專利名稱：一種直接調(diào)制壓控震蕩器的頻率調(diào)制器和調(diào)制方法
技術領域：
本發(fā)明屬數(shù)字通訊技術領域，具體來說，本發(fā)明涉及一種高速數(shù)據(jù)傳輸中所需的數(shù)字頻率調(diào)制器及調(diào)制方法。這種頻率調(diào)制器采用自適應數(shù)字控制處理技術，可對各種不同的傳輸模式和傳輸頻道進行頻率合成和調(diào)制。
背景技術：
隨著無線通信技術的不斷發(fā)展，對頻率源的頻率穩(wěn)定度、頻譜純度、頻率范圍和輸出頻率的個數(shù)提出越來越高的要求。為了提高頻率穩(wěn)定度，經(jīng)常采用晶體振蕩器等方法來解決，但它不能滿足頻率個數(shù)多的要求，因此，目前大量采用頻率合成技術。通過對頻率進行加、減、乘、除的運算，可從一個高穩(wěn)定度和高準確度的標準頻率源，產(chǎn)生大量的具有同一穩(wěn)定度和準確度的不同頻率。
頻率合成的方法很多，大致可分為直接合成法和間接合成法兩種。直接合成法是通過倍頻器、分頻器、混頻器對頻率進行加、減、乘、除運算，得到各種所需頻率。一種直接頻率合成的方法是直接調(diào)制一個壓控震蕩器(VCO)的出入電壓來產(chǎn)生所需的頻率，這種方法的優(yōu)點是頻率轉換時間短，對輸入信號沒有帶寬的限制，并能產(chǎn)生任意小的頻率增量。但它也存在一些不可克服的缺點，由于VCO本身的頻率不穩(wěn)定性以及相位噪聲導致的輸出頻率噪聲及寄生頻率難以抑制。而間接合成法就是利用鎖相環(huán)路的窄帶跟蹤特性來得到不同的頻率。目前在各種無線通信中使用的頻率合成器普遍采用鎖相環(huán)頻率合成器。
圖1是一個典型的分數(shù)N分頻鎖相環(huán)構成的頻率調(diào)制器100的原理圖。這種調(diào)制器100的一個主要問題是它的調(diào)制信號的帶寬嚴格受到由分頻器104，鑒相器103，低通環(huán)路濾波器102和壓控震蕩器VCO 101組成的鎖相環(huán)(PLL)的帶寬的限制，它要求輸入的調(diào)制信號的帶寬不能超過PLL的環(huán)路帶寬。這個帶寬限制在實際應用中引起了一個難以解決的矛盾一方面，為了提高調(diào)制數(shù)據(jù)的傳送速率要求增大PLL的帶寬；但另一方面，為了降低輸出噪聲和雜散頻率又要求減小PLL的帶寬。
為了解決這個矛盾，Michael H.Perrott在1997年發(fā)表的文獻《A 27-mW CMOSFractional-N Synthesizer Using Digital Compensation for 2.5-Mb/s GFSK Modulation”byMichael H.Perrott and etc.，IEEE Journal of Solid-State Circuits，Vol.32，No.12，December 1997，pages 2048 to 2060》中提出了一種基于分數(shù)N分頻的高帶寬頻率調(diào)制器的結構。它的實現(xiàn)方法是用一個附加的高通濾波器來補償鎖相環(huán)的低通傳輸特性，使輸入調(diào)制信號的帶寬在經(jīng)過這個附加高通濾波器和鎖相環(huán)處理后保持不變。盡管該方法在理論上得到很好的證明，但在實際應用中卻很難實現(xiàn)精確的補償匹配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種既可對寬帶輸入信號進行頻率調(diào)制，又可有效降低輸出噪聲和雜散頻率的頻率調(diào)制器和調(diào)制方法。
本發(fā)明提出的頻率調(diào)制器，是一種采用自適應增益控制來直接調(diào)制一個壓控震蕩器(VCO)產(chǎn)生射頻信號的頻率調(diào)制器，它的組成包括一個基準頻率信號；一個從輸入電壓信號產(chǎn)生射頻輸出信號的壓控震蕩器(VCO)；一個自適應增益控制環(huán)路組成的第一調(diào)制分支和一個鎖相環(huán)組成的第二調(diào)制分支；這兩個分支分別提供壓控震蕩器(VCO)的第一輸入信號和第二輸入信號；一個參數(shù)查尋儲存表，用于儲存初始值并進行數(shù)據(jù)更新，這些存儲的數(shù)據(jù)用于對基帶數(shù)字處理器生成的VCO調(diào)制信號進行增益處理。
