CN102142862B - 用于噪声降低的混沌宽带频率调制器 - Google Patents

用于噪声降低的混沌宽带频率调制器 Download PDF

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Abstract

本发明的实施例涉及用于经由混沌宽带频率调制来降低在计算机系统中的电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)的装置和方法。在一个实施例中，混沌噪声调制器包括：主单元，用于产生与未调制参考信号对应的控制电压；以及从单元，其具有用于产生随机噪声信号的混沌信号产生器，所述从单元与所述主单元耦合，并且能够操作来响应于所述控制电压而产生调制输出信号。

Description

用于噪声降低的混沌宽带频率调制器
技术领域
本发明的实施例总体上涉及在计算机系统中的噪声降低领域。更具体地，本发明的实施例涉及用于经由混沌宽带频率调制来降低在计算机系统中的电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)的装置和方法。
背景技术
随着计算设备变得更普遍，由一个计算设备对另一个计算设备的工作引起的电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)降低了该另一个计算设备的性能。这样的干扰可以通过围绕计算机设备的特殊噪声降低壳体来降低，该壳体使任何外部电磁波或射频波转向，以免干扰该计算机设备的工作和性能。也可以在计算设备壳体上施加特殊涂料，以使得不期望的电磁信号或射频信号转向。这样的壳体和特殊涂料是昂贵的，因此随着计算设备价格的降低而不可行。
在计算设备中的噪声降低电路可以替代对于昂贵的壳体和特殊涂料的需要。传统上，诸如正弦、三角和Lexmark简表(profile)的周期调制简表已经用于降低由计算设备的处理器产生的功率谱峰值。该功率谱的较低功率峰值导致较低的EMI干扰。然而，这样的技术增加了功率谱的带宽。功率谱带宽的增加可能导致与相邻频带的干扰而引起RFI。
随着在自由频带内包括越来越多的片上无线电，多无线电环境设计者面临两个难题。
首先，不同的片上设备和周围环境使得频带正在变得越来越阻塞。这导致不同的设备彼此影响并且引起干扰。可以通过将工作频率从干扰信道移开来降低这样的干扰，如图1所示。图1示出频率对功率曲线来说明频率扩展的概念。为了降低RFI，通过将功率谱从101移到102来如所示那样移动工作频率。虽然可以通过频移来降低RFI，但是101和102的高功率峰值仍旧造成EMI问题。
第二，随着由于计算设备的大量出现而导致频率的增加，将EMI降低到由诸如联邦通信委员会(FCC)的管理部门规定的水平正在变得具有挑战性。传统上，通过扩频技术来应对这样的挑战，扩频技术使用周期时钟频率来对计算设备的功率频谱进行调制。
扩频技术增加频谱的带宽，以降低在频谱中的峰值功率。在图1中，在测试设备的频谱105上应用扩频技术产生更平的频谱104。如果需要进一步降低峰值功率，则进一步的扩展将产生103。然而，降低104的功率以处理EMI可能导致由于103的较高带宽而造成的RFI(如106所示)。105示出了为避免(由于较高的功率峰值而导致的)EMI而在功率上的损失。与对104应用的扩频技术相比较，使能更高的扩频技术会引起103更高的带宽。
附图说明
根据下文给出的详细描述并且根据本发明的各个实施例的附图，将更完整地理解本发明的实施例，然而，所述详细描述和附图不应当被视为将本发明限制于特定实施例，而是仅用于解释和理解。
图1说明用于降低EMI的扩频技术的可能引起RFI的问题。
图2是根据本发明的一个实施例的混沌宽带频率调制器的主和从配置的高级框图。
图3说明根据本发明的一个实施例的、经由混沌噪声信号来产生调制输出信号。
图4A说明根据本发明的一个实施例的混沌传送映射。
图4B说明根据本发明的一个实施例的混沌噪声产生器的实现。
图5A说明根据本发明的一个实施例的、将帐篷映射(tent map)实现为混沌传送映射函数的图4B的混沌噪声产生器的输出。
图5B说明根据本发明的一个实施例的、经由图4B的混沌噪声产生器的帐篷映射噪声的概率密度函数(PDF)。
图6A说明根据本发明的一个实施例的斜坡产生器600的高级框图。
图6B说明根据本发明的一个实施例的斜坡产生器(图2的210和211)的晶体管级实现。
图6C说明根据本发明的另一个实施例的斜坡产生器(图2的210和211)的晶体管级实现。
图7说明根据本发明的一个实施例的边沿产生器的高级实现。
图8A和图8B是示出根据本发明的一个实施例的、经由混沌噪声信号来产生调制输出信号的过程的流程图。
图9说明根据本发明的一个实施例的、基于混沌噪声的调制相对于基于周期三角信号的调制的益处。
