DE102019217059A1 - Method and system for reducing phase noise in a high-frequency oscillator - Google Patents

Method and system for reducing phase noise in a high-frequency oscillator Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung eines Phasenrauschens eines Hochfrequenz-Oszillators, mit den Schritten: Generieren eines Ausgangssignals des Hochfrequenz-Oszillators, dessen Frequenz zwischen 2 und 500 GHz ist; Zuführen des Ausgangssignals des Hochfrequenz-Oszillators einem Frequenzteiler, wobei der Frequenzteiler einen Ausgang mit mindestens einem ersten Ausgangssignal und einem zweiten Ausgangssignal aufweist, und wobei das erste Ausgangssignal des Frequenzteilers im Vergleich mit dem zweiten Ausgangssignal des Frequenzteilers eine Phasenverschiebung hat; Zuführen des ersten und zweiten Ausgangssignals des Frequenzteilers und eines Modulationssignals mit einer Offset-Frequenz einem Mischer, so dass in einem Ausgangssignal des Mischers die durch den Frequenzteiler geteilte Frequenz des Ausgangssignals des Hochfrequenz-Oszillators um die Offset-Frequenz verschoben wird; Zuführen des Ausgangssignals des Mischers und eines Referenzsignals mit einer Referenzfrequenz einem Phasen-Frequenz-Detektor, wobei die Referenzfrequenz gleich der verschobenen geteilten Frequenz des Ausgangssignals des Hochfrequenz-Oszillators ist; Zuführen eines Ausgangsignals des Phasen-Frequenz-Detektors einem Filter; und Anpassen des Ausgangssignals des Hochfrequenz-Oszillators basierend auf einem Ausgangssignal des Filters.

Figure DE102019217059A1_0000
The invention relates to a method for reducing phase noise of a high-frequency oscillator, comprising the steps of: generating an output signal of the high-frequency oscillator, the frequency of which is between 2 and 500 GHz; Supplying the output signal of the high frequency oscillator to a frequency divider, the frequency divider having an output with at least a first output signal and a second output signal, and wherein the first output signal of the frequency divider has a phase shift compared to the second output signal of the frequency divider; Supplying the first and second output signals of the frequency divider and a modulation signal with an offset frequency to a mixer, so that in an output signal of the mixer the frequency of the output signal of the high-frequency oscillator divided by the frequency divider is shifted by the offset frequency; Supplying the output signal of the mixer and a reference signal with a reference frequency to a phase-frequency detector, the reference frequency being equal to the shifted divided frequency of the output signal of the high-frequency oscillator; Supplying an output signal of the phase frequency detector to a filter; and adjusting the output of the high frequency oscillator based on an output of the filter.
Figure DE102019217059A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung eines Phasenrauschens eines Hochfrequenz-Oszillators. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein System mit demselben Zweck.The invention relates to a method for reducing phase noise of a high-frequency oscillator. The invention also relates to a system with the same purpose.

Stand der TechnikState of the art

Kooperative Radarsensoren werden beispielsweise für die Automobilindustrie eingesetzt. Ein Anwendungsbereich solcher Sensoren ist hauptsächlich die Lokalisierung von Sensorknoten. Außerdem sind die robustere und präzisere Sensierung aufgrund des überlappenden Sichtbereiches mehrerer Sensoren und die Konturerkennung entfernter Objekte bekannt.Cooperative radar sensors are used, for example, in the automotive industry. One area of application of such sensors is mainly the localization of sensor nodes. In addition, the more robust and precise sensing due to the overlapping field of view of several sensors and the contour detection of distant objects are known.

Bei der Frequenzerzeugung/Frequenzsynthese von Hochfrequenzsignalen werden Phasen-Frequenz-Detektor (engl. „phase frequency detector“) und Vorteiler bzw. Frequenzteiler eingesetzt. Herkömmlich werden diese zusammen als Phasenregelschleife (engl. „phase-locked loop“) integriert. Der Betrieb eines Phasen-Frequenz-Detektors mit einer Vergleichsfrequenz in mehreren GHz ist aus beispielsweise Artikel „”Design of a Dual W- and D-Band PLL" von Shahriar Shahramian et al. bekannt. In der Regel werden Vergleichsfrequenzen weniger als 200 MHz eingesetzt, da diese einfacher umzusetzen sind und eine hohe Vergleichsfrequenz üblicherweise keine speziellen Vorteile mit sich bringt.During the frequency generation / frequency synthesis of high-frequency signals, phase frequency detectors and pre-divisors or frequency dividers are used. Conventionally, these are integrated together as a phase-locked loop. The operation of a phase frequency detector with a comparison frequency in several GHz is known, for example, from the article "Design of a Dual W- and D-Band PLL" by Shahriar Shahramian et al. Comparison frequencies less than 200 MHz are generally used , since these are easier to implement and a high comparison frequency usually does not offer any special advantages.

Artikel „The effect of phase noise on ranging uncertainty in FMCW secondary radar-based local positioning systems“ von Randolf Ebelt et al. offenbart einen geschlossenen Ausdruck für die untere Grenze der Entfernungsunsicherheit in sekundären FMCW-radarbasierten lokalen Positionierungssystemen. Das dort vorgestellte Verfahren verwendet ein gemessenes Phasenrauschprofil des Frequenzrampensynthesizers und andere leicht verfügbare Komponenten- und Systemparameter, um einen analytischen Ausdruck für eine realistische Schätzung der Sekundärradarleistung zu berechnen.Article "The effect of phase noise on ranging uncertainty in FMCW secondary radar-based local positioning systems" by Randolf Ebelt et al. discloses a closed expression for the lower bound of range uncertainty in secondary FMCW radar based local positioning systems. The method presented there uses a measured phase noise profile of the frequency ramp synthesizer and other readily available component and system parameters to calculate an analytical expression for a realistic estimate of the secondary radar power.