本發(fā)明中，基準頻率信號包括基準時鐘信號或以數(shù)字序列的方式表示的經(jīng)過調(diào)制的頻率信號，這種經(jīng)過調(diào)制的基準頻率信號可采用直接數(shù)字合成的方法來得到。
本發(fā)明中，自適應增益控制環(huán)路組成的第一調(diào)制分支包括一個反饋回路分頻器，它的輸入連接VCO的輸出，用于對VCO輸出信號進行分頻處理，該分頻器與鎖相環(huán)反饋回路中使用的分頻器共享。該分頻器的作用是把VCO輸出的高頻信號通過分頻轉換成低頻信號；一個頻數(shù)轉換器，它的輸入連接反饋回路分頻器的輸出，用于計算輸入信號相對于基準時鐘信號的頻率值，并以數(shù)字信號模式輸出；一個增益計算模塊，連接頻率轉換器的輸出，用于計算增益系數(shù)，計算方法可以采用加權濾波和基于參數(shù)查尋表的線性插值法；一個增益器，它的輸入連接增益計算模塊的輸出，用于將獲得的增益系數(shù)對輸入的壓控震蕩器的數(shù)字調(diào)制信號進行增益修正處理。
本發(fā)明中，自適應增益控制環(huán)路組成的第一調(diào)制分支可以有另一種結構，它包括一個頻率轉換器，用于把VCO輸出的高頻信號轉換成系統(tǒng)設定的中頻信號；一個頻數(shù)轉換器，它的輸入連接頻率轉換器的輸出，用于計算輸入的頻率信號相對于基準時鐘信號的頻率值，并以數(shù)字序列的模式輸出；一個數(shù)字頻率合成器，它的輸入連接數(shù)字基帶處理器，用于把基帶數(shù)字信號從基帶頻率轉換成系統(tǒng)設定的中頻頻率調(diào)制的信號，并以數(shù)字序列的模式輸出；
一個頻率檢測器，它的二個輸入分別連接頻數(shù)轉換器的輸出和頻率合成器的輸出，用于比較二個不同的輸入頻率信號并產(chǎn)生相應的誤差信號輸出；一個增益計算模塊，它的輸入連接頻率檢測器的輸出，其作用是根據(jù)輸入的誤差信號來計算VCO輸入調(diào)制信號的增益修正系數(shù)，計算方法包括加權濾波和基于參數(shù)查尋儲存表的線性插值法；一個增益器，它的輸入連接增益計算模塊的輸出，用于將獲得的增益修正系數(shù)對輸入的壓控震蕩器的數(shù)字調(diào)制信號進行增益處理。
第一調(diào)制分支提供壓控震蕩器的第一輸入信號，這個輸入信號在通過自適應增益控制環(huán)路的增益器后被轉換成模擬信號。
其中VCO的第一輸入信號和第二輸入信號通過加法器疊加后被用于控制VCO的輸入。
本發(fā)明中，鎖相環(huán)包括一個壓控震蕩器，它有一個模擬電壓信號輸入和一個頻率信號輸出；一個鑒相器，它把兩個相位調(diào)制的輸入信號進行比較，并把比較產(chǎn)生的相位或頻率誤差作為輸出信號輸出；一個環(huán)路濾波器，它的輸入連接鑒相器的輸出，用于對鑒相器輸出的誤差信號進行低通濾波處理，并把濾波后的信號提供給VCO的輸入作為VCO的第二輸入信號；一個分頻器，它的輸入連接VCO的輸出，用于把VCO的輸出進行分頻處理，它的輸出連接到鑒相器的一個輸入端；一個基準頻率信號，它連接鑒相器的另一個輸入端；一個分頻控制器，它的輸入包括基帶相位調(diào)制信號和載波頻率信號，它的輸出是一個數(shù)字序列用于控制分頻器的分頻比率。
本發(fā)明還提出一種采用自適應增益控制來直接調(diào)制壓控震蕩器(VCO)產(chǎn)生頻率信號的頻率調(diào)制方法，該方法包括采用一個壓控震蕩器(VCO)，它把輸入的電壓信號轉化成相應的頻率信號輸出；采用一個基準頻率信號來測量輸入的頻率調(diào)制信號的頻率；采用一個自適應增益控制環(huán)路組成的第一調(diào)制分支和采用一個鎖相環(huán)組成的第二調(diào)制分支；這兩個分支分別提供壓控震蕩器的第一輸入信號和第二輸入信號，這兩個輸入信號同時調(diào)制VCO的輸入；采用一個參數(shù)查尋儲存表，用于寄存自適應增益修正系數(shù)的初始值和VCO的增益參數(shù)，并更新新產(chǎn)生的增益修正系數(shù)。
