振蕩裝置以及通訊系統的制作方法

振蕩裝置以及通訊系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種振蕩裝置以及通訊系統，其能夠相對于外部基準信號而輸出頻率及相位與該外部基準信號一致的頻率信號。設置在振蕩裝置的鎖相環路電路內的電壓控制振蕩部，振蕩與控制電壓對應的頻率的振蕩頻率信號，分頻部為了使所述振蕩頻率信號的頻率與自外部輸入的基準頻率信號的頻率一致，而將振蕩頻率信號的頻率分頻為1/N。相位比較部將經分頻的振蕩頻率信號的相位與基準頻率信號的相位進行比較，并輸出與相位差對應的信號，控制電壓供給部產生與如下信號對應的控制電壓，并將所述控制電壓供給至所述電壓控制振蕩部，所述信號對應于所述相位差。另外，利用所述分頻部進行了分頻的振蕩頻率信號也成為向外部輸出的輸出頻率信號。
【專利說明】振蕩裝置以及通訊系統

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種調整自具備鎖相環路(Phase Locked Loop,PLL)電路的振蕩裝置輸出的頻率信號的相位的技術。

【背景技術】
[0002]設置在移動通訊或地面數字廣播(digital terrestrial broadcast)等的基站(base stat1n)的頻率合成器(synthesizer),具備包含外部同步用的鎖相環路電路的振蕩裝置。外部同步用的鎖相環路電路朝向具備電壓控制晶體振蕩器(Voltage-ControlledCrystal Oscillator,VCX0)的后級的數字鎖相環路，輸出具有與自外部獲取的基準頻率信號一致的頻率的頻率信號。
[0003]分配利用銫(cesium)頻率標準振蕩器或銣(rubidium)標準振蕩器等標準振蕩器振蕩的頻率信號而供給的基準頻率信號，在這些設備或傳輸路徑產生故障的情況等時，有時輸入暫時性地中斷。另外，在頻率合成器主體的維護(maintenance)等時,切斷電源,其后進行再通入電源的操作。
[0004]
【發明者】在所述基準頻率信號中斷后的恢復時或電源再通入之后，對在此前后自鎖相環路電路輸出的頻率信號進行比較的結果發現，即便在鎖相環路電路鎖定(lock)而輸出頻率信號的頻率與基準頻率信號的頻率一致的情況下，也有每當恢復或電源通入等時這些頻率信號間的相位偏移而不為固定的情況。
[0005]自這種鎖相環路電路輸出的頻率信號，有作為相同的系統內的不同裝置的外部同步信號而使用的情況。在所述裝置以與原來的基準頻率信號的相位關系始終固定為條件而動作時，如果如上所述般鎖相環路電路的輸出頻率的相位偏移，則有在該裝置的內部產生時鐘偏移(clock offset),從而動作的時序(timing)偏移而產生錯誤(error)等的情況。
[0006]此處，引用文獻I中記載有如下的鎖相環路電路，該鎖相環路電路在對半導體集成電路內的多個功能區塊(block)供給內部時鐘信號時，產生相對于自外部輸入的時鐘信號具有固定的相位差而同步的內部時鐘信號。該鎖相環路電路輸出內部時鐘，該內部時鐘是利用延遲電路而相對于外部時鐘信號來賦予相位差，進而利用分頻器及倍增器進行了分頻、倍增，但引用文獻I中并未有涉及外部時鐘信號的中斷或電源通入前后的內部時鐘信號的相位的穩定性的記載。
[0007][【背景技術】文獻]
[0008][專利文獻]
[0009][專利文獻I]日本專利特開2004-120443號公報(段落0002?段落0005，圖6)


【發明內容】

[0010]本發明是鑒于所述情況而完成的，其目的在于提供一種能夠輸出頻率及相位相對于外部基準信號一致的頻率信號的振蕩裝置。
[0011]本發明的振蕩裝置的特征在于包括:
[0012]電壓控制振蕩部，振蕩與控制電壓對應的頻率fl的振蕩頻率信號；
