CN104020386B

CN104020386B - 最小时间信号泄漏检测器

Info

Publication number: CN104020386B
Application number: CN201410061137.8A
Authority: CN
Inventors: D.J.德尔策尔; G.A.奥尔森
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2019-03-12
Anticipated expiration: 2034-02-24
Also published as: CN104020386A; JP2014165921A; US20140239978A1; EP2770650A1; US9291658B2; JP6525234B2; EP2770650B1

Abstract

本发明涉及最小时间信号泄漏检测器。一种设备可以包括：射频（RF）信号输入；本地振荡器（LO）信号输入；混频器，用于接收RF信号和LO信号，并基于LO信号来转换RF信号的频率；选通脉冲部件，用于提供定时选通脉冲；以及第二混频器，用于接收泄漏信号、LO信号和定时选通脉冲，并且还用于将泄漏信号的频率转换至基带。该设备还可以包括：耦合部件，被配置为允许泄漏信号在混频器之间传递。输出信号输出可以提供泄漏信号的测量值。

Description

最小时间信号泄漏检测器

技术领域

本发明涉及最小时间信号泄漏检测器。

背景技术

某些类型的中频（IF）接收器（诸如零IF型接收器）一般包括射频（RF）转换器，该射频（RF）转换器具有处于RF输入带宽的中心附近的本地振荡器（LO）频率。对于这种接收器，由于LO和RF频率可以相等或几乎相等，因此重要的是，出于接收器输入的LO信号泄漏应当小。然而，这是难以实现的，原因在于一般不能通过滤波将LO信号从RF信号中分离。

在RF转换器处，LO信号典型地具有显著的幅度，并且混频器通常具有从LO端口到其他端口（例如RF和IF端口）的有限隔离。可以通过将直流（DC）偏移电流施加到混频器的IF端口中来最大化混频器中的隔离，并且可以使用泄漏检测器来测量泄漏信号，作为最小化泄漏幅度的反馈控制环路的一部分。

至今，已经开发各种类型的电路以维持来自RF输入的LO泄漏的低幅度。尽管每个思想可能具有一些优点，但是也存在多个相关问题。一般地，在混频器的RF端口侧上存在检测器以测量泄漏LO功率，并且可以使用检测到的幅度以通过反馈控制环路来形成校正信号。

图1图示了LO泄漏检测器的目前使用的实施方式100的示例。确切地说，所图示的电路表示泄漏检测器的特别流行的实施方式。在该示例中，存在两个输入端口（RF输入端口102和LO输入端口104）以及用于在输出信号端口114处提供输出信号的混频器112。RF路径中的定向耦合器106将反向传播的LO泄漏信号（F_LO）的部分传送至宽带检测器108。通过模数转换器（ADC）110来测量检测到的输出。

尽管图1所图示的实施方式具有某些优点（例如，泄漏LO信号通常被检测到，并且反馈控制可以保持被占用），但是LO泄漏信号一般在宽带检测器108输出的热噪声中丢失，并且校正并不典型地对某些低幅度起作用。

相应地，仍然存在对具有LO输入的改进信号检测电路和设备的需要。

发明内容

所公开的技术的实施例一般地包括用于改进的本地振荡器（LO）泄漏检测的系统和设备。实施例一般地涉及控制环路的检测器部分，并有利地试图在较短时间量中以充足的噪声容限检测低幅度信号。某些实施例可以包括具有短检测时间的宽带选通脉冲检测器。

附图说明

图1图示了泄漏检测器的目前使用的实施方式的示例。

图2图示了根据所公开的技术的某些实施例的泄漏检测器的第一实施方式。

图3图示了根据所公开的技术的某些实施例的泄漏检测器的第二实施方式。

图4图示了根据所公开的技术的某些实施例的泄漏检测器的第三实施方式。

图5图示了根据所公开的技术的某些实施例的泄漏检测器的第四实施方式。

图6图示了根据所公开的技术的某些实施例的泄漏检测器的第五实施方式。

图7图示了根据所公开的技术的某些实施例的泄漏检测器的第六实施方式。

图8图示了根据所公开的技术的某些实施例的泄漏检测器的第七实施方式。

具体实施方式

所公开的技术的实施例一般地涉及某些电路和设备中的快速信号检测。针对给定检测速度的信噪比一般比目前使用的实施方式的信噪比显著更好。实施例一般地包括本地振荡器泄漏调零（nulling）电路中的泄漏检测器，尽管本领域技术人员将意识到，其他应用是可行的，诸如用于减小频率合成器中的乱真信号的实施方式。

