CN101233471B - 多频率源系统的偏移信号相位调整 - Google Patents
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Abstract
一种使用偏移信号相位调整的可调多频率源系统，包括第一频率源、相位延迟单元和被配置为与第一频率源同时操作的第二频率源。第一频率源包括被耦合以接收参考输入信号的输入端和提供第一频率源信号的输出端。相位延迟包括被耦合以接收该输入参考信号的输入端和输出端，该相位延迟单元可用于将预定相位延迟施加于该输入参考信号以产生相位延迟输入信号。该第二频率源包括被耦合以接收该相位延迟输入信号的输入端和提供第二频率源信号的输出端。
Description
相关申请的交叉引用
与本专利申请相关的并与本专利申请同时申请的下述每一专利申请，其内容在此引入用于参考目的：
“Multiple Frequency Source System and Method of Operation”申请号------，代理卷号RFM-15-PCT；和
“System and Method for Mitigation Phase Pulling in a MultipleFrequency Source System”，申请号------，代理卷号RFM-17-PCT。
本专利申请要求优先权，并且结合了以下每件美国专利申请：
“Multiple Frequency Source System and Method of Operation”，申请号60/595,754，于2005年8月2日提交；
“Offset Signal Phasing for a Multiple Frequency Source System”，申请号60/595,749，于2005年8月2日提交；和
“System and Method for Mitigation Phase Pulling in a MultipleFrequency Source System”，申请号60/595,750，于2005年8月2日提交。
背景技术
本发明涉及使用同时使用可操作频率源的可调系统，尤其是用于所述系统的偏移信号相位调整。
在系统中实施多频率源，正如名为“Multiple Frequency Source Systemand Method of Operation”的申请所述，出现的可能的挑战在于如何控制该系统的功率消耗。特别是，多频率源的操作可能造成来自电力供应的高峰值电流需求，可能导致电源电压下降到不足以继续可靠的系统运行的水平。
因此，所需要的是一种可以避免高峰值电流消耗的具有多个频率源的系统及方法。
发明内容
在此介绍的在多频率源系统中避免高峰值功率(电流或电压)消耗的系统及方法通过使用相位延迟以错开输入信号对各自频率源的施加。
在示例性的实施例中，该多频率源系统包括第一操作频率源、相位延迟单元、和被配置为与第一频率源同时操作的第二操作频率源。该第一频率源包括被耦合以接收参考输入信号的输入端，和提供第一频率源信号的输出端。相位延迟单元包括被耦合以接收该输入参考信号的输入端，和输出端，该相位延迟单元可用于将预定相位延迟施加于该输入参考信号以产生相位延迟输入信号。第二频率源包括被耦合以接收该相位延迟输入信号的输入端，和提供第二频率源信号的输出端。
本发明的这些及其他特点，通过结合下文的详细说明及其附图，将得到更好的理解。
附图说明
图1A描述了一种使用多频率源的可调系统，此系统中所述频率源的操作是一致的。
图1B描述了附图1A中的可调多频率源系统中的时域信号波形及峰值电流消耗。
图2A举例说明了根据本发明使用偏移信号相位调整的多频率源系统。
图2B举例说明了根据本发明在某一实施例中操作多频率源系统的方法。
图2C描述使用图2B中的方法的图2A中的系统的时域信号波形及峰值电流消耗。
图3举例说明在图2A中的可调多频率源系统中，用于提供偏移信号相位调整的相位延迟单元的实现。
