is locked to the same frequency as the frequency of the input signal, so that the main PLL circuit 10 can reliably pull in the frequency of the input signal. Since the lock state of the main PLL circuit is constantly monitored by the qualify PLL circuit 30, the starter PLL circuit 20 is switched to lock the voltage-controlled oscillator 16 as described above even if the lock state is set to the unlock state. Thus, the main PLL circuit can be reliably returned to the locked state.

このように、本発明の実施の形態例の位相同期発振器は、外部からの入力信号と電圧制御発振器からの出力信号との位相差を検出する位相比較器11と、当該位相差に基づいて発振周波数が制御される電圧制御発振器16とを有するメインPLL回路10に加えて、メインPLL回路と切換可能に動作し、固有周波数を有する振動子を用いた固定周波数の発振器に電圧制御発振器16を同期させるスターターPLL回路20と、電圧制御発振器16からの周波数を精度良く監視するクオリファイPLL回路30を備え、制御回路40がクオリファイPLL回路30により監視される周波数(ウインドウコンパレータ35の出力)に応じて、メインPLL回路10とスターターPLL回路20のいずれか一方を選択して動作させる構成となっている。具体的には、クオリファイPLL回路30により監視される周波数が所定範囲をはずれれば、アンロック状態と判定し、スターターPLL回路20が動作し、所定範囲内に入っていれば、ロック状態であると判定して、メインPLL回路10を動作させる。上記図2の位相同期発振器の動作について、さらに詳しく説明する。   Thus, the phase-locked oscillator according to the embodiment of the present invention oscillates based on the phase comparator 11 that detects the phase difference between the input signal from the outside and the output signal from the voltage-controlled oscillator, and the phase difference. In addition to the main PLL circuit 10 having the voltage-controlled oscillator 16 whose frequency is controlled, the voltage-controlled oscillator 16 operates in a switchable manner with the main PLL circuit, and synchronizes the voltage-controlled oscillator 16 with a fixed-frequency oscillator using a vibrator having a natural frequency. And a qualify PLL circuit 30 for accurately monitoring the frequency from the voltage controlled oscillator 16, and the control circuit 40 is controlled by the qualify PLL circuit 30 according to the frequency (output of the window comparator 35). It is configured to select and operate either the main PLL circuit 10 or the starter PLL circuit 20 That. Specifically, if the frequency monitored by the qualify PLL circuit 30 is out of a predetermined range, it is determined to be in the unlocked state, and if the starter PLL circuit 20 operates and is within the predetermined range, it is in the locked state. And the main PLL circuit 10 is operated. The operation of the phase locked oscillator shown in FIG. 2 will be described in more detail.

図3は、図2の位相同期発振器のタイミングチャートである。メインPLL回路10が、入力信号に対してロック状態であれば、ウインドウコンパレータ35の出力はHレベルを維持する(図3(1))。なんらかの原因により、アンロック状態になると、ウインドウコンパレータ35が取得する制御電圧が所定範囲内からはずれ、ウインドウコンパレータ35の出力はLレベルに変化する(図3(2))。なお、クオリファイPLL回路30の周波数比較器31も、位相差が制御電圧の可変範囲にあるかどうかによりロック・アンロック状態を判定し、その判定結果に応じたロックディテクト信号(LD31)を出力するが、上述したように、ウインドウコンパレータ(WC)35が監視する制御電圧の所定範囲は、制御電圧の可変範囲よりも狭いため、位相同期はしているが周波数がドリフトした場合にはウインドウコンパレータ35の方が早くアンロック状態を検出し、周波数位相比較器31は、それに遅れてアンロック状態を検出する(図3(3))。制御回路40は、ウインドウコンパレータ35又は周波数位相比較器31のいずれか一方がアンロック状態を検出した時点で、メインPLL回路10がアンロック状態になったと判定する。   FIG. 3 is a timing chart of the phase-locked oscillator shown in FIG. If the main PLL circuit 10 is in a locked state with respect to the input signal, the output of the window comparator 35 maintains the H level (FIG. 3 (1)). If the unlocked state is caused for some reason, the control voltage acquired by the window comparator 35 deviates from the predetermined range, and the output of the window comparator 35 changes to the L level (FIG. 3 (2)). The frequency comparator 31 of the qualify PLL circuit 30 also determines the locked / unlocked state based on whether the phase difference is within the variable range of the control voltage, and outputs a lock detect signal (LD31) corresponding to the determination result. However, as described above, since the predetermined range of the control voltage monitored by the window comparator (WC) 35 is narrower than the variable range of the control voltage, the window comparator 35 is in the case where the phase is synchronized but the frequency drifts. The frequency phase comparator 31 detects the unlocked state later (FIG. 3 (3)). The control circuit 40 determines that the main PLL circuit 10 is in the unlocked state when either the window comparator 35 or the frequency phase comparator 31 detects the unlocked state.

