專(zhuān)利名稱(chēng)：寬帶信號(hào)產(chǎn)生器,測(cè)量裝置,信號(hào)產(chǎn)生和分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信號(hào)產(chǎn)生器、頻率合成器、將信號(hào)產(chǎn)生器和/或頻率合成器整合在一起的裝置，和信號(hào)產(chǎn)生方法。
背景技術(shù)：
許多電子設(shè)備和系統(tǒng)需要使用一個(gè)或多個(gè)具有特定頻率和/或相位的信號(hào)。例如，無(wú)線電發(fā)射機(jī)和接收機(jī)經(jīng)常應(yīng)用本地振蕩信號(hào)進(jìn)行上變頻和下變頻。相應(yīng)地，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了產(chǎn)生這種信號(hào)的方法和裝置，包括基于鎖相環(huán)路(PLL)的技術(shù)。
另一種可以用來(lái)產(chǎn)生信號(hào)的裝置是直接數(shù)字合成器(DDS)。典型地，DDS接收輸入時(shí)鐘信號(hào)和控制字。根據(jù)控制字、并且也可能根據(jù)并發(fā)同步(讀，寫(xiě)，更新控制等)，DDS關(guān)于輸入時(shí)鐘信號(hào)輸出具有已知頻率和/或相位的波形(例如正弦波)。例如，DDS通常包括指示當(dāng)前輸出采樣的相位狀態(tài)的相位累加器和指示對(duì)應(yīng)于該相位狀態(tài)的振幅的查詢(xún)表?？刂谱挚梢约虞d到DDS的寄存器中，例如累加器。然后DDS基于與接收的輸入控制字相關(guān)的查詢(xún)表信息來(lái)決定所期望的輸出信號(hào)的頻率和/或相位。集成電路供應(yīng)廠商提供的DDS裝置包括Analog Devices，Inc.of Norwood，Massachusetts的AD98XX系列產(chǎn)品。其它DDS供應(yīng)商包括Harris Corporation of Melbourne，F(xiàn)lorida和Intersil Corporation of Melbourne，F(xiàn)lorida以及Intel Corporation of SantaClara，California。
標(biāo)準(zhǔn)DDS可以包括相位累加器，相位—振幅轉(zhuǎn)換器，和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。前面所述的沒(méi)有DAC的DDS核心也可以稱(chēng)為數(shù)字控制振蕩器(NCO)。相位累加器，相位—振幅轉(zhuǎn)換器和DAC是DDS的標(biāo)準(zhǔn)配置模塊，但是其每一個(gè)實(shí)施方式可以變化不同的設(shè)計(jì)。
其中一個(gè)這樣的變化是相位—振幅轉(zhuǎn)換器的實(shí)施。該轉(zhuǎn)換器通常使用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的查詢(xún)表，接收指定采樣處的相位并輸出相應(yīng)的振幅。然而，在這種實(shí)施中，由于當(dāng)前設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器容量的限制，該相位值只有最高有效的部分可用。因此，該表截取X個(gè)最低有效位(其中X可以根據(jù)設(shè)計(jì)和位置的不同而改變)，而只使用Y個(gè)最高有效位。另外，表的實(shí)施也可以變化。例如，振幅可以90度為增量被重復(fù)，而只有振幅的符號(hào)根據(jù)象限變化。所以，許多查詢(xún)表僅利用查詢(xún)表中的90度連同符號(hào)位來(lái)確定相位所在的象限。
DDS可以配置為頻率分割器。在這種情況，控制字可以將所期望的輸出信號(hào)的頻率和/或相位(這里頻率通過(guò)DDS核心進(jìn)行處理，并且任何相位延遲都被匯總)指定為預(yù)期輸出信號(hào)與輸入時(shí)鐘信號(hào)的比率(這里輸出頻率取決于累加器的值和時(shí)鐘速率)。
因?yàn)镈DS輸出通過(guò)數(shù)字處理來(lái)產(chǎn)生，所以基于DDS的技術(shù)方案與基于模擬的技術(shù)相比，可以顯著減小相位噪聲。例如，模擬技術(shù)會(huì)使用糾錯(cuò)回路來(lái)確定輸出的相位/頻率。在這種情況，確定糾正范圍(例如帶寬)的傳輸函數(shù)與糾正所需要的時(shí)間成反比，從而為了相位噪聲而犧牲了速度，或者反之亦然。并且，基于DDS的技術(shù)方案能夠提供輸出頻率的良好的調(diào)諧分辨率(例如微赫茲調(diào)諧分辨率)以及次度(sub-degree)相位調(diào)諧。此外，基于DDS的技術(shù)方案能夠提供的優(yōu)點(diǎn)有，例如以極快的速度進(jìn)行輸出頻率或相位調(diào)諧、無(wú)過(guò)脈沖/負(fù)脈沖的相位連續(xù)頻率切換，從而像基于模擬(例如循環(huán))的技術(shù)一樣需要極少的或者不需要調(diào)整時(shí)間?；贒DS的技術(shù)方案還可以減少或者消除例如在基于模擬的技術(shù)中經(jīng)常出現(xiàn)的由于部件老化和溫度漂移而需要的人工系統(tǒng)調(diào)諧和調(diào)節(jié)。
然而，基于DDS的技術(shù)方案會(huì)需要相對(duì)高的輸入時(shí)鐘速度并且在輸出頻譜中會(huì)產(chǎn)生包含多余分量的亂真頻率響應(yīng)。
亂真輸出分量(或“尖刺”)的一個(gè)來(lái)源是相位截?cái)嗾`差。例如當(dāng)DDS輸出查詢(xún)表的條目數(shù)少于可以由數(shù)字控制字基于例如DDS中接收控制字用于解碼的累加寄存器的長(zhǎng)度而指定的振幅的最大可能數(shù)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)相位截?cái)嗾`差。例如，具有32位相位累加器的DDS能夠清楚地指定232個(gè)不同的相位。為了對(duì)這232個(gè)可能中的每一個(gè)提供其相應(yīng)的振幅條目，將需要一個(gè)包含4,294,967,296個(gè)條目的相位查詢(xún)表，這在設(shè)計(jì)中是不容易實(shí)現(xiàn)的。因此，查詢(xún)表會(huì)包括比振幅的最大可能數(shù)少的條目，并且DDS可以分解從輸入控制字得到的相位累加器值，或者將其與最接近由相位累加器狀態(tài)所確定的真值的相位相關(guān)聯(lián)。
另外，截?cái)嗾`差亂真頻率響應(yīng)的振幅可以根據(jù)相位累加器的溢出特性在時(shí)間上周期性變化(也已知為主重復(fù)速率(grand repetition rate))。截?cái)嗾`差振幅相對(duì)于時(shí)間的改變可以定義周期波形，其具有足夠高范圍的頻譜，以至于截?cái)嗾`差波形的高階諧波產(chǎn)生奈奎斯特帶寬中的混疊。關(guān)于DDS相位截?cái)嗪推渌`差和亂真信號(hào)響應(yīng)的其它信息可以參見(jiàn)工業(yè)手冊(cè)，例如包括，《ATechnical Tutorial on Digital signal Synthesis》(Analog Devices，Inc.，1999年出版，在線可見(jiàn)www.analog.com/Uploaded Files/Tutorials/3343533079104002517DDStutor.pdf)。
亂真信號(hào)響應(yīng)會(huì)出現(xiàn)在相對(duì)較接近DDS的輸出頻率的頻率。這一方面對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)是特別困難的。在窄帶應(yīng)用中，例如為了避免這些“鄰近”響應(yīng)，DDS輸入時(shí)鐘可以設(shè)定為一個(gè)單一頻率或很窄的調(diào)諧帶。不過(guò)，這種對(duì)輸入時(shí)鐘范圍的限制也限制了DDS的輸出信號(hào)調(diào)諧范圍。
數(shù)模轉(zhuǎn)換(DAC)過(guò)程中的誤差通常是產(chǎn)生亂真信號(hào)響應(yīng)的重要原因。這種誤差可以包括量化誤差以及DAC非線性誤差。與時(shí)鐘和輸出頻率相關(guān)的由DAC引入的誤差通常是高度可預(yù)測(cè)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例包括將基于信號(hào)產(chǎn)生器技術(shù)的DDS用于寬帶應(yīng)用的系統(tǒng)和方法。這些實(shí)施例也可以提供用于通過(guò)改變輸入到DDS的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)減少或避免亂真DDS響應(yīng)的系統(tǒng)和方法。
根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)產(chǎn)生器的至少一個(gè)實(shí)施例包括具有第一直接數(shù)字合成器(DDS)的時(shí)鐘產(chǎn)生器，其配置成基于時(shí)鐘源信號(hào)來(lái)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。該信號(hào)產(chǎn)生器進(jìn)一步包括具有第二DDS的時(shí)鐘劃分器，其配置成基于(1)時(shí)鐘信號(hào)和(2)表示劃分比率的控制信號(hào)來(lái)產(chǎn)生劃分信號(hào)。這些實(shí)施例可以進(jìn)一步包括配置成基于該劃分信號(hào)來(lái)產(chǎn)生濾波信號(hào)的可選的濾波器。該可選濾波器中的選擇可以基于控制信號(hào)，所選的輸出頻率(例如可由用戶(hù)或應(yīng)用的硬件或軟件部件來(lái)選擇)，劃分信號(hào)的頻率(其可以基于所選的輸出頻率)，和/或基于所選輸出頻率的其它值，例如劃分比率。在至少一個(gè)實(shí)施例中，可選的濾波器的數(shù)量是4個(gè)。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，信號(hào)產(chǎn)生器可以進(jìn)一步包括配置成基于濾波信號(hào)來(lái)產(chǎn)生變換信號(hào)的頻率變換器。在某些實(shí)施例中，變換器可以是接收本地振蕩器(LO)信號(hào)的混頻器、倍頻器或者包含例如階躍恢復(fù)二極管(SRD)的倍增器。但是倍增器的使用會(huì)導(dǎo)致亂真部分也被變換。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)鐘劃分器可以配置成產(chǎn)生具有比隨后濾波中的時(shí)鐘信號(hào)主頻低2.5倍的主頻的劃分信號(hào)。
另外，時(shí)鐘劃分器可以包括配置成基于(1)時(shí)鐘信號(hào)和(2)表示第二劃分比率的第二控制信號(hào)來(lái)產(chǎn)生第二劃分信號(hào)的第三DDS。在這種實(shí)施例中，可以根據(jù)第二控制信號(hào)提供多個(gè)可選濾波器其中之一的選擇。在至少一個(gè)實(shí)施例中，可選濾波器的數(shù)量是4個(gè)。
此外，在至少一個(gè)實(shí)施例中，第二DDS(或第三DDS)可以包括輸出值表，并且可以基于輸出值表值響應(yīng)(1)時(shí)鐘信號(hào)和(2)表示劃分比率以及放棄相位振幅轉(zhuǎn)換的控制信號(hào)來(lái)確定劃分信號(hào)。在這些實(shí)施例中，第二DDS在不進(jìn)行完整的相位振幅轉(zhuǎn)換的情況下，可在基本上與時(shí)鐘信號(hào)頻率相等的頻率將改變輸出至劃分信號(hào)。因?yàn)檩敵鰟澐中盘?hào)可以是整數(shù)或整數(shù)+/-相位值的子集(例如0.5)，這就可能減小查詢(xún)表的大小。
另外，在至少一個(gè)實(shí)施例中，第二DDS(或第三DDS)可以被預(yù)加載以響應(yīng)于接收時(shí)鐘信號(hào)而以預(yù)定頻率輸出劃分信號(hào)(例如基本上無(wú)延遲)。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的產(chǎn)生信號(hào)的方法包括使用第一DDS來(lái)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，和使用第二DDS基于時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生信號(hào)，并具有基本上等于時(shí)鐘信號(hào)的二分之一的頻率。這種方法也包括向第二DDS提供相位偏移值。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的產(chǎn)生信號(hào)的方法包括向DDS的時(shí)鐘輸入提供第一信號(hào)，和使用該DDS基于第一信號(hào)產(chǎn)生輸出信號(hào)，并具有基本上等于時(shí)鐘信號(hào)的二分之一的頻率。這種方法也包括向DDS提供相位偏移值。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的產(chǎn)生信號(hào)的方法包括使用DDS來(lái)產(chǎn)生具有所期望頻率分量和亂真頻率分量的輸出信號(hào)，并監(jiān)控亂真頻率分量的強(qiáng)度，以及基于所述監(jiān)控結(jié)果改變DDS的相位偏移值。
本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例包括具有這里所述的信號(hào)產(chǎn)生器(例如應(yīng)用為本地振蕩器)的發(fā)射機(jī)，接收機(jī)，收發(fā)報(bào)機(jī)，測(cè)試儀器，信號(hào)分析器，譜分析器，衛(wèi)星通訊系統(tǒng)，調(diào)制器，解調(diào)器，和雷達(dá)系統(tǒng)，以及使用這些裝置的方法，信號(hào)分析的方法，調(diào)制方法，和解調(diào)方法。