具体实施方式
本发明的实施例讨论了用于经由混沌宽带频率调制来降低在计算机系统中的电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)的装置和方法。
在本说明书中对“实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”或“其他实施例”的引用表示结合这些实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一些实施例中，但是不必然被包括在所有的实施例中。在各处出现的“实施例”、“一个实施例”或“一些实施例”不必然都指的是相同的实施例。如果说明书声明“可以”、“可能”、“可”包括一组件、特征、结构或特性，那么该特定组件、特征、结构或特性不必一定被包括其中。如果说明书或权利要求提及“一个(“a”或“an”)”元件，这并不意味着仅有一个该元件。如果说明书或权利要求提及“一个附加的”元件，这并不排除有一个以上的所述附加元件。
如在背景技术部分中所提及的，基于用于频率调制的周期时钟信号的扩频技术以新功率谱更宽的带宽为代价使功率峰值降低。该新功率谱更宽的带宽可能引起与相邻工作频谱的RFI。经由在其连续的采样之间具有零相关性的纯噪声信号来应用扩频，所述纯噪声信号是用于对调制输出时钟的频谱进行一致扩展的理想调制信号。但是产生纯随机信号可能是昂贵的。
图2说明根据本发明的一个实施例的、用于EMI和RFI降低的混沌(随机)宽带频率调制器200的高级框图。调制器200被配置为主201和从202单元配置。这样的配置使得在存在例如由时钟抖动引起的未调制参考输入时钟频率的任何漂移的情况下，输出调制时钟信号遵循输入的未调制参考时钟信号209。
在一个实施例中，主单元201包括分别与比较器205和206耦合的一对斜坡产生电路203和204。比较器的输出与边沿产生器207连接。在一个实施例中，边沿产生器207是置位-复位锁存器(SR锁存器)。比较器205和206将斜坡产生的周期信号与预定信号(电压)Vx进行比较。
在一个实施例中，经由带隙电压产生器电路来产生预定电压Vx。在其他实施例中，可以使用其他电压源来产生预定电压Vx。预定电压Vx被设置为一值，以使得斜坡信号和预定电压的相交产生与未调制参考信号频率接近(或相同)的输出频率。在一个实施例中，预定电压Vx用于产生用于SR锁存器207的控制信号。在一个实施例中，预定电压Vx也被输入到后文讨论的从单元。
在一个实施例中，未调制参考信号是诸如由参考时钟信号产生器209产生的时钟信号的周期信号。在其他实施例中，参考信号是被路由到相位-频率检测器208的外部信号。在一个实施例中，预定电压Vx是被设置为大约电源电平的一半Vcc/2的不变信号。
预定电压Vx与由后文讨论的从单元202的混沌噪声产生器212产生的混沌噪声相加。将预定电压Vx与混沌(随机)噪声相加的一个目的是，如果混沌噪声产生器212产生零噪声，则从单元202的输出调制时钟与来自209的参考时钟信号同步。在一个实施例中，通过从单元202的加法器216和217将预定电压Vx与混沌噪声信号相加。
在一个实施例中，主单元201的相位-频率检测器208与边沿产生器207和参考时钟产生器209耦合。相位-频率检测器208通过将边沿产生器207的输出与来自209的未调制参考时钟信号进行比较来产生控制电压Vctrl。在一个实施例中，控制电压Vctrl被输入到从单元202，从单元202产生最后的输出调制时钟。控制电压信号Vctrl调整来自斜坡产生器203、204、210和211的斜坡信号的斜率。斜坡产生器203、204、210和211产生与未调制输入参考时钟信号相同频率的斜坡信号。调整斜坡信号的斜率的目的是跟踪在未调制输入参考时钟信号上的任何噪声(例如，时钟抖动)，以便当产生调制输出信号时考虑该噪声。
在一个实施例中，斜坡产生器203、204、210和211针对参考时钟信号的每一个高和低脉冲产生斜坡。这些斜坡的宽度等于未调制参考输入时钟信号的高和低脉冲。
在一个实施例中，通过电阻器R与电容器C1和C2来稳定在主单元201中的回路。根据本发明的一个实施例，电阻器R与电容器C1和C2的值分别是5.5K欧姆、15pF和1.5pF。根据诸如处理技术、调制要求等的因素，对于其他实施例可以使用其他值。
在一个实施例中，从单元202包括一对斜坡产生器210和211、比较器213和214、混沌噪声产生器212、加法器216和217以及边沿产生器215。斜坡产生器210和211产生与未调制参考输入时钟相同的频率。
混沌信号产生器212产生随机噪声信号。随机噪声信号的噪声电压的最大值和最小值取决于所需的频率扩展。在一个实施例中，与参考信号频率相比较，随机噪声信号的频率低。在一个实施例中，随机噪声信号的频率是32KHz。在一个实施例中，参考信号的频率是100MHz。对于其他实施例可以使用随机噪声信号和参考信号的其他频率，而不改变本发明的本质。