图4举例说明图3A中的可调多频率源系统的稳压电源的方框图。
为清楚起见，先前确认的特征，在随后的附图中保留其参考标记。
具体实施方式
图1A描述了一种使用同时操作频率源(“可调多频率源”)的可调系统，此系统中所述频率源以高电流模式一致地操作。在某一特定的实施例中，该系统100包括n个频率源1301，n，其包括至少一个可调源，例如变频振荡器或者锁相环。一个或更多剩余的频率源可以是可调或固定的频率源。
在操作期间，该系统接收到输入信号110，该输入信号110被提供给该可操作频率源1301，n中的两个或多个(所有，如示出的)。该输入信号110可用于初始化高电流运行模式，可以包括激活频率源以生成输出信号Fs1，n。在示例性实施例中，该输入信号110可以是时钟信号，参考信号，或者是其他可用于激活频率源的信号，或者以其他方式产生高电流运作模式，以使得频率源开始吸引(draw)大量电流(例如，超过其最大电流处理能力的50％以上)。
图1B描述了图1A中的可调多频率源系统中的时域信号波形及峰值电流消耗。如图中所示，多个频率源被激活，并且相应地，进入到完全同步操作的高电流模式。结果，供电总线经常遭受到极高电流供应高峰。这种状况造成了不期望的结果，由于电源供应可能不具有足够的能力以供应在此期间所需的高峰值电流，导致供电电压下降到不足以继续可靠的系统运行的水平。此外，在时域中高电流峰值的产生常常伴随着大量寄生产物。大量寄生产物出现在供电总线上是非常严重的问题，当供电总线装置为每一个频率源1301，n提供一条信道，在那里该寄生产物可以结合所期望的输出信号Fs1，n以降低该预定的输出信号Fs1，n的相位噪音。
图2A举例说明了根据本发明使用偏移信号相位调整的可调多频率源系统。该系统包括n个可用于生成n个相应的频率源信号Fsn的频率源2301，n，和n-1个相位延迟单元2201，(n-1)。输入信号210可操作性地激活，或者以其他方式导致耦合的频率源2301，n进入高电流模式。
如图中所示，该n-1个相位延迟单元2201，n被插入相邻的频率源之间，其中，上述频率源中的一个(例如，频率源2，2302)接收到该输入信号210的未延迟版本(此处称为参考输入信号)，并且作为参考频率源来操作。n-1个相位延迟单元220中的每一个都可用于将特定的预相位调整位偏移ф1，(n-1)施加于该输入信号，从而产生n-1个延迟的输入信号225。预定相位偏移的计算，将在下面进一步说明。通过计算相位偏移并且将所述偏移通过相位延迟单元220施加于上述频率源，上述频率源的电流消耗可以错开，并且可以缓解供电电压下降或是产生寄生产物的不理想的状况。
该相位延迟可以被电力提供，即，通过使用诸如反相器(inverter)等的特殊装置，或者物理上的，通过一系列的级联单元(例如，反相器)实现，该级联单元提供一相当于期望的相位延迟的时延。该系统200可在“梯”型网络装置中实现，其中，第n个频率源230n所输入的相位延迟是延迟单元2202至220n的总和。或者，“星”型网络可以被使用，其中，每个延迟单元2201，2接收该系统输入信号210，并且只有一个延迟单元用于在输入到相应的频率源230之前施加该期望的延迟。另外可选的是，如图2A所示的实施例，该系统可以使用两种类型的结构元件。
图2B举例说明了根据本发明在某一实施例中操作可调多频率源系统的方法。最初在262，从多个频率源中标识参考频率源(例如，源2302)。输入到参考频率源的信号被定义为在随之的相位偏移计算过程中具有相对相位零度偏移。
在264，计算每一个剩余n-1个信号的相位偏移，上述信号被输入到相应的n-1个频率源中。在这个过程的一个实施例中，该参考信号，以及该剩余的n-1个输入信号在计算公式提供的相位范围内相等地间隔开：
这里，n是同时操作的频率源的数目。
例如，在其中实施三个频率源的系统实施例中，该参考输入信号位于0度，并且该第一和第二相位延迟信号分别位于120和240度相位。
