DE19644861A1 - Verfahren zur Erzeugung eines analogen hochfrequenten Signals und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung eines analogen hochfrequenten Signals und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

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DE19644861A1
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Babette Haeberle
Bruno Dr Rer Nat Scheffold
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Erzeugung eines analogen hochfrequenten Signals nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Die Erfindung ist insbesondere anwendbar zur Erzeugung ana­ loger sinusförmiger Signale im GHz-Bereich. Für diesem Be­ reich ist es bekannt, ein möglichst rauscharmes, stabiles Signal mittels des sogenannten Sampling-PLL-Verfahrens ("Phase Lock Loop") zu erzeugen, dabei erfolgt ein Phasen­ vergleich mittels einer Phasenregelschleife auf einer vor­ gebbaren Harmonischen einer vorgebbaren Referenzfrequenz. Dieses Verfahren wird anhand der Fig. 2 näher erläutert.
Fig. 2 zeigt einen Referenzgenerator REF zur Erzeugung eines Referenzsignals mit vorgebbarer Amplitude und vorgebbarer Referenzfrequenz. Das Referenzsignal wir über einen Fre­ quenzvervielfacher N einem Eingang eines Mischers M zuge­ führt. Das Ausgangssignal des Mischers M wird über ein (Tiefpaß-)Filter LF ("Loopfilter") dem Eingang eines span­ nungsgesteuerten Oszillators VCO ("Voltage Controlled Os­ cillator") zugeführt. Dessen analoges Ausgangssignal AUS, mit einer durch den Frequenzvervielfacher N bestimmten Aus­ gangsfrequenz, ist an einem Ausgang verfügbar für weitere Anwendungen. Zur Phasenregelung des Ausgangssignals AUS wird nun ein vorgebbarer Teil mittels eines Kopplers KO ausgekoppelt und einem zweiten Eingang des Mischers M zuge­ führt, so daß die erwähnte Phasenregelschleife entsteht.
Ein derartiges Verfahren hat insbesondere den Nachteil, daß technisch herstellbare Phasendetektoren, beispielsweise so­ genannte Diodenmischer, bei hohen Referenz- und/oder Aus­ gangsfrequenzen, insbesondere im GHz-Bereich, keine Fre­ quenzinformation erhalten, so daß das Ausgangssignal AUS nicht zuverlässig auf eine definierte Frequenz synchroni­ siert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gat­ tungsgemäßes Verfahren anzugeben, mit dem in zuverlässiger Weise ein rauscharmes hochfrequentes analoges Ausgangs­ signal, das eine genau vorgebbare und frequenzstabile Aus­ gangsfrequenz besitzt, erzeugbar ist. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und angegebenen Merkmale.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den weiteren Ansprüchen entnehmbar.
Die Erfindung beruht auf der Verwendung einer digital ar­ beitenden Frequenzregelschleife zur Regelung der Frequenz des Ausgangssignals AUS und einer analog arbeitenden Pha­ senregelschleife. Die Frequenzregelschleife, die einen an sich störenden Rauschpegel erzeugt, wird gemeinsam mit der Phasenregelschleife lediglich während des Einschwingvorgan­ ges (Einschaltvorganges) der nachfolgend beschriebenen An­ ordnung verwendet. Ist ein frequenzstabiles Ausgangssignal AUS mit vorgebbarer Ausgangsfrequenz vorhanden, so wird mittels eines analog arbeitenden Schalters die Frequenzre­ gelschleife abgekoppelt, so daß die weitere eingeschwungene Frequenzregelung lediglich mittels der Phasenregelschleife erfolgt. Damit ist die Erzeugung eines hochstabilen sowie rauscharmen Ausgangssignals möglich, beispielsweise mit ei­ ner Frequenz von ungefähr 1 GHz, einem Störspannungsabstand (Spuriousabstand) von 80 dBC sowie einem Phasenrauschab­ stand von ungefähr -135 dBC/Hz und 10 kHz Offset.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert unter Bezugnahme auf eine schema­ tisch dargestellte Fig. 1.
Fig. 1 zeigt einen spannungsgesteuerten Oszillator VCO, der eine Regelung der Ausgangsfrequenz in einem vorgebbaren Frequenzbereich ermöglicht. Das Ausgangssignal des span­ nungsgesteuerten Oszillator VCO wird über einen Koppler KO einem Ausgangsverstärker AM zugeführt. An dessen Ausgang ist das Ausgangssignal AUS verfügbar. Mittels des Kopplers KO wird ein vorgebbarer Anteil des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators VCO einem Signalaufteiler SA (Verzweiger) zugeführt. Dessen Ausgangssignale gelangen parallel an eine Phasenregelschleife und eine mittels eines analogen Schalters SCH schaltbare Frequenzregelschleife. Die Ausgangssignale der Phasenregelschleife und der schalt­ bare Frequenzregelschleife werden mittels eines Summierers SU über ein (Tiefpaß-)Filter LF dem Eingang des spannungs­ gesteuerten Oszillators VCO zugeleitet. Bei der Frequenzre­ gelschleife liegt ein Ausgangssignal des Signalaufteilers SA am Eingang eines punktiert dargestellten Frequenzregel­ kreises PLL. Dieser enthält einen digital arbeitenden Fre­ quenzteiler FT und einem diesem nachgeschalteten ersten Phasendiskriminator PD1, der ebenfalls digital arbeitet. Dessen einem Eingang wird ein von einem Referenzgenerator erzeugtes analoges Referenzsignal mit einer vorgebbaren Re­ ferenzfrequenz (Referenzfreq.) von beispielsweise 10 MHz zugeführt. An dem anderen Eingang liegt das Ausgangssignal des Frequenzteiler FT an. Dessen über eine Frequenzeingabe einstellbares Teilerverhältnis ist in Abhängigkeit von der gewünschten Ausgangsfrequenz des Ausgangssignals AUS ge­ wählt. Das Ausgangssignal des ersten Phasendiskriminators PD1 gelangt über den Schalter SCH an einen Eingang des Sum­ mierers SU. Dabei wird der Schalter SCH gesteuert durch ein sogenanntes Lock-Detect-Signal Lock-Det., das von dem Fre­ quenzregelkreis PLL ausgegeben wird und zwar dann, wenn sich das Ausgangssignal des Frequenzregelkreises PLL nach einem Einschwingvorgang auf die vorgebbare Referenzfrequenz stabilisiert hat. In diesem Fall wird der Schalter SCH, beispielsweise ein Feldeffekttransistor, in den dargestell­ ten Offen-Zustand geschaltet, so daß dann lediglich die Phasenregelschleife wirksam ist. Bei dieser gelangt das zweite Ausgangssignal der Signalaufteilung SA an einen er­ sten Eingang eines zweiten, analog arbeitenden Phasendis­ kriminators PD2, an dessen zweiten Eingang ein Referenzsi­ gnal anliegt, das ein an die Referenzfrequenz Referenzfreq. und die Ausgangsfrequenz angepaßtes Kammspektrum besitzt.
Das Ausgangssignal des zweiten Phasendiskriminators PD2 wird einem Eingang des ebenfalls analog arbeitenden Summie­ rers SU zugeführt.
Mit der beschriebenen Anordnung wird vorteilhafterweise er­ reicht, daß zunächst während eines Einschwingvorganges (Einschaltvorganges) mittels der Frequenzregelschleife und der Phasenregelschleife (Schalter SCH ist geschlossen) eine Frequenzsynchronisation auf eine vorgebbare Ausgangsfrequenz erfolgt. Dabei ist ein an sich unerwüscht geringer Phasen­ rauschabstand von ungefähr -105 dBC/Hz (bei 10kHz Offset) vorhanden. Nach dem Einschwingvorgang wird dann der Schal­ ter SCH geöffnet, so daß lediglich die Phasenregelschleife wirksam ist. Damit ist der bereits erwähnte hohe und stabi­ le Phasenrauschabstand von ungefähr -135 dBC erreichbar.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Beispiel be­ schränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwendbar, bei­ spielsweise auf die Erzeugung von Hochfrequenzsignalen un­ terhalb des GHz-Bereiches.