所公开的技术的实施方式一般使用开关将本地振荡器（LO）泄漏直接连接至泄漏检测器，同时终止射频（RF）输入。泄漏检测器的信噪比（SNR）一般比在使用定向耦合器的实施方式的情况下更好。在泄漏检测时间期间，典型地，接收器不活动。

为了阻止修改泄漏幅度，应当将在混频器的端口处（例如，在F_LO处）看到的阻抗保持为在泄漏检测与正常RF转换之间等效。这可以借助于RF衰减器（例如，在RF输入幅度高的情况下）或者利用前置放大器（例如，在RF输入幅度低的情况下）或者利用定向耦合器来确保。

图2图示了泄漏检测器（在这种情况下，斩波器调制的泄漏检测器）的第一实施方式200。在该示例中，存在两个输入端口（RF输入端口202和LO输入端口204），以及用于在输出信号端口214处提供输出信号（例如，IF信号）的第一混频器212。第二混频器216通过低频速率RF开关210或者可替换地通过混频器来接收通过低RF斩波信号208调制的LO输入的拷贝。

所图示的实施方式200使用泄漏信号（F_LO）的非连续采样。即，当对泄漏信号进行测量时，通过第一开关206将RF输入202切换至终止并且将泄漏信号切换至泄漏检测器中。当接通斩波器信号208时，由第二混频器216将其与LO信号的拷贝进行混频。然后，由第二混频器216将泄漏信号转换至斩波频率周围的窄带谱，并且随后，由ADC 220对该信号进行数字化。该实施方式200可以特别好地作用于泄漏检测上的良好动态范围。

由于LO调制，该方法可以在存在宽带RF信号或宽频带噪声时提取LO，从而消除对开关206的需要和/或使得能够使用定向耦合器，诸如图1的定向耦合器106。

图3图示了根据所公开的技术的某些实施例的泄漏检测器（在这种情况下，具有包络检测的选通脉冲泄漏检测器）的第二实施方式300。该第二实施方式300类似于图2所图示的第一实施方式200，其中，本实施方式300包括两个输入端口（RF输入端口302和LO输入端口304）、用于在输出信号端口314处提供输出信号（例如，中频（IF）信号）的第一混频器312、和斩波器开关310。

然而，与第一实施方式200不同，斩波器信号208已经被目前图示的实施方式300中的选通脉冲信号308替换。此外，如上所注意，本实施方式300包括包络检测器320。

例如，选通脉冲信号308宽度可以被设置为满足斩波器开关310的定时需求外加稳定幅度的一些保持时间。斩波器输出谱一般在泄漏信号（F_LO）周围密集。如果斩波器开关310上升和下降时间比选通脉冲308宽度快得多，则输出谱一般为sinx/x。如果脉冲宽度不比tr+tf宽得多，则输出谱更加类似于升余弦。大多数功率在f=1/T处驻留于第一空值之间（矩形脉冲情况），其中T是选通脉冲308的宽度。

第二混频器316可以将选通LO信号与从泄漏开关306接收到的泄漏信号进行组合。输出谱一般是密集的，大多数驻留于DC到1/T谱中。由于第二混频器316的非线性，混频器输出谱一般不是与输入的形状相同的形状，但是大多数功率驻留于从DC到f=1/T的带宽中。

可以使用可选的低通滤波器（LPF）318来对检测器所测量的内容进行带限，以保持良好SNR。带宽一般应当被设置为f=1/T（或截止频率附近），并且为了避免DC误差，还可以使用高通滤波器（未示出），只要高通截止在频率上足够低即可。

当包络检测器320的输出处于稳态时，模数转换器（ADC）322可以获取单个样本。检测器的时间常量不必比先于它的滤波器更快。事实上，检测器自身可以是实现低通滤波的设备。

在某些实施方式中，斩波器开关310可以具有20纳秒的上升和下降时间。选通脉冲308宽度可以是60纳秒，并且检测器宽度可以是16 MHz。在这样的实施例中，泄漏检测幅度可以被测量低于-90 dBm，并且检测时间间隔可以小于200纳秒。