混沌信号产生器212对于初始条件及其敏感。这意味着在初始电压X(n)(也称为Xn)中的微小改变会导致不同的噪声剖面(noise profile)。例如，如图4B中所示的电压X(n)(也称为Xn)的初始条件在被设置为50mV时将产生的噪声剖面与在电压X(n)的初始条件被设置为55mV时相比较完全不同。在这个示例中，初始条件5mV的改变会导致完全不同的噪声剖面。对于Xn的初始电压条件的这种敏感性意味着混沌信号产生器212是确定性的——对于每一个初始条件，混沌信号产生器212产生已知但是不同的噪声剖面。混沌信号产生器212的这种行为也意味着，混沌噪声信号的连续采样将在其连续的采样之间具有非零相关性。如上所提及的，纯噪声信号在其连续采样之间具有零相关性。后文参考图4A和图4B所讨论的混沌噪声产生器212的实现及其性能(如图5A和图5B所示)说明混沌信号产生器212的输出事实上是随机(混沌)的——在混沌信号采样之间具有明显的零相关性。在来自混沌信号产生器212的混沌信号采样之间有明显零相关性的原因是，根据在图4A中所示的实施例，相关性按指数地降低，因此产生随机(混沌)输出信号。
在一个实施例中，从单元202的比较器213和214将来自混沌噪声产生器212的随机噪声信号与来自斜坡产生器210和211的斜坡信号进行比较。在一个实施例中，来自混沌噪声产生器212的随机噪声信号与主单元201的预定电压Vx(通过加法器216和217)相加。然后，比较器213和214将求和后的输出与来自斜坡产生器210和211的斜坡信号进行比较。然后，向边沿产生器215输入比较器213和214的输出。在一个实施例中，边沿产生器215是SR锁存器。根据本发明的一个实施例，比较器213的输出被输入为SR锁存器215的“复位”，而比较器214的输出被输入为SR锁存器215的“置位”。在一个实施例中，从单元202的比较器与主单元201的比较器相同，以当产生调制时钟输出时跟踪在参考时钟信号中的变化。
在一个实施例中，由斜坡产生器210产生的斜坡信号对应于未调制参考时钟信号的低脉冲。类似地，在一个实施例中，由斜坡产生器211产生的斜坡信号对应于未调制参考时钟信号的高脉冲。当斜坡信号与随机噪声信号交叉时，比较器(213和214)输出从高到低或从低到高的转变。如上文所提及的，在一个实施例中，将随机噪声信号与主单元201的预定电压Vx相加，然后通过比较器213和214来与斜坡信号进行比较。
在一个实施例中，当比较器214的输出从高向低(或从低向高)转变时，斜坡产生器211复位。该复位使得斜坡产生器中止(放电(discharge))斜坡信号。来自比较器214的同一输出转变还使得另一个斜坡产生器210触发，即开始产生斜坡信号。用于使斜坡产生器210复位并且用于触发另一个斜坡产生器211的比较器213的输出的类似交叉耦合被实现。
在一个实施例中，比较器214的输出使SR锁存器215置位，即，SR锁存器215产生高信号。在一个实施例中，比较器213的输出使SR锁存器215复位，即，SR锁存器215产生低信号。因此，斜坡产生器210和比较器213产生调制输出时钟的低脉冲，而斜坡产生器211和比较器214产生调制输出时钟信号的高脉冲。
相应地匹配主和从单元201和202的设计的一个目的是例如当产生输出调制信号时跟踪在未调制参考时钟信号上的任何噪声。
图3说明根据本发明的一个实施例的、用于经由混沌(随机)噪声信号来产生调制输出信号的算法的高级图形。在一个实施例中，产生两个斜坡(304和305)，其宽度分别等于未调制参考时钟301的高和低脉冲。比较器(来自图2的213和214)将这些斜坡信号(304和305)与混沌(随机)噪声信号302进行比较，以产生输出调制信号303。如上文所提及的，在一个实施例中，图2的加法器216和217将随机噪声信号302与主单元201的预定电压Vx相加，然后通过比较器213和214来与斜坡信号进行比较。
在一个实施例中，随机噪声信号302(如图3中所示)的频率低于由图2的209产生的参考时钟频率。当随机噪声信号302在电压值上改变时，调制输出信号的频率改变。在频率上的这种改变是因为斜坡信号(304和305)与随机噪声信号302在与随机噪声信号电压电平改变之前的相交点不同的点处相交。在图3中通过306、307和308示出了在频率上的这种改变。
在一个实施例中，混沌(随机)噪声信号302的电压电平取决于混沌传送映射(chaotic transfer map)。通过图2的混沌噪声产生器212来实现该混沌传送映射。在一个实施例中，将帐篷传送映射实现为混沌传送映射。在另一个实施例中，将伯努利移位映射实现为混沌传送映射。类似地，其他实施例可以实现其他形式的混沌传送映射，以产生混沌(随机)噪声信号302。
