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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein System und Verfahren zur Oszillatorsteuerung und in besonderen Ausführungsformen ein System und Verfahren zum Synchronisieren mehrerer Oszillatoren unter Verwendung einer reduzierten Frequenzsignalisierung.
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Hintergrund
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Funkfrequenz-(Radio Frequency, RF)Sender und Empfänger mit mehreren Hochfrequenzkanälen, die frequenzgesperrt oder gemeinsam moduliert sind, sind für eine Reihe von Anwendungen nützlich. Diese Anwendungen enthalten Fernerfassungs-, Radar- und Flughafensicherheitsdurchleuchtungssysteme. Hochgeschwindigkeitsdatenverbindungen, drahtlose lokale Hochgeschwindigkeitsnetze und Breitband-Internet-Zugriffssysteme können auch von Hochfrequenz-Mehrfachkanal-RF-Implementierungen profitieren.
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Dennoch stellt die Gestaltung solcher verriegelter Mehrfach-RF-Kanäle eine Reihe von Herausforderungen dar. RF-Sender- und Empfängersysteme sind typischerweise auf einer gedruckten Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB) implementiert und die Antennen vieler Systeme sind unter Verwendung von Bahnen direkt auf der darunter liegenden PCB implementiert. In einigen Anwendungen jedoch begrenzen diese PCB-Antennendesigns die Skalierbarkeit und Flexibilität und erschweren eine Erhöhung oder Verringerung der Anzahl von Kanälen. Ferner steigen für ein bestimmtes PCB-Material Energieverluste mit zunehmender Kanalfrequenz und Bahnlänge.
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Unabhängig vom Antennendesign lägen solche zunehmenden Energieverluste vor, wenn ein einzelner lokaler Oszillator (LO), der bei hohen Funkfrequenzen arbeitet, gemeinsam von separaten Kanälen benutzt werden soll, um den Mechanismus einer Frequenzverriegelung oder gemeinsamen Modulation der Kanäle vorzusehen. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, für solche Situationen verbesserte Möglichkeiten bereitzustellen, wobei bevorzugt ein Energieverlust verringert wird.
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Kurzfassung
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Es werden ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie ein System nach Anspruch 10 oder 20 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur spannungsgesteuerten Oszillator-(Voltage-Controlled Oscillator, VCO)Steuerung vorgesehen. Das Verfahren beinhaltet ein Erfassen eines ersten VCO-Ausgangssignals eines ersten VCO. Das erste VCO-Ausgangssignal hat eine erste VCO-Ausgangsfrequenz. Das Verfahren beinhaltet auch ein Bestimmen eines ersten abwärtsskalierten Signals gemäß dem ersten VCO-Ausgangssignal. Das erste abwärtsskalierte Signal hat eine erste abwärtsskalierte Frequenz, die um ein festgesetztes Verhältnis relativ zu einem momentanen Wert der ersten VCO-Ausgangsfrequenz reduziert ist. Das Verfahren beinhaltet auch ein Modifizieren der ersten VCO-Ausgangsfrequenz unter Verwendung eines ersten Phasenregelkreises (Phase Lock Loop, PLL) gemäß dem ersten abwärtsskalierten Signal und einem oszillierenden Referenzsignal, und ein Erfassen eines zweiten VCO-Ausgangssignals eines zweiten VCO. Das zweite VCO-Ausgangssignal hat eine zweite VCO-Ausgangsfrequenz. Das Verfahren beinhaltet auch ein Modifizieren der zweiten VCO-Ausgangsfrequenz gemäß dem zweiten VCO-Ausgangssignal und dem ersten abwärtsskalierten Signal.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System für eine VCO-Steuerung vorgesehen. Das System beinhaltet einen ersten VCO mit einem ersten Steuersignal und einem ersten VCO-Ausgangssignal. Das erste VCO-Ausgangssignal hat eine erste VCO-Ausgangsfrequenz. Der erste VCO ist zum Modifizieren der ersten VCO-Ausgangsfrequenz konfiguriert, wenn das erste Steuersignal modifiziert wird. Das System enthält auch einen zweiten VCO mit einem zweiten Steuersignal und einem zweiten VCO-Ausgangssignal. Das zweite VCO-Ausgangssignal hat eine zweite VCO-Ausgangsfrequenz. Der zweite VCO ist zum Modifizieren der zweiten VCO-Ausgangsfrequenz konfiguriert, wenn das zweite Steuersignal modifiziert wird. Das System enthält auch eine zweite Steuerschaltung, die an den zweiten VCO gekoppelt ist. Die zweite Steuerschaltung ist zum Modifizieren des zweiten Steuersignals gemäß einem ersten abwärtsskalierten Signal konfiguriert. Das System beinhaltet auch eine erste Steuerschaltung, die an den ersten VCO und die zweite Steuerschaltung gekoppelt ist. Die erste Steuerschaltung beinhaltet eine erste Frequenzabwärtsskalierungsschaltung und eine erste PLL-Schaltung. Die erste Frequenzabwärtsskalierungsschaltung beinhaltet zumindest einen von einem Frequenzmischer und einem Frequenzteiler und ist zum Bestimmen des ersten abwärtsskalierten Signals gemäß dem ersten VCO-Ausgangssignal konfiguriert. Das erste abwärtsskalierte Signal hat eine erste abwärtsskalierte Frequenz, die um ein festgesetztes Verhältnis relativ zu einem momentanen Wert der ersten VCO-Ausgangsfrequenz reduziert ist. Die erste PLL-Schaltung ist zum Modifizieren des ersten Steuersignals gemäß dem ersten abwärtsskalierten Signal konfiguriert.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein phasengesteuertes Strahlformungssystem vorgesehen. Das System beinhaltet einen Master-Satelliten, der ein RF-Front-End ist, das einen Master-VCO beinhaltet.