[0013]分頻部，用以將所述振蕩頻率信號的頻率分頻為1/N(N為自然數)而與自外部輸入的基準頻率信號的頻率f2 —致；
[0014]相位比較部，將經分頻的所述振蕩頻率信號的相位與所述基準頻率信號的相位進行比較，并輸出與相位差對應的信號；以及
[0015]控制電壓供給部，產生與對應于所述相位差的信號對應的控制電壓，并將該控制電壓供給至所述電壓控制振蕩部；且
[0016]將所述經分頻的振蕩頻率信號向外部輸出。
[0017]此處，所述分頻部的N為2以上的自然數，或N為I。
[0018]另外，所述振蕩裝置也可具備以下特征。
[0019](a)所述電壓控制振蕩部為具恒溫槽的晶體振蕩器。
[0020](b)在所述基準頻率信號的輸入中斷的情況下，將供給至所述電壓控制振蕩部的控制電壓固定為該基準頻率信號中斷時的控制電壓，且繼續向外部輸出振蕩頻率信號。
[0021]進而，本發明的通訊系統的特征在于包括:上述振蕩裝置；以及將自該振蕩裝置輸出的所述經分頻的振蕩頻率信號用作外部同步信號的裝置。
[0022][發明的效果]
[0023]根據本發明，使用鎖相環路電路，將利用電壓控制振蕩部振蕩的頻率fl的振蕩頻率信號利用分頻部分頻為1/N，而使分頻后的振蕩頻率信號的相位與進行相位比較的基準頻率信號的頻率f2的相位一致，并且將該經分頻的振蕩頻率信號向外部輸出。其結果，基準頻率信號、相位比較用的頻率信號、輸出至外部的頻率信號的頻率及相位關系成為固定，因此可輸出穩定的頻率信號。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是以往的外部同步用的鎖相環路電路的框圖。
[0025]圖2是表示所述以往的鎖相環路電路中的基準頻率信號與輸出頻率信號的相位關系的說明圖。
[0026]圖3是本發明的實施方式的鎖相環路電路的框圖。
[0027]圖4是表實施方式的鎖相環路電路中的分頻后的振蕩頻率信號與基準頻率fg號的相位關系的說明圖。
[0028]圖5是另一實施方式的鎖相環路電路的框圖。
[0029]圖6是比較例的鎖相環路電路的框圖。
[0030]圖7是在比較例的鎖相環路電路產生頻率信號的相位的偏移的機制(mechanism)的說明圖。
[0031]附圖標記:
[0032]1:恒溫槽控制晶體振蕩器
[0033]2:低通濾波器(環路濾波器)
[0034]3:相位比較器
[0035]4:電荷泵
[0036]5、5a、5b:分頻器
[0037]8:控制部
[0038]61、62:低通濾波器
[0039]63、65:帶通濾波器
[0040]64:放大器
[0041]71:輸入端子
[0042]72:輸出端子

【具體實施方式】
[0043]首先，為了理解本發明的特征，而對以往的外部同步用的鎖相環路電路的構成進行說明。圖1的框圖所示的鎖相環路電路，將利用作為電壓控制振蕩部的恒溫槽控制晶體振蕩器(具恒溫槽的晶體振蕩器；Oven-Controlled Crystal Oscillator, 0CX0)1振蕩的矩形波即振蕩頻率信號(頻率Π = 40MHz)，利用分頻器5 (分頻部)進行1/4分頻(分頻比N = 4)。然后，利用相位比較器3(相位比較部)對經分頻的振蕩頻率信號與自外部輸入的矩形波即基準頻率信號(頻率f2 = 1MHz)進行相位比較。此處，圖中的71為基準頻率信號的輸入端子，61為去除基準頻率信號的高頻成分的低通濾波器(Low-Pass Filter,LPF)。
[0044]相位比較器3輸出與這些頻率信號的相位差對應的信號，且利用電荷泵(chargepump) 4將該信號升壓并供給至形成環路濾波器(loop filter)的低通濾波器2。低通濾波器2將與相位差對應的信號轉換為直流電壓，并將該直流電壓作為頻率的控制電壓供給至恒溫槽控制晶體振蕩器I。因此，低通濾波器2發揮作為本實施方式的控制電壓供給部的作用。
