DE102005019786A1 - Dualband-Frequenz-Synthesizer - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dualbandfrequenz-Synthesizer zur Erzeugung von entweder einer ersten Ausgangsfrequenz f¶high¶ oder einer zweiten Ausgangsfrequenz f¶low¶, wobei f¶high¶ = 2 f¶low¶, und welcher einen Oszillatorschaltkreis zur Erzeugung einer Frequenz f¶VCO¶ = (f¶high¶ + f¶low¶)/2 an seinem Ausgang umfasst, eine geteilt-durch-drei (3)-Teilerschaltung, die mit dem Ausgang der Oszillatorschaltung verbunden ist, um an ihrem Ausgang eine Offsetfrequenz f¶DB3¶ = f¶VCO¶/3 zu erzeugen, und einen doppelten Quadraturmischschaltkreis, der mit dem Ausgang des Oszillatorschaltkreises und dem Ausgang der geteilt-durch-drei (3)-Teilerschaltung verbunden ist und entweder die erste Ausgangsfrequenz f¶high¶ = f¶VCO¶ + f¶DB3¶ oder die zweite Ausgangsfrequenz f¶low¶ = f¶VCO¶ - f¶DB3¶ erzeugt.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dualband-Frequenz Synthesizer, und insbesondere einen neuen Frequenzplan für einen Dualband PLL (Phase Locked Loop) Oszillator, wobei die beiden möglichen Ausgangsfrequenzen fhigh und flow sich um einen Faktor von zwei (2) unterscheiden, d.h. fhigh = 2flow.
  • Das Konzept von Dualbandsendern, die Einseitenbandmischer verwenden, um zwei Frequenzen zu addieren bzw. zu subtrahieren, ist offenbart in der Literatur von: B. Razavi, "A 900-MHz/1.8-GHz CMOS Transmitter for Dual-Band-Application", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 34, No. 5, May 1999, pp.573–579. Razavi verwendet zwei (2) PLLs. Eine PLL Arbeitsfrequenz wird genau zwischen die beiden gewünschten Bänder platziert, die zweite PLL arbeitet auf der fehlenden Offset-Frequenz. Ein doppelter Quadraturmischer wird verwendet, um die beiden Frequenzen zu addieren oder zu subtrahieren, um das eine oder das andere Band zu erhalten. Ein wesentlicher Nachteil dieses Designs ist, dass ein Dualband-Synthesizer zwei (2) PLLs benötigt, um eine Mittenfrequenz und eine Offset-Frequenz für die beiden Seitenbänder zu erhalten. Daher muss das Einsatzgebiet sowie der Stromverbrauch und der Rauschbeitrag von zwei PLLs in Betracht gezogen werden, was diese Dualbandarchitektur weniger attraktiv macht.
  • Das Konzept der Verwendung eines Oszillators, welcher um einen bestimmten Bruchteil neben dem gewünschten Signal arbeitet und eines zusätzlichen Teilers, um diese Offset-Frequenz aus dem Oszillatorausgang zu erhalten, ist ebenfalls bekannt:
    In HK 1009895 . "Wide Band Zero IF Quadrature Demodulator Using a Intermediate Frequency and a Single Local Oscillator", Jaffee James, wird ein Oszillator verwendet, der auf einer Frequenz unterhalb der Eingangsfrequenz arbeitet und der auf eine Zwischenfrequenz gemischt wird. Die vollständige Herabsetzung wird durch eine Frequenz erreicht, die mittels eines Integer N Teilers erzielt wird. In dem spezifischen Beispiel wird gezeigt, dass der Teiler durch den Faktor vier (4) teilt, und daher Quadraturphasen erzeugt, die für die Einseitenbandmischer benötigt werden.
  • In US 6 782 249 A , "Quadrature Signal Generation in an Integrated Direct Conversion Radio Receiver", Feldmann Arnold, arbeitet ein Oszillator bei zwei Dritteln der Trägerfrequenz. Ein zusätzlicher geteilt-durch-zwei (2) Teiler wird verwendet, um ein Signal bei einem Drittel der Trägerfrequenz zu erzeugen. Diese Signale werden mit Hilfe von Mischern und Filtern addiert.
  • Die Konzepte in HK 1009895 und US 6 78 2249 generieren nur ein Frequenzband und daher umfassen diese Patente keine Dualbandarchitekturen. In HK 1009895 ist der Teilungsfaktor nicht spezifiziert, in US 6 782 249 ist der Faktor zwei.