图4图示了根据所公开的技术的某些实施例的泄漏检测器（在这种情况下，具有ADC检测的选通脉冲泄漏检测器）的第三实施方式400。该第三实施方式400类似于图3所图示的第二实施方式300，其中，本实施方式400包括两个输入端口（RF输入端口402和LO输入端口404）、用于在输出信号端口414处提供输出信号的第一混频器412、泄漏开关406、选通脉冲信号408、斩波器开关410和泄漏混频器416。

然而，与第二实施方式300不同，在目前图示的实施方式400中，包络检测器320已经被移除，并且ADC 422对LPF 418的输出波形进行数字化。在该示例中，在时间上与选通脉冲对准的仅一个ADC样本是必要的；但是，在选通脉冲时间期间取得的几个ADC样本对噪声抑制有益。

在泄漏检测器混频器416处，在接通时间期间，在两个输入处都存在泄漏F_LO。斩波LO和泄漏LO信号的相位分离一般应当使得混频不导致接近零的输出幅度。

图5图示了根据所公开的技术的某些实施例的泄漏检测器（在这种情况下，使用正交检测的选通脉冲泄漏检测器）的第四实施方式500。该第四实施方式500类似于图3和4分别图示的第二和第三实施方式300和400，其中，本实施方式500包括两个输入端口（RF输入端口502和LO输入端口504）、用于在输出信号端口514处提供输出信号的第一混频器512、泄漏开关506、选通脉冲信号508和斩波器开关510。

然而，与第二和第三实施方式300和400不同，目前图示的实施方式500具有两个泄漏混频器516和517以及分别对应的LPF 518和519。泄漏转换被分离为两个信道，其中，去往一个信道的LO信号与另一信道相移90度。此外，使用两个ADC 522（Q）和523（I）来分别对来自滤波器518和519的输出波形进行数字化。因此，可以使用同相和正交信道来执行泄漏转换，并且，检测到的幅度一般是分别来自ADC 523和522的I和Q值的平方和求根。

在一些微波接收器中，当输入开关处于与“通过”相比的“检测”位置中时期望混频器RF端口处的合理阻抗匹配可能是不可行的。在这种情形中，定向耦合器可以与选通脉冲接收器集成。因此，选通接收器可以将检测噪声带宽保持为小的，并且耦合器可以确保恒定混频器RF端口匹配。

图6图示了使用正交检测和定向耦合器的这种选通脉冲泄漏检测器的示例。该第五实施方式600类似于图5所图示的第四实施方式500，其中，本实施方式600包括两个输入端口（RF输入端口602和LO输入端口604）、用于在输出信号端口614处提供输出信号的第一混频器612、泄漏开关606、选通脉冲信号608、斩波器开关610、两个泄漏混频器616和617、两个LPF 618和619、以及两个ADC 622和623。

然而，与第四实施方式500不同，在目前图示的实施方式600中，已经移除泄漏开关506并利用定向耦合器606替换泄漏开关506。该布置可以在某些情形中特别有利，例如，其中IF是非零的，以及其中存在足够的分离以使得能够在LPF 618和619中或在ADC 622和623后的数字滤波器中从RF信号滤波泄漏。

图7图示了根据所公开的技术的某些实施例的泄漏检测器（在这种情况下，用于检测IF路径中的泄漏的选通脉冲泄漏检测器）的第六实施方式700。第六实施方式700类似于图6所图示的第五实施方式600，其中，本实施方式700包括两个输入端口（RF输入端口702和LO输入端口704）、用于在输出信号端口714处提供输出信号的第一混频器712、泄漏开关706、选通脉冲信号708、斩波器开关710、两个泄漏混频器716和717、两个LPF 718和719、以及两个ADC 722（I）和723（Q）。

然而，与第五实施方式600不同，泄漏开关706位于电路的IF侧处。该布置可以在某些情形中特别有利，例如，其中IF频率具有与LO频率的谱接近的谱。在该示例中，可以在RF从泄漏混频器712断开时的时间间隔处测量泄漏，该断开可以通过另一开关707而实现。所测量的内容被反馈到LO调零电路（未示出）中，诸如，驱动混频器二极管的DC偏置电流。

