DE29809632U1

DE29809632U1 - Frequenzsynthesizer

Info

Publication number: DE29809632U1
Application number: DE29809632U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-06-19
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 1998-10-08
Anticipated expiration: 2008-05-29

Description

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Beschreibung
FrequenzSynthesizer

Die Erfindung betrifft einen Frequenzsynthesizer bei batteriebetriebenen Funk-/Datenübertra-gungssystemen, wie insbesondere Mobilfunksystemen, bei denen die zu erzeugende Frequenz mittels einer von einem PLL (Pha-senverriegelte SchLerfe) über ein Bandfilter mindestens einem

10...--"spannungsgesteuerten Oszillator zugeführten Steuerspannung gewonnen wird.

Bisher werden zur Realisierung einer phasenrauscharmen und breitbandigen Frequenzsynthese Anordnungen mit erhöhter Versorgungsspannung oder aber solche Anordnungen eingesetzt, die aus mehreren Frequenzsynthesizern bestehen.

Fig. 6 zeigt den Zusammenhang zwischen der Frequenz und der Abstimmspannung, wobei auf der Abszisse die Abstimmspannung eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) in V und auf der Ordinate die Frequenz f des Ausgangssignales dieses spannungsgesteuerten Oszillators in MHz aufgetragen sind. Ein VCO hat bei bestehenden Frequenzsynthesizern den gesamten erforderlichen breitbandigen Frequenzbereich von fO bis fl zu überdecken. Für eine zuverlässige Produktion ist dabei sogar noch ein etwas breiterer Frequenzbereich erforderlich, der unter fO und über fl hinaus geht. Soll der gleiche Frequenzbereich bei verringerter Versorgungsspannung als Abstimmspannung überdeckt werden, so ergibt sich zwangsläufig ein steilerer Verlauf der Abstimmspannung/Frequenz-Kennlinie.

Fig. 5 zeigt den Aufbau eines bestehenden Frequenzsynthesizers des sogenannten Dual-Modulus-Typs: Von einem Referenzoszillator 1 gelieferte Signale werden über einen PLL 2 und ein Schleifenfilter 3 einem VCO 4 zugeführt, dessen Hochfrequenz-Ausgang 5 zum PLL rückgekoppelt ist. Der PLL 2 besteht aus einem mit dem Referenzoszillator 1

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verbundenen R-Zähler 6, einem an dessen Ausgang liegendem Phasenfrequenzdetektor (PFD) 7 und einem A/N-Zähler 8. Der R-Zähler 6, der Phasenfrequenzdetektor 7 und der A/N-Zähler 8 können in einer Schaltung integriert sein. Zwischen dem Phasenfrequenzdetektor 7 und dem Schleifenfilter 3 liegt eine Ladungspumpe 9. Der Hochfrequenz-Ausgang 5 des VCO 4 ist zu einem n/n+1-Zähler 10 rückgekoppelt, der zur Modulus-Steuerung zwischen Ausgang und Eingang des A/N-Zählers 8 angeordnet ist.

Die zu erzeugende Frequenz wird durch eine Steuer-Gleichspannung am Eingang des VCOs 4 erzeugt. Änderungen in der Steuer-Gleichspannung am Eingang des VCOs bewirken dabei eine Frequenzänderung an dessen Ausgang.

Wie nun aus der Fig. 6 ohne weiteres zu ersehen ist, verursacht bei Störspannungen gleicher Amplitude, also einem Rauschen der Steuer-Gleichspannung, eine steilere Abstimm-Kennlinie des VCOs eine größere Frequenzänderung bzw. Frequenzmodulation am Ausgang.