従って、制御回路40は、ウインドウコンパレータ35がアンロック状態を検出した時点(図3(2))で、その状態が変化し(図3(4))、スイッチ14からスイッチ24に切り換わる(図3(5))。すなわち、メインPLL回路10のスイッチ14を切断し、スターターPLL回路20を起動する。   Therefore, when the window comparator 35 detects the unlocked state (FIG. 3 (2)), the state changes (FIG. 3 (4)), and the control circuit 40 switches from the switch 14 to the switch 24 (FIG. 3). 3 (5)). That is, the switch 14 of the main PLL circuit 10 is disconnected and the starter PLL circuit 20 is activated.

また、制御回路40は、スターターPLL回路20が起動すると同時に、マスクされる(図3(6))。スターターPLL回路20の周波数位相比較器22は、ロック引き込み過程中、出力する制御電圧が大きく変動するために、その間に出力するロックディテクト信号(位相差が制御電圧の可変範囲にあるかどうかによりロック・アンロック状態を判定する信号)(LD22)も変動する(図3(7))。従って、制御回路40が、ロック引き込み過程において、アンロック状態を検出しないように、スターターPLL回路20がロックするのに必要な所定期間、周波数位相比較器22、31及びウインドウコンパレータ35からの信号に応答しないようマスクされる。具体的には、制御回路40は、タイマー回路を備え、スターターPLL回路20が起動してから所定期間動作しないようにする。   Further, the control circuit 40 is masked at the same time when the starter PLL circuit 20 is activated (FIG. 3 (6)). The frequency phase comparator 22 of the starter PLL circuit 20 locks depending on whether or not the lock detect signal (phase difference is in the variable range of the control voltage) output during the lock pull-in process because the output control voltage greatly fluctuates. The signal for determining the unlocked state (LD22) also varies (FIG. 3 (7)). Therefore, in order to prevent the control circuit 40 from detecting the unlocked state in the lock pull-in process, the signals from the frequency phase comparators 22 and 31 and the window comparator 35 are used for a predetermined period necessary for the starter PLL circuit 20 to lock. Masked to not respond. Specifically, the control circuit 40 includes a timer circuit, and prevents the starter PLL circuit 20 from operating for a predetermined period after the starter PLL circuit 20 is activated.

マスクがはずれた後(所定期間経過後)、制御回路40がスターターPLL回路20のロック状態を検出すると(図3(8))、スイッチ24からスイッチ14に切り換えられ(図3(9))、メインPLL回路10を動作させる。スターターPLL回路20がロックしていなければ、スイッチは切り換えられず、制御回路40は、再度マスクをかけられ、所定期間経過後、スターターPLL回路20のロック状態を検出する。   After the mask is removed (after the predetermined period has elapsed), when the control circuit 40 detects the locked state of the starter PLL circuit 20 (FIG. 3 (8)), the switch 24 is switched to the switch 14 (FIG. 3 (9)). The main PLL circuit 10 is operated. If the starter PLL circuit 20 is not locked, the switch is not switched, and the control circuit 40 is masked again, and detects the locked state of the starter PLL circuit 20 after a predetermined period.

メインPLL回路10に切り換えられると、メインPLL回路10は、ロック引き込みを開始する。この際、制御回路40は再度マスクされる(図3(10))。メインPLL回路10のロック引き込み中、クオリファイPLL回路30もロック引き込み動作を行い、この過程における制御電圧の変動に応答させないためである。   When switched to the main PLL circuit 10, the main PLL circuit 10 starts lock pull-in. At this time, the control circuit 40 is masked again (FIG. 3 (10)). This is because the qualify PLL circuit 30 also performs the lock pull-in operation during the lock pull-in of the main PLL circuit 10 and does not respond to the fluctuation of the control voltage in this process.

また、メインPLL回路10におけるロック引き込み過程では、ロックしやすくするために、ループフィルタ12のループ定数がループ定数切換回路13により、切り換えられる(図3(11))。具体的には、引き込み期間中だけ、ループフィルタ12の帯域が広げられるように、ループ定数が切り換えられる。   Further, in the lock pull-in process in the main PLL circuit 10, the loop constant of the loop filter 12 is switched by the loop constant switching circuit 13 to facilitate locking (FIG. 3 (11)). Specifically, the loop constant is switched so that the band of the loop filter 12 is expanded only during the pull-in period.