Artikel „A 77-GHz Cooperative Radar System Based on Multi-Channel FMCW Stations for Local Positioning Applications“ von Reinhard Feger et al. offenbart ein Radarsystem für lokale Positionierungsanwendungen. Das System besteht aus FMCW-Stationen im W-Band, die über zeitverzögerte Rampenstartsignale lose gekoppelt sind.Article “A 77-GHz Cooperative Radar System Based on Multi-Channel FMCW Stations for Local Positioning Applications” by Reinhard Feger et al. discloses a radar system for local positioning applications. The system consists of FMCW stations in the W band, which are loosely coupled via delayed ramp start signals.

Artikel „A Cooperative MIMO Radar Network Using Highly Integrated FMCW Radar Sensors“ von Andreas Frischen et al. offenbart ein inkohärentes Radarnetz auf Basis integrierter Radarsensoren. Das Netzwerk besteht aus Radarsensorknoten mit unabhängig erzeugten frequenzmodulierten, kontinuierlich wellenmodulierten Sendesignalen und führt sowohl monostatische als auch bistatische Abstandsmessungen durch.Article “A Cooperative MIMO Radar Network Using Highly Integrated FMCW Radar Sensors” by Andreas Frischen et al. discloses an incoherent radar network based on integrated radar sensors. The network consists of radar sensor nodes with independently generated frequency-modulated, continuously wave-modulated transmission signals and carries out both monostatic and bistatic distance measurements.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Reduzierung eines Phasenrauschens eines Hochfrequenz-Oszillators nach Anspruch 1 und ein System zur Reduzierung eines Phasenrauschens eines Hochfrequenz-Oszillators nach Anspruch 7.The present invention provides a method for reducing phase noise of a high frequency oscillator according to claim 1 and a system for reducing phase noise of a high frequency oscillator according to claim 7.

Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred further developments are the subject of the subclaims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Reduzierung eines Phasenrauschens eines Hochfrequenz-Oszillators. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Generieren eines Ausgangssignals des Hochfrequenz-Oszillators, dessen Frequenz zwischen 2 und 500 GHz, insbesondere zwischen 5 und 250 GHz, ist; Zuführen des Ausgangssignals des Hochfrequenz-Oszillators einem Frequenzteiler, wobei der Frequenzteiler einen Ausgang mit mindestens einem ersten Ausgangssignal und einem zweiten Ausgangssignal aufweist, und wobei das erste Ausgangssignal des Frequenzteilers im Vergleich mit dem zweiten Ausgangssignal des Frequenzteilers eine Phasenverschiebung hat; Zuführen des ersten und zweiten Ausgangssignals des Frequenzteilers und eines Modulationssignals mit einer Offset-Frequenz einem Mischer, so dass in einem Ausgangssignal des Mischers die durch den Frequenzteiler geteilte Frequenz des Ausgangssignals des Hochfrequenz-Oszillators um die Offset-Frequenz verschoben wird; Zuführen des Ausgangssignals des Mischers und eines Referenzsignals mit einer Referenzfrequenz einem Phasen-Frequenz-Detektor, wobei die Referenzfrequenz gleich der verschobenen geteilten Frequenz des Ausgangssignals des Hochfrequenz-Oszillators ist; Zuführen eines Ausgangsignals des Phasen-Frequenz-Detektors einem Filter, insbesondere einem Tiefpass; und Anpassen des Ausgangssignals des Hochfrequenz-Oszillators basierend auf einem Ausgangssignal des Filters.According to a first aspect, the invention relates to a method for reducing phase noise of a high-frequency oscillator. The method comprises the following steps: generating an output signal of the high-frequency oscillator, the frequency of which is between 2 and 500 GHz, in particular between 5 and 250 GHz; Supplying the output signal of the high frequency oscillator to a frequency divider, the frequency divider having an output with at least a first output signal and a second output signal, and wherein the first output signal of the frequency divider has a phase shift compared to the second output signal of the frequency divider; Supplying the first and second output signals of the frequency divider and a modulation signal with an offset frequency to a mixer, so that in an output signal of the mixer the frequency of the output signal of the high-frequency oscillator divided by the frequency divider is shifted by the offset frequency; Supplying the output signal of the mixer and a reference signal with a reference frequency to a phase-frequency detector, the reference frequency being equal to the shifted divided frequency of the output signal of the high-frequency oscillator; Supplying an output signal of the phase-frequency detector to a filter, in particular a low-pass filter; and adjusting the output of the high frequency oscillator based on an output of the filter.

Phasenrauschen (engl. „phase noise“) ist über die Zeit betrachtet die Differenz der theoretischen und tatsächlichen Phasenlage bzw. des Nulldurchgangs einer harmonischen Schwingung oder periodischen Signals. Es wird für Betrachtungen im Frequenzbereich benutzt, um die Rauschleistungsdichte eines Oszillators, der ein schwingungsfähiges System ist, zu bewerten. Phasenrauschen bedeutet, dass ein Oszillator neben der beabsichtigten Frequenz weitere, benachbarte Spektralanteile aufweist. Das Phasenrauschen ist ein Merkmal aller Oszillatoren und hängt maßgeblich vom Gütefaktor Q ab. Oszillatoren mit hohem Gütefaktor haben in der Regel geringeres Phasenrauschen als solche mit kleinem Gütefaktor.Phase noise, viewed over time, is the difference between the theoretical and actual phase position or the zero crossing of a harmonic oscillation or periodic signal. It is used for observations in the frequency domain to evaluate the noise power density of an oscillator, which is a vibratory system. Phase noise means that an oscillator has other, neighboring spectral components in addition to the intended frequency. The phase noise is a characteristic of everyone Oscillators and depends largely on the quality factor Q. Oscillators with a high quality factor usually have lower phase noise than those with a low quality factor.

