NO324467B1 - Faselast oscillator - Google Patents

Abstract

Det er tilveiebrakt en analog faselåst oscillator som innbefatter en samplingsfasedetektor (2), et sløyfefilter (3), en spenningskontrollert oscillator (4), og en tilbakekoblingssløyfe (9) som kobler en output fra nevnte oscillator (4) ined en input fra nevnte fasedetektor (2). Oppfinnelsen er karakteristisk i det at tilbakekoblingssløyfen innbefatter en signalfrekvensmultiplikator (7).

Description

TEKNISK FELT FOR OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelsen er generelt relatert til oscillatorkretser til bruk som signalkilder i kommunikasjons- og radaranvendelser.

Mer spesifikt er den foreliggende oppfinnelsen relatert til en faselåst oscillator tilsiktet til, men ikke begrenset til, bruk i anordninger for frekvenskonvertering, slik som frekvensoppomformere eller frekvensnedomformere.

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

Spenningskontrollerte oscillatorer (Voltage controlled oscillators) (VCO) er faselåste for anvendelser i VHF, UHF og mikrobølgefrekvensområder. Typiske anvendelser for slike faselåste oscillatorer er det mange av i området for teknologi for kommunikasjonssystem og radaranvendelser som stabile, lavfase støysignalkilder.

Både digitale og analoge faselåsteknikker er kjent. Digital faselåsing kan, for eksempel, bli oppnådd ved å bruke en frekvensdeler til å dele en høy frekvens i en VCO til en lavere frekvens i en krystallreferanse. En slik teknikk er nyttig ved lave frekvenser ned til rundt 1 MHz, men kan også bli brukt ved høyere frekvenser opp til og over 3 GHz. En begrensning med disse anordningene er deres fasestøykarakteristikker. Et eksempel på en faselåst sløyfe realisert på digital form har blitt beskrevet, for eksempel i US patent nr. 5,061,904 av Mantopoulos et al.

Analog faselåsing av oscillatorer kan bli oppnådd ved å bruke en samplingsfasedetektor (SPD), se for eksempel " Theory and Application of Sampling Phase Detector, Application Note APN500J " fra Skyworks Solutions, Inc, datert 21 .juli 2005, der det er beskrevet hvordan SPD kan bli brukt for å faselåse en dielektrisk resonatoroscillator (DRO). US patent nr. 6,753,704 Bl av Desgrez et al. beskriver et eksempel på en analog samplingsfasedetektor.

Slike teknikker er generelt attraktive på grunn av de lave fasestøynivåene som er oppnåelig i slike kretser.

En begrensning av SPLO-løsningen (Sampling Phase Locked Oscillator)

(samplingsfaselåst oscillator) har vært begrensningene i frekvensvalg siden kun heltall ganger referansefrekvensen kan bli generert.

Derav er det et mål for den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en faselåst oscillator med et bredere valg tilgjengelig i valget av outputfrekvens enn det som tidligere har vært mulig.

KORT SAMMENDRAG AV OPPFINNELSEN

De ovenfor nevnte målene oppnås ved de trekk som er angitt i den kjennetegnende delen av krav 1. For å oppnå disse målene framstilt ovenfor er det derfor tilveiebrakt en analog faselåst oscillator innbefattende en samplingsfasedetektor, et sløyfefilter, en spenningskontrollert oscillator, der en tilbakekoblingssløyfe kobler en output av nevnte oscillator til en input av nevnte fasedetektor. Oscillatoren er karakteristisk i det at tilbakekoblingssløyfen innbefatter en signalfrekvensmultiplikator.

I en foretrukket utførelsesform av den faselåste oscillatoren i henhold til oppfinnelsen innbefatter den spenningskontrollerte oscillatoren en akustisk bølgekomponent, for eksempel en overflateakustisk bølgekomponent.

I en ytterligere foretrukket utførelsesform av den faselåste oscillatoren i henhold til oppfinnelsen er den overflateakustiske bølgebaserte oscillatoren tilpasset til drift i frekvensområdet 100MHz-2,5 GHz.

I enda en ytterligere foretrukket utførelsesform av den faselåste oscillatoren i henhold til oppfinnelsen innbefatter signalfrekvensmultiplikatoren en ikke-lineær elektrisk kretsmodul.

I enda en ytterligere foretrukket utførelsesform av den faselåste oscillatoren i henhold til oppfinnelsen innbefatter anordningen for signalfrekvensmultiplikasjon en transistorbasert multiplikatorkrets.

