專利名稱：一種頻率綜合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及寬帶RF通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于產(chǎn)生多頻帶正交頻分復(fù)用 超寬帶的6至9GHz的五個頻帶對應(yīng)中心頻率的頻率綜合器。
背景技術(shù)：
UffB技術(shù)主要用于實現(xiàn)短距離、超高速的無線通信，其傳輸距離目前一般在IOm以 內(nèi)，傳輸速率可以達(dá)到480Mb/s甚至更高。UWB高傳輸速率、低功耗且不干擾已有無線系統(tǒng) 的特點，使得UWB成為現(xiàn)在及未來五年內(nèi)的熱點。美國聯(lián)邦通訊委員會(FCC)為UWB劃分的頻譜范圍為3. lGHz-10. 6GHz，發(fā)射功率 譜密度不得大于-41.2dBm/MHz。鑒于工藝的限制和高頻的設(shè)計難度，初始的興趣集中于
3.lGHz-4. 9GHz的應(yīng)用。WiMedia聯(lián)盟的多頻帶正交頻分復(fù)用超寬帶(以下簡稱MB-OFDM UffB)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，OFDM信號由1 個子載波組成，這些載波占用5^MHz，所以子載波間隔為
4.125MHz。因為載波間隔為4. 125MHz，導(dǎo)致OFDM符號長度必須是1/4. 125e6 = 242. 42ns。 考慮到符號間干擾，最好總的OFDM符號長度是312. 5ns。128個子載波的5個頻帶邊緣被 設(shè)置為零，從而實際的占用帶寬僅僅是507. 375MHz (略寬于所要求的500MHz)。UffB頻譜從3. 1-10. 6-GHz被分為14個頻帶(Band)，每個頻帶528MHz，暗示了有 14個載波頻率。這些頻率被進(jìn)一步分組(Group)，每組有兩個或三個相鄰的頻帶，請參閱圖 1所示。UWB技術(shù)實現(xiàn)了兩大突破，在頻譜劃分方面，開創(chuàng)“共存”局面；在傳輸速度方面， 真正走向了高速，它通過增加帶寬來提高容量，成為無線技術(shù)“高速”變革中的重要一支。頻率綜合器是基于OFDM技術(shù)的UWB無線收發(fā)機(jī)中的重要電路模塊，也是整個收發(fā) 機(jī)芯片的設(shè)計難點，其需要在保持頻譜純度的同時，能夠在9. 47ns內(nèi)從一個載波跳變到另 一個載波，這是傳統(tǒng)窄帶無線通信系統(tǒng)中的頻率綜合器結(jié)構(gòu)所無法勝任的。此外，頻率綜合 器的面積與功耗在整個無線收發(fā)機(jī)芯片中均占據(jù)50%左右的比例。因此，設(shè)計一款結(jié)構(gòu)簡 單、面積小、功耗低、滿足跳頻時間要求的頻率綜合器無疑會極大地降低UWB系統(tǒng)成本和提 升產(chǎn)品競爭力。目前，工業(yè)界與學(xué)術(shù)界在MB-OFDM UffB頻率綜合器實現(xiàn)方式上通常有如下三種1、實現(xiàn)3. 1-10. 6GHz全頻帶滿足MB-OFDM UffB所需要的14個頻率；2、實現(xiàn)3. 1-4. 5GHz子頻帶組Groupl滿足MB-OFDM UffB中所需要的3個頻率；3、實現(xiàn) 3. 1-8. 5GHz 子頻帶組 Groupl、Group2 和 Group3 滿足 MB-OFDM UffB 中所需 要的9個頻率。對比圖1中世界主要國家的UWB頻譜規(guī)劃，我們發(fā)現(xiàn)UWB頻譜交集集中在6-9GHZ 頻段內(nèi)，涵蓋滿足MB-OFDM UffB標(biāo)準(zhǔn)的頻帶組Group3和Group6。在6_9GHz頻段內(nèi)，上述 三種頻率綜合器實現(xiàn)方式都存在針對性不足的缺點，或過分覆蓋導(dǎo)致硬件、面積、功耗的浪 費，或覆蓋較低導(dǎo)致6-9GHZ頻段內(nèi)的5個頻率無法充分利用從而影響信道容量。