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Das System beinhaltet auch zumindest einen Slave-Satelliten, der ein RF-Front-End ist, das einen Slave-VCO beinhaltet. Das System beinhaltet ferner eine Master-PLL-Schaltung, die an den Master-Satelliten gekoppelt ist und zum Steuern einer Ausgangsfrequenz des Master-VCO konfiguriert ist. Das System beinhaltet zusätzlich eine entsprechende Slave-PLL-Schaltung, die an zumindest einen Slave-Satelliten gekoppelt ist und zum Steuern einer Ausgangsfrequenz des Slave-VCO gemäß einem phasenverzögerten VCO-Referenzsignal konfiguriert ist. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Für ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, von welchen:
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1 ein RF-Sender/Empfängersystem gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt, das mehrere Front-Enden beinhaltet, die eine relativ hohe Frequenz haben, aber dennoch durch ein Referenzsignal verriegelt sind, das eine relativ niedere Frequenz hat;
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2, die 2A und 2B beinhaltet, ein Blockdiagram eines frequenzmodulierten Dauerstrich-(Frequency-Modulated Continuous Wave, FMCW)Systems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist, das mehrere Front-Enden beinhaltet;
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3 ein Blockdiagramm eines Systems für ein phasengesteuertes Analogstrahllenkungsfeld gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;
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4 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Verfahren zum Steuern von spannungsgesteuerten Oszillatoren (VCOs) in einem Mehrfach-Front-End-System gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Verfahren zum Steuern von VCOs in einem Mehrfach-Front-End-System gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt, bei dem einem Slave-Kanal eine Phasenverzögerung hinzugefügt ist; und
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6 ein Blockdiagramm eines Verarbeitungssystems ist, das zur Implementierung einiger der hier offenbarten Vorrichtungen und Verfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Ausführliche Beschreibung veranschaulichender Ausführungsformen
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Die Herstellung und Verwendung gegenwärtig bevorzugter Ausführungsformen sind in der Folge ausführlich besprochen. Es sollte jedoch klar sein, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfinderische Konzepte vorsieht, die in einer Vielzahl spezieller Kontexte ausgeführt werden können. Die speziellen besprochenen Ausführungsformen dienen nur der Veranschaulichung spezieller Möglichkeiten, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, und schränken den Umfang der Erfindung nicht ein.
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Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen, in einem speziellen Kontext, eines Systems und Verfahrens zum Synchronisieren mehrerer Oszillatoren zur Verwendung in einem RF-Sender/Empfängersystem, wie einem FMCW-Radarsystem oder einem phasengesteuerten Strahlformungssystem beschrieben. Weitere Ausführungsformen können bei anderen RF-Sender/Empfängersystemen angewendet werden, die eine reduzierte Frequenzsignalisierung zum Synchronisieren mehrerer Oszillatoren benötigen, zur Verwendung zum Beispiel in Fernerfassung, Flughafensicherheitsdurchleuchtung, Hochgeschwindigkeitsdatenverbindungen, drahtlosen lokalen Hochgeschwindigkeitsnetzen und Breitband-Internet-Zugangssystemen.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines RF-Sender/Empfängersystems, das mehrere Front-Ends 102 und 104 mit einer relativ hohen RF-Sender/Empfängerfrequenz (z.B. über 10 Gigahertz (GHz)) hat. Das System verwendet Front-Ends 102 und 104, die durch ein Referenzsignal verriegelt sind, das sowohl eine Master-PLL-Schaltung 116 wie auch eine oder mehrere Slave-PLL-Schaltung(en) 112 speist. Jedes der Front-Ends 102 und 104 ist ein RF-Sender/Empfänger, der einen VCO 108 oder anderen Oszillator variabler Frequenz (Variable Frequency Oscillator (VFO) als Front-End-LO verwendet. Die Front-Ends 102 und 104 koordinieren ihre VCO-Modulation in einer Master-Slave-Beziehung unter Verwendung eines Master-VCO-Referenzsignals, das eine relativ niedere Frequenz (z.B. unter 1 GHz) hat. Ein Front-End 102 ist ein Master-Front-End, das in einer Steuerschaltung für einen Sender/Empfänger-Kanal enthalten ist, und das andere Front-End 104 ist ein Slave-Front-End, das in einer Steuerschaltung für einen zweiten Sender/Empfänger-Kanal enthalten ist. In einer Ausführungsform sind mehrere Slave-Front-Ends vorhanden und koordinieren ihre Modulation in mehreren Slave-Kanälen unter Verwendung des Master-VCO-Referenzsignals.
