頻率合成裝置和方法【專利摘要】本發(fā)明涉及一種頻率合成裝置(100)，至少包括：第一模塊(102，104，106，108，110，112)，其用于產(chǎn)生頻率為f1的周期信號；第二和第三模塊(114，116)，其與所述第一模塊連接，并且用于接收所述頻率為f1的周期信號作為輸入，以及產(chǎn)生對應(yīng)于頻率大體上等于N.f1的振蕩串的信號SG，所述信號SG的持續(xù)時間少于T1＝1/f1并且以頻率f1周期性地重復(fù)，其中，N為大于1的整數(shù)；以及第四模塊(118)，其用于由所述信號SG產(chǎn)生其頻譜包括頻率為f2＝(N+i).f1的主頻率譜線的周期信號，其中，i為整數(shù)?！緦＠f明】頻率合成裝置和方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及一種用于由低頻信號提供預(yù)定頻率的穩(wěn)定信號的頻率合成裝置和方法。本發(fā)明還涉及一種用于發(fā)射和/或接收信號的裝置，該裝置例如在射頻(RF)范圍內(nèi)運(yùn)行，包括用于輸出穩(wěn)定周期信號的這樣一種頻率合成裝置。【
背景技術(shù)：
】[0002]頻率合成裝置用于提供頻率穩(wěn)定的信號，旨在用于例如RF通信系統(tǒng)中。通過這種方式，在信號傳輸期間，包含待發(fā)送信息的信號可以被所述頻率穩(wěn)定信號所調(diào)制，該頻率穩(wěn)定信號充當(dāng)用于輸運(yùn)信息的載波信號。[0003]在這種情況下，所進(jìn)行的頻率合成限定了傳輸載波頻率的值。在信號接收期間，頻率合成使得有可能提供這一頻率穩(wěn)定信號以對所接收到的信息進(jìn)行解調(diào)。[0004]例如在載波頻率傳輸/接收系統(tǒng)中所使用的頻率合成裝置10的實(shí)施例的第一示例如圖1所示。[0005]裝置10包括輸出正弦信號的壓控振蕩器(VCO)12，其中，振蕩頻率由施加到振蕩器12的輸入端的電壓來控制。振蕩器12被實(shí)施為使得:其可以輸出由包括裝置10的通信系統(tǒng)所使用的頻帶中的振蕩信號。[0006]振蕩器12被認(rèn)為輸出具有頻率的正弦信號。[0007]僅由振蕩器12所提供的輸出信號在RF頻帶和微波頻帶是不穩(wěn)定的，隨時間而漂移，并且具有高的頻譜雜質(zhì)(相位噪聲)。因此，需要通過將相位鎖定(例如，通過設(shè)置或者同步)在與由工作在較低頻率(通常在MHz范圍內(nèi))的例如很高質(zhì)量的諧振器(比如，石英諧振器)所提供的頻率穩(wěn)定信號完全相同的相位上，來使該輸出信號關(guān)于頻率穩(wěn)定。[0008]為了鎖定由振蕩器12所輸出的信號相位并且因而使這個信號的振蕩頻率穩(wěn)定，振蕩器12被鎖相環(huán)(PLL)控制。該鎖相環(huán)包括多個串聯(lián)連接的分頻器(表示為圖1中標(biāo)記為14的單個元件的形式)，并且用于一起將由振蕩器12所輸出的信號的頻率除以整數(shù)或分?jǐn)?shù)N。[0009]在分頻器14的輸出端處，得到一頻率為f/N的周期信號，然后該周期信號與很穩(wěn)定的參考周期信號(比如，由石英諧振器16所提供的具有頻率f_rtz的信號)進(jìn)行比較，分頻器14被實(shí)施為使得:所得到的因子N使得頻率f/N能夠接近于頻率f_rtz。這兩個信號被相位比較器18(或者相位頻率檢測器PFD)所比較，相位比較器18生成與這兩個信號之間測得的相位差成比例的輸出信號，其中，其值根據(jù)V^fquartz的符號為正或者為負(fù)。該輸出信號作為輸入被發(fā)送到電荷泵電路和濾波器20，電荷泵電路和濾波器20輸出一施加到振蕩器12的控制輸入端的信號，用于調(diào)節(jié)其振蕩頻率，使得一旦f/N=fquartz,回路穩(wěn)定。[0010]憑借這樣的頻率合成裝置20，由振蕩器12所輸出的頻率為的信號的頻率穩(wěn)定性、信號隨時間的漂移以及其頻譜雜質(zhì)本質(zhì)上取決于由諧振器16所提供的頻率為f_rtz的參考信號的特性和分頻器14的分頻等級。另外，由裝置10所合成的頻率也取決于振蕩器12的振蕩頻率范圍:[0011]foscmin<N*fquartZ<foscmax[0012]foSC;miri和f()S_￡分別為振蕩器12的最小和最大振蕩頻率。