本發(fā)明中，自適應增益控制環(huán)路組成的第一調(diào)制分支包括一個頻率轉換器，用于把VCO輸出的高頻信號轉換成系統(tǒng)設定的中頻信號；一個基準頻率信號或基準頻率信號發(fā)生器；一個頻數(shù)轉換器，用于計算輸入的頻率信號相對于基準頻率信號的頻率值，并以數(shù)字序列的模式輸出；一個頻率檢測器，用于比較二個不同的輸入頻率信號并產(chǎn)生相應的誤差信號輸出；一個增益計算模塊，用于根據(jù)輸入的誤差信號來計算VCO輸入調(diào)制信號的增益修正系數(shù)，計算方法包括加權濾波和基于參數(shù)查尋儲存表的線性插值法；一個增益器，用于將獲得的增益修正系數(shù)對的輸入的壓控震蕩器的數(shù)字調(diào)制信號進行線性放大或縮?。簧鲜稣{(diào)制分支中，其中的頻率轉換器把VCO輸出的高頻信號轉換成系統(tǒng)設定的中頻信號，并通過頻數(shù)轉換器對這個中頻信號進行解調(diào)，解調(diào)的結果被轉換成數(shù)字序列信號送到頻率檢測器，與基準頻率信號進行比較，比較產(chǎn)生的誤差信號被送到增益計算模塊進行分析處理后得到VCO的增益修正系數(shù)。
上述調(diào)制分支中，基準頻率信號還包括以數(shù)字序列的方式表示的經(jīng)過調(diào)制的頻率信號，這種經(jīng)過調(diào)制的基準頻率信號可采用直接數(shù)字合成的方法來得到；增益修正系數(shù)是采用加權濾波和基于參數(shù)查尋儲存表的線性插值法得到，這個增益修正系數(shù)被增益器用于對VCO的輸入調(diào)制信號進行線性修正。
上述調(diào)制分支中，中頻頻率的選取是根據(jù)與該頻率相應的頻數(shù)轉換器的輸出雜散頻率特性和VCO的輸出頻率來決定的。
本發(fā)明中，鎖相環(huán)組成的第二調(diào)制分支，包括一個壓控震蕩器(VCO)，它有一個模擬電壓信號輸入和一個頻率信號輸出；一個鑒相器，它把兩個相位調(diào)制的輸入信號進行比較，并把比較產(chǎn)生的相位或頻率誤差作為輸出信號輸出；一個環(huán)路濾波器，它的輸入連接鑒相器的輸出，用于對鑒相器輸出的誤差信號進行低通濾波處理，并把濾波后的信號作為VCO的第二輸入信號；一個分頻器，它的輸入連接VCO的輸出，用于把VCO輸出的信號進行分頻處理，它的輸出連接到鑒相器的一個輸入端；一個基準頻率信號，它連接鑒相器的另一個輸入端；一個分頻控制器，它的輸入包括基帶相位調(diào)制信號和載波頻率信號，它的輸出是一個調(diào)制的數(shù)字序列用于控制分頻器的分頻比率。
本發(fā)明中，第一調(diào)制分支提供VCO的第一輸入信號，這個輸入信號在通過自適應增益控制環(huán)路的增益器后被轉換成模擬信號。鎖相環(huán)組成的第二調(diào)制分支提供VCO的第二輸入信號，這個鎖相環(huán)還包括一個信號加法器，這個加法器把VCO的第一輸入信號和第二輸入信號疊加在一起組成VCO的輸入控制信號。
本發(fā)明中，自適應增益修正系數(shù)初始值的計算是采用一個已知的的調(diào)制信號作為基準輸入信號，通過比較VCO的實際輸出信號與基準信號的差別來得到在不同的調(diào)制頻率下所要求的增益修正系數(shù)初始值。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的原理設計的一種頻率調(diào)制器。這種頻率調(diào)制器采用雙點調(diào)制結構形式，載波信號是利用鎖相環(huán)窄帶跟蹤特性來得到，而頻率調(diào)制信號是利用數(shù)字自適應增益控制環(huán)路對VCO的調(diào)制來得到，VCO的非線性噪聲和頻率漂移問題是由數(shù)字自適應增益控制環(huán)路來解決。采用這種結構的好處之一是利用分數(shù)N分頻的鎖相環(huán)頻率合成器來選取載波頻率，這樣發(fā)射機就不需要傳統(tǒng)結構中所需的中頻上變頻器和昂貴的帶通濾波器了。另外，利用自適應增益控制環(huán)路對VCO的直接調(diào)制使輸入調(diào)制信號的帶寬不再受到PLL帶寬的限制。采用這種方法，不僅可對高速寬帶輸入信號進行頻率調(diào)制，而且可以有效地降低輸出的噪聲和雜散頻率。
本發(fā)明的具體原理，特性，功能和優(yōu)點可以通過下述的附圖和具體說明來更好地理解。


圖1是一種通用的分數(shù)N分頻的鎖相環(huán)頻率合成器結構；圖2是基于本發(fā)明構造的一種采用自適應增益控制來調(diào)制VCO的雙點調(diào)制的頻率調(diào)制器結構。