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Jedes Front-End 102 und 104 ist ein Antenna-In-Package (AIP) Satellitenchip, der zum Senden eines entsprechenden ausgehenden RF-Signals und Empfangen eines entsprechenden eingehenden RF-Signals an einer oder mehreren internen Antenne(n) konfiguriert ist, so dass das System für eine Montage an einer kostengünstigen Niederfrequenz-PCB geeignet ist, wie zum Beispiel Fr-4. Andere Ausführungsformen verwenden externe Antennen, die unter Verwendung von Bahnen direkt auf PCB-Material implementiert sind, das imstande ist, höhere Frequenzen zu unterstützen.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 1 wird ein eingehendes RF-Signal abwärtskonvertiert, um eine entsprechenden Zwischenfrequenz (Intermediate Frequency, IF) zu erzeugen, die an jedem Front-End 102 und 104 ausgegeben wird. In einer Ausführungsform haben diese IF-Ausgänge eine Frequenz von weniger als 1 MHz. Die IF-Ausgänge der Front-Ends 102 und 104 können zu einem oder mehreren Analog/Digital-Wandlern (ADCs) 120 geleitet werden. Die Digitalausgänge dieser ADCs 120 können dann für Basisbandoperationen verwendet werden, wie zum Beispiel Diskrete Fourier-Transformation-(DFT)-Verarbeitung in Radar- und drahtlosen Netzanwendungen.
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Jedes Front-End 102 und 104 erzeugt auch ein VCO-abgeleitetes Ausgangssignal mit einer Frequenz, die durch ein VCO-Steuersignal modifiziert werden kann. Der VCO-abgeleitete Ausgang des Master-Front-Ends 102 wird in der Frequenz durch eine Konstante im Frequenzteiler 110 abwärtsskaliert, um ein abwärtsskaliertes Signal zu erzeugen, das mit der Frequenz des VCO 102 des Master-Front-Ends zusammenhängt und das als Master-VCO-Referenzsignal verwendet wird. Das Master-VCO-Referenzsignal verfolgt die Frequenz und Modulation des VCO-Ausgangssignals des Master-Front-Ends 102, aber das Master-VCO-Referenzsignal wird auch als Referenz für eine Slave-PLL-Schaltung 112 verwendet. Die Slave-PLL-Schaltung 112 kann zum Beispiel einen Integer-PLL und ein Schleifenfilter verwenden. Das Master-VCO-Referenzsignal wird für die Slave-PLL-Schaltung 112 vorgesehen, nachdem es vom Verstärker 150 verstärkt wurde. Wenn die Slave-PLL-Schaltung 112 phasenverriegelt ist, stimmt sie die Frequenz des VCO des Slave-Front-Ends gemäß dem VCO-abgeleiteten Ausgangssignal des Master-Front-Ends 102 ab.
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Das VCO-Steuersignal des Master-Front-Ends 102 wird von einer Master-PLL-Schaltung 116 vorgesehen. Die Master-PLL-Schaltung 116 empfängt das Master-VCO-Referenzsignal und stimmt den VCO des Master-Front-Ends durch Generieren des VCO-Steuersignals gemäß dem Ausgang eines Referenzoszillators 124 ab.
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2, die 2A und 2B beinhaltet, zeigt eine Ausführungsform von FMCW-Systemen, die mehrere verriegelte Front-Ends 102 und 104 beinhalten. 2A zeigt eine Ausführungsform, die eine Master-PLL-Schaltung verwendet, die eine Frequenzteilerschaltung 110C beinhaltet. 2B zeigt eine Ausführungsform, die eine Master-PLL-Schaltung verwendet, die einen Frequenzmischer 217 zum Abwärtsmischen beinhaltet. Obwohl die Ausführungsformen von 2 im Sinne einer FMCW-Anwendung beschrieben sind, wird ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennen, dass auch andere Anwendungen unter Verwendung der Ausführungsformen von 2 implementiert werden können.