Erfindungsgemäß wird das Phasenrauschen eines Hochfrequenz-Oszillators im GHz-Bereich durch Kopplung an eine Festfrequenz-Referenz mit hohem Gütefaktor signifikant reduziert. Dadurch ergibt sich eine bessere Signalqualität, wenn z.B. der Hochfrequenz-Oszillator für Radaranwendungen eingesetzt wird, da bei der Radarperformance Phasenrauschen einen Schlüsselparameter darstellt. Zudem ist es mit einem geringen Phasenrauschen möglich, einen kooperativen Betrieb mehrerer Radarsensoren mit jeweils eigenem Oszillator ohne dezidierte Kopplung der Hochfrequenzsignale vorzunehmen. Der kooperative Betrieb kann somit alleine mittels zeitlicher Synchronisation auf digitaler Ebene realisiert werden.According to the invention, the phase noise of a high-frequency oscillator in the GHz range is significantly reduced by coupling to a fixed-frequency reference with a high quality factor. This results in better signal quality if, for example, the high-frequency oscillator is used for radar applications, since phase noise is a key parameter in radar performance. In addition, with a low phase noise it is possible to operate several radar sensors cooperatively, each with its own oscillator, without dedicated coupling of the high-frequency signals. The cooperative operation can thus be realized solely by means of time synchronization on a digital level.

Außerdem ist es möglich, mittels eines IQ-Mischers bzw. SSB-Mischers unter Beibehaltung eines Festfrequenzoszillators mit sehr guten Phasenrauscheigenschaften eine weitere Frequenzmodulation vorzunehmen.It is also possible to carry out a further frequency modulation by means of an IQ mixer or SSB mixer while maintaining a fixed frequency oscillator with very good phase noise properties.

Die zuzuführende Frequenzmodulation an dem Eingang bzw. den Eingängen des IQ-Mischers ist um einen Teilungsfaktor N geringer als die von dem Oszillator erzeugte Modulationsbandbreite. Dadurch ist eine einfachere Realisierung möglich, insbesondere bei der Verwendung einer direkten digitalen Synthese (engl. „direct digital synthesis“), da ein hierzu erforderlicher Digital-Analog-Wandler eine geringere Arbeitsfrequenz aufweisen kann.The frequency modulation to be supplied at the input or inputs of the IQ mixer is a division factor N less than the modulation bandwidth generated by the oscillator. This enables a simpler implementation, in particular when using direct digital synthesis, since a digital-to-analog converter required for this can have a lower operating frequency.

Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein System zur Reduzierung eines Phasenrauschens eines Hochfrequenz-Oszillators mit den oben beschriebenen Vorteilen.The present invention also relates to a system for reducing phase noise of a high-frequency oscillator with the advantages described above.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Referenzsignal durch einen Oszillator generiert wird, der Signale mit einem Phasenrauschen weniger als -20 dBc/Hz von 10kHz neben einer Oszillatorfrequenz, insbesondere weniger als -50 dBc/Hz von 10kHz neben einer Oszillatorfrequenz, bevorzugt weniger als -100 dBc/Hz von 10kHz neben einer Oszillatorfrequenz, besonders bevorzugt weniger als -150 dBc/Hz von 10kHz neben einer Oszillatorfrequenz, generiert.In a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the reference signal is generated by an oscillator, the signals with a phase noise less than -20 dBc / Hz of 10 kHz in addition to an oscillator frequency, in particular less than -50 dBc / Hz of 10 kHz in addition to a Oscillator frequency, preferably less than -100 dBc / Hz of 10 kHz in addition to an oscillator frequency, particularly preferably less than -150 dBc / Hz of 10 kHz in addition to an oscillator frequency.

Das Phasenrauschen kann mit einem Spektrumanalysator gemessen werden, wenn das Phasenrauschen seines lokalen Oszillators deutlich kleiner als das zu messende Phasenrauschen ist. Es wird in dBc/Hz in einem bestimmten Abstand zur Oszillatorfrequenz angegeben. Da es sich beim Phasenrauschen um eine Rauschleistungsdichte handelt, muss zur Angabe einer Rauschleistung die Rauschleistungsdichte auf eine bestimmte Bandbreite bezogen werden.The phase noise can be measured with a spectrum analyzer if the phase noise of its local oscillator is significantly smaller than the phase noise to be measured. It is given in dBc / Hz at a certain distance from the oscillator frequency. Since phase noise is a noise power density, the noise power density must be related to a certain bandwidth in order to specify a noise power.

Erfindungsgemäß wird eine Festfrequenz-Referenz, insbesondere im GHz-Bereich, durch einem Oszillator erzeugt, der Signale mit ausgezeichneten Phasenrauscheigenschaften generieren kann. Basierend auf der Festfrequenz-Referenz mit hohem Gütefaktor ist es möglich, durch das erfindungsgemäße Verfahren das Rauschen eines Hochfrequenz-Oszillators zu reduzieren.According to the invention, a fixed frequency reference, in particular in the GHz range, is generated by an oscillator which can generate signals with excellent phase noise properties. Based on the fixed frequency reference with a high quality factor, it is possible to use the method according to the invention to reduce the noise of a high-frequency oscillator.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass durch den Frequenzteiler das Ausgangssignal des Hochfrequenz-Oszillators durch vier geteilt wird, und wobei die Phasenverschiebung 90° beträgt.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the frequency divider divides the output signal of the high-frequency oscillator by four, and the phase shift is 90 °.