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于產(chǎn)生多頻帶正交頻分復(fù)用超寬帶 的6至9GHz的五個頻帶對應(yīng)中心頻率的頻率綜合器，以同時在面積與功耗上做到較優(yōu)，滿 足UWB通信系統(tǒng)的要求。(二)技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種頻率綜合器，用于產(chǎn)生多頻帶正交頻分復(fù)用 超寬帶的6至9GHz的五個頻帶對應(yīng)中心頻率，該頻率綜合器包括第一固定頻率鎖相環(huán)，該第一固定頻率鎖相環(huán)以66MHz信號為參考頻率信號，反 饋鏈路中依次包括有兩個除二分頻器和一個除二十九分頻器，輸出穩(wěn)定的7656MHz正交信 號至單邊帶混頻器；第二固定頻率鎖相環(huán)，該第二固定頻率鎖相環(huán)以66MHz信號為參考頻率信號，反 饋鏈路中依次包括有兩個除二分頻器和一個除十六分頻器，在分頻過程中產(chǎn)生一穩(wěn)定的 1056MHz正交信號和一穩(wěn)定的2112MHz正交信號，并將該1056MHz和2112MHz正交信號共同 輸出給二選一選擇器；二選一選擇器，用于將接收自第二固定頻率鎖相環(huán)的1056MHz和2112MHz正交信 號選擇輸出給多相位除二分頻器；多相位除二分頻器，用于將二選一選擇器輸出的信號進(jìn)行二分頻并產(chǎn)生不同相位 的輸出給單邊帶混頻器，以控制單邊帶混頻器進(jìn)行加或減；單邊帶混頻器，用于將接收自第一固定頻率鎖相環(huán)的7656MHz正交信號與接收 自多相位除二分頻器的5^MHz正交信號或1056MHz正交信號或DC信號進(jìn)行混頻，得到 6600MHz、7128MHz、7656MHz、8184MHz 和 8712MHz 五個正交輸出信號。上述方案中，所述第一固定頻率鎖相環(huán)采用直接產(chǎn)生正交兩路信號的正交壓控振 蕩器，避免采用兩倍頻率壓控振蕩器通過除二分頻產(chǎn)生正交信號的方法，從而可以采用頻 率較低的固定頻率鎖相環(huán)。上述方案中，所述第二固定頻率鎖相環(huán)采用二分頻的方法產(chǎn)生2組正交信號，實 現(xiàn)正交特性。上述方案中，所述多相位除二分頻器輸出不同相位的二分頻信號，控制單邊帶混 頻器產(chǎn)生加或減的信號。上述方案中，該頻率綜合器采用直接混頻的方法產(chǎn)生所需的各個頻率的信號，然 后通過多路選擇器和多相位除二分頻器從產(chǎn)生的信號中選擇所需的信號，各個頻率之間的 跳頻速度取決于開關(guān)的速度，實現(xiàn)納秒級的跳頻速度。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明提供的用于產(chǎn)生多頻帶正交頻分復(fù)用超寬帶的6至9GHz的五個頻帶對 應(yīng)中心頻率的頻率綜合器，采用兩個固定頻率鎖相環(huán)、一個單邊帶混頻器、一個多路選擇器 和一個多相位除二分頻器產(chǎn)生五路6至9GHz的UWB本振信號，提高了頻率綜合器的頻率和 跳頻速度，滿足了 UWB通信系統(tǒng)的要求，同時在面積與功耗上與傳統(tǒng)方案相比也得到了優(yōu) 化(這一點從表1中所使用的電感數(shù)量可知)。
2、本發(fā)明提供的用于產(chǎn)生多頻帶正交頻分復(fù)用超寬帶的6至9GHz的五個頻帶對 應(yīng)中心頻率的頻率綜合器，只用到了一個SSB混頻器，減小了多次混頻所產(chǎn)生的雜散，提高 了頻譜純度；跳頻時間可以達(dá)到納秒量級，滿足UWB系統(tǒng)要求。3、本發(fā)明提供的用于產(chǎn)生多頻帶正交頻分復(fù)用超寬帶的6至9GHz的五個頻帶對 應(yīng)中心頻率的頻率綜合器，通過采用直接混頻的辦法產(chǎn)生所需要的各個頻率的信號，然后 通過一個二選一選擇器來選擇需要的信號，這樣各個頻率之間的跳頻速度就僅僅取決于開 關(guān)的切換速度，完全可以實現(xiàn)納秒級的跳頻速度，滿足UWB通信系統(tǒng)的要求。