  • Eine Dualbandarchitektur für das 2.5GHz und das 5GHz Band unter Verwendung von nur einem Oszillator ist in US 2004/0224644 A1, "Dual Band Transceiver Architecture for Wireless Communication", Szu-Hsien Wu, Cbao-Sbiun Wang, Tzu-Yi Yang offenbart. In dieser Veröffentlichung gibt ein Frequenzgenerator mit einem Oszillator, der auf 2.5GHz arbeitet, zwei Signale bei 3.75GHz und 1.25GHz aus. Es wird nicht beschrieben, wie die Frequenzmultiplikation mit dem Faktor 1,5 erreicht wird. Jedoch werden die beiden Signale bei 3.75GHz und 1.25GHz schließlich addiert oder subtrahiert, um die gewünschten Frequenzbänder zu erhalten. Da jedoch der Oszillator auf dem unteren Frequenzband arbeitet, ist der Frequenzplan komplizierter. Zunächst müssen beide Frequenzanteile, d.h. die Mittenfrequenz bei 3.75GHz und der Frequenzoffset bei 1.25GHz von den Oszillatorausgängen durch (nicht weiter beschriebe) Multiplikationsschaltkreise abgeleitet werden. Diese Schaltkreise multiplizieren den Oszillatorausgang mit einem Faktor von 1.5 bzw. 0.5. Dann werden diese beiden Frequenzen auf die für Dualband-Synthesizer übliche Art verwendet, vgl. beispielsweise die Referenz von Razavi. Da der Oszillator auf dem unteren Frequenzband arbeitet, ist diese Lösung nicht sicher gegen Oszillator-Pulling.
    •
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Dualbandoszillator für eine Phase Locked Loop anzugeben, der eine einfache Konstruktion aufweist und der sicher gegen Oszillator-Pulling ist.
  • Diese Aufgabe wird erreicht durch einen Dualbandoszillator, wie er in dem unabhängigen Anspruch beschrieben ist.
  • Andere Merkmale, welche als für die Erfindung charakteristisch angesehen werden, sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben, auf welche hier Bezug genommen wird.
  • Der Dualband-Frequenz-Synthesizer gemäß der Erfindung erzeugt entweder eine erste Ausgangsfrequenz fhigh oder eine zweite Ausgangsfrequenz flow, wobei fhigh = 2flow, und umfasst einen Oszillatorschaltkreis zur Erzeugung einer Frequenz fVCO = (fhigh + flow)/2 an seinem Ausgang, eine geteilt-durch-drei (3) Teilerschaltung, die mit dem Ausgang der Oszillatorschaltung verbunden ist, um an ihrem Ausgang eine Offsetfrequenz fDB3 = fVCO/3 zu erzeugen, und einen doppelten Quadraturmischschaltkreis, der mit dem Ausgang des Oszillatorschaltkreises und dem Ausgang der geteilt-durch-drei (3) Tellerschaltung verbunden ist und entweder die erste Ausgangsfrequenz fhigh = fVCO + fDB3 oder die zweite Ausgangsfrequenz flow = fVCO – fDB3 erzeugt.
  • Die Frequenz des VCO gemäß dieser Architektur ist weit weg von jeder anderen HF Frequenz (einschließlich der harmonischen) in dem System, so dass die PLL sehr robust gegen Pulling ist.
  • Die präsentierten Konzepte verwenden dieselben Frequenzanteile, d.h. fVCO und fDB3, wie in US 2004 0224644 A1 , aber leiten die Größere, fVCO, direkt vom Oszillator ab und die Kleinere, fDB3, durch eine einfache Teilung durch den Faktor drei (3). Somit ist die Frequenzerzeugung sehr viel einfacher.
  • In der offenbarten Architektur ist die Verwendung einer geteilt-durch-drei (3) Quadratur Tellerschaltung der essentielle Bestandteil: Sie erlaubt es, denselben VCO zu verwenden, um die Mittenfrequenz und die Offsetfrequenz in Quadraturphasen zu erhalten, welche dann mit Hilfe eines Einseitenbandmischers (doppelter Quadraturmischer) addiert oder subtrahiert werden können. Somit hat diese Architektur die Vorteile von Dualband-Synthesizern, welche sind, kein VCO Pulling und zwei Betriebsbänder in einem Synthesizer, unter Verwendung von nur einer PLL.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird ein Quadratursynthesizer verwendet, der einen Quadraturoszillator mit Quadraturausgängen IVCO und QVCO umfasst, einen Quadraturteiler mit Quadraturausgängen IDB3 Und QDB3, und doppelte Quadraturmischer mit Quadraturausgängen IRF and QRF. Der doppelte Mischerschaltkreis umfasst vorzugsweise einen Einseitenbandmischer.
  • Jede der beiden Frequenzen fhigh oder flow kann durch einen Ausgangswahlschalter ausgewählt werden, welcher das entsprechende Seitenband des Mischers auswählt.