圖3是另一種類似于圖2的VCO雙點調(diào)制的頻率調(diào)制器結構，在這個結構中自適應增益控制環(huán)路采用了頻率偏置的方法。
圖中標號100為典型的分數(shù)N分頻的鎖相環(huán)頻率合成器，101為壓控震蕩器，102為環(huán)路濾波器，103為鑒相器，104為雙模分頻器，105為Sigma-delta調(diào)制器，106為加法器，107為發(fā)送濾波器；200為分數(shù)N分頻的鎖相環(huán)頻率合成器，201為壓控震蕩器，202為加法器，203為環(huán)路濾波器，204為鑒相器，205為雙模分頻器，206為發(fā)送濾波器，207為Sigma-delta調(diào)制器，208為數(shù)模轉換器，209為增益器，210為加權濾波器和參數(shù)查尋表，211為頻數(shù)轉換器，215為基帶處理器，300為分數(shù)N分頻的鎖相環(huán)頻率合成器，301為壓控震蕩器，302為加法器，303為環(huán)路濾波器，304為鑒相器，305為雙模分頻器，306為發(fā)送濾波器，307為Sigma-delta調(diào)制器，308為數(shù)模轉換器，309為增益器，310為加權濾波器和參數(shù)查尋表，311為頻數(shù)轉換器，312為Sigma-delta頻率合成器，313為雙模分頻器，314為Sigma-delta調(diào)制器，315為頻律檢測器，320為基帶處理器。
具體實施例方式
下述的設計例子對本發(fā)明所涉及的原理，功能模塊和信號流程進行具體描述，這些描述主要是為了更直接和清晰地對本發(fā)明的基本原理進行解釋，所以只代表與本發(fā)明有關的一種應用，而本發(fā)明并不只限于此種應用。
參照圖1，圖中的數(shù)字表示不同模塊的編號。圖1是一種分數(shù)N分頻的頻率合成器?；鶐?shù)字信號D_in被送到發(fā)送濾波器107產(chǎn)生調(diào)制信號，這個調(diào)制信號和載波信號Freq_Carrier通過加法器106疊加在一起作為Sigma-Delta調(diào)制器105的輸入，這個Sigma-Delta調(diào)制器105的輸出用于控制雙模分頻器104的分頻比率。有關Sigma-Delta調(diào)制器的詳細描述可從S.R.Norsworthy，R.Schreier和G.C.Temes撰寫的“Delta-Sigma Data Converters”一書中找到，在此不再作進一步的說明。雙模分頻器104的輸出和基準頻率fref分別連到鑒相器103的兩個輸入端進行相位比較，產(chǎn)生的誤差信號被送入鎖相環(huán)的環(huán)路低通濾波器102作濾波處理后生成壓控震蕩器(VCO)101的控制輸入信號。VCO 101的輸出信號fout經(jīng)由反饋回路通過分頻器104分頻后輸入簡相器103。分數(shù)N分頻器是由Sigma-Delta調(diào)制器105和雙模分頻器104構成，該分頻器的分頻比率是采用Sigma-Delta調(diào)制器來得到的。
采用上述方法，基帶數(shù)字信號及其相位信息可直接轉換成射頻信號而不需通過中頻轉換電路，另外利用鎖相環(huán)路的窄帶跟蹤特性可獲得精確、低噪聲的輸出頻率。但是這種結構存在一個嚴重局限那就是調(diào)制信號的帶寬不能超過鎖相環(huán)的帶寬。這個限制使圖1的結構難以用來調(diào)制高速和高帶寬的頻率調(diào)制信號。因為提高數(shù)據(jù)傳輸率就要求增加鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬；但另一方面，降低輸出噪聲和輸出雜散頻率又要求較窄的環(huán)路帶寬。這個設計矛盾可通過本發(fā)明的方法來得到解決。
