[发明专利]频率合成器和频率合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及频率合成器和相应的频率合成方法。

背景技术

频率合成器是任何微波系统的关键构成块。可以在包括无线电接收机、移动电话、卫星接收机、GPS系统、雷达器等的许多现代设备中找到它们。存在三种主要的合成器体系结构，具体而言是直接模拟合成器、直接数字合成器和间接(锁相环)合成器。微波系统的要求越来越严格，使得已知的合成器不能满足诸如相位噪声、切换速度、精细分辨率和频率扫描之类的要求。近来，开发了将直接数字合成器(DDS)与锁相环(PLL)组合的新的混合体系结构，但是，这还是不能满足所有这些要求。

US 7,250,823公开了一种直接数字合成(DDS)锁相环(PLL)频率合成器和相关联的方法。PLL频率合成器包括接收参考信号的相位检测器、与相位检测器连接并基于参考信号生成合成频率输出信号的受控振荡器(例如，压控振荡器)、与受控振荡器连接的混频器(例如，同相和正交相位(IQ)调制器)、连接在混频器和相位检测器之间的分频器以及驱动混频器的信号源。已知的频率合成器和方法具有窄频步进(例如，像赫兹的小数部分那么低)同时使用相对高的参考频率来对相位噪声性能做贡献。此外，在还减少输出针刺的同时实现精细频率调谐分辨率。然而，此频率合成器在反馈环路中还是遭受高分频比，这是因为信号的下变频只能像DDS的最高输出频率那么大。可购买的DDS电路主要限于低于1GHz的频率。因此，下变频之后的信号频率必须利用高的数字被再次分频以便将频率降低为相位检测器频率的范围内的频率。这导致较大的相位噪声劣化。因而，对于毫米波频率，该频率合成器由于已合成信号的高相位噪声而不可用。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种频率合成器和相应的频率合成方法，其提供提供改善的相位噪声、非常精细的频率分辨率、敏捷的频率切换并且同时提供非常良好的扫描线性(例如被一些雷达器应用所需要)。

根据本发明的一个方面，提供一种频率合成器，包括：

i)主单元，该主单元包括：

主相位检测器，该主相位检测器将从所述主单元的主反馈环路接收的混频器输出信号的相位和/或频率与固定频率主参考信号的相位相比较来获得主控制信号，

主振荡器，该主振荡器基于所述主控制信号来生成表示频率合成器输出信号的主合成频率输出信号，和

混频器，该混频器将所述主合成频率输出信号与侧路合成频率输出信号混合来获得所述混频器输出信号，以及

ii)侧路单元，该侧路单元基于固定频率侧路参考信号来生成所述侧路合成频率输出信号，并且包括：

频率信号生成单元，该频率信号生成单元根据所述固定频率侧路参考信号来提供频率分辨率精细的固定频率控制信号或线性频率扫描信号，和

侧路振荡器，该侧路振荡器基于所述频率扫描信号或所述固定频率控制信号来生成所述侧路合成频率输出信号。

根据本发明的另一个方面，提供一种相应的频率合成方法，包括如下步骤：

i)在主环路中：

将从所述主环路的主反馈环路接收的混频器输出信号的相位和/或频率与固定频率主参考信号的相位相比较来获得主控制信号，

基于所述主控制信号来生成表示频率合成器输出信号的主合成频率输出信号，和

将所述主合成频率输出信号与侧路合成频率输出信号混合来获得所述混频器输出信号，以及

ii)在用于基于固定频率侧路参考信号来生成所述侧路合成频率输出信号的侧路环路中：

根据所述固定频率侧路参考信号来提供频率分辨率精细的固定频率控制信号或线性频率扫描信号，和

基于所述频率扫描信号或所述固定频率控制信号来生成所述侧路合成频率输出信号。

本发明的优选实施例被定义在从属权利要求中，应当理解，所要求保护的频率合成方法具有与独立权利要求中所限定并要求保护的频率合成器具有类似的和/或相同的优选实施例。

本发明基于提供两个环路具体提供主环路和侧路环路这样的思想。主环路(被包括在频率合成器的主单元中)包括混频器以使得反馈环路中的分频比以及总体相位噪声都减小。优选是DDS/PLL环路的侧路环路(被包括在频率合成器的侧路单元中)提供具有精细的频率分辨率(即，稳定后的信号之间的频率差可以非常接近)的固定的RF信号或高度线性RF扫描信号，其中RF扫描信号或所述固定RF信号分别在主环路中被与主环路的反馈信号混合。