图4A说明根据本发明的一个实施例的作为帐篷映射400的混沌传送映射。帐篷映射的一个优点是传送函数仅具有两个象限，因此使得实现简单。通过典型的帐篷映射等式401来描述帐篷映射400。在一个实施例中，使用μ＝2来实现帐篷映射400。在其他实施例中，可以使用μ的其他值，而不改变图2的混沌噪声产生器212的工作原理。参见回图4A，x轴是Xn电压，而y轴是X(n+1)电压。在一个实施例中，将偏压Vb(在图4B中讨论)设置为三角映射信号的中间点。在图4B中讨论的乘法电路的实现取决于相对于Xn如何设置偏压Vb。
图4B说明根据本发明的一个实施例的混沌噪声产生器410的实现。在此讨论的实现使用帐篷映射(图4A的400)来作为混沌传送映射。在一个实施例中，乘法器411、412和413是模拟乘法器。在一个实施例中，这些乘法器被实现为基于OPAMP(运算放大器)的电路。在乘法器中的电阻器(未示出)确定乘法器的411、412和413的乘数。在图4B的实现中，乘法器的乘数基于帐篷映射等式422。因此，根据本发明的一个实施例，乘法器411是乘以2，乘法器412是乘以-2，并且乘法器413是乘以4。
在一个实施例中，乘法器411将先前随机噪声信号Xn乘以2以产生2Xn，乘法器412将先前随机噪声信号Xn乘以-2以产生-2Xn，并且乘法器413将偏压Vb 417乘以4以产生4Vb。
根据本发明的一个实施例，复用器414被配置来选择2Xn或-2Xn信号，而复用器415被配置来向求和放大器420传递接地信号(零)或4Vb。在一个实施例中，取决于信号Xn的电压，比较器416选择复用器411和412的适当控制信号。求和放大器420的输出是作为帐篷映射等式的输出的X(n+1)，并且也是被输入到图2的比较器213和214的随机噪声信号421。如上文所提及的，在一个实施例中，将随机噪声信号421与主单元201的预定电压Vx相加，然后通过比较器213和214与斜坡信号进行比较。
模拟触发器418对求和放大器420的输出421进行采样。模拟触发器418的采样频率被时钟信号419控制。在一个实施例中，使用开关S1-S4和电容器C1-C2来实现模拟触发器418。在一个实施例中，这些开关被实现为晶体管。所述开关彼此异相地工作，以将输入节点与电容器之一连接，而另一个电容器对新值进行采样。在一个实施例中，模拟触发器418的输出Q与高阻抗端子连接，以防止输出电容器放电。在一个实施例中，模拟触发器418的输入D与低阻抗端子连接，以允许对输入电容器充电。在一个实施例中，模拟触发器可操作来以可编程的采样频率对随机噪声信号进行采样。在一个实施例中，可以通过硬件或软件或两者来对采样频率进行编程。
在一个实施例中，在片上或片外产生偏压Vb 417。在一个实施例中，由带隙电路(未示出)产生偏压Vb 417。在一个实施例中，Vb 417的值是105mV。偏压Vb 417也用于对频谱的扩展进行编程。在一个实施例中，这种编程通过软件或硬件或两者来实现。改变偏压Vb 417会改变噪声电压电平Xn，噪声电压电平Xn继而改变调制输出时钟的输出频率(频谱的扩展)。
图5A说明根据本发明的一个实施例的、将帐篷映射实现为混沌传送映射函数的图4B的混沌噪声产生器的输出。该曲线说明随机噪声信号电平是随时间随机的，因为它们不遵循任何具体模式，即，噪声采样之间为零相关性。
图5B说明根据本发明的一个实施例的、经由图4B的混沌噪声产生器的帐篷映射噪声的概率密度函数(PDF)。在图4B的混沌噪声产生器的电路的初始建立时间后，PDF是很一致的，并且与白噪声是相当的。
图6A说明根据本发明的一个实施例的斜坡产生器600的高级框图。电流源601-604被配置来向电容器C1和C2提供电流和从电容器C1和C2吸收电流。在一个实施例中，参考时钟信号的高脉冲分别控制开关S1和S4，而未调制参考时钟信号的低脉冲分别控制开关S2和S3。这样的控制机制产生高斜坡信号和低斜坡信号，它们的宽度等于未调制参考时钟信号的高和低脉冲。这些高和低斜坡信号被输入到复用器605，复用器605被图2的比较器213和214的输出控制。在一个实施例中，电流源601和602、开关S1和S2以及电容器C1共同地表示斜坡产生器600的第一电荷泵。类似地，在一个实施例中，电流源603和604、开关S3和S4以及电容器C2共同地表示斜坡产生器600的第二电荷泵。
在一个实施例中，当斜坡产生器从图2的比较器213和214接收复位信号时，斜坡信号被复位，即斜坡被中止或放电，在一个实施例中，在为也由图2的比较器213和214设置的触发信号的情况下，斜坡信号开始产生斜坡。