Die Phasenverschiebung kann durch einen Phasenteiler (engl. „phase splitter“), insbesondere einen digitalen Phasenteiler (engl. „digital phase splitter“), ermöglicht werden. Ein Phasenteiler ist eine Vorrichtung, die ein Signal in mehrere Phasen trennt.The phase shift can be made possible by a phase splitter, in particular a digital phase splitter. A phase splitter is a device that separates a signal into multiple phases.

Der Phasenteiler kann als Teil des Frequenzteilers in diesem integriert werden. Der Ausgang des Frequenzteilers liefert dabei zwei heruntergeteilte Ausgangssignale mit identischer Frequenz, jedoch mit einer 0° und 90° Phasenverschiebung. Es ist auch möglich, dass der Eingang des Phasenteilers an den Ausgang des Frequenzteilers angeschlossen ist.The phase splitter can be integrated into the frequency divider as part of the latter. The output of the frequency divider provides two divided output signals with an identical frequency, but with a 0 ° and 90 ° phase shift. It is also possible that the input of the phase splitter is connected to the output of the frequency divider.

Erfindungsgemäß wird in dieser Ausführungsform das ganze geteilte Signal um 90° phasenverschoben, um ein Quadratursignal als Eingabe des IQ-Mischers bzw. SSB-Mischers zu erzeugen. Die hier genannte Phasenverschiebung von 90° ist jedoch nicht einschränkend zu interpretieren.According to the invention, in this embodiment the entire divided signal is phase-shifted by 90 ° in order to generate a quadrature signal as the input of the IQ mixer or SSB mixer. However, the phase shift of 90 ° mentioned here is not to be interpreted restrictively.

Das Ausgangssignal des Hochfrequenz-Oszillators wird in dieser Ausführungsform durch vier geteilt. Es ist aber in anderen Ausführungsformen auch möglich, dass durch einen synchronen oder asynchronen Frequenzteiler das Ausgangssignal des Hochfrequenz-Oszillators durch zwei, acht oder andere Zahlen geteilt wird.The output signal of the high-frequency oscillator is divided by four in this embodiment. In other embodiments, however, it is also possible for the output signal of the high-frequency oscillator to be divided by two, eight or other numbers using a synchronous or asynchronous frequency divider.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Modulationssignal eine komplexwertige Funktion der Zeit ist. So lässt sich das Modulationssignal in den erfindungsgemäßen Mischer, insbesondere IQ-Mischer, eingeben.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the modulation signal is a complex-valued function of time. The modulation signal can thus be input into the mixer according to the invention, in particular the IQ mixer.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Offset-Frequenz des Modulationssignals positiv oder negativ ist. So lässt sich ein positiver oder negativer Offset der durch den Frequenzteiler aufgeteilten Frequenz realisieren.In a further preferred embodiment of the method according to the invention it is provided that the offset frequency of the modulation signal is positive or negative. So get in Realize positive or negative offset of the frequency divided by the frequency divider.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Modulationssignal durch eine direkte digitale Synthese erzeugt wird. Dadurch ist eine einfachere Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, da die für direkte digitale Synthesen erforderlichen Digital-Analog-Wandler geringere Arbeitsfrequenzen aufweisen können.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the modulation signal is generated by direct digital synthesis. This enables a simpler implementation of the method according to the invention, since the digital-to-analog converters required for direct digital syntheses can have lower working frequencies.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein System zur Reduzierung eines Phasenrauschens eines Hochfrequenz-Oszillators, durch den ein Ausgangssignal generierbar ist, dessen Frequenz zwischen 2 und 500 GHz, insbesondere zwischen 5 und 250 GHz, ist. Das System umfasst eine Steuereinheit, die so eingerichtet ist, das Ausgangssignal des Hochfrequenz-Oszillators einem Frequenzteiler zuzuführen, wobei der Frequenzteiler einen Ausgang mit mindestens einem ersten Ausgangssignal und einem zweiten Ausgangssignal aufweist, und wobei das erste Ausgangssignal des Frequenzteilers im Vergleich mit dem zweiten Ausgangssignal des Frequenzteilers eine Phasenverschiebung hat. Die Steuereinheit ist weiter derart eingerichtet, das erste und zweite Ausgangssignal des Frequenzteilers und ein Modulationssignal mit einer Offset-Frequenz einem Mischer zuzuführen, so dass in einem Ausgangssignal des Mischers die durch den Frequenzteiler geteilte Frequenz des Ausgangssignals des Hochfrequenz-Oszillators um die Offset-Frequenz verschiebbar ist. Die Steuereinheit ist weiter derart eingerichtet, das Ausgangssignal des Mischers und ein Referenzsignal mit einer Referenzfrequenz einem Phasen-Frequenz-Detektor zuzuführen, wobei die Referenzfrequenz gleich der verschobenen geteilten Frequenz des Ausgangssignals des Hochfrequenz-Oszillators ist. Die Steuereinheit ist weiter derart eingerichtet, das Ausgangsignal des Phasen-Frequenz-Detektors einem Filter, insbesondere einem Tiefpass, zuzuführen. Die Steuereinheit ist weiter derart eingerichtet, das Ausgangssignal des Hochfrequenz-Oszillators basierend auf einem Ausgangssignal des Filters anzupassen.According to a second aspect, the invention relates to a system for reducing phase noise of a high-frequency oscillator, by means of which an output signal can be generated whose frequency is between 2 and 500 GHz, in particular between 5 and 250 GHz. The system comprises a control unit which is set up to feed the output signal of the high-frequency oscillator to a frequency divider, the frequency divider having an output with at least a first output signal and a second output signal, and the first output signal of the frequency divider in comparison with the second output signal of the frequency divider has a phase shift. The control unit is further set up to feed the first and second output signals of the frequency divider and a modulation signal with an offset frequency to a mixer, so that in an output signal of the mixer the frequency of the output signal of the high-frequency oscillator divided by the frequency divider by the offset frequency is movable. The control unit is further set up to feed the output signal of the mixer and a reference signal with a reference frequency to a phase-frequency detector, the reference frequency being equal to the shifted divided frequency of the output signal of the high-frequency oscillator. The control unit is further set up in such a way that the output signal of the phase-frequency detector is fed to a filter, in particular a low-pass filter. The control unit is further set up to adapt the output signal of the high-frequency oscillator based on an output signal of the filter.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist es vorgesehen, dass das Referenzsignal durch einen Oszillator generierbar ist, durch den Signale mit einem Phasenrauschen weniger als -20 dBc/Hz von 10kHz neben einer Oszillatorfrequenz, insbesondere weniger als -50 dBc/Hz von 10kHz neben einer Oszillatorfrequenz, bevorzugt weniger als -100 dBc/Hz von 10kHz neben einer Oszillatorfrequenz, besonders bevorzugt weniger als -150 dBc/Hz von 10kHz neben einer Oszillatorfrequenz, generierbar sind.In a preferred embodiment of the system according to the invention, it is provided that the reference signal can be generated by an oscillator, by means of which signals with a phase noise of less than -20 dBc / Hz of 10 kHz in addition to an oscillator frequency, in particular less than -50 dBc / Hz of 10 kHz in addition to an oscillator frequency, preferably less than -100 dBc / Hz of 10 kHz in addition to an oscillator frequency, particularly preferably less than -150 dBc / Hz of 10 kHz in addition to an oscillator frequency.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist es vorgesehen, dass durch den Frequenzteiler das Ausgangssignal des Hochfrequenz-Oszillators durch vier teilbar ist, und wobei die Phasenverschiebung 90° beträgt.In a further preferred embodiment of the system according to the invention, it is provided that the frequency divider can divide the output signal of the high-frequency oscillator by four, and the phase shift is 90 °.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist es vorgesehen, dass das Modulationssignal durch eine direkte digitale Synthese erzeugbar ist.In a further preferred embodiment of the system according to the invention, it is provided that the modulation signal can be generated by direct digital synthesis.

