[发明专利]一种集成的调频连续波数字频率综合器的s域模型

说明书

技术领域

本发明属于集成电路设计建模技术领域，具体涉及一种集成的调频连续波数字频率综合器的s域模型。该模型可以准确预测由该频综产生的调频频连续波的频率误差性能和产生的点频的相位噪声性能。

背景技术

调频连续波数字频率综合器是目前一种最为先进的用于产生调频连续波的频综架构【1】。它仅需要一个低频晶振，便能分别产生目前最高调制带宽为（B_m: 1.5GHz）和最长调制时间（T_m: 10ms）两种调频连续波。然而该频综的缺点是必须使用一个容值较大的片外电容才能实现上述性能，这使得调频连续波数字频率综合器的集成度大大降低。

为此，我们提出了“电流脉冲”技术，可以将调频连续波数字频率综合器片外电容集成到了片内。在架构上，体现为：用“脉冲发生器，电荷泵，以及片内电容”替换“数模转换器和片外电容【1】”。

频率误差是衡量调频连续波性能的一个非常重要的指标，它的好坏关系着应用调频连续波进行测距、测速的精度高低。因此，在设计使用片内电容的调频连续波数字频率综合器之初，如何根据各个模块性能估计出频率误差性能，对于各个模块系统指标的确定至关重要。而相位噪声是衡量频综产生的点频性能的重要指标，根据各个模块系统指标预测相噪也很重要。

【1】H. Sakurai, Y. Kobayashi, T. Mitomo, O. Watanabe, and S. Otaka, “A 1.5 GHz modulation-range 10 ms modulation period 180 kHz-rms-frequency error 26 MHz reference Mixed-Mode FMCW Synthesizer for mm-wave Radar Application,” in IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. Dig. Tech. Papers, Feb. 2011, pp. 292–293.。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能够准确预测调频连续波的频率误差和点频的相位噪声的针对使用片内电容的调频连续波数字频率综合器的s域模型。

本发明涉及的使用片内电容的调频连续波数字频率综合器，其架构如图1所示。它主要包括频率数字转换器、数字滤波器、增益归一化模块、脉冲电压发生器、压控振荡器以及分频器；其中，频率数字转换器由高速计数器、时间数字转换器以及差分器构成，用于检测输出频率；输入的频率控制字FCW_in与频率数字转换器检测到的反馈频率控制字FCW_fb的误差FCW_err，经过数字滤波器和增益归一化模块的处理后，得到数字控制信号；该数字控制信号经过脉冲电压发生器，产生控制压控振荡器的控制信号V_ctrl。压控振荡器在V_ctrl的控制下，产生频率。当FCW_in为调频连续三角波时，则输出的频率也为三角调制的调频连续波。当FCW_in为定值时，则压控振荡器输出点频。

本发明提出的使用片内电容的调频连续波数字频率综合器的s域模型，其结构如图2所示，它们主要包括：数字滤波器α，增益归一化模块，脉冲电压发生器，防混叠滤波器，压控振荡器，分频器，频率数字转换器，以及一个频率相位转换模块。

本发明中，采用积分器，理想采样器，零阶保持器，量化器，以及差分器对频率数字转换器进行建模；其计算流程是：积分器将分频器分频后的频率信号转为模拟相位信号（AP），通过理想采样器和零阶保持器将模拟相位信号转换为离散时间相位信号；再通过量化器，使得离散时间相位信号的幅度也离散，称为数字相位信号（DP）；最后，通过差分器，将数字相位信号转换成反馈的频率数字信号FCW_fb，完成输出频率检测。