圖2是基于本發(fā)明構造的一種采用自適應增益控制來直接調(diào)制VCO的雙點調(diào)制結構。數(shù)字控制信號，vco_mod，D_in，F(xiàn)req_carrier和基準頻率fref都由基帶數(shù)字處理器215提供，在上面圖1中表示的分數(shù)N分頻的鎖相環(huán)頻率合成器被作為功能塊200在圖2中用淺色框圖表示。分數(shù)N分頻的鎖相環(huán)200由鑒相器204，環(huán)路濾波器203，壓控震蕩器(VCO)201和環(huán)路分頻器205組成。鑒相器204是個頻率或相位比較器，它把輸入的基準頻率信號和分頻器205的輸出頻率信號進行比較，產(chǎn)生相應的誤差信號。環(huán)路濾波器的作用是濾除鑒相器204產(chǎn)生的誤差信號中的高頻成分和噪聲，以保證環(huán)路所要求的性能，并產(chǎn)生一個控制信號通過加法器202來控制VCO 201。壓控震蕩器VCO201把輸入的控制電壓轉化為相應的輸出頻率信號fout。環(huán)路分頻器205把VCO 201的輸出信號分頻后作為反饋信號送回鑒相器204。
對VCO 201的直接調(diào)制是通過把數(shù)模轉換器208產(chǎn)生的基帶調(diào)制信號VCO_direct和環(huán)路濾波器203的輸出信號經(jīng)過加法器202疊加在一起，這個疊加信號被VCO 201轉化為輸出的頻率調(diào)制信號fout?；鶐?shù)字處理器215產(chǎn)生的VCO調(diào)制信號vco_mod通過增益器209得到線性修正，這個修正后的數(shù)字信號通過數(shù)模轉換器208轉化成VCO所需的電壓調(diào)制信號VCO_direct。
當鎖相環(huán)200工作在鎖定狀態(tài)時，雙模分頻器205的輸出頻率和基準頻率fref相同，而調(diào)制信號VCO_direct產(chǎn)生的VCO輸出的頻率變化也正好抵消基帶調(diào)制信號D_in通過分頻器205引起的輸出頻率fx的變化。鎖相環(huán)200的功能是通過VCO 201把載波信號鎖定在所需的載波頻率，與此同時，調(diào)制信號VCO_direct通過加法器202與環(huán)路濾波器203輸出的載波調(diào)制信號相疊加，以VCO雙點調(diào)制的方式產(chǎn)生所需的頻率調(diào)制信號。
根據(jù)圖2的結構，VCO的頻率飄移、相位噪聲等非線性誤差可通過采用VCO自適應增益控制環(huán)路的方法來得到解決。這個增益控制反饋回路包括頻數(shù)轉換器211，加權濾波器和參數(shù)查尋表210，增益器209，數(shù)模轉換器208，VCO 201以及分頻器205。VCO 201的輸出信號經(jīng)過雙模分頻器205分頻后被送到頻數(shù)轉換器211。頻數(shù)轉換器211的功能是把分頻器輸出的頻率信號fx與基準頻率fref進行比較，并將比較結果轉換成數(shù)字序列表示的方式輸出，這個輸出的數(shù)字信號表示了相應輸入信號的頻率。有關頻數(shù)轉換器211的功能和實現(xiàn)的例子可參考論文《An Oversampling Delta-Sigma FrequencyDiscriminator”，R.D.Beards and M.A.Copeland.IEEE Trans.on Circuits andSystems-II，Vol.41，No.1，pages 26 to 32，January 1994》。當VCO 201的輸出頻率發(fā)生誤差時就會引起分頻器205的輸出頻率fx發(fā)生相應的變化，從而使頻數(shù)轉換器211的輸出也發(fā)生相應變化。這個頻率誤差信號被加權濾波器210經(jīng)過濾波和線形插值處理后得到VCO 201的增益修正系數(shù)。這個增益修正系數(shù)通過增益器209對基帶調(diào)制信號vco_mod作線性修正，以補償VCO 201所造成的頻率誤差，并由數(shù)模轉換器208轉換成電壓信號VCO_direct，然后經(jīng)過加法耦合器202實現(xiàn)對VCO 201的頻率調(diào)制。
VCO 201增益修正系數(shù)的初始值被儲存在加權濾波器和查尋表210的寄存器內(nèi)，這些初始值可根據(jù)所使用的VCO的傳輸特性在不同的輸入電壓狀況下測量出來，也可以用事先設定的調(diào)制信號進行校驗和設定。在實時工作情況下，這些增益系數(shù)是通過VCO的自適應增益控制環(huán)路實時計算得到的。