[0013]例如，振蕩器12以差分交叉對(與負(fù)電阻連接的諧振器)的形式實(shí)施。分頻器14根據(jù)其位于到達(dá)較低頻率的鏈的起點(diǎn)處(接近頻率即，在振蕩器12的終點(diǎn)處)還是位于該鏈的終點(diǎn)處(接近于頻率fquartz，即，在相位頻率檢測器18的終點(diǎn)處)而使用各種架構(gòu)。在高頻下，分頻器使用電流模式邏輯(CML)型電路或者注入鎖定分頻器(ILFD)型電路。在較低頻率下運(yùn)行的分頻器僅使用數(shù)值計數(shù)型架構(gòu)。充當(dāng)分頻器14的電路可以是可編程的，以使得由裝置10所合成的頻率的值經(jīng)由對N值的選擇是可編程的(因此是f_rtz的倍數(shù))，的值取決于諧振器16的類型，因而是不可編程的。[0014]這種類型的頻率合成裝置10包含一主要缺點(diǎn):當(dāng)fquartz和之間的差別很大時，考慮到大的N值，要使用長鏈分頻器14。在高頻下運(yùn)行的第一分頻器(在振蕩器12的終點(diǎn)處的分頻器)具有高的靜電消耗。另外，當(dāng)?shù)谝环诸l器使用ILFD型架構(gòu)時，在這種情況下，其使用占據(jù)大的電路面積的諧振元件(電感器或傳輸線)。[0015]此外，PLL使用在振蕩器12的振蕩頻率上起作用的反饋。然而，該反饋可引起PLL中的不穩(wěn)定性(對頻率的不鎖定)，因為該回路在高頻下運(yùn)行。[0016]在高載波頻率傳輸/接收系統(tǒng)(RF范圍)中所使用的頻率合成裝置30的實(shí)施例的第二示例如圖2所示。[0017]相對于上述裝置10，該第二頻率合成裝置30使用一相反的方式，該方式包括倍增參考頻率fquartz直到得到要求的頻率f\。如圖2所示，這樣的裝置30包括:例如與上述裝置10的諧振器類似的諧振器16，其輸出頻率為fquartz的參考穩(wěn)定信號。該信號被施加到一系列等級為N的倍頻器電路32(在圖2中以單個元件的形式示出)的輸入端，這些倍頻器32用于輸出頻率=N.fquartz的信號。[0018]裝置30不包括振蕩器或鎖相環(huán)。第一倍頻器電路32(位于諧振器16端的倍頻器電路)在低頻下運(yùn)行并且使用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值架構(gòu)。另一方面，位于鏈的終點(diǎn)處的倍頻器電路32在高頻下運(yùn)行兵器使用次諧波鎖定架構(gòu)，或者利用“推-推”、失真、諧波放大或其他技術(shù)。在頻率合成裝置30的輸出端處得到的頻率為的信號的穩(wěn)定性和純度(相位噪聲)本質(zhì)上取決于由諧振器16所提供的穩(wěn)定參考信號的特性和倍頻等級N。[0019]當(dāng)倍頻等級N高時(這是對于包括在RF通信系統(tǒng)中的頻率合成裝置的情形)，需要使用大量的倍頻器電路以產(chǎn)生鏈32，從而引起高損耗和占用大的電路面積。另外，不存在可編程的倍頻器電路，致使等級N固定，并且不允許裝置30以可編程的方式來合成頻率。[0020]在高載波頻率傳輸/接收系統(tǒng)(RF)中所使用的頻率合成裝置40的實(shí)施例的第三示例如圖3所示。[0021]裝置40的架構(gòu)包括上述頻率合成裝置10和30的結(jié)合。第一頻率合成通過與裝置10的架構(gòu)類似的架構(gòu)(利用等效于裝置10的元件12，14，16，18,20的元件)在頻率處進(jìn)行。然后，頻率為的信號被一系列等級為K的倍頻器電路42所倍增，以得到頻率f2=K.fj=K.N.fquartz的細(xì)出?η可。[0022]這樣的裝置40具有以下優(yōu)點(diǎn):能夠合成可編程的頻率(經(jīng)由對參數(shù)N的編程)，以及能夠增加用于在輸出端處得到的頻率的值。用于合成的頻率為:[0023]foscmin<N.K.fquartz<foscmax[0024]雖然頻率合成裝置40解決了頻率合成裝置10和30的某些缺點(diǎn)，但是由于在所述裝置的輸出端處要得到的載波頻率值與用于由穩(wěn)定諧振器(比如，石英諧振器)所提供的相對低的頻率之間的主要差異，所有這些頻率合成裝置都包括利用完整鏈的高等級(用于幾百或者幾千范圍內(nèi)的N和K)分頻器和/或倍頻器這一缺點(diǎn)。