Wie bereits eingangs erläutert wurde, werden bisher zur Realisierung einer phasenrauscharmen und breitbandigen Frequenzsynthese entweder erhöhte Versorgungsspannungen eingesetzt oder Konzepte aus mehreren Frequenzsynthesizern realisiert. Eine erhöhte Versorgungsspannung bedeutet aber einen höheren Stromverbrauch, was in Mobilfunksystemen gerade vermieden werden soll, während eine Realisierung mittels mehrerer Frequenzsynthesizer zu einem großen Schaltungsaufwand führt und bei Mobilfunkgeräten Schwierigkeiten hinsichtlich Gewichts- und Platzaufwand bereitet.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Frequenzsynthesizer zur breitbandigen phasenrauscharmen Frequenzsynthese bei batteriebetriebenen Funk-/

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Datenübertragungssystemen zu schaffen, ohne eine erhöhte Versorgungsspannung oder mehrere Frequenzsynthesizer verwenden zu müssen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Frequenzsynthesizer bei batteriebetriebenen Funk-/Datenübertragungssystemen, wie insbesondere Mobilfunksystemen, bei dem die zu erzeugende Frequenz mittels einer von einem PLL über ein Bandfilter mindestens einem spannungsgesteuerten Oszillator zugeführten Steuerspannung gewonnen wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das von dem spannungsgesteuerten Oszillator gelieferte Frequenzband in mehrere Teilbänder aufgeteilt wird und die Bandwahl zusammen mit der Frequenzwahl im PLL durch Ansteuerung des umschaltbaren spannungsgesteuerten Oszillators vorgenommen wird.

Die Anordnung zeichnet sich durch eine in den PLL integrierte und zwischen einem A/N-Zähler des PLLs und dem spannungsgesteuerten Oszillator liegende Steuerlogik aus. Diese Steuerlogik steuert dabei jeden spannungsgesteuerten Oszillator an.

Bei der Erfindung wird also der zu überdeckende Frequenzbereich in ein oder mehrere Teilbänder aufgeteilt. Die Fig. 3 zeigt eine mögliche Aufteilung eines zusammenhängenden Nutz-Frequenzbandes 11 in l...n sich überlappende Teilbänder 12. Fig. 4 veranschaulicht, wie Nutz-Frequenzbänder Hi.... H_n, die nicht zusammenhängen, so aufgeteilt werden, daß das Nutz-Frequenzband H_n in l...n sich überlappende Teilbänder 12i, ..., 12_n aufgeteilt ist. Eine derartige Aufteilung kann selbstverständlich auch für die übrigen Nutz-Frequenzbänder lli....ll_n_i vorgenommen werden.

Die Aufteilung in die einzelnen Teilbänder erfolgt für den jeweiligen Frequenzbereich abhängig von der angestrebten

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Rauscharmut (phase noise performance).

Durch diese Aufteilung in mehrere Frequenzbänder kann für jedes Teilband ohne weiteres eine geringere Steilheit der Abstimm-Kennlinie erreicht werden, so daß die Frequenzmodulation am Ausgang des VCOs vermindert wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
10

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem zusammenhängende Frequenzbänder oder wenige Teilbänder verarbeitet werden,
15

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit mehreren umschaltbaren Ladungspumpen-Ausgängen je Frequenzsynthesizer und einem oder mehreren digitalen umschaltbaren VCOs,

Fig. 3 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung der Aufteilung eines Nutz-Frequenzbandes,

Fig. 4 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung der

Aufteilung mehrerer Nutz-Frequenzbänder,

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines bestehenden Frequenzsynthesizers, und 30

Fig. 6 eine typische Abstimm-Kennlinie für einen VCO.

Die Fig. 3 bis 6 sind bereits eingangs erläutert worden. In den Fig. 1 und 2 werden für sich entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 5 verwendet.

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Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels, das zur Realisierung zusammenhängender Frequenzbänder oder weniger Teilbänder geeignet ist. Im Unterschied zu dem bestehenden Frequenzsynthesizer von Fig. 5 hat die Anordnung des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 zunächst einen mit dem A/N-

Zähler 8 verbundenen Bandschalter 13 mit &eegr; schaltbaren digitalen Schaltausgängen, die zu einer digitalen Steuerlogik 14 geführt sind. Diese Steuerlogik 14 steuert den spannungsgesteuerten Oszillator über 1,..,n-Kanäle 15 an.