FigurenlisteFigure list

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein schematisch dargestelltes Ablaufschema einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • 2 eine schematisch dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems; und
  • 3 ein Anwendungsbeispiel für die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 1 und/oder die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems gemäß 2.
The present invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments specified in the schematic figures. Show it:
  • 1 a schematically illustrated flow chart of an embodiment of the method according to the invention;
  • 2 a schematically illustrated embodiment of the system according to the invention; and
  • 3 an application example for the embodiment of the method according to the invention according to 1 and / or the embodiment of the system according to the invention according to 2 .

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.In the figures, identical reference symbols denote identical or functionally identical elements.

Die in 1 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist sechs Schritte auf. In Schritt S1 wird ein Ausgangssignal des Hochfrequenz-Oszillators generiert, dessen Frequenz zwischen 2 und 500 GHz, insbesondere zwischen 5 und 250 GHz, ist. In Schritt S2 wird das Ausgangssignal des Hochfrequenz-Oszillators einem Frequenzteiler zugeführt. Der Frequenzteiler weist einen Ausgang mit mindestens einem ersten Ausgangssignal und einem zweiten Ausgangssignal auf. Das erste Ausgangssignal des Frequenzteilers hat im Vergleich mit dem zweiten Ausgangssignal des Frequenzteilers eine Phasenverschiebung. In Schritt S3 werden das erste und zweite Ausgangssignal des Frequenzteilers und ein Modulationssignal mit einer Offset-Frequenz einem Mischer zugeführt, so dass in einem Ausgangssignal des Mischers die durch den Frequenzteiler geteilte Frequenz des Ausgangssignals des Hochfrequenz-Oszillators um die Offset-Frequenz verschoben wird. In Schritt S4 werden das Ausgangssignal des Mischers und ein Referenzsignal mit einer Referenzfrequenz einem Phasen-Frequenz-Detektor zugeführt. Die Referenzfrequenz ist gleich der verschobenen geteilten Frequenz des Ausgangssignals des Hochfrequenz-Oszillators. In Schritt S5 wird das Ausgangsignal des Phasen-Frequenz-Detektors einem Filter, insbesondere einem Tiefpass, zugeführt. In Schritt S6 wird das Ausgangssignal des Hochfrequenz-Oszillators basierend auf einem Ausgangssignal des Filters angepasst.In the 1 The illustrated embodiment of the method according to the invention has six steps. In step S1 an output signal of the high-frequency oscillator is generated, the frequency of which is between 2 and 500 GHz, in particular between 5 and 250 GHz. In step S2 the output signal of the high-frequency oscillator is fed to a frequency divider. The frequency divider has an output with at least a first output signal and a second output signal. The first output signal of the frequency divider has a phase shift in comparison with the second output signal of the frequency divider. In step S3 the first and second output signals of the frequency divider and a modulation signal with an offset frequency are fed to a mixer so that the frequency of the output signal of the high-frequency oscillator divided by the frequency divider is shifted by the offset frequency in an output signal of the mixer. In step S4 the output signal of the mixer and a reference signal with a reference frequency are fed to a phase-frequency detector. The reference frequency is equal to the shifted divided frequency of the output signal of the high-frequency oscillator. In step S5 the output signal of the phase-frequency detector is fed to a filter, in particular a low-pass filter. In step S6 the output signal of the high-frequency oscillator is adjusted based on an output signal of the filter.