采用上述的自適應增益修正的方法，VCO的頻率漂移和其它噪聲效應可以得到很好的補償和修正。由于所需的頻率調(diào)制信號是采用自適應增益修正的方法對VCO直接調(diào)制得到的，因此調(diào)制信號的帶寬直接受數(shù)模轉換208的限制而不是受鎖相環(huán)頻率合成器200的環(huán)路帶寬限制。又因為數(shù)模轉換器可達到的帶寬遠大于鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬，所以，采用這種自適應增益控制環(huán)路來對VCO雙點調(diào)制的方法可以滿足對高速和高帶寬頻率調(diào)制的要求。
另外，由于分數(shù)N分頻的鎖相環(huán)頻率合成器200被用來控制調(diào)制信號的載波頻率，而高帶寬的調(diào)制信號無需通過環(huán)路濾波器203，所以，該鎖相環(huán)頻率合成器200可以用傳統(tǒng)的窄帶環(huán)路濾波器來實現(xiàn)，以滿足對載波信號的低輸出噪聲和低雜散頻率的要求。采用這種自適應增益控制的VCO雙點調(diào)制方法，不僅可滿足對高速寬帶頻率調(diào)制信號的要求，而且還可滿足對調(diào)制信號高精度和低噪聲的要求。
圖3是的另一種直接調(diào)制VCO的雙點調(diào)制結構，這一結構與圖2所示的結構類似，不同的是在自適應增益控制環(huán)路中采用了頻率偏置的功能。在圖中用淺色框圖300表示的是一個在圖1中表示的分數(shù)N分頻的鎖相環(huán)頻率合成器。基帶數(shù)字處理模塊320提供控制信號，他們包括偏置頻率控制信號Freq_offset，直接數(shù)字合成的頻率調(diào)制信號DDS_mod，基準時鐘信號fref，VCO頻率調(diào)制信號vco_mod，基帶數(shù)字信號D_in和載波頻率控制信號Freq_carrier。
Sigma-Delta頻率合成器312的作用是采用Sigma-Delta直接數(shù)字合成的方法把輸入信號DDS_mod轉化為與系統(tǒng)設定的偏置頻率相應的數(shù)字序列信號。這個數(shù)字序列信號被作為基準信號送到頻率檢測器315的一個輸入端。
頻率偏置的功能是通過雙模分頻器313和Sigma-Delta調(diào)制器314來實現(xiàn)的。它的原理于圖1描述的雙模(N/N+1)分頻器104和Sigma-Delta調(diào)制器105是一樣的，要求的偏置頻率是由控制信號Freq_Offset來選取。VCO 301的輸出被雙模分頻器313分頻后通過頻數(shù)轉換器311產(chǎn)生一個數(shù)字序列信號，然后被送到頻率檢測器315與Sigma-Delta頻率合成器312產(chǎn)生的基準信號進行比較。
頻率檢測器315將比較產(chǎn)生的誤差信號送到加權濾波器和參數(shù)查尋表310進行濾波處理和線性插值計算后得到VCO 301的增益修正系數(shù)。當VCO 301的頻率發(fā)生漂移誤差時就會引起分頻器313的輸出頻率發(fā)生相應的變化，從而使頻數(shù)轉換器311的輸出也產(chǎn)生相應變化，結果使頻率檢測器315產(chǎn)生相應的誤差信號。這個誤差信號被輸入加權濾波器310產(chǎn)生新的VCO增益修正系數(shù)，這個新的增益系數(shù)通過增益器309對輸入調(diào)制信號vco_mod作線性修正，以補償VCO 301的頻率漂移和其他非線形因素所造成的頻率誤差。這個修正后的數(shù)字信號通過數(shù)模轉換器308產(chǎn)生電壓調(diào)制信號。該電壓調(diào)制信號和環(huán)路濾波器303輸出的載波頻率信號經(jīng)過加法器302疊加在一起。這個疊加后的電壓信號通過VCO 301轉換成輸出的頻率調(diào)制信號fout。
采用圖3的結構，偏置頻率Freq_Offset可以根據(jù)系統(tǒng)的噪聲頻率特性進行適當選擇，例如，根據(jù)頻數(shù)轉換器312所用的Sigma-Delta調(diào)制器的輸出噪聲頻譜特性進行選擇，這樣可以有效地降低系統(tǒng)輸出的雜散頻率噪聲，并同時提高頻數(shù)轉換器的精度。
值得說明的是上述的描述是為了能對本發(fā)明有一個容易和直接的了解，這些描述是通過上述的特別例子來加以闡述的，但是，在實際應用中可能基于本發(fā)明發(fā)展出不同的結構。本發(fā)明的基本原理并不局限于上述的描述，而是這些結構同樣包含在本發(fā)明的權利要求范圍內(nèi)。