マスクがはずれた後(所定期間経過後)(図3(12))、制御回路40が、クオリファイPLL回路30のロック状態を検出する。すなわち、ウインドウコンパレータ35の出力信号と周波数位相比較器31のロックディテクト信号がともにロック状態を示せば、メインPLL回路10も所定周波数でロックしたと判定され、位相同期が完了する(図3(13))。仮に、どちらかの信号がアンロック状態であれば、最初に戻り、スイッチが切り換えられ、スターターPLL回路20によるロック引き込み動作からやり直す。   After the mask is removed (after the predetermined period has elapsed) (FIG. 3 (12)), the control circuit 40 detects the locked state of the qualify PLL circuit 30. That is, if both the output signal of the window comparator 35 and the lock detect signal of the frequency phase comparator 31 indicate the locked state, it is determined that the main PLL circuit 10 is also locked at the predetermined frequency, and phase synchronization is completed (FIG. 3 (13 )). If either signal is unlocked, the process returns to the beginning, the switch is switched, and the lock pull-in operation by the starter PLL circuit 20 is performed again.

上述のような動作を行うことにより、メインPLL回路10の位相比較器11が周波数比較機能を有さないものであっても、スターターPLL回路20を設けることで、確実に周波数引き込みが可能となる。   By performing the operation as described above, even if the phase comparator 11 of the main PLL circuit 10 does not have a frequency comparison function, the frequency pull-in can be reliably performed by providing the starter PLL circuit 20. .

すなわち、スターターPLL回路20における精度の高い水晶振動子を用いた固定周波数の発振器を基準信号とすることにより、スターターPLL回路20に切り換えたとき、メインPLL回路10の電圧制御発振器16を、あらかじめ水晶振動子を用いた固定周波数の発振器の中心周波数に同期させることができる。この後、メインPLL回路10に動作を切り換えたとき、メインPLL回路10のループフィルタ12からは、入力信号の周波数偏差と水晶振動子を用いた固定周波数の発振器の周波数偏差で与えられるトータル偏差に応じたビート信号が出力される。従来、ループフィルタの帯域は、できるだけ広くなるよう設計されていたが、本実施の形態例では、ループフィルタの特性を上記トータル偏差の最大値をクリアするように設計すればよく、確実に周波数引き込みができる範囲でビート信号(制御電圧のうねり)を発生させることができる。   That is, when the starter PLL circuit 20 is switched to the starter PLL circuit 20 by using a fixed-frequency oscillator using a crystal oscillator with high accuracy in the starter PLL circuit 20 as a reference signal, the voltage controlled oscillator 16 of the main PLL circuit 10 is previously connected to the crystal. It is possible to synchronize with a center frequency of a fixed frequency oscillator using the vibrator. Thereafter, when the operation is switched to the main PLL circuit 10, the loop filter 12 of the main PLL circuit 10 causes the total deviation given by the frequency deviation of the input signal and the frequency deviation of the fixed frequency oscillator using the crystal resonator. A corresponding beat signal is output. Conventionally, the bandwidth of the loop filter has been designed to be as wide as possible. However, in this embodiment, it is sufficient to design the loop filter characteristics so as to clear the maximum value of the total deviation, and the frequency can be reliably pulled in. It is possible to generate a beat signal (control voltage swell) within a range that can be generated.

また、制御回路40は、スターターPLL回路20により、メインPLL回路10の電圧制御発振器16がロックすると、メインPLL回路10に切り換える。このとき、スターターPLL回路20のロックディテクト信号によりロック状態を判定することにより、スターターPLL回路20からメインPLL回路10への切り換えを確実に行うことができる。   The control circuit 40 switches to the main PLL circuit 10 when the voltage-controlled oscillator 16 of the main PLL circuit 10 is locked by the starter PLL circuit 20. At this time, by determining the lock state based on the lock detect signal of the starter PLL circuit 20, switching from the starter PLL circuit 20 to the main PLL circuit 10 can be performed reliably.

さらに、スターターPLL回路20からメインPLL回路10に切り換えられ、メインPLL回路10の引き込み過程において、メインPLL回路10のループフィルタ12のループ定数を変化させる。すなわち、帯域をロック状態より広げる。これは、ビート信号を発生するループフィルタ12の条件(抵抗値の比、コンデンサの電位差)や制御電圧によらず、位相比較器16の位相誤差電圧範囲内で引き込みを行うためである。引き込み時のループフィルタ12の帯域を広げることで、確実な周波数引き込みが可能となる。   Further, the starter PLL circuit 20 is switched to the main PLL circuit 10, and the loop constant of the loop filter 12 of the main PLL circuit 10 is changed in the pull-in process of the main PLL circuit 10. That is, the bandwidth is expanded from the locked state. This is because pull-in is performed within the phase error voltage range of the phase comparator 16 regardless of the conditions (resistance ratio, capacitor potential difference) of the loop filter 12 that generates the beat signal and the control voltage. By widening the band of the loop filter 12 at the time of pulling in, reliable frequency pulling becomes possible.

また、従来におけるデッドロックゾーンの存在の問題についても、クオリファイPLL回路30を設けることで、確実な周波数検知が可能となる。   Further, regarding the problem of the existence of the deadlock zone in the related art, it is possible to reliably detect the frequency by providing the qualify PLL circuit 30.