4、本發(fā)明提供的用于產(chǎn)生多頻帶正交頻分復(fù)用超寬帶的6至9GHz的五個頻帶對 應(yīng)中心頻率的頻率綜合器，高頻鎖相環(huán)采用了直接產(chǎn)生正交兩路信號的正交VC0，避免了需 要設(shè)計兩倍頻率VCO然后通過二分頻產(chǎn)生正交信號的方法，從而可以采用頻率較低的PLL， 降低了該PLL的實現(xiàn)難度以及消耗的電流。5、本發(fā)明提供的用于產(chǎn)生多頻帶正交頻分復(fù)用超寬帶的6至9GHz的五個頻帶對 應(yīng)中心頻率的頻率綜合器，低頻鎖相環(huán)采用產(chǎn)生兩倍頻率然后分頻的方法產(chǎn)生正交信號， 提高了產(chǎn)生信號的正交性。6、本發(fā)明提供的用于產(chǎn)生多頻帶正交頻分復(fù)用超寬帶的6至9GHz的五個頻帶對 應(yīng)中心頻率的頻率綜合器，采用了多相位除二分頻器產(chǎn)生不同相位的輸出信號從而控制單 邊帶混頻器的加或減，減小了單邊帶混頻器的硬件成本。


圖1示出了 ECMA-368MB-0FDM UWB標(biāo)準(zhǔn)中的子頻帶結(jié)構(gòu)的圖與主要國家相應(yīng)授權(quán) 使用頻段；圖2是本發(fā)明提供的用于產(chǎn)生多頻帶正交頻分復(fù)用超寬帶的6至9GHz的五個頻 帶對應(yīng)中心頻率的頻率綜合器的結(jié)構(gòu)框圖。圖3是本發(fā)明的設(shè)計原型與其它相似設(shè)計的比較關(guān)系表。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明提供的用于產(chǎn)生多頻帶正交頻分復(fù)用超寬帶的6至9GHz的五個頻帶對應(yīng) 中心頻率的頻率綜合器，通過采用兩個固定頻率的鎖相環(huán)、一個二選一選擇器、一個多相位 除二分頻器和一個單邊帶(SSB)混頻器產(chǎn)生了滿足多頻帶正交頻分復(fù)用超寬帶要求的6 至9GHz的五個頻率分量。其中該頻率綜合器采用直接頻率合成技術(shù)，通過對鎖相環(huán)1和 鎖相環(huán)2產(chǎn)生的頻率在單邊帶混頻器5中進(jìn)行頻率加減或直通等操作，從而輸出6600MHz、 7128MHz,7656MHz,8184MHz,8712MHz五個頻率，頻率的跳變切換通過外部數(shù)字信號加以控 制，頻率的切換時間依賴開關(guān)的切換時間(納秒量級)，可以滿足多頻帶正交頻分復(fù)用超寬 帶通信系統(tǒng)的快速跳頻要求。如圖2所示，圖2是本發(fā)明提供的用于產(chǎn)生多頻帶正交頻分復(fù)用超寬帶的6至 9GHz的五個頻帶對應(yīng)中心頻率的頻率綜合器的結(jié)構(gòu)框圖，該頻率綜合器包括第一固定頻率 鎖相環(huán)1、第二固定頻率鎖相環(huán)2、二選一選擇器3、多相位除二分頻器4和單邊帶混頻器5。
其中，第一固定頻率鎖相環(huán)1，該第一固定頻率鎖相環(huán)以66MHz信號為參考頻率信 號，反饋鏈路中依次包括有兩個除二分頻器和一個除二十九分頻器；其中66MHz的參考信 號與除二十九分頻器反饋回來的66MHz信號一起傳遞給鑒頻鑒相器與電荷泵，鑒頻鑒相器 與電荷泵通過比較所述參考信號與所述反饋信號之間的相位差與頻率差，將誤差信號轉(zhuǎn)換 為電荷泵的抽取電流或輸出電流，該電流流經(jīng)下一級的三階電阻電容(RC)環(huán)路濾波器，產(chǎn) 生一個受誤差調(diào)制的電壓信號U，該電壓信號經(jīng)過環(huán)路濾波器傳遞給正交壓控振蕩器，產(chǎn)生 一個穩(wěn)定的7656MHz正交信號至單邊帶混頻器5。第二固定頻率鎖相環(huán)2，該第二固定頻率鎖相環(huán)以66MHz信號為參考頻率信號， 反饋鏈路中依次包括有兩個除二分頻器和一個除十六分頻器；在分頻過程中第一除二分 頻器產(chǎn)生一穩(wěn)定的2112MHz正交信號，第二分頻器產(chǎn)生一穩(wěn)定的1056MHz正交信號，并將 該1056MHz和2112MHz正交信號共同輸出給二選一選擇器3 ；其中66MHz的參考信號與除 十六分頻器反饋回來的66MHz信號一起傳遞給鑒頻鑒相器與電荷泵，鑒頻鑒相器與電荷泵 通過比較所述參考信號與所述反饋信號之間的相位差與頻率差，將誤差信號轉(zhuǎn)換為電荷泵 的抽取電流或輸出電流，該電流流經(jīng)下一級的三階電阻電容(RC)環(huán)路濾波器，產(chǎn)生一個受 誤差調(diào)制的電壓信號U，該電壓信號經(jīng)過環(huán)路濾波器傳遞給壓控振蕩器，產(chǎn)生一個穩(wěn)定的 4224MHz 信號。