I enda en ytterligere foretrukket utførelsesform av den faselåste oscillatoren i henhold til oppfinnelsen innbefatter anordningen for signalfrekvensmultiplikasjon en diodebasert multiplikatorkrets.

I fortsatt en ytterligere foretrukket utførelsesform av den faselåste oscillatoren i henhold til oppfinnelsen er tilbakekoblingssløyfen impedanstilpasset til et generelt 50 Ohms system ved hver ende.

KORT BESKRIVELSE AV FIGUREN

Den samplingsfaselåste oscillatoren i henhold til oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i mer detalj med referanse til den ledsagende figuren: Fig. 1 som er et skjematisk diagram som illustrerer den samplingsfaselåste

oscillatoren i henhold til oppfinnelsen.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Refererer til Fig. 1 der det er vist et eksempel på en utførelsesform av en samplingsfaselåst oscillator i henhold til oppfinnelsen. Et referansefrekvenssignal 1, betegnet F( reJ), er forsynt ved en første input av en type harmonisk mikser kjent som en samplingsfasedetektor 2. Output fra samplingsfasedetektoren 2 er filtrert i et lavpassfilter 3 for å fjerne høye frekvensharmoniske over en frekvens gitt av filterets 3 karakteristikker. Etter filtrering er signalet påført til en spenningskontrollert oscillator (VCO) 4. Fortrinnsvis er den spenningskontrollerte oscillatoren en anordning med høy Q-faktor, for å unngå muligheten til å låse på flere frekvenser innenfor resonansen til

VCO.

I frekvensområdet 100MHz - 2,5 GHz er en overflateakustisk bølge (Surface Acoustic Wave) (SAW) anordning spesielt attraktiv som den spenningskontrollerte oscillatoren på grunn av sin lille størrelse og den høye Q-faktoren av sin resonanskarakteristikk. Imidlertid kan også andre typer spenningskontrollerte oscillatorer også bli brukt, for eksempel dielektriske resonatorer. Dielektriske keramiske oscillatorer er mer attraktive ved høye frekvenser, over de mulige driftsområdene til SAW-baserte VCO-anordninger. En første output fra SA W VCO er anvendt på en tilbakekoblingssløyfe 9 som gir et andre inputsignal til samplingsfasedetektoren (Sampling Phase Detector) (SPD) 2, og dermed lukke den faselåste sløyfen, mens en andre output av SAW VCO er signaloutput fra den faselåste oscillatoren i henhold til oppfinnelsen. En attraktiv egenskap hos denne kretsen er at overskuddsstøyen er svært lav, nær teoretisk minimum av den multipliserte referansen.

En karakteristisk egenskap hos den foreliggende oppfinnelsen er at en frekvensmultiplikator 7 er satt inn i tilbakekoblingssløyfen 9 for å multiplisere frekvensen til signalet fra SAW VCO 4 med en faktor M. Frekvensmultiplikatoren 7 kan være en frekvensdobler- eller tredoblingsanordning, for eksempel realisert som frekvensdobleranordningen beskrevet i publikasjonen "Switching Diode Frequency Doublers" av Charles Wenzel på webadressen http://www.wenzel.com/pdffiles/diodedbl.pdf trykt 26. Mars 2006. En fagmann på området vil forstå at en slik frekvensdobler kan bli realisert på et antall liknende, men noe forskjellige måter, og fortsatt være nyttig i denne oppfinnelsen.

I motsetning til en tradisjonell samplingsfaselåst oscillator (Sampling phase-locked oscillator) (SPLO) der VCO er låst til den harmoniske frekvensen av referanserfekvensen som er nærmest den frittløpende frekvensen til VCO, i kretsen i henhold til den foreliggende oppfinnelsen vil SPLO ikke låses til frekvensen nærmest den frittløpende frekvensen til VCO, men heller til et multiplum av den frittløpende frekvensen til VCO, multippelrfekvensen er definert av frekvensmultiplikatoren i tilbakekoblingssløyfen.

På denne måten er en hovedbegrensning i den tidligere kjente teknikken kjent for disse oppfinnerne løst ved at introduksjon av et multiplisert-med-M i sløyfen muliggjør en finere oppløsning av den valgte outputfrekvensen. Multiplikasjon av 2, 3,4 eller høyere kan bli oppnådd, for eksempel ved å plassere flere frekvensdoblere eller tredoblere i kaskade.

