CN1773843A - 用于合成器的梳形频谱发生器 - Google Patents
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Abstract
一种获得用来对较高频率VCO(7)信号降频的信号的电路配置和方法。根据参考信号生成脉冲序列(S1)，然后将其输入振荡器(2)，从而生成一个由所述脉冲序列(S1)调制的信号(S2)。所得信号被输入带通滤波器(4)，其继而输出一个选定的频带(S3)并与VCO(7)的信号进行混频，从而获得一个用于进行锁相的、经过降频的控制信号。
Description
技术领域
本发明涉及微波数字无线通信领域，特别涉及到一种合成器中的电路配置，用来将压控振荡器的信号(VCO)降频到与参考频率相比适合的频率，从而提取出用于将本地信号的相位锁定到一个所接收信号的相位的锁相控制信号。
背景技术
一个典型合成器具有基于一个固定频率的主振荡器的一般结构，其通过对倍频器和分频器的振荡进行合并、滤波和分插，来产生频率可调、具有高稳定性和精确性的振荡。合成器中通常利用VCO来提供所需的振荡。本领域中周知，VCO是一个根据提供其上的输入信号的电压决定其频率的振荡器。
在复杂合成器即非单环路的合成器中，需要复杂的过程来对VCO生成的信号进行降频，使该信号与参考频率进行比较从而提取一个锁定控制信号。
在已知的用于该目标的元件布局和技术中，有一个实例使用了采样器，采样器是利用一个窄脉冲形成的高质量的参考信号来对VCO信号进行采样的电路。这个信号具有均匀间隔谱线的宽带频谱，在与VCO信号相乘时产生适合在PLL电路中进行锁相的VCO的降频的副本。为了实现这种变换需要n阶谐波的采样信号，其中n可以是一个大的整数，例如在从100到200的范围内或者更高。
然而，在VCO生成的信号的较高频率上进行这种操作是很困难的——例如在10GHz到20GHz之间的频率——特别当参考信号频率在100MHz范围内时。作为解决这些问题的对策，某些技术用来在这样的高频上产生参考信号的谐波。然而，这些方法都有低效率和不稳定性的困扰，因为它们需要利用非常高阶的谐波(整数n非常大，在1000的范围内)。这反过来就需要非常强大的非线性电路，但这种电路的缺点在于它们的恒定性能可能受到寄生电抗和损耗的影响，这导致高频谐波等级的降低。
因此，需要实现一个用在非常高性能的合成器中的VCO采样电路，在其操作范围内具有稳定和高效率的特点。
一些已知的达到这个目标的解决方案包括例如使用栅极由参考信号驱动的FET采样器，或者使用由阶跃恢复二极管驱动的混频器。
然而，这些已知的解决方案都有不稳定和带宽受限的困扰，而理想的方案是提供能覆盖该技术中使用的所有频率范围并且能对高达最大可用频率的每一信号进行降频和采样的采样器。
为了达到这个目的，需要理想的脉冲。然而实际电路不可能产生这样的理想脉冲；实际上即使是使用了实践中性能最好的电路，微小寄生电抗仍能引起带宽和效率的局限性。
当使用一个相对较高频率的VCO(10-20GHz)时这种局限性变得更为明显，因为电参数随温度变化而改变，偏置条件和设备参数的漂移将趋于限制频率变换的效率。
例如，在VCO的10GHz频率上，如果使用100MHz的参考信号，就需要用到100阶谐波。在这个例子中，间隔是100MHz。然而，如果使用更细的频率间隔，如10MHz，那么在10GHz一定会生成1000阶谐波。
然而，根据下面已知的关系，这些谐波的生成效率随着谐波阶数增大而降低。
Y＝|SIN(X)/X|
基于这种关系的典型频谱形状如图1所示。在这张图中，X坐标轴代表谐波的频率，Y坐标轴代表谐波的振幅A。如图中所示，当生成更高阶的谐波(频率)时，生成信号的效率下降。明显地，这些已知的解决方案也缺乏令人满意的性能，因此需要设计一个不同的电路配置。
理想的解决方案应是真正的“通用”采样器的设计，该采样器具有如图2所示的平坦恒定频谱。然而很明显这种设计因其“理想化”本质而不可实现，但一些尽可能接近理想频谱的尝试能够直接克服上面的缺陷，这就是本发明所提出解决方案的意图。
发明内容
本方案所提出的解决方案可以达到上面的目标，根据该发明向振荡器输入脉冲序列以获得较高频率的调制的信号，并将调制的信号作为较高频率RF VCO信号的降频采样。振荡器频率的选择与RF VCO的频率有关。利用一个带通滤波器，可以从调制的信号中选出RF VCO使用的适合频带。这个得到的信号与RF VCO的信号混频，从而获得降频的控制信号用来锁相。
因此，本发明的目标是为了对合成器中较高频率的VCO的信号进行降频而提供一个电路配置，该电路配置包括：
-一个由参考信号驱动的脉冲发生器，用来生成脉冲序列。
-一个振荡器，用来接收脉冲序列并生成经所述脉冲序列调制的信号。
-一个带通滤波器，用来从由振荡器生成的调制的信号输出一个频带。
根据本发明的一个特征，该电路配置另外包括一个混频器，用来将滤波器输出和较高频VCO信号混频，从而获得一个降频的信号。
根据本发明的另一个方面，较高频率在10到20GHz的范围内。
根据本发明的另一个方面，该电路配置还包括一个倍频器，用来进一步倍增脉冲发生器的频率范围。
