JPS5838749B2 - イソウロツクカイロ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は位相ロック回路、特に高調波ミキシングを用い
た位相ロック回路に関する。

高調波ミキシングを用いた位相ロック回路（以下高調波
位相ロック回路という）は周波数計数装置のような高周
波測定装置において、周波数測定範囲を広げるためにし
ばしば使用される。

高調波位相ロック回路において、被測定信号はその周波
数を低下されて中間周波信号に変換される。

中間周波信号は基準発振器の基準出力信号と比較されそ
の結果生じた帰還信号は周波数変換回路に印加される。

比較的高周波の被測定信号は例えば低周波信号の高調波
信号から中間周波数を決定する低周波基準信号によって
定まるオフセット信号を引算した信号にロックされる。

高調波ミキサまたは、サンプラは周波数変換回路中で使
用され、被測定信号と低周波局部発振器の高調波信号と
を混合する。

高調波ミキサの出力信号は増幅された後、その中心周波
数が中間周波数に等しい帯域フィルタによってろ過され
る。

帯域フィルタの出力信号は位相検出器中で、前記基準発
振器の出力信号と比較される。

位相検出器の誤差信号は増幅され、そして前記局部発振
器に印加される。

その結果、高調波ミキサの出力信号の周波数は基準発振
器の出力信号の周波数と等しくなる。

理論的には、局部発振器の出力信号またはその高調波信
号の周波数が、被測定信号の周波数と中間周波信号の周
波数とを加算または減算した周波数に等しいときにのみ
位相ロック動作は生じなければならない。

しかしながら、高調波ミキサは２つの入力信号の各高調
波の和または差の周波数をもつ信号を発生するので、被
測定信号と局部発振器の出力信号との各高調波信号の和
または差の周波数が中間周波数に等しいとき誤った位相
ロック動作が生ずる。

また誤った位相ロック動作は所望の被測定信号と共に偽
信号が存在するときも生ずる。

このような誤った位相ロック動作が生ずると、装置は誤
った検出を行ない、誤った表示をする。

本発明は上記の欠点を除去するためになされたもので、
本発明の目的は基本波成分をもつ最大振幅の入力信号を
検出し、そして該入力信号についてのみ高調波位相ロッ
ク動作を行なうことにより誤った位相ロック動作を除去
することである。

被測定信号の高調波信号の振幅は被測定信号の基本波成
分の振幅よりも小さいので、高調波位相ロックループは
基本波成分をもつ最大振幅の信号についてのみ完成され
、高調波信号や他の偽信号については完成されない。

高調波ミキサまたはサンプラの出力変調信号は、帯域フ
ィルタに印加される以前に、広帯域の振幅制限増幅器に
印加される。

その結果振幅制限増幅器は高調波ミキサからの最大振幅
をもつ基本周波数信号の周波数（被測定信号の基本周波
数と電圧制御続発振器のある出力高調波信号の周波数と
の差の周波数）に等しい周波数の方形波信号を発生する
。

振幅制限増幅器の帯域幅は少なくとも電圧制御続発振器
の最大周波数の１／２なくてはならない。

振幅制限増幅器の出力信号は帯域フィルタを通過し、そ
して位相検出器としきい値検出器とに印加される。

しきい値検出器は基本周波信号の振幅に対応した振幅制
限増幅器の出力方形波信号によってのみトリガされる。

しきい値検出器の出力信号は、位相検出器と電圧制御続
発振器との間の帰還通路中に配置したゲート回路に印加
される。

帯域フィルタを通過した信号の振幅が振幅制限増幅器の
最大出力振幅の予定割合以下であるときには位相ロック
ループは完成されない。

しきい値検出器の動作によって、被測定信号の周波数と
電圧制御続発振器の高調波信号の周波数との差の周波数
が中間周波数に等しいときにのみ位相ロック動作が生ず
る。

また本発明によれば、さらに例えば電圧制御続発振器の
高調波信号の周波数が被測定信号の周波数よりも高いと
きにのみ位相ロック動作が生ずる。

以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明による位相ロック回路のブロック図であ
る。

第１図には高調波位相ロック回路１０が示されている。

被測定信号は入力端子１２に印加される。

高調波ミキシング手段である高調波ミキサまたはサンプ
ラ１６は被測定信号と電圧制御続発振器の出力帰還信号
とを受信する。

高調波ミキサ１６の出力端子は低域フィルタ１８に接続
される。

サンプリング理論から明らかなように、電圧制御続発振
器１４の最大出力周波数の１／２は被測定信号の周波数
と該周波数に最も接近した電圧制御続発振器の高調波の
周波数との差の最大値に等しいので、低域フィルタ１８
のしゃ断周波数（ｆｃ）は電圧制御続発振器１４の最大
出力周波数ｆｌｏの１／２に定められる。

