DE102018210809A1

DE102018210809A1 - Bestimmen von Informationen über Signalrauschen

Info

Publication number: DE102018210809A1
Application number: DE102018210809.9A
Authority: DE
Inventors: Daniele Dal Maistro; Marc Tiebout
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2020-01-02

Abstract

Offenbart sind ein Apparat (10) und Verfahren zum Bestimmen von Informationen (16', 16") über Signalrauschen wie beispielsweise Phasenrauschen und/oder Jitter.Bei Beispielen kann ein In-Phase/Quadratur-Mischer, I/Q-Mischer, (12, 812) verwendet werden, der dazu konfiguriert ist, ein Eingangssignal (11') von einer ersten Signalquelle (11, 411, 611) und ein Lokaloszillatorsignal (15') von einer zweiten Signalquelle (15, 415, 515, 615) zu empfangen und ein In-Phase-Signal, I-Signal, (12') und ein Quadratursignal, Q-Signal, (12") bereitzustellen.Bei Beispielen kann ein Rauschbestimmer (16) verwendet werden, der dazu konfiguriert ist, die Informationen (16', 16") über das Signalrauschen auf Basis des I-Signals (12') und des Q-Signals (12") zu bestimmen.

Description

Technisches Gebiet
Das vorliegende Dokument bezieht sich auf einen Apparat zum Bestimmen von Informationen über Signalrauschen wie beispielsweise Phasenrauschen und/oder Jitter. Das Dokument bezieht sich auch auf Verfahren und Computerprogramme zum Bestimmen von Informationen über Signalrauschen.
Hintergrund
Hochreine Referenzsignale (z. B. Taktsignale) sind für Hochfrequenz(HF)-Kommunikationsvorgänge und Radarsysteme äußerst wichtig. Referenzsignale mit geringer Reinheit verringern die Zuverlässigkeit und verschlechtern die Dienstqualität der Kommunikationsvorgänge und/oder Radarfunktionen.
Phasenrauschen ist dafür bekannt, ein Signal zu verfälschen, z. B. durch zufälliges Versetzen der Signalphase. Amplitudenrauschen ist dafür bekannt, die Amplitude des Signals zu verfälschen, z. B. durch zufälliges Skalieren der Amplitude. Zum Beispiel, wenn ein Signal erwartet wird: $v (t) = A c o s [2 π f_{o} t + ϕ_{o}],$
Ein unerwünschtes zufälliges Phasenrauschen Φ(t) wird eingeführt, um die erwartete Phase Φo zu verzögern oder vorwegzunehmen, und ein unerwünschter Koeffizient a(t), der für einen zufälligen Prozentsatz, der das Signal skaliert, repräsentativ ist, bewirkt für das Signal: $v (t) = A [1 + α (t)] cos [2 π f_{o} t + ϕ_{o} + Φ (t)] .$
Das nicht ideale Signal wird häufig mit folgender Formel dargestellt: $v (t) = A [1 + α (t)] cos [2 π f_{o} (t + ΔΤ (t))],$
wobei $Δ T (t) = \frac{ϕ (t)}{2 π f_{o}}$
der zufällige Zeitjitter ist.
Lösungen zum Messen dieses Rauschens sind versucht worden, z. B. durch Erzeugen einer 90°-phasenverschobenen Version des Signals v(t) und durch Mischen des Letzteren mit der 90°-phasenverschobenen Version. Dementsprechend werden Phasenschwankungen am Basisband gemessen. Allerdings ist in diesem Fall eine komplizierte Steuerschleife erforderlich.
Bei den aktuellen Lösungen ist häufig die Verwendung von voluminösen Komponenten und komplexen Instrumentierungen erforderlich, beispielsweise von Hochfrequenz(HF)-Steckstellen und individuellen Testeinrichtungen.
Kurzdarstellung
Gemäß Aspekten ist ein Apparat zum Bestimmen von Informationen über Signalrauschen offenbart, wobei der Apparat folgende Merkmale aufweist:

- einen In-Phase/Quadratur-Mischer, I/Q-Mischer, der dazu konfiguriert ist, ein Eingangssignal von einer ersten Signalquelle und ein Lokaloszillatorsignal von einer zweiten Signalquelle zu empfangen und ein In-Phase-Signal, I-Signal, und ein Quadratursignal, Q-Signal, bereitzustellen; und
- einen Rauschbestimmer, der dazu konfiguriert ist, die Informationen über das Signalrauschen auf Basis des I-Signals und des Q-Signals zu bestimmen.

Tatsächlich ist festgestellt worden, dass es entsprechend möglich ist, die Reinheit des Eingangssignals zuverlässig zu messen.
Insbesondere werden komplizierte Steuerschleifen vermieden, und es ist auf eine einfache Weise möglich, sich auf den I/Q-Mischer und auf eine Erzeugung einer I-Version und einer Q-Version des Referenzsignals zu verlassen.
Gemäß einem Aspekt können insbesondere Amplitudenrauschinformationen und/oder Phasenrauschinformationen gemessen werden.
Gemäß einem Aspekt kann der Apparat dazu konfiguriert sein, Amplitudeninformationen und/oder Phaseninformationen von dem I-Signal und dem Q-Signal zu bestimmen. Ferner kann der Apparat dazu konfiguriert sein, die Informationen über das Signalrauschen auf Basis einer zeitlichen Entwicklung der Amplitudeninformationen und/oder der Phaseninformationen zu bestimmen.
Gemäß einem Aspekt kann der Apparat dazu konfiguriert sein, aus der zeitlichen Entwicklung der Amplituden- und/oder Phaseninformationen Folgendes zu extrahieren:

- einen Wert (und/oder dessen statistische Verteilung), der einer Differenz zwischen der mittleren Phase des Eingangssignals und der mittleren Phase des Lokaloszillatorsignals zugeordnet ist; und/oder
- einen Wert (und/oder dessen statistische Verteilung), der dem Mittelwert der Norm des Vektors, identifiziert durch die Basisbandkomponenten des I-Signals und des Q-Signals, und/oder der Normdifferenz zwischen zwei derartigen Vektoren zugeordnet ist.

Gemäß einem Aspekt kann der Apparat dazu konfiguriert sein, einen Wert zu vergleichen, der die Informationen über das Signalrauschen beschreibt, um Dienstqualitätsinformationen, Zuverlässigkeitsinformationen und Selbsttestinformationen zu bestimmen.
Dieser Vorgang kann insbesondere unter Verwendung einer extrem einfachen Hardwareimplementierung durchgeführt werden.
Gemäß einem Aspekt kann der Apparat dazu konfiguriert sein, das Eingangssignal derart zu erhalten, dass das Eingangssignal eine verzögerte Version eines Signals umfasst oder ist, das auf Basis des Lokaloszillatorsignals erzeugt wird.
Deshalb kann die Lösung dazu verwendet werden, beispielsweise drahtlose Telekommunikationssysteme oder Entfernungsmessungssysteme zu kalibrieren, z. B. beim Starten und/oder „vor Ort“ („in the field“).
Gemäß einem Aspekt kann der Apparat eine Sende/Empfangseinheit und/oder eine Kommunikationseinheit aufweisen, um ein Referenzsignal zu senden, das auf dem Lokaloszillatorsignal basiert, und um das Eingangssignal zu erhalten, so dass das Eingangssignal auf einer Reflexion des Referenzsignals basiert.
Gemäß einem Aspekt weist die erste Signalquelle und/oder die zweite Signalquelle eine Phasenregelschleife (phase locked loop, PLL) auf.
Gemäß einem Aspekt sind die erste Signalquelle, die das Eingangssignal bereitstellt, und die zweite Signalquelle, die das Lokaloszillatorsignal bereitstellt, dazu konfiguriert, durch einen selben Referenztakt synchronisiert zu werden.
Es ist daher nicht immer erforderlich, unterschiedliche Referenztakte zu verwenden.
Gemäß einem Aspekt sind die Frequenz der ersten Signalquelle und die Frequenz der zweiten Signalquelle unabhängig voneinander einstellbar. Der Apparat kann dazu konfiguriert sein, die Frequenzen der ersten Signalquelle und der zweiten Signalquelle auf eine gleiche Frequenz einzustellen, um die Informationen über das Signalrauschen zu erhalten. Der Apparat kann dazu konfiguriert sein, Ausgangssignale der ersten Signalquelle und der zweiten Signalquelle für unterschiedliche Anwendungen mit unterschiedlichen Frequenzen zu verwenden.
Gemäß einem Aspekt kann der Apparat derart konfiguriert sein, dass die Ausgangssignale der ersten Signalquelle und die der zweiten Signalquelle kombiniert werden können, um ein Phasenrauschen zumindest bei Normalbetrieb zu reduzieren und um Ausgaben der ersten Quelle und der zweiten Quelle zum Bestimmen der Informationen über das Rauschen in einem Testmodus zu verwenden.
Gemäß einem Aspekt kann eine erste Signalquelle auf einem ersten Chip befestigt sein und eine zweite Signalquelle kann auf einem zweiten Chip einer selben Platine befestigt sein.
Falls die Umgebungsbedingungen der ersten Signalquelle von den Umgebungsbedingungen der zweiten Signalquelle verschieden sind, ist es möglich, die Bedingung der ersten Signalquelle zu testen.
Gemäß einem Aspekt kann der Apparat eine erste Signalquelle und/oder die zweite Signalquelle auf Basis des Feedbacks, das durch die Informationen über das Signalrauschen bereitgestellt wird, abstimmen.
Der I/Q-Mischer kann einen ersten Integrator aufweisen, um eine integrierte Version des I-Signals bereitzustellen, und/oder einen zweiten Integrator, um eine integrierte Version des Q-Signals bereitzustellen, wobei der erste und/oder der zweite Integrator einen Kondensator (z. B. in einer Widerstand-Kondensator-Schaltung) aufweisen können.
Es ist ein Verfahren offenbart, das folgende Schritte aufweist:

- Empfangen eines Eingangssignals von einer ersten Signalquelle und eines Lokaloszillatorsignals von einer zweiten Signalquelle;
- Erhalten eines In-Phase-Signals, I-Signals, und eines Quadratursignals, Q-Signals des Eingangssignals;
- Bestimmen von Rauschinformationen auf Basis des I-Signals und des Q-Signals.

Das Verfahren kann folgende Schritte aufweisen:

- Mischen des Eingangssignals mit einer I-Version des Lokaloszillatorsignals, um das I-Signal zu erhalten; und/oder
- Mischen des Eingangssignals mit einer phasenverschobenen Version des Lokaloszillatorsignals, um das Q-Signal zu erhalten.

Das Verfahren kann, z. B. für Radaranwendungen oder drahtlose Kommunikationsanwendungen, folgende Schritte aufweisen:

- Senden eines Referenzsignals auf Basis eines Lokaloszillatorsignals und
- Erhalten des Eingangssignals als eine verzögerte und/oder reflektierte Version des Referenzsignals.

Das Verfahren kann außerdem ein Abstimmen der ersten Signalquelle oder der zweiten Signalquelle auf Basis eines Feedbacks, das auf den Rauschinformationen basiert, aufweisen.
Es ist ein Apparat zum Bestimmen von Informationen über Signalrauschen offenbart, wobei der Apparat folgende Merkmale aufweist:

- eine Einrichtung zum Empfangen eines Eingangssignals von einer ersten Signalquelle und eines Lokaloszillatorsignals von einer zweiten Signalquelle,
- eine Einrichtung zum Erhalten eines In-Phase-Signals, I-Signals, und eines Quadratursignals, Q-Signals, des Eingangssignals;
- eine Einrichtung zum Bestimmen von Rauschinformationen auf Basis des I-Signals und des Q-Signals.

Gemäß einem Aspekt kann der Apparat folgende Merkmale aufweisen:

- eine Einrichtung zum Mischen des Eingangssignals mit einer I-Version des Lokaloszillatorsignals, um das I-Signal zu erhalten; und/oder
- eine Einrichtung zum Mischen des Eingangssignals mit einer phasenverschobenen Version des Lokaloszillatorsignals, um das I-Signal zu erhalten.

Gemäß einem Aspekt kann der Apparat eine Einrichtung zum Abstimmen der ersten Signalquelle oder der zweiten Signalquelle auf Basis eines Feedbacks, das auf den Rauschinformationen basiert, aufweisen.
Figurenliste

1 zeigt einen Apparat gemäß einem Beispiel.
2 zeigt einen In-Phase/Quadratur-Mischer, I/Q-Mischer, gemäß einem Beispiel.
3 zeigt einen Rauschbestimmer gemäß einem Beispiel.
4-7 zeigen einen Apparat gemäß Beispielen.
8 zeigt einen Apparat gemäß einem Beispiel.
9 zeigt ein Verfahren gemäß einem Beispiel.
10-12 zeigen Versuchsergebnisse.