[0045]恒溫槽控制晶體振蕩器I通過恒溫槽(oven)將振蕩頻率信號的晶體振子的周圍的溫度保持為固定，從而可降低周圍的溫度變化對振蕩頻率的影響而以高精度振蕩具有穩定性高的頻率的頻率信號。而且，通過將相位比較器3中的與基準頻率信號的相位比較的結果作為控制電壓來反饋(feedback)，能夠以高精度進行頻率及相位的調整。
[0046]以如此方式調整了頻率及相位的振蕩頻率信號，由低通濾波器62去除高頻成分，并由放大器64進行放大,并且由帶通濾波器(Band-Pass Filter,BPF)63、帶通濾波器65抽取所期望的頻率范圍內的信號，自輸出端子72向后級的數字鎖相環路輸出。以下，有將自輸出端子72輸出的頻率信號稱為輸出頻率信號的情況。
[0047]例如，伴隨基準頻率信號中斷后的恢復或電源再通入，利用圖1所示的鎖相環路電路，進行由分頻器5進行了分頻的振蕩頻率信號與基準頻率信號的頻率、相位調整。另夕卜，如圖2所示，基準頻率信號的頻率為1MHz (兆赫)，利用恒溫槽控制晶體振蕩器I振蕩頻率大致為40MHz的頻率信號，將該振蕩頻率信號利用分頻器5進行1/4分頻并與基準頻率進行相位比較。其結果，如果分頻后的頻率信號(圖2中由虛線表示)的頻率及相位與基準頻率信號的頻率及相位一致，則鎖相環路電路鎖定(例如圖2的(I))。
[0048]此時，對基準頻率信號與輸出頻率信號的相位的關系進行說明。
[0049]如圖2的第I級的波形圖所示，自外部輸入1MHz的基準頻率信號。另一方面，鎖相環路電路內部的恒溫槽控制晶體振蕩器I振蕩40MHz的頻率信號(第4級、第6級、第8級、第10級的波形圖(I)?波形圖(4))。
[0050]例如，利用分頻器5對在第4級記載的振蕩頻率信號(I)的波形圖中記載有箭頭的時序上升的矩形波分頻而獲得1MHz的1/4分頻頻率信號(I)。在相位比較器3中，對該1/4分頻頻率信號(I)與基準頻率信號進行相位比較(由虛線表示)，并自輸出端子72輸出相位與該基準頻率信號一致的40MHz的頻率信號。
[0051]在將40MHz的振蕩頻率信號分頻的情況下，有將相對于該振蕩頻率信號(I)僅偏移I個周期?3個周期的相位的振蕩頻率信號(2)?(4)分頻而獲得1/4分頻頻率信號
(2)?1/4分頻頻率信號(4)的情況。即便在這些情況下，在使1/4分頻頻率信號(2)?1/4分頻頻率信號(4)的相位與基準頻率信號的相位一致時，輸出頻率信號的相位也相互—致。
[0052]如此，無論執行分頻的時序如何，在和能夠輸出與基準頻率信號的相位關系固定的輸出頻率信號的鎖相環路電路相比較，將例如40MHz的振蕩頻率信號進行1/4分頻而輸出1MHz的頻率信號的情況下，有時輸出頻率的相位偏移(參照下述的比較例)。
[0053]本發明的振蕩裝置中所設置的鎖相環路電路是基于所述課題而完成。
[0054]圖3表示本發明的實施方式的外部同步用的鎖相環路電路(記述為〈實施例1>)的框圖。在以下說明的鎖相環路電路的各框圖中，對與已經敘述的以往的鎖相環路電路共用的構成要素，標注與圖1所示者共用的符號。
[0055]本實施方式的鎖相環路電路與以往例的鎖相環路電路在如下方面不同，即本實施方式的鎖相環路電路在利用分頻器5將由恒溫槽控制晶體振蕩器I振蕩的40MHz的頻率信號進行1/4分頻(分頻比N = 4)之后，使分頻后的振蕩頻率信號分支為由相位比較器3進行相位比較的環路側的振蕩頻率信號、與向輸出端子7 2輸出的輸出側的振蕩頻率信號,而以往例的鎖相環路電路在使振蕩頻率信號分支為相位比較用的振蕩頻率信號與輸出用的振蕩頻率信號之后，利用設置在相位比較用的環路內的分頻器5對該振蕩頻率信號進行分頻。