すなわち、クオリファイPLL回路30において、数MHz〜数十MHzの水晶振動子を用いた周波数安定性が高い電圧制御水晶発振器33を用いることにより、制御電圧をppmオーダーでウインドウコンパレートすることができ、高精度に周波数検知が可能となる。そして、メインPLL回路の電圧制御発振器16の周波数安定性が比較的低い場合であっても、クオリファイPLL回路30において、制御電圧のウインドウ範囲を比較的狭く設定できるので、デッドロックゾーンはなくなり、確実にアンロック状態を検知することが可能となる。   That is, in the qualify PLL circuit 30, by using the voltage controlled crystal oscillator 33 with high frequency stability using a crystal resonator of several MHz to several tens of MHz, the control voltage can be window-compared in ppm order. The frequency can be detected with high accuracy. Even in the case where the frequency stability of the voltage controlled oscillator 16 of the main PLL circuit is relatively low, the control PLL window 30 can set the window range of the control voltage to be relatively narrow. It is possible to detect the unlocked state.

また、メインPLL回路30のロック・アンロックの判定に、クオリファイPLL回路30のロックディテクト信号及びウインドウコンパレータ35の出力信号を用いることで、ロック・アンロックを高精度に判定し、アンロック状態になった場合に、メインPLL回路10からスターターPLL回路20への確実な切り換えが可能となる。   Further, by using the lock detect signal of the qualify PLL circuit 30 and the output signal of the window comparator 35 for the lock / unlock determination of the main PLL circuit 30, the lock / unlock is determined with high accuracy and the unlock state is established. In this case, the main PLL circuit 10 can be switched to the starter PLL circuit 20 with certainty.

図4は、本発明の実施の形態における位相同期発振器の第二の構成例を示す図である。図4の第二の構成例は、図2の第一の構成例と比較して、スターターPLL回路20の水晶振動子を用いた固定周波数の発振器21を、クオリファイPLL回路30の電圧制御水晶発振器33と共用する構成である。上述のように、クオリファイPLL回路30の電圧制御水晶発振器33は、水晶振動子を用いた精度の高い発振器であり、この電圧制御水晶発振器33に基準電圧発生器27より固定された基準電圧を供給することで、安定した周波数の信号を出力することが可能となり、水晶振動子を用いた固定周波数の発振器21と同等の機能が実現される。クオリファイPLL回路30とスターターPLL回路とで、電圧制御水晶発振器33を共用するために、それぞれにスイッチ26とスイッチ36とが、電圧制御水晶発振器33の前段に設けられ、制御回路40の制御により切り換えられる。スイッチ切換は、上述した図3の動作に合わせて、スターターPLL回路20が起動される場合に、スイッチ26が接続され、スターターPLL回路20の動作が終了すると、スイッチ36が接続される。   FIG. 4 is a diagram illustrating a second configuration example of the phase-locked oscillator according to the embodiment of the present invention. The second configuration example of FIG. 4 is different from the first configuration example of FIG. 2 in that a fixed-frequency oscillator 21 using a crystal resonator of the starter PLL circuit 20 is replaced with a voltage-controlled crystal oscillator of the qualify PLL circuit 30. The configuration is shared with 33. As described above, the voltage controlled crystal oscillator 33 of the qualify PLL circuit 30 is a highly accurate oscillator using a crystal resonator, and a fixed reference voltage is supplied from the reference voltage generator 27 to the voltage controlled crystal oscillator 33. By doing so, it becomes possible to output a signal with a stable frequency, and a function equivalent to that of the fixed-frequency oscillator 21 using a crystal resonator is realized. In order to share the voltage control crystal oscillator 33 between the qualify PLL circuit 30 and the starter PLL circuit, a switch 26 and a switch 36 are provided in front of the voltage control crystal oscillator 33, respectively, and are switched by the control of the control circuit 40. It is done. In the switch switching, the switch 26 is connected when the starter PLL circuit 20 is activated in accordance with the operation of FIG. 3 described above, and the switch 36 is connected when the operation of the starter PLL circuit 20 is completed.

図5は、本発明の実施の形態における位相同期発振器の第三の構成例を示す図である。図5の第三の構成例は、図4の第二の構成例と比較して、さらに、スターターPLL回路20の周波数位相比較器22を、クオリファイPLL回路30の周波数位相比較器31と共用する構成である。周波数位相比較器31を共用するために、周波数位相比較器31の出力は、2つに分岐され、スターターPLL回路20のループフィルタ23とクオリファイPLL回路のループフィルタ32それぞれの前段にさらにスイッチ27、37が設けられる。スイッチ27、37も、制御回路40の制御により切り換えられ、上記第二の構成例と同様に、スイッチ切換は、上述した図3の動作に合わせて、スターターPLL回路20が起動される場合に、スイッチ27が接続され、スターターPLL回路20の動作が終了すると、スイッチ37が接続される。   FIG. 5 is a diagram showing a third configuration example of the phase-locked oscillator according to the embodiment of the present invention. Compared with the second configuration example of FIG. 4, the third configuration example of FIG. 5 further shares the frequency phase comparator 22 of the starter PLL circuit 20 with the frequency phase comparator 31 of the qualify PLL circuit 30. It is a configuration. In order to share the frequency phase comparator 31, the output of the frequency phase comparator 31 is branched into two, and a switch 27, and a switch 27, are provided in front of each of the loop filter 23 of the starter PLL circuit 20 and the loop filter 32 of the qualify PLL circuit. 37 is provided. The switches 27 and 37 are also switched by the control of the control circuit 40. Similarly to the second configuration example, the switch switching is performed when the starter PLL circuit 20 is activated in accordance with the operation of FIG. When the switch 27 is connected and the operation of the starter PLL circuit 20 is completed, the switch 37 is connected.