Ausführliche Beschreibung der Beispiele
1 zeigt einen Apparat 10. Der Apparat 10 kann unter anderem dazu konfiguriert sein, Informationen über Signalrauschen zu bestimmen.
Insbesondere kann der Apparat 10 Informationen über das Rauschen (Rauschinformationen) bereitstellen, die ein Signal 11' betreffen. Das Signal 11' (nachfolgend als Eingangssignal bezeichnet) kann durch eine externe Quelle oder, bei unterschiedlichen Beispielen, durch eine interne Quelle des Apparats 10 erzeugt werden. Die Quelle des Eingangssignals 11' wird als erste Signalquelle 11 bezeichnet, unabhängig davon, ob die Quelle intern oder extern zu dem Apparat 10 ist. Bei Beispielen kann die erste Signalquelle 11 eine Phasenregelschleife, PLL, aufweisen. Die erste Signalquelle 11 kann ein Signal sein, das durch die PLL erzeugt wird, oder dasselbe verwenden.
Die Rauschinformationen, die durch den Apparat 10 bereitgestellt sind, können Informationen über Amplitudenrauschen (Rauschamplitudeninformationen) aufweisen, die mit 16' gekennzeichnet sind. Die Amplitudenrauschinformationen 16' können Aufschluss über die Änderung der Amplitude des Eingangssignals 11' geben. Beispielsweise können Amplitudenrauschinformationen 16' Aufschluss über eine Welligkeit, eine Variation, einen Prozentsatz usw. der Amplitude geben. Die Amplitudenrauschinformationen 16' können Aufschluss über eine Differenz zwischen einer erwarteten Amplitude und einer tatsächlichen Amplitude des Signals 11' geben. Bei Beispielen kann, während für die Amplitude ein konstanter Wert A erwartet wird, das Phasenrauschen mit folgender Formel beschrieben sein: $A [1 + α (t)],$
wobei a(t) eine kleine zufällige Variation ist. Die Amplitudenrauschinformationen 16' können deshalb Aufschluss über das Verhalten von a(t) geben oder bereitstellen.
Zusätzlich oder alternativ können die Rauschinformationen, die durch den Apparat 10 bereitgestellt sind, Informationen über Phasenrauschen (Phasenrauschinformationen) aufweisen, die mit 16" gekennzeichnet sind. Die Phasenrauschinformationen 16" können Aufschluss über die Variation der Phase des Eingangssignals 11' geben. Beispielsweise können Phasenrauschinformationen 16"Aufschluss über einen Jitter, eine Phasenverschiebung, eine Variation usw. der Phase geben. Die Phasenrauschinformationen 16" können Aufschluss über eine Differenz zwischen einer erwarteten Phase und einer tatsächlichen Phase des Signals 11' geben. Wenn das Amplitudenrauschen vernachlässigbar ist, während für die Phase konstant Φo erwartet wird, kann das Phasenrauschen Φ(t) das Signal dahingehend verfälschen, dass dasselbe zu Folgendem wird: $A cos [2 π f_{o} t + ϕ_{o} + Φ (t)],$
wobei f_o die Frequenz des Eingangssignals 11' ist und Φ(t) eine zufällige Funktion ist. Die Phasenrauschinformationen 16" können bei Beispielen Aufschluss über das Verhalten von Φ(t) geben.
Währenddessen kann die ideale Formel, die das Eingangssignal 11' beschreibt, wie folgt lauten: $v (t) = A cos [2 π f_{o} t + ϕ_{o}],$
die reale Formel, die die Amplitudenrauschinformationen 16' (z. B. α(t)) und die Phasenrauschinformationen 16" (z. B. Φ(t)) berücksichtigt, kann zu folgender Formel werden: $v (t) = A [1 + α (t)] cos [2 π f_{o} t + ϕ_{o} + Φ (t)] .$
a(t) und Φ(t) modellieren jeweils das Amplitudenmodulationsrauschen, AM-Rauschen, und das Phasenmodulationsrauschen, PM-Rauschen, die das Signal verfälschen.
α(t) und Φ(t) entsprechen den Spektraldichten S_a(f) und S_Φ(f). Unter der Annahme, dass der Amplitudenrauschbeitrag in Bezug auf das Phasenrauschen vernachlässigbar ist und die gesamte Phasenrauschleistung <<1rad² ist, gilt die folgende Näherung: $L (f) ≅ \frac{1}{2} S Φ (f)$
wobei L(f) das Signal-Seitenband-Phasenrauschen darstellt, relativ zu der Trägerleistung ausgedrückt, normalerweise in dBc/Hz (d. h., was direkt mit einem Spektrumanalysator gemessen würde).
$Δ T (t) = \frac{ϕ (t)}{2 π fo}$
weist die Spektraldichte $S ΔΤ (f) = {(\frac{1}{2 π fo})}^{2} S ϕ (f) und Δ T rms = \frac{ϕ rms}{2 π fo}$
auf.
Bei Beispielen können sowohl die Amplitudenrauschinformationen 16' als auch die Phasenrauschinformationen 16" gleichzeitig durch den Apparat 10 erhalten werden.
Um die Rauschinformationen 16', 16" zu bestimmen, kann der Apparat 10 einen In-Phase/Quadratur-Mischer, I/Q-Mischer, 12 und einen Rauschbestimmer 16 aufweisen, für die ein Beispiel in 2 gezeigt ist.
Der I/Q-Mischer 12 erhält ein I-Signal 12' (I_Aus(t)) und ein Q-Signal 12" {Q_Aus(t)) auf Basis des Eingangssignals 11'. Das I-Signal 12' und das Q-Signal 12" ermöglichen es, die Amplitudenrauschinformationen 16' (z. B. α(t)) und die Phasenrauschinformationen 16" (z. B. Φ(t)) zu bestimmen.
Bei Beispielen kann der I/Q-Mischer 12 mit einem anderen Signal eingegeben werden, beispielsweise einem Lokaloszillatorsignal 15'. Das Lokaloszillatorsignal 15' kann verwendet werden, um Mischvorgänge des Eingangssignals 11' durchzuführen. Das Lokaloszillatorsignal 15' kann durch eine externe Quelle oder, bei anderen Beispielen, durch eine interne Quelle des Apparats 10 erzeugt werden. Die Quelle des Lokaloszillatorsignals 15' wird als zweite Signalquelle 15 bezeichnet, unabhängig davon, ob die Quelle intern oder extern zu dem Apparat 10 ist. Bei Beispielen kann die erste Signalquelle 11 eine PLL aufweisen.
Bei Beispielen ist die zweite Signalquelle 15 dazu konfiguriert, das Lokaloszillatorsignal 15' dahingehend zu erzeugen, eine höhere Reinheit und/oder Präzision als das Eingangssignal 11'aufzuweisen. Das Lokaloszillatorsignal 15' kann so aufgefasst werden, dass dasselbe eine Referenz für das Eingangssignal 11' festlegt. Es kann häufig davon ausgegangen werden, dass das Amplitudenrauschen α_L0, das sich auf das Lokaloszillatorsignal 15' auswirkt, α_L0(t) ≅ 0 und/oder |α_L0(t)| << |α(t)| folgt. Es kann häufig davon ausgegangen werden, dass das Phasenrauschen Φ_LO(t), das sich auf das Lokaloszillatorsignal 15' auswirkt, derart ausfällt, dass Φ_LO(t) ≅ 0 und/oder |ϕ_L0(t)| << |Φ(t)| ist. Deshalb können in zahlreichen Situationen das Amplituden- und Phasenrauschen des Lokaloszillatorsignals 15' vernachlässigbar sein. Dementsprechend ist es grundsätzlich möglich, das Lokaloszillatorsignal 15' wie folgt zu beschreiben: $v_{L 0} (t) = A_{LO} cos [2 π f_{LO} t + ϕ_{LO}],$
wobei A_LO, die Amplitude ist, f_LO die Frequenz ist und Φ_LO die Phase ist.
Wie aus 2 ersichtlich ist, kann der I/Q-Mischer 12 mit dem Eingangssignal 11' und dem Lokaloszillatorsignal 15' eingegeben werden.
Der I/Q-Mischer 12 kann einen Quadraturgenerator, Q-Generator, 24 aufweisen. Der Q-Generator 24 kann dazu konfiguriert sein, die Phase des Lokaloszillatorsignals 15' zu versetzen, um eine Q-Version 24" (z. B. einen Versatz von 90°) des Lokaloszillatorsignals 15' bereitzustellen. In 2 ist der Q-Generator 24 so dargestellt, dass derselbe die I-Version 24' des Lokaloszillatorsignals 15' bereitstellt, wobei die I-Version 24' in Phase (z. B. Phasenversatz 0°) mit dem Lokaloszillatorsignal 15' ist.
Der I/Q-Mischer 12 kann einen ersten Mischer 20 (I-Mischer) aufweisen, der dazu konfiguriert sein kann, das Eingangssignal 11' mit der I-Version 24' des Lokaloszillatorsignals 15' zu mischen, um das I-Signal 12' (I_Aus) bereitzustellen, das an den Rauschbestimmer 16 ausgegeben werden soll. Der erste Mischer 20 kann beispielsweise einen ersten Skalierer 26 aufweisen. Der erste Skalierer 26 kann das Eingangssignal 11' mit der I-Version 24' des Lokaloszillatorsignals 15' skalieren (z. B. Multiplikationen erhalten), um das I-Signal 12' (I_Aus) zu erhalten, das dem Rauschbestimmer 16 bereitgestellt wird. Bei Beispielen kann das I-Signal 12' obere und untere Seitenbänder aufweisen, z. B. als Ergebnis des Mischens zentriert bei f_LO + f_o und f_LO - f_o.
Der I/Q-Mischer 12 kann einen zweiten Mischer 22 (Q-Mischer) aufweisen, der dazu konfiguriert sein kann, das Eingangssignal 11' mit der Q-Version 24" des Lokaloszillatorsignals 15' zu mischen, um das Q-Signal 12" (Q_AUS) bereitzustellen, das an den Rauschbestimmer 16 ausgegeben werden soll. Der zweite Mischer 22 kann beispielsweise einen zweiten Skalierer 27 aufweisen. Der zweite Skalierer 27 kann das Eingangssignal 11' mit der Q-Version 24" des Lokaloszillatorsignals 15' skalieren (z. B. Multiplikationen erhalten), um das Q-Signal 12" zu erhalten, das dem Rauschbestimmer 16 bereitgestellt wird. Bei Beispielen kann das Q-Signal 12" obere und untere Seitenbänder aufweisen, z. B. als Ergebnis des Mischens zentriert um f_LO + f_o und f_LO - f_o.
Die Mischer 20 und 22 können daher dasselbe Eingangssignal 11' mit unterschiedlichen Versionen des Lokaloszillatorsignals 15' mischen.