本发明的另一个目标是提供一个包括本发明的电路配置的合成器。
本发明的另一个目标是提供一个包括本发明电路配置或合成器的接收器。
本发明的另一个目标是提供一个包括以下步骤的方法，其用来获取用于对较高频率VCO的信号进行降频的信号：
-利用一个由参考信号驱动的脉冲发生器生成一个脉冲序列。
-利用一个振荡器接收脉冲序列并生成由所述脉冲序列调制的信号，并且
-利用一个带通滤波器输出已调信号的一部分频带。
在参照附图的下面的描述和权利要求书中，将对本发明的进一步的特征和优点作更详细的描述。
附图说明
图1是本领域公知的作为谐波的函数的典型信号频谱的图示。
图2是在不同频率处生成具有恒定频谱的采样信号的理想状态的图示。
图3示出了生成用于根据本发明的合成器的梳形频谱的电路配置的方框图。
具体实施方式
如上所述，需要获得一个电路配置，其用于对VCO生成的信号进行采样，该VCO在其操作范围中，具有稳定和高效率的特性，将用在非常高的性能的合成器中。
图3示出了根据本发明的这种电路配置的一个实例。这个电路配置包括一个脉冲发生器1，一个振荡器2，一个带通滤波器4和一个混频器5。这个电路可以选择性地还包括一个没有示出的倍频器，在需要时例如用来进一步扩展脉冲发生器的频率范围。此外在图3示出的另外的元件是一个电源3，一个用来锁定和消刺的环路滤波器6，一个按环路配置放置的RF VCO 7，其输出提供给混频器5。这些元件的操作是本领域熟练技术人员所公知的，因此在这方面就无须再作描述。
3的框图：
振荡器必须具有非常低的相位噪声、对麦克风的振动不敏感并且稳定。具有这些特性的适合类型的振荡器可以是相关技术中已知的声表面波(SAW)振荡器。
值得注意脉冲发生器1是一个由参考信号驱动的电路。它的频率决定了谐波的间隔。另一方面，生成的谐波的最大阶数受到脉冲持续时间的限制。脉冲越窄(持续时间越短)，最高谐波的阶数越高。这可由下面的关系式得出：
A＝Sin(τ)/τ
这里τ是脉冲的持续时间，A是脉冲序列频谱的振幅包络。通过降低τ脉冲序列的振幅包络趋近1，频率从DC趋近高频作为理想脉冲序列。因此，非常窄的脉冲平衡了不可控寄生电抗对非常高速的电路的限制，这些电抗构成了一个重要的限制因素。
如果按本发明所提出的将脉冲序列S1输入至振荡器2，振荡器2输出的合成信号S2是以该方式由脉冲序列S1调制，因此利用所述调制的信号能够实现把该信号变换为更高频率。
振荡器2频率的选择依赖于RF VCO7的频率。
接下来，为了挑选RF VCO7使用的合适频带并消去其它不期望的频率，将合成信号S2输入至一个带通滤波器4。
该经滤波的合成信号S3在混频器5中与VCO7的信号进行混频，从而获得所需的降频的控制信号以用于本领域中公知的锁相操作。
本发明提出的解决方案提供了一个非常稳定且廉价的电路，因为脉冲序列的脉冲不需要具有很短的持续时间，因此可以由常用电路轻易生成。因此它们的振幅更加稳定而且不受电路中电抗参量的影响。
所提出的电路配置的另外一个优点是，利用一个严格在所需带宽内的、稳定和易控制的信号进行采样操作，而没有上述的在高频上的限制。
结果，本发明提出的解决方案能够由一个稳定可靠的电路对VCO信号进行采样。因此本电路以其令人满意的性能而用于高质量合成器中。
Claims (5)
1.一种用于对高频VCO(7)信号进行降频的合成器电路配置，所述高频取值在10GHz至20GHz之间，其特征在于，该电路配置包括由参考信号驱动的脉冲发生器(1)，用于在该脉冲发生器输出端口生成一个脉冲序列(S1)，所述输出端口与振荡器(2)的输入端口连接，该振荡器(2)适用于接收该脉冲序列(S1)并且在该振荡器的输出端口生成经所述脉冲序列调制的信号(S2)，该振荡器的所述输出端口与带通滤波器(4)的输入端口连接，该带通滤波器适用于接收所述调制的信号并适于根据该振荡器生成的调制的信号(S2)输出频带(S3)，将所述频带(S3)输入混频器(5)，该混频器用于将该滤波器(4)的输出频带(S3)与该高频VCO(7)的信号进行混频，从而获得降频的信号。
2.根据权利要求1所述的电路配置，还包括倍频器，用于进一步倍增由该脉冲发生器(1)生成的该脉冲序列的频率范围。
3.一种合成器，包括权利要求1所述的电路配置。
4.一种接收器，包括权利要求1所述的电路配置或者权利要求3所述的合成器。
5.一种获得用来对高频VCO(7)的信号进行降频的信号的方法，所述高频取值在10GHz至20GHz之间，其特征在于具有以下步骤：
-通过由参考信号驱动的脉冲发生器生成脉冲序列(S1)，
-将所述脉冲序列(S1)输入至振荡器(2)，
-通过该振荡器(2)接收该脉冲序列(S1)并生成由所述脉冲序列(S1)调制的信号(S2)，
-将所述生成的调制的信号(S2)输入至带通滤波器(4)，
-通过该带通滤波器(4)接收该调制的信号(S2)并根据该调制的信号(S2)输出频带(S3)，
-将所述频带(S3)输入到混频器(5)，以及
-将该接收的频带(S3)与该高频VCO(7)的信号进行混频，从而获得降频的信号。
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