CN106233220B - 灵活的频率合成 - Google Patents

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Abstract

根据一些实施例，用于生成多个可变频率和锁相的时钟信号的装置包括：复数调谐器、数字上采样器、镜像隔离滤波器、正交调制器、组合器、DAC、本地振荡器以及模拟滤波器。复数调谐器调谐多个数字基带信号。上采样器对复数调谐数字信号进行插值，从而每个复数调谐数字信号的上采样镜像之一对应于期望频率。镜像隔离滤波器隔离对应于期望频率的镜像。正交调制器将复数调谐数字信号的被隔离的镜像转换为实数数字信号。组合器将实数数字信号组合为组合实数数字信号。由本地振荡器驱动的DAC将组合实数数字信号转换为模拟时钟信号。模拟滤波器则对模拟时钟信号滤波以选择位于期望频率处的镜像。

Description

灵活的频率合成
技术领域
特定实施例整体上涉及频率合成，并且更具体地涉及灵活的频率合成。
背景技术
为了降低诸如用于无线通信系统中的手持式无线电等产品中的变动，部件制造商努力创造能够在单个硬件解决方案中处理许多频率带（多频带）的模块。诸如调制器、解调器和信号放大器等模块具有多频带能力。然而，频率变换所必需的本地振荡器传统上难以做成多频带且仍然满足用于数字通信的无线电接收器或传送器的相位跳动和错误向量幅度（EVM）要求。传统系统要求用于每个频率的唯一本地振荡器模块以满足相位跳动和EVM要求。
实现频率灵活性的传统方法导致各种妥协。例如，直接数字合成器（DDS）使用数字技术来生成被称为固定频率时钟源的频率可调谐输出信号。DDS可包括具有用作对锁相环的参考的压控晶体振荡器（VCXO）的数控振荡器（NCO）。DDS输出信号的调谐可以通过调谐NCO的VCXO来完成。VCXO调谐可通过配置除法器、N和M以缩放期望频率和参考频率到公共比较频率来实现。DDS还可包括数模转换器（DAC）以将期望频率转换为模拟信号。
VCXO频率调谐范围的宽度可影响出现在DDS输出信号中的相位噪声。较宽的VCXO调谐范围导致较高的相位噪声，而较窄的调谐范围导致较低的相位噪声。该限制可将传统的DDS约束到窄的调谐范围。
在一些DDS中，PPL可能仅缩放期望频率（N是某个大于1的整数）但不缩放参考频率（M等于1）。此场景可导致仅在参考频率的倍数处的频率步进，这可能将目标频率限制于VCXO的整数倍。该限制导致相位噪声和频率分辨率之间的折中。因为需要更高的乘数因子来达到期望频率，所以降低参考频率会导致更高的最终相位噪声。
为了实现更大的调谐灵活性，某DDS可缩放期望频率（除以N）和参考频率（除以M）两者来实现期望频率和参考频率的N/M比率。这会导致具有更高的VCXO频率的调谐灵活性，然而它也导致与N/M比率有关的毛刺输出。该毛刺输出可能随着所配置的频率而改变。因此，传统的DDS的相位噪声是期望输出频率相对于参考时钟和DAC的函数。此外，传统DDS的输出频率可能被限制为小于参考时钟频率或为参考时钟频率的一半。
传统的系统还在合成频率独立的锁相时钟方面具有难度。传统上，可以通过全部锁定在公共参考频率的多个PPL来生成多个时钟。然而，因为用于生成每个时钟的多个有源电路（例如相位检测器、分频器等）中的微小的差别，这些多个时钟可能经历相位漂移（wander），尽管它们被锁定在公共参考频率。由这些多个时钟驱动的电路必须设计有复杂的逻辑来补偿相位漂移。
发明内容
根据一些实施例，用于生成可变频率时钟信号的装置包括：复数调谐器、数字上采样器、镜像隔离滤波器、正交调制器、数模转换器（DAC）、本地振荡器以及模拟滤波器。复数调谐器配置为调谐数字基带信号，以产生变换到频域中的复数调谐数字信号。数字上采样器配置为以N对复数调谐数字信号插值，以产生频域中的N个等间距的镜像（105），并且N个镜像之一对应于期望频率。镜像隔离滤波器配置为对复数调谐数字信号的N个镜像中对应于期望频率的一个镜像进行隔离。正交调制器配置为将复数调谐数字信号的被隔离的镜像转换为实数数字信号。数模转换器（DAC）配置为将实数数字信号转换为模拟时钟信号。本地振荡器配置为驱动DAC（110）。模拟滤波器配置为对模拟时钟信号滤波以选择位于期望频率处的镜像。
根据一些实施例，用于生成多个可变频率且锁相的时钟信号的装置包括：第一和第二复数调谐器、第一和第二数字上采样器、第一和第二镜像隔离滤波器、第一和第二正交调制器、组合器、DAC、本地振荡器以及模拟滤波器。第一和第二复数调谐器配置为调谐第一和第二数字基带信号，以分别产生第一和第二复数调谐数字信号。第一数字上采样器配置为以N对第一复数调谐数字信号插值，以产生频域中的N个等间距的镜像，并且N个镜像之一对应于第一期望频率。类似地，第二数字上采样器配置为以M对第二复数调谐数字信号插值，以产生频域中的M个等间距的镜像，并且M个镜像之一对应于第二期望频率。第一镜像隔离滤波器配置为对第一复数调谐数字信号的N个镜像中对应于第一期望频率的一个镜像进行隔离，并且第二镜像隔离滤波器配置为第二复数调谐数字信号的M个镜像中对应于第二期望频率的一个镜像进行隔离。第一和第二正交调制器配置为将第一和第二复数调谐数字信号的被隔离的镜像分别转换为第一和第二实数数字信号。组合器配置为将第一实数数字信号和第二实数数字信号组合为组合实数数字信号。DAC配置为将组合实数数字信号转换为模拟时钟信号。本地振荡器配置为驱动DAC。模拟滤波器配置为对模拟时钟信号滤波以选择位于第一期望频率和第二期望频率处的镜像。第一期望频率处的模拟时钟信号大致上与第二期望频率处的模拟时钟信号锁相。