通過(guò)示范性實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步解釋這里所述的本發(fā)明。將參照附圖詳細(xì)描述這些示范性實(shí)施例。這些實(shí)施例是非限制性的示范性實(shí)施例，其中在附圖的全部視圖中相似的參考數(shù)字代表相似的結(jié)構(gòu)，其中圖1是根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的頻率合成器100的方框圖；圖2是描述在至少一個(gè)實(shí)施例中的時(shí)鐘產(chǎn)生器的詳細(xì)方框圖；圖3是描述在至少一個(gè)實(shí)施例中的時(shí)鐘劃分器的詳細(xì)方框圖；圖3a是該時(shí)鐘劃分器和頻率倍增器的另一個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)方框圖；圖4是第一合成器模塊的實(shí)施例的詳細(xì)方框圖；圖5是第二合成器模塊的實(shí)施例的詳細(xì)方框圖；圖6說(shuō)明了合成器的實(shí)施例，其包括與超過(guò)一個(gè)劃分器耦合的時(shí)鐘產(chǎn)生器；圖7A是合成器的另一實(shí)施例的方框圖；圖7B是合成器的另一實(shí)施例的方框圖；圖8a是可編程劃分器芯片的實(shí)施例的方框圖；圖8b是可編程劃分器芯片的實(shí)施例的另一個(gè)方框圖；圖9是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的快速調(diào)諧、高頻譜純度調(diào)諧器/接收器的方框圖；圖10是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的DDS芯片/芯片組的方框圖；圖11是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的測(cè)試和測(cè)量信號(hào)產(chǎn)生器/譜分析器前端的說(shuō)明性信息流的圖示；圖11A顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的信號(hào)分析器的方框圖；圖11B顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的信號(hào)分析方法的流程圖；圖11C顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的信號(hào)分析方法的流程圖；圖11D顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的信號(hào)分析器的方框圖；圖11E顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的信號(hào)分析方法的流程圖；圖11F所示的方框圖為圖11D中所示的信號(hào)分析器的實(shí)施方式；圖12是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例提供的具有調(diào)制方案的安全收發(fā)報(bào)機(jī)的方框圖；圖13是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的衛(wèi)星通訊系統(tǒng)的方框圖；
圖14是顯示在一個(gè)實(shí)施例中的改善的相位噪聲效果的例子的一系列散點(diǎn)圖；圖15是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的雷達(dá)系統(tǒng)的整體方框圖；圖16是具有可變頻率輸入源的劃分器的至少一個(gè)實(shí)施例的方框圖；圖17是根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的方法的流程圖；圖18顯示了由劃分比率為2.990的至少一個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生的輸出信號(hào)的理論曲線；圖19顯示了由劃分比率為2.999的至少一個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生的輸出信號(hào)的理論曲線；圖20顯示了由劃分比率為3.000的至少一個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生的輸出信號(hào)的理論曲線；圖21顯示了由劃分比率為2.5000的至少一個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生的輸出信號(hào)的理論曲線；圖22顯示了由劃分比率為3.1000的至少一個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生的輸出信號(hào)的理論曲線；圖23顯示了由劃分比率為6.1991的至少一個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生的輸出信號(hào)的理論曲線；圖24顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的信號(hào)產(chǎn)生器10的方框圖；圖25顯示了劃分比率為2的DDS的方框圖；圖26顯示了劃分比率為2.5的DDS的方框圖；圖27顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法的流程圖；和圖28顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
除非另有說(shuō)明，這里的術(shù)語(yǔ)“信號(hào)產(chǎn)生器”、“合成器”和“頻率合成器”是可互換使用的。作為“示范性”說(shuō)明的實(shí)施例僅表示了說(shuō)明性實(shí)例而并不是一定優(yōu)于其它任何實(shí)施例。
例如在寬帶應(yīng)用中，本發(fā)明的實(shí)施例可以包括適用于信號(hào)產(chǎn)生的合成器結(jié)構(gòu)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，DDS合成器包括配置成向一個(gè)或多個(gè)其它DDS提供可調(diào)諧或變化時(shí)鐘輸入的時(shí)鐘產(chǎn)生器。這種裝置的操作可以包括選擇時(shí)鐘產(chǎn)生器(其也可以包括DDS)的輸出頻率以減少或防止隨后的DDS或多個(gè)DDS的輸出中的亂真分量。這種實(shí)施例可以用于例如在寬頻域中產(chǎn)生信號(hào)。
圖24顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的信號(hào)產(chǎn)生器10的方框圖?？砂ㄒ粋€(gè)或多個(gè)DDS的時(shí)鐘產(chǎn)生器101其基于時(shí)鐘源信號(hào)(未顯示)產(chǎn)生合成的時(shí)鐘信號(hào)?？砂ㄒ粋€(gè)或多個(gè)DDS的劃分器105接收合成的時(shí)鐘信號(hào)(或者基于合成的時(shí)鐘信號(hào)的信號(hào))并基于合成時(shí)鐘信號(hào)和比率產(chǎn)生劃分信號(hào)?？蛇x濾波器組167接收劃分信號(hào)(或者基于劃分信號(hào)的信號(hào))并且選擇的一個(gè)濾波器用于濾波該信號(hào)以產(chǎn)生輸出。在可選濾波器中的選擇以該比率為基礎(chǔ)。這里所述的信號(hào)產(chǎn)生器10的進(jìn)一步實(shí)施例可以包括例如在時(shí)鐘產(chǎn)生器101和劃分器105之間、劃分器105和可選濾波器167之間和/或在一個(gè)或多個(gè)可選濾波器167的下游的信號(hào)通道中的濾波器、頻率變換器、切換器和/或加法器等部件。
圖1顯示了包括信號(hào)產(chǎn)生器10的兩個(gè)實(shí)施方式20a、20b的合成器100的原理框圖。合成器100可以例如配置成寬帶本地振蕩器信號(hào)產(chǎn)生器，包括配置成提供第一時(shí)鐘信號(hào)的第一可變時(shí)鐘產(chǎn)生器101。在這個(gè)實(shí)施方式中，時(shí)鐘產(chǎn)生器101從時(shí)鐘分配單元110接收第一時(shí)鐘源信號(hào)(和可能的其它信號(hào))。例如時(shí)鐘分配單元110可以產(chǎn)生或接收300MHz的時(shí)鐘信號(hào)輸入，并基于該信號(hào)向時(shí)鐘產(chǎn)生器101輸出300MHz的時(shí)鐘信號(hào)。在另一實(shí)施方式中，時(shí)鐘產(chǎn)生器101可以包括配置成產(chǎn)生第一時(shí)鐘信號(hào)或者這種信號(hào)的前導(dǎo)的振蕩器。這種振蕩器可以是晶體振蕩器(例如溫控晶體振蕩器或TCXO)或其它適當(dāng)?shù)难b置。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)鐘產(chǎn)生器101產(chǎn)生輸入到時(shí)鐘劃分器102的DDS時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘產(chǎn)生器101可以包括用于時(shí)鐘產(chǎn)生(例如，通過(guò)乘以較低頻率的時(shí)鐘信號(hào))的階躍恢復(fù)二極管(SRD)和相關(guān)電路。時(shí)鐘劃分器102可以配置成基于DDS時(shí)鐘信號(hào)輸入和控制字狀態(tài)來(lái)輸出劃分信號(hào)。
圖2和3提供分別與時(shí)鐘產(chǎn)生器101和時(shí)鐘劃分器102的可能實(shí)施方式相關(guān)的其它細(xì)節(jié)。如圖2所示，時(shí)鐘產(chǎn)生器101可以包括與可變帶通(和/或轉(zhuǎn)換帶通)濾波器153耦合的DDS 151，其輸出提供給頻率變換器155?？勺儙V波器153可以去除由于時(shí)鐘信號(hào)而帶來(lái)的假象以及其它假象，例如混淆和亂真信號(hào)響應(yīng)。
這里所用的術(shù)語(yǔ)“頻率變換器”包括例如頻率倍增器(例如包括SRD的電路)和混頻器的裝置。頻率變換器155可以實(shí)施為混頻器，用于接收第一本地振蕩器信號(hào)并產(chǎn)生上變頻的輸出DDS時(shí)鐘信號(hào)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，第一本地振蕩器信號(hào)從與時(shí)鐘分配單元110提供給DDS 151的時(shí)鐘信號(hào)相同的基礎(chǔ)中獲取，并且甚至可以是同一信號(hào)。另外，輸出DDS時(shí)鐘信號(hào)可以實(shí)施為在一個(gè)范圍(例如對(duì)DDS 151的輸出帶中的任意頻率)中連續(xù)可調(diào)的正弦波。輸出DDS時(shí)鐘信號(hào)可以利用多個(gè)可選帶通濾波器(或轉(zhuǎn)換帶通濾波器，或單一濾波器)157中的一個(gè)進(jìn)行濾波，以產(chǎn)生濾波的輸出DDS時(shí)鐘信號(hào)。
如圖3所示，時(shí)鐘劃分器102可以包括從時(shí)鐘產(chǎn)生器101接收輸出DDS時(shí)鐘信號(hào)的DDS 161。DDS 161可以產(chǎn)生提供給與DDS 161的輸出耦合的可變帶通(或轉(zhuǎn)換帶通，或單一的)濾波器163的劃分信號(hào)?？勺儙V波器163可以去除由于時(shí)鐘信號(hào)而帶來(lái)的假象以及其它假象，例如混淆和亂真信號(hào)響應(yīng)。DDS 161輸出的劃分信號(hào)可以是例如在寬頻域中可調(diào)的正弦波。
濾波的劃分信號(hào)然后可以提供給配置成產(chǎn)生變換劃分信號(hào)(例如，通過(guò)將濾波的劃分信號(hào)和第二本地振蕩器信號(hào)混合)的頻率變換器165。變換(例如上變頻)劃分信號(hào)可以使用多個(gè)可選帶通濾波器167中的一個(gè)進(jìn)行濾波，以產(chǎn)生濾波的上變頻劃分信號(hào)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，DDS 161基于控制字狀態(tài)選擇特定的帶通濾波器167。
在一些實(shí)施例中，由時(shí)鐘劃分器102輸出的劃分信號(hào)具有的頻率比從時(shí)鐘產(chǎn)生器101接收的DDS時(shí)鐘信號(hào)低至少兩倍但不到三倍。在至少一個(gè)實(shí)施例中，劃分信號(hào)具有的頻率比DDS時(shí)鐘信號(hào)低2.5倍。在這種實(shí)施例中，就足以對(duì)輸出進(jìn)行濾波，以便僅僅抑制出現(xiàn)在0.5和1.5倍輸出頻率處的圖像。從而，在整數(shù)值2附近的唯一的劃分限制是由數(shù)字結(jié)構(gòu)的采樣特性進(jìn)行的限制，這將使得圖像偏移回到感興趣的帶寬中去。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對(duì)于可選帶通濾波器組157和167來(lái)說(shuō)4是一個(gè)合適的數(shù)量，單獨(dú)選擇其中的每一個(gè)，用于對(duì)各自的輸入信號(hào)進(jìn)行濾波。在至少一個(gè)實(shí)施例中，濾波器組157和167中的每一個(gè)濾波器可以用離散部件來(lái)構(gòu)成，其對(duì)每一個(gè)濾波器可能是單獨(dú)部件?？蛇x地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對(duì)于可選帶通濾波器組153和163來(lái)說(shuō)4是一個(gè)合適的數(shù)量，如果使用可變時(shí)鐘產(chǎn)生器的可選輸入頻率的話?？勺儠r(shí)鐘產(chǎn)生器101的可選輸入頻率的使用可以進(jìn)一步有利于增加時(shí)鐘產(chǎn)生器101的輸出的無(wú)亂真信號(hào)響應(yīng)帶寬。
包括濾波器157和167以及這里的其它任何可選帶通濾波器組的每一個(gè)濾波器，可以具有不同的帶通頻域，以及與組中的其它濾波器相比較小的或較大的相對(duì)帶通域(即，通過(guò)計(jì)算濾波器的高頻截止和低頻截止之間的差而得到的濾波器域的容量)。根據(jù)特定應(yīng)用或設(shè)計(jì)的需要和/或容錯(cuò)度，鄰近通帶可以交疊或者不交疊。對(duì)于一組中的濾波器的通帶的一種可能配置是作為一系列倍頻程。
例如，濾波器組157可以有四個(gè)濾波器，并且實(shí)施為通過(guò)50-200MHz頻帶。如果每個(gè)濾波器實(shí)施為具有相等寬度的通帶，那么各個(gè)通帶可能會(huì)分別以50、100、150和200MHz為中心，每個(gè)濾波器通過(guò)距離中心頻率+/-25MHz的頻帶。然而，這種分配對(duì)于從50MHz的輸出頻率中去除0.5x和1.5x處的圖像是不合適的，因?yàn)?5MHz和75MHz的圖像存在于50-MHz濾波器的通帶中(或者至少在邊緣)。因此，就更需要濾波器的中心頻率和/或通帶的另一種分配。例如，相同的中心頻率可以用于具有隨著中心頻率增加而漸寬的通帶的濾波器。可選地，濾波器可以具有非均勻分配的中心頻率。例如，可以使用倍頻程或者二分之一倍頻程分配(例如50-70-100-140)來(lái)代替，其中每個(gè)濾波器具有比中心頻率稍窄的通帶。
DDS 151和161可以接收使得DDS產(chǎn)生具有特定頻率和相位的輸出信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)控制字。例如，控制字可以包括數(shù)字相位和頻率信息。控制字可以由DDS 151和161存儲(chǔ)在例如累加器或者其它用于解碼和處理的這種寄存器中。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，用于實(shí)施例中的DDS(例如DDS 151或161)的累加器可以將包含在接收控制字中的數(shù)字信息添加到已經(jīng)存在于累加器中的二進(jìn)制值中(例如使用模2加法)，以構(gòu)成新的頻率/相位索引值。然后DDS可以使用新構(gòu)成的頻率/相位索引值根據(jù)相位查詢(xún)表來(lái)確定從DDS輸出的信號(hào)的頻率和相位。
