DE212014000065U1 - Frequenzsynthesizer - Google Patents

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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

Frequenzsynthesizer mit einem Referenzoszillator (1), dessen Ausgang mit einem Frequenzvervielfacher (2) verbunden ist, einem Frequenzumwandler (4), einem Frequenzteiler (5), dessen Ausgang mit einem Eingang eines Phasen-Frequenzdiskriminators (6) verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Eingang eines Fehlersignal-Bandpasses (8) verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Eingang eines steuerbaren Oszillators (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgang des Frequenzvervielfachers (2) mit einem Eingang eines zusätzlichen Frequenzvervielfachers (3) verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Eingang eines Frequenzteilers (5) verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Referenzeingang des Phasen-Frequenzdiskriminators (6) verbunden ist, wobei die Frequenzen des steuerbaren Oszillators (9) und des Referenzoszillators (1) durch folgendes Verhältnis verbunden sind Fyr = NKRFor(1 ± 1M );wobei: N ein variables Teilungsverhältnis des Frequenzteilers, Fyr die Frequenz des steuerbaren Oszillators, M ein Vervielfachungsfaktor des Frequenzvervielfachers, For die Frequenz des Referenzoszillators, K ein Vervielfachungsfaktor der Frequenz des zusätzlichen Frequenzvervielfachers und R ein Teilungsfaktor des Frequenzteilers sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Frequenzsynthesizer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung ist im Bereich der Messtechnik, Radartechnik und Telekommunikation einsetzbar.
  • Aus dem Stand der Technik ist ein Frequenzsynthesizer mit digitalem Phasen-Frequenznachlauf (PLL) (Chenakin A. Frequency Synthesizers: Concept to Product, 2011, 152 S.) bekannt. Der Frequenzsynthesizer enthält einen Phasen-Frequenzdiskriminator, einen Frequenzteiler mit einem gebrochenen, variablen Teilungsverhältnis um das N-fache, einen Steuersignal-Bandpass (Steuersignalfilter) und einen steuerbaren Oszillator.
  • Die Mängel dieser Anordnung sind ein hoher durch den Phasen-Frequenzdiskriminator bedingter Rauschpegel sowie eine niedrige Frequenzauflösung aufgrund geringer K-Werte bis zu 25. Diese werden in Mikroschaltungen implementiert und bieten eine Auflösung von ca. 3–6 Hz bei einem minimalen Phasenrauschpegel.
  • Aus dem Stand der Technik ist ferner ein Einschleifen-Synthesizer mit Frequenzwandlung in Rückkopplung bekannt (Chenakin A. A compact, agile, low-phase-noise frequency source with AM, FM and pulse modulation capabilities, 2009, 2 S.). Er verbessert die spektrale Reinheit des Ausgangssignals und die Frequenzauflösung, indem der Frequenzteiler durch einen Frequenzumwandler ersetzt wird und indem ein Frequenzvervielfacher und ein digitaler Rechensynthesizer eingeführt werden, wobei der Rechensynthesizer die zurzeit beste Frequenzauflösung aufweist.
  • Die Mängel dieser technischen Lösung sind ein beachtlicher Energieverbrauch und die großen Abmessungen der Einrichtungen.
  • Der technische Haupteffekt der vorgeschlagenen Erfindung ist die Erhöhung der Frequenzauflösung und der spektralen Reinheit des Ausgangssignals, indem die beachtliche Vergrößerung des Energieverbrauchs und der Abmessungen der Einrichtung vermieden wird.
  • Der technische Haupteffekt wird wie folgt erreicht: Der Frequenzsynthesizer gemäß der Erfindung enthält einen Referenzoszillator, dessen Ausgang mit einem Frequenzvervielfacher verbunden ist, einen Frequenzumwandler und einen Frequenzteiler, dessen Ausgang mit einem Eingang eines Phasen-Frequenzdiskriminators verbunden ist. Der Ausgang des Frequenzdiskriminators ist mit einem Eingang eines Fehlersignal-Bandpasses (Fehlersignalfilters) verbunden, dessen Ausgang mit einem Eingang eines steuerbaren Oszillators verbunden ist. Gemäß der vorgeschlagenen Erfindung ist ein Ausgang des Frequenzvervielfachers mit einem Eingang eines zusätzlichen Frequenzvervielfachers verbunden, dessen Ausgang mit einem Eingang des Frequenzteilers verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Referenzeingang des Phasen-Frequenzdiskriminators verbunden ist. Dabei sind die Frequenzen des steuerbaren Oszillators und des Referenzoszillators durch folgendes Verhältnis verbunden: Fyr = NKRFor(1 ± 1/M); wobei
    • N
    ein variables Teilungsverhältnis des Frequenzteilers,
    Fyr
    die Frequenz eines steuerbaren Oszillators,
    M
    ein Vervielfachungsfaktor des Frequenzvervielfachers,
    For
    die Frequenz des Referenzoszillators,
    K
    ein Vervielfachungsfaktor der Frequenz des zusätzlichen Frequenzvervielfachers und
    R
    ein Teilungsfaktor des Frequenzteilers
    sind.
  • Es ist sinnvoll, den Frequenzteiler und den Phasen-Frequenzdiskriminator in Form einer einheitlichen integrierten Schaltungsanordnung auszubilden.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
  • 1 ein Blockschaltbild des Frequenzsynthesizers gemäß der Erfindung
  • Der Frequenzsynthesizer besteht aus einem Referenzoszillator 1, dessen Ausgang mit einem Eingang eines Hochverhältnis-Frequenzvervielfachers 2 verbunden ist. Der Ausgang des Hochverhältnis-Frequenzvervielfachers 2 ist mit einem Eingang eines zusätzlichen Frequenzvervielfachers 3 und mit dem ersten Eingang eines Frequenzumwandlers 4 verbunden. Der Ausgang des zusätzlichen Frequenzvervielfachers 3 ist mit einem Eingang eines Frequenzteilers 5 mit einem gebrochenen variablen Teilungsverhältnis verbunden. Der Ausgang des Frequenzteilers ist mit einem Referenzeingang eines Phasen-Frequenzdiskriminators 6 verbunden. Der Ausgang des Frequenzumwandlers 4 ist mit einem Eingang eines Frequenzteilers 7 mit variablem Teilungsverhältnis verbunden. Der Ausgang des Frequenzteilers 7 ist mit einem anderen Eingang eines Phasen-Frequenzdiskriminators 6 verbunden. Der Ausgang des Phasen-Frequenzdiskriminators 6 ist mit einem Fehlersignal-Bandpass 8 verbunden, dessen Ausgang mit einem Eingang eines steuerbaren Oszillators 9 verbunden ist. Der zweite Eingang des Frequenzumwandlers 4 ist mit dem Ausgang eines steuerbaren Oszillators 9 verbunden. Die Frequenzteiler 5, 7 und der Phasen-Frequenzdiskriminator 6 sind in Form einer einheitlichen integrierten Schaltungsanordnung ausgebildet.
  • Ein vom Ausgang des Frequenzvervielfachers 2 ausgehendes Signal wird leistungsmäßig geteilt und gelangt zum Eingang des zusätzlichen Frequenzvervielfachers 3 und zum Eingang des Frequenzumwandlers 4. Das Ausgangssignal des zusätzlichen Frequenzvervielfachers 3 gelangt zum Eingang des Frequenzteilers 5 mit einem gebrochenen variablen Teilungsverhältnis, das wie folgt berechnet wird: N = INT + FRAC / MOD wobei:
    • N
    ein Teilungsfaktor des Frequenzteilers ist,
    INT
    ein programmierbarer ganzzahliger Anteil des Teilungsfaktors N ist,
    FRAC und MOD
    programmierbare Zahlen sind, die den gebrochenen Anteil des Teilungsfaktors N festlegen.
  • Das Ausgangssignal des Frequenzteilers 5 gelangt zu einem Referenzeingang des Phasen-Frequenzdiskriminators 6. Das Signal des steuerbaren Oszillators 9 gelangt zum zweiten Eingang des Frequenzumwandlers 4. Das Signal einer Differenzfrequenz wird vom Ausgang des Frequenzumwandlers 4 abgeleitet und gelangt zum Eingang des Frequenzteilers 7 mit variablem Teilungsverhältnis. Das Ausgangssignal des Frequenzteilers 7 gelangt zum zweiten Eingang des Phasen-Frequenzdiskriminators 6. Der Phasen-Frequenzdiskriminator 6 erzeugt ein Fehlersignal, das der Phasenaussortierung zwischen den Signalen an seinen Eingängen proportional ist. Nach der Filterung durch den Fehlersignal-Bandpass 8 kommt das Fehlersignal zum Eingang der Frequenzsteuerung des steuerbaren Oszillators 9. Die Frequenzen des steuerbaren Oszillators 9 und des Referenzoszillators 1 sind durch folgendes Verhältnis verbunden: Fyr = NKRFor(1 ± 1 / M); dabei ist die Frequenzauflösung gleich ΔFyr = NKRFor / MODM
  • Beim Betrieb des Phasen-Frequenzdiskriminators 6 ist MK/N ≤ 1, R << N; das ermöglicht es, die Frequenzauflösung um das N/R-fache im Vergleich zum Synthesizer mit Frequenzteiler mit einem gebrochenen variablen Frequenzteilungsverhältnis in Rückkopplung zu verbessern.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Chenakin A. Frequency Synthesizers: Concept to Product, 2011, 152 S. [0003]
    • Chenakin A. A compact, agile, low-phase-noise frequency source with AM, FM and pulse modulation capabilities, 2009, 2 S. [0005]