[0056]通過采用圖3所示的構成，本例的鎖相環路電路中，輸入至相位比較器3的相位比較用的頻率信號與自輸出端子72輸出的頻率信號的頻率(本例中為1MHz)及相位一致。因此，不依賴于分頻器5開始分頻的時序，均可將相位相互一致的頻率信號向相位比較器3及輸出端子72輸出。
[0057]而且，在基準頻率信號的恢復或頻率合成器的電源再通入的前后，基準頻率信號的相位穩定，因此，如果使鎖相環路電路鎖定，則在產生這些情況的前后輸出相位一致的頻率信號(圖4)。
[0058]進而，在設置有本實施方式的鎖相環路電路的振蕩裝置中，設置有控制部8。本控制部8在來自外部的基準頻率信號的輸入中斷的情況下進行如下控制，S卩，將自低通濾波器2供給至恒溫槽控制晶體振蕩器I的直流電壓(控制電壓)固定為中斷時的電壓而使恒溫槽控制晶體振蕩器I持續振蕩。其結果，持續輸出在基準頻率信號即將中斷之前振蕩的振蕩頻率的頻率信號。基準頻率信號中斷時直流電力向恒溫槽控制晶體振蕩器I的供給也可設為如下構成，即，設置低通濾波器2以外的代替電源，在基準頻率信號中斷時，自該代替電源將低通濾波器2所輸出的電壓的直流電力供給至恒溫槽控制晶體振蕩器I。
[0059]根據設置在本實施方式的振蕩裝置中的鎖相環路電路，具有以下的效果。利用分頻器5將由恒溫槽控制晶體振蕩器I振蕩的頻率fl的振蕩頻率信號分頻為1/N，使分頻后的頻率信號與進行相位比較的基準頻率信號的頻率f2 —致，并且將該經分頻的振蕩頻率信號向外部輸出。其結果，基準頻率信號、相位比較用的頻率信號、自輸出端子72輸出的頻率信號的頻率及相位關系固定，因此不會產生由通過分頻器5執行分頻的時序偏移等所引起的相位的變動，可輸出穩定的頻率信號。
[0060]而且，可知自該鎖相環路電路輸出的頻率信號與基準頻率信號的相位關系固定，因此，在該基準頻率信號的輸入中斷的情況下，可使自低通濾波器2供給至恒溫槽控制晶體振蕩器I的直流電壓固定，將自恒溫槽控制晶體振蕩器I輸出的振蕩頻率信號進行1/4分頻，而輸出1MHz的頻率信號。具備本例的鎖相環路電路的振蕩裝置與如下裝置一起構成通訊系統，該裝置將自所述振蕩裝置輸出的輸出頻率信號用作外部同步信號。而且，如果將該輸出頻率信號用作后級的裝置的外部同步信號，則在基準頻率信號恢復之前等的短暫期間中，可向需要與外部同步信號的相位關系固定的后級的裝置持續供給基準頻率信號。
[0061]圖5表不另一實施方式的鎖相環路電路的構成例(圖5中記載為〈實施例2>)。本例的鎖相環路電路與圖3所示的鎖相環路電路在如下方面不同，S卩，在本例的鎖相環路電路中，利用恒溫槽控制晶體振蕩器I振蕩的頻率信號的頻率為10MHz，以及在不對利用恒溫槽控制晶體振蕩器I振蕩的頻率信號分頻的情況下，使該頻率信號分支為相位比較用的環路的頻率信號與向輸出端子72的輸出側頻率信號。
[0062]在該構成的情況下也如圖4所示，基準頻率信號、相位比較用的頻率信號、及自輸出端子72輸出的頻率信號的頻率及相位相互一致，因此可在基準頻率信號的中斷、恢復等的前后輸出具有穩定的相位的頻率信號。此處，圖5所示的鎖相環路電路可理解為如下情況，即在恒溫槽控制晶體振蕩器I的后級，設置有對振蕩頻率信號進行1/1分頻(分頻比N=D的分頻器。
[0063]圖6所示的鎖相環路電路表示一比較例，即，即便基準頻率信號的頻率與自鎖相環路電路輸出的頻率信號的頻率一致，也有在基準頻率信號的中斷、恢復等的前后相位不穩定的擔憂。比較例的鎖相環路電路與實施例的鎖相環路電路(圖3)在如下方面不同，即，比較例的鎖相環路電路在恒溫槽控制晶體振蕩器I的后級，在相位比較用的環路側與向輸出端子72的輸出側分別獨立地設置有分頻器5a、分頻器5b，而實施例的鎖相環路電路使利用共用的分頻器5進行了分頻的頻率信號分支為相位比較用的環路的頻率信號與輸出端子72的頻率信號。