特別地，在至少一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或者兩個(gè)DDS都是相位連續(xù)的。也就是說(shuō)，當(dāng)新的累加器值寫(xiě)入到累加器中時(shí)，DDS根據(jù)相位累加器中的當(dāng)前值進(jìn)行累加。當(dāng)新的頻率值(相位累加值)被寫(xiě)入時(shí)，它被累加或添加到累加器中的前一個(gè)值中，除非DDS被特意復(fù)位為相位累加器值為零。
在一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)鐘劃分器102可以被預(yù)加載，以響應(yīng)于接收DDS時(shí)鐘信號(hào)輸入而以預(yù)定頻率輸出劃分信號(hào)。
下表1給出了頻率計(jì)劃的一個(gè)特例，包括可用于控制DDS151(“DDS1”)和161(“DDS2”)的特定實(shí)施以執(zhí)行這里所述的信號(hào)合成操作的控制信息。在至少一個(gè)實(shí)施例中，使用控制邏輯控制DDS151和161的功能來(lái)根據(jù)表1產(chǎn)生特定的劃分信號(hào)。例如，可以將一個(gè)或多個(gè)這種控制字加載到DDS的控制寄存器中。該邏輯可以使用例如在現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)中實(shí)施的基于門(mén)的邏輯設(shè)計(jì)、專(zhuān)用集成電路(ASIC)、一系列離散部件、和/或存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器(其可以是只讀存儲(chǔ)器(ROM)，可編程ROM(PROM)，可擦除PROM(EPROM)，非易失性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(NVRAM)，閃存，或者其變體)中的處理器可執(zhí)行指令來(lái)實(shí)施。
在這個(gè)例子中，在DDS1151輸入到DDS2161之前，對(duì)其輸出進(jìn)行300MHz上變頻。DDS2161應(yīng)用選擇的劃分比率，并且其輸出信號(hào)可以加倍以獲得預(yù)期輸出信號(hào)。給定選擇的輸出頻率，已知的可接受的劃分比率的范圍，和已知的可用的上變頻選項(xiàng)組，就可以實(shí)施控制邏輯，以選擇用于DDS1151的合適的輸出頻率

表1.DDS1與DDS2控制在至少一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)鐘劃分器102包括可以用于直接指定劃分信號(hào)輸出的振幅值(例如不需轉(zhuǎn)換相位值)的查詢(xún)表。例如，響應(yīng)于控制字，可以基于振幅值表來(lái)確定輸出值。在至少一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)鐘劃分器102在不進(jìn)行完全相位—振幅轉(zhuǎn)換的情況下，以基本上與DDS時(shí)鐘信號(hào)的頻率相等的頻率輸出劃分信號(hào)的新值。用于時(shí)鐘產(chǎn)生器101的DDS 151的查詢(xún)表還可以包含預(yù)先確定的條目，以減少或防止在時(shí)鐘產(chǎn)生器101產(chǎn)生的DDS時(shí)鐘信號(hào)頻譜中產(chǎn)生亂真分量。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)將劃分器DDS調(diào)節(jié)成整數(shù)或整數(shù)+/-0.X的值來(lái)減少亂真內(nèi)容，其中X是數(shù)字。特別地，X可以等于5。然而，X使用其它值也是可能的(例如1)?？蛇x地，X可以是實(shí)數(shù)。這種選擇具有的影響是使得亂真信號(hào)響應(yīng)(例如由DAC誤差例如量化和非線性產(chǎn)生的圖像)掩蔽在基頻(輸出頻率)之下。對(duì)于精確的整數(shù)劃分值，所有由于DAC誤差產(chǎn)生的亂真內(nèi)容都可以降到基頻以下。對(duì)于整數(shù)值+/-0.X，一些亂真內(nèi)容會(huì)降到基頻以下，而最接近的剩余亂真內(nèi)容會(huì)降到與輸出頻率+/-(0.X×輸出頻率)相等的頻率。然后就有可能根據(jù)輸出頻率的無(wú)亂真范圍來(lái)確定濾波器的數(shù)量和它們的拒絕需要。
圖3a顯示了時(shí)鐘劃分器102和頻率變換器模塊120的進(jìn)一步實(shí)施例。如圖所示，時(shí)鐘劃分器102可以包括DDS 161，其接收由時(shí)鐘產(chǎn)生器101輸出的時(shí)鐘信號(hào)。DDS 161可以產(chǎn)生劃分信號(hào)，該劃分信號(hào)使用多個(gè)可選帶通濾波器167之一進(jìn)行濾波以產(chǎn)生濾波的劃分信號(hào)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，DDS161可以基于控制字的狀態(tài)來(lái)選擇特定的帶通濾波器167。例如，DDS 161輸出的劃分信號(hào)可以是在寬頻域中可調(diào)的正弦波。
然后濾波的劃分信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)器169提供給頻率變換器模塊120，在這里對(duì)濾波的劃分信號(hào)進(jìn)行變換以產(chǎn)生變換的劃分信號(hào)。頻率變換器121可以實(shí)施為倍增器，例如使用包含快速或階躍恢復(fù)二極管的梳狀波發(fā)生器?？蛇x地，頻率變換器121可以包括配置成倍頻器(或“專(zhuān)用倍增器”)的混頻器，并且輸入信號(hào)與混頻器的RF和LO輸入相連接。
可以使用多個(gè)可選帶通濾波器123的一個(gè)對(duì)變換的劃分信號(hào)進(jìn)行濾波以產(chǎn)生濾波的變換劃分信號(hào)。例如，可選帶通濾波器的數(shù)量可以是4個(gè)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，DDS 161可以基于控制字的狀態(tài)選擇特定的帶通濾波器123。然后濾波的變換劃分信號(hào)可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)器125(例如緩沖器，放大器，或阻抗匹配網(wǎng)絡(luò))提供給一個(gè)或多個(gè)頻率變換器以產(chǎn)生其它感興趣的頻率。
圖4顯示了頻率變換器模塊130的實(shí)施例的詳細(xì)原理框圖。如圖所示，輸出第一本地振蕩器信號(hào)的第一部分的頻率變換器模塊130可以包括頻率變換器131(可以與頻率變換器模塊120相連接)，其輸出通過(guò)切換器132和135與一個(gè)或多個(gè)可選帶通濾波器133和134相連接。在至少一個(gè)實(shí)施例中，頻率變換器模塊130基于所接收的濾波的變換劃分信號(hào)的頻率選擇帶通濾波器133或134。在一個(gè)實(shí)施例中，該模塊中的可選帶通濾波器的數(shù)量是2個(gè)，但是也可以使用更多或更少的濾波器。
基于模塊的預(yù)期輸出頻率或需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換到預(yù)期輸出頻率的中間頻率來(lái)選擇帶通濾波器133和134。例如，在如圖4所示的特別的實(shí)施方式中，1100-1300MHz帶通濾波器133或1300-1500MHz帶通濾波器134都是基于第一頻率變換器模塊130的預(yù)期輸出頻率來(lái)選擇的，其范圍在1100MHz到1500MHz之間變動(dòng)。如圖4所示，來(lái)自前一模塊120的100-300MHz的中間頻率(IF)的輸入可以與1000MHz或1200MHz相混合來(lái)產(chǎn)生上述輸出。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，可以使用控制邏輯基于預(yù)期輸出頻率選擇濾波器133或134。如上所述，控制邏輯可以使用例如但不限于FPGA、ASIC、ROM器件或者軟件來(lái)實(shí)施。控制邏輯可以首先確定要提供的輸出頻率，然后確定需要上變頻到最終輸出的本地振蕩器頻率。在實(shí)施例中，如果預(yù)期輸出頻率是在1100-1300MHz之間，則選擇1000MHz本地振蕩器信號(hào)，并使用頻率變換器131將其與100-300MHz相混合以產(chǎn)生1100-1300MHz，如圖4所示。另一方面，如果預(yù)期輸出頻率是1300-1500MHz，那么選擇1200MHz本地振蕩器信號(hào)和1300-1500MHz的濾波器134。在至少一個(gè)實(shí)施例中，LO信號(hào)和濾波器的選擇是利用同樣的控制信號(hào)完成的。這里參照?qǐng)D16描述其它與.此控制邏輯和控制流程相關(guān)的信息。
圖5顯示了頻率變換器模塊140的實(shí)施例的詳細(xì)原理框圖。如圖所示，頻率變換器模塊140可以包括一對(duì)切換器144和145，其在第一位置將頻率變換器模塊140配置成向頻率變換器141(例如混頻器)提供所接收的信號(hào)，該頻率變換器與多個(gè)可選帶通濾波器142之一相連接以產(chǎn)生濾波信號(hào)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，頻率變換器模塊140可以基于在頻率變換器模塊140的輸出所需的最終輸出頻率選擇特定的帶通濾波器142。在第二位置，切換器144和145將頻率變換器模塊140配置成用于輸出由模塊接收的信號(hào)。在每種情況下，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器146提供通過(guò)切換器145的第二模塊信號(hào)，作為第一本地振蕩器的最終輸出信號(hào)。在圖1和5所示的特別的實(shí)施例中，由此模塊輸出的第一本地振蕩器信號(hào)具有在1100MHz和2100MHz之間的頻率。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，用于濾波和上變頻選擇或者旁路的切換設(shè)置是通過(guò)控制邏輯基于模塊輸出頻率、第一本地振蕩器LO1的預(yù)期最終輸出頻率(例如1100-2100MHz)或者用于上變頻的中間頻率來(lái)選擇的以產(chǎn)生其中之一?？梢赃x取在輸出頻率范圍內(nèi)具有通帶并且衰減不需要成分的濾波器，不需要的成分例如在上變頻情況下的本地振蕩器輸入。如果模塊140不是配置成上變頻(例如，輸出頻率在1100-1500MHz之間)，則對(duì)變換器141旁路并且使用來(lái)自前一模塊(例如圖4中的頻率變換器模塊130)的輸出頻率。
在圖1所示的至少一個(gè)實(shí)施例中，合成器100可以進(jìn)一步包括配置成產(chǎn)生第二本地振蕩器信號(hào)的第二信號(hào)產(chǎn)生器(即與第二劃分器104相連接的第二時(shí)鐘產(chǎn)生器103)。通過(guò)第二時(shí)鐘產(chǎn)生器103從時(shí)鐘分配單元110接收的時(shí)鐘信號(hào)可以具有與第一時(shí)鐘產(chǎn)生器101所接收的時(shí)鐘信號(hào)相同的頻率；可選地，時(shí)鐘分配單元110可以向產(chǎn)生器103提供具有不同頻率的信號(hào)。第二時(shí)鐘產(chǎn)生器103和第二劃分器104的結(jié)構(gòu)和操作可以與前面所述圖1-3a中的第一時(shí)鐘產(chǎn)生器101和第一劃分器102基本相同。第二本地振蕩器信號(hào)可以具有例如48MHz和94MHz之間的頻率。為了產(chǎn)生較高的本地振蕩器頻率，第二劃分器104的輸出可以與上變頻器和/或一個(gè)或多個(gè)如上所述的合成器模塊相連接。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，合成器100可以提供第三本地振蕩器信號(hào)。第三本地振蕩器信號(hào)可以具有例如300MHz、500MHz或1100MHz中的一個(gè)頻率。在一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)鐘分配單元110可以包括配置成產(chǎn)生第三本地振蕩器信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)階躍恢復(fù)二極管(SRD)。
可選地，可以使用非DDS的方法和裝置構(gòu)造變化可調(diào)時(shí)鐘源，以向第二或隨后的DDS(s)提供時(shí)鐘。這種變化可調(diào)時(shí)鐘源的一個(gè)例子是鎖相環(huán)。當(dāng)鎖相環(huán)被減慢來(lái)調(diào)節(jié)時(shí)，這種裝置可以提供與DDS相比較低的能量消耗(降低到毫瓦)和/或較小的容量(例如由于減少的濾波需求)。在這種實(shí)施例中，通過(guò)前面參照?qǐng)D1-3a所述的時(shí)鐘劃分器來(lái)接收可變頻率時(shí)鐘信號(hào)。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，合成器200可以包括與多于一個(gè)劃分器(例如圖6中所示的劃分器202-204)相連接的時(shí)鐘產(chǎn)生器201。在至少一個(gè)實(shí)施例中，使用DDS來(lái)實(shí)施一個(gè)或多個(gè)劃分器202-204。多個(gè)時(shí)鐘劃分器例如可以用于減少或消除將新的劃分比率或控制字裝載到DDS劃分器中所花費(fèi)的時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施例中，利用特定的劃分比率、控制字和/或輸出頻率/相位預(yù)配置(即，在選擇入信號(hào)通道中之前)一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘劃分器202-204，以便獲得甚至更快的切換時(shí)間。在一個(gè)示范性應(yīng)用中，這種結(jié)構(gòu)可以較迅速地用于在不同頻率之間的“往復(fù)轉(zhuǎn)換”或者“躍變”。
例如，一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘劃分器202-204可以包括用于預(yù)加載不同的預(yù)定劃分器值的多個(gè)寄存器，且劃分器能夠響應(yīng)由劃分器外部的控制邏輯提供的信號(hào)，以比單獨(dú)加載每個(gè)劃分器所需時(shí)間更快的速率選擇一個(gè)預(yù)加載的劃分器值。在劃分器被選擇入信號(hào)通道中時(shí)或者之前提供控制信號(hào)。
可選地，多個(gè)劃分器202-204的每一個(gè)可以分別預(yù)配置或者預(yù)加載一個(gè)各自的劃分器值，然后可以比單獨(dú)加載每個(gè)劃分器所需的時(shí)間更快的速率單獨(dú)選擇每個(gè)劃分器(例如通過(guò)切換器205)，以便獲得一個(gè)非?？斓恼{(diào)節(jié)速度。在至少一個(gè)實(shí)施例中，劃分器202-204可以具有并行的加載控制字寄存器(與串行的加載寄存器對(duì)立)。