図6は、本発明の実施の形態における位相同期発振器の第四の構成例を示す図である。図6の第四の構成例は、図5の第三の構成例と比較して、さらに、さらに、スターターPLL回路20のループフィルタ23を、クオリファイPLL回路30のループフィルタ32と共用する構成である。ループフィルタ32を共用するために、周波数位相比較器31の出力は、2つに分岐され、スターターPLL回路20のループフィルタ23とクオリファイPLL回路30のループフィルタ32それぞれの前段にさらにスイッチ28、38が設けられる。スイッチ28、38も、制御回路40の制御により切り換えられ、上記第二の構成例と同様に、スイッチ切換は、上述した図3の動作に合わせて、スターターPLL回路20が起動される場合に、スイッチ28が接続され、スターターPLL回路20の動作が終了すると、スイッチ38が接続される。   FIG. 6 is a diagram illustrating a fourth configuration example of the phase-locked oscillator according to the embodiment of the present invention. The fourth configuration example of FIG. 6 is further configured to share the loop filter 23 of the starter PLL circuit 20 with the loop filter 32 of the qualify PLL circuit 30 as compared to the third configuration example of FIG. is there. In order to share the loop filter 32, the output of the frequency phase comparator 31 is branched into two, and switches 28, 38 are further provided in front of the loop filter 23 of the starter PLL circuit 20 and the loop filter 32 of the qualify PLL circuit 30, respectively. Is provided. The switches 28 and 38 are also switched by the control of the control circuit 40. Similarly to the second configuration example, the switch switching is performed when the starter PLL circuit 20 is activated in accordance with the operation of FIG. When the switch 28 is connected and the operation of the starter PLL circuit 20 is completed, the switch 38 is connected.

(付記1)
外部からの入力信号と電圧制御発振器からの出力信号との位相差を検出する位相比較器と、当該位相差に基づいて発振周波数が制御される電圧制御発振器とを有する第一のPLL回路と、
前記第一のPLL回路と切換可能に動作し、固有周波数を有する振動子を用いた固定周波数の発振器に前記電圧制御発振器を同期させる第二のPLL回路と、
前記電圧制御発振器からの周波数を監視する第三のPLL回路と、
前記第三のPLL回路により監視される周波数に応じて、前記第一のPLL回路と第二のPLL回路のいずれか一方を選択して動作させる制御回路とを備えることを特徴とする位相同期発振器。
(Appendix 1)
A first PLL circuit having a phase comparator that detects a phase difference between an external input signal and an output signal from the voltage controlled oscillator, and a voltage controlled oscillator in which an oscillation frequency is controlled based on the phase difference;
A second PLL circuit that operates in a switchable manner with the first PLL circuit and synchronizes the voltage-controlled oscillator to a fixed frequency oscillator using a vibrator having a natural frequency;
A third PLL circuit for monitoring the frequency from the voltage controlled oscillator;
A phase-locked oscillator comprising: a control circuit that selects and operates either the first PLL circuit or the second PLL circuit according to a frequency monitored by the third PLL circuit .