Die in 2 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist zur Reduzierung eines Phasenrauschens eines Hochfrequenz-Oszillators 2 vorgesehen, durch den ein Ausgangssignal 12 mit einer Frequenz von beispielsweise 26 GHz generierbar ist. Das System weist eine Steuereinheit (nicht dargestellt) auf, welche so eingerichtet ist, das Ausgangssignal 12 des Hochfrequenz-Oszillators 2 einem Frequenzteiler 4 zuzuführen, der dann die Frequenz des Ausgangssignals 12 von 26 GHz mit dem Teilerverhältnis N=4 (siehe 2) teilt. Der Frequenzteiler 4 weist einen Ausgang mit mindestens einem ersten Ausgangssignal 14 und einem zweiten Ausgangssignal 16 auf. Die beiden Ausgangssignale 14, 16 weisen eine geteilte Frequenz in Höhe von 6,5 GHz auf. Das erste Ausgangssignal 14 des Frequenzteilers 4 hat im Vergleich mit dem zweiten Ausgangssignal 16 des Frequenzteilers 4 eine Phasenverschiebung von 90°.In the 2 The illustrated embodiment of the system according to the invention is for reducing phase noise of a high-frequency oscillator 2 provided by an output signal 12th can be generated with a frequency of, for example, 26 GHz. The system has a control unit (not shown) which is set up to receive the output signal 12th of the high frequency oscillator 2 a frequency divider 4th feed, which then determines the frequency of the output signal 12th of 26 GHz with the division ratio N = 4 (see 2 ) Splits. The frequency divider 4th has an output with at least one first output signal 14th and a second output signal 16 on. The two output signals 14th , 16 have a shared frequency of 6.5 GHz. The first output signal 14th of the frequency divider 4th has compared with the second output signal 16 of the frequency divider 4th a phase shift of 90 °.

Die Steuereinheit ist weiter so eingerichtet, das erste und zweite Ausgangssignal 14, 16 des Frequenzteilers 4 und ein komplexwertiges Modulationssignal 18, das bevorzugt eine Offset-Frequenz im Bereich von 10MHz bis 2 GHz aufweist, einem IQ-Mischer 6 zuzuführen, so dass in einem Ausgangssignal 22 des Mischers 6 die durch den Frequenzteiler 4 geteilte Frequenz des Ausgangssignals 12 des Hochfrequenz-Oszillators 2 um die negative Offset-Frequenz von -100 MHz verschoben wird. Also beträgt in diesem Fall die Frequenz des Ausgangssignals 22 des Mischers 6 6,4 GHz. Bevorzugt liegt die Offset-FreuequstThe control unit is further configured to generate the first and second output signals 14th , 16 of the frequency divider 4th and a complex valued modulation signal 18th , which preferably has an offset frequency in the range from 10 MHz to 2 GHz, an IQ mixer 6th feed so that in an output signal 22nd of the mixer 6th those through the frequency divider 4th divided frequency of the output signal 12th of the high frequency oscillator 2 shifted by the negative offset frequency of -100 MHz. So in this case is the frequency of the output signal 22nd of the mixer 6th 6.4 GHz. The offset frequency is preferred

Aufgrund des Frequenzteilers 4 mit dem Teilerverhältnis vier wird dabei die Frequenzmodulation der Offset-Frequenz um den Faktor 4 vervielfacht. Dies vereinfacht die Realisierung der Erzeugung der Offsetfrequenz durch ein Verfahren mit einer direkten digitalen Synthese.Because of the frequency divider 4th with the division ratio of four, the frequency modulation of the offset frequency is increased by the factor 4th multiplied. This simplifies the implementation of the generation of the offset frequency by a method with a direct digital synthesis.

Die Steuereinheit ist weiter so eingerichtet, das Ausgangssignal 22 des Mischers 6 und ein Referenzsignal 24 mit einer Referenzfrequenz von 6,4 GHz einem Phasen-Frequenz-Detektor 10 zuzuführen. Die Referenzfrequenz ist also erfindungsgemäß gleich der verschobenen geteilten Frequenz des Ausgangssignals 12 des Hochfrequenz-Oszillators 2 und besitzt ein niedriges Phasenrauschen, das beispielsweise mit einem Festfrequenz-Oszillator 8 mit einem dielektrischen Resonator hoher Güte realisiert werden kann. Die verschobene Frequenz des Signals 22 wird bei dem Phasen-Frequenz-Detektor 10 mit der Referenzfrequenz verglichen. Eine etwaige Frequenz- und/oder Phasendifferenz gibt der Phasen-Frequenz-Detektor 10 als Regelsignal 26 aus.The control unit is further set up so that the output signal 22nd of the mixer 6th and a reference signal 24 with a reference frequency of 6.4 GHz a phase-frequency detector 10 to feed. According to the invention, the reference frequency is therefore equal to the shifted divided frequency of the output signal 12th of the high frequency oscillator 2 and has a low phase noise, for example with a fixed frequency oscillator 8th can be realized with a dielectric resonator of high quality. The shifted frequency of the signal 22nd is at the phase frequency detector 10 compared with the reference frequency. The phase-frequency detector indicates any frequency and / or phase difference 10 as a control signal 26th out.

Die Steuereinheit weiter so eingerichtet, ein Ausgangsignal 26 des Phasen-Frequenz-Detektors 10 einem entsprechend dimensionierten Filter 20 zuzuführen und das Ausgangssignal 12 bzw. die Frequenz des Hochfrequenz-Oszillators 2 basierend auf einem Ausgangssignal 28 des Filters 20 mit Hilfe des Tuningeingangs des Hochfrequenz-Oszillators 2 anzupassen bzw. zu regeln.The control unit continues to set up an output signal 26th of the phase-frequency detector 10 an appropriately sized filter 20th feed and the output signal 12th or the frequency of the high-frequency oscillator 2 based on an output signal 28 of the filter 20th with the help of the tuning input of the high-frequency oscillator 2 adapt or regulate.