特定实施例可以呈现以下技术优势中的一些。特定实施例可以提供以低实现成本制作非常精细的频率调整的能力。一些实施例使用固定频率参考振荡器在宽的带宽上实现频率调谐。因为参考振荡器的调谐不是必要的，所以可以使用具有非常低的相位噪声的固定振荡器。因此，可以避免与可调谐参考振荡器相关联的问题。此外，一些实施例可以使用低复杂度镜像隔离滤波器，导致降低的成本和降低的功耗。各种实施例能够生成多个锁相时钟（例如，没有相位漂移）。一些实施例可有益于具有低的子载波频率间距的LTE设备。从以下图、描述和权利要求中，其它技术优势对于本领域技术人员将容易明显。
附图说明
为了更充分理解本发明及其特征和优势，现在参考以下的结合附图进行的描述；在附图中：
图1是示出根据特定实施例的用于生成可变频率时钟信号的装置的示例的框图；
图2是根据特定实施例的示例插值信号的功率谱的图表；
图3是根据特定实施例的示例镜像隔离滤波器的频域图示；
图4是根据特定实施例的示例插值和滤波信号的功率谱的图表；
图5是根据特定实施例的示例插值、滤波信号和实数信号的功率谱的图表；
图6是示出根据特定实施例的用于生成两个可变频率锁相时钟信号的装置的示例的框图；
图7是示出根据特定实施例的用于生成多个可变频率锁相时钟信号的装置的示例的框图；
图8-10是示出根据特定实施例的用于生成可变频率时钟信号的装置的附加示例的框图；
图11是示出根据特定实施例的生成可变频率时钟信号的示例方法的流程图；
图12是示出根据特定实施例的生成频率独立锁相时钟信号的示例方法的流程图。
具体实施方式
特定实施例在附图的图1-12中描述，类似的标号用于各图的类似和对应部分。
当前公开的特定实施例执行数字域中的频率的灵活的调谐，而不使用在传统的DDS中通常使用的N/M比率。因此，特定实施例可以不遭受与传统的DDS相关的相同的相位噪声因素。在特定实施例中，可以通过将以0MHz（DC）附近为中心的基带信号转换为在低频和低采样率的复数信号来实现调谐，以N对调谐信号插值，隔离N个插值的频率中的期望频率，将被隔离的复数信号转换为具有正交调制的实数信号，以及使用由高质量本地振荡器驱动的DAC将实数信号转换为模拟时钟信号。特定实施例的优势在于相位噪声由DAC和本地振荡器的质量确定，独立于期望输出频率。此外，特定实施例的输出频率不限于小于参考时钟频率或为参考时钟频率的一半。在特定实施例中，跨DAC的整个输出范围（例如，几GHz）的多频带调谐可以成为可能。
特定实施例的另一优势在于生成任何数量的频率独立和锁相的时钟的能力。在本公开中，频率独立和锁相的时钟可以通过将多个复数基带信号调谐到期望频率然后再将它们组合到单个实数信号作为到DAC的输入来生成。由于数模转换由单个本地振荡器和单个DAC执行，所以能够基本上消除时钟信号之间的相位漂移。因此，可以生成频率独立的和锁相的时钟而不需要复杂的后续电路来降低相位漂移。
图1是示出根据特定实施例的用于生成可变频率时钟信号的装置100的示例的框图。装置100包括复数调谐器102、上采样器104、镜像隔离滤波器106、正交调制器108、DAC110、本地振荡器112以及模拟滤波器114。
复数调谐器102将数字信号变换到频域中。在特定实施例中，复数调谐器102接收数字基带信号101作为输入，并将数字基带信号变换为对应于期望频率的复数调谐数字信号103。在特定实施例中，数字基带信号101可以是包括表示至少一个数字值的样本的流的同相（I）和正交（Q）数字输入。尽管图1示出具有DC和0的输入值的示例实施例，但复数调谐器102可以接收任何合适的复数数字信号作为输入。
复数调谐器102可以按任何合适的方式执行调谐。作为一个示例，复数调谐器102可以通过将数字基带信号101与特定的时变相移进行混频来执行复数调谐。作为另一示例，复数调谐器102可以包括基于协同转动数字计算机（CORDIC）的数字复数调谐器。能够将信号调谐到任何频率的基于CORDIC的数字复数调谐器的示例在题为“具有精确频率分辨率的基于CORDIC的复数调谐器（CORDIC Based Complex Tuner With Exact FrequencyResolution）”的美国专利第8,243,857号中描述。
在一些实施例中，复数调谐器102可以是可编程的。例如，复数调谐器102可以是可编程的，以改变期望调谐频率。在特定实施例中，复数调谐器102可以将DC信号转换为在低频率和低采样率处的复数调谐数字信号。
上采样器104对信号插值以接近在更高速率处采样的信号。在一些实施例中，上采样器104可以按整数因子N进行插值，其中N大于1。在一些实施例中，上采样器104可以在数字信号的每个样本之间插入N-1个零值样本来产生频谱重复。上采样信号的频域表示具有数字信号的N个等间距镜像，其中之一对应于期望频率。在一些实施例中，如所图示的，上采样器104对复数数字信号插值。在一些实施例中，上采样器104对实数数字信号插值。参考图2描述N个等间距的镜像的示例表示。