(付記2)
入力される制御電圧に応じた周波数信号を出力する電圧制御発振器と、当該周波数信号と外部入力信号との位相差に応じた制御信号を出力する周波数比較機能を有さない第一の位相比較器と、当該制御信号に応じた制御電圧を出力する第一のフィルタとを備える第一のPLL回路と、
所定の周波数を出力する振動子を用いた固定周波数の発振器と、前記電圧制御発振器からの前記周波数信号を分周した信号と前記固定周波数の発振器からの周波数信号との位相差に応じた制御信号を出力する第二の位相比較器と、当該制御信号に応じた制御電圧を出力する第二のフィルタとを備える第二のPLL回路と、
固有周波数を有する振動子を用い且つ入力される制御電圧に応じた周波数信号を出力する電圧制御振動子発振器と、当該周波数信号と前記電圧制御発振器からの前記周波数信号を分周した信号との位相差に応じた制御信号を出力する第三の位相比較器と、当該制御信号に応じた制御電圧を出力する第三のフィルタとを備える第三のPLL回路と、
前記第三のフィルタの制御電圧に応じて、前記第一のフィルタの制御電圧又は前記第二のフィルタの制御電圧のいずれかを切り換えて、前記電圧制御発振器に入力する制御回路とを備えることを特徴とする位相同期発振器。
(Appendix 2)
A voltage-controlled oscillator that outputs a frequency signal according to an input control voltage, and a first phase comparator that does not have a frequency comparison function that outputs a control signal according to the phase difference between the frequency signal and an external input signal And a first PLL circuit comprising a first filter that outputs a control voltage according to the control signal,
A fixed-frequency oscillator using a vibrator that outputs a predetermined frequency, and a control signal corresponding to a phase difference between a signal obtained by dividing the frequency signal from the voltage-controlled oscillator and the frequency signal from the fixed-frequency oscillator A second PLL circuit comprising: a second phase comparator that outputs a second filter that outputs a control voltage in accordance with the control signal;
A voltage-controlled vibrator oscillator that uses a vibrator having a natural frequency and outputs a frequency signal in accordance with an input control voltage, and the frequency signal and a signal obtained by dividing the frequency signal from the voltage-controlled oscillator. A third PLL circuit including a third phase comparator that outputs a control signal according to the phase difference, and a third filter that outputs a control voltage according to the control signal;
A control circuit that switches between the control voltage of the first filter and the control voltage of the second filter in accordance with the control voltage of the third filter and inputs the control voltage to the voltage controlled oscillator. A featured phase-locked oscillator.

(付記3)
付記2において、
前記第二のPLL回路の前記振動子を用いた固定周波数の発振器は、所定に基準電圧を発生する基準電圧発生器と前記第三のPLL回路の前記電圧制御振動子発振器により構成され、前記基準電圧が前記第三のPLL回路の電圧制御振動子発振器に供給されると、前記電圧制御振動子発振器からの周波数信号が、前記第二の位相比較器に入力され、
前記制御回路は、前記第三の制御電圧に応じて、前記基準電圧又は前記第三のフィルタの制御電圧のいずれかを切り換えて、前記電圧制御振動子発振器に入力することを特徴とする位相同期発振器。
(Appendix 3)
In Appendix 2,
The fixed-frequency oscillator using the vibrator of the second PLL circuit includes a reference voltage generator that generates a predetermined reference voltage and the voltage-controlled vibrator oscillator of the third PLL circuit. When a voltage is supplied to the voltage controlled oscillator of the third PLL circuit, a frequency signal from the voltage controlled oscillator is input to the second phase comparator,
The control circuit switches either the reference voltage or the control voltage of the third filter in accordance with the third control voltage, and inputs it to the voltage controlled oscillator oscillator. Oscillator.

(付記4)
付記2又は3において、
前記第二のPLL回路の前記第二の位相比較器と前記第三のPLL回路の前記第三の位相比較器は、同一の共用位相比較器として構成され、
前記制御回路は、前記第三のフィルタの制御電圧に応じて、前記共用位相比較器からの制御信号を前記第二のフィルタ又は前記第三のフィルタのいずれかに切り換えて入力することを特徴とする位相同期発振器。
(Appendix 4)
In Appendix 2 or 3,
The second phase comparator of the second PLL circuit and the third phase comparator of the third PLL circuit are configured as the same shared phase comparator;
The control circuit switches and inputs a control signal from the shared phase comparator to either the second filter or the third filter in accordance with a control voltage of the third filter. A phase-locked oscillator.

(付記5)
付記2又は3において、
前記第二のPLL回路の前記第二の位相比較器と前記第三のPLL回路の前記第三の位相比較器は、同一の共用位相比較器として構成され、
さらに、前記第二のPLL回路の前記第二のフィルタと前記第三のPLL回路の前記第三のフィルタは、同一の共用フィルタとして構成され、
前記制御回路は、前記第三のフィルタの制御電圧に応じて、前記共用フィルタからの制御電圧を前記電圧制御振動子発振器又は前記電圧制御発振器のいずれかに切り換えて入力することを特徴とする位相同期発振器。
(Appendix 5)
In Appendix 2 or 3,
The second phase comparator of the second PLL circuit and the third phase comparator of the third PLL circuit are configured as the same shared phase comparator;
Furthermore, the second filter of the second PLL circuit and the third filter of the third PLL circuit are configured as the same shared filter,
The control circuit switches and inputs a control voltage from the shared filter to either the voltage controlled oscillator oscillator or the voltage controlled oscillator in accordance with a control voltage of the third filter. Synchronous oscillator.

(付記6)
付記2乃至5のいずれかにおいて、
前記第一のフィルタのループ定数が切り換え可能であって、
前記制御回路は、前記第三のフィルタの制御電圧に応じて、前記ループ定数を切り換えることを特徴とする位相同期発振器。
(Appendix 6)
In any of Supplementary Notes 2 to 5,
The loop constant of the first filter is switchable,
The control circuit switches the loop constant according to a control voltage of the third filter.