  • Ein PLL, der auf einer Frequenz arbeitet, welche kein ganzzahliges Vielfaches der Senderfrequenz ist, ist die robusteste Lösung in Bezug auf Pulling. Die Lösung des Dualband-Synthesizers hat den zusätzlichen Vorteil, dass man beide gewünschten Frequenzbänder als Seitenbänder des doppelten Quadraturmischers erhält. Somit kann dieselbe Architektur für beide Frequenzen verwendet werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • 1 zeigt ein Blockdiagramm des Dualband PLL Frequenz-Synthesizers gemäß der Erfindung zur Erzeugung von Ausgangsfrequenzen, die sich um einen Faktor zwei unterscheiden.
  • Beschreibung einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Konzept basiert auf einer Dualbandfrequenz-Synthesizer-Architektur, um zwei Ausgangsfrequenzen fhigh und flow zu erhalten, welche sich um einen Faktor zwei (2) unterscheiden, d.h. fhigh = 2flow.
  • Um dieselbe PLL für beide Frequenzbänder nutzen zu können, ist der Oszillatorschaltkreis (VCO) 10 so entworfen, dass er die Mittenfrequenz zwischen den beiden Bändern ausgibt, d.h. fVCO = (fhigh + flow)/2. Diese Ausgangsfrequenz, fVCO, wird einem geteilt-durch-drei (3) Schaltkreis 20 zugeführt, wo diese durch drei geteilt wird, um eine Offsetfrequenz fDB3 = fVCO/3 zu erhalten. Diese Offsetfrequenz fDB3 wird durch Einseitenbandmischer 30 (Doppelquadraturmischer) zu der VCO Ausgangsfrequenz addiert bzw. subtrahiert. Es ist daher notwendig, dass das Oszillatorsignal fVCO und das Teilersignal fDB3 in vier (4) Phasen gleichen Abstandes (differential I und Q Signale) bereitstehen. Das kann durch Verwendung eines Quadratur VCO und eines geteilt-durch-drei (3) Quadratur Teilerschaltkreises erreicht werden. Der Frequenzplan ist wie folgt:
    Die VCO Ausgangsfrequenz, fVCO, des VCO 10 wird durch den Quadraturteiler 20 durch drei (3) geteilt, d.h. wir erhalten fDB3 = fVCO/3. Der doppelte Quadraturmischer 30 kann nun die beiden Frequenzen addieren oder subtrahieren und man erhält
  • Figure 00060001
  • Die beiden Ausgangsfrequenzen fhigh und flow unterscheiden sich um einen Faktor zwei, d.h.
    fhigh = 2flow, und werden von derselben VCO Frequenz abgeleitet,
    fVCO = (fhigh + flow)/2.
  • Der Mischerschaltkreis umfasst einen "MODE"-Eingang (Betriebsart), mit welchem entweder die Ausgangsfrequenz fhigh oder flow. ausgewählt werden kann.
    •

Claims (6)

  1. Ein Dualband-Frequenz Synthesizer zur Erzeugung von entweder einer ersten Ausgangsfrequenz fhigh oder einer zweiten Ausgangsfrequenz flow, wobei fhigh = 2flow, welcher umfasst: einen Oszillatorschaltkreis zur Erzeugung einer Frequenz fVCO = (fhigh + flow)/2 an seinem Ausgang, eine geteilt-durch-drei (3) Teilerschaltung, die mit dem Ausgang der Oszillatorschaltung verbunden ist, um an ihrem Ausgang eine Offsetfrequenz fDB3 = fVCO/3 zu erzeugen, und einen doppelten Quadraturmischschaltkreis, der mit dem Ausgang des Oszillatorschaltkreises und dem Ausgang der geteilt-durch-drei (3) Teilerschaltung verbunden ist und entweder die erste Ausgangsfrequenz fhigh = fVCO + fDB3 oder die zweite Ausgangsfrequenz flow = fVCO – fDB3 erzeugt.
  2. Der Dualbandfrequenz Synthesizer gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillatorschaltkreis ein Quadraturoszillator mit Quadraturausgängen IVCO und QVCO ist.
  3. Der Dualbandfrequenz Synthesizer gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der geteilt durch drei Schaltkreis ein Quadraturteiler mit Quadraturausgängen IDB3 und QDB3 ist.
  4. Der Dualbandfrequenz Synthesizer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der doppelte Mischer ein doppelter Quadraturmischer mit Quadraturausgängen IRF Und QRF ist.
  5. Der Dualbandfrequenz Synthesizer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der doppelte Mischerschaltkreis einen Einseitenbandmischer aufweist.
  6. Der Dualbandfrequenzsynthesizer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Ausgangswahlschalter zur Auswahl einer der beiden Frequenzen fhigh oder flow umfasst durch Auswahl des entsprechenden Seitenbandes des Mischers.
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