[0025]然而，這些完整的分頻器或倍頻器電路鏈具有高的電消耗并且占據(jù)大的電路面積?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0026]本發(fā)明的一個目的在于提供一種新型的頻率合成裝置，其不包括上述現(xiàn)有技術(shù)中的頻率合成裝置的缺點(diǎn)。[0027]為此，本發(fā)明涉及一種頻率合成裝置，至少包括:[0028]第一模塊，其用于產(chǎn)生頻率為的周期信號；[0029]第二模塊，其用于產(chǎn)生其中心頻率fe等于N.的周期脈沖信號，其中，N為大于I的整數(shù)；[0030]第三模塊，其與所述第一模塊和所述第二模塊連接，并且用于接收所述頻率為的周期信號作為輸入，并且用于僅在所述頻率為的周期信號的每個周期的一部分上對所述第二模塊的周期脈沖信號的產(chǎn)生進(jìn)行衰減；以及[0031]第四模塊，用于使用由所述第二模塊所輸出的所述周期脈沖信號來產(chǎn)生頻率為f2=(N+i).f\的周期信號(例如，正弦信號)，其中，i為整數(shù)。[0032]本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種頻率合成裝置，包括至少:[0033]第一模塊，或者第一發(fā)生器，其用于產(chǎn)生頻率為的周期信號；[0034]第二和第三模塊，或者第二發(fā)生器，其與所述第一模塊連接，并且用于接收所述頻率為的周期信號作為輸入，并且用于產(chǎn)生對應(yīng)于頻率大體上等于N.的振蕩串或振蕩組的信號Se，所述信號Sg的時間少于T1=Uf1并且以頻率周期性地重復(fù)，其中，N為大于I的整數(shù)；以及[0035]第四模塊，或者第三發(fā)生器，其用于由所述信號Se產(chǎn)生其頻譜包括頻率為&=(N+i).f\的主譜線的周期信號(例如，正弦信號)，其中i為整數(shù)。[0036]這樣的裝置用于進(jìn)行在頻率和噪聲方面穩(wěn)定的頻率合成。該裝置基于信號的倍頻，更具體地，使用低頻來產(chǎn)生以較高頻率為中心的復(fù)雜周期信號以及隨后的頻率恢復(fù)，以獲得在頻率方面穩(wěn)定的信號。實(shí)際上，例如經(jīng)由第三模塊對第二模塊的控制，第二和第三模塊產(chǎn)生周期脈沖信號，該周期脈沖信號的中心頻率為第一產(chǎn)生信號的頻率的倍數(shù)。第三模塊可將第二模塊操作為在頻率下運(yùn)行的控制開關(guān)。這樣，由第二模塊和第三模塊輸出的信號(例如，該信號對應(yīng)于正弦脈沖信號，或者更一般地，一對應(yīng)于頻率基本上等于N.的振蕩串的信號，該信號的時間少于T1=Uf1并且在頻率處周期性地重復(fù)，其中N為大于I的整數(shù))的頻譜包括多個大約以中心頻率fe=N.fi為中心并且間隔為的譜線。然后，第四模塊用于在該頻譜中恢復(fù)所尋求的譜線，并且產(chǎn)生穩(wěn)定周期信號，例如，中心頻率為f2=(N+i).的正弦信號或者具有大體上正弦曲線形狀的信號。[0037]因此，根據(jù)本發(fā)明的裝置用于使用低頻信號(頻率f\)和由第二和第三模塊所形成的高頻脈沖發(fā)生器來進(jìn)行高頻合成(f2)。[0038]根據(jù)本發(fā)明的裝置用于在輸出的頻率f\和頻率f2之間進(jìn)行高階倍頻而不涉及現(xiàn)有技術(shù)中的倍頻的缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的裝置不使用在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的某些頻率合成裝置中所使用的傳統(tǒng)倍頻器鏈，因此具有減少頻率合成裝置的損耗和尺寸的優(yōu)點(diǎn)。另外，合成的頻率通過對參數(shù)N和i的編程是可編程的。[0039]因此，相對于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)包括有長的倍頻器鏈或分頻器鏈的頻率合成裝置，根據(jù)本發(fā)明的裝置具有減少裝置的電力消耗的優(yōu)點(diǎn)，從而提高了關(guān)于相位噪聲和運(yùn)行頻率范圍所進(jìn)行的頻率合成的性能，還減小了裝置設(shè)計的復(fù)雜性。