(付記7)
付記2乃至6のいずれかにおいて、
前記制御回路は、前記各切り換えを行うと、所定時間、前記制御回路への入力変化に応答しないようにされることを特徴とする位相同期発振器。
(Appendix 7)
In any of Supplementary Notes 2 to 6,
The phase-locked oscillator is characterized in that the control circuit does not respond to a change in the input to the control circuit for a predetermined time after each switching.

(付記8)
請求項2において、
前記制御回路は、前記第三のフィルタの制御電圧が所定範囲外であると判定すると、前記電圧制御発振器に入力する制御電圧を、前記第一のフィルタの制御電圧から前記第二のフィルタの制御電圧に切り換え、
前記第二のPLL回路のロック状態を検知すると、前記電圧制御発振器に入力する制御電圧を、前記第二のフィルタの制御電圧から前記第一のフィルタの制御電圧に切り換えることを特徴とする位相同期発振器。
(Appendix 8)
In claim 2,
When the control circuit determines that the control voltage of the third filter is outside a predetermined range, the control circuit inputs the control voltage input to the voltage controlled oscillator from the control voltage of the first filter. Switch to voltage,
When the lock state of the second PLL circuit is detected, the control voltage input to the voltage controlled oscillator is switched from the control voltage of the second filter to the control voltage of the first filter. Oscillator.

周波数比較機能を有さない位相比較器を用いた位相同期発振器の従来の構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of a conventional structure of the phase locked oscillator using the phase comparator which does not have a frequency comparison function. 本発明の実施の形態における位相同期発振器の第一の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 1st structural example of the phase-locked oscillator in embodiment of this invention. 図2の位相同期発振器のタイミングチャートである。3 is a timing chart of the phase-locked oscillator of FIG. 本発明の実施の形態における位相同期発振器の第二の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd structural example of the phase locked oscillator in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における位相同期発振器の第三の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd structural example of the phase locked oscillator in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における位相同期発振器の第四の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 4th structural example of the phase locked oscillator in embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10:メインPLL回路、11:位相比較器、12:ループフィルタ、13:ループ定数切換回路、14:スイッチ、15:切換緩衝回路、16:電圧制御発振器、20:スターターPLL回路、21:水晶振動子を用いた固定周波数の発振器、22:周波数位相比較器、23:ループフィルタ、24:スイッチ、25:分周器、26:スイッチ、27:基準電圧発生器、28:スイッチ、30:クオリファイPLL回路、31:周波数位相比較器、32:ループフィルタ、33:電圧制御水晶発振器、34:分周器、35:ウインドウコンパレータ、36:スイッチ、37:スイッチ、38:スイッチ、40:制御回路   10: main PLL circuit, 11: phase comparator, 12: loop filter, 13: loop constant switching circuit, 14: switch, 15: switching buffer circuit, 16: voltage controlled oscillator, 20: starter PLL circuit, 21: crystal oscillation Fixed frequency oscillator using a child, 22: frequency phase comparator, 23: loop filter, 24: switch, 25: frequency divider, 26: switch, 27: reference voltage generator, 28: switch, 30: qualify PLL Circuit: 31: Frequency phase comparator, 32: Loop filter, 33: Voltage controlled crystal oscillator, 34: Frequency divider, 35: Window comparator, 36: Switch, 37: Switch, 38: Switch, 40: Control circuit

Claims (4)

