DE19938515B4

DE19938515B4 - Synthesizer für ein Kommunikationsgerät

Info

Publication number: DE19938515B4
Application number: DE1999138515
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr. Heinen; Guiseppe Li Puma; Abdul-Karim
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 1999-08-13
Filing date: 1999-08-13
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2019-08-14
Also published as: DE19938515A1

Abstract

Synthesizer für ein drahtlos arbeitendes bidirektionales Kommunikationssystem, mit einem frequenzgeregelten Sendeoszillator (1) zur Erzeugung der Sendefrequenz, dessen Frequenzsteuereingang mit einem ersten Schleifenfilter (8) verbunden ist, das von einer Regelschleife (1, 5, 4, 6) gesteuert wird, die den Sendeoszillator (1) enthält, und mit einem Empfangsoszillator (10) zur Erzeugung einer für den Empfangsvorgang verwendeten Frequenz, dessen Frequenzsteuereingang mit einem zweiten Schleifenfilter (11) verbunden ist, das von der Regelschleife (1, 5, 4, 6), die den Sendeoszihlator (1) enthält, gesteuert wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Synthesizer, d.h. einen mehrere Frequenzen generierenden Frequenzgenerator, für ein Kommunikationsgerät, insbesondere für Mobilfunk oder drahtlose Kommunikation, z.B. DECT. Bei bidirektional arbeitenden Kommunikationsgeräten werden in der Regel unterschiedliche Frequenzen für den Sendevorgang und den Empfangsfall vorgegeben, beispielsweise 127,9 MHz für die Sendefrequenz und 17,9 MHz als Empfangsfrequenz, so daß ein Frequenzversatz von 110 MHz zwischen Sende- und Empfangsfrequenz vorliegt.
Bei den meisten digitalen Übertragungssystemen (z.B. DECT), werden Signale im TDMA-Verfahren (Time Division Multiple Access) übertragen, so daß jeder einzelne Benutzer nur in bestimmten Zeitschlitzen ("Time-Slots") Signale empfangen oder senden kann. Vor dem Senden der eigentlichen Daten muß der Sender, d.h. genauer gesagt, der Sendeoszillator, auf die gewählte Kanalfrequenz einschwingen, was durch das Einschwingen der zugehörigen Phasenregelschleife gewährleistet wird. Hierzu können bestimmte Zeitintervalle ("Blind-Slots") vorgesehen sein, wonach dann die Phasenregelschleife des Oszillators zu Beginn des aktiven Sendezeitschlitzes in den Offenschleifenbetrieb ("Open-Loop" Modus) geschaltet wird. Während des Sendebetriebs ist somit die Phasenregelung vorübergehend aufgehoben. Hierbei können allerdings Probleme auftreten, da der Schleifenfilterkondensator der Phasenregelschleife aufgrund seines "Memory"-Effekts (Relaxationszeit des Kondensators) wieder auf seinen früheren Spannungswert aus dem vorhergehenden Empfangs-Slot zurückzukehren versucht. Dies führt zu einer Frequenzänderung des spannungsgesteuerten Oszillators (VCO), so daß die Sendefrequenz gegebenenfalls unerwünscht stark von der eigentlich vorgesehenen Trägerfrequenz abweichen kann.

In der WO 98/51014 ist ein Frequenzsynthesizer mit zwei verschiedenen VCOs für Sende- und Empfangsfrequenz für Mobilfunkanwendungen gezeigt. Die beiden VCOs werden von jeweiligen Regelschleifen angesteuert, die einen Phasendetektor und Frequenzteiler gemeinsam benutzen. Ein Umschalter am Ausgang des Phasendetektors steuert wahlweise eines der Schleifenfilter an.

In der EP 0 206 247 ist ein Frequenzsynthesizer mit zwei VCOs gezeigt, die zwei Teiler und einen Phasendetektor gemeinsam benutzen. Einem der Teiler ist ein Umschalter vorgeschaltet, der ein Ausgangssignal wahlweise eines der VCOs zur Rückkopplung weiterleitet.

Das Dokument EP 0 307 595 A1 zeigt eine Schaltung zur Erzeugung zweier eng benachbarter Frequenzen. Im PLL-Kreis findet ein Vergleich lediglich einer der beiden Frequenzen mit einer Referenzfrequenz statt. Zwei Oszillatoren werden durch das aus dem Vergleich gewonnene Frequenzvergleich-Ausgangssignal geregelt.