[0040]根據(jù)本發(fā)明的頻率合成裝置不需要長的分頻器鏈(長的分頻器鏈導(dǎo)致高消耗和大的占用面積)，或者不需要在高頻下運(yùn)行的PLL(在高頻下運(yùn)行的PLL導(dǎo)致高頻下的不穩(wěn)定性)。[0041]由第四模塊輸出的信號可對應(yīng)于周期信號，該周期信號的頻譜包括為的倍頻的譜線，并且主譜線(在該組譜線中顯示處最大的振幅)在頻率f2=(N+i)f\處。[0042]本發(fā)明還涉及一種頻率合成裝置，包括至少:[0043]用于產(chǎn)生頻率為的周期信號的模塊；[0044]用于由所述頻率為的周期信號來產(chǎn)生中心頻率fe等于N.的周期脈沖信號的模塊，其中N為大于I的整數(shù)，該周期脈沖信號在頻率為的周期信號的周期的一部分上周期性地具有O值；以及[0045]用于由所述中心頻率fe等于N.fi的周期脈沖信號產(chǎn)生頻率為f2=(N+i).^的周期信號(例如，正弦信號)的模塊，其中，i為整數(shù)。[0046]第二模塊可包括至少一個壓控振蕩器，其自由振蕩范圍包括所述中心頻率fe(即，N.f\)，N的值可選地取決于被施加到壓控振蕩器的輸入端處的第一控制電壓的值。所述自由振蕩范圍可被限定為用于由取決于所述第一控制電壓的壓控振蕩器所達(dá)到的最小頻率與最大頻率之間的頻率范圍。[0047]第三模塊可用于以另一頻率為的周期信號的形式產(chǎn)生第二模塊的電源電壓，其中循環(huán)比可小于I。[0048]第三模塊可包括至少一個開關(guān)，該至少一個開關(guān)被連接到第二模塊的電源輸入端，并且用于受控于要被第一模塊產(chǎn)生的所述頻率為的周期信號。[0049]第三模塊可包括至少一個開關(guān)，該至少一個開關(guān)被連接到振蕩器的電源輸入端，并且用于受控于所述頻率為的周期信號，以使得所述至少一個開關(guān)僅在每個周期T1的一部分期間產(chǎn)生非零振蕩器電源電壓。[0050]第三模塊可包括至少一個開關(guān)，該至少一個開關(guān)被連接到振蕩器的輸出端，并且用于受控于所述頻率為的周期信號，以使得所述至少一個開關(guān)在每個周期T1的一部分期間斷開所述振蕩器的輸出端與所述第四模塊的輸入端之間的電連接。[0051]第四模塊可包括至少一個注入鎖定振蕩器，該注入鎖定振蕩器旨在將由第二模塊所產(chǎn)生的中心頻率為fe的周期脈沖信號(其在頻率f2處被周期性地中斷)或者信號Se接收為輸入信號，并且至少被周期性地鎖定在所述頻率f2，i的值取決于要被施加到所述注入鎖定振蕩器的輸入端處的第二控制電壓的值。這個/這些注入鎖定振蕩器可對由第二模塊所輸出的信號的頻譜中對應(yīng)于頻率f2的譜線中的至少一個譜線進(jìn)行恢復(fù)。[0052]第四模塊可包括至少一個中心頻率大體上等于f2的帶通濾波器。[0053]頻率的值可大于約IGHzjP/或頻率f2的值可大于約IOGHzjP/或由第二模塊產(chǎn)生的周期脈沖信號可以是正弦脈沖信號，和/或所述信號Sg的振蕩為正弦曲線，和/或頻率為f2的周期信號或者更一般地所述其頻譜包括頻率為f2的主譜線的周期信號大體上是正弦?目號。[0054]第一模塊可包括至少一個諧振器件和鎖相環(huán)，該鎖相環(huán)用于將由所述鎖相環(huán)的壓控振蕩器所輸出的所述頻率為的周期信號的相位控制在由所述諧振器件輸出的周期信號(例如，正弦信號)的相位上。這樣，頻率合成裝置可使用在低頻下運(yùn)行的鎖相環(huán)，從而有可能消除由像現(xiàn)有技術(shù)中那樣運(yùn)行在高頻下的PLL所引起的不穩(wěn)定風(fēng)險。[0055]或者，第一模塊也可包括用于產(chǎn)生頻率為的穩(wěn)定周期信號的諧振器件。[0056]本發(fā)明還涉及一種信號發(fā)射和/或接收裝置，包括至少一個如上所限制的頻率合成裝置，該頻率合成裝置被連接到所述信號發(fā)射和/或接收裝置的調(diào)制器和/或解調(diào)器。[0057]本發(fā)明還涉及一種頻率合成方法，至少包括以下步驟:[0058]產(chǎn)生頻率為的周期信號；[0059]由所述頻率為的周期信號產(chǎn)生其中心頻率fe等于N.