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Unter Bezugnahme nun auf 2A wird das eingehende RF-Signal jedes Front-Ends 102 und 104 bei Antenne 254 empfangen und vom Empfangsverstärker 238 verstärkt. Das verstärkte Empfangssignal wird dann mit dem Ausgangssignal des VCO 108 vom Frequenzmischer 236 gemischt, um einen entsprechenden IF-Ausgang jedes Front-Ends 102 und 104 zu erzeugen. Die IF-Ausgänge der Front-Ends 102 und 104 können in einem oder mehreren ADCs 120B digitalisiert und dann für Basisbandoperationen verwendet werden.
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In jedem Front-End 102 und 104 generiert der VCO 108 auch ein VCO-Ausgangssignal mit einer Frequenz, die von einem VCO-Steuersignal gemäß der Abstimmcharakteristik des VCO modifiziert werden kann. Das VCO-Ausgangssignal kann durch Modulieren des VCO-Steuersignals moduliert werden, um einen FMCW zu erzeugen. Das resultierende VCO-Ausgangssignal wird vom Sendeverstärker 240 verstärkt und von der Antenne 252 gesendet. Das Ausgangssignal des VCO 108 wird zu einem Frequenzteiler 110A geleitet, wo das VCO-Ausgangssignal in der Frequenz um eine erste Konstante abwärtsskaliert wird und als entsprechender VCO-abgeleiteter Ausgang für jedes Front-End 102 und 104 vorgesehen wird.
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Der VCO-abgeleitete Ausgang des Master-Front-Ends 102 wird dann wieder durch eine zweite Konstante im Frequenzteiler 110B abwärtsskaliert, um ein zweites abwärtsskaliertes Signal zu erzeugen, das mit der Frequenz des VCO des Master-Front-Ends zusammenhängt und als Master-VCO-Referenzsignal verwendet wird. In einer Ausführungsform hat das Master-VCO-Referenzsignal eine Frequenz von etwa 30 MHz. Als ein erstes Beispiel kann der Master-VCO ein Ausgangssignal mit einer erwarteten Frequenz von 60 GHz generieren, die dann im Frequenzteiler 110A um einen ersten Faktor von 32 in der Frequenz abwärtsskaliert werden kann und dann wieder im Frequenzteiler 110B durch einen Faktor von 64 abwärtsskaliert werden kann. Als weiteres Beispiel kann der Master-VCO ein Ausgangssignal mit einer erwarteten Frequenz von 80 GHz generieren, die dann im Frequenzteiler 110A um einen ersten Faktor von 42 in der Frequenz abwärtsskaliert werden kann und dann wieder im Frequenzteiler 110B durch einen Faktor von 64 abwärtsskaliert werden kann.
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Das Master-VCO-Referenzsignal verfolgt die Frequenz und Modulation des FMCW-modulierten VCO-Ausgangssignals des Master-Front-Ends 102. Wenn das Master-VCO-Referenzsignal von der Master-PLL-Schaltung 112 frequenzdurchlaufen wird und die Slave-PLL-Schaltung 112 phasenverriegelt ist, moduliert die Slave-PLL-Schaltung 112 automatisch die Frequenz des VCO 108 des Slave-Front-Ends 104 gemäß dem FMCW des VCO-Ausgangssignals des Master-Front-Ends 102.
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In einer Ausführungsform von 2A ist die Master-PLL-Schaltung 116 ein Software-PLL, der das vom Master-VCO abgeleitete Signal digital abtastet und das Master-VCO-Referenzsignal digital abstimmt. Die Auflösung der digitalen Abstimmung wird durch Verwendung von mehreren parallelen Digital/Analog-Wandlern (Digital-to-Analog-Converters, DACs) 222 verbessert. In anderen Ausführungsformen wird ein einziger DAC verwendet. In weiteren Ausführungsformen wird ein analoger PLL als Master-PLL-Schaltung 116 verwendet.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 2A wird das Master-VCO-Referenzsignal in der Master-PLL-Schaltung 116 erneut um eine dritte Konstante im Frequenzteiler 110C in der Frequenz abwärtsskaliert und dann wird der Ausgang zu einem Bandpassfilter (BPF) 218 und dann zu einem ADC 120A geleitet. In der Ausführungsform von 2A sieht ein Referenzoszillator 124 ein oszillierendes Referenzsignal vor, das als Referenztakt für den ADC 120A verwendet wird. Der Referenzoszillator 124 kann einen Kristalloszillator oder einen anderen stabilen elektronischen Oszillator beinhalten. In anderen Ausführungsformen wird das oszillierende Referenzsignal für den PLL-Detektor 224 anstelle des ADC 120A vorgesehen.