[0064]在比較例的情況下有如下擔憂，S卩，因利用2個分頻器5a、分頻器5b在互為不同的時序開始分頻，而導致基準頻率信號與輸出頻率信號產生相位偏移。例如，在基準頻率信號與振蕩頻率信號的相位一致而鎖相環路電路鎖定時，考慮如下兩種情況，即，該兩種情況是相對于利用分頻器5a進行了分頻的相位比較用的環路的頻率信號(圖7中的1/4分頻頻率信號(I))，而利用輸出側的分頻器5b開始分頻的時序一致的情況，及每次延遲I個周期(以40MHz為基準)的情況。
[0065]在該情況下，如圖7的1/4分頻頻率信號(I)?1/4分頻頻率信號(4)所示般，產生輸出相位不同的4種輸出頻率信號的可能性，基準頻率信號與輸出頻率信號的相位一致的概率降低至25%。此情形在如下情況下也相同，即相對于利用相位比較用的環路的分頻器5a開始分頻的時序，而利用輸出側的分頻器5b開始分頻的時序每次提前I個周期，如果將這些情況加以匯總，則在與基準頻率信號的相位關系中輸出4種輸出頻率信號(圖7的1/4分頻頻率信號(I)?1/4分頻頻率信號(4))。
[0066]根據圖3、圖5所示的實施例、及圖1、圖6所示的以往例、比較例，可知為了在基準頻率信號的恢復或電源再通入的前后獲得相位穩定的頻率信號，只要為如下即可，即，使相位比較用的環路的頻率信號的頻率與基準頻率信號的頻率一致，且將進行該相位比較用的頻率信號的分頻的分頻器5 (也包含分頻比設為N= I而未設置分頻器5的情況)的輸出用于輸出頻率信號。
[0067]在以上所說明的各實施方式中，設置在鎖相環路電路內的電壓控制振蕩部并不限定于使用恒溫槽控制晶體振蕩器I的情況，既可使用溫度補償晶體振蕩器(Temperature-Compensated Crystal Oscillator, TCXO),也可使用電壓控制晶體振蕩器(Voltage Controlled Crystal Oscillator, VCXO)。
[0068]另外，自外部獲取的基準頻率信號也可由分頻器分頻后向相位比較器3輸入。在該情況下，如果如圖3所示般使用共用的分頻器5的輸出而產生相位比較用的頻率信號及輸出頻率信號(也包含圖5的不使用分頻器(分頻比為N= I)的情況)，則也可輸出相位與基準頻率一致的頻率信號。
【權利要求】
1.一種振蕩裝置，其特征在于包括: 電壓控制振蕩部，振蕩與控制電壓對應的頻率fl的振蕩頻率信號； 分頻部，用以將所述振蕩頻率信號的頻率分頻為ι/N而與自外部輸入的基準頻率信號的頻率f2 —致，其中N為自然數； 相位比較部，將經分頻的所述振蕩頻率信號的相位與所述基準頻率信號的相位進行比較，并輸出與相位差對應的信號；以及 控制電壓供給部，產生與對應于所述相位差的信號對應的控制電壓，并將所述控制電壓供給至所述電壓控制振蕩部，且 將所述經分頻的振蕩頻率信號向外部輸出。
2.根據權利要求1所述的振蕩裝置，其特征在于:所述分頻部的N為2以上的自然數。
3.根據權利要求1所述的振蕩裝置，其特征在于:所述分頻部的N為I。
4.根據權利要求1所述的振蕩裝置，其特征在于:所述電壓控制振蕩部為具恒溫槽的晶體振蕩器。
5.根據權利要求1所述的振蕩裝置，其特征在于:在所述基準頻率信號的輸入中斷的情況下，將供給至所述電壓控制振蕩部的控制電壓固定為該基準頻率信號的中斷時的控制電壓，且繼續向外部輸出振蕩頻率信號。
6.一種通訊系統，其特征在于包括:權利要求1所述的振蕩裝置；以及將自該振蕩裝置輸出的所述經分頻的振蕩頻率信號用作外部同步信號的裝置。
【文檔編號】H03L7/18GK104184467SQ201410214637
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年5月20日 優先權日:2013年5月21日
【發明者】土屋昇一 申請人:日本電波工業株式會社