在另一实施例中，该参考输入信号以及该剩余的n-1个相位延迟信号被相等地间隔在180度的相位范围内。例如，在其中实施三个频率源的系统实施例中，该参考输入信号位于0度，并且该第一和第二相位延迟信号分别位于90和180度相位。
在266，为各n-1个输入信号计算的相位偏移被施加于他们相应的输入信号以提供期望的相位延迟。在该过程的特定实施例中，该n-1个输入信号的一个或多个通过奇数(2n+1)个级联反相器被传送，以提供相对于偶数(2n)个级联反相器180度的相移，上述偶数(2n)的级联反相器可被用于提供该参考输入信号。在其他实施例中，该n-1个输入信号的一个或多个通过电路单元(例如，反相器)的级联串被传送，该电路单元级联串可用于提供物理时延，该物理时延提供所期望的相位延迟。这些方法的结合可以用于提供所需的相位延迟元件，进一步说明如下。
图2C描述了使用图2B中的方法的图2A中的系统的时域信号波形及峰值电流消耗。与图2A相一致的系统响应被显示，该系统使用三个同时操作频率源，上述三个频率源提供各自的输出频率Fs0、Fs1和Fs2。该系统包括第一相位延迟单元ф1，其产生180度的相移延迟输入信号2251，该信号2251被提供给其相应的频率源2301以产生输出波形FS1。进一步包括第二相位延迟单元ф2，其生成90度的相移延迟输入信号2252，该信号2252被提供给其相应的频率源2303以产生输出波形FS3。
如时域波形的显示，FS1，FS2，FS3上升边缘彼此偏移90度。偏移相位调整相对于附图1的响应产生了分布式的峰值电流响应，导致减少了电源峰值并且产生较少的寄生产物。
如上所述，一个或更多同时操作的频率源2301，n将是可调源，其中一个例子是sigma-delta分数锁相环电路，其余的频率源由设计来定，可以是可调的或是固定的频率。在具体的实施例中，该频率源是锁相环，与之相结合的相位延迟单元可以沿信号路径设置，其提供了环路的参考信号FRef。
图3举例说明了在图2A的系统中，用于提供偏移信号相位调整的相位延迟单元的实现。相位延迟单元ф12201包括三个反相器3101、3102和3103，这个数字代表了其比提供所述参考输入信号2252的反相器单元3201，3202的总数多一个。在这个实施例中，上述两个反相器延迟单元3101和3102被用于提供输入缓冲到接收该参考输入信号2252的该参考频率源2302的输入端，并且，在相位延迟单元2201中供应的另外的反相器单元3103提供相对于该参考输入信号2252的180度相位。在可选实施例中，使用了更少的反相器单元(例如，没有反相器用于参考输入信号2252，一个反相器单元用于产生该延迟输入信号2251)，或者，使用了更多的反相器单元(例如，2n个反相器用于生成该延迟输入信号2251，并且2n+1个反相器用于生成参考输入信号2252)。
在特定实施例中，实现了使用多个串联耦合的反相器单元3301，m的相位延迟单元ф22202，该集中排列产生期望的时间/相位延迟。在一个实施例中，该期望的延迟基本上介于现有的参考相位调整与延迟输入信号2251和2252之间。例如，在以上描述的实施例中，参考和延迟输入信号2251和2252位于相对相位调整0和180度，足够数量的反相器单元3301，m被级联起来以提供一个基本相当于90度的相位延迟的时间/相位延迟。例如，需要150-200个级联排列的反相器以提供该物理延迟。由于变换器单元在尺寸上是相当小的，具有高度的相关出产量，并且容易生产，在一个集成电路上能够容易地实现大批量而没有困难。
图4举例说明了用于图3A中的可调多频率源系统的稳压电源(此处为“调节器”)的方框图。该调节器400包括运算放大器OP1 410、晶体管T1 420、反馈电阻R1和R2 430、调节电容器C1 440，和供电总线450。该运算放大器410被连接在常规的非反相放大器结构内，并且该运算放大器包括被耦合以接收参考电压的非反相输入端，和由耦合到反相输入端的电阻430a和430b组成的电阻分压器。调节电容器440可用于过滤沿供电总线450传播的交流信号，并且当供电晶体管420处于截止模式时，调节电容器440供应电荷至供电总线450。供电晶体管420(举例说明，如双极型晶体管)包括耦接至非稳压电源的集电极，耦接至运算放大器410的输出端的基极，和耦接至供电总线450的发射极。