要注意的是，雖然圖6顯示了三個(gè)劃分器202-204，然而在各種實(shí)施例中可以使用任意數(shù)量的劃分器或者劃分器DDS。該結(jié)構(gòu)可以實(shí)施為包括在時(shí)鐘產(chǎn)生器201和劃分器202-204之間的切換器。
在可選的實(shí)施例中，劃分器芯片可以有多個(gè)(例如4或8)不同的引腳可選的配置，每個(gè)包括自身的控制字或劃分比率，從而可以在操作中獲得較快的頻率切換，如前面參照?qǐng)D6所述。在這樣一個(gè)實(shí)施例中，這種劃分器芯片可以提供兩個(gè)不同頻率之間的相位連續(xù)切換?？蛇x地，圖6的結(jié)構(gòu)可以使用加法器代替(或者再另外使用)切換器205來(lái)實(shí)施，從而可以組合多個(gè)劃分器(例如202-204)的輸出，以提供調(diào)制輸出信號(hào)或預(yù)期波形。
另外，可選地，至少一個(gè)劃分器202-204可以是基于非DDS的頻率劃分器。例如，這種頻率劃分器可以構(gòu)造為或包含邏輯芯片(例如TIL，ECL)或使用離散部件，或包含能夠輸出劃分頻率的集成電路?？蛇x地，這種劃分器響應(yīng)于選擇信號(hào)可以根據(jù)多個(gè)不同的劃分比率產(chǎn)生劃分信號(hào)。這種實(shí)施例可以提供減少的一組可用劃分比率，從而可能要求時(shí)鐘產(chǎn)生器201在某些應(yīng)用中具有的頻域比使用DDS實(shí)施的至少一個(gè)劃分器202-204的實(shí)施例更大。
如圖7A所示，根據(jù)另一實(shí)施例的合成器700可以包括與第一劃分器模塊710相連接的時(shí)鐘產(chǎn)生器701，其輸出相應(yīng)地與第二劃分器模塊703相連接。在這個(gè)實(shí)施例中，時(shí)鐘產(chǎn)生器701、第一劃分器模塊710和第二劃分器模塊703中的至少一個(gè)或全部都可以使用DDS實(shí)施。例如時(shí)鐘產(chǎn)生器701可以包括第一DDS，第一DDS與實(shí)施第一劃分器模塊710的第二DDS相連接，第二DDS與實(shí)施第二劃分器模塊703的第三DDS相連接。第三DDS或第二模塊劃分器可以例如基本上重復(fù)上述實(shí)施例中的第二DDS或劃分器。
使用第三DDS順序連接到第二DDS的輸出的優(yōu)點(diǎn)在于包括較好的調(diào)諧分辨率(例如微赫茲分辨率)和/或進(jìn)一步的亂真分量抑制。并且，可以使用調(diào)諧分辨率增加但亂真性能減少的第一DDS(例如可變時(shí)鐘或時(shí)鐘產(chǎn)生器DDS)。在這種實(shí)施例中，第一DDS(例如可變時(shí)鐘產(chǎn)生器DDS)產(chǎn)生的亂真分量例如可以減少20log[(第二DDS劃分值)×(第三DDS劃分值)]。這樣，添加第三DDS可以在提供良好的調(diào)諧分辨率的同時(shí)進(jìn)一步減少由第一DDS(例如可變時(shí)鐘產(chǎn)生器)產(chǎn)生亂真信號(hào)響應(yīng)。就像在其它實(shí)施例中，可以預(yù)加載一個(gè)或多個(gè)DDS用于快速頻率切換。此外，如圖7B所示，第一劃分器模塊722可以實(shí)施成為包含多于一個(gè)劃分器，比如劃分器710和711。這種劃分器可以具有可選擇(例如通過(guò)切換器712)或者可結(jié)合(例如為獲得調(diào)制信號(hào)或其它波形)的輸出。
考慮到時(shí)鐘劃分器102，在至少一個(gè)實(shí)施例中，DDS 161可以包括用于以輸入時(shí)鐘的速率直接輸出到DAC的振幅值表。這樣的結(jié)構(gòu)對(duì)當(dāng)前DDS結(jié)構(gòu)的相位—振幅轉(zhuǎn)換進(jìn)行旁路，并且從而可以消除控制字輸入的需求。振幅值表可以很小(即，僅實(shí)施為整數(shù)或整數(shù)+/-0.5比率)，以便可以用信號(hào)代替控制字來(lái)指定所要應(yīng)用的整數(shù)(+/-0.5)的比率。特別地，這種實(shí)施例可以使用例如整數(shù)值+/-0.5和/或整數(shù)值+/-0.1，0.2，0.3或.0.4的比率。其它可接受的方案可以包括已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用于提供無(wú)亂真信號(hào)響應(yīng)寬帶的劃分器DDS的非整數(shù)比率(例如圖23所示)。這種方法可以靈活響應(yīng)諸如應(yīng)用帶寬、無(wú)亂真動(dòng)態(tài)域、容量需求等特殊需要。
在實(shí)施例中，例如可以使用集成電路器件將上述合成器實(shí)施為用于信號(hào)產(chǎn)生的可編程劃分器芯片DDS。通過(guò)向其發(fā)送表示對(duì)應(yīng)的正弦或余弦值的特定劃分比率，可以將該芯片編程用于每一時(shí)鐘周期。輸出可以是正弦波；但其它波形也可以。這樣的可編程劃分器芯片可以設(shè)計(jì)用于特定應(yīng)用，諸如可以使用雙DDS配置的應(yīng)用，并且因而使用簡(jiǎn)化的或流水線設(shè)計(jì)。在雙DDS合成器的情況下，一個(gè)DDS可用于計(jì)時(shí)，第二DDS用于僅與特定譜純度的特定劃分比率相關(guān)的功能。
如上所討論的，雙DDS合成器可以實(shí)施為具有減少亂真的優(yōu)點(diǎn)。亂真信號(hào)響應(yīng)是先前DDS結(jié)構(gòu)的特性，其限制了DDS的普遍應(yīng)用，特別是對(duì)于寬帶應(yīng)用。在時(shí)鐘的可預(yù)測(cè)時(shí)間間隔，由于其涉及到調(diào)諧輸出頻率，DDS具有許多相鄰的亂真信號(hào)響應(yīng)。在窄帶系統(tǒng)中，將時(shí)鐘設(shè)定為單一頻率以避免這些相鄰響應(yīng)，但這也限制了調(diào)諧范圍。從而，這些亂真信號(hào)響應(yīng)會(huì)阻止在寬帶系統(tǒng)中使用現(xiàn)有的DDS結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，第一DDS向第二DDS提供可調(diào)時(shí)鐘，這就允許第二DDS的輸入時(shí)鐘可以進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)以縮減第二DDS的固有亂真區(qū)域。這種配置消除和/或充分減少了相鄰的亂真信號(hào)響應(yīng)以利用DDS的預(yù)期益處，益處包括極好的相位噪聲和較快的調(diào)諧速度。因?yàn)樽罱妮敵鲎V是在整數(shù)和半整數(shù)比率獲得的，所以可以為此功能而對(duì)專(zhuān)用于這些劃分比率的DDS芯片進(jìn)行優(yōu)化。
本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例包括可編程的劃分器芯片。這種特別作為為劃分器DDS配置的DDS合成器芯片可以用于許多需要快速調(diào)諧和低相位噪聲特性的寬帶應(yīng)用中。這些應(yīng)用可以包括但不限于信號(hào)監(jiān)控，電子戰(zhàn)爭(zhēng)，測(cè)試儀器，發(fā)射機(jī)，雷達(dá)和數(shù)據(jù)通信。劃分器DDS(例如與模擬設(shè)計(jì)相比)的特別優(yōu)勢(shì)可以包括更簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)，更快速的設(shè)計(jì)，更小的調(diào)諧字，更低的亂真信號(hào)響應(yīng)，更高的保真度和更低的相位抖動(dòng)。
如圖8a所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可編程劃分器芯片可以包括三部分劃分比率—表地址映射部分801，查詢(xún)表(例如正弦和/或余弦)802，和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)部分803。劃分比率—表地址映射部分801根據(jù)指示的劃分比率輸出查詢(xún)表802的地址序列，它可以根據(jù)支持的選擇劃分比率(例如序列2.5，3，3.5，4，4.5，…，100中的全部或部分)通過(guò)多種不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，在以4劃分的情況下，映射部分801可以指示查詢(xún)表802中每隔90°(或0°，90°，180°和270°)的正弦或余弦值的地址，并以每個(gè)時(shí)鐘周期一個(gè)地址/角度的速率輸出到DAC 803。這樣就可以在四個(gè)時(shí)鐘周期中產(chǎn)生以4劃分的一個(gè)完整周期的輸出。在以2.5劃分的情況下，映射部分801可以指示0°，144°，288°，432°和576°的正弦值的地址，并以相同的速率輸出到DAC803。在這種情況下，以2.5劃分的兩個(gè)完整周期的輸出可以使用五個(gè)時(shí)鐘周期產(chǎn)生。其它比率的操作也可以按照這個(gè)邏輯推導(dǎo)出來(lái)。這樣的芯片還可以包括這里所述的可選的(例如引腳可選的)配置。
這種實(shí)施例可以提供正弦或余弦波輸出；然而，這種基本結(jié)構(gòu)的其它實(shí)施例也是可能的。如圖8b所示，一個(gè)示例可以包括函數(shù)804以使得劃分比率對(duì)應(yīng)到ROM查詢(xún)。另一個(gè)例子是基于非正弦波波形(例如三角波，鋸齒波或其它波形)的查詢(xún)表。
下表2列出了一些可以用于產(chǎn)生特定劃分器比率的增量相位值的例子。

表2通過(guò)復(fù)查相位增量數(shù)，許多值可以被再次使用。例如，以12劃分的每隔30度得到的12個(gè)值包括了以6劃分的每隔60度得到的所有6個(gè)值。這些數(shù)字的重用，以及其所帶來(lái)的查詢(xún)表容量的減小，就使得DDS的簡(jiǎn)化得以實(shí)現(xiàn)。
在劃分比率為2時(shí)(即奈奎斯特頻率)使用DDS現(xiàn)在還不為人所知。一個(gè)可能的原因是，在整數(shù)比率為2時(shí)DDS的輸出信號(hào)強(qiáng)度與更高的劃分比率時(shí)的輸出信號(hào)強(qiáng)度相比會(huì)減少多達(dá)20dB或更多。
一些DDS，例如Analog Devices系列98XX中的DDS，包括用于為相位累加器輸出的相位值增加相位偏移值(例如在數(shù)模轉(zhuǎn)換之前)的設(shè)備。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過(guò)選擇90度(或270度)的相位偏移，可以在整數(shù)比率為2時(shí)獲得與更高劃分比率(例如參見(jiàn)圖25)時(shí)的結(jié)果可比擬的輸出信號(hào)強(qiáng)度。
這種技術(shù)可以利用這里所述的由可變頻率時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的DDS(例如PLL或其它DDS)用于特殊優(yōu)勢(shì)。在這樣的應(yīng)用中，使用劃分比率為2和相位偏移為90度配置劃分器DDS。時(shí)鐘PLL或DDS可以用于提供頻率可變性和/或?qū)拵Р僮?，而劃分器DDS可以用于以時(shí)鐘頻率的一半來(lái)提供相位連續(xù)和/或相對(duì)無(wú)亂真的輸出?？梢源_定，對(duì)于其它DDS模型，不同的相位偏移值可以提供相似的優(yōu)點(diǎn)。
DDS的相位偏移值的調(diào)整也可以與X.5的劃分比率結(jié)合使用，其中X是大于或等于2的整數(shù)(例見(jiàn)圖26)。在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的方法中，選擇相位偏移值以減少亂真信號(hào)強(qiáng)度和/或增加輸出信號(hào)強(qiáng)度。
如上所述，非線性DAC會(huì)增加亂真內(nèi)容。非線性DAC典型地在高頻時(shí)更大。這種效應(yīng)的原因之一是較低劃分比率時(shí)的輸出使用比較高劃分比率時(shí)輸出更少的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。也許是由于這種效應(yīng)，DDS在劃分比率為2.5時(shí)的操作現(xiàn)在還不為人所知。這里描述了實(shí)現(xiàn)這種操作所使用的濾波和其它技術(shù)。
如上所述，在劃分比率為X.5時(shí)工作的DDS會(huì)預(yù)期具有0.5和1.5倍輸出頻率的亂真輸出(例見(jiàn)圖21)。通過(guò)改變或者選擇DDS的相位偏移值，可以減少這些亂真中的一個(gè)或者全部。
這種方法可以進(jìn)一步應(yīng)用于例如簡(jiǎn)化濾波任務(wù)。例如，濾波器可以降低從一個(gè)時(shí)鐘頻率產(chǎn)生的亂真強(qiáng)度，但對(duì)于從另一時(shí)鐘頻率產(chǎn)生的亂真強(qiáng)度則沒(méi)有足夠的效果以滿足特定設(shè)計(jì)規(guī)格。通過(guò)在至少第二種情況減小上述亂真的強(qiáng)度，在該情況下有可能使用同樣的濾波器來(lái)滿足特定規(guī)格，從而避免了給系統(tǒng)增加另一個(gè)濾波器的需要。這里所述的方法也可以用于在劃分比率不是X.5時(shí)操作的DDS。
在為工作于劃分比率為X.5時(shí)的DDS改變或選擇相位偏移值的情況下(其中X是大于或等于2的整數(shù))，適合的相位偏移值(即導(dǎo)致亂真強(qiáng)度的預(yù)期或可接受的減弱和/或預(yù)期信號(hào)強(qiáng)度的預(yù)期或可接受的增強(qiáng))有可能隨時(shí)間而變化。例如，這個(gè)值可以受到溫度、電容、頻率、設(shè)備老化等的影響而變化。因此，希望可以監(jiān)控DDS的輸出信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)亂真分量，并且基于監(jiān)控結(jié)果來(lái)改變或選擇DDS的相位偏移值(例見(jiàn)圖27)。這種方法還可以用于在劃分比率不是X.5時(shí)操作的DDS。此外，這種方法可以用來(lái)加強(qiáng)預(yù)期信號(hào)的強(qiáng)度，伴隨減弱或者不減弱亂真信號(hào)的強(qiáng)度。
有可能從一個(gè)或多個(gè)DDS中獲取信息，其可以用于改變或選擇相位偏移值，以為不同的DDS產(chǎn)生預(yù)期輸出，這些DDS的模式編號(hào)相同、或者是來(lái)自同一批的不同DDS等，至少工作在相同頻率、相同劃分比率和或相同的應(yīng)用中。例如，最優(yōu)的或者預(yù)期的相位偏移值有可能依賴(lài)于一個(gè)或多個(gè)特定傳播途徑(可以是在DDS的內(nèi)部和/或外部)，并且可以獲取關(guān)于該值和該途徑之間的關(guān)系的信息并應(yīng)用到其它DDS的使用中。例如，有可能使用與在兩個(gè)或多個(gè)不同時(shí)鐘和/或輸出頻率的測(cè)量有關(guān)的信息來(lái)計(jì)算在另一頻率具有優(yōu)勢(shì)的相位偏移值(例見(jiàn)圖28)。本領(lǐng)域公知的特征化、插值等專(zhuān)門(mén)方法也可以應(yīng)用到根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的方法中。