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權利要求
1.一種直接調(diào)制壓控震蕩器產(chǎn)生射頻信號的頻率調(diào)制器，其特征在于它的組成包括一個基準時鐘信號；一個從輸入電壓信號產(chǎn)生射頻輸出信號的壓控震蕩器(VCO)；一個自適應增益控制環(huán)路組成的第一調(diào)制分支和一個鎖相環(huán)組成的第二調(diào)制分支；這兩個分支分別提供壓控震蕩器(VCO)的第一輸入信號和第二輸入信號；一個參數(shù)查尋儲存表，用于儲存初始值并進行數(shù)據(jù)更新，這些存儲的數(shù)據(jù)用于對基帶數(shù)字處理器生成的VCO調(diào)制信號進行增益處理。
2.根據(jù)權利要求1所述的頻率調(diào)制器，其特征在于所述的自適應增益控制環(huán)路組成的第一調(diào)制分支包括一個反饋回路分頻器，它的輸入連接VCO的輸出，用于對VCO輸出信號進行分頻處理，該分頻器與鎖相環(huán)反饋回路中使用的分頻器共享。該分頻器的作用是把VCO輸出的高頻信號通過分頻轉換成低頻信號；一個頻數(shù)轉換器，它的輸入連接反饋回路分頻器的輸出，用于計算輸入信號相對于基準時鐘信號的頻率值，并以數(shù)字信號模式輸出；一個增益計算模塊，連接頻率轉換器的輸出，用于計算增益系數(shù)，計算方法可以采用加權濾波和基于參數(shù)查尋表的線性插值法；一個增益器，它的輸入連接增益計算模塊的輸出，用于將獲得的增益系數(shù)對輸入的壓控震蕩器的數(shù)字調(diào)制信號進行增益修正處理；一個數(shù)模轉換器，它把增益器輸出的數(shù)字信號轉換成調(diào)制VCO輸入的模擬信號。
3.根據(jù)權利要求1所述的頻率調(diào)制器，其特征在于所述的自適應增益控制環(huán)路組成的第一調(diào)制分支包括一個頻率轉換器，它的輸入連接VCO的輸出，用于把VCO輸出的高頻信號轉換成系統(tǒng)設定的中頻信號；一個頻數(shù)轉換器，它的輸入連接頻率轉換器的輸出，用于計算輸入的頻率信號相對于基準時鐘信號的頻率值，并以數(shù)字序列的模式輸出；一個數(shù)字頻率合成器，它的輸入連接數(shù)字基帶處理器，用于把基帶數(shù)字調(diào)制信號從基帶頻率轉換成系統(tǒng)設定的中頻頻率，并以數(shù)字序列的模式輸出；一個頻率檢測器，它的二個輸入分別連接頻數(shù)轉換器的輸出和數(shù)字頻率合成器的輸出，用于比較二個不同的輸入頻率信號并產(chǎn)生相應的誤差信號輸出；一個增益計算模塊，它的輸入連接頻率檢測器的輸出，其作用是根據(jù)輸入的誤差信號來計算VCO輸入調(diào)制信號的增益修正系數(shù)，計算方法包括加權濾波和基于參數(shù)查尋儲存表的線性插值法；一個增益器，它的輸入連接增益計算模塊的輸出，用于將獲得的增益修正系數(shù)對輸入的壓控震蕩器的數(shù)字調(diào)制信號進行增益處理。一個數(shù)模轉換器，它把增益器輸出的數(shù)字信號轉換成調(diào)制VCO輸入的模擬信號。
4.根據(jù)權利要求1所述的頻率調(diào)制器，其特征在于所述的鎖相環(huán)包括一個壓控震蕩器，它有一個模擬電壓信號輸入和一個頻率信號輸出；一個鑒相器，它把兩個相位調(diào)制的輸入信號進行比較，并把比較產(chǎn)生的相位或頻率誤差作為輸出信號輸出；一個環(huán)路濾波器，它的輸入連接鑒相器的輸出，用于對鑒相器輸出的誤差信號進行低通濾波處理，并把濾波后的信號提供給VCO的輸入作為VCO的第二輸入信號；一個分頻器，它的輸入連接VCO的輸出，用于把VCO的輸出進行分頻處理，它的輸出連接到鑒相器的一個輸入端；一個基準頻率信號，它連接鑒相器的另一個輸入端；一個分頻控制器，它的輸入包括基帶相位調(diào)制信號和載波頻率信號，它的輸出是一個數(shù)字序列用于控制分頻器的分頻比率。一個信號加法器，這個加法器把VCO的第一輸入信號和第二輸入信號疊加在一起組成VCO的輸入控制信號。