图6B说明根据本发明的一个实施例的斜坡产生器(图2的203、204、210和211)的晶体管级实现610。来自主单元201的控制信号Vctrl控制电容器C1的充电，因此控制斜坡的梯度。PMOS晶体管M5和M1形成电流镜。在一个实施例中，当触发信号和复位信号为低电平即接地电平时，对电容器C1充电。在另一个实施例中，当触发信号(连接到PMOS晶体管M3)和复位信号为高电平即电源电平时，将电容器C1放电。因为未控制通过NMOS晶体管M4的电流，所以放电电流使电容器C1迅速地放电。未控制NMOS晶体管M4(导致斜坡信号输出(out)迅速放电)的一个目的是为在下一个参考时钟周期对输出(out)再次充电提供足够时间。
图6C说明根据本发明的另一个实施例的斜坡产生器(图2的203、204、210和211)的晶体管级实现620。在这个实施例中，与图6B的实施例相比较，当使能reset_b信号时，即当斜坡正被中止或放电时，PMOS晶体管M6的增加将悬空节点fnode下拉到接地。在这样的实施例中，斜坡信号的斜坡特性比图6B产生的斜坡信号的斜坡特性更受控制，因为当斜坡的充电开始时，即当触发信号和复位信号为低时，节点fnode不在悬空状态。
在一个实施例中，被输入到图6B和图6C的PMOS晶体管M2的信号“空闲”用于绕过斜坡产生器610和620。当将“空闲”信号设置为零(接地)时，“out”节点被上拉到电源电平，因此消除了悬空节点fnode的影响。虽然图6B和图6C的实施例被示出为基于CMOS的设计，但是可以使用其他晶体管技术(例如，ECL、BJT、BiCMOS等)来实现相同的设计，而不改变本发明的本质。
图7说明根据本发明的一个实施例的边沿产生器700的高级实现。如上文所提及的，通过207和215产生图2的主单元201的输出信号的边沿(输入到图2的相位-频率检测器208的信号)和从单元202的输出信号的边沿(输出调制信号)。虽然块207和215产生最后的边沿，但是边沿产生架构包括比较器701和702(与图2的比较器205、206、213和214相同)以与块207和215接合。在一个实施例中，比较器701(与图2的205和213相同)和702(与图2的206和214相同)接收随机噪声信号和斜坡信号706和707以产生调制输出信号的正和负边沿。如上文所提及的，在一个实施例中，将随机噪声信号与主单元201的预定电压Vx相加，然后通过比较器701和702与斜坡信号706和707进行比较。
在一个实施例中，斜坡信号的宽度等于未调制参考时钟信号的高和低脉冲的宽度。在一个实施例中，比较器的输出被缓冲器703和704缓冲，以加强比较器输出的信号强度。在一个实施例中，比较器被实现为差分放大器。在一个实施例中，缓冲器703和704的输出被输入到边沿产生电路705。在一个实施例中，边沿产生器705是SR锁存器。
在一个实施例中，当斜坡-高信号706等于随机(混沌)噪声信号时，比较器701使SR锁存器705置位。类似地，在一个实施例中，当斜坡-低信号707等于随机(混沌)噪声信号时，比较器702使SR锁存器705复位。如上文所提及的，在一个实施例中，将随机噪声信号与主单元201的预定电压Vx相加，然后通过比较器701和702与斜坡信号706和707进行比较，以产生用于SR锁存器705的复位和置位信号。
考虑图7参见回图2，主单元201实现与从单元202类似的斜坡产生器和边沿产生器。这样的主-从配置通过控制信号Vctrl来补偿在从单元202中的(比较器213和214的)任何比较器偏差引发的误差，所述控制信号Vctrl是经由在主单元201中的相同比较器(205和206)而产生的。
图8A和图8B是示出根据本发明的一个实施例的、经由混沌噪声信号来产生调制输出信号的过程的流程图800。参考图2和图4B来描述该过程。在框801，经由斜坡产生器203-204和210-211来产生两个三角斜坡信号。如上文所提及的，关于斜坡信号的产生，所述斜坡之一斜坡-高(Rrise)是在进入的未调制参考时钟信号的上升沿处产生的，并且斜坡-低(Rfall)是在未调制参考时钟信号的下降沿处产生的。
在框802，根据本发明的一个实施例，进行关于主单元201的相位锁定的确定。在一个实施例中，如果未锁定主单元201，则执行框803。在框803，混沌噪声产生器212通过经由复用器(在图4B中未示出)绕过图4B的输出421来产生不变电压Vx。该不变电压Vx是来自主单元201的相同预定电压Vx。在一个实施例中，绕过加法器216和217，因为混沌噪声产生器212本身通过绕过图4B的输出信号421输出Vx，所以不必通过加法器216和217来再一次加上Vx。在另一个实施例中，框803通过混沌噪声产生器212来产生零输出，因此，不绕过加法器216和217。在任何一个实施例中，当未锁定主单元201时，比较器213和214将Vx与斜坡产生器210和211的输出进行比较。在另一个实施例中，在比较器213和214比较混沌噪声产生器的输出421之前，Vx不被加法器216和217加到混沌噪声产生器212。