Claims (2)

  1. Frequenzsynthesizer mit einem Referenzoszillator (1), dessen Ausgang mit einem Frequenzvervielfacher (2) verbunden ist, einem Frequenzumwandler (4), einem Frequenzteiler (5), dessen Ausgang mit einem Eingang eines Phasen-Frequenzdiskriminators (6) verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Eingang eines Fehlersignal-Bandpasses (8) verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Eingang eines steuerbaren Oszillators (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgang des Frequenzvervielfachers (2) mit einem Eingang eines zusätzlichen Frequenzvervielfachers (3) verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Eingang eines Frequenzteilers (5) verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Referenzeingang des Phasen-Frequenzdiskriminators (6) verbunden ist, wobei die Frequenzen des steuerbaren Oszillators (9) und des Referenzoszillators (1) durch folgendes Verhältnis verbunden sind Fyr = NKRFor(1 ± 1 / M); wobei: N ein variables Teilungsverhältnis des Frequenzteilers, Fyr die Frequenz des steuerbaren Oszillators, M ein Vervielfachungsfaktor des Frequenzvervielfachers, For die Frequenz des Referenzoszillators, K ein Vervielfachungsfaktor der Frequenz des zusätzlichen Frequenzvervielfachers und R ein Teilungsfaktor des Frequenzteilers sind.
  2. Frequenzsynthesizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzteiler (5, 7) und der Phasen-Frequenzdiskriminator (6) in Form einer einheitlichen integrierten Schaltungsanordnung ausgebildet sind.
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