5.一種直接調(diào)制壓控震蕩器產(chǎn)生頻率信號的頻率調(diào)制的方法，其特征在于該方法包括采用一個壓控震蕩器(VCO)，它把輸入的電壓信號轉化成相應的頻率信號輸出；采用一個基準頻率信號來測量輸入的頻率調(diào)制信號的頻率；采用一個自適應增益控制環(huán)路組成的第一調(diào)制分支和采用一個鎖相環(huán)組成的第二調(diào)制分支；這兩個分支分別提供壓控震蕩器的第一輸入信號和第二輸入信號，這兩個輸入信號同時調(diào)制VCO的輸入；采用一個參數(shù)查尋儲存表，用于寄存自適應增益修正系數(shù)的初始值和VCO的增益參數(shù)，并更新新產(chǎn)生的增益修正系數(shù)。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于所述自適應增益控制環(huán)路組成的第一調(diào)制分支包括一個頻率轉換器，用于把VCO輸出的高頻信號轉換成系統(tǒng)設定的中頻信號；一個頻數(shù)轉換器，用于計算輸入的頻率信號相對于基準頻率信號的頻率值，并以數(shù)字序列的模式輸出；一個頻率檢測器，用于比較二個不同的輸入頻率信號并產(chǎn)生相應的誤差信號輸出；一個增益計算模塊，用于根據(jù)輸入的誤差信號來計算VCO輸入調(diào)制信號的增益修正系數(shù)，計算方法包括加權濾波和基于參數(shù)查尋儲存表的線性插值法；一個增益器，用于將獲得的增益修正系數(shù)對的輸入的壓控震蕩器的數(shù)字調(diào)制信號進行線性放大或縮??；一個數(shù)模轉換器，它把增益器輸出的數(shù)字信號轉換成調(diào)制VCO輸入的模擬信號；其中的頻率轉換器把VCO輸出的高頻信號轉換成系統(tǒng)設定的中頻信號，并通過頻數(shù)轉換器對這個中頻信號進行解調(diào)，解調(diào)的結果被轉換成數(shù)字序列信號送到頻率檢測器，與基準頻率信號進行比較，比較產(chǎn)生的誤差信號被送到增益計算模塊進行分析處理后得到VCO的增益修正系數(shù)。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于基準頻率信號還包括以數(shù)字序列的方式表示的經(jīng)過調(diào)制的頻率信號，這種經(jīng)過調(diào)制的基準頻率信號可采用直接數(shù)字合成的方法來得到；增益修正系數(shù)是采用加權濾波和基于參數(shù)查尋儲存表的線性插值法得到，這個增益修正系數(shù)被增益器用于對VCO的輸入調(diào)制信號進行線性修正。
8.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于中頻頻率的選取是根據(jù)與該頻率相應的頻數(shù)轉換器的輸出雜散頻率特性和VCO的輸出頻率來決定的。
9.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于所述的鎖相環(huán)包括一個壓控震蕩器(VCO)，它有一個模擬電壓信號輸入和一個頻率信號輸出；一個鑒相器，它把兩個相位調(diào)制的輸入信號進行比較，并把比較產(chǎn)生的相位或頻率誤差作為輸出信號輸出；一個環(huán)路濾波器，它的輸入連接鑒相器的輸出，用于對鑒相器輸出的誤差信號進行低通濾波處理，并把濾波后的信號作為VCO的第二輸入信號；一個分頻器，它的輸入連接VCO的輸出，用于把VCO輸出的信號進行分頻處理，它的輸出連接到鑒相器的一個輸入端；一個基準頻率信號，它連接鑒相器的另一個輸入端；一個分頻控制器，它的輸入包括基帶相位調(diào)制信號和載波頻率信號，它的輸出是一個調(diào)制的數(shù)字序列用于控制分頻器的分頻比率。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于鎖相環(huán)組成的第二調(diào)制分支提供VCO的第二輸入信號，這個鎖相環(huán)還包括一個信號加法器，這個加法器把VCO的第一輸入信號和第二輸入信號疊加在一起組成VCO的輸入控制信號。
全文摘要
本發(fā)明屬于數(shù)字通訊技術領域，具體為一種采用自適應增益控制來直接調(diào)制壓控震蕩器的頻率調(diào)制器和調(diào)制方法。本發(fā)明采用雙點調(diào)制結構來控制VCO的輸入，利用鎖相環(huán)對VCO的窄帶跟蹤特性得到載波信號，利用數(shù)