[发明专利]频率合成

说明书

技术领域

本发明涉及频率合成器、包括频率合成器的无线发射器和接收器和频率合成方法。

背景技术

无线发射器和接收器的结构通常需要产生在两个频率上的基准信号，即在载频上的射频(RF)信号和在较低频率上的中频(IF)信号。

例如，众所周知的用于移动电话、无绳电话和连通性应用中的“近零IF”无线电接收器结构通过将接收到的信号和本地正交振荡信号在两条并行的路径上混频，将接收到的RF信号转变为接近于DC的频率。名义上IF被设置固定的频率偏移，例如与信道间隔相关的频率偏移。这样的频率选择能够缓和对于在随后的基带电路内的实现的解调的像频干扰抑制的需求。这样的频率选择也有效地将信号频谱从DC处移开，以允许DC偏移和低频噪声的直接过滤，例如由CMOS晶体管产生的1/f噪声。在近零IF接收器中，频率生成必须具有足够的精度，以能够获得需要的频率位移，和决定在随后的用来过滤和解调的频率窗口内的接收到的所需信号的频谱的位置。

在另一个示例中，在笛卡尔发射器结构中，基带信号被生成为同相和正交相位(I和Q)矢量，所述I和Q矢量通过与载频处的本地振荡信号相乘变换为RF。对于复杂系统，I和Q矢量从多个信号中构造自己。例如正交频分复用(OFDM)系统需要多个子载波合成，每一个包含发射信息的一部分。

典型的，频率合成器用来产生基于锁相环的本地振荡信号。基本的锁相环包括具有用于控制振荡器频率的控制输入的可变频率振荡器。由振荡器产生的信号被分开，并且被分开的振荡器信号的相位通过相位比较器与频率基准信号的相位进行比较。相位比较器的输出信号通过低通滤波器被平滑，然后被施加到振荡器的控制输入。被分开的振荡器信号被利用为本地振荡器信号。

在使用数字电路构造锁相环时，振荡器典型地只假定离散频率值。电感电容(LC)谐振电路设置振荡频率。LC振荡电路中的电感在集成电路制造中由金属掩膜形成图案，且具有固定值。利用现代先进的平版印刷术，电感值是很清楚的且很好控制。电容由耦合到电感的离散元件构成。另外，存在由活动电路和布局寄生效应贡献的电容值。离散频率步幅由可加入到谐振电路的最小电容的尺寸设置。典型的仅仅几个毫微微法拉的离散电容值允许在2GHz的振荡器上至少几千赫兹的步幅，所述步幅也依赖于谐振电路的阻抗级别。因此，这直接决定了本地振荡器频率的精度。所需频率和设置的可变离散频率之间的差异导致的任何误差可由频率合成器校正。通过在电容值之间针对所需值的任一侧进行跳跃来实现这一点，因此实现频率的跳跃。平均而言，这将给出正确的“分数”电容值，并因此平均起来产生所需的频率。在这个过程(其通常被描述为抖动且记载于US5,036,294)中，电容跳跃引进了不必要的振荡相位调制，其产生了不必要的频谱分量，所述不必要的频谱分量使接收器性能恶化，或更重要的是发射器的频谱恶化。抖动可选地包括例如根据伪随机图案在两个以上频率之间的跳跃频率，从而传播由跳跃导致的噪声。

US6,658,748披露了一种方法，在此方法中，通过利用频率为振荡频率的因数的∑-Δ编码器在两种状态之间抖动一个最小的单位电容，来对振荡频率精细地调谐。∑-Δ编码器提供噪声整形以产生一个干净的接近中心的振荡频谱。然而，电路实现复杂，并且由于其高频操作，具有高能量消耗。

US 2006/0256910A1披露了一种方案，在此方法中，发射器的输出与基准频率信号相比较，且比较结果用来生成振荡器调谐字(OTW)。OTW的小数部分用来控制产生第一本地振荡信号的数字控制振荡器(NCO)的频率，且OTW的整数部分用来控制产生用于混频第一本地振荡信号到载频上的第二本地振荡信号的数位控制振荡器的频率。在混频之前将调制施加到第一本地振荡信号。此方案针对只有一个发射器描述，此方案利用发射器的输出。

本发明的目的是在频率合成上提供改进。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种频率合成器，所述频率合成器包括：

第一可变频率振荡器，所述第一可变频率振荡器产生具有对应于第一控制信号的频率的第一振荡信号；

第二可变频率振荡器，所述第二可变频率振荡器产生具有对应于第二控制信号的频率的第二振荡信号；

相位基准生成器，所述相位基准生成器产生相位基准信号；

相差生成器，所述相差生成器产生指示第一和第二振荡信号的相位和与相位基准信号的相位之间的相差的相差信号；和

控制器，所述控制器响应相差信号产生第一控制信号和第二控制信号；

其中控制器适于依赖于相差信号的值确定第一控制信号和第二控制信号的至少一个；