的周期脈沖信號，其中，N為大于I的整數(shù)，所述周期脈沖信號僅在所述頻率為的周期信號的每個周期的一部分上具有非零值；以及[0060]由所述其中心頻率為fe的周期脈沖信號產(chǎn)生頻率為f2=(N+i).^的周期信號，其中i為整數(shù)。[0061]本發(fā)明進(jìn)一步包括一種頻率合成方法，包括至少以下步驟:[0062]產(chǎn)生頻率為的周期信號；[0063]由所述頻率為的周期信號產(chǎn)生對應(yīng)于頻率大體上等于N.fi的振蕩串或振蕩組的信號Se，所述信號Sg的時間少于T1=Uf1并且以頻率周期性地重復(fù)，其中，N為大于I的整數(shù)；以及[0064]由所述信號Se產(chǎn)生頻率為f2=(N+i).的周期信號，其中i為整數(shù)。[0065]由第二模塊產(chǎn)生的周期脈沖信號僅在頻率為的周期信號的每個周期的一部分上具有非零值的事實(shí)意味著該脈沖信號在頻率為的周期信號的周期的一部分上周期性地具有O值。[0066]本發(fā)明還涉及一種頻率合成方法，包括至少以下步驟:[0067]產(chǎn)生頻率為的周期信號；[0068]由所述頻率為的周期信號產(chǎn)生對應(yīng)于頻率大體上等于N.fi的振蕩串或振蕩組的信號Se，所述信號Sg的時間少于T1=Uf1并且以頻率周期性地重復(fù)，其中，N為大于I的整數(shù)；以及[0069]由所述信號Se產(chǎn)生其頻譜包括頻率為f2=(N+i).^的主譜線的周期信號，其中，i為整數(shù)。[0070]本發(fā)明還涉及一種制造頻率合成裝置的方法，至少包括以下步驟:[0071]制造第一模塊，其用于產(chǎn)生頻率為的周期信號；[0072]制造第二模塊，其用于產(chǎn)生其中心頻率等于N.的周期脈沖信號，其中N為大于I的整數(shù)；[0073]制造第三模塊，其與所述第一模塊和所述第二模塊連接，并且用于接收所述頻率為的周期信號作為輸入，并且用于僅在所述頻率為的周期信號的每個周期的一部分上對所述第二模塊的周期脈沖信號的產(chǎn)生進(jìn)行控制；以及[0074]制造第四模塊，其用于使用由所述第二模塊輸出的所述周期脈沖信號產(chǎn)生頻率為f2=(N+i).^的周期信號，其中i為整數(shù)。[0075]本發(fā)明最后涉及一種制造頻率合成裝置的方法，包括至少以下步驟:[0076]制造第一模塊，其用于產(chǎn)生頻率為的周期信號；[0077]制造第二和第三模塊，其與所述第一模塊連接，并且用于接收所述頻率為的周期信號作為輸入，并且用于產(chǎn)生對應(yīng)于頻率大體上等于N.的振蕩串或振蕩組的信號Se，所述信號Sg的時間少于T1=Uf1并且以頻率周期性地重復(fù)，其中，N為大于I的整數(shù)；以及[0078]制造第四模塊，其用于由所述信號Se產(chǎn)生其頻譜包括頻率為f2=(N+i).的主譜線的周期信號，其中，i為整數(shù)?！緦＠綀D】【附圖說明】[0079]通過參考附圖閱讀對實(shí)施例的示例的描述將更清楚地理解本發(fā)明，該描述僅用作標(biāo)示并且不用于限制本發(fā)明，其中:[0080]圖1至圖3示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的頻率合成裝置；[0081]圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的頻率合成裝置；[0082]圖5A和5B分別示出了在根據(jù)本發(fā)明的頻率合成裝置中產(chǎn)生的信號S。的波形和頻譜；[0083]圖6A和6B分別示出了在根據(jù)本發(fā)明的頻率合成裝置中產(chǎn)生的信號Sg的波形和頻譜；[0084]圖7A和7B分別示出了在根據(jù)本發(fā)明的頻率合成裝置的輸出端處得到的信號S2的波形和頻譜；[0085]圖8示出了包括在根據(jù)本發(fā)明的頻率合成裝置中的頻率恢復(fù)電路的選擇性；[0086]圖9A和9B示出了在根據(jù)本發(fā)明的頻率合成裝置中生成的信號的波形和頻譜；[0087]圖10示出了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一個示例的頻率合成裝置中生成的信號Se的頻譜；[0088]圖11示出了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