低域フィルタ１８は被測定信号と、電圧制御続発振器１
４の１以上の高調波との混合によって生じた変調信号に
応答する。

低域フィルタ１８のしゃ断周波数ｆｃは高調波ミキサ１
６の出力変調信号が歪まないようにｆｌｏＡ以上である
ことが望ましい。

低域フィルタ１８の出力端子は振幅制限増幅器２０に接
続される。

振幅制限増幅器２０は低域フィルタ１８の出力信号を増
幅しそして制限し、予定振幅をもつ方形波出力信号を発
生する。

振幅制限増幅器２０の入力端子における最大振幅の信号
が最大の大きさに増幅されるので、出力方形波信号の基
本周波数は最大振幅の入力信号の周波数に等しい。

即ち、出力方形波信号の基本周波数は被測定信号の基本
波成分の周波数と電圧制御続発振器１４の高調波信号の
周波数との差の周波数に等しい。

低次の周波数信号は方形波に関する周波数変調成分（ｆ
ｍ）として生ずる。

振幅制限増幅器２０の出力端子は帯域フィルタ２２に接
続される。

帯域フィルタ２２の中心周波数は基準発振器２４の出力
周波数に等しい。

ここで上記の動作を第４図を用いてさらに詳述する。

第４図は本発明による位相ロック回路の動作を説明する
ための特性線図である。

今電圧制御形発振器１″４の出力信号の周波数変化範囲
をｆｌ＝１２０〜１８０ＭＨｚ、基準発振器２４の出力
周波数ｆ ｉ ＝ ２０ＭＨｚ とする。

前述したことより明らかなように低域フィルタ１８のカ
ットオフ周波数ｆｃは９０ＭＨｚとなる。

合波測定信号の周波数ｆＸ１−３００ＭＨ２とする。

図より明らかなようにｆ ｌ、 ＝ １４０ ＭＨｚの
とき、ｆＸｌ−ｆ１２（第２高調波） ＝ ｆ ｉとな
る。

同時にｆｘ２（第２高調波）−ｆ１４（第４高調波）−
４０ＭＨｚ 、 ｆ Ｘ３− ｆ １６＝ ６０ ＭＨ
ｚとなり、これらの信号は低域フィルタ１８を通過し振
幅制限増幅器２０に印加される。

ここで、４０ ＭＨｚ 、 ６０ ＭＨｚの信号振幅は
ｆｘ２ 、ｆｘ３の振幅がｆｘｌの振幅よりも小さいの
で、その合成液を増幅し且つ制限した振幅制限増幅器２
０の出力方形波の基本周波数は２０Ｍｔ（ｚに等しくな
る。

なお、ｆ ｌ＝１６０ＭＨｚのときにも同様な動作を生
ずるが、これについては省略する。

また、ｆＡ１１４５ＭＨｚのときには、ｆ ｘ２ ｆ
Ａ４−２０Ａ４−２Ｏｘ 、ｆ Ｉ！ ２−１０ Ｍ
Ｈｚとなり、１０ＭＨｚの振幅が犬であるから方形波
は１０ＭＨｚとなる。

帯域フィルタ２２および基準発振器２４の出力端子は位
相検出器２６に接続される。

位相検出器２６は帯域フィルタ２２と基準発振器２４の
出力信号の位相差を表わす誤差信号を発生する。

位相検出器２６の誤差信号はゲート２８および増幅器３
０を介して電圧制御続発振器１４の制御入力端子に印加
される。

しきい値検出器３２は帯域フィルタ２２の出力端子に接
続される。

方形波信号のフーリエ級数表示から明らかなように、方
形波信号は基本正弦波信号とその奇数調波信号とより成
る。

ここで奇数調波の振幅はその高調波次数が増加するに従
って減少する。

第３高調波信号の振幅は基本波信号の振幅の１／３であ
る。

しきい値検出器３２は、そのしきい値が振幅制限増幅器
２０の予定振幅の約１／３以七にセットされていると振
幅制限増幅器２０の出力から基本波成分のみを検出する
。

しきい値検出器３２の入力信号の振幅がしきい値を超え
ると、しきい値検出器３２の出力信号がゲート２８に印
加され、その結果位相検出器２６の誤差信号が増幅器３
０に印加され、帰還ループが完成される。

帯域フィルタ２２の出力信号の振幅がしきい値検出器３
２のしきい値を超えない場合にはゲート２８が付勢され
ないので位相ロックループは完成されず、誤った位相ロ
ック動作は起らない。