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Der ADC 120A tastet den IF-Ausgang des BPF 218 gemäß dem Referenztakt ab. Eine Unterabtastung wird zum Abtasten des BPC-Ausgangs relativ höherer Frequenz mit einem ADC 120A relativ geringerer Frequenz verwendet. Zum Beispiel kann ein Master-VCO-Referenzsignal ein 30 MHz Signal sein, das um einen Faktor von vier im Frequenzteiler 110C in der Frequenz abwärtsskaliert und dann bandpassgefiltert wird, um ein IF-Signal vorzusehen, das imstande ist, bei 2 MHz vom ADC 120A unterabgetastet zu werden.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 2A sendet der ADC 120A, nachdem er den Ausgang des BPF 218 abgetastet hat, seinen digitalen Ausgang zu einem PLL-Detektor 224, der ein Phasendetektor oder ein Phasenfrequenzdetektor ist. Der PLL-Detektor 224 gibt ein Fehlersignal aus, das entweder eine Phasendifferenz oder eine Frequenzdifferenz zwischen dem VCO-abgeleiteten Signal und dem oszillierenden Referenzsignal ist. In der Ausführungsform von 2A berechnet der PLL dieses Fehlersignal unter Verwendung des getakteten Referenzausgangs des ADC 120A. In anderen Ausführungsformen berechnet der PLL-Detektor 224 das Fehlersignal durch einen Vergleich des VCO-abgeleiteten Signals, das vom ADC 120A ausgegeben wird, mit einem Ausgang des Referenzoszillators 124, der bandpassgefiltert und von einem ADC digitalisiert wurde. In weiteren Ausführungsformen sieht der Referenzoszillator einen digitalen Ausgang für den PLL-Detektor vor.
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Ein Abstimmkalkulator 225 überwacht den Fehlersignalausgang des PLL-Detektors 224, um wiederholt ein Abstimmsignal gemäß einer Abstimmcharakteristik des Master-VCO zu berechnen. Das Abstimmsignal kann zum Beispiel Abstimmworte beinhalten, die von einem digitalen Steuergesetz für jedes digitale Fehlersignal innerhalb des Systembetriebsbereichs bestimmt werden. Diese Abstimmworte weisen auf einen oder mehrere Wert(e), die in einer oder mehreren Verweistabelle(n) (Look-Up Tables, LUTs) 228 gespeichert sind, die dann als Eingang zu einem oder mehrere DACs 222 vorgesehen werden. Die Abstimmworte werden zum Modifizieren des Master-VCO-Ausgangs berechnet, um das Fehlersignal vom PLL-Detektor 224 zu minimieren. In der Ausführungsform von 2A sieht ein PLL-Modulator 226, der sich extern der Master-PLL-Schaltung 116 befindet, ein Offset-Signal in das digitale Steuergesetz vor, das das digitale Abstimmwort so einstellt, dass das Master-VCO-Steuersignal gemäß einer gewünschten Master-VCO-Modulation moduliert wird. In anderen Ausführungsformen wird das Master-VCO-Steuersignal nicht moduliert, sondern stattdessen wird ein IF-Eingang für das Master-Front-End 102 zum Modulieren des gesendeten Signals vorgesehen.
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In einer Ausführungsform ist der PLL-Modulator 226 ein Offsetwertgenerator, der Komponenten bestimmt, die der digitalen Abstimmmatrix hinzugefügt werden, um ein lineares FMCW-Steuersignal als das Master-VCO-Steuersignal vorzusehen. Diese Modulationskomponenten sind für den Abstimmkalkulator 225 vorgesehen, der auf DAC-Eingangswerte weist, die in der LUT 228 gespeichert sind. In anderen Ausführungsformen ist kein PLL-Modulator 226 vorhanden und das Abstimmwort wird vom Abstimmkalkulator 225 ohne Modifizierung berechnet.
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Jeder der DACs 222 generiert dann ein entsprechendes analoges Steuersignal. In einer Ausführungsform generiert einer der DACs 222 ein Grobsteuersignal und der andere generiert ein Feinsteuersignal. Diese mehrfachen analogen Steuersignale werden durch ein Tiefpassfilter (Low Pass Filter, LPF) 232 geglättet und integriert, um ein einzelnes kontinuierliches Signal vorzusehen, das den VCO des Master-Front-Ends moduliert.