一個示例的頻率合成裝置的輸出端處得到的信號S2的頻譜；[0089]圖12示出了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一個示例的頻率合成裝置的輸出端處得到的信號S2的相位噪聲；[0090]圖13示出了包括有根據(jù)本發(fā)明的頻率合成裝置的也根據(jù)本發(fā)明的通信系統(tǒng)；[0091]圖14A和14B示出了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一個示例的頻率合成裝置的輸出端處得到的信號S2;以及[0092]圖15示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的頻率合成裝置。[0093]下文中所描述的各個圖中的相同、相似或者等效的元件具有相同的附圖標(biāo)記，以便于從一個附圖到另一個附圖的轉(zhuǎn)變。[0094]附圖中所示出的各種元件不一定基于統(tǒng)一的比例，以使得附圖更清楚。[0095]各種選項(替代物和實(shí)施例)應(yīng)當(dāng)被理解為不相互排斥并且用于相互結(jié)合?！揪唧w實(shí)施方式】[0096]首先，參考示出了根據(jù)第一實(shí)施例的頻率合成裝置100的圖4。[0097]裝置100包括例如VCO型的振蕩器102，振蕩器102輸出頻率為的周期信號S1,該周期信號S1例如為振蕩頻率為的正弦信號。頻率由施加到振蕩器102的控制輸入端104上的電壓來控制。為了鎖定信號S1的振蕩頻率并且使其穩(wěn)定，振蕩器102由鎖相環(huán)(PLL)來控制。該P(yáng)LL包括用于將信號S1的頻率除以一整數(shù)或分?jǐn)?shù)A的一個或多個分頻器106。在分頻器106的輸出端處，得到此后將與由諧振器108(例如，石英諧振器)所提供的頻率為fstable的很穩(wěn)定的參考周期信號相比較的頻率為f/A的周期信號。因子A被選擇以使得頻率fi/A接近于頻率fstable。這兩個信號由相位頻率檢測器IlO(PFD)來比較，該P(yáng)FDllO生成與這兩個信號之間所測得的相位差成比例的輸出信號，其中，其值根據(jù)f/A-fstable的符號為正或者為負(fù)。[0098]該輸出信號作為輸入被發(fā)送到電荷泵電路和濾波器112，電荷泵電路和濾波器112輸出施加到振蕩器102的控制輸入端104的信號，以調(diào)節(jié)振蕩頻率f\，使得fVA=-pLstable°[0099]元件102，106，108，110和112用于得到周期(例如，正弦)信號S1，該信號S1就頻率而言是穩(wěn)定的?；蛘撸绻鐔蝹€諧振器件可以直接提供信號S1，則有可能通過用于提供這樣的頻率穩(wěn)定的周期信號S1的任何裝置或結(jié)構(gòu)(其對應(yīng)于這樣的諧振器件)來代替這些元件102，106，108，110和112。對生成周期信號S1的裝置或結(jié)構(gòu)的類型的選擇可顯著地根據(jù)所尋求的頻率4來進(jìn)行。如果頻率不超過一數(shù)值(超過該數(shù)值則可能需要使用PLL以生成信號S1)，則僅僅諧振器件就足夠了。[0100]頻率合成裝置100進(jìn)一步包括:待合成的頻帶中的周期性重復(fù)振蕩串(下文簡稱為“PR0T”)的發(fā)生器，以及頻率恢復(fù)裝置。[0101]在該第一實(shí)施例中，該P(yáng)ROT發(fā)生器包括:電壓受控于控制信號Vetrt的VCO型振蕩器114，以及受控電源模塊116，其向振蕩器114供電并且受控于由振蕩器102所輸出的頻率為的信號Sp[0102]在圖4中的示例中，該受控電源對應(yīng)于受控電流源116，該受控電流源116運(yùn)行為周期性地斷開(周期T1=Ι/fi)振蕩器114的電源的開關(guān)。該受控電流源可對應(yīng)于MOS晶體管，MOS晶體管包括施加了信號S1的柵極。一般來說，這些模塊116可包括:被連接到振蕩器114的電源輸入端并且用于受控于周期信號S1的開關(guān)。[0103]因此，振蕩器114由以頻率4連續(xù)交替地將該振蕩器114設(shè)置到開啟和關(guān)閉(即，不斷開或者斷開振蕩器114的輸出信號的供給)的開關(guān)來切換。振蕩器114由信號S。