帰還ループがゲート２８によって完成されて、位相ロッ
ク動作が生ずるとき、振幅制限増幅器２０の出力方形波
信号は位相検出器２６中で直流信号に変換される。

方形波信号に含まれる周波数変調信号は重畳された交流
信号として生ずるが、該交流信号は閉ループの帯域幅特
性によって除去される。

したがって、本発明によれば、被測定信号と電圧制御続
発振器の出力信号との各高調波信号の和または差の周波
数が基準周波数に等しいときには位相ロックは生じなく
、被測定信号の周波数と該発振器の出力高調波信号の周
波数との差が基準周波数に等しいときにのみ位相ロック
が生ずる。

第２，３図は第１図に示した位相ロック回路の一部詳細
回路図である。

端子１７によって、高調波ミキサ１６の出力端子は前置
増幅器２０ａの入力端子に接続される。

前置増幅器２０ａの出力端子は低域フィルタ１８の入力
端子に接続される。

低域フィルタ１８は直列接続されたインダクタと並列接
続されたコンデンサとより成る。

信号を増幅し、そしてその振幅を制限する回路２０ｂは
２段接続の高利得差動増幅器より成る。

これらの増幅器は、入力信号の振幅が該増幅器の出力電
圧振幅を全利得で割り算した値よりも大きいならば、入
力信号の波形に無関係に方形波出力信号を発生する。

振幅制限増幅器の出力信号は出力端子２３を有するコン
デンサーインダクタ結合形の帯域フィルタ２２に印加さ
れる。

第３図を参照するに、そこには位相検出器２６、ゲート
２８およびしきい値検出器３２の具体的な回路図が示さ
れており、しきい値検出器３２が直角成分検出器を具備
する場合を示している。

位相検出器２６は帯域フィルタ２２の出力端子２３に接
続される。

位相検出器２６は４個のダイオードで構成したブリッジ
回路より成る。

高調波変換器を使用した高周波計数装置において、一般
に高調波次数決定回路の一部に直角成分検出器が使用さ
れる。

このような直角成分検出器はしきい値検出器３２の一部
として使用されてよい。

直角成分検出器は帯域フィルタ２２の出力端子２３と他
の位相検出器３６とに接続された９０°移相器を含む。

位相検出器３６は９０°移相器３４と基準発振器２４の
各出力端子に接続される。

したがって、位相検出器３６は例えば電圧制御続発振器
１４の高調波信号の周波数から被測定信号の周波数を引
算した値が基準発振器２４の基準周波数に等しいときに
正の最大電圧を生じ、一方被測定信号の周波数から前記
高調波信号の周波数を引算した値が前記基準周波数に等
しいときに負の最大電圧を生ずる。

したがって位相検出器３６の出力信号は前記２つの状態
を区別する出力信号を発生する。

該位相検出器３６は差動増幅器３８に接続され、該位相
検出器３６の出力信号はゼナーダイオード４０によって
発生される基準電圧と比較される。

差動増幅器３８の出力信号は電圧効果トランジスタ２８
のゲートに印加される。

電界効果トランジスタ２８は位相検出器２６の出力信号
を増幅器３０に印加するように動作する。

電界効果］・ランジスタ２８のソース電極は増幅器３０
の入力端子に接続される。

したがって本発明によれば、被測定信号と電圧制御続発
振器の各出力信号の各高調波信号による誤った位相ロッ
ク動作は生じなく、また被測定信号の基本周波数と電圧
制御続発振器の高調波信号の高調波周波数とでどちらか
の周波数が他方に比べて高いときにのみ位相ロック動作
を生じさせることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による位相ロック回路のブロック図、第
２，３図は第１図に示した位相ロック回路の一部詳細回
路図、第４図は第１図に示した位相ロック回路の動作を
説明するための特性線図である。 １２：入力端子、１４：電圧制御続発振器、１６：高調
波ミキサ、１８：低域フィルタ、２０：振幅制限増幅器
、２２：帯域フィルタ、２４：基準発振器、２６：位相
検出器、２８：ゲート、３０：増幅器、３２：しきい値
検出回路、３４：９０°移相器、３６：位相検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被測定信号が印加される入力端子と帰還信号が印加
   される入力端子および出力端子を具えた高調波ミキシン
   グ手段と、低域フィルタおよび振幅制限増幅器を介して
   前記高調波ミキシング手段の出力信号を受信する帯域フ
   ィルタと、前記帯域フィルタの出力信号と基準信号との
   位相差を検出する位相検出器と、前記帯域フィルタの出
   力信号の振幅に応じて制御信号を送出するしきい値検出
   器と、前記制御信号および前記位相検出器の誤差信号を
   受信するアンドゲートと、前記アンドゲートの出力信号
   に応じて前記帰還信号の周波数を制御する電圧制御形発
   振器とを具備して戒る位相ロック回路。