Es lässt sich eine besondere Einfachheit erreichen: Um die I-Version 24' und die Q-Version 24" des Lokaloszillatorsignals 15' zu erhalten, soll keine Quadratursteuerung eingerichtet werden, da die Quadratur durch den Quadraturgenerator 24 gewährleistet ist.
Von I_Aus und Q_Aus können Informationen (z. B. 16' und/oder 16") bezüglich eines Rauschens, das das Eingangssignal 11' verfälscht, durch den Rauschbestimmer 16 erhalten werden.
Ein Beispiel für den Rauschbestimmer 16 ist in 3 bereitgestellt. Der Rauschbestimmer 16 kann eine Tiefpassfilterstufe 30 aufweisen. Die Tiefpassfilterstufe 30 kann ein erstes Tiefpassfilter 31, um das I-Signal 12' zu filtern, und/oder ein zweites Tiefpassfilter 32 aufweisen, um das Q-Signal 12" zu filtern. Dementsprechend können gefilterte Versionen 31' und/oder 32" der Signale 12' und 12" erhalten werden. Die Basisbandkomponenten (I_Aus,BB, Q_Aus,BB) der gefilterten Versionen 31' und/oder 32" können bei der Frequenz f_LO - f_o liegen, da das obere Seitenband durch das Filtern gelöscht wurde.
Bei Beispielen kann die Basisbandkomponente der gefilterten Version 31' des I-Signals 12' wie folgt beschrieben sein: $I_{Aus,BB} (t) = G_{Mitch} A [1 + α (t)] c o s (ϕ_{LO} - ϕ_{o} - Φ (t)),$
wobei G_Misch der Spitzenwert (Mischergewinn) ist, A die Amplitude des Eingangssignals, a(t) das Amplitudenrauschen, das sich auf das Eingangssignal 11' auswirkt, ϕ_LO die Phase des Lokaloszillatorsignals 15', ϕ_ο die Phase des Eingangssignals 11' und Φ(t) das Phasenrauschen, das sich auf das Eingangssignals 11' auswirkt.
Bei Beispielen kann die Basisbandkomponente der gefilterten Version 32" des Q-Signals 12" wie folgt beschrieben sein: $Q_{Aus,BB} (t) = G_{Misch} A [1 + α (t)] s i n (ϕ_{LO} - ϕ_{o} - Φ (t)),$
wobei G_Misch der Spitzenwert (Mischergewinn) ist, A die Amplitude des Eingangssignals, a(t) das Amplitudenrauschen, das sich auf das Eingangssignal 11' auswirkt, Φ_LO die Phase des Lokaloszillatorsignals 15', ϕ_o die Phase des Eingangssignals 11' und Φ(t) das Phasenrauschen, das sich auf das Eingangssignal 11' auswirkt.
Bei Beispielen kann der Rauschbestimmer 16 eine Analog/Digital-Wandlerstufe 34 aufweisen. Die Analog/Digital-Wandlerstufe 34 kann einen Analog/Digital-Wandler, ADC (analog/digital converter), 35 aufweisen, um das Signal 31' (12') in eine digitale Darstellung 35' umzuwandeln. Die digitale Darstellung 35' kann deshalb beispielsweise durch eine codierte Version von I_Aus,BB(t), gebildet werden.
Die Analog/Digital-Wandlerstufe 34 kann einen ADC 36 aufweisen, um das Signal 32" (12") in eine digitale Darstellung 36" umzuwandeln. Die digitale Darstellung 36 kann deshalb beispielsweise durch eine codierte Version von Q_Aus,BB(t),gebildet werden.
Der Rauschbestimmer 16 kann einen digitalen Signalprozessor, DSP, 38 aufweisen. Der DSP 38 kann mit dem I-Signal 12' (z. B. dessen gefilterter und codierter Version 35') und dem Q-Signal 12" (z. B. dessen gefilterter und codierter Version 35') eingegeben werden. Der DSP kann aus I_Aus,BB und Q_Aus,BB Informationen verarbeiten, die Aufschluss über a(t) und/oder Φ(t) geben.
Um a(t) zu erhalten, wurde festgestellt, dass es möglich ist, eine Formel zu verwenden, die Amplitudeninformationen berücksichtigt, beispielsweise auf folgende Weise ausgedrückt: $G_{Misch} A [1 + α (t)] = \sqrt{{[I_{Aus,BB} (t)]}^{2} + {[Q_{Aus,BB} (t)]}^{2}} .$
Diese Formel ergibt sich aufgrund der Tatsache, dass bei jeder Instanz t, I_Aus,BB(t) und Q_Aus,BB(t) dieselbe Amplitude, dieselbe Phase, dieselbe Frequenz aufweisen und um 90° versetzt sind (unter Beachtung der trigonometrischen Formel (cosx)² + (sinx)² = 1, die für die I- und Q-Versionen eines Signals gilt). Es ist interessant festzustellen, dass grundsätzlich I_Aus,BB(t) und Q_Aus,BB(t) durch dasselbe Amplitudenrauschen a(t) betroffen sind. Deshalb weist der DSP 38 die Fähigkeit auf, a(t) zu erhalten, in Form einer Formel wie folgt: $α (t) = \frac{\sqrt{{[I_{Aus,BB} (t)]}^{2} + {[Q_{Aus,BB} (t)]}^{2}}}{G_{Misch A}} - 1.$
a(t) ist (oder kann die Basis sein für) die Amplitudenrauschinformationen 16', wodurch es möglich ist, Kenntnis über die Entwicklung in der Zeit, eine Welligkeit usw. des Amplitudenrauschens zu erhalten.
Unter Verwendung von trigonometrischen Eigenschaften kann Φ(t) erhalten werden, unter Verwendung einer Formel, die beispielsweise wie folgt ausgedrückt sein kann: $ϕ_{LO} - ϕ_{o} - Φ (t) = a t a n (\frac{Q_{Aus,BB} (t)}{I_{Aus,BB} (t)}) .$
Daher kann der DSP 38 Φ(t) mit folgender Form erhalten: $Φ (t) = ϕ_{LO} - ϕ_{o} - a t a n (\frac{Q_{Aus,BB} (t)}{I_{Aus,BB} (t)}) .$
Φ(t) ist (oder kann die Basis sein für) die Phasenrauschinformationen 16", wodurch es beispielsweise möglich ist, Kenntnis über einen Jitter zu erhalten, der sich auf das Signal auswirkt.
(Im Falle, dass es nötig ist, die zufällige Komponente des Lokaloszillatorsignals 15' anstelle von Φ(t) zu berücksichtigen, wird der Wert Φ_L0(t) - Φ(t) erhalten, wobei Φ_L0(t) das Phasenrauschen ist, das sich auf das Lokaloszillatorsignal 15' auswirkt).
Die Rauschinformationen 16' und 16" können deshalb durch den Apparat 10 auf einfache Weise sowie unter Verwendung von Standardkomponenten erhalten werden, ohne besonders aufwendige Techniken. Dessen ungeachtet wurde eine optimale Reinheit oder Präzision erzielt.
Die Charakterisierung von Phasen- und Amplitudenrauschinformationen kann deshalb leicht erhalten werden. Darüber hinaus kann neben einem Produktionstest ein Jitter- oder Phasenrauschtestsystem erhalten werden, das beispielsweise vor Ort Alterung und Temperaturdriften misst.
4 zeigt eine Entität 40, die eine Platine sein kann (die beispielsweise den Apparat 10 implementiert). Die Platine 40 kann derart sein, dass ein erster Chip 42 und ein zweiter Chip 44 auf derselben befestigt sind. Der erste und zweite Chip 42 und 44 können in unterschiedlichen Abschnitten der Platine 40 platziert sein und können unterschiedlichen Bedingungen unterliegen (z. B. Bedingungen, die Temperatur, Feuchtigkeit, elektromagnetischen Störungen usw. zugeordnet sind).
Der erste Chip 42 („CHIP 1“) kann eine erste Signalquelle 411 aufweisen. Die erste Signalquelle 411 kann ein Eingangssignal 411' erzeugen. In einigen Fällen kann die erste Signalquelle 411 für einige bestimmte Zwecke verwendet werden (z. B. zum Bereitstellen einer Taktreferenz für andere Komponenten, die auf der Platine 40 befestigt sind, zu Kommunikationszwecken und dergleichen) für andere Einheiten und/oder Vorrichtungen. Bei einigen Beispielen kann die erste Signalquelle 411 eine PLL aufweisen. Bei Beispielen kann die PLL durch einen Frequenzmultiplizierer ersetzt sein. Die erste Signalquelle 411 kann ein Signal auf Basis eines Referenzsignals 46' erzeugen, das durch einen Referenztakt 46 bereitgestellt ist (hier bei 100 MHz, selbst wenn andere abweichende Frequenzen ebenfalls bereitgestellt sind), z. B. einen Kristalloszillator, einen Quarz usw. In einigen Fällen kann das Eingangssignal 411' durch Verstärken (z. B. an einem Verstärker 450) eines Signals 411a erhalten werden, das durch die erste Signalquelle 411 erzeugt wird.
Der zweite Chip 44 („CHIP 2“) kann eine zweite Signalquelle 415 aufweisen. Bei einigen Beispielen kann die zweite Signalquelle 415 eine PLL aufweisen. Bei Beispielen kann die PLL durch einen Frequenzmultiplizierer ersetzt sein. Die zweite Signalquelle 415 kann ein Signal auf Basis eines Referenzsignals 46'erzeugen, das durch einen Referenztakt 46 bereitgestellt ist, z. B. einen Kristalloszillator, einen Quarz usw. Die zweite Signalquelle 415 kann ein Lokaloszillatorsignal 415' erzeugen.
Bei einigen Beispielen ist der Referenztakt der zweiten Signalquelle 415 derselbe des Referenztakts der ersten Signalquelle 411. Jedoch kann bei Beispielen der zweite Chip 44 in einer Position platziert sein, die günstiger ist als die Position, an der der zweite Chip 42 platziert ist. Beispielsweise kann in der Platine 40 die Position des zweiten Chips 44 weniger stark Temperatur, Feuchtigkeit, elektromagnetischen Störungen usw. unterliegen als die Position des ersten Chips 42. Deshalb ist das Ergebnis der zweiten Signalquelle 415 zuverlässiger als die erste Signalquelle 411. Bei Beispielen kann neben der besseren Position der Takt der zweiten Signalquelle 415 selbst zuverlässiger sein als der der ersten Signalquelle 411. Beispielsweise kann die zweite Signalquelle 411 präziser und/oder zuverlässiger sein als die erste Signalquelle oder auf einem zuverlässigeren Takt basieren.
Es wurde festgestellt, dass es möglich ist, die Reinheit und/oder Präzision und/oder die Zuverlässigkeit der ersten Signalquelle 411 zu prüfen, z. B. auf Basis von Rauschinformationen (z. B. 16', 16"), die von dem Eingangssignal 411' und dem Lokaloszillatorsignal 415' ableitbar sind. Es ist beobachtet worden, dass es auf leichte Weise möglich ist, die oben erläuterten Techniken zu verwenden.