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Unter Bezugnahme nun auf 2B ist eine alternative Ausführungsform des Mehrfach-Front-End-Systems 2A dargestellt. Der Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und der Ausführungsform von 2A besteht darin, dass der Frequenzteiler 110C der Master-PLL-Schaltung 116 durch einen Frequenzmischer 217 ersetzt wurde. Dieser Frequenzmischer 217 mischt das Master-VCO-Referenzsignal und den Ausgang des Referenzoszillators 124. Der Frequenzmischer 217 sieht ein gemischtes Ausgangssignal für das BPF 218 vor. Das BPF 218 gibt ein gefiltertes Signal aus, das eine Frequenz hat, die niedriger als jene des Master-VCO-Referenzsignals ist, die aber noch immer die Master-VCO-Frequenz verfolgt, um ein digitales Abstimmen des Master-VCO zu unterstützen, um einen FMCW vorzusehen.
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Unter Bezugnahme nun auf 3 ist eine Systemausführungsform für ein analoges, phasengesteuertes Strahllenkungsfeld dargestellt. Das System fügt einem Master-VCO-Referenzsignal eine Phasenverzögerung hinzu, um eine andere Phase für ein oder mehrere Slave-Front-End(s) vorzusehen. Vier Front-Ends 310 sind als ein Beispiel dargestellt, obwohl die Anzahl von Front-Ends größer oder kleiner sein kann. Jedes dieser Front-Ends 310 ist ein AIP-System mit einer oder mehreren internen Antenne(n) zum Senden und Empfangen über einen RF-Kanal. Während der Sendung moduliert jedes Front-End 310 ein ähnliches IF-Signal auf ein entsprechendes VCO-Ausgangssignal (z.B. ein Trägersignal), das mit einem entsprechenden PLL phasen- und frequenzgesteuert wird. Kanal 1 ist ein Masterkanal, der mit einer Master-PLL-Schaltung 116 gemäß einem Referenzoszillator 124 gesteuert wird. Ein Frequenzteiler 110B empfängt den Master-VCO-Ausgang vom Kanal 1 Front-End und sieht ein Master-VCO-Referenzsignal für die Slave-Kanäle 2 bis 4 vor. Das VCO-Ausgangssignal jedes dieser Slave-Kanäle hat eine entsprechende Phasenverschiebung, die relativ zum VCO des Master-Kanals angewendet wird und durch eine entsprechende Slave-PLL-Schaltung 112 gesteuert wird. In einer Ausführungsform hat die Phase jedes Slave-Kanals zwischen fünf und zehn Grad Genauigkeit und liegt innerhalb von plus oder minus 90 Grad zur Phase des Master-Kanals. Die entsprechende Phasenverschiebung jedes Slave-Kanals bestimmt die Strahlachse des phasengesteuerten Strahlungsmusters, das aus den gesammelten Signalen besteht, die von den Front-Ends 310 gesendet werden. Die Phasenverschiebung für jeden Slave-Kanal wird von einer entsprechenden Verzögerungsschaltung 306 vorgesehen, die zum Beispiel eine Varaktordiode beinhaltet. Jede Verzögerungsschaltung 306 ist mit einem entsprechenden DAC 304 abgestimmt, um dem Master-VCO-Referenzsignal eine Verzögerung hinzuzufügen. Jeder DAC 304 ist in einem Modem 302 enthalten, das ein entsprechendes Abstimmwort von einem externen Prozessor bei einem Verzögerungssteuerungseingang empfängt.
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Zum Abstimmen des Systems wird eine Phasenverzögerung rekursiv bei jedem Slave-Kanal angewendet, bis der Unterschied zwischen der Ausgangsphase eines Slave-Kanals und einer bekannten Ausgangsphase eines anderen Kanals (des Master-Kanals oder eines zuvor abgestimmten Slave-Kanals) mit einer gewünschten Phasendifferenz übereinstimmt. Mehrere Faktoren, wie PCB-Layout, Temperatur und Variation zwischen Komponenten, führen zu unterschiedlichen Laufzeitverzögerungen beim Ausgang jedes Front-Ends 310. Infolgedessen ist es wünschenswert, die Anfangsphasendifferenz zwischen den Front-Ends 310 zu messen, bevor dem System eine Phasenverzögerung hinzugefügt wird, und diese Anfangsinformationen als Kalibrierungsversatz zu speichern. Das Abstimmwort, das für jeden der DACs 304 vorgesehen ist, kann dann um diesen Kalibrierungsversatz reduziert werden, der durch das Modem 302 vom externen Prozessor empfangen wird.