在一些实施例中，上采样器104可以对从复数调谐器102输出的复数调谐数字信号103进行插值，从而复数调谐数字信号103的N个镜像105之一对应于期望频率。在特定实施例中，可以选择N的值以最小化复数调谐器102和镜像隔离滤波器106的总复杂度。例如，可以选择N，从而复数调谐器102可以使用能够生成期望频率的最低的可能的可操作频率，其可以最小化与复数调谐器102和镜像隔离滤波器106相关联的总成本。在一些实施例中，N可以低至2。在一些实施例中，N可以处在32到64（或更高）的范围内。
在特定实施例中，上采样器104可以是可编程的。例如，用不同的N值对上采样器104编程可配置上采样器104以插值不同的镜像。
镜像隔离滤波器106隔离数字信号的N个镜像中的对应于期望频率的一个镜像。在特定实施例中，镜像隔离滤波器106可以通过衰减所有不希望的镜像来隔离N个镜像105之一。在一些实施例中，到镜像隔离滤波器106的输入信号是复数数字信号，并且镜像隔离滤波器106操作为复数滤波器。在一些实施例中，到镜像隔离滤波器106的输入信号是实数数字信号，并且镜像隔离滤波器106操作为实数滤波器。镜像隔离滤波器106可以使用多个滤波系数。在一些实施例中，滤波系数的数量可以等于上采样器104所使用的整数插值因子N。
在一些实施例中，镜像隔离滤波器106可以是可编程的。例如，用不同滤波系数编程镜像隔离滤波器106可以将镜像隔离滤波器106配制成隔离不同的期望频率。
在特定实施例中，镜像隔离滤波器106可以隔离由上采样器104生成的复数调谐数字信号103的N个插值镜像105之一。被隔离的镜像107可以对应于期望频率。镜像隔离滤波器106移除N个插值的信号中的N-1个（除了期望信号以外的所有镜像）。此外，N-1个镜像可以落在滤波器响应的陷波中。该配置的特定优势在于低复杂度的镜像隔离滤波器106可以用于高效地滤波镜像。
作为示例，低复杂度镜像隔离滤波器106可以包括级联梳积分器（CCI）有限冲激响应（FIR）滤波器。FIR实现可以允许镜像隔离滤波器106的直接多相位实现。参考图3描述镜像隔离滤波器的示例表示。参考图4描述对应于期望频率的经滤波的镜像的示例表示。
正交调制器108可以将复数（二维）数字信号转换为实数（一维）数字信号。在特定实施例中，转换可包括简单丢弃复数数字信号的虚数部。在特定实施例中，转换可以包括简单丢弃复数数字信号的实数部。一些正交调制技术可以在其它乃奎斯特区域中产生附加的镜像。如果这些附加镜像是不希望的，则后续可以用滤波器移除这些镜像。在特定实施例中，正交调制器108可以将来自镜像隔离滤波器106的被隔离的镜像107转换为实数数字信号109。参考图5描述实数镜像和邻近乃奎斯特区域中的附加镜像的示例表示。
DAC 110将数字信号转换为模拟信号。在一些实施例中，DAC 110可以支持几GHz的转换范围。在一些实施例中，DAC 110将来自正交调制器108的实数数字信号109转换为等价的模拟时钟信号111。在一些实施例中，生成的模拟时钟信号111可以存在于DAC 110的任何乃奎斯特区域中。
与生成的模拟时钟信号关联的相位噪声可以与用于DAC 110的部件的质量有关。更高质量的DAC 110部件可导致与生成的模拟时钟信号111相关联的更低的相位噪声。在特定实施例中，DAC 110由本地振荡器112驱动。
本地振荡器112是能够生成周期信号的任何振荡器。在一些实施例中，本地振荡器112可包括晶体振荡器。本地振荡器112可包括固定频率振荡器、可变频率振荡器或能够生成具有合适的相位噪声水平的周期信号的任何振荡器。在特定实施例中，本地振荡器112可以驱动DAC 110。在一些实施例中，与由DAC 110生成的模拟时钟信号相关联的相位噪声可以与本地振荡器112的质量有关。由高Q部件构成的本地振荡器导致具有更少相位噪声的周期信号。
模拟滤波器114是能够选择模拟信号或多个模拟信号的任何滤波器。在一些实施例中，模拟滤波器114是用于选择和滤波从DAC 110输出的频谱的任何滤波器。在一些实施例中，模拟滤波器114移除来自除包含在期望频率处的时钟信号（诸如时钟信号113）的乃奎斯特区域以外的乃奎斯特区域的不想要的镜像。如果正交调制器118在除期望乃奎斯特区域以外的乃奎斯特区域中生成了不想要的镜像，则模拟滤波器114可以足够宽以允许期望乃奎斯特区域中的任何信号通过而过滤不想要的乃奎斯特区域中的任何信号。这样的滤波器允许跨整个乃奎斯特区域的调谐能力。模拟滤波器114可选择一个、两个、三个或任何数量的期望镜像。
在特定实施例中，复数调谐数字信号103的N个镜像105之一的频率、包含于从正交调制器108输出的实数信号109中的频率之一、以及包含于从DAC 110输出的模拟信号111的频率之一都可以与模拟滤波器114所选择的期望频率相同。在特定实施例中，复数调谐数字信号103的N个镜像105之一的频率、包含于从正交调制器108输出的实数信号109中的频率、以及包含于从DAC 110输出的模拟信号111中的频率都可以对应于但不等于模拟滤波器114所选择的期望频率。特定实施例可以使用与导致包含期望频率的模拟信号111的部件102-111相关联的频率。例如，镜像隔离滤波器106可以隔离第一频率处的镜像。在正交调制和数模转换之后，得到的模拟信号111可包含其它乃奎斯特区域中的第一频率的附加镜像。模拟滤波器114可以选择来自其它乃奎斯特区域之一的镜像作为期望频率。