Claims (5)

1. Verfahren zur Erzeugung eines analogen hochfrequenten Signals, wobei
  • - von einem Referenzgenerator ein Referenzsignal erzeugt wird,
  • - aus dem Referenzsignal durch einen Frequenzvervielfa­ cher eine Harmonische gebildet wird,
  • - die Harmonische einem Phasendiskriminator und dessen Ausgangssignal einem spannungsgesteuerten Oszillator zugeführt wird und
  • - das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillator mittels einer Phasenregelschleife geregelt wird, da­ durch gekennzeichnet,
  • - daß während eines Einschwingvorganges eine bezüglich der Frequenz einstellbare Frequenzregelschleife (PLL) zugeschaltet wird mittels eines analog arbeitenden Schalters (SCH) und eines Summierers (SU), wobei die Frequenz in Abhängigkeit von der Ausgangsfrequenz des Ausgangssignals (AUS) gewählt wird und
  • - daß nach Beendigung des Einschwingvorganges die Aus­ gangsfrequenz des Ausgangssignals (AUS) lediglich durch die Phasenregelschleife geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzregelschleife einen digital arbeitenden Frequenzregelkreis (PLL) enthält, welcher zumindest aus einem digital arbeitenden Frequenzteiler (FT) und einem diesem nachgeschalteten digital arbeitenden Phasendis­ kriminator (PD1) besteht, und daß von dem Frequenzre­ gelkreis (PLL) im eingeschwungenen Zustand ein Steuer­ signal (Lock-Det.) zur Steuerung des Schalters (SCH) ausgegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Phasenregelschleife ein analog arbei­ tender Phasendiskriminator (PD2) verwendet wird, an dessen einem Eingang ein entsprechend der Referenzfre­ quenz und der Ausgangsfrequenz gewähltes Signal mit ei­ nem Kammspektrum angelegt wird.
4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß ein vorgebbarer Teil eines zu erzeugenden Aus­ gangssignals (AUS) mittels eines Koppler (KO) an dem Eingang eines Signalaufteilers (SA) anliegt,
  • - daß ein Ausgang des Signalaufteilers (SA) mit dem Ein­ gang der Frequenzregelschleife verbunden ist,
  • - daß der andere Ausgang des Signalaufteilers (SA) mit dem Eingang der Phasenregelschleife verbunden ist,
  • - daß der Ausgang der Frequenzregelschleife über einen analog arbeitenden Schalter (SCH) mit einem Eingang ei­ nes analog arbeitenden Summierers (SU) verbunden ist,
  • - daß der Ausgang der Phasenregelschleife mit dem anderen Eingang eines analog arbeitenden Summierers (SU) ver­ bunden ist und
  • - daß der Ausgang des Summierers (SU) über ein Filter (LF) mit dem Eingang eines spannungsgesteuerten Oszil­ lators (VCO) verbunden ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der analog arbeitende Schalter (SCH) als Feldeffekt­ transistor ausgebildet ist.
DE19644861A 1996-10-29 1996-10-29 Verfahren zur Erzeugung eines analogen hochfrequenten Signals und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens Withdrawn DE19644861A1 (de)

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