如上所述，本發(fā)明的實(shí)施例可以用于需要一個(gè)或多個(gè)超凈的快速調(diào)諧頻率源的應(yīng)用中。例如包括但不限于，頻率轉(zhuǎn)換中的本地振蕩器，復(fù)合調(diào)制，和發(fā)射和測(cè)試與測(cè)量應(yīng)用。一般地，本發(fā)明也可以用于先前使用鎖相環(huán)路(PLL)的應(yīng)用中。下面參照?qǐng)D9-16說(shuō)明特殊的應(yīng)用。
圖9是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的快速調(diào)諧、高頻譜純度調(diào)諧器/接收器900的框圖。特別地，圖9說(shuō)明了為快速調(diào)諧和高頻譜純度(相位噪聲和無(wú)亂真動(dòng)態(tài)范圍(SFDR))而設(shè)計(jì)的調(diào)諧器/接收器的實(shí)施例。這種實(shí)施例的應(yīng)用可以包括信號(hào)情報(bào)(SIGINT)和電子情報(bào)(ELINT)信號(hào)收集和分析。在至少一個(gè)實(shí)施例中，接收器/調(diào)諧器900可以包括與接收頻帶濾波器903相連的射頻(RF)天線901，其輸出通過(guò)低噪放大器905傳送給第一頻率變換器907以產(chǎn)生第一中間頻率(IF1)。頻率變換器907的輸出通過(guò)帶通濾波器909與產(chǎn)生第二IF的(IF2)第二頻率變換器911相連接。第二頻率變換器911的輸出可以通過(guò)帶通濾波器913和放大器或信號(hào)調(diào)節(jié)器915傳送給第三頻率變換器917以恢復(fù)檢測(cè)的數(shù)字信號(hào)。頻率變換器917的輸出通過(guò)第一低通濾波器919、放大器/信號(hào)調(diào)節(jié)器921和第二低通濾波器923與DAC 925相連接以重建對(duì)應(yīng)于檢測(cè)的數(shù)字信號(hào)的模擬信號(hào)。在這種實(shí)施例中，接收器的調(diào)諧速度和頻譜純度可以由其合成器(在圖9中所示的特定實(shí)施例中，LO1，LO2，和LO3分別輸入到頻率變換器907，909和917)來(lái)決定。本發(fā)明的實(shí)施例的相位噪聲，SFDR和調(diào)諧速度都較好的適合于這種應(yīng)用。特別地，LO1、LO2和LO3中的任何一個(gè)或者全部都可以使用這里所述的信號(hào)產(chǎn)生器或合成器來(lái)實(shí)現(xiàn)(例如包括信號(hào)產(chǎn)生器10的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例)。可選地，LO2和LO3中的一個(gè)或全部可以使用其它技術(shù)、例如使用基于PLL或基于SRD的信號(hào)產(chǎn)生器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖10是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的DDS芯片/芯片組的框圖(例如“芯片上的DDS”)。新的混合信號(hào)造型過(guò)程可以用于將該結(jié)構(gòu)提供給具有限制數(shù)量的外部部件的芯片或芯片組方案。為了簡(jiǎn)化DDS芯片，所提供的芯片或芯片組的帶寬可以為極大改善的寬帶SFDR(例如85-90dBc)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的帶寬將繼續(xù)提高數(shù)字和DAC結(jié)構(gòu)的速度。
在圖10中，修改的正弦查詢(xún)表和相位累加器ROM能夠容納用于本文件中其它地方所述的DDS#2的最優(yōu)調(diào)諧點(diǎn)的相位累加器和查詢(xún)值。對(duì)于某些應(yīng)用，那些最優(yōu)的點(diǎn)是整數(shù)劃分比率和整數(shù)+/-0.5的劃分比率。僅使用對(duì)應(yīng)于這些“最優(yōu)點(diǎn)”的這些值可以減小相位累加器ROM和正弦查詢(xún)表(ROM)的容量。如圖10所示，在一些實(shí)施例中可以在DDS集成電路的外部提供濾波器和頻率變換器部件。
至少一些這里公開(kāi)的信號(hào)產(chǎn)生器和信號(hào)產(chǎn)生方法可以應(yīng)用于測(cè)試和測(cè)量?jī)x器中。例如，本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例包括信號(hào)分析器和信號(hào)分析方法。
圖11所描述的信息流程圖是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的測(cè)試和測(cè)量信號(hào)產(chǎn)生器/譜分析器前端。特別地，本發(fā)明的實(shí)施例具有用于測(cè)試和測(cè)量?jī)x器的必要特性，包括但不限于，優(yōu)秀的相位噪聲和具有調(diào)制能力的SFDR。測(cè)試和測(cè)量信號(hào)產(chǎn)生器前端可以包括，例如，參照信號(hào)產(chǎn)生器1105和與參照信號(hào)產(chǎn)生器1105相連通的寬帶信號(hào)產(chǎn)生器12。寬帶信號(hào)產(chǎn)生器12可以實(shí)施為包括這里所述的信號(hào)產(chǎn)生器10的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例。該結(jié)構(gòu)也可以有利于例如譜分析器的裝置的RF前端，可以改善儀器的整體性能。
譜分析器可以包括射頻發(fā)射機(jī)和用于呈現(xiàn)輸入信號(hào)頻譜的圖形表示的顯示器。例如，頻譜接收器可以包括具有可視顯示器的可調(diào)接收器，顯示器設(shè)置成顯示輸入信號(hào)在關(guān)于調(diào)諧頻率的帶寬內(nèi)的強(qiáng)度。在一種工作模式下，將接收器快速調(diào)諧(“掃過(guò)”)一個(gè)頻率范圍(例如用戶(hù)選擇的掃描)，從而顯示輸入信號(hào)穿過(guò)該頻率范圍的各個(gè)點(diǎn)的相對(duì)強(qiáng)度的表示。接收器可以跨過(guò)間距連續(xù)地調(diào)諧或者在離散的幾個(gè)點(diǎn)(例如每次掃描100或400個(gè)點(diǎn))調(diào)諧，這些點(diǎn)可以均勻分布在該頻率范圍內(nèi)(即等距的)和/或非均勻分布或依據(jù)十進(jìn)制、八度、對(duì)數(shù)或其它分布進(jìn)行分布。
圖11A顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的譜分析器的方框圖。接收器A12包括這里所述的信號(hào)產(chǎn)生器10的實(shí)施例(例如實(shí)施例10、20a、20b、200、700、720等)，也可以配置為本地振蕩器。例如，接收器A12可以具有超外差配置，其中信號(hào)產(chǎn)生器10的實(shí)施例產(chǎn)生的本地振蕩器信號(hào)與被測(cè)試的RF信號(hào)混合或結(jié)合。通過(guò)在一個(gè)頻率范圍內(nèi)掃描本地振蕩器信號(hào)，接收器A12可以配置為檢測(cè)被測(cè)試信號(hào)的不同頻率分量。
圖11B顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的信號(hào)分析方法的流程圖。任務(wù)T120將接收器調(diào)諧到預(yù)定頻率n。任務(wù)T130檢測(cè)輸入RF信號(hào)在頻率n(例如中心在或接近頻率n的帶寬)的分量相關(guān)的信息。任務(wù)T140基于所檢測(cè)的信息進(jìn)行顯示。任務(wù)T110、T150和T160使得接收器在多個(gè)頻率重復(fù)接收和檢測(cè)任務(wù)T120、T130。
圖11C顯示了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的信號(hào)分析方法的流程圖。任務(wù)T210在一個(gè)頻率范圍內(nèi)掃描本地振蕩器(LO)。需要的話，可以重復(fù)這種掃描。例如，可以根據(jù)適用于特定應(yīng)用的時(shí)間間隔重復(fù)掃描，掃描之間可以間隔或者不間隔該時(shí)間間隔。掃描可以單方向進(jìn)行(例如從低頻到高頻)或者雙向進(jìn)行(例如先從低頻到高頻然后從高頻到低頻)。任務(wù)T220基于LO信號(hào)和輸入信號(hào)檢測(cè)信號(hào)的不同分量。任務(wù)T230顯示所檢測(cè)的分量的相對(duì)強(qiáng)度。
接收器A12的其它組件可以包括分辨帶寬濾波器；包絡(luò)檢測(cè)器；對(duì)數(shù)放大器；視頻帶寬濾波器；和其它濾波器，檢測(cè)器，和/或控制電路。接收器A12的至少一個(gè)部分可以使用數(shù)字而不是模擬信號(hào)處理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。顯示器A14可以包括視頻顯示器(例如陰極射線管或平板裝置諸如液晶或有機(jī)LED面板)。
圖11D顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的信號(hào)分析器A20的框圖，其配置成接收RF輸入信號(hào)進(jìn)行分析。本地振蕩器A100包括所述信號(hào)產(chǎn)生器10的實(shí)施例(例如實(shí)施例10、20a、20b、200、700、720等)，并產(chǎn)生本地振蕩器信號(hào)。
頻率變換器A200接收本地振蕩器信號(hào)和RF輸入信號(hào)并輸出中間頻率(IF)信號(hào)。這里所用的術(shù)語(yǔ)“頻率變換器”是指例如混頻器(例如Schottky二極管混頻器；二極管環(huán)形混頻器；非平衡、單平衡、雙平衡或三平衡混頻器等)、乘法器(例如模擬乘法器)、或適用于特定頻率和/或設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的可能的其它類(lèi)型上變頻器或下變頻器的一個(gè)或多個(gè)裝置。
可以根據(jù)本領(lǐng)域公知的原理來(lái)完成頻率變換器A200的選擇和構(gòu)建。例如，混頻器可以包括例如二極管(例如Schottky二極管和/或二極管四元組)和/或線圈(例如變壓器和/或平衡轉(zhuǎn)換器，基于LTCC或鐵氧體)的部件。特定混頻器配置的選擇可以基于諸如線性、變換損耗、變換壓縮、絕緣度(例如RF-IF，LO-IF，和/或LO-RF)、動(dòng)態(tài)范圍、頻率范圍、DC極性、DC偏移、二調(diào)三階互調(diào)失真、斷點(diǎn)(例如三階截?cái)嗷颉癐P3”)、最大電壓駐波比(VSWR)、和/或LO激勵(lì)電平的標(biāo)準(zhǔn)。信號(hào)分析器A10還可以在頻率變換器A200的輸入信號(hào)線上游包括衰減器，其中該衰減器可以調(diào)節(jié)并用于限制輸入信號(hào)功率。
檢測(cè)器A300接收IF信號(hào)并輸出IF信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度(例如包絡(luò))的表示。例如，檢測(cè)器A300可以將IF信號(hào)的AC電壓變換為DC電壓。檢測(cè)器A300可以包括例如包絡(luò)檢測(cè)器或者均方根一直流變換器的電路。包絡(luò)檢測(cè)器可以包括例如二極管或其它非線性裝置(可能配置成將輸入信號(hào)的能量轉(zhuǎn)換為與輸入信號(hào)功率成比例的電流)的整流器，其輸出可以與峰值檢測(cè)器或低通濾波器(例如電阻和電容的并聯(lián))相連接?？蛇x地，檢測(cè)器A300可以實(shí)現(xiàn)為數(shù)字的。
信號(hào)分析器A10的進(jìn)一步實(shí)施例可以包括例如對(duì)數(shù)放大器(可以在檢測(cè)器A300的上游或下游)和一個(gè)或多個(gè)濾波器的元件。例如，分析器A10的一個(gè)實(shí)施例可以包括位于檢測(cè)器A300上游且具有可調(diào)帶寬的濾波器A400。例如通過(guò)調(diào)節(jié)濾波器A400的通帶帶寬，檢測(cè)器A300的輸出可以涉及輸入RF信號(hào)的較寬或較窄部分(例如建立測(cè)量分辨率)。這種進(jìn)一步的元件可以實(shí)施為模擬電路元件和/或被數(shù)字的實(shí)施。
在信號(hào)分析器A20的進(jìn)一步實(shí)施例中，本地振蕩器A100可以被控制來(lái)掃描一個(gè)頻率范圍，從而檢測(cè)器A300可以輸出對(duì)應(yīng)于RF輸入信號(hào)不同頻率分量的信號(hào)強(qiáng)度的表示。信號(hào)分析器A20的實(shí)施例還可以分別包括存儲(chǔ)元件(例如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器)和/或顯示器(例如視頻顯示器)用于存儲(chǔ)和顯示與檢測(cè)器A300輸出的指示相關(guān)的信息。
圖11E顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的信號(hào)分析方法流程圖。任務(wù)T240基于LO信號(hào)和輸入信號(hào)產(chǎn)生中間頻率(IF)信號(hào)。任務(wù)T240指示IF信號(hào)不同分量的相對(duì)強(qiáng)度。
圖11F顯示了信號(hào)分析器A20的一個(gè)實(shí)施例A30，其包括上面所討論的衰減器A50和對(duì)數(shù)放大器A60。在可選的實(shí)施例中，放大器A60可以在檢測(cè)器A300的上游。分析器A30還包括后檢測(cè)濾波器A450，其配置成例如用于基于被測(cè)試信號(hào)的檢測(cè)包絡(luò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波。濾波器A450可以具有可變帶寬，例如執(zhí)行檢測(cè)信號(hào)的較寬或較窄部分上的平均函數(shù)。顯示檢測(cè)器A70可以提供多個(gè)可選操作，例如峰值檢測(cè)器(正和/或負(fù))，準(zhǔn)峰值檢測(cè)器，抽樣檢測(cè)器，和/或平均檢測(cè)器，并且可以檢測(cè)、存儲(chǔ)和/或輸出檢測(cè)信號(hào)的對(duì)應(yīng)值。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器A80將顯示檢測(cè)器A70檢測(cè)(和/或旁路)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為一系列數(shù)字采樣。在可選的實(shí)施例中，可以將ADC A80移到一個(gè)上游位置以便一個(gè)或多個(gè)顯示檢測(cè)器A70、濾波器A450、對(duì)數(shù)放大器A60、檢測(cè)器A300和濾波器A400的數(shù)字實(shí)施方式可以對(duì)基于ADC A80的輸出的信號(hào)進(jìn)行操作。處理器和顯示器A90包括如上所述的顯示器A14，可以執(zhí)行與用戶(hù)與分析器A30的交互相關(guān)的供能(例如，存儲(chǔ)顯示屏、標(biāo)記選擇、顯示調(diào)整的所有或其一部分)。