当该参考源切换(toggle)时，该供电晶体管420和该调节电容器440提供所需的电流。由于调节器的有限带宽(特别是当它在供应非常低的直流电时)，由调节电容器440从储存的电荷提供该峰值电流，会随之带有上述调节电压的下降。当依赖于该调节带宽时间的延迟之后，调节器恢复调节电容器440中的电荷，使调节电压保持在一个稳定的状态值。在低电流传导中，以较高频形式提供的所述峰值电流的较低值作为需要以高频电流模式被提供的峰值电流的低通滤波。结果，减少了该调节电压上的电压纹波。
正如本领域普通技术人员容易理解的，上述过程可以由硬件、软件、固件或者这些实施的组合来实现。另外，一些或所有被描述的过程也可以以计算机可读介质(可移动磁盘、易失性存储器或非易失性存储器、嵌入式处理器，等等)上的计算机可读代码指令的形式来实现，指令代码可操作的编程其他这样的可编程设备以执行所期望的功能。
术语“一”或“一个”被用于指示一个或一个以上所描述的特征。此外，术语“连接”或“耦接”指示相互通信的特征(电子的、机械的、热耦合的，视情况而定)，直接的或通过一个或更多的中间结构或物质。涉及方法流程图中的操作和动作的顺序是示例性的，并且上述操作和行动可以以不同的顺序执行，并且两个或更多个操作和动作可以被同时执行。在此提及的所有出版物，专利和其他文件完全引入作为参考。在任何所结合的文件与本文之间存在的所有不一致的用法上，以本文的用法为准。
前述说明是以举例和说明的目的而提出的，并非穷尽的或是将该发明限制至所公开的确切形式，并且明显地，通过所公开的教导进行许多修改和变化是可能的。选择所描述的具体实施例是为了最好的解释本发明的原理，并且允许其他本领域普通技术人员以不同实施例以及作出适用于预期效果的改进以最好地利用本发明的实际应用。本发明期望的保护范围由在此所附的权利要求限定。
Claims (27)
1.一种被配置为使用多个同时操作的频率源的可调系统，其中，提供给所述多个频率源中的一个或多个的输入信号相对于提供给其他频率源中的一个或多个的输入信号相位偏移，所述相位偏移产生使得所述频率源的电流消耗被错开的相位关系，该系统包括：
第一频率源，其具有被耦合以接收参考输入信号的输入端，和提供第一频率源信号的输出端；
相位延迟单元，其具有被耦合以接收所述参考输入信号的输入端，和输出端，所述相位延迟单元可用于将预定相位延迟施加于所述参考输入信号以产生相位延迟输入信号；以及
第二频率源，其被配置为与所述第一频率源同时操作，所述第二频率源具有被耦合以接收所述相位延迟输入信号的输入端，和提供第二频率源信号的输出端。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述相位延迟单元包括反相器单元，并且其中，所述第一频率源和所述第二频率源基本上相差180度。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一频率源或者所述第二频率源中的至少一个包括锁相环电路。
4.根据权利要求1所述的系统，进一步包括偶数个被耦接至所述第一频率源的串联耦合的反相器，并且其中所述相位延迟单元包括该偶数+1个串联耦合排列的反相器。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述相位延迟单元包括第一相位延迟单元，所述第一相位延迟单元可用于将第一预定相位延迟施加于所述参考输入信号以产生第一相位延迟输入信号，该系统进一步包括：
第二相位延迟单元，其具有被耦合以接收所述参考输入信号的输入端，和输出端，所述第二相位延迟单元可用于将第二预定相位延迟施加于所述参考输入信号以产生第二相位延迟输入信号；以及