Beispielsweise kann ein I/Q-Mischer 412 ein I-Signal 412' (I_Aus) und ein Q-Signal 412" (Q_Aus) bereitstellen, die erhalten werden können, indem zwei parallele Mischvorgänge des Eingangssignals 411' mit I- und Q-Versionen des Lokaloszillatorsignals 415' durchgeführt werden. Sobald das I-Signal 412' und das Q-Signal 412" in einer ADC-Stufe 434 digitalisiert sind (und, falls tiefpassgefiltert, nicht in 4 gezeigt), können deren digitale Versionen 435' und 435" an einen DSP 38 übertragen werden (nicht in 4 gezeigt). Der DSP 38 kann Rauschinformationen (z. B. 16' und/oder 16"), beispielsweise in Bezug auf α(t), Φ(t) usw. erhalten. Insbesondere in der DSP 38 in der Lage, die Bedingungen abzuleiten, unter denen der erste Chip 42 arbeitet. So kann beispielsweise der DSP 38 die Zuverlässigkeit der ersten Signalquelle 411 messen. Falls die erste Signalquelle 411 beispielsweise unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, kann durch den DSP 38 ein Alarm erzeugt werden und/oder der zweite Chip 44 kann deaktiviert oder neugestartet werden oder es kann automatisch ein Kalibriervorgang eingeleitet oder dem Benutzer vorgeschlagen werden.
Bei Beispielen kann die Platine 40 deshalb eine Selbsttestfunktion durchführen, die einen Wert vergleichen kann, der die Rauschinformationen (z. B. 16', 16") beschreibt, um Dienstqualitätsinformationen und/oder Zuverlässigkeitsinformationen und/oder Selbsttestinformationen zu bestimmen.
5 zeigt einen Apparat 50, der für einige Aspekte als eine bestimmte Implementierung des Apparats 12 betrachtet werden kann. Der Apparat 50 kann zum Beispiel eine Entfernungsmessvorrichtung wie beispielsweise eine Radarvorrichtung sein oder eine Kommunikationsvorrichtung wie beispielsweise eine Vorrichtung zur mobilen Kommunikation (z. B. gemäß dem Standard 5G und/oder UMTS und/oder LTE), die ebenfalls eine Entfernungsmessfunktion aufweisen kann. Beispielsweise kann der Apparat 50 über eine Kommunikationseinheit oder eine Sende/Empfangseinheit 52 (die z. B. eine Antenne oder eine Reihe von Antennen wie beispielsweise eine Radarantenne oder mehrere Radarantennen aufweist), ein Sendesignal, Tx-Signal, 52' senden und ein Empfangssignal, Rx-Signal, 52" empfangen, das eine reflektierte Versions des Tx-Signals 52' sein kann.
Die Sende/Empfangseinheit 52 kann das Tx-Signal 52' senden, das bei Beispielen auf einem Lokaloszillatorsignal 515" basieren kann. Die Sende/Empfangseinheit 52 kann das Rx-Signal 52" empfangen und ein Signal 511' erzeugen, das dahingehend aufgefasst werden kann, dass dasselbe dem Eingangssignal 11' von 1 entspricht. Das Eingangssignal 511' kann außerdem als eine verzögerte Version des Lokaloszillatorsignals 515"verstanden werden.
Es wurde festgestellt, dass (z. B. in einem Kalibrierungs- oder Selbsttestmodus) Rauschinformationen bezüglich des Rauschens, das das Signal 511' verfälscht, erhalten werden können. Insbesondere kann das Signal 511' so verstanden werden, dass es der effektiven Kapazität des Apparats 50 zugeordnet ist, um beispielsweise dessen Entfernungsmessvorgänge durchzuführen.
Das Lokaloszillatorsignal 515" kann durch eine zweite Signalquelle 515 erzeugt werden. Ein I/Q-Mischer 512 kann mit einem Lokaloszillatorsignal 515' eingegeben werden, (welches dasselbe oder eine Version des Lokaloszillatorsignals 515" sein kann, das an die Sende/Empfangseinheit 52 ausgegeben ist). Der I/Q-Mischer 512 kann deshalb ein I-Signal 512' und ein Q-Signal 512" erzeugen, die bei Digitalisierung in einer ADC-Stufe 534 zu digitalen Versionen 535' und 536" in eine Steuerung 538 eingegeben werden können. Die Steuerung 538 kann das Rausch- und/oder Amplitudeninformationssignal bestimmen, das sich auf das Eingangssignal 511' auswirkt, um beispielsweise Informationen über die effektive Zuverlässigkeit des Apparats 50 beim Durchführen des Entfernungsmessvorgangs zu erhalten. Die Steuerung 538, die auch die Funktionen des DSP 38 implementieren kann, kann Amplituden- und Phasenrauschinformationen erhalten, die von den I- und Q-Signalen 512' und 512" erhalten werden, und diese beispielsweise zum Validieren und/oder Kalibrieren von Entfernungsmessungen verwenden. Mit dem Steuersignal 538' kann die Steuerung 538 beispielsweise die Sende/Empfangseinheit 52 steuern.
6 zeigt eine Implementierung 60. Die Implementierung 60 kann einen ersten Chip 61 und einen zweiten Chip 62 aufweisen. Der erste Chip 61 kann ein Chip in Prüfung sein. Der zweite Chip 62 kann ein Prüfchip sein und kann als Teil einer Einrichtungsausrüstung, z. B. Laborausrüstung, bereitgestellt sein. In anderen Fällen stellt die Implementierung 60 eine Platine dar (z. B. die einzelne Platine 40 von 4), wobei der erste Chip 61 einen Takt mit einer geringeren Reinheit als der des zweiten Chips 62 aufweist.
Bei Beispielen kann der erste Chip 61 eine erste Signalquelle 611 aufweisen, die unter Umständen weniger zuverlässig als gewünscht ist. Dennoch kann die erste Signalquelle 611 ein Signal 611' oder 613' erzeugen, das wertvoll als Referenztakt für verschiedene Komponenten und/oder Anwendungen und/oder zu Kommunikationszwecken verwendet werden kann.
Eine Kommunikationseinheit 612a kann Kommunikationsdaten auf Basis des Signals 611' (z. B. synchronisiert mit demselben) an unterschiedliche Komponenten und/oder Anwendungen senden.
Die erste Signalquelle 611 kann beispielsweise durch ein Abstimmsignal 650' gesteuert werden, das durch den zweiten Chip 62 erzeugt wird. Der zweite Chip 62 kann beispielsweise eine Abstimmeinheit 650 aufweisen, die die Frequenzen der ersten Signalquelle 611 festlegt. Insbesondere kann die Abstimmeinheit 650 in Echtzeit arbeiten, z. B. auf Basis von Feedback wie dem Signal 611' oder 613", das von dem ersten Chip 61 erhalten wird.
Um das durch die erste Signalquelle 611 erzeugte Signal fein abzustimmen, kann eine Lösung wie die oben beschriebene verwendet werden. Beispielsweise kann eine zweite Signalquelle 615 mit höherer Reinheit (oder zumindest einer höheren Reinheit als die erste Signalquelle 611) einen lokalen Referenztakt 615' erzeugen. Bei einigen Beispielen kann die zweite Signalquelle 615 ein zweites Signal 615" (das in einigen Fällen das gleiche wie 615' sein kann) erzeugen, um einen Referenztakt für andere Komponenten und/oder für unterschiedliche Anwendungen bereitzustellen. Ein I/Q-Mischer 612 kann ein I-Signal 612' und/oder ein Q-Signal 612" erzeugen, das (z. B. in digitalisierter Form 535' und 635" nach der ADC-Stufe 634) der Abstimmeinheit 650 (die beispielsweise in einigen Fällen als DSP 38 fungiert) bereitgestellt werden kann.
Die Abstimmeinheit 650 kann Kenntnis über das zeitliche Verhalten von a(t) und/oder von Φ(t) oder jedenfalls Informationen über das Rauschen erlangen, das das Signal 611' oder 613' verfälscht. Basierend auf der Amplitude oder dem Phasenfehler von Signal 611' und/oder 613' bezüglich des Lokaloszillatorsignals 615' kann der Folgefehler reduziert werden, indem die erste Signalquelle beispielsweise durch das Abstimmsignal 650' gesteuert wird.
Insbesondere kann die Abstimmeinheit 650 auch ein zweites Abstimmsignal 650" erzeugen, um die zweite Signalquelle 615 zu steuern. Die Signale 650' und 650" können unabhängig voneinander synchronisiert werden.
7 zeigt ein Beispiel 700, das bei zumindest einem der obigen Beispiele beinhaltet sein kann. Wie ersichtlich ist, können ein Eingangssignal 711' (z. B. durch eine erste Quelle ausgegeben) und ein Lokaloszillatorsignal 715' (z. B. durch eine zweite Quelle ausgegeben) in einen I/Q-Mischer 712 eingegeben werden, so dass der I/Q-Mischer 712 ein I-Signal 712' und ein Q-Signal 712" wie oben erörtert erzeugt und dasselbe einem Rauschbestimmer bereitstellt.
In einigen Fällen kann es jedoch möglich sein, einfach eine Kombination (z. B. einen Mittelwert) des Eingangssignals 711' und des Lokaloszillatorsignals 715' zu verwenden, um ein gemitteltes Signal 770' zu erhalten.
Ein Modusselektor 780 kann zwischen einem Normalbetrieb und einem Mittelwert-(Selbsttest-)Modus, bei dem das gemittelte Signal 770' verwendet wird, und einem Testmodus wählen, bei dem ein Selbsttest durchgeführt wird, indem beispielsweise das Phasen- oder Amplitudenrauschen wie oben erläutert gemessen wird.
8 zeigt ein Beispiel, das als eine Variante des Beispiels von 2 erklärt werden kann, jedoch für jedes der obigen Beispiele verwendet werden kann. Bei dieser Variante kann ein I/Q-Mischer 812 zumindest eine Widerstand-Kondensator-Schaltung aufweisen, um das I-Signal 12' und/oder das Q-Signal 12" zu integrieren.