装置100的特定优势包括生成具有低相位噪声特性的在宽的频谱上可调谐的时钟信号。例如，包括由高Q部件构成的固定频率本地振荡器112和支持DC到2GHz的频率范围的DAC 110的装置100的部件组合能够生成跨DAC 110所支持的范围可调谐的低相位噪声时钟信号。作为另一示例，包括高质量窄带可调谐本地振荡器112和支持DC到2GHz的频率范围的DAC 110的装置100的部件组合能够生成在DAC 110所支持的较宽频带（相对于本地振荡器112所支持的窄带）上可调谐的低相位噪声时钟信号。此外，复数调谐器102的特定实施例可以提供以低实现成本进行非常精细的频率调整的能力。
图2是根据特定实施例的示例插值信号的功率谱的图表。图2示出由数字上采样器（诸如上采样器104）生成的N个等间距镜像（峰值201-208）的示例，其中N=8。在特定实施例中，峰值201-208的频率和功率可以取决于从复数调谐器102接收的输入信号和整数插值的值N而变化。
图3是根据特定实施例的示例镜像隔离滤波器的频域图示。图3可表示使用N个滤波系数的示例镜像隔离滤波器（诸如镜像隔离滤波器106），其中N=8。在特定实施例中，滤波器在频率301-306和308陷波，频率301-306和308分别与图2中示出的频率峰值201-206和208匹配。将所图示的镜像隔离滤波器应用于来自图2中图示的上采样器104的示例输出可以对峰值201-206和208进行衰减。因为所图示的镜像隔离滤波器并不包括在频率307处的陷波，所以所图示的镜像隔离滤波器将使与在图2中示出的峰值207相关联的信号通过。
图4是根据特定实施例的示例的经插值和经滤波的信号的功率谱的图表。图4表示经滤波的信号的示例，诸如由图2中图示的上采样器104插值且由图3所示的镜像隔离滤波器106滤波的的示例信号，具有频率407处的峰值。
图5是根据特定实施例的示例的经插值、经滤波的信号和实数信号的功率谱的图表。图5可表示由正交调制器108生成的实数数字信号的示例。在特定实施例中，正交调制器108可生成对应于图4中示出的峰值407的实数信号507和另一乃奎斯特区域中的附加镜像501。在特定实施例中，模拟滤波器114可以移除由镜像501表示的不希望的信号。
图6是示出根据特定实施例的用于生成两个可变频率锁相时钟信号的装置600的示例的框图。装置600包括复数调谐器102a和102b、数字上采样器104a和104b、镜像隔离滤波器106a和106b、正交调制器108a和108b、DAC 110、本地振荡器112、模拟滤波器114以及信号组合器116。部件102至114类似于参考图1描述的对应部件。
在特定实施例中，部件102a-108a可作为组合生成具有对应于第一期望频率的镜像的实数数字信号109a。部件102b-108b可作为组合生成具有对应于第二期望频率的镜像的实数数字信号109b。
信号组合器116将两个数字信号组合为单个数字信号。在一些实施例中，信号组合器116可将从正交调制器108a输出的实数数字信号109a和从正交调制器108b输出的实数数字信号109b组合为单个实数信号115，该实数信号115包含了由镜像隔离滤波器106a选择的镜像和由镜像隔离滤波器106b选择的镜像两者。
在一些实施例中，由本地振荡器112驱动的DAC 110将来自信号组合器116的实数数字信号115转换为两个模拟时钟信号111。由于两个时钟信号都是由DAC 110和本地振荡器112生成，所以两个模拟时钟信号111之间的相位漂移实质上降低或基本上消除。
在一些实施例中，在两个生成的时钟信号111之间可能存在静态相位偏移。静态相位偏移可以通过配置复数调谐器102a和102b中的一者或两者的初始相位参数来控制。例如，由复数调谐器102a原始生成的时钟信号可被锁相到由复数调谐器102b原始生成的时钟信号，但两个时钟信号可以彼此相位偏移静态量。在特定实施例中，可以调整相位参数（诸如到复数调谐器102a的I/Q输入的相位）以补偿该静态相位偏移。例如，可以将复数调谐器102a的相位参数规定为0（没有相位偏移）而将复数调谐器102b的相位参数规定为某个从0的偏移。在一些实施例中，可以将复数调谐器102a和102b两者的相位参数规定为某个从0的偏移。可以控制相位参数以移除静态相位偏移或控制相位参数以实现期望静态相位偏移。
在一些实施例中，模拟滤波器114可包含双工器。模拟滤波器114可操作为将由DAC110生成的时钟信号的镜像分开为两个分离的时钟信号113a和113b。