如果主单元201被锁定，则在框812-813，根据Xn得出的来自混沌噪声产生器212的X(n+1)信号被模拟触发器418存储。在框814，根据本发明的一个实施例，在预定采样时间后，X(n+1)(作为Xn)被输入回图4B的比较器416。在一个实施例中，重复该过程，如图8A和图8B的指示符B所示。混沌噪声信号X(n+1)也被后文讨论的框810使用。
在框804，根据本发明的一个实施例，混沌噪声产生器212的输出和斜坡产生器203和204的输出被输入到主单元的比较器205和206。比较器205和206将斜坡信号与预定电压电平Vx进行比较。比较器205和206在斜坡信号和预定电压信号的相交处产生高脉冲。根据本发明的一个实施例，来自比较器205的高脉冲作为“置位”信号被输入到SR锁存器207，而来自比较器206的低脉冲作为“复位”信号被输入到SR锁存器207。
在框805，根据本发明的一个实施例，SR锁存器207产生被用作相位-频率检测器208的反馈时钟的输出时钟。在一个实施例中，在框806，当产生输出调制时钟的上升沿和下降沿时，将斜坡信号放电到接地。在另一个实施例中，比较器205和206的输出用于针对高和低参考时钟信号将斜坡信号放电。
在一个实施例中，在框807，相位-频率检测器208将由SR锁存器207产生的时钟与参考时钟信号进行比较。相位-频率检测器208的输出被RC网络滤波，以产生被输入到斜坡产生器203和204的控制电压Vctrl。在一个实施例中，主单元201的斜坡产生器203和204与从单元202的斜坡产生器210和211相同。
在一个实施例中，在框808，从单元202的斜坡产生器210和211通过根据来自主单元201的Vctr信号提高或降低斜率来调整斜坡信号的斜率。所述斜率的调整取决于在与未调制参考时钟信号进行比较时周期斜坡信号的频率。所述斜率的调整产生在框809产生的最后的斜坡信号。
在一个实施例中，在框815，进行关于在主单元201中回路的锁定状态的确定。如果锁定主单元201，则控制电压Vctrl对于从单元202足够稳定来正确地执行其功能。这表示图2的比较器213和214使用图4B的混沌噪声输出421。如上文所提及的，在一个实施例中，将图4B的随机噪声信号421与主单元201的预定电压Vx相加，然后通过比较器213和214与斜坡信号进行比较。如果主单元201因为斜坡信号的频率与未调制输入参考信号的频率不同而未被锁定，则重复框804。此时，比较器213和214将Vx与斜坡信号进行比较，因为混沌噪声产生器212的输出421被绕过。
在一个实施例中，在框810，加法器216和217将产生随机噪声信号X(n+1)的混沌噪声产生器212的输出421与预定电压Vx相加。然后，将求和后的输出与由从单元202的斜坡产生器210和211产生的斜坡信号进行比较。由比较器213和214执行该比较。在一个实施例中，混沌噪声产生器212的输出被直接地输入到比较器213和214。根据本发明的一个实施例，从单元202的比较器213和214的输出作为“置位”和“复位”信号被输入到SR锁存器215。在框811，SR锁存器215产生输出调制时钟。此时，从框801重复该过程，如指示符‘A’所示。当产生数个周期的输出调制时钟时，在框816，声明调制输出时钟是根据混沌噪声信号产生的。
图9说明根据本发明的一个实施例的、基于混沌噪声的调制相对于基于周期三角信号的调制的益处。图9的曲线是频率扩展的频谱。根据本文描述的实施例，阴影灰色频谱表示来自于经由周期三角信号对时钟信号进行调制的频谱，而黑色频谱表示来自于经由混沌噪声对时钟信号进行调制的频谱。黑色频谱具有比阴影灰色频谱更低的功率峰值，在这个示例中低12dB。这表示基于混沌噪声的调制相对于基于三角的调制将EMI噪声降低了12dB。同时，阴影灰色频谱和黑色频谱的带宽保持相同。这表示可以通过权衡功率峰值与带宽来使用黑色频谱降低RFI。
实施例的部件也被提供为用于存储计算机可执行指令的机器可读存储介质。例如，在一个实施例中，图4B的偏压Vb是经由计算机可执行指令可编程的，以调整调制输出信号的频率扩展。机器可读存储介质可以包括但是不限于闪存、光盘、CD-ROM、DVD ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡，或者适合于存储电子指令或计算机可执行指令的其他类型的机器可读存储介质。例如，本发明的实施例可以作为计算机程序被下载，该计算机程序可以经由通信链路(例如，调制解调器或网络连接)通过数据信号的方式从远程计算机(例如，服务器)被传送到请求计算机(例如，客户端)。
虽然已经结合本发明的特定实施例描述了本发明，但是根据前文的描述，许多替代、修改和变型对于本领域技术人员将是显而易见的。