如上所述，這里所述的信號(hào)產(chǎn)生器10的至少一些實(shí)施例的一個(gè)潛在優(yōu)點(diǎn)是能夠從一個(gè)輸出頻率快速變換到另一個(gè)。這種能力可以用在例如掃頻接收器操作中，以允許在給定時(shí)間段中進(jìn)行給定區(qū)間的增加數(shù)量的掃描。快速掃描能力的潛在應(yīng)用包括檢測(cè)和/或跟蹤短時(shí)事件。這種能力還可以用于提供快速刷新率(例如，對(duì)顯示器或?qū)M(jìn)一步的處理儀器)。如果需要，可以增加這種掃描率，而不損失頻率分辨率(例如表現(xiàn)為在掃描中調(diào)諧的離散頻率點(diǎn)的數(shù)量和/或例如濾波器A400的預(yù)檢測(cè)濾波器的帶寬)。
可選地，快速頻率變換能力可用于在給定時(shí)間段中對(duì)給定區(qū)間的掃描提供更多點(diǎn)。這種調(diào)諧密度的增加可以獲得更高分辨率的測(cè)量利用在掃描中訪問(wèn)的更多頻率點(diǎn)，例如，可以使用較窄的分辨帶寬，而不遺漏未檢測(cè)區(qū)間中的任何部分。這種高分辨率可以相應(yīng)地帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是更好的辨別(例如在相鄰信號(hào)之間)。增強(qiáng)的辨別能力在例如期望的TSCM(技術(shù)監(jiān)控防范)的應(yīng)用中很有用，例如用于辨別與正常信號(hào)非常鄰近的不利信號(hào)。較高的調(diào)諧分辨率還可以帶來(lái)降低噪聲水平的好處(例如作為較窄預(yù)檢測(cè)帶寬的結(jié)果)。當(dāng)然，也可以將提高掃描率和增加調(diào)諧密度的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)以按照預(yù)期改變各自的度數(shù)。
如上所述，包括如此處所述的變換的多DDS配置的信號(hào)產(chǎn)生器(例如合成器200或720的實(shí)施例)可以用于獲得更高的頻率變換速度。在將這種配置用于掃頻接收器的示范性應(yīng)用中，第一劃分器DDS將信號(hào)輸出到混頻器，而第二劃分器DDS配置成向混頻器輸出將來(lái)信號(hào)。這種配置可以包括，例如將對(duì)應(yīng)于下一個(gè)接收頻率的速率輸入到第二劃分器DDS。在合適的時(shí)刻(例如在第二劃分器DDS的建立完成之后)，第二劃分器DDS的輸出被變換到信號(hào)產(chǎn)生器輸出，而第一劃分器DDS針對(duì)另一個(gè)將來(lái)信號(hào)被以相似的方式重新設(shè)置。
這里所述的信號(hào)產(chǎn)生器10的至少一些實(shí)施例的一個(gè)潛在優(yōu)點(diǎn)是高信噪比(SNR)。因此，使用這種實(shí)施例的信號(hào)分析器和信號(hào)分析方法可以具有與現(xiàn)有分析器和方法相比降低的噪聲水平和/或在降低成本、重量、大小和/或功耗方面提供可比擬的性能。
至少一些現(xiàn)有的PLL調(diào)諧器的可能會(huì)限制可得到SNR的一個(gè)特性是相位噪聲。例如，相位噪聲可以來(lái)自環(huán)路的相位調(diào)制效應(yīng)，它可以導(dǎo)致載波周?chē)脑肼曀缴?。在掃頻接收器應(yīng)用中，本地振蕩器中的相位噪聲會(huì)添加到混頻器輸出中，從而增加了噪聲水平。如上所述，這里所述的信號(hào)產(chǎn)生器10的至少一些實(shí)施例的一個(gè)潛在優(yōu)點(diǎn)是低相位噪聲。
當(dāng)前，至少在不使用額外的和昂貴的低相位噪聲信號(hào)產(chǎn)生器的情況下，可用的譜分析器的噪聲水平特性太高，以至于不能對(duì)綜合相位噪聲進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)這里所述的本發(fā)明的實(shí)施例的至少一些信號(hào)分析器和信號(hào)產(chǎn)生方法可用于執(zhí)行相位噪聲測(cè)量，而不需要額外的低相位噪聲信號(hào)產(chǎn)生器。
本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例包括具有這里所述的信號(hào)產(chǎn)生器的其它測(cè)試和測(cè)量裝置，例如FFT分析器，網(wǎng)絡(luò)分析器和測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生器。一個(gè)或多個(gè)這種裝置可以用于例如在電信應(yīng)用中測(cè)試的接收器。這種裝置的潛在優(yōu)勢(shì)可以包括比現(xiàn)有技術(shù)提高的性能(例如關(guān)于一個(gè)或多個(gè)與應(yīng)用無(wú)關(guān)的標(biāo)準(zhǔn))和/或減小的容量、成本、功耗和/或重量。一個(gè)或多個(gè)這些優(yōu)點(diǎn)可以對(duì)這種裝置應(yīng)用在由于一個(gè)或多個(gè)原因在現(xiàn)有技術(shù)不可行的應(yīng)用中起到杠桿的支撐作用，例如汽車(chē)或空中平臺(tái)。
圖12是依據(jù)一個(gè)實(shí)施例提供的具有調(diào)制方案的安全收發(fā)報(bào)機(jī)1200的框圖。本發(fā)明的實(shí)施例的調(diào)制能力可能在這種發(fā)射機(jī)/接收機(jī)(收發(fā)報(bào)機(jī))中非常有用。例如，本發(fā)明的實(shí)施例提供的低相位噪聲和頻譜純度可以實(shí)現(xiàn)高階復(fù)合調(diào)制類(lèi)型和頻率跳轉(zhuǎn)，而這是一些類(lèi)型的安全傳輸?shù)氖滓獥l件。發(fā)射機(jī)可以用于標(biāo)準(zhǔn)通訊或?qū)ｉT(mén)應(yīng)用如雷達(dá)。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，收發(fā)報(bào)機(jī)1200的發(fā)射機(jī)部分包括用于編碼安全數(shù)據(jù)的編碼器/解碼器(CODEC)和信號(hào)產(chǎn)生器14a，其包括這里所述的信號(hào)產(chǎn)生器10的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，并用于為RF發(fā)射調(diào)制編碼的數(shù)據(jù)。這種實(shí)施例可以需要濾波修正來(lái)調(diào)節(jié)寬帶調(diào)制信號(hào)。而且在這種實(shí)施例中，收發(fā)報(bào)機(jī)1200的接收機(jī)部分可以包括實(shí)質(zhì)上是參照?qǐng)D9所述的部件，包括使用信號(hào)產(chǎn)生器14b-d(每個(gè)包括所述信號(hào)產(chǎn)生器10的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例)用于本地振蕩器源。然而，在這些實(shí)施例中，帶通濾波器913(參照?qǐng)D9)可以使用表面聲波(SAW)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。其它濾波器(例如濾波器903，909，919和923)可以使用絕緣或陶瓷裝置，或二者結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，在一些實(shí)施例中，振蕩器14c和/或14d可以使用例如基于PLL或基于SRD的信號(hào)產(chǎn)生器的其它技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖13是依據(jù)一個(gè)實(shí)施例的衛(wèi)星通訊系統(tǒng)的框圖。衛(wèi)星通訊典型地需要至少三個(gè)基本部件兩個(gè)地球鏈路和一個(gè)用作轉(zhuǎn)發(fā)器的衛(wèi)星鏈路。這些部件中的每一個(gè)可以包括發(fā)射機(jī)/接收機(jī)或者與之相關(guān)聯(lián)的利用本發(fā)明實(shí)施例(例如作為本地振蕩器信號(hào)產(chǎn)生器)的頻率變換器(例如混頻器)。
本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例包括使用所述信號(hào)產(chǎn)生器10的實(shí)施例的信號(hào)調(diào)制(和解調(diào))方法。一種這樣的方法包括頻率跳轉(zhuǎn)，其中信號(hào)產(chǎn)生器的輸出頻率發(fā)生變化(例如快速地)，以使得調(diào)制信號(hào)的載波頻率從一個(gè)頻率跳轉(zhuǎn)到另一個(gè)頻率(例如，根據(jù)預(yù)定的可能的偽隨機(jī)模式)。在一個(gè)例子中，使用這里公開(kāi)的信號(hào)產(chǎn)生器10的實(shí)施例獲得跳轉(zhuǎn)速度，其能夠再現(xiàn)不能由現(xiàn)有PLL接收機(jī)接收的信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的另一種信號(hào)調(diào)制方法(相應(yīng)的解調(diào))包括使用所述信號(hào)產(chǎn)生器10的實(shí)施例來(lái)產(chǎn)生射頻信號(hào)以執(zhí)行相移鍵控(PSK)調(diào)制。一個(gè)這種例子包括執(zhí)行正交幅度調(diào)制(QAM)。如圖14所示，QAM包括以相位和振幅調(diào)制載波。
圖14的一系列散點(diǎn)圖顯示了改善的相位噪聲的效果的例子(例如可以在至少本發(fā)明的一些實(shí)施例的應(yīng)用中獲得)。較差的相位噪聲會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真解調(diào)的BER(誤碼率)的增加，或者不能在接收機(jī)中解調(diào)。在這個(gè)例子中注意到對(duì)于16-QAM，星座點(diǎn)(constellation point)很好地位于確定區(qū)域中，而64-QAM的例子表明僅有很小的引起數(shù)據(jù)誤差的噪聲偏移會(huì)導(dǎo)致確定誤差(每一網(wǎng)格內(nèi)的區(qū)域)。本發(fā)明的至少一些實(shí)施例的異常相位噪聲特性使得能夠以大量減小的位誤差來(lái)解調(diào)更高階的信號(hào)。
圖14顯示了當(dāng)應(yīng)用較高級(jí)別QAM方案時(shí)，QAM星座(constellation)變得更緊密，從而相位抖動(dòng)(例如相位噪聲的時(shí)域表示)會(huì)導(dǎo)致不可接受的位誤差率或者其它模糊測(cè)量。這里所述的信號(hào)產(chǎn)生器10的至少一些實(shí)施例可以用于支持高級(jí)別QAM應(yīng)用例如16-QAM、64-QAM或者更高。
QAM會(huì)引起模糊的另一方面是相位矢量的旋轉(zhuǎn)，例如通過(guò)傳輸通道中的隨機(jī)過(guò)程。這種旋轉(zhuǎn)的一個(gè)潛在原因是由于接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的相對(duì)移動(dòng)而出現(xiàn)的多普勒頻移。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例的方法包括使用已知方法對(duì)相位旋轉(zhuǎn)進(jìn)行特征化和/或補(bǔ)償。本發(fā)明的實(shí)施例還包括校準(zhǔn)接收機(jī)以去除引起星座旋轉(zhuǎn)的相位偏移的方法。例如，這種方法包括發(fā)射具有預(yù)定相位(可能是周期性和/或作為頻道訓(xùn)練信號(hào))的校準(zhǔn)信號(hào)和/或應(yīng)用基于所接收的校準(zhǔn)信號(hào)的信息來(lái)修正接收信號(hào)的另一部分的相位值。
商業(yè)上，本發(fā)明的實(shí)施例可以例如用于，在給定帶寬增加傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，從而擴(kuò)大蜂窩式電話/數(shù)據(jù)基站的性能而不是增加新的蜂窩站。在收發(fā)報(bào)機(jī)中，實(shí)施例可以用于在通過(guò)當(dāng)前的PLL系統(tǒng)不能獲取的級(jí)別實(shí)現(xiàn)復(fù)合高階調(diào)制/解調(diào)。此外，在用于接收機(jī)時(shí)，增加的調(diào)諧速度還能中斷和追蹤跳轉(zhuǎn)的頻率。在發(fā)射端，包括本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)射機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)的調(diào)諧比任何現(xiàn)有的接收機(jī)(PLL)所能檢測(cè)到的更快。對(duì)于涉及防衛(wèi)的應(yīng)用，這些實(shí)施例可以用于能夠進(jìn)行安全傳輸?shù)陌l(fā)射/接收(收發(fā)報(bào)機(jī))系統(tǒng)。
圖15是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的單一頻率雷達(dá)系統(tǒng)的整體原理框圖。這種雷達(dá)系統(tǒng)可以包括功率劃分器(例如PD1-PD6)，放大器，延遲線(例如DL1和DL2)，和I/Q解調(diào)器(IQD1-2)，以產(chǎn)生交叉極化和圓極化分量，如圖15所示。對(duì)于這種雷達(dá)應(yīng)用，此處所述信號(hào)產(chǎn)生器的頻譜純度和可重復(fù)行為可以使得描繪的雷達(dá)圖像具有更高的清晰度和精確度。特別地，包括如此處所述信號(hào)產(chǎn)生器10的實(shí)施方式的實(shí)施例可以用于提供圖15所示的OSC1和/或OSC2元件，以便于實(shí)現(xiàn)單一頻率或多頻率雷達(dá)系統(tǒng)。在多頻率應(yīng)用中，延遲線元件DL1和DL2可以基于當(dāng)前頻率實(shí)現(xiàn)為可變的和可選的。本發(fā)明的實(shí)施例還可以允許在多數(shù)應(yīng)用中具有更小更輕的封裝產(chǎn)品和/或展示PLL電路所不能的可重復(fù)行為。隨著數(shù)字技術(shù)和DAC的速度的增加，需要的外圍硬件減少，實(shí)施例可以變得更小。
在圖16中，本發(fā)明的實(shí)施例可以任意種方式實(shí)現(xiàn)，包括用任何可變頻率源代替DDS#1或按照關(guān)于DDS芯片/芯片組實(shí)施例所述實(shí)現(xiàn)修正結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在將對(duì)圖16所示的實(shí)施例的特性進(jìn)行說(shuō)明。