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Unter Bezugnahme nun auf 4 ist eine Ausführungsform zum Steuern von VCOs in einem Mehrfach-Front-End-System dargestellt. Bei 404 generiert der VCO jedes Front-Ends ein entsprechendes Ausgangssignal. Das VCO-Ausgangssignal wird dann verstärkt und in der Frequenz um eine erste Konstante abwärtsskaliert. Das abwärtsskalierte Signal wird als ein entsprechender VCO-abgeleiteter Ausgang jedes Front-Ends vorgesehen. Bei 406 wird dann der VCO-abgeleitete Ausgang des Master-Front-Ends um eine zweite Konstante abwärtsskaliert, um ein zweites abwärtsskaliertes Signal zu produzieren. Dieses zweite abwärtsskalierte Signal hängt mit der Master-VCO-Ausgangsfrequenz zusammen und wird als Master-VCO-Referenzsignal verwendet. Bei 408 bestimmt eine Master-PLL-Schaltung ein Master-VCO-Steuersignal gemäß dem Master-VCO-Referenzsignal, einem oszillierenden Referenzsignal und optional einer Steuersignalmodulation, wie zum Beispiel einem FMCW. In 410 wird der VCO-Ausgang des Master-Front-Ends gemäß dem Master-VCO-Steuersignal modifiziert. In 412 bestimmt eine Slave-PLL-Schaltung ein Slave-VCO-Steuersignal gemäß dem VCO-abgeleiteten Ausgang des Slave-Front-Ends und dem Master-VCO-Referenzsignal. In 414 wird der Slave-VCO-Ausgang gemäß dem Slave-VCO-Steuersignal modifiziert.
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5 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Verfahrens zum Steuern von VCOs in einem Mehrfach-Front-End-System, in dem eine Phasenverzögerung einem Slave-Kanal hinzugefügt ist. Bei 504 generiert der VCO jedes Front-Ends ein entsprechendes Ausgangssignal, das dann verstärkt wird. Das verstärkte VCO-Ausgangssignal wird dann um eine erste Konstante in der Frequenz abwärtsskaliert und wird als ein entsprechender VCO-abgeleiteter Ausgang jedes Front-Endes vorgesehen. In 506 wird dann der VCO-abgeleitete Ausgang des Master-Front-Endes wieder um eine zweite Konstante in der Frequenz abwärtsskaliert, um ein zweites abwärtsskaliertes Signal zu produzieren. Dieses zweite abwärtsskalierte Signal hat eine Frequenz, die mit der Master-VCO-Frequenz zusammenhängt und wird als Master-VCO-Referenzsignal verwendet. In 508 bestimmt eine Master-PLL-Schaltung ein Master-VCO-Steuersignal gemäß dem Master-VCO-Referenzsignal und einem oszillierenden Referenzsignal. In 510 wird der VCO-Ausgang des Master-Front-Ends gemäß dem Master-VCO-Steuersignal modifiziert. In 511 wird eine Phasenverzögerung des Slave-Kanals gemäß einer gewünschten Phasenverzögerung für den Slave-Kanal und gemäß einem Kalibrierungsversatz bestimmt. In 512 wird ein Slave-VCO-Steuersignal gemäß dem VCO-abgeleiteten Ausgang des Slave-Front-Ends, dem Master-VCO-Referenzsignal und der Slave-Phasenverzögerung bestimmt. In 514 wird der Slave-VCO-Ausgang gemäß dem Slave-VCO-Steuersignal modifiziert.
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6 zeigt ein Blockdiagramm eines Verarbeitungssystems, das zum Implementieren einiger der hier offenbarten Vorrichtungen und Verfahren verwendet werden kann. Spezielle Vorrichtungen können alle der dargestellten Komponenten oder nur einen Teilsatz der dargestellten Komponenten verwenden und Integrationswerte können sich von Vorrichtung zu Vorrichtung unterscheiden. Ferner kann eine Vorrichtung mehrere Exemplare einer Komponente beinhalten, wie mehrere Verarbeitungseinheiten, Prozessoren, Speicher, Sender, Empfänger, usw. In einer Ausführungsform weist das Verarbeitungssystem eine Computer-Workstation auf. Das Verarbeitungssystem kann eine Verarbeitungseinheit mit einer oder mehreren Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung(en) aufweisen, wie einem Lautsprecher, einem Mikrofon, einer Maus, einem Berührungsbildschirm, einem Tastenfeld, einer Tastatur, einem Drucker, einer Anzeige und dergleichen. Die Verarbeitungseinheit kann eine CPU, eine Speicher, eine Massenspeichervorrichtung, einen Videoadapter und eine I/O-Schnittstelle beinhalten, die an einen Bus angeschlossen ist. In einer Ausführungsform können mehrere Verarbeitungseinheiten in einem einzigen Verarbeitungssystem oder in mehreren Verarbeitungssystemen einen verteilten Verarbeitungspool oder einen verteilten Überarbeitungspool bilden.