例如，通过图2的从单元202中的加法器216和217进行相加的预定电压Vx可以用单个加法器在混沌产生电路212中进行相加。在这样的实施例中，图4B的输出421被输入到复用器(在图4B中未示出)，该复用器被图2的主单元201的相位锁定信号控制。如果图2的主单元201被锁定，则复用器(在图4B中未示出)选择输出421。然后，将经由复用器(在图4B中未示出)的该输出421经由模拟加法器(在图4B中也未示出)与预定电压Vx相加。在一个实施例中，该模拟加法器替代图2的加法器216和217。在这样的实施例中，混沌信号产生器410的最后输出包括预定电压Vx。
在一个实施例中，如果图2的主单元201的回路未被锁定，则复用器(在图4B中未示出)经由模拟加法器(在图4B中未示出)将零电压(接地)加到预定电压Vx上，以产生混沌信号产生器410的输出。在这样的实施例中，图4B的输出信号421被复用器(在图4B中未示出)绕过，因为图2的主单元201的回路未被锁定。
在一个替代实施例中，图2的SR锁存器207和215可以被替代为SR触发器。类似地，在另一个替代实施例中，斜坡产生器可以被实现为图6C，而不是在图6B中所示的实现。
本发明的实施例意欲涵盖落在所附权利要求的宽泛范围内的所有此类替代、修改和变型。

Claims (30)

1.一种用于产生调制输出信号的装置，所述装置包括：
主单元，用于产生与未调制参考信号对应的控制电压，其中，所述主单元包括用于产生脉冲信号的边沿产生器；以及
从单元，其具有用于产生随机噪声信号的混沌信号产生器，所述从单元与所述主单元耦合，并且能够操作来响应于所述控制电压而产生调制输出信号，
其中，所述从单元还包括：
斜坡产生器，用于产生与来自所述主单元的所述控制电压对应的斜坡信号；
加法器，其与所述混沌信号产生器耦合，以将预定电压与所述随机噪声信号相加来产生求和后的输出；
比较器，其与所述混沌信号产生器耦合，以将所述求和后的输出与所述斜坡信号进行比较；以及
边沿产生器，其与所述比较器耦合，以产生所述调制输出信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述混沌信号产生器能够操作来基于混沌传送映射来产生所述随机噪声信号。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述混沌传送映射包括帐篷传送映射和伯努利移位映射之一。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述主单元还包括：
相位-频率检测器，用于接收所述脉冲信号和所述未调制参考信号，并且产生输出；以及
回路滤波器，其与所述相位-频率检测器耦合，以将所述输出转换为所述控制电压。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述主单元还包括：
斜坡产生器，用于产生与所述控制电压对应的斜坡信号；以及
比较器，其与所述斜坡产生器耦合，以将所述斜坡信号与预定电压进行比较，来产生用于所述边沿产生器的控制信号。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述预定电压被设置来用于产生具有与所述未调制参考信号的频率对应的频率的所述控制信号。
7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述斜坡产生器包括：
第一电荷泵；
第二电荷泵；以及
复用器，其与所述第一电荷泵和所述第二电荷泵耦合，所述复用器能够操作来产生所述斜坡信号。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述预定电压被所述主单元设置来产生用于所述边沿产生器的控制信号，所述控制信号具有与所述未调制参考信号的频率对应的频率。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述斜坡产生器包括：
第一电荷泵；
第二电荷泵；以及
复用器，其与所述第一电荷泵和所述第二电荷泵耦合，以产生所述斜坡信号。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述混沌信号产生器包括：
第一正乘法器；
负乘法器；以及
第一复用器，其与所述第一正乘法器和所述负乘法器耦合。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述混沌信号产生器包括：
第二复用器，其与用于乘以偏压的第二正乘法器耦合。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述混沌信号产生器包括：
求和放大器，其与所述第一复用器和所述第二复用器耦合，以产生所述随机噪声信号。
13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述混沌信号产生器还包括：