二選一選擇器3，用于將接收自第二固定頻率鎖相環(huán)2的1056MHz和2112MHz正交 信號選擇輸出給多相位除二分頻器4 ；上述兩個頻率的選擇通過在外部控制信號VB指令控 制下實現(xiàn)。多相位除二分頻器4，用于將多路選擇器3輸出的信號進(jìn)行除二分頻并產(chǎn)生不同 相位的輸出給單邊帶混頻器5，以控制單邊帶混頻器5進(jìn)行加或減。單邊帶混頻器5，用于將接收自第一固定頻率鎖相環(huán)1的7656MHz正交信號與接收 自多相位除二分頻器4的5^MHz正交信號或1056MHz正交信號或DC信號進(jìn)行混頻，得到 6600MHz、7128MHz、7656MHz、8184MHz 和 8712MHz 五個正交輸出信號。上述第一固定頻率鎖相環(huán)1采用直接產(chǎn)生正交兩路信號的QVC0，避免采用兩倍頻 率VCO然后通過二分頻產(chǎn)生正交信號的方法，從而采用頻率較低的固定頻率鎖相環(huán)；第二 固定頻率鎖相環(huán)2采用了二分頻的方法產(chǎn)生正交信號，從而得到良好的正交信號。上述多相位除二分頻器4可以輸出不同相位的除二分頻信號，從而控制單邊帶混 頻器產(chǎn)生加或減的信號；該頻率綜合器通過采用直接混頻的方法產(chǎn)生所需要的各個頻率的 信號，然后通過多路選擇器3和多相位除二分頻器4來選擇需要的信號，各個頻率之間的跳 頻速度取決于開關(guān)的速度，實現(xiàn)了納秒級的跳頻速度。再參照圖2，該頻率綜合器包括了以下幾個電路模塊7656MHz整數(shù)PLL 1、 4224MHz整數(shù)PLL 2、選擇1056MHz與2112MHz兩路信號的多路選擇器3、實現(xiàn)1056MHz和 2112MHz除二分頻的多相位除二分頻器4、實現(xiàn)7656MHz與528MHz或1056MHz或DC混頻的 單邊帶混頻器5。下面將給出具體頻率綜合方案7656MHz的PLL 1采用的是66MHz的晶振頻率，分頻比為2X2X29，最終產(chǎn)生了 66MX 2 X 2 X 29 = 7656MHz的輸出，該鎖相環(huán)的VCO采用可以直接產(chǎn)生正交兩路信號的正交 VCO。
4224MHz的PLL 2采用的也是66MHz的晶振頻率，分頻比為2X2X 16，最終產(chǎn)生 66MX 2X2X16 = 4224MHz的輸出，在該鎖相環(huán)的分頻過程中產(chǎn)生了 1056MHz和2112MHz的 信號，這兩個附加信號將為多相位除二分頻器提供輸入，這兩路信號的選擇由一個數(shù)據(jù)選 擇器3實現(xiàn)。多相位除二分頻器4將多路選擇器3提供的1056MHz或2112MHz信號進(jìn)行二分頻 器產(chǎn)生512MHz或1056MHz信號，并可以提供多個相位的輸出信號從而來控制單邊帶混頻器 的加或減。將7656MHz信號作為SSB Mixer的一個輸入端，另外一個輸入端為除二分頻器4 提供的5^MHz或者1056MHz或者DC信號，經(jīng)過單邊帶混頻之后可以產(chǎn)生頻率為6600MHz、 7128MHz,7656MHz,8184MHz和8712MHz五個頻帶的中心頻率信號，最終通過控制二選一選 擇器C3)和多相位除二分頻器4來控制需要產(chǎn)生的頻帶中心頻率信號。本發(fā)明提供的這種用于MB-OFDM UffB的6至9GHz的五個頻帶頻率綜合器，通過采 用直接頻率合成技術(shù)，可以輸出6600MHz、7U8MHz、7656MHz、8184MHz和8712MHz五個頻帶 中心頻率的本振信號，并且在各個頻率之間的跳頻時間在納秒量級，可以滿足MB-OFDM UffB 通信系統(tǒng)的快速跳頻要求。另外，該頻率合成器輸出了正交兩路本振信號，可以應(yīng)用到直接變頻的UWB無線 收發(fā)機(jī)中。