In dem Dokument US 5,748,044 ist eine Phasenregelschleife mit zwei VCO angegeben. Ein Steuerstrom, der den VCO in der Schleife steuert, wird an den zweiten VCO mittels eines Stromspiegels gekoppelt. Dies dient dort zur Kompensation von Spannungs-, Temperatur- und Fertigungsschwankungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Synthesizer zu schaffen, der sich durch gute Frequenzstabilität auszeichnet und zur Erzeugung weit auseinanderliegender Frequenzen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der Erfindung sind zwei Oszillatoren zur Erzeugung der Sendefrequenz und der für den Empfang benutzten Frequenz vorgesehen, die jeweils mit eigenen Schleifenfiltern verbunden sind. Damit lassen sich der Sende- und der Empfangsoszillator unabhängig voneinander steuern. Das Schleifenfilter des Sendeoszillators kann somit kontinuierlich, auch während Empfangsvorgängen, bei der der Sendefrequenz entsprechenden Ausgangsspannung gehalten werden, so daß auch bei Umschaltung in den Offenschleifenbetrieb (geöffnete Phasenregelschleife) kein nennenswertes Wegdriften der den Sendeoszillator steuernden Schleifenfilter-Ausgangsspannung zu erwarten ist.

Ferner kann auch die Empfangsfrequenz aufgrund des eigenen Empfangs-Schleifenfilters stabilisiert sein, so daß insgesamt hohe Frequenzstabilität erzielt wird.

Es ist nur ein einziger Phasenregelkreis vorhanden, der einen der Oszillatoren, insbesondere den Sende-Oszillator hinsichtlich Phase und Frequenz auf ein Eingangsreferenzsignal einregelt. Das Ausgangssignal des Phasendetektors der Phasenregelschleife dient vorteilhaft zugleich auch zur Frequenzsteuerung des anderen Oszillators, d. h. hier des Empfänger-Oszillators, so daß für diesen Oszillator kein eigener vollständiger Phasenregelkreis benötigt wird und dennoch hohe Frequenzstabilität gewährleistet bleibt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die einzige Zeichnung näher beschrieben.
Die gezeigte Frequenzgeneratorschaltung (Synthesizer) enthält einen Sendeoszillator 1, der die Sendefrequenz, d.h. die mit der zu sendenden Nachricht oder den zu übertragenden Daten zu modulierende Trägerfrequenz generiert. Zur Phasenregelung der Sendefrequenz auf einen gewünschten, durch ein Eingangsreferenzsignal 2 vorgegebenen Wert ist ein Phasen-Frequenz-Detektor 4 vorhanden, der die Phasenlage und Frequenz des Sendesignals mit dem Eingangsreferenzsignal vergleicht und abhängig vom Vergleichsergebnis eine steuerbare Stromquellenschaltung (Ladungspumpe) 6 steuert, die einen Schleifenfilterkondensator 7 eines Schleifenfilters 8 mit einem parallel zum Schleifenfilterkondensator 7 geschalteten Tiefpaßfilterzweig 9 je nach Phasenlage auflädt oder entlädt bzw. gegebenenfalls dessen Ladezustand unverändert läßt. Das Sendefrequenzsignal und das Eingangsreferenzsignal 2 können an den Phasen-Frequenz-Detektor 4 direkt, oder wie in der Zeichnung gezeigt, über Zähler 3, 5 angelegt werden, die eine Signalformung bzw. -umsetzung der eingangsseitig anliegenden Signale bewirken.
Die am Schleifenfilter 8, genauer gesagt am Schleifenfilterkondensator 7 jeweils auftretende Spannung dient als Steuerspannung für den spannungsgesteuerten Sendeoszillator 1.
Für den Empfangskreis ist ein eigener Empfangsoszillator 10 vorgesehen, der die Empfangsfrequenz, genauer gesagt die für den Empfangsvorgang bereitgestellte lokale Frequenz (Überlagerungsfrequenzsignal) erzeugt. Zur Frequenzsteuerung des spannungsgesteuerten Empfangsoszillators 10 ist ein eigenes Schleifenfilter 11 mit einem Tiefpaßfilterzweig 12 und einem parallel hierzu geschalteten Schleifenfilterkondensator 13 vorgesehen, dessen Ladezustand durch eine steuerbare Stromquellenschaltung (Ladungspumpe) 14 gesteuert wird. Die Stromquellenschaltung 14 wird gleichartig wie die Stromquellenschaltung 6 durch den Ausgang des Phasen-Frequenz-Detektors 4 gesteuert, so daß die Stromquellenschaltung 6 und das Schlei fenfilter 8 gewissermaßen parallel zur Stromquellenschaltung 14 und Schleifenfilter 11 geschaltet sind. Für den Empfangsoszillator 10 ist damit kein eigener Phasendetektor oder Phasen-Frequenz-Detektor erforderlich, was den Schaltungsaufbau vereinfacht und dennoch ausreichende Empfangsfrequenzstabilität gewährleistet.
Der gewünschte Frequenzversatz zwischen Sende- und Empfangsfrequenz (z.B. 110 MHz) wird durch geeignete Abstimmung der Stromquellenschaltungen 6, 14 und/oder der Schleifenfilter 8, 11 und/oder durch entsprechende Spezifikation der Kennlinien der Oszillatoren 1, 10 gewährleistet. Die Sende- und Empfangsoszillatoren 1, 10 sind hierbei für unterschiedliche Mittenfrequenzen, und gegebenenfalls auch unterschiedliche Abstimmsteilheiten ausgelegt. Vorzugsweise wird als Sendeoszillator 1 ein Oszillator mit guten Phasenrauscheigenschaften eingesetzt, so daß rauschbedingte Phasenschwankungen reduziert sind. Demgegenüber kann der Empfangsoszillator 10 mit etwas schlechteren Phasenrauscheigenschaften behaftet und damit beispielsweise kostengünstiger sein, da im Empfangsfall das Phasenrauschen nicht sehr problematisch ist. Vorzugsweise verfügen die Oszillatoren 1, 10 ansonsten über weitgehend gleiche Eigenschaften z.B. Temperaturgang oder dergleichen.
Vorzugsweise ist die Phasenregelschleife (Elemente 1, 4, 6, 8) normalerweise geschlossen und wird nur während des Sende-Slots vorübergehend geöffnet. Damit läßt sich hohe Phasenstabilität und hohe Frequenzgenauigkeit sicherstellen. Durch diese nahezu ständige Phasenregelung ist auch das Schleifenfilter 11 und damit der Empfänger 10 einer sehr starren Steuerung unterworfen, so daß die Empfangsfrequenz sehr stabil gehalten werden kann.
Das erfindungsgemäße Konzept läßt sich auf eine beliebige Anzahl von Oszillatoren verallgemeinern. An den Ausgang des Phasen-Frequenz-Detektors 4 sind in diesem Fall weitere Oszillatorzweige parallel zum Empfangsfrequenzkreis 10, 11, 14 mit jeweils eigener steuerbarer Stromquellenschaltung, von dieser gesteuertem Schleifenfilter und eigenem, mit seinem Steuereingang an den Schleifenfilterausgang angeschlossenen spannungsgesteuerten Oszillator geschaltet. Damit läßt sich eine Mehrzahl von Frequenzen in frequenzstabiler Weise und mit nur geringem Aufwand erzeugen.
Der erfindungsgemäße Synthesizer ist allgemein für frequenzgenerierende Schaltungen im Kommunikationsbereich geeignet, beispielsweise für ICs, für Kommunikationsschaltungen, für die drahtlose Kommunikation (z. B. DECT oder Mobilfunk), oder allgemein digitale Übertragungssysteme.