模拟触发器，其能够操作来对所述随机噪声信号进行采样；以及
比较器，其与所述模拟触发器耦合，以产生用于所述第一复用器和所述第二复用器的控制信号。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述模拟触发器能够操作来以可编程的频率对所述随机噪声信号进行采样。
15.根据权利要求11所述的装置，其中，所述偏压可编程来调整所述调制输出信号的频率扩展。
16.一种用于产生调制输出信号的方法，所述方法包括：
由主单元根据未调制参考信号产生控制电压，其中，所述主单元包括用于产生脉冲信号的边沿产生器；以及
由具有能够操作来产生随机噪声信号的混沌信号产生器的从单元响应于所述控制电压和所述随机噪声信号来产生调制输出信号，其中，所述从单元与所述主单元耦合，
其中，响应于所述控制电压来产生所述调制输出信号包括：
针对所述未调制参考信号的每一个上升沿和下降沿产生斜坡信号；
将预定电压与所述随机噪声信号相加以产生求和后的输出；
将所述求和后的输出与所述斜坡信号进行比较；以及
基于所述比较来产生所述调制输出信号。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，根据所述未调制参考信号产生所述控制电压包括：
由相位-频率检测器接收所述未调制参考信号；
由所述相位-频率检测器从边沿产生器接收反馈信号；以及
基于所接收的未调制参考信号和所述反馈信号来锁定所述主单元。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，产生所述随机噪声信号包括实现混沌传送映射。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述混沌传送映射包括帐篷传送映射和伯努利移位映射之一。
20.根据权利要求16所述的方法，还包括：将所述预定电压设置为一值，以产生用于产生所述调制输出信号的控制信号，所述控制信号具有与所述未调制参考信号的频率对应的频率。
21.根据权利要求16所述的方法，其中，产生所述斜坡信号包括：
基于来自所述主单元的所述控制电压来调整所述斜坡信号的斜率；
基于所述比较来中止所述斜坡信号；以及
基于所述比较来触发所述斜坡信号。
22.根据权利要求16所述的方法，其中，产生所述随机噪声信号包括：
将先前随机噪声信号乘以正2；
将所述先前随机噪声信号乘以负2；
将偏压乘以正4；
将所述先前随机噪声信号与所述偏压进行比较；
将乘以正2的所述先前随机噪声信号与乘以负2的所述先前随机噪声信号进行第一复用；
将乘以正4的所述偏压与接地信号进行第二复用；以及
对来自所述第一复用和所述第二复用的输出进行求和，以产生所述随机噪声信号。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括：对能够操作来调整所述调制输出信号的频率扩展的所述偏压进行编程。
24.一种用于产生调制输出信号的装置，所述装置包括：
用于根据未调制参考信号产生控制电压的模块；
用于基于混沌传送映射函数来产生随机噪声信号的模块；
用于响应于所述控制电压和所述随机噪声信号来产生调制输出信号的模块；
用于产生与所述控制电压对应的斜坡信号的模块；
用于将预定电压与所述随机噪声信号相加以产生求和后的输出的模块；以及
用于将所述斜坡信号与所述求和后的输出进行比较的模块，其中，所述调制输出信号基于所述比较。
25.根据权利要求24所述的装置，其中，用于产生所述斜坡信号的模块包括：
用于基于所述控制电压来调整所述斜坡信号的斜率的模块；
用于基于所述比较来中止所述斜坡信号的模块；以及
用于基于所述比较来触发所述斜坡信号的模块。
26.根据权利要求24所述的装置，其中，用于产生随机噪声信号的模块包括用于实现混沌传送映射的模块。
27.根据权利要求26所述的装置，其中，所述混沌传送映射包括帐篷传送映射和伯努利移位映射之一。
28.根据权利要求24所述的装置，其中，用于产生所述随机噪声信号的模块包括：
用于将先前随机噪声信号乘以正2的模块；以及
用于将所述先前随机噪声信号乘以负2的模块。
29.根据权利要求28所述的装置，其中，用于产生所述随机噪声信号的模块包括：
用于将偏压乘以正4的模块；以及
用于将所述先前随机噪声信号与所述偏压进行比较的模块。
30.根据权利要求29所述的装置，其中，用于产生所述随机噪声信号的模块包括：
用于将乘以正2的所述先前随机噪声信号与乘以负2的所述先前随机噪声信号进行第一复用的模块；
用于将乘以正4的所述偏压与接地信号进行第二复用的模块；以及
用于对来自所述第一复用和所述第二复用的输出进行求和以产生所述随机噪声信号的模块。
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