來控制，信號S。對應(yīng)于由電流源116所生成的電流(因此對應(yīng)于施加到振蕩器114的電源電壓)，并且其中波形基本上對應(yīng)于頻率為的正方波信號(該方波信號不完整并且可具有梯形形狀，和圖5A中所示出的信號S。的情況一樣)。這樣，當(dāng)切換信號S。起動振蕩器114時，在VCO的輸出端處產(chǎn)生對應(yīng)于振蕩串的信號Se。半個周期!/2(其中，T1=1/f)之后，振蕩器114被關(guān)閉并且振蕩被中斷。每半個周期?/2交替的開啟和關(guān)閉對應(yīng)于信號S。具有等于0.5的循環(huán)比的情形。圖5Α中所示出的信號S。將振蕩器114開啟的時間為ΤΗ，在該示例中，該時間等于?/2。[0104]然而，循環(huán)比(等于IVT1)可不同于0.5，并且更普遍地介于O至I之間，除去數(shù)值O和1，開啟狀態(tài)的時間可選地大于或者小于關(guān)閉狀態(tài)的時間。[0105]這樣，以等于T1的重復(fù)周期，在對應(yīng)于振蕩器114的自由振蕩頻率的中心頻率處產(chǎn)生脈沖信號Se。因此，信號Sg對應(yīng)于PROT，在該示例中，即，振蕩串，或者一組時間小于T1=Uf1并且以等于T1的重復(fù)周期被周期性重復(fù)的振蕩頻率為L的振蕩。因此，信號Sg在每個周期T1的部分上周期性地具有O值，每個周期T1的該部分近似地對應(yīng)于每個周期T1中在其期間信號具有O值的部分。信號Sg具有使其相位鎖定在由振蕩器102所提供的頻率為的信號的相位上的特性，并且具有基本上等于的整數(shù)倍(f0L-N.f\)的中心頻率f0lo該特性是由于以下事實(shí):在起動振蕩時，振蕩器114具有高的彈性并且容易被鎖定在頻率為的諧波N，其中，N使得乘積N.fi接近于振蕩器114處于自由振蕩時的自由振蕩頻率f^。N的值并且因此頻率L的值取決于施加到振蕩器114的輸入端的電壓Vrfri的值。[0106]信號Se的等效頻譜具有一包絡(luò)，其中，該包絡(luò)的形狀對應(yīng)于基本正弦，其中，基本正弦的分量是中心頻率為N.A的正弦曲線。Se的頻譜中的譜線以A的間隔被隔開。圖5A和5B分別示出了信號Sc的波形(時域)和頻譜(頻域)。[0107]類似地，圖6A和6B分別示出了信號Sg的波形和頻譜。在圖6A中，可以看出在信號Sg的每個振蕩串中，振蕩的振幅在起動振蕩器114時增加以及在關(guān)閉振蕩器114時減小。[0108]此外，從一個串到另一個串，Se的振蕩串的振蕩在相位、振幅和頻率方面是類似的。[0109]在分析方面，信號Se通過在時域中頻率為f。^對應(yīng)于振蕩器114的自由振蕩頻率)并且窗寬等于Th的加窗正弦函數(shù)(其中，THe]0，?\[)與周期等于T1的狄拉克梳狀函數(shù)之間的卷積來得到。因此，信號Se可以以下形式表達(dá):【權(quán)利要求】1.一種頻率合成裝置(100，200)，至少包括:第一模塊(102，104，106，108，110，112)，其用于產(chǎn)生頻率為的周期信號；第二和第三模塊(114，116，202)，其與所述第一模塊(102，104，106，108，110，112)連接，并且用于接收所述頻率為的周期信號作為輸入，并且用于產(chǎn)生對應(yīng)于頻率大體上等于N.的振蕩串的信號Se，所述信號Sg的時間少于T1=IZf1并且以頻率周期性地重復(fù)，其中，N為大于I的整數(shù)；以及第四模塊(118)，其用于由所述信號Se產(chǎn)生其頻譜包括頻率為f2=(N+i).的主譜線的周期信號，其中，i為整數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率合成裝置(100，200)，其中，所述第二模塊(114)包括至少一個壓控振蕩器，其自由振蕩范圍包括所述頻率N.f1;N的值取決于要被施加到所述壓控振蕩器的輸入端處的第一控制電壓的值。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的頻率合成裝置(100)，其中，所述第三模塊(116)包括至少一個開關(guān)，所述至少一個開關(guān)被連接到所述振蕩器(114)的電源輸入端，并且用于受控于所述頻率為的周期信號，以使得所述至少一個開關(guān)僅在每個周期T1的一部分期間產(chǎn)生所述振蕩器(114)的非零電源電壓。