1: Sendeoszillator
2: Eingangsreferenzsignal
3: Zähler
4: Phasen-Frequenz-Detektor
5: Zähler
6: Stromquellenschaltung
7: Schleifenfilterkondensator
8: erstes Schleifenfilter
9: Filterzweig
10: Empfangsoszillator
11: zweites Schleifenfilter
12: Filterzweig
13: Schleifenfilterkondensator
14: Stromquellenschaltung

Claims

Synthesizer für ein drahtlos arbeitendes bidirektionales Kommunikationssystem, mit einem frequenzgeregelten Sendeoszillator (1) zur Erzeugung der Sendefrequenz, dessen Frequenzsteuereingang mit einem ersten Schleifenfilter (8) verbunden ist, das von einer Regelschleife (1, 5, 4, 6) gesteuert wird, die den Sendeoszillator (1) enthält, und mit einem Empfangsoszillator (10) zur Erzeugung einer für den Empfangsvorgang verwendeten Frequenz, dessen Frequenzsteuereingang mit einem zweiten Schleifenfilter (11) verbunden ist, das von der Regelschleife (1, 5, 4, 6), die den Sendeoszihlator (1) enthält, gesteuert wird.
Synthesizer nach Anspruch 1, mit einem Phasenregelkreis, der die vom Sendeoszillator (1) erzeugte Sendefrequenz mit einem Referenzfrequenzsignal (2) vergleicht und eine mit dem ersten Schleifenfilter (8) verbundene, steuerbare Stromquellenschaltung (6) zur Steuerung der Auf- und Entladung eines Schleifenfilterkondensators (7) des ersten Schleifenfilters (8) und damit zur Regelung der Sendefrequenz steuert.
Synthesizer nach Anspruch 2, bei dem der Phasenregelkreis einen Phasen-Frequenz-Detektor (4) enthält, dessen Ausgang mit der steuerbaren Stromquellenschaltung (6) sowie mit einer weiteren steuerbaren Stromquellenschaltung (14) verbunden ist, die den Ladezustand eines Schleifenfilterkondensators (13) des zweiten Schleifenfilters (11) steuert.