图7是示出根据特定实施例的用于生成多个可变频率锁相时钟信号的装置700的示例的框图。装置700包括任何数量的复数调谐器102、数字上采样器104、镜像隔离滤波器106以及正交调制器108。装置700还包括DAC 110、本地振荡器112、模拟滤波器114以及信号组合器116。部件102-116类似于参考图1和图6描述的对应部件。在一些实施例中，信号组合器116可将正交调制器108a-108n的实数输出109a-109n组合为单个实数信号115，该实数信号115包含所有的由镜像隔离滤波器106a-106n选择的镜像。在一些实施例中，模拟滤波器114可以包含频率分离器。模拟滤波器114可操作为将由DAC 110生成的所有时钟信号的镜像分开为分离的时钟信号113a-113n。
在一些实施例中，由DAC 110生成的时钟信号可存在于不同的乃奎斯特区域中。在一个乃奎斯特区域中的期望频率与另一乃奎斯特区域中的另一期望频率冲突的特定场景中，因为数模转换过程能够产生另一个乃奎斯特区域中的频率，所以在一个乃奎斯特区域中生成频率可能是足够的。
在传统系统中，用于补偿三个时钟信号之间的频率漂移的电路比用于补偿两个时钟信号之间的频率漂移的电路更复杂，用于补偿四个时钟信号之间的频率漂移的电路比用于补偿三个时钟信号之间的频率漂移的电路更复杂，等等。因此，特定优势在于，装置700可以生成任何数量的频率独立且锁相的时钟信号。因为所生成的时钟信号是锁相的，所以没有产生补偿相位漂移的需要。
图8-10是示出根据特定实施例的用于生成可变频率时钟信号的装置的附加示例的框图。除信号组合功能以外，图8中示出的装置800类似于参考图7描述的装置700。
在一些实施例中，信号组合器116组合复数信号。信号组合器116可包括复数加法器或适合于组合复数信号的任何部件。信号组合器116可将镜像隔离滤波器106a-106n的复数输出组合为单个复数信号。正交调制器108可以将来自信号组合器116的组合复数信号转换为组合实数信号。
参考图6-8，将理解的是，与数字上采样器104a、104b、…、104n相关联的各整数因子（诸如N和M）可以不同或可以相同。在特定实施例中，所有数字上采样器的整数因子可以相同。
图9示出装置900，除了正交调制功能的位置以外，其类似于参考图1描述的装置100。在一些实施例中，正交调制器108可以将来自复数调谐器102的复数信号转换为实数信号。上采样器104可以对从正交调制器108输出的实数调谐数字信号进行插值，从而复数调谐数字信号的N个镜像之一对应于期望频率。镜像隔离滤波器106可以对由上采样器104生成的实数调谐数字信号的N个插值镜像之一进行隔离。
图10示出装置1000，除了正交调制功能的位置以外，其类似于参考图1描述的装置100和参考图9描述的装置900。在一些实施例中，正交调制器108可以将由上采样器104生成的复数调谐数字信号的N个插值镜像转换为表示N个镜像的实数信号。镜像隔离滤波器106可以对由正交调制器108生成的实数调谐数字信号的N个插值镜像之一进行隔离。
图11是示出根据特定实施例的生成可变频率时钟信号的示例方法1100的流程图。在特定实施例中，方法1100的一个或多个步骤可以由参考图1描述的装置100的部件来执行。
方法开始于步骤1110，其中，复数调谐器（诸如复数调谐器102）对数字基带信号101执行复数调谐以产生在频域中变换的复数调谐数字信号103。例如，复数调谐器102可接收表示基带信号的I/Q分量，将基带信号调谐到不同的频率，并且输出表示调谐数字信号的I/Q分量。
在步骤1120，上采样器（诸如上采样器104）可以对复数调谐数字信号以N进行插值以产生N个等间距的镜像。例如，上采样器104可以接收从复数调谐器102输出I/Q分量并且对信号进行插值，从而复数调谐数字信号103的N个镜像之一对应于期望频率。
在步骤1130，镜像隔离滤波器（诸如镜像隔离滤波器106）可以隔离复数调谐数字信号103的N个镜像105中的对应于期望频率的一个镜像。例如，镜像隔离滤波器106可以接收从上采样器104输出的I/Q分量并且对复数调谐数字信号103的N个插值镜像105之一进行隔离。被隔离的镜像可对应于期望频率。
在步骤1140，正交调制器（诸如正交调制器108）可以执行正交调制以将复数调谐数字信号的被隔离的镜像转换为实数数字信号。例如，正交调制器108可以接收从镜像隔离滤波器106输出的I/Q分量并将来自复数数字信号105的被隔离的镜像107转换为实数数字信号109。
在步骤1150，DAC（诸如DAC 10）可以将实数数字信号转换为模拟时钟信号。例如，DAC 110可以接收从镜像隔离滤波器106输出的实数数字信号109并将实数数字信号109转换为等价的模拟时钟信号111。在特定实施例中，DAC 110可由本地振荡器112驱动。在特定实施例中，本地振荡器112可包括固定频率振荡器、可变频率振荡器或能够生成具有合适的相位噪声水平的周期信号的任何振荡器。
在步骤1160，模拟滤波器（诸如模拟滤波器114）可以对模拟时钟信号滤波以选择位于期望频率的时钟镜像。例如，模拟滤波器114可接收来自DAC 110的模拟时钟信号111并选择期望频率处的模拟时钟信号113。