Ein I/Q-Mischer 812 kann stromabwärts des ersten (I-)Mischers 20 einen ersten Integrator 890 aufweisen, der eine integrierte Version 880' des I-Signals 12' bereitstellen kann. Bei Beispielen kann der erste Integrator 890 einen ersten Kondensator 882 aufweisen, der einen ersten Kondensatoranschluss 882', der mit dem Ausgang des ersten Skalierers 26 verbunden ist (z. B. durch eine Impedanz 880, die ein Widerstand sein kann), und einen zweiten Kondensatoranschluss 882" umfasst, der mit einem Referenzanschluss (z. B. Masse oder Erde) verbunden ist. Dementsprechend kann die Ausgabe des ersten Integrators 890 eine integrierte Version 880' des I-Signals 12' sein.
Zusätzlich oder alternativ kann stromabwärts des zweiten (Q-)Mischers 22 ein zweiter Integrator 892 eine integrierte Version 884" des Q-Signals 12" bereitstellen. Bei Beispielen kann der zweite Integrator 892 einen zweiten Kondensator 886 aufweisen, der einen ersten Anschluss 886', der mit dem Ausgang des zweiten Skalierers 27 verbunden ist (z. B. durch eine Impedanz 884, die ein Widerstand sein kann), und einen zweiten Kondensatoranschluss 886" umfasst, der mit einem Referenzanschluss (z. B. Masse oder Erde) verbunden ist. Dementsprechend kann die Ausgabe des zweiten Integrators 892 eine integrierte Version 884" des Q-Signals 12" sein.
Der erste und zweite Integrator 890 und 892 können Beispiele der Tiefpassfilter 31 und 32 von 3 sein, die den ADCs 35 und 36 bereitgestellt werden sollen.
9 zeigt ein Verfahren 900 gemäß einem Beispiel. Das Verfahren 900 kann bei Schritt 902 Folgendes aufweisen: Empfangen eines Eingangssignals (z. B. 11') von einer ersten Signalquelle (z. B. 11) und eines Lokaloszillatorsignals (z. B. 15') von einer zweiten Signalquelle (z. B. 15). Ein nachfolgender Schritt 904 kann in die Schritte 904a und 904b aufgeteilt werden. Schritt 904a kann ein Mischen des Eingangssignals (z. B. 11') mit einer I-Version (z. B. 24') des Lokaloszillatorsignals (z. B. 15') aufweisen, um das I-Signal (z. B. 12') zu erhalten. Schritt 904b kann ein Mischen des Eingangssignals (z. B. 11') mit einer phasenverschobenen Version (z. B. 24") des Lokaloszillatorsignals (z. B. 15') aufweisen, um das Q-Signal (z. B. 12") zu erhalten. Die Reihenfolge von 904a und 904b kann bei alternativen Beispielen umgekehrt sein oder sie können parallel durchgeführt werden. Das Verfahren kann bei Schritt 906 ein Bestimmen von Rauschinformationen (z. B. 16', 16") aufweisen.
Die vorgeschlagenen Lösungen haben sich als einfach und robust erwiesen. Prototypen sind in Silizium implementiert worden. Die Lösung kann sowohl in Test- als auch Onlinesystemkalibrierungsphasen verwendet werden, wodurch die Endkunden beispielsweise bei kosteneffizientem Produktionstesten von Strahlformung-phasengesteuerte-Arrays für Radar- und 5G-Kommunikationssysteme unterstützt werden. Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung die Jitter-Charakterisierung innerhalb der Systeme, wie sie vor Ort eingesetzt werden. Der Jitter kann über die Lebensdauer und über die Temperatur getestet werden.
Die Mischer wurden durch bipolare doppeltsymmetrische Gilbert-Zellen realisiert, während als 0°-90°-Generator ein bipolarer CML/2-Divisor, bereitgestellt bei doppelter Frequenz, verwendet wurde.
Die beschriebenen Strukturen sind nur beispielhaft: unterschiedliche Topologien oder Technologien für die Mischer (auf Metalloxidhalbleitern, MOS, basierende Gilbert-Mischer, passive Mischer, Spannung- oder Strom-Modusmischer) oder den Quadraturgenerator (MOS CML/2-Divisor, Polyphasenfilter oder andere) können verwendet werden, z. B. abhängig von dem Zielfrequenzbereich, dem Aussteuerbereich und der erforderlichen Genauigkeit.
Um das Konzept zu verifizieren, wurde die Einrichtung in 2 unter Verwendung von zwei hochfrequenzintegrierten Schaltungen, RFICs, die mit derselben PLL ausgestattet sind, und indem diese mit derselben 100-MHz-Referenz verbunden werden, realisiert. Einer der Chips wurde verwendet, um ein Hochfrequenzsignal, RF-Signal, mit einer 12-GHz-Frequenz zu erzeugen, während ein zweiter Chip, der mit dem I/Q-Mischer 12, Sukzessive-Näherung-Register-Analog-zu-Digital-Wandler (successive-approximationregister analog-to-digital converters, SAR-ADCs) mit 12 Bit ausgestattet ist, verwendet wurde, um die Rauschinformationen wie oben erörtert zu erhalten.
Da das Referenzsignal (z. B. 15') einen vernachlässigbaren Rauschbeitrag hinzufügt, führen die erste und zweite Signalquelle (z. B. 11 und 15) zum Erzeugen eines nicht korrelierten Phasenrauschens, was sich somit in der Leistung summiert.
10 und 11 zeigen jeweils die Graphen 1000 und 1100 des Verhaltens des I- bzw. Q-Signals gegenüber der Zeit (ungefähr 100.000 Abtastwerte bei einem 20-ms-Zeitschritt), wie sie durch einen I/Q-Mischer wie die oben erörterten (z. B. 12) erhalten werden. Unter Bezugnahme auf die Gleichungen (10) und (11) kann beobachtet werden, wie der konstante Teil der Phase nahe 180° liegt: die I-Abtastwerte 12' sind negativ, und die Spannung ist durch die Kosinusfunktion begrenzt (10); die Q-Abtastwerte (12") sind nahe 0 (11).
12 zeigt ein Histogramm 1200 der berechneten Phasenrauschinformationen Φ (z. B. 16") das die erwartete gaußsche Form und den Mittelwert nahe 180° zeigt. Die rms-Phase und der Jitter führen zu 7,2° beziehungsweise 1,67 ps, gut abgestimmten PLL-Messungen.
Abhängig von bestimmten Implementierungsanforderungen können Beispiele in Hardware implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums durchgeführt werden, beispielsweise einer Diskette, einer DVD (Digital Versatile Disc), einer Blu-Ray-Disc, CD (Compact Disc), ROM (Read-only Memory), PROM (Programmable Read-only Memory), EPROM (Erasable and Programmable Read-only Memory), EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read-only Memory) oder eines FLASH-Speichers, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenarbeiten (oder zusammenarbeiten können), dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Einige Beispiele umfassen einen Datenträger mit elektronisch lesbaren Steuersignalen, die mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, so dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Im Allgemeinen können Beispiele als Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen implementiert sein, wobei die Programmbefehle zum Durchführen eines der Verfahren wirksam sind, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer läuft. Die Programmbefehle können beispielsweise auf einem maschinenlesbaren Medium gespeichert sein.
Weitere Beispiele weisen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren auf, das auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist. Anders gesagt ist ein Beispiel für ein Verfahren deshalb ein Computerprogramm mit Programmbefehlen zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wenn das Computerprogramm auf einem Computer läuft.
Ein weiteres Beispiel für die Verfahren ist daher ein Datenträgermedium (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), das darauf aufgezeichnet das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist. Das Datenträgermedium, das digitale Speichermedium oder das aufgezeichnete Medium sind greifbar und/oder nicht-flüchtig, im Gegensatz zu Signalen, die nicht greifbar und flüchtig sind.
Ein weiteres Beispiel weist eine Verarbeitungseinheit, zum Beispiel einen Computer, oder einen programmierbaren Logikbaustein auf, der eines der hierin beschriebenen Verfahren ausführt.
Ein weiteres Beispiel weist einen Computer auf, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Beispiel weist einen Apparat oder ein System auf, der bzw. das ein Computerprogramm zum Ausführen eines der hierin beschriebenen Verfahren (zum Beispiel elektronisch oder optisch) an einen Empfänger überträgt. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, eine mobile Vorrichtung, eine Speichervorrichtung oder dergleichen sein. Der Apparat oder das System kann beispielsweise einen Dateiserver zum Übertragen des Computerprogramms an den Empfänger aufweisen.
Bei manchen Beispielen kann ein programmierbarer Logikbaustein (z. B. ein feldprogrammierbares Gatterarray) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Beispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein können die Verfahren durch jede geeignete Hardwarevorrichtung durchgeführt werden.
Die oben beschriebenen Beispiele veranschaulichen die oben erörterten Prinzipien. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten ersichtlich sind. Deshalb soll eine Einschränkung durch den Schutzbereich der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten vorliegen, die die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Beispiele hierin vorgelegt sind.
Bezugszeichenliste