Zur Ansteuerung des umschaltbaren VCOs 4 wird also hier eine digitale Steuerlogik mit bis zu &eegr; schaltbaren digitalen Schaltausgängen verwendet. Um die erforderlichen Einschwing- und Programmierzeiten des Frequenzsynthesizers einhalten zu können, erfolgt die Programmierung zusammen mit der Registerprogrammierung für die Frequenzwahl. Das heißt, im Frequenzwahlregister
sind zusätzliche Bits für die Bandwahl vorhanden.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 kann zur Frequenzerzeugung bei nicht benachbarten Frequenzbändern oder sehr großen Bandbreiten eines Frequenzbandes nur dann verwendet werden, 5 wenn entweder keine sehr hohe Anforderungen an eine kurze Einschwingzeit bestehen oder eine Optimierung der Einschwingzeiten für die einzelnen Teilbänder vorgenommen wird, also unterschiedliche VCO-Abstimm-Kennlinien für einzelne Teilbänder, abstimmbare Schleifenfilter und unterschiedliche Ladungspumpenströme vorliegen.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das eine Realisierung für nicht zusammenhängende Frequenzbänder oder mehrere Teilbänder erlaubt. In Fig. 2 sind für sich entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet.

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Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel· von Fig. 1 verwendet das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 &Igr;,,.,&eegr; Schleifenfiiter S₁, . ..., 3_n/ die über einen zwischen der Ladungspumpe 9 und diesen Schleifenfiltern liegenden Ladungspumpen-Ausgangsverteiier 16 angesteuert sind. Es liegen hier also mehrere umschaltbare Ladungspumpen-Ausgänge je Frequenzsynthesizer und ein oder mehrere digital umschaltbare VCOs vor. Das heißt, der dargeste^te VCO 4 besteht tatsächlich aus einem oder mehreren einzelnen VCOs mit einem oder mehreren Eingängen und einer entsprechenden Auswahllogik.

Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ermöglicht das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 infolge der verschiedenen Ausgänge für die jeweiligen Frequenzbereiche angepaßte Einschwingeigenschaften und VCOs mit höheren Produktionstoieranzen.

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Bezugszeichenliste

1 Referenzoszillator

2 PLL

3 Schleifenfilter

4 VCO

5 Hochfrequenz-Ausgang

6 R-Zähler

7 Phasenfrequenzdetektor 8 A/N-Zähler

9 Ladungspumpe

10 n/n-1-Zähler

11 Nutz-Frequenzband

12 Teilbänder 13 Bandschalter

14 Steuerlogik

15 Kanal

16 Ladungspumpen-Ausgangsverteiler

Claims

GR 97 G 1773 Schutzansprüche

1. Frequenzsynthesizer,

- bei dem eine Vergleichseinrichtung (2) ausgangsseitig über ein oder mehrere abstimmbare Schleifenfilter (3) mit einem spannungsgesteuerten Oszillator (4) verbunden ist,

- bei dem die Vergleichseinrichtung (2) eingangsseitig ein Referenzsignal mit einem mit dem Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators (4) in Bezug stehenden Signal vergleicht,

- bei der der spannungsgesteuerte Oszillator (4) einen oder mehrere Steuereingänge zur Wahl des Frequenzbands in dem der spannungsgesteuerte Oszillator (4) arbeiten soll, aufweist,

- bei dem eine Steuerlogik (13, 14) ausgangsseitig mit dem

bzw. den Steuereingängen des spannungsgesteuerten Oszillators (4) verbunden ist,

- bei der der Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators (4) den Ausgang des Frequenzsynthesizers bildet.

2. Frequenzsynthesizer nach Anspruch 1,

- bei dem die Vergleichseinrichtung (2) einen Phasenfrequenzdetektor (7) und eine dem Phasenfrequenzdetektor (7) nachgeschaltete Ladungspumpe (9) aufweist.

3. Frequenzsynthesizer nach Anspruch 1 oder 2,

- bei dem die Ladungspumpe (9) ausgangsseitig mit einem Ladungspumpen-Ausgangsverteiler verbunden ist, der &eegr; Ausgänge aufweist, welche jeweils mit einem der Schleifenfilter (3) 0 verbunden sind.

4. Frequenzsynthesizer nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

- bei dem die Steuerlogik (13, 14) ausgangsseitig digitale Signale liefert.