在特定实施例中，复数调谐器102可以是可编程的，以将复数基带信号101调谐到不同的频率。上采样器104可以是可编程的，以使用不同的插值因子N。镜像隔离滤波器106可以是可编程的，以使用不同的滤波系数。修改部件102-106的可编程元件可以修改所生成的模拟时钟信号111的频率。在特定实施例中，可以完成模拟时钟信号111的调谐，而不修改本地振荡器112的频率。在特定实施例中，模拟时钟信号111的调谐范围可以对应于DAC 110的输出范围。在特定实施例中，与模拟时钟信号相关联的相位噪声对应于包括DAC 110和本地振荡器112的部件的质量。
可以对方法1100进行修改、添加或省略。此外，图11的方法1100中的一个或多个步骤可以并行执行或以任何合适的顺序执行。例如，可以在复数调谐和插值之间执行正交调制，如参考图9描述的那样。可以在插值和镜像隔离之间执行正交调制，如参考图10描述的那样。
图12是示出根据特定实施例的生成频率独立的锁相时钟信号的示例方法1200的流程图。在特定实施例中，方法1200的一个或多个步骤可以由参考图6描述的装置600的部件、参考图7描述的装置700的部件、和/或参考图8描述的装置800的部件来执行。
方法开始于步骤1210a和1210b，其中，复数调谐器（诸如复数调谐器102a和102b）对数字基带信号执行复数调谐以产生在频域中变换的复数调谐数字信号。例如，复数调谐器102a可接收表示基带信号101a的I/Q分量，将基带信号101a调谐到不同的频率，并且输出表示调谐数字信号103a的I/Q分量。复数调谐器102b可以对于另一期望频率执行类似于复数调谐器102a的操作。
在步骤1220a和1220b，上采样器（诸如上采样器104a和104b）每个可以对复数调谐数字信号以某些整数值进行插值以产生等间距的镜像。例如，上采样器104a可以接收从复数调谐器102a输出的I/Q分量并且对信号进行插值，从而复数调谐数字信号103a的N个镜像105a之一对应于期望频率。上采样器104b可以对于另一期望频率和类似或不同的N值执行类似于上采样器104a的操作。
在步骤1230a和1230b，镜像隔离滤波器（诸如镜像隔离滤波器106a和106b）每个可以隔离复数调谐数字信号的镜像中的对应于期望频率的一个镜像。例如，镜像隔离滤波器106a可以接收从上采样器104a输出的I/Q分量并且对复数调谐数字信号103a的N个插值的镜像105a之一进行隔离。被隔离的镜像107a可对应于期望频率。镜像隔离滤波器106b可以对于另一期望频率执行类似于镜像隔离滤波器106a的操作。
在步骤1240a和1240b，正交调制器（诸如正交调制器108a和108b）每个可以执行正交调制以将复数调谐数字信号的被隔离的镜像转换为实数数字信号。例如，正交调制器108a可以接收从镜像隔离滤波器106a输出的I/Q分量并将来自复数数字信号的被隔离的镜像107a转换为实数数字信号109a。正交调制器108b可以对于不同的信号执行类似于正交调制器108a的操作。
在步骤1250，信号组合器（诸如信号组合器116）将第一和第二实数数字信号组合为组合实数数字信号。例如，信号组合器116可以将正交调制器108a的实数输出109a和正交调制器108b的实数输出109b组合为单个实数信号115，该实数信号115包含由镜像隔离滤波器106a选择的镜像和由镜像隔离滤波器106b选择的镜像两者。
在步骤1260，DAC（诸如DAC 10）可以将实数数字信号转换为模拟时钟信号。例如，DAC 110可以接收从信号组合器116输出的实数数字信号115并将实数数字信号115转换为等价的模拟时钟信号111。在特定实施例中，DAC 110可由本地振荡器112驱动。在特定实施例中，本地振荡器112可包括固定频率振荡器、可变频率振荡器或能够生成具有合适的相位噪声水平的周期信号的任何振荡器。
在步骤1270，模拟滤波器（诸如模拟滤波器114）可以对模拟时钟信号进行滤波以选择位于期望频率处的多个时钟镜像。例如，模拟滤波器114可接收来自DAC 110的模拟时钟信号111并选择期望频率（诸如由镜像隔离滤波器106a和106b隔离的频率）处的模拟时钟信号，并输出模拟时钟信号113a和113b。
在特定实施例中，复数调谐器102a和102b每个可以是可编程的，以将复数基带信号调谐到不同的频率。上采样器104a和104b每个可以是可编程的，以使用不同的插值因子。镜像隔离滤波器106a和106b每个可以是可编程的，以使用不同的滤波系数。修改部件102-106的可编程元件可以修改所生成的模拟时钟信号的频率。在特定实施例中，可以完成模拟时钟信号的调谐，而不修改本地振荡器112的频率。在特定实施例中，使用单个本地振荡器112和单个DAC 110生成多个锁相时钟信号。使用单个本地振荡器和单个DAC生成多个锁相时钟信号可实质上降低或基本上消除时钟信号之间的相位漂移。多个锁相时钟信号也受益于参考图11描述的低相位噪声。
可以对方法1200进行修改、添加或省略。此外，图12的方法1200中的一个或多个步骤可以并行执行或以任何合适的顺序执行。例如，可以在镜像隔离和正交调制之间执行信号组合，如相对于图8描述的那样。此外，方法1200可以通过增加并列的复数调谐器102、上采样器104、镜像隔离滤波器106和正交调制器108的数量而扩展为生成任何数量的独立的锁相时钟信号。