Dersom for eksempel den /f te harmoniske er valgt som samrnenligningsfrekvens i samplingsfasedetektoren 2 kan SAW VCO resonatorfrekvensen bli valgt til halvparten av denne frekvensen, ved å sette multiplikatoren M lik 2 i tilbakekoblingssløyfen. Det bør bemerkes at valget av /fte harmoniske er vilkårlig, hvilken som helst tilgjengelig samrnenligningsfrekvens i SPD kan i prinsippet bli brukt. Som et eksempel kan HbW valgt til å være 233. Signalfrekvensen ved output 8 i anordningen, F( out), er derfor gitt ved den følgende likningen:

Som et resultat av denne metoden kan en løsning på F( ref)/ 2 bli oppnådd.

I grunnen kan hvilken som helst ikke-lineær kretsanordning bli brukt til å oppnå signalmultiplikasjonseffekten i signalmultiplikasjonsanordningen. Imidlertid er en foretrukket anordning en transistorbasert multiplikatorkrets, ellers kjent for en fagperson på området. Som et alternativ kan en diodebasert multiplikatorkrets også bli brukt.

Oscillatorkretsen i den foreliggende oppfinnelsen kan enten bli realisert som en kombinert hybrid/diskret krets, eller den kan være en fult hybridisert krets. Typisk, .

minst SPD vil være en hybrid anordning. Videre kan VCO være en hybrid komponent. SAW-komponenten er normalt montert i en separat hermetisk pakke. Kretsen er typisk i tillegg forsynt med en regulert kraftforsyning (ikke illustrert) for å tilveiebringe kraft til alle komponentene. En kraftforsyningsanordning kan også bli realisert som en hybrid komponent.

Den faktiske kretsen er typisk en utforming basert på diskrete komponenter, imidlertid kan det man forestille seg at delen i kretsen kan bli utformet som en kombinert diskret/hybrid krets eller en fult hybridisert krets.

For å konkludere, den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en oscillatoranordning der en input med en relativt lav frekvens, kanskje rundt 10 MHZ, kan bli brukt til å tilveiebringe et bredere valg av outputfrekvenser ved frekvenser større enn inputfrekvensen, med en høyere oppløsning enn inputreferansefrekvensen. En inputreferanse på 10MHz er ofte et lett tilgjengelig klokkesignal i mange applikasjoner, og det vil ikke være påkrevd å skaffe en separat klokke, dersom 10MHz klokkesignalet kan utnyttes. I noen utførelsesformer kan en separat klokke være nødvendig for å tilveiebringe den ønskede inputreferansesignalfrekvensen, imidlertid en tilleggsklokkeenhet legges på kostnadene for kretsen.

En typisk applikasjon for oscillatorkretsen av den foreliggende oppfinnelsen er i anordninger for frekvensoppomforming og frekvensnedomforming for å forskyve kommunikasjons- eller radarsignaler fra frekvensbånd som er passende for elektronisk prosessering og for å forskyve signaler til/fra frekvensbånd som skal brukes under overføring mellom ulike kommunikasjonssystemenheter.

Claims (7)

1. En analog faselåst oscillator som innbefatter - en samplingsfasedetektor (2), - et sløyfefilter (3), - en spenningskontrollert oscillator (4), - en frekvensmultiplikator (7), - en tilbakekoblingssløyfe (9), karakterisert ved at tilbakekoblingssløyfen (9) kobler output av nevnte oscillator (4) med input til nevnte fasedetektor (2) gjennom nevnte frekvensmultiplikator (7), samplingsfasedetektoren (2) er tilpasset til å utføre en diskret fasesammenligning mellom en referanse frekvens (1) og det multipliserte tilbakekoblingssignalet, den spenningskontrollerte oscillatoren (4) er tilpasset til å gi ut en konstant frekvens ved et multiplum av referanserfekvensen (1) dividert med multiplikasjonsfaktoren til multiplikatoren (7).

2. Oscillator i henhold til krav 1, hvori den spenningskontrollerte oscillatoren (4) innbefatter en akustisk bølgekomponent, for eksempel en overflateakustisk bølgeanordning.

3. Oscillator i henhold til krav 2, hvori den overflateakustiske bølgebaserte oscillatoren er tilpasset for drift i frekvensområdet 100 MHz - 2,5 GHz.

4. Oscillator i henhold til krav 1, hvori signalfrekvensmultiplikatoren innbefatter en ikke-lineær elektrisk kretsmodul.

5. Oscillator i henhold til krav 4, hvori nevnte signalfrekvensmultiplikator innbefatter en transistorbasert multiplikatorkrets.

6. Oscillator i henhold til krav 4, hvori signalfrekvensmultiplikatoren innbefatter en diodebasert multiplikatorkrets.

7. Oscillator i henhold til krav 1, hvori tilbakekoblingssløyfen er impedanstilpasset til et generelt 50 Ohm system i hver ende.