10,40,50,60: Apparat zum Bestimmen von Informationen über Signalrauschen
11,411,611: Erste Signalquelle
11', 411', 511',611', 613': Eingangssignal
12,412,512,612,812: I/Q-Mischer
12',412', 512',612': I-Signal
12",412",512",612": Q-Signal
15, 415,515,615: Zweite Signalquelle
15', 415',515',515",615',615": Lokaloszillatorsignal
16: Rauschbestimmer
16': Informationen über Amplitudenrauschen
16": Informationen über Phasenrauschen
20: I-Mischer
24: Quadraturgenerator
24': I-Version des Lokaloszillatorsignals
24": Q-Version des Lokaloszillatorsignals
26: Erster Skalierer
27: Zweiter Skalierer
30: Tiefpassfilterstufe
31, 890: Erstes Tiefpassfilter (z. B. Integrator)
32,892: Zweites Tiefpassfilter (z. B. Integrator)
882: Erster Kondensator
886: Zweiter Kondensator
882, 886: Impedanzen des ersten und zweiten Integrators
31',880': Gefilterte Version des I-Signals
32',884": Gefilterte Version des Q-Signals
34,434,534,634: Analog/Digital-Wandlerstufe
35',435',535', 635': Digitale Darstellung des I-Signals
36",436",536",635": Digitale Darstellung des Q-Signals
38,538,650: DSP, Steuerung, Abstimmeinheit
40: Einzelne Platine
42,61: Erster Chip
44,62: Zweiter Chip
46: Referenztakt
46': Referenzsignal
411a: Durch die erste Signalquelle erzeugtes Signal
450: Verstärker
52': Tx-Signal (für Entfernungsmessung)
52": Rx-Signal (für Entfernungsmessung)
52: Sende/Empfangseinheit (z. B. für Entfernungsmessung)
612a: Kommunikationseinheit
538',650', 650": Abstimmsignal, Steuersignal
770: Mittelwerteinheit
770': Gemitteltes Signal
780: Modusselektor
900: Verfahren
902, 904, 904a, 904b, 906: Verfahrensschritte
1000, 1100, 1200: Versuchsdaten