尽管上述描述具体描述了部件102-116中的每个部件的输出由后续部件接收，但能够理解，在链中可以包括其它部件。例如，对附加的滤波器、附加的频率修改部件或任何其它合适的部件的包含落在本公开的范围内。在一些实施例中，部件可以按照与本文公开的顺序不同的顺序。
在特定实施例中，部件的特定组合可降低归因于不同源的相位漂移。例如，相位漂移可能归因于本地振荡器和/或DAC。尽管包括单个DAC和单个本地振荡器的实施例可以实质上降低归因于两个源的相位漂移，但其它组合可以实质上降低与本地振荡器关联的相位漂移。例如，包括单个本地振荡器驱动的多个DAC的实施例可实质上降低归因于本地振荡器的相位漂移，但没有降低归因于DAC的相位漂移。
在一些实施例中，可以使用现场可编程门阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC）或者硬件或软件的任何合适的组合来实现上述用于生成可变频率时钟信号的装置中的一些或所有部件。在一些实施例中，部件可以实现为级联在一起的分立设备。在一些实施例中，部件可以实现为使得两个或更多部件实现在一起且两个或更多这样组合的部件组级联在一起。例如，上采样器104和镜像隔离滤波器106可以作为单个模块实现在一起。
本文描述的方法和装置可以用于任何类似的电路，该电路可以受益于频率灵活的时钟信号。在一些实施例中，方法和装置可以实现在无线电通信基站中。基站的示例可包括无线电接入节点，诸如eNodeB、节点B、基站、无线接入点（例如WiFi接入点）、低功率节点、基站收发台（BTS）、传输点、传输节点、远程RF单元（RRU）、远程无线电头（RRH）等。
在一些实施例中，方法和装置可以实现在移动台中。移动台的示例可以包括：移动电话、智能电话、PDA（个人数字助理）、便携式计算机（例如，膝上型计算机、平板计算机）、传感器、调制解调器、机器类型（MTC）设备/机器到机器（M2M）设备、膝上型嵌入式设备（LEE）、膝上型安装设备（LME）、USB电子狗、具有设备到设备的能力的设备、或能够提供无线通信的另一设备。在一些实施例中，移动台还可被称为用户设备（UE）、站（STA）、移动台（MS）、设备、无线设备或终端。
本公开的一些实施例可以提供一个或多个技术优势。作为示例，在一些实施例中，相对于传统技术，本文公开的方法和装置可以降低部件的大小、成本和功耗。此外，频率灵活性可以降低或消除与生产对于每个期望频率具有唯一本地振荡器的唯一部件相关联的成本。
特定实施例可以提供以低实现成本进行非常精细的频率调整的能力。一些实施例使用固定频率参考振荡器在宽的带宽上实现频率调谐。使用具有非常低的相位噪声的振荡器可避免与可调谐参考振荡器关联的问题。此外，一些实施例可使用低复杂度的镜像隔离滤波器，导致降低的成本和降低的功耗。各种实施例能够生成多个锁相时钟（例如，没有相位漂移）。一些实施例能够有益于具有低的子载波频率间隔的移动通信设备（诸如LTE设备）。
一些实施例可以受益于这些优势中的一些或全部，也可以不受益于这些优势。本领域技术人员可以容易地认识到其它技术优势。
可以在不脱离本发明的范围的情况下对本文公开的系统和装置做出修改、添加或省略。可以集成或分离系统和装置的部件。此外，可以通过更多部件、更少部件或其它部件来执行系统和装置的操作。此外，可以使用任何合适的逻辑（包括软件、硬件和/或其它逻辑）来执行系统和装置的操作。如本文档中所使用的，“每个”指的是一组中的每个成员或一组的子集中的每个成员。
可以在不脱离本发明的范围的情况下对本文公开的方法做出修改、添加或省略。该方法可包括更多步骤、更少步骤或其它步骤。此外，可以按任何合适的顺序执行步骤。
尽管已经在特定实施例方面描述了本公开，实施例的改变和排列对于本领域技术人员而言将是明显的。因此，实施例的上述描述并不限制本公开。在不脱离本公开的精神和范围（如以下权利要求所限定的那样）的情况下，其它的改动、置换和改变是可能的。
在前述描述中所使用的缩写包括：
ASIC 专用集成电路
BTS 基站收发台
CCI 级联梳积分器
CORDIC 协同转动数字计算机
DAC 数模转换器
DC 直流
DDS 直接数字合成器
EVM 错误向量幅度
FIR 有限冲激响应
FPGA 现场可编程门阵列
GHz 吉赫兹
I/Q 同相/正交
LEE 膝上型嵌入式设备
LME 膝上型安装设备
LTE 长期演进
M2M 机器到机器
MHz 兆赫兹
MS 移动台
MTC 机器类型通信
NCO 数控振荡器
PLL 锁相环
QPSK 正交相移键控
QAM 正交幅度调制
RRH 远程无线电头
RRU 远程RF单元
STA 站
UE 用户设备
VCXO 压控晶体振荡器。

Claims (6)

1.一种生成可变频率时钟信号(113a、113b)的方法，包括：
对第一数字基带信号(101a)执行复数调谐以产生变换到频域中的第一复数调谐数字信号(103a)；
对第二数字基带信号(101b)执行复数调谐以产生变换到频域中的第二复数调谐数字信号(103b)；
以N对所述第一复数调谐数字信号(103a)插值以产生频域中的N个等间距的镜像(105a)，N个镜像之一对应于第一期望频率；
以M对所述第二复数调谐数字信号(103b)插值以产生频域中的M个等间距的镜像(105b)，M个镜像之一对应于第二期望频率；