图8图示了根据所公开的技术的某些实施例的泄漏检测器的第七实施方式800。该第七实施方式800类似于图7所图示的第六实施方式700，其中，第七实施方式800包括两个输入端口（RF输入端口802和LO输入端口804）、用于在输出信号端口814处提供输出信号的第一混频器812、泄漏开关806、选通脉冲信号808、斩波器开关810、两个泄漏混频器816和817、两个LPF 818和819、以及两个ADC 822和823。

然而，与第六实施方式700不同，在目前图示的实施方式800中，已经移除泄漏开关706并利用定向耦合器806替换泄漏开关706。在该布置中，始终可以测量泄漏，但是，泄漏可能不可与某些低频或接近零频率处的RF信号分离。然而，在这些情况下，可以在某些时间间隔处（例如，当在一个或多个发射源处不存在这种信号时）测量泄漏。

已参照所图示的实施例描述和说明了本发明的原理，将认识到，在不脱离这些原理的情况下可以在布置和细节上修改所图示的实施例，并且可以以任何期望的方式将所图示的实施例进行组合。并且，尽管前面的讨论已经集中于特定实施例，但是可想到其他配置。特别地，尽管本文使用了诸如“根据本发明实施例”之类的表达，但是这些短语意指一般地参考实施例可能性，而不意图将本发明限于特定实施例配置。如本文所使用的那样，这些术语可以参考可被组合到其他实施例中的相同或不同实施例。

因此，鉴于对本文描述的实施例的许多种排列，该具体实施方式和所附材料仅意图是说明性的，而不应被视为限制本发明的范围。因此，如本发明要求保护的内容是如可落入下面的权利要求及其等同物的范围和精神之内的所有这种修改。

Claims

1.一种用于改进的本地振荡器LO泄漏检测的设备，包括：

输入信号输入，被配置为接收输入信号；

本地振荡器LO信号输入，被配置为接收LO信号；

第一混频部件，被配置为接收所述输入信号和LO信号，并基于所述LO信号来转换所述输入信号的频率；

脉冲信号部件，被配置为提供定时脉冲；

第二混频部件，被配置为接收泄漏信号、所述LO信号和所述定时脉冲，并进一步将所述泄漏信号的频率转换至基带；

耦合部件，被配置为允许所述泄漏信号从所述第一混频部件传递至所述第二混频部件；

信号输出，被配置为提供与所述泄漏信号相对应的测量值；以及

开关，被定位于所述输入信号输入与所述第一混频部件之间，并被配置为在控制所述脉冲信号部件的情况下以特定时间间隔将所述输入信号输入从所述第一混频部件断开以提供所述泄漏信号的非连续采样；

其中，所述泄漏信号是在当所述输入信号输入从所述第一混频部件断开时在所述特定时间间隔期间测量的。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述脉冲信号部件被配置为将单个定时脉冲提供给所述第二混频部件。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述脉冲信号部件被配置为将多个顺序的定时脉冲提供给所述第二混频部件。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述脉冲信号部件被配置为将连续的正弦曲线提供给所述第二混频部件。

5.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：模数转换器ADC，被配置为对所述测量值进行数字化。

6.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：低通滤波器LPF，被配置为对所述测量值进行带限。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述LPF能够被实现在模拟域或数字域中。

8.根据权利要求6所述的设备，进一步包括：包络检测器，被插入到所述LPF与模数转换器ADC之间。

9.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：带通滤波器BPF，被配置为对所述测量值进行带限。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述BPF能够被实现在模拟域或数字域中。

11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述耦合部件包括开关。

12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述耦合部件包括定向耦合器。

13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述耦合部件包括功率分配器。

14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二混频部件包括单个混频器。

15.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二混频部件包括正交混频器。

16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述信号输出进一步被配置为提供与所述泄漏信号相对应的另一测量值，其中，所述两个测量值相移90度。

17.根据权利要求1所述的设备，其中，所述耦合部件被定位于所述第一混频部件的输入信号侧处。

18.根据权利要求1所述的设备，其中，所述耦合部件被定位于所述第一混频部件的信号输出侧处。

19.根据权利要求1所述的设备，其中，所述输入信号是射频RF信号。

20.根据权利要求1所述的设备，其中，所述脉冲信号部件被配置为将斩波信号提供给所述第二混频部件。