第三频率源，其具有被耦合以接收所述第二相位延迟输入信号的输入端和提供第三频率源信号的输出端。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述相位延迟单元包括可用于将第一预定相位延迟施加于所述参考输入信号以产生第一相位延迟输入信号的第一相位延迟单元，该系统进一步包括：
第二相位延迟单元，其具有被耦合以接收所述第一相位延迟输入信号的输入端，和输出端，所述第二相位延迟单元可用于提供第二预定相位延迟给已提供的第一相位延迟输入信号以产生第二相位延迟输入信号；以及
第三频率源，其具有被耦合以接收所述第二相位延迟输入信号的输入端和提供第三频率源信号的输出端。
7.根据权利要求5所述的系统，其中所述参考输入信号被定义为操作在0度相位参考，并且其中所述第一和第二相位延迟单元可用于提供第一和第二相位偏移以产生各自的第一和第二相位延迟输入信号，其中所述参考输入信号、所述第一相位延迟输入信号、和所述第二相位延迟输入信号在由以下计算公式提供的相位范围内被相等地间隔开：
这里n是同时操作的频率源的数目。
8.根据权利要求5所述的系统，其中所述参考输入信号被定义为操作在0度相位参考，并且其中所述第一和第二相位延迟单元可用于提供第一和第二相位偏移以产生各自的第一和第二相位延迟输入信号，其中所述参考输入信号、所述第一相位延迟输入信号、和所述第二相位延迟输入信号在180度相位范围内被相等地间隔开。
9.根据权利要求6所述的系统，其中所述参考输入信号被定义为操作在0度相位参考，并且其中所述第一和第二相位延迟单元可用于提供第一和第二相位偏移以产生各自的第一和第二相位延迟输入信号，其中所述参考输入信号、所述第一相位延迟输入信号，和所述第二相位延迟输入信号在由以下计算公式定义的相位范围被相等地间隔开：
这里n是同时操作的频率源的数目。
10.根据权利要求6所述的系统，其中所述参考输入信号被定义为操作在0度相位参考，并且其中所述第一和第二相位延迟单元可用于提供第一和第二相位偏移以产生各自的第一和第二相位延迟输入信号，其中所述参考输入信号、所述第一相位延迟输入信号、和所述第二相位延迟输入信号在180度相位范围被相等地间隔开。
11.权利要求7所述的系统，其中所述第一相位延迟单元包括第一串联耦合排列的反相器单元，其中所述第一串联耦合排列的反相器单元的时延总和基本上等于所述第一相位偏移。
12.根据权利要求8所述的系统，其中所述第一相位延迟单元包括第一串联耦合排列的反相器单元，其中所述第一串联耦合排列的反相器单元的时延总和基本上等于所述第一相位偏移。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述第二相位延迟单元包括第二串联耦合排列的反相器单元，其中所述第二串联耦合排列的反相器单元的时延总和基本上等于所述第二相位偏移。
14.根据权利要求12所述的系统，其中所述第二相位延迟单元包括奇数个反相器单元的串联耦合排列，其中通过比该奇数个反相器单元少一个的反相器单元的串联排列的传送生成参考输入信号。
15.一种被配置为使用多个同时操作的频率源的可调系统，其中，提供给所述多个频率源中的一个或多个的输入信号相对于提供给其他频率源中的一个或多个的输入信号相位偏移，所述相位偏移产生使得所述频率源的电流消耗被错开的相位关系，该系统包括：
第一频率源，其具有被耦合以接收参考输入信号的输入端，和提供第一频率源信号的输出端；
第一相位延迟单元，其具有被耦合以接收所述参考输入信号的输入端，和输出端，所述相位延迟单元可用于将第一预定相位延迟施加于所述参考输入信号以产生相位延迟输入信号；
第二频率源，其被配置为与所述第一频率源同时操作，所述第二频率源具有被耦合以接收所述第一相位延迟输入信号的输入端，和提供第二频率源信号的输出端；
第二相位延迟单元，其具有被耦合以接收所述参考输入信号的输入端，和输出端，所述第二相位延迟单元可用于提供第二预定相位延迟给所述参考输入信号以产生第二相位延迟输入信号；