使用第一镜像隔离滤波器(106a)对所述第一复数调谐数字信号(103a)的所述N个镜像(105a)中对应于所述第一期望频率的一个镜像进行隔离；
使用第二镜像隔离滤波器(106b)对所述第二复数调谐数字信号(103b)的所述M个镜像(105b)中对应于所述第二期望频率的一个镜像进行隔离；
执行正交调制以将所述第一复数调谐数字信号(103a)的被隔离的镜像(107a)转换为第一实数数字信号(109a)；
执行正交调制以将所述第二复数调谐数字信号(103b)的被隔离的镜像(107b)转换为第二实数数字信号(109b)；
将所述第一实数数字信号(109a)和所述第二实数数字信号(109b)组合为组合实数数字信号(115)；以及
使用数模转换器DAC(110)将所述组合实数数字信号(115)转换为模拟时钟信号(111)，其中所述DAC(110)由本地振荡器(112)驱动；
其中：对所述第一数字基带信号(101a)执行复数调谐以产生变换到频域中的所述第一复数调谐数字信号(103a)包括控制第一相位参数；以及
其中选择所述第一相位参数以控制所述第一期望频率处的所述模拟时钟信号(113a)与所述第二期望频率处的所述模拟时钟信号(113b)之间的静态相位偏移。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
对所述模拟时钟信号(111)滤波以选择位于所述第一期望频率和所述第二期望频率处的镜像；以及
其中，所述第一期望频率处的模拟时钟信号(113a)与所述第二期望频率处的模拟时钟信号(113b)锁相。
3.如权利要求1所述的方法，其中：
对所述第一数字基带信号(101a)执行复数调谐以产生变换到频域中的所述第一复数调谐数字信号(103a)包括控制第一相位参数；且
对所述第二数字基带信号(101b)执行复数调谐以产生变换到频域中的所述第二复数调谐数字信号(103b)包括控制第二相位参数；以及
其中选择所述第一相位参数和所述第二相位参数以控制所述第一期望频率处的所述模拟时钟信号(113a)与所述第二期望频率处的所述模拟时钟信号(113b)之间的静态相位偏移。
4.一种用于生成可变频率时钟信号(113a、113b)的装置，所述装置包括：
第一复数调谐器(102a)，配置为调谐第一数字基带信号(101a)以产生变换到频域中的第一复数调谐数字信号(103a)；
第二复数调谐器(102b)，配置为调谐第二数字基带信号(101b)以产生变换到频域中的第二复数调谐数字信号(103b)；
第一数字上采样器(104a)，配置为以N对所述第一复数调谐数字信号(103a)插值以产生频域中的N个等间距的镜像(105a)，N个镜像之一对应于第一期望频率；
第二数字上采样器(104b)，配置为以M对所述第二复数调谐数字信号(103b)插值以产生频域中的M个等间距的镜像(105b)，M个镜像之一对应于第二期望频率；
第一镜像隔离滤波器(106a)，配置为对所述第一复数调谐数字信号(103a)的所述N个镜像(105a)中对应于所述第一期望频率的一个镜像进行隔离；
第二镜像隔离滤波器(106b)，配置为对所述第二复数调谐数字信号(103b)的所述M个镜像(105b)中对应于所述第二期望频率的一个镜像进行隔离；
第一正交调制器(108a)，配置为将所述第一复数调谐数字信号(103a)的被隔离的镜像(107a)转换为第一实数数字信号(109a)；
第二正交调制器(108b)，配置为将所述第二复数调谐数字信号(103b)的被隔离的镜像(107b)转换为第二实数数字信号(109b)；
组合器(116)，配置为将所述第一实数数字信号(109a)和所述第二实数数字信号(109b)组合为组合实数数字信号(115)；
数模转换器DAC(110)，配置为将所述组合实数数字信号(115)转换为模拟时钟信号(111)；以及
本地振荡器(112)，配置为驱动所述DAC(110)；
其中：所述第一复数调谐器(102a)包括第一相位参数以控制所述第一复数调谐数字信号(103a)的相位；以及
其中选择所述第一相位参数以控制所述第一期望频率处的模拟时钟信号(113a)与所述第二期望频率处的模拟时钟信号(113b)之间的静态相位偏移。
5.如权利要求4所述的装置，还包括：
模拟滤波器(114)，配置为对所述模拟时钟信号(111)滤波以选择位于所述第一期望频率和所述第二期望频率处的镜像；以及
其中，所述第一期望频率处的模拟时钟信号(113a)与所述第二期望频率处的模拟时钟信号(113b)锁相。
6.如权利要求4所述的装置，其中：
所述第一复数调谐器(102a)包括第一相位参数以控制所述第一复数调谐数字信号(103a)的相位；
所述第二复数调谐器(102a)包括第二相位参数以控制所述第二复数调谐数字信号(103b)的相位；以及
其中选择所述第一相位参数和所述第二相位参数以控制所述第一期望频率处的模拟时钟信号(113a)与所述第二期望频率处的模拟时钟信号(113b)之间的静态相位偏移。
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