第一の制御信号に応じた第一の周波数信号を出力する電圧制御発振器と,当該第一の周波数信号と外部入力信号との位相差に基づいた前記第一の制御信号を出力する第一の位相比較器とを有する第一のPLL回路と,
所定の周波数を出力する振動子を用いた固定周波数の発振器と,前記電圧制御発振器から出力される前記第一の周波数信号を分周した信号と前記固定周波数の発振器からの第二の周波数信号との周波数差に基づいた第二の制御信号を出力する周波数比較機能を有する第二の位相比較器とを有し,前記第二の制御信号により,前記電圧制御発振器から第二の周波数信号を出力させ,前記第一のPLL回路と選択的に動作する第二のPLL回路と,
固有周波数を有する振動子を用い且つ第三の制御信号に応じた第三の周波数信号を出力する電圧制御振動子発振器と,当該第三の周波数信号と前記電圧制御発振器からの前記第一の周波数信号を分周した信号との周波数差に基づいた第三の制御信号を出力する周波数比較機能を有する第三の位相比較器とを有する第三のPLL回路と,
前記第三の制御信号に応じた電圧が所定範囲内である場合,前記第一の制御信号により,前記第一のPLL回路を動作させ,前記所定範囲を超えている場合,前記第二の制御信号により,第二のPLL回路を動作させる制御回路とを備えることを特徴とする位相同期発振器。
A voltage controlled oscillator that outputs a first frequency signal corresponding to the first control signal; and a first control signal that outputs the first control signal based on a phase difference between the first frequency signal and an external input signal. A first PLL circuit having a phase comparator ;
A fixed frequency oscillator using a vibrator that outputs a predetermined frequency, a signal obtained by dividing the first frequency signal output from the voltage controlled oscillator, and a second frequency signal from the fixed frequency oscillator; And a second phase comparator having a frequency comparison function for outputting a second control signal based on the frequency difference of the output, and outputting the second frequency signal from the voltage controlled oscillator by the second control signal A second PLL circuit selectively operating with the first PLL circuit;
A voltage controlled oscillator using a vibrator having a natural frequency and outputting a third frequency signal according to a third control signal; and the first frequency from the third frequency signal and the voltage controlled oscillator A third PLL circuit having a third phase comparator having a frequency comparison function for outputting a third control signal based on a frequency difference from a signal obtained by frequency division of the signal ;
When the voltage according to the third control signal is within a predetermined range, the first PLL signal is operated by the first control signal, and when the voltage exceeds the predetermined range, the second control And a control circuit for operating the second PLL circuit by a signal .
入力される制御電圧に応じた第一の周波数信号を出力する電圧制御発振器と,当該第一の周波数信号と外部入力信号との位相差に応じた第一の制御信号を出力する周波数比較機能を有さない第一の位相比較器と,当該第一の制御信号に応じた制御電圧を出力する第一のフィルタとを備える第一のPLL回路と,
所定の周波数を出力する振動子を用いた固定周波数の発振器と,前記電圧制御発振器からの前記第一の周波数信号を分周した信号と前記固定周波数の発振器からの第二の周波数信号との周波数差に応じた第二の制御信号を出力する周波数比較機能を有する第二の位相比較器と,当該第二の制御信号に応じた制御電圧を出力する第二のフィルタとを備える第二のPLL回路と,
固有周波数を有する振動子を用い且つ入力される制御電圧に応じた第三の周波数信号を出力する電圧制御振動子発振器と,当該第三の周波数信号と前記電圧制御発振器からの前記第一の周波数信号を分周した信号との周波数差に応じた第三の制御信号を出力する周波数比較機能を有する第三の位相比較器と,当該第三の制御信号に応じた制御電圧を出力する第三のフィルタとを備える第三のPLL回路と,
前記第三のフィルタの制御電圧が所定範囲内である場合,前記第一のフィルタの制御電圧を前記電圧制御発振器に入力し,所定範囲を超えている場合,前記第二のフィルタの制御電圧を前記電圧制御発振器に入力する制御回路とを備えることを特徴とする位相同期発振器。
A voltage-controlled oscillator that outputs a first frequency signal according to an input control voltage, and a frequency comparison function that outputs a first control signal according to a phase difference between the first frequency signal and an external input signal. A first PLL circuit comprising a first phase comparator that does not have and a first filter that outputs a control voltage in accordance with the first control signal;
A frequency of a fixed frequency oscillator using a vibrator that outputs a predetermined frequency, a frequency obtained by dividing the first frequency signal from the voltage controlled oscillator, and a second frequency signal from the fixed frequency oscillator A second PLL comprising a second phase comparator having a frequency comparison function for outputting a second control signal according to the difference, and a second filter for outputting a control voltage according to the second control signal Circuit,
A voltage-controlled vibrator oscillator that uses a vibrator having a natural frequency and outputs a third frequency signal corresponding to the input control voltage; and the first frequency from the third frequency signal and the voltage-controlled oscillator A third phase comparator having a frequency comparison function for outputting a third control signal corresponding to a frequency difference from the signal obtained by frequency division, and a third phase for outputting a control voltage corresponding to the third control signal. A third PLL circuit comprising:
When the control voltage of the third filter is within a predetermined range, the control voltage of the first filter is input to the voltage controlled oscillator. When the control voltage exceeds the predetermined range, the control voltage of the second filter is And a control circuit for inputting to the voltage controlled oscillator.
請求項2において,
前記第一のフィルタのループ定数が切り換え可能であって,
前記制御回路は,前記第三のフィルタの制御電圧に応じて,前記ループ定数を切り換えることを特徴とする位相同期発振器。
In claim 2,
The loop constant of the first filter is switchable,
The phase locked oscillator according to claim 1, wherein the control circuit switches the loop constant in accordance with a control voltage of the third filter.
請求項2において,
前記制御回路は,前記電圧制御発振器に入力する制御電圧を切り替えてから所定時間,前記制御回路への入力変化に応答しないようにされることを特徴とする位相同期発振器。
In claim 2,
The phase-locked oscillator characterized in that the control circuit does not respond to a change in the input to the control circuit for a predetermined time after switching the control voltage input to the voltage-controlled oscillator.
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