第三频率源，其被配置为与所述第一和第二频率源同时操作，所述第三频率源具有被耦合以接收所述第二相位延迟输入信号的输入端和提供第三频率源信号的输出端。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述参考输入信号被定义为操作在0度相位参考，并且其中所述第一和第二相位延迟单元可用于提供第一和第二相位偏移以产生各自的第一和第二相位延迟输入信号，其中所述参考输入信号、所述第一相位延迟输入信号、和所述第二相位延迟输入信号在由以下计算公式所定义的相位范围内被相等地间隔开：
这里n是同时操作的频率源的数目。
17.根据权利要求15所述的系统，其中所述参考输入信号被定义为操作在0度相位参考，并且其中所述第一和第二相位延迟单元可用于提供第一和第二相位偏移以产生各自的第一和第二相位延迟输入信号，其中所述参考输入信号、所述第一相位延迟输入信号、和所述第二相位延迟输入信号在180度的相位范围被相等地间隔开。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述第一相位延迟单元包括第一串联耦合排列的反相器单元，其中所述第一串联耦合排列的反相器单元的时延总和基本上等于所述第一相位偏移。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述第二相位延迟单元包括奇数个反相器单元的串联排列，其中通过比该奇数个反相器单元少一个的反相器单元的串联排列的传送生成参考输入信号。
20.一种在配置为使用n个同时操作的频率源的可调系统中使用偏移信号相位调整操作所述系统的方法，在所述系统中每一个所述频率源接收输入信号用于控制该频率源运行在高电流模式下，相位偏移产生使得所述频率源的电流消耗被错开的相位关系，该方法包括：
从所述多个频率源中标识参考频率源，标识的参考频率源接收参考输入信号；
计算提供给每个剩余频率源的每个剩余输入信号的相位偏移；以及
将计算的相位偏移施加到各n-1个所述剩余输入信号以延迟所述剩余输入信号到各自频率源的施加。
21.根据权利要求20所述的方法，其中计算相位偏移包括在180度相位范围内计算所述剩余输入信号的相等的相位间隔偏移。
22.根据权利要求20所述的方法，其中计算相位偏移包括在下列公式所定义的相位范围计算所述剩余输入信号的相等的相位间隔偏移：
这里n是同时操作的频率源的数目。
23.根据权利要求20所述的方法，其中将该计算后的相位偏移施加到各自的n-1个剩余输入信号包括通过反相器单元的级联排列传送所述n-1个剩余输入信号中的至少一个。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述级联排列包括奇数个反相器单元。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述级联反相器单元的数量可用于提供基本上等于该计算后的相位偏移的时延。
26.根据权利要求24所述的方法，其中所述参考输入信号通过比该奇数个反相器单元少一个的偶数个反相器单元的级联排列提供给所述参考频率源。
27.一种在配置为使用n个同时操作的频率源的可调系统中使用偏移信号相位调整操作所述系统的设备，在所述系统中每一个所述频率源接收输入信号用于控制该频率源运行在高电流模式下，该设备包括：用于从多个频率源中标识参考频率源的装置，标识的参考频率源接收参考输入信号；
用于计算提供给每个剩余频率源的每个剩余输入信号的相位偏移的装置，所述相位偏移产生使得所述频率源的电流消耗被错开的相位关系；以及
用于将计算的相位偏移施加到各n-1个所述剩余输入信号以延迟所述剩余输入信号到各自频率源的施加的装置。
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Publications (2)
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