在圖16中，DDS#1可以用作DDS#2的可變時(shí)鐘源。在這個(gè)例子中，可以根據(jù)頻率需要，通過(guò)將DDS#1與300MHz混頻并濾波以獲得300MHz+/-DDS#1，產(chǎn)生該時(shí)鐘源。要注意的是，在本文檔中，所使用的這些頻率和部件僅僅是用于參考例子和清楚說(shuō)明；其它變體也是可能的。窄帶亂真(即不可濾波的)性能通過(guò)DDS#1的亂真性能和DDS#2的劃分比率(調(diào)諧命令)來(lái)確定。由DDS#1產(chǎn)生的輸出中的亂真分量的減少可以用以下公式表示輸出亂真＝DDS#1亂真-20logN(等式1)其中N＝DDS#2的劃分比率或2X/FTW，其中X是相位累加器的位數(shù)。
例如，DDS#1可以具有-75dBc亂真的最差情況；DDS#2的頻率調(diào)諧命令(FTW)可以是總分辨率的四分之一或者劃分比率為4。
輸出亂真＝-75-20log4＝-75-12＝-87dBc確定給定應(yīng)用所需的亂真性能會(huì)確定DDS#1的SFDR。一般地，DAC是亂真性能的最大貢獻(xiàn)者，并且可以特征化為如下dBc＝20log1/2N(等式2)其中N＝DAC的位數(shù)或者dBc≈-6×N因此，對(duì)于12位DAC，≈-6×12＝72dBc，而對(duì)于14位DAC，≈-6×14＝84dBc。
增加DAC的分辨率(位)和/或使用亂真減少技術(shù)，例如抖動(dòng)(dithering)，可以改善DAC亂真性能。可以使用抖動(dòng)(dithering)來(lái)減少單獨(dú)亂真信號(hào)響應(yīng)的振幅，但是抖動(dòng)也可以降低整體SFDR(噪音水平)，因?yàn)槎秳?dòng)在頻域中傳播噪聲/亂真。
變換的(混頻的)DDS#1頻率的輸出然后可以作為系統(tǒng)時(shí)鐘提供給DDS#2。DDS#2可以調(diào)諧到最優(yōu)(無(wú)亂真)點(diǎn)。然后可以通過(guò)改變DDS#1(用于DDS#2的SYSCLK)來(lái)改變輸出。
為了確定DDS#2的最優(yōu)點(diǎn)，要注意在DDS輸出中有兩個(gè)主要類(lèi)型的亂真信號(hào)響應(yīng)DAC誤差(例如非線性和量化誤差)和相位截?cái)鄟y真。相位截?cái)鄟y真最壞的情況如下。例如，如果相位位數(shù)(截?cái)嗪?是19，那么相位截?cái)嗾`差大約是19位×6.02≈114dBc。這種最壞情況條件(-114dBc)僅發(fā)生在截?cái)辔坏膯我晃荒Ｊ?。這種模式對(duì)MSB是1并且所有剩余位是零。如-114dBc的最壞情況所示，相位截?cái)嗖皇莵y真性能的主要原因，并且不被考慮。
亂真信號(hào)響應(yīng)的第二個(gè)來(lái)源是DAC誤差，包括量化誤差和DAC非線性。這些產(chǎn)生在基頻諧波處的亂真響應(yīng)會(huì)混入到信號(hào)帶寬中，并且是可預(yù)測(cè)和可再生的。
圖17說(shuō)明了依據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的寬帶信號(hào)產(chǎn)生方法1700。方法1700可以在一個(gè)實(shí)施例中例如實(shí)施為現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)中的邏輯。但是其它變體也是可能的。例如，方法1700可選地利用一系列由處理器、微處理器、微控制器或個(gè)人電腦執(zhí)行的編程指令或軟件，或者利用離散邏輯部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
如圖17所示，寬帶信號(hào)產(chǎn)生方法可以在模塊1705開(kāi)始。然后控制進(jìn)行到任務(wù)1710，接收輸出信號(hào)的請(qǐng)求(例如從用戶(hù)或從應(yīng)用的硬件或軟件部分)。該請(qǐng)求可以表示至少一個(gè)特定信號(hào)頻率。然后控制進(jìn)行到任務(wù)1715，基于請(qǐng)求的輸出信號(hào)頻率和時(shí)鐘源頻率確定劃分器的劃分比率。然后控制進(jìn)行到任務(wù)1720、1725和1730，其產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于在任務(wù)1715確定的劃分比率的至少一個(gè)控制信號(hào)(例如一個(gè)或多個(gè)控制字)，并基于該劃分比率從一組濾波器中選擇帶通濾波器。在一個(gè)實(shí)施例中，控制信號(hào)可以包括對(duì)頻率、相位偏移和/或振幅定標(biāo)的說(shuō)明。
然后控制可以進(jìn)行到任務(wù)1725，為它們相應(yīng)的劃分器提供控制信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，該任務(wù)可以通過(guò)將控制字加載(例如鎖存)到劃分器中相應(yīng)的寄存器中來(lái)完成。在至少一個(gè)實(shí)施例中，劃分器是依據(jù)此處所描述的合成器和信號(hào)產(chǎn)生器的DDS。任務(wù)1725也可以包括基于請(qǐng)求的頻率和/或依據(jù)該請(qǐng)求頻率選擇的相關(guān)值(例如頻率比率，時(shí)鐘源頻率，將被濾波或通過(guò)的信號(hào)頻率)選擇合適的濾波器(例如從濾波器167中)和/或切換位置。
然后控制可以進(jìn)行到任務(wù)1735，命令該至少一個(gè)劃分器開(kāi)始根據(jù)控制信號(hào)進(jìn)行操作。然后控制可以進(jìn)行到任務(wù)1740，依據(jù)新的控制信號(hào)改變合成器的頻率。然后控制可以進(jìn)行到任務(wù)1745，方法結(jié)束?？梢栽诒匾獣r(shí)重復(fù)方法1700并且可以按照需要重復(fù)多次以支持寬帶合成器的應(yīng)用。
圖18-23中所示的繪圖說(shuō)明了信號(hào)產(chǎn)生器20的實(shí)施例的模擬輸出的主頻率，包括主要由于DAC誤差(可以包括量化誤差和/或DAC非線性)帶來(lái)的亂真分量。這些繪圖也說(shuō)明了混淆(aliasing)并顯示了調(diào)諧DDS的最優(yōu)頻率。例如，消除DAC亂真響應(yīng)的最佳調(diào)諧點(diǎn)可以對(duì)應(yīng)于產(chǎn)生整數(shù)劃分值的DDS調(diào)諧命令。
圖18顯示了由至少一個(gè)劃分比率為2.990的實(shí)施例產(chǎn)生的輸出信號(hào)的理論繪圖，其中產(chǎn)生了亂真分量。圖19顯示了由至少一個(gè)劃分比率為2.999的實(shí)施例產(chǎn)生的輸出信號(hào)的理論繪圖，其中也產(chǎn)生了亂真分量，但是更接近基頻(即這些分量收斂到基頻)。圖20顯示了由至少一個(gè)劃分比率為3.000的實(shí)施例產(chǎn)生的輸出信號(hào)的理論繪圖。圖21顯示了由至少一個(gè)劃分比率為2.5000的實(shí)施例產(chǎn)生的輸出信號(hào)的理論繪圖。圖22顯示了由至少一個(gè)劃分比率為3.1000的實(shí)施例產(chǎn)生的輸出信號(hào)的理論繪圖。最后，圖23顯示了由至少一個(gè)劃分比率為6.1991的實(shí)施例產(chǎn)生的輸出信號(hào)的理論繪圖。
圖20顯示了一個(gè)偶整數(shù)劃分值(例如劃分比率＝3.000)。這樣的比率將是第二(即，最后的)DDS的最優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗袌D像分量都隱藏在基頻之下。這個(gè)條件允許在不影響后面DDS(例如DDS#2)在其當(dāng)前狀態(tài)的SFDR的情況下對(duì)上游DDS(例如DDS#1)進(jìn)行調(diào)諧和/或調(diào)制，其產(chǎn)生純凈無(wú)亂真的輸出。被基頻隱藏的亂真分量可以是由該同步離散系統(tǒng)產(chǎn)生的任意的但是確定性的相位，并且它們不會(huì)導(dǎo)致在奈奎斯特頻帶中產(chǎn)生明顯的振幅變化。
再回來(lái)參照?qǐng)D18，可以發(fā)現(xiàn)，隨著劃分比率接近整數(shù)值，亂真分量向基頻收斂。圖20的繪圖顯示了當(dāng)亂真分量直接位于載波以下時(shí)的無(wú)亂真性能。第二最優(yōu)情況是如圖21所示的調(diào)諧命令產(chǎn)生整數(shù)+/-0.5時(shí)。這種情況在0.5和1.5倍輸出頻率處產(chǎn)生了亂真分量，主要是由于DAC誤差。例如，顯示在下面繪圖的第三亂真分量是基頻的二次諧波。因?yàn)檫@種情況的亂真位置是可預(yù)測(cè)的，可以根據(jù)實(shí)施的說(shuō)明、帶寬和濾波來(lái)使用這種比率。
第三個(gè)選項(xiàng)是第二種情況的擴(kuò)展。這可以通過(guò)對(duì)產(chǎn)生整數(shù)+/-0.1，+/-0.2，+/-0.3或+/-0.4的調(diào)諧命令進(jìn)行編程來(lái)完成。下面的表3有助于預(yù)測(cè)這種情況的亂真位置(如圖22的例子所示)。

表3可以利用這些實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的進(jìn)一步的情況是，如圖23所示，需要額外的濾波和頻率計(jì)劃。這種情況可以通過(guò)特征化使用的特定DDS和DAC，并且基于DAC特征化選擇認(rèn)為無(wú)亂真的頻帶來(lái)獲得，如圖23所示。這種情況嚴(yán)重依賴(lài)于性能標(biāo)準(zhǔn)、DAC特征化和濾波。然而這種情況會(huì)產(chǎn)生與以上結(jié)構(gòu)相比更窄的輸出頻帶，但仍然能夠比現(xiàn)有的單一DDS結(jié)構(gòu)有提高。
通過(guò)使用如圖18-23所示的繪圖和上表3，我們能夠總結(jié)出DDS#2的最優(yōu)點(diǎn)(按順序)如下●DDS#2設(shè)置為整數(shù)值(CLK/頻率調(diào)諧字＝整數(shù))●DDS#2設(shè)置為整數(shù)值+/-0.5(2.5，3.5，4.5，....N.5)●DDS#2設(shè)置為整數(shù)值+/-0.1，+/-0.2，+/-0.3或+/-0.4●基于DDS和DAC特征化的隨機(jī)(觀察的)最優(yōu)調(diào)諧點(diǎn)。
雖然已經(jīng)參照特定說(shuō)明的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但是這里所用的詞語(yǔ)是說(shuō)明性詞語(yǔ)，而不是限制性詞語(yǔ)。在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，不脫離此處所公開(kāi)的本發(fā)明的范圍和精神，可以做出改變。雖然這里已經(jīng)參照特定的結(jié)構(gòu)、行為和材料描述了特定的實(shí)施例，但是本發(fā)明并不限于該特定的公開(kāi)，而是可以以廣泛的各種形式來(lái)實(shí)施，其中一些可以與所公開(kāi)的實(shí)施例有很大差異和/或缺少其它實(shí)施例的某些方面或優(yōu)點(diǎn)，如所附權(quán)利要求所概括的范圍。
權(quán)利要求
1.一種信號(hào)產(chǎn)生器，包括時(shí)鐘產(chǎn)生器，包括配置成基于時(shí)鐘源信號(hào)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的第一直接數(shù)字合成器(DDS)，和與時(shí)鐘產(chǎn)生器相連的時(shí)鐘劃分器，時(shí)鐘劃分器包括第二DDS，其中時(shí)鐘劃分器配置成基于(1)時(shí)鐘信號(hào)和(2)指示劃分比率的控制信號(hào)產(chǎn)生劃分信號(hào)；和與時(shí)鐘劃分器相連的多個(gè)可選濾波器，該多個(gè)可選濾波器配置成基于劃分信號(hào)產(chǎn)生濾波信號(hào)，其中基于劃分比率從多個(gè)可選濾波器中進(jìn)行選擇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的信號(hào)產(chǎn)生器，其中時(shí)鐘產(chǎn)生器包括與時(shí)鐘劃分器相連接并配置成基于時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生變換信號(hào)的頻率變換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的信號(hào)產(chǎn)生器，其中頻率變換器包括混頻器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的信號(hào)產(chǎn)生器，其中頻率變換器包括具有本地振蕩器輸入的混頻器，并且其中混頻器配置成基于時(shí)鐘源信號(hào)在本地振蕩器輸入接收信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的信號(hào)產(chǎn)生器，進(jìn)一步包括頻率變換器，其與多個(gè)可選濾波器中的至少一個(gè)相連接，并且配置成基于濾波信號(hào)產(chǎn)生變換信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的信號(hào)產(chǎn)生器，其中頻率比率是至少2且小于3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的信號(hào)產(chǎn)生器，其中時(shí)鐘劃分器包括第三DDS，配置成基于(1)時(shí)鐘信號(hào)和(2)指示第二劃分比率的第二控制信號(hào)產(chǎn)生第二劃分信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的信號(hào)產(chǎn)生器，其中在多個(gè)可選濾波器中的選擇基于用戶(hù)選擇的頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的信號(hào)產(chǎn)生器，其中多個(gè)可選濾波器包括1/N倍頻帶濾波器組，其中N是大于零的整數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的信號(hào)產(chǎn)生器，其中多個(gè)可選濾波器中的至少兩個(gè)具有不同帶寬。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的信號(hào)產(chǎn)生器，進(jìn)一步包括與時(shí)鐘劃分器相連接的第二時(shí)鐘劃分器，該第二時(shí)鐘劃分器包括第三DDS，其中第二時(shí)鐘劃分器配置成基于(1)濾波信號(hào)和(2)指示第二劃分比率的第二控制信號(hào)產(chǎn)生劃分信號(hào)。