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種頻率綜合器，用于產(chǎn)生多頻帶正交頻分復(fù)用超寬帶的6至9GHz的五個頻帶對應(yīng) 中心頻率，其特征在于，該頻率綜合器包括第一固定頻率鎖相環(huán)，該第一固定頻率鎖相環(huán)以66MHz信號為參考頻率信號，反饋鏈 路中依次包括有兩個除二分頻器和一個除二十九分頻器，輸出穩(wěn)定的7656MHz正交信號至 單邊帶混頻器；第二固定頻率鎖相環(huán)，該第二固定頻率鎖相環(huán)以66MHz信號為參考頻率信號，反饋 鏈路中依次包括有兩個除二分頻器和一個除十六分頻器，在分頻過程中產(chǎn)生一穩(wěn)定的 1056MHz正交信號和一穩(wěn)定的2112MHz正交信號，并將該1056MHz和2112MHz正交信號共同 輸出給二選一選擇器；二選一選擇器，用于將接收自第二固定頻率鎖相環(huán)的1056MHz和2112MHz正交信號選 擇輸出給多相位除二分頻器；多相位除二分頻器，用于將二選一選擇器輸出的信號進(jìn)行二分頻并產(chǎn)生不同相位的輸 出給單邊帶混頻器，以控制單邊帶混頻器進(jìn)行加或減；單邊帶混頻器，用于將接收自第一固定頻率鎖相環(huán)的7656MHz正交信號與接收自多相 位除二分頻器的528MHz正交信號或1056MHz正交信號或DC信號進(jìn)行混頻，得到6600MHz、 7128MHz,7656MHz,8184MHz 和 8712MHz 五個正交輸出信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多頻帶正交頻分復(fù)用超寬帶的6至9GHz五頻帶頻率綜 合器，其特征在于，所述第一固定頻率鎖相環(huán)采用直接產(chǎn)生正交兩路信號的正交壓控振蕩 器，避免采用兩倍頻率壓控振蕩器通過除二分頻產(chǎn)生正交信號的方法，從而可以采用頻率 較低的固定頻率鎖相環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率綜合器，其特征在于，所述第二固定頻率鎖相環(huán)采用二 分頻的方法產(chǎn)生2組正交信號，實現(xiàn)正交特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率綜合器，其特征在于，所述多相位除二分頻器輸出不同 相位的二分頻信號，控制單邊帶混頻器產(chǎn)生加或減的信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率綜合器，其特征在于，該頻率綜合器采用直接混頻的方 法產(chǎn)生所需的各個頻率的信號，然后通過多路選擇器和多相位除二分頻器從產(chǎn)生的信號中 選擇所需的信號，各個頻率之間的跳頻速度取決于開關(guān)的速度，實現(xiàn)納秒級的跳頻速度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于產(chǎn)生多頻帶正交頻分復(fù)用超寬帶的6至9GHz的五個頻帶對應(yīng)中心頻率的頻率綜合器，該頻率綜合器通過采用兩個固定頻率的鎖相環(huán)、一個二選一選擇器、一個多相位除二分頻器和一個單邊帶混頻器產(chǎn)生了滿足多頻帶正交頻分復(fù)用超寬帶要求的6至9GHz的五個頻率分量。其中該頻率綜合器采用直接頻率合成技術(shù)，通過對鎖相環(huán)1和鎖相環(huán)2產(chǎn)生的頻率在單邊帶混頻器5中進(jìn)行頻率加減或直通等操作，從而輸出6600、7128、7656、8184、8712MHz五個頻率，頻率的跳變切換通過外部數(shù)字信號加以控制，頻率的切換時間依賴開關(guān)的切換時間(納秒量級)，可以滿足多頻帶正交頻分復(fù)用超寬帶通信系統(tǒng)的快速跳頻要求。
文檔編號H03L7/18GK102104380SQ20091024276
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者張海英, 李志強(qiáng), 陳普鋒 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所