Claims

Apparat (10) zum Bestimmen von Informationen (16', 16") über Signalrauschen, wobei der Apparat (10) folgende Merkmale aufweist: einen In-Phase/Quadratur-Mischer, I/Q-Mischer, (12, 812), der dazu konfiguriert ist, ein Eingangssignal (11') von einer ersten Signalquelle (11, 411, 611) und ein Lokaloszillatorsignal (15') von einer zweiten Signalquelle (15, 415, 515, 615) zu empfangen und ein In-Phase-Signal, I-Signal, (12') und ein Quadratursignal, Q-Signal, (12") bereitzustellen; und einen Rauschbestimmer (16), der dazu konfiguriert ist, die Informationen (16', 16") über das Signalrauschen auf Basis des I-Signals (12') und des Q-Signals (12") zu bestimmen.
Der Apparat gemäß Anspruch 1, wobei der Apparat dazu konfiguriert ist, Informationen (16') über Amplitudenrauschen und/oder Phasenrauschen zu bestimmen.
Der Apparat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Apparat dazu konfiguriert ist, Amplitudeninformationen und/oder Phaseninformationen von dem I-Signal (12') und dem Q-Signal (12") zu bestimmen und wobei der Apparat dazu konfiguriert ist, die Informationen (16', 16") über das Signalrauschen auf Basis einer zeitlichen Entwicklung der Amplitudeninformationen und/oder der Phaseninformationen zu bestimmen.
Der Apparat gemäß Anspruch 3, wobei der Apparat dazu konfiguriert ist, aus der zeitlichen Entwicklung der Amplituden- und/oder Phaseninformationen Folgendes zu extrahieren: einen Wert, der einer Differenz zwischen der mittleren Phase des Eingangssignals (11') und der mittleren Phase des Lokaloszillatorsignals (15') zugeordnet ist, und/oder eine statistischen Verteilung desselben; und/oder einen Wert, der dem Mittelwert der Norm des Vektors, identifiziert durch die Basisbandkomponenten des I-Signals (12') und des Q-Signals (12"), und/oder der Normdifferenz zwischen zwei derartigen Vektoren zugeordnet ist, und/oder eine statistischen Verteilung desselben.
Der Apparat gemäß einem der Ansprüche 3 und 4, wobei der Apparat dazu konfiguriert ist, die Amplitudeninformationen wie folgt zu bestimmen: $G_{M i s c h} A [1 + α (t)] = \sqrt{{[I_{A u s, B B} (t)]}^{2} + Q {[_{A u s, B B} (t)]}^{2}},$
wobei G_Misch dem Spitzenwert des I-Signals (12') und/oder des Q-Signals (12") zugeordnet ist, A dem Spitzenwert des Eingangssignals (11') zugeordnet ist, a(t) dem Amplitudenrauschen zugeordnet ist, I_Aus,BB(t) der Basisbandkomponente des I-Signals (12') zugeordnet ist und Q_Aus,BB(t) der Basisbandkomponente des Q-Signals (12") zugeordnet ist.
Der Apparat gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Apparat dazu konfiguriert ist, die Phasenrauschinformationen wie folgt zu bestimmen: $ϕ_{L O} - ϕ_{0} - Φ (t) = a t a n (\frac{Q_{A u s,BB} (t)}{I_{A u s, B B} (t)}),$
wobei ϕ_L0 der mittleren Phase des Lokaloszillatorsignals (15') zugeordnet ist, ϕ0 der mittleren Phase des Eingangssignals (11') zugeordnet ist, Φ(t) dem Phasenrauschen zugeordnet ist, I_Aus,BB der Basisbandkomponente des I-Signals (12') zugeordnet ist und Q_Aus,BB der Basisbandkomponente des Q-Signals (12") zugeordnet ist.
Der Apparat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der I/Q-Mischer (12, 812) folgende Merkmale aufweist: einen ersten Mischer (26), der dazu konfiguriert ist, das Eingangssignal (11') mit einer I-Version (24') des Lokaloszillatorsignals (15') zu mischen, um das I-Signal (12') bereitzustellen; und/oder einen zweiten Mischer (27), der dazu konfiguriert ist, das Eingangssignal (11') mit einer Q-Version (24") des Lokaloszillatorsignals (15') zu mischen, um das Q-Signal (12") bereitzustellen.
Der Apparat gemäß Anspruch 7, wobei der I/Q-Mischer (12, 812) folgendes Merkmal aufweist: einen Q-Generator (24), der dazu konfiguriert ist, die Phase des Lokaloszillatorsignals (15') zu versetzen, um die Q-Version (24") des Lokaloszillatorsignals (15') bereitzustellen.
Der Apparat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Apparat konfiguriert zum: Erhalten des Eingangssignals (511') derart, dass das Eingangssignal (511') eine verzögerte Version eines Signals (52') umfasst oder ist, das auf Basis des Lokaloszillatorsignals (515") erzeugt wird, oder eine verzögerte Version des Lokaloszillatorsignals (515") ist.
Der Apparat gemäß Anspruch 9, der ferner eine Sende/Empfangseinheit (52) und/oder eine Kommunikationseinheit aufweist, um ein Referenzsignal (52') zu senden, das auf dem Lokaloszillatorsignal (515") basiert, und um das Eingangssignal (511') zu erhalten, so dass das Eingangssignal (511') auf einer Reflexion des Referenzsignals (52') basiert.
Der Apparat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Apparat dazu konfiguriert ist, einen Wert zu vergleichen, der die Informationen (16', 16") über das Signalrauschen beschreibt, um zumindest eine von Dienstqualitätsinformationen, Zuverlässigkeitsinformationen und Selbsttestinformationen zu bestimmen.
Der Apparat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Signalquelle (11, 411, 611) und/oder die zweite Signalquelle (15, 415, 515, 615) eine Phasenregelschleife, PLL, aufweist.
Der Apparat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Signalquelle (11, 411), die das Eingangssignal (11', 411') bereitstellt, und die zweite Signalquelle (15, 415), die das Lokaloszillatorsignal (15', 415') bereitstellt, dazu konfiguriert sind, durch einen selben Referenztakt (46) synchronisiert zu werden.
Der Apparat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Frequenz der ersten Signalquelle (11, 611) und die Frequenz der zweiten Signalquelle (15, 615) unabhängig voneinander einstellbar sind und wobei der Apparat dazu konfiguriert ist, die Frequenzen der ersten Signalquelle (11, 611) und der zweiten Signalquelle (15, 615) auf eine selbe Frequenz einzustellen, um die Informationen (16', 16") über das Signalrauschen zu erhalten, und wobei der Apparat dazu konfiguriert ist, Ausgangssignale (11', 611', 15', 615") der ersten Signalquelle (11, 611) und der zweiten Signalquelle (15, 615) für unterschiedliche Anwendungen mit unterschiedlichen Frequenzen zu verwenden.
Der Apparat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Apparat derart konfiguriert ist, dass die Ausgangssignale der ersten Signalquelle (11) und der zweiten Signalquelle (15) kombiniert werden, um ein Phasenrauschen zumindest bei Normalbetrieb zu reduzieren und um Ausgaben der ersten Quelle und der zweiten Quelle zum Bestimmen der Informationen (16', 16") über das Rauschen in einem Testmodus zu verwenden.
Der Apparat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Signalquelle (11, 411) auf einem ersten Chip (42) befestigt ist und die zweite Signalquelle (15, 415) auf einem zweiten Chip (42) einer selben Platine (40) befestigt ist, so dass die Umgebungsbedingungen der ersten Signalquelle (11, 411) von den Umgebungsbedingungen der zweiten Signalquelle (15, 415) verschieden sind.
Der Apparat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner dazu konfiguriert ist, die erste Signalquelle (11, 611) und/oder die zweite Signalquelle auf Basis des Feedbacks, das durch die Informationen (16', 16", 616', 616") über das Signalrauschen bereitgestellt sind, abzustimmen.
Der Apparat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der I/Q-Mischer (812) einen ersten Integrator (890) aufweist, um eine integrierte Version (880') des I-Signals (12') bereitzustellen; und/oder einen zweiten Integrator (892), um eine integrierte Version (886') des Q-Signals (12") bereitzustellen, wobei der erste Integrator und/oder der zweite Integrator (890, 892) einen Kondensator aufweist.
Ein Verfahren (900), das folgende Schritte aufweist: Empfangen eines Eingangssignals (11') von einer ersten Signalquelle (11) und eines Lokaloszillatorsignals (15') von einer zweiten Signalquelle (15); Erhalten eines In-Phase-Signals, I-Signals, (12') und eines Quadratursignals, Q-Signals, (12") des Eingangssignals (11'); Bestimmen von Rauschinformationen (16', 16") auf Basis des I-Signals (12') und des Q-Signals (12").
Das Verfahren gemäß Anspruch 19, das ferner folgende Schritte aufweist: Mischen des Eingangssignals (11') mit einer I-Version (24') des Lokaloszillatorsignals (15'), um das I-Signal (12') zu erhalten; und Mischen des Eingangssignals (11') mit einer phasenverschobenen Version (24") des Lokaloszillatorsignals (15'), um das I-Signal (12') zu erhalten.
Ein Computerprogrammprodukt, das Befehle aufweist, die, wenn sie durch einen Prozessor ausgeführt werden, bewirken, dass der Prozessor das Verfahren gemäß Anspruch 19 oder 20 implementiert.
Ein Signal (16', 16"), das Rauschinformationen eines Eingangssignals (11') von einer ersten Signalquelle (11) aufweist, wobei das Signal (16', 16") von einem Eingangssignal (11'), das von einer ersten Signalquelle (11) empfangen wird, und einem Lokaloszillatorsignal (15'), das von einer zweiten Signalquelle (15) empfangen wird, erhalten wird, wobei das Signal (16', 16") von einem In-Phase-Signal, I-Signal, (12') und einem Quadratursignal, Q-Signal, (12") des Eingangssignals (11') erhalten wird.