3 zeigt eine Anwendungsmöglichkeit, zu einem Ziel 30 einen kooperativen Betrieb mehrerer Radarsensoren 32 mit jeweils eigenem Hochfrequenz-Oszillator 2 mit geringem Phasenrauschen ohne dezidierte Kopplung der Hochfrequenzsignale vorzunehmen. 3 shows an application to a goal 30th a cooperative operation of several radar sensors 32 each with its own high-frequency oscillator 2 with low phase noise without dedicated coupling of the high-frequency signals.

Der kooperative Betrieb kann somit alleine mittels zeitlicher Synchronisation auf digitaler Ebene realisiert werden. Dafür eignen sich Standardverfahren wie z.B. das Precision Time Protocol IEEE1588 über Ethernet.The cooperative operation can thus be realized solely by means of time synchronization on a digital level. Standard methods such as the Precision Time Protocol IEEE1588 over Ethernet are suitable for this.

Das erfindungsgemäße Verfahren und System können beispielsweise bei Automobilradaren eingesetzt werden.The method and system according to the invention can be used, for example, in automobile radars.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention has been fully described above on the basis of preferred exemplary embodiments, it is not restricted thereto, but rather can be modified in many different ways.

Claims (10)

Verfahren zur Reduzierung eines Phasenrauschens eines Hochfrequenz-Oszillators (2), mit den Schritten: Generieren (S1) eines Ausgangssignals (12) des Hochfrequenz-Oszillators (2), dessen Frequenz zwischen 2 und 500 GHz, insbesondere zwischen 5 und 250 GHz, ist; Zuführen (S2) des Ausgangssignals (12) des Hochfrequenz-Oszillators (2) einem Frequenzteiler (4), wobei der Frequenzteiler (4) einen Ausgang mit mindestens einem ersten Ausgangssignal (14) und einem zweiten Ausgangssignal (16) aufweist, und wobei das erste Ausgangssignal (14) des Frequenzteilers (4) im Vergleich mit dem zweiten Ausgangssignal (16) des Frequenzteilers (4) eine Phasenverschiebung hat; Zuführen (S3) des ersten und zweiten Ausgangssignals (14, 16) des Frequenzteilers (4) und eines Modulationssignals (18) mit einer Offset-Frequenz einem Mischer (6), so dass in einem Ausgangssignal (22) des Mischers (6) die durch den Frequenzteiler geteilte Frequenz des Ausgangssignals (12) des Hochfrequenz-Oszillators (2) um die Offset-Frequenz verschoben wird; Zuführen (S4) des Ausgangssignals (22) des Mischers (6) und eines Referenzsignals (24) mit einer Referenzfrequenz einem Phasen-Frequenz-Detektor (10), wobei die Referenzfrequenz gleich der verschobenen geteilten Frequenz des Ausgangssignals (12) des Hochfrequenz-Oszillators (2) ist; Zuführen (S5) eines Ausgangsignals (26) des Phasen-Frequenz-Detektors (10) einem Filter (20), insbesondere einem Tiefpass; und Anpassen (S6) des Ausgangssignals (12) des Hochfrequenz-Oszillators (2) basierend auf einem Ausgangssignal (28) des Filters (20).Method for reducing phase noise of a high-frequency oscillator (2), comprising the steps: generating (S1) an output signal (12) of the high-frequency oscillator (2), the frequency of which is between 2 and 500 GHz, in particular between 5 and 250 GHz ; Feeding (S2) the output signal (12) of the high-frequency oscillator (2) to a frequency divider (4), the frequency divider (4) having an output with at least a first output signal (14) and a second output signal (16), and wherein the the first output signal (14) of the frequency divider (4) has a phase shift in comparison with the second output signal (16) of the frequency divider (4); Feeding (S3) the first and second output signals (14, 16) of the frequency divider (4) and a modulation signal (18) with an offset frequency to a mixer (6), so that in an output signal (22) of the mixer (6) the divided by the frequency divider frequency of the output signal (12) of the High-frequency oscillator (2) is shifted by the offset frequency; Feeding (S4) the output signal (22) of the mixer (6) and a reference signal (24) with a reference frequency to a phase-frequency detector (10), the reference frequency being equal to the shifted divided frequency of the output signal (12) of the high-frequency oscillator (2) is; Feeding (S5) an output signal (26) of the phase-frequency detector (10) to a filter (20), in particular a low-pass filter; and adapting (S6) the output signal (12) of the high-frequency oscillator (2) based on an output signal (28) of the filter (20). Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Referenzsignal durch einen Oszillator (8) generiert wird, der Signale mit einem Phasenrauschen weniger als -20 dBc/Hz von 10kHz neben einer Oszillatorfrequenz, insbesondere weniger als - 50 dBc/Hz von 10kHz neben einer Oszillatorfrequenz, bevorzugt weniger als - 100 dBc/Hz von 10kHz neben einer Oszillatorfrequenz, besonders bevorzugt weniger als -150 dBc/Hz von 10kHz neben einer Oszillatorfrequenz, generiert.Procedure according to Claim 1 , the reference signal being generated by an oscillator (8) which generates signals with a phase noise of less than -20 dBc / Hz of 10 kHz in addition to an oscillator frequency, in particular less than -50 dBc / Hz of 10 kHz in addition to an oscillator frequency, preferably less than -100 dBc / Hz of 10 kHz in addition to an oscillator frequency, particularly preferably less than -150 dBc / Hz of 10 kHz in addition to an oscillator frequency. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei durch den Frequenzteiler (4) das Ausgangssignal (12) des Hochfrequenz-Oszillators (2) durch vier geteilt wird, und wobei die Phasenverschiebung 90° beträgt.Procedure according to Claim 1 or 2 , the output signal (12) of the high-frequency oscillator (2) being divided by four by the frequency divider (4), and the phase shift being 90 °. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modulationssignal (18) eine komplexwertige Funktion der Zeit ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the modulation signal (18) is a complex-valued function of time. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Offset-Frequenz des Modulationssignals (18) positiv oder negativ ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the offset frequency of the modulation signal (18) is positive or negative. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modulationssignal (18) durch eine direkte digitale Synthese erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the modulation signal (18) is generated by direct digital synthesis. System zur Reduzierung eines Phasenrauschens eines Hochfrequenz-Oszillators (2), durch den ein Ausgangssignal (12) generierbar ist, dessen Frequenz zwischen 2 und 500 GHz, insbesondere zwischen 5 und 250 GHz, ist, mit einer Steuereinheit, die so eingerichtet ist, das Ausgangssignal (12) des Hochfrequenz-Oszillators (2) einem Frequenzteiler (4) zuzuführen, wobei der Frequenzteiler (4) einen Ausgang mit mindestens einem ersten Ausgangssignal (14) und einem zweiten Ausgangssignal (16) aufweist, und wobei das erste Ausgangssignal (14) des Frequenzteilers (4) im Vergleich mit dem zweiten Ausgangssignal (16) des Frequenzteilers (4) eine Phasenverschiebung hat; wobei die Steuereinheit weiter derart eingerichtet ist, das erste und zweite Ausgangssignal (14, 16) des Frequenzteilers (4) und ein Modulationssignal (18) mit einer Offset-Frequenz einem Mischer (6) zuzuführen, so dass in einem Ausgangssignal (22) des Mischers (6) die durch den Frequenzteiler (4) geteilte Frequenz des Ausgangssignals (12) des Hochfrequenz-Oszillators (2) um die Offset-Frequenz verschiebbar ist; wobei die Steuereinheit weiter derart eingerichtet ist, das Ausgangssignal (22) des Mischers (6) und ein Referenzsignal (24) mit einer Referenzfrequenz einem Phasen-Frequenz-Detektor (10) zuzuführen, wobei die Referenzfrequenz gleich der verschobenen geteilten Frequenz des Ausgangssignals (12) des Hochfrequenz-Oszillators (2) ist; wobei die Steuereinheit weiter derart eingerichtet ist, ein Ausgangsignal (26) des Phasen-Frequenz-Detektors (10) einem Filter (20), insbesondere einem Tiefpass, zuzuführen; und wobei die Steuereinheit weiter derart eingerichtet ist, das Ausgangssignal (12) des Hochfrequenz-Oszillators (2) basierend auf einem Ausgangssignal (28) des Filters (20) anzupassen.System for reducing phase noise of a high-frequency oscillator (2), by means of which an output signal (12) can be generated, the frequency of which is between 2 and 500 GHz, in particular between 5 and 250 GHz, with a control unit which is set up to feed the output signal (12) of the high-frequency oscillator (2) to a frequency divider (4), the frequency divider (4) having an output with at least a first output signal (14) and a second output signal (16 ), and wherein the first output signal (14) of the frequency divider (4) has a phase shift in comparison with the second output signal (16) of the frequency divider (4); wherein the control unit is further set up to feed the first and second output signals (14, 16) of the frequency divider (4) and a modulation signal (18) with an offset frequency to a mixer (6) so that in an output signal (22) of the Mixer (6) the frequency of the output signal (12) of the high-frequency oscillator (2) divided by the frequency divider (4) can be shifted by the offset frequency; wherein the control unit is further set up to feed the output signal (22) of the mixer (6) and a reference signal (24) with a reference frequency to a phase-frequency detector (10), the reference frequency being equal to the shifted divided frequency of the output signal (12 ) the high frequency oscillator (2); wherein the control unit is further set up to feed an output signal (26) of the phase-frequency detector (10) to a filter (20), in particular a low-pass filter; and wherein the control unit is further set up to adapt the output signal (12) of the high-frequency oscillator (2) based on an output signal (28) of the filter (20). System nach Anspruch 7, wobei das Referenzsignal durch einen Oszillator (8) generierbar ist, durch den Signale mit einem Phasenrauschen weniger als -20 dBc/Hz von 10kHz neben einer Oszillatorfrequenz, insbesondere weniger als -50 dBc/Hz von 10kHz neben einer Oszillatorfrequenz, bevorzugt weniger als -100 dBc/Hz von 10kHz neben einer Oszillatorfrequenz, besonders bevorzugt weniger als -150 dBc/Hz von 10kHz neben einer Oszillatorfrequenz, generierbar sind.System according to Claim 7 , wherein the reference signal can be generated by an oscillator (8), through which signals with a phase noise less than -20 dBc / Hz of 10 kHz in addition to an oscillator frequency, in particular less than -50 dBc / Hz of 10 kHz in addition to an oscillator frequency, preferably less than - 100 dBc / Hz of 10 kHz in addition to an oscillator frequency, particularly preferably less than -150 dBc / Hz of 10 kHz in addition to an oscillator frequency, can be generated. System nach Anspruch 7 oder 8, wobei durch den Frequenzteiler (4) das Ausgangssignal (12) des Hochfrequenz-Oszillators (2) durch vier teilbar ist, und wobei die Phasenverschiebung 90° beträgt.System according to Claim 7 or 8th , the output signal (12) of the high-frequency oscillator (2) being divisible by four by the frequency divider (4), and the phase shift being 90 °. System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Modulationssignal (18) durch eine direkte digitale Synthese erzeugbar ist.System according to one of the Claims 7 to 9 , wherein the modulation signal (18) can be generated by direct digital synthesis.
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