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的頻率合成裝置(200)，其中，所述第三模塊(202)包括至少一個開關(guān)，所述至少一個開關(guān)被連接到所述振蕩器(114)的輸出端，并且用于受控于所述頻率為的周期信號，以使得所述至少一個開關(guān)在每個周期T1的一部分期間斷開所述振蕩器(114)的輸出端與所述第四模塊(118)的輸入端之間的電連接。5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的頻率合成裝置(100，200)，其中，所述第四模塊(118)包括至少一個注入鎖定振蕩器，所述注入鎖定振蕩器用于將所述信號Se作為輸入來接收，并且至少被周期性地鎖定在所述頻率f2，i的值取決于要被施加到所述注入鎖定振蕩器的輸入端處的第二控制電壓的值。6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的頻率合成裝置(100，200)，其中，所述第四模塊(118)包括至少一個中心頻率大體上等于f2的帶通濾波器。7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的頻率合成裝置(100，200)，其中，所述頻率4的值大于約IGHzjP/或所述頻率f2的值大于約IOGHzjP/或所述信號Sg的振蕩為正弦曲線，和/或其頻譜包括頻率為f2的主譜線的所述周期信號大體上是正弦信號。8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的頻率合成裝置(100，200)，其中，所述第一模塊包括至少一個諧振器件(108)和鎖相環(huán)(102，104，106，110，112)，所述鎖相環(huán)(102，104，106，110，112)用于將由所述鎖相環(huán)的壓控振蕩器(102)所輸出的所述頻率為的周期信號的相位控制在由所述諧振器件(108)所輸出的周期信號的相位上。9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的頻率合成裝置(100，200)，其中，所述第一模塊包括諧振器件，所述諧振器件用于產(chǎn)生所述頻率為的周期信號。10.一種信號發(fā)射和/或接收裝置(1000)，包括至少一個根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的頻率合成裝置(100，200)，所述至少一個頻率合成裝置(100，200)與所述信號發(fā)射和/或接收裝置(1000)的調(diào)制器(1004)和/或解調(diào)器(1014)相連。11.一種頻率合成方法，至少包括以下步驟:產(chǎn)生頻率為的周期信號；由所述頻率為的周期信號產(chǎn)生對應(yīng)于頻率大體上等于N.的振蕩串的信號Se，所述信號Sg的時間少于T1=Uf1并且以頻率周期性地重復(fù)，其中，N為大于I的整數(shù)；以及由所述信號Se產(chǎn)生其頻譜包括頻率為f2=(N+i).的主譜線的周期信號，其中，i為整數(shù)。12.一種制造頻率合成裝置(100，200)的方法，至少包括以下步驟:制造第一模塊(102，104，106，108，110，112)，其用于產(chǎn)生頻率為的周期信號；制造第二和第三模塊(114，116，202)，其與所述第一模塊(102，104，106，108，110，112)連接，并且用于接收所述頻率為的周期信號作為輸入，并且用于產(chǎn)生對應(yīng)于頻率大體上等于N.的振蕩串的信號Se，所述信號Sg的時間少于T1=IZf1并且以頻率周期性地重復(fù)，其中，N為大于I的整數(shù)；以及制造第四模塊(118)，其用于由所述信號Se產(chǎn)生其頻譜包括頻率為f2=(N+i).的主譜線的周期信號，其中，i為整數(shù)。【文檔編號】H03L7/16GK103975531SQ201280059401【公開日】2014年8月6日申請日期:2012年11月30日優(yōu)先權(quán)日:2011年11月30日【發(fā)明者】亞歷山大·西里甘瑞思,克萊門特·賈妮申請人:原子能和替代能源委員會