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Der Bus kann einer oder mehrere jeder Art von mehreren Busarchitekturen sein, die einen Speicherbus oder eine Speichersteuerung, einen peripheren Bus, Videobus oder dergleichen beinhalten. Die CPU kann jede Art von elektronischem Datenprozessor aufweisen. Der Speicher kann jede Art von Systemspeicher, wie einen Direktzugriffspeicher (RAM), statischen RAM (SRAM), dynamischen RAM (DRAM), synchronen DRAM (SDRAM), Nur-Lese-Speicher (ROM), eine Kombination davon oder dergleichen aufweisen. In einer Ausführungsform kann der Speicher einen ROM zum Verwendung beim Hochfahren und einen DRAM zur Programm- und Datenspeicherung zur Verwendung während der Ausführung von Programmen beinhalten.
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Diese Massenspeichervorrichtung kann jede Art von Speichervorrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, Daten, Programme und andere Informationen zu speichern und die Daten Programme und anderen Informationen über den Bus zugänglich zu machen. Die Massenspeichervorrichtung kann zum Beispiel eines oder mehrere von einem Laufwerk, einem Festplattenlaufwerk, einem Magnetplattenlaufwerk, einem optischen Laufwerk oder dergleichen aufweisen.
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Der Videoadapter und die I/O-Schnittstelle sehen Schnittstellen vor, um externe Eingabe- und Ausgabevorrichtungen an die Verarbeitungseinheit zu koppeln. Wie dargestellt, beinhalten Beispiele von Eingabe- und Ausgabevorrichtungen die Anzeige, die an den Videoadapter gekoppelt ist, und die Maus/die Tastatur/den Drucker, die bzw. der an die I/O-Schnittstelle gekoppelt ist. Andere Vorrichtungen können an die Verarbeitungseinheit gekoppelt sein und es können zusätzliche oder weniger Schnittstellenkarten verwendet werden. Zum Beispiel kann eine serielle Schnittstelle, wie ein Universal Serial Bus (USB) (nicht dargestellt), zum Vorsehen einer Schnittstelle für einen Drucker verwendet werden.
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Die Verarbeitungseinheit kann auch eine oder mehrere Netzschnittstelle(n) beinhalten, die verdrahtete Verbindungen, wie Ethernet-Kabel oder dergleichen, und/oder drahtlose Verbindungen für einen Zugriff auf Knoten oder andere Netze aufweisen können. Die Netzschnittstelle ermöglicht der Verarbeitungseinheit über die Netze mit fernen Einheiten zu kommunizieren. Zum Beispiel kann die Netzschnittstelle eine drahtlose Kommunikation über eine(n) oder mehrere Sender/Sendeantenne(n) und eine(n) oder mehrere Empfänger/Empfangsantenne(n) vorsehen. In einer Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit an ein lokales Netz oder an ein Weitverkehrsnetz zur Datenverarbeitung und Kommunikation mit fernen Vorrichtungen, wie anderen Verarbeitungseinheiten, das Internet, fernen Speichereinrichtungen oder dergleichen gekoppelt. Die Netzschnittstelle kann so konfiguriert sein, dass sie verschiedene verbindungsspezifische virtuelle oder physische Anschlüsse hat, die kommunikativ an eine oder mehrere dieser fernen Vorrichtungen gekoppelt sind.
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Veranschaulichende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben den Vorteil, mehrere RF-Sender/Empfängerkanäle unter Verwendung mehrerer Front-Ends vorzusehen, die zur Frequenzverriegelung oder gemeinsamen Modulation koordinieren, trotz Einschränkungen, die eine gemeinsame Benutzung eines LO zwischen den Front-Ends verhindern. Eine Systemausführungsform kann zum Beispiel AIP-Satellitenmikrochips für die Front-Ends verwenden, so dass keine teure PCB für PCB-implementierte Antennen notwendig ist. Diese Erfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf veranschaulichende Ausführungsformen beschrieben, aber diese Beschreibung soll nicht als Einschränkung ausgelegt werden.
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Verschiedene Modifizierungen und Kombinationen der veranschaulichenden Ausführungsformen wie auch anderer Ausführungsformen der Erfindung, sind für Fachleute in dem Gebiet bei Bezugnahme auf die Beschreibung offensichtlich. Daher sollen die beiliegenden Ansprüche sämtliche derartige Modifizierungen oder Ausführungsformen umfassen.