12.一種信號(hào)產(chǎn)生器，包括配置成產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的可調(diào)諧時(shí)鐘產(chǎn)生器，和與可調(diào)諧時(shí)鐘產(chǎn)生器相連的時(shí)鐘劃分器，時(shí)鐘劃分器包括直接數(shù)字合成器，其中時(shí)鐘劃分器配置成基于(1)時(shí)鐘信號(hào)和(2)指示劃分比率的控制信號(hào)產(chǎn)生劃分信號(hào)；和與時(shí)鐘劃分器相連的多個(gè)可選濾波器，該多個(gè)可選濾波器配置成基于劃分信號(hào)產(chǎn)生濾波信號(hào)，其中基于劃分比率從多個(gè)可選濾波器中進(jìn)行選擇。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的信號(hào)產(chǎn)生器，進(jìn)一步包括與可調(diào)諧時(shí)鐘產(chǎn)生器相連接并配置成基于時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生第二劃分信號(hào)的第二時(shí)鐘劃分器；和其中第二劃分器包括直接數(shù)字合成器并配置成基于指示第二劃分比率的第二控制信號(hào)產(chǎn)生第二劃分信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的信號(hào)產(chǎn)生器，其中多個(gè)可選濾波器與第二時(shí)鐘劃分器相連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的信號(hào)產(chǎn)生器，進(jìn)一步包括與時(shí)鐘劃分器和第二劃分器相連接的切換器，并配置成從劃分的和第二劃分信號(hào)中選擇一個(gè)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的信號(hào)產(chǎn)生器，其中時(shí)鐘劃分器和第二時(shí)鐘劃分器中的至少一個(gè)包括頻率變換器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的信號(hào)產(chǎn)生器，其中至少一個(gè)頻率變換器是混頻器。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的信號(hào)產(chǎn)生器，其中可調(diào)諧時(shí)鐘產(chǎn)生器包括直接信號(hào)合成器。
19.根據(jù)權(quán)利要求13的信號(hào)產(chǎn)生器，其中至少一個(gè)直接數(shù)字合成器預(yù)配置成響應(yīng)于接收時(shí)鐘源信號(hào)而以預(yù)定頻率輸出各自的劃分信號(hào)。
20.一種信號(hào)產(chǎn)生方法，所述方法包括接收指示頻率的請(qǐng)求；基于所指示頻率和時(shí)鐘源信號(hào)的頻率確定劃分比率；產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于劃分比率的控制信號(hào)；基于劃分比率從一組濾波器中選擇帶通濾波器；基于控制信號(hào)以所指示頻率產(chǎn)生具有主分量的輸出信號(hào)；和利用所選擇的帶通濾波器對(duì)輸出信號(hào)濾波以通過(guò)主分量。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的信號(hào)產(chǎn)生方法，其中產(chǎn)生輸出信號(hào)包括將控制字和基于時(shí)鐘源信號(hào)的信號(hào)提供給直接數(shù)字合成器(DDS)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的信號(hào)產(chǎn)生方法，其中產(chǎn)生輸出信號(hào)包括以至少為2但小于3的比率劃分基于時(shí)鐘源信號(hào)的信號(hào)。
23.根據(jù)權(quán)利要求20的信號(hào)產(chǎn)生方法，其中產(chǎn)生輸出信號(hào)包括以2.5的比率劃分基于時(shí)鐘源信號(hào)的信號(hào)。
24.一種產(chǎn)生信號(hào)的方法，所述方法包括使用第一直接數(shù)字合成器(DDS)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；使用第二DDS產(chǎn)生基于時(shí)鐘信號(hào)的信號(hào)，并且其具有的頻率基本等于時(shí)鐘信號(hào)的一半。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的產(chǎn)生信號(hào)的方法，所述方法進(jìn)一步包括將相位偏移值提供給第二DDS。
26.一種產(chǎn)生信號(hào)的方法，所述方法包括將第一信號(hào)提供給直接數(shù)字合成器(DDS)的時(shí)鐘輸入；使用DDS產(chǎn)生基于第一信號(hào)的輸出信號(hào)，并且其具有的頻率基本等于時(shí)鐘信號(hào)的一半。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的產(chǎn)生信號(hào)的方法，所述方法進(jìn)一步包括將相位偏移值提供給DDS。
28.一種產(chǎn)生信號(hào)的方法，所述方法包括使用直接數(shù)字合成器(DDS)產(chǎn)生具有預(yù)期頻率分量和亂真頻率分量的輸出信號(hào)；監(jiān)控亂真頻率分量的強(qiáng)度；和基于所述監(jiān)控結(jié)果改變DDS的相位偏移值。
29.一種信號(hào)分析方法，所述方法包括將接收機(jī)調(diào)節(jié)到多個(gè)頻率；和在多個(gè)頻率的每一個(gè)頻率，檢測(cè)與接收信號(hào)強(qiáng)度相關(guān)的信息，其中所述的將接收機(jī)調(diào)節(jié)到多個(gè)頻率包括產(chǎn)生本地振蕩器信號(hào)，和改變本地振蕩器信號(hào)的頻率，其中所述產(chǎn)生本地振蕩器信號(hào)包括基于時(shí)鐘源信號(hào)和第一劃分比率產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，和基于時(shí)鐘信號(hào)和第二劃分比率產(chǎn)生劃分信號(hào)，其中所述改變本地振蕩器信號(hào)的頻率包括改變時(shí)鐘信號(hào)頻率、第一劃分比率和第二劃分比率中的至少一個(gè)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的信號(hào)分析方法，所述方法進(jìn)一步包括濾波基于第二劃分比率的劃分信號(hào)。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的信號(hào)分析方法，其中所述調(diào)節(jié)接收器包括將射頻輸入信號(hào)和基于劃分信號(hào)的信號(hào)混頻。
32.根據(jù)權(quán)利要求29的信號(hào)分析方法，其中所述檢測(cè)信息包括選擇接收器的帶寬并在該帶寬內(nèi)檢測(cè)與接收信號(hào)強(qiáng)度相關(guān)的信息。
33.根據(jù)權(quán)利要求29的信號(hào)分析方法，其中所述檢測(cè)信息包括檢測(cè)接收信號(hào)的包絡(luò)。
34.根據(jù)權(quán)利要求29的信號(hào)分析方法，其中所述信息基于接收信號(hào)的包絡(luò)。
35.根據(jù)權(quán)利要求29的信號(hào)分析方法，所述方法進(jìn)一步包括顯示在多個(gè)頻率中的每一個(gè)頻率檢測(cè)的信息。
36.根據(jù)權(quán)利要求29的信號(hào)分析方法，其中所述顯示包括給出接收信號(hào)的強(qiáng)度和頻率之間的關(guān)系的圖形表示。
37.根據(jù)權(quán)利要求29的信號(hào)分析方法，所述方法進(jìn)一步包括基于檢測(cè)信息確定相位噪聲的測(cè)量。
38.一種信號(hào)分析方法，包括以第一頻率產(chǎn)生第一本地振蕩器信號(hào)；基于第一本地振蕩器信號(hào)和將被分析的信號(hào)得到第一中間頻率信號(hào)；檢測(cè)與將被分析的信號(hào)的至少一部分的強(qiáng)度相關(guān)的、基于第一中間頻率信號(hào)的第一信息；以與第一頻率不同的第二頻率產(chǎn)生第二本地振蕩器信號(hào)；基于第二本地振蕩器信號(hào)和將被分析的信號(hào)得到第二中間頻率信號(hào)；和檢測(cè)與將被分析的信號(hào)的至少一部分的強(qiáng)度相關(guān)的、基于第二中間頻率信號(hào)的第二信息；其中所述產(chǎn)生第一本地振蕩器信號(hào)包括基于第一時(shí)鐘源信號(hào)和第一劃分比率產(chǎn)生第一時(shí)鐘信號(hào)；和基于第一時(shí)鐘信號(hào)和第二劃分比率產(chǎn)生第一劃分信號(hào)；其中所述產(chǎn)生第二本地振蕩器信號(hào)包括基于第二時(shí)鐘源信號(hào)和第三劃分比率產(chǎn)生第二時(shí)鐘信號(hào)；和基于第二時(shí)鐘信號(hào)和第四劃分比率產(chǎn)生第二劃分信號(hào)。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的信號(hào)分析方法，所述方法進(jìn)一步包括基于第一和第二信息給出接收信號(hào)的強(qiáng)度和頻率之間關(guān)系的圖形表示。
40.根據(jù)權(quán)利要求38的信號(hào)分析方法，其中得到第一中間頻率信號(hào)包括將第一本地振蕩器信號(hào)和將被分析的信號(hào)混頻。
41.一種信號(hào)分析器，包括包括本地振蕩器的接收機(jī)；和與接收機(jī)的輸出相連接的檢測(cè)器，其中所述本地振蕩器包括時(shí)鐘產(chǎn)生器，包括配置成基于時(shí)鐘源信號(hào)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的第一直接數(shù)字合成器，和時(shí)鐘劃分器，包括配置成基于時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生劃分信號(hào)的第二直接數(shù)字合成器。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的信號(hào)分析器，其中所述接收機(jī)包括頻率變換器，其配置成輸出基于射頻輸入信號(hào)和本地振蕩器的輸出的中間頻率信號(hào)。
43.根據(jù)權(quán)利要求41的信號(hào)分析器，其中所述檢測(cè)器包括包絡(luò)檢測(cè)器。
44.根據(jù)權(quán)利要求41的信號(hào)分析器，其中所述檢測(cè)器配置成接收基于具有可調(diào)帶寬的濾波器的輸出的信號(hào)。
45.根據(jù)權(quán)利要求41的信號(hào)分析器，所述分析器進(jìn)一步包括視頻顯示器，其配置成顯示接收信號(hào)的強(qiáng)度和頻率之間關(guān)系的圖形表示。
46.一種調(diào)制方法，所述方法包括產(chǎn)生射頻信號(hào)；用第一信息信號(hào)調(diào)制射頻信號(hào)；用第二信息信號(hào)調(diào)制射頻信號(hào)的正交形式；和基于調(diào)制射頻信號(hào)和調(diào)制正交形式獲得調(diào)制載波，其中所述產(chǎn)生射頻信號(hào)包括基于時(shí)鐘源信號(hào)和第一劃分比率產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；和基于時(shí)鐘信號(hào)和第二劃分比率產(chǎn)生劃分信號(hào)。
47.一種解調(diào)方法，所述方法包括產(chǎn)生射頻信號(hào)；將接收信號(hào)和射頻信號(hào)混頻；和將接收信號(hào)和射頻信號(hào)的正交形式混頻，其中所述產(chǎn)生射頻信號(hào)包括基于時(shí)鐘源信號(hào)和第一劃分比率產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；和基于時(shí)鐘信號(hào)和第二劃分比率產(chǎn)生劃分信號(hào)。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的解調(diào)方法，所述方法進(jìn)一步包括應(yīng)用基于接收信號(hào)一部分的信息以修正基于接收信號(hào)另一部分的相位值。
49.一種譜分析器，包括包括至少兩個(gè)電性串連的直接數(shù)字合成器(DDS)的本地振蕩器，所述DDS合成器的一個(gè)根據(jù)劃分比率劃分由另一個(gè)DDS產(chǎn)生的輸出信號(hào)的頻率，以便產(chǎn)生所述本地振蕩器的輸出信號(hào)，混頻器電路，用于結(jié)合所述本地振蕩器輸出和被測(cè)試信號(hào)以產(chǎn)生表示所述測(cè)試信號(hào)在本地振蕩器頻率處的強(qiáng)度的中間頻率信號(hào)。
50.一種譜分析器，包括用于產(chǎn)生可調(diào)諧輸出信號(hào)的可調(diào)諧本地振蕩器，所述本地振蕩器包括參照DDS產(chǎn)生器，接收參照時(shí)鐘信號(hào)并產(chǎn)生具有在時(shí)鐘頻率的所選片斷頻率的輸出信號(hào)，多個(gè)第二DDS產(chǎn)生器，每個(gè)接收第一DDS的輸出信號(hào)作為參照時(shí)鐘信號(hào)并且每個(gè)預(yù)配置為產(chǎn)生與至少另一個(gè)所述第二DDS產(chǎn)生器的輸出頻率不同的輸出頻率，切換器，與所述第二DDS產(chǎn)生器相連接，用于響應(yīng)于控制信號(hào)選擇所述第二DDS產(chǎn)生器中一個(gè)的輸出，和頻率變換器，接收所述本地振蕩器(LO)輸出信號(hào)和射頻(RF)信號(hào)，并基于所述LO信號(hào)和RF信號(hào)產(chǎn)生中間頻率(IF)信號(hào)。
51.權(quán)利要求50的譜分析器，其中所述頻率變換器包括混頻器。
52.權(quán)利要求50的譜分析器，其中所述頻率變換器包括乘法器。
53.權(quán)利要求50的譜分析器，其中所述頻率變換器包括上變頻器。
54.權(quán)利要求50的譜分析器，其中所述頻率變換器包括下變頻器。
55.一種信號(hào)產(chǎn)生器，包括參照DDS產(chǎn)生器，接收參照時(shí)鐘信號(hào)并產(chǎn)生在時(shí)鐘頻率的所選片斷頻率的輸出信號(hào)，多個(gè)第二DDS產(chǎn)生器，每個(gè)接收第一DDS的輸出信號(hào)作為參照時(shí)鐘信號(hào)并且每個(gè)預(yù)配置為產(chǎn)生與至少另一個(gè)所述第二DDS產(chǎn)生器的輸出頻率不同的輸出頻率，切換器，與所述第二DDS產(chǎn)生器相連接，用于響應(yīng)于控制信號(hào)選擇所述第二DDS產(chǎn)生器中一個(gè)的輸出。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的寬帶信號(hào)產(chǎn)生器，包括可變頻率源和直接數(shù)字合成器。還公開(kāi)了本地振蕩器，信號(hào)分析器，調(diào)制器，解調(diào)器，和其它包括一個(gè)或多個(gè)這種產(chǎn)生器的儀器。
文檔編號(hào)G06F1/03GK1700590SQ20041008227
公開(kāi)日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2004年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月7日
發(fā)明者P·K·W·哈丁, D·S·哈代 申請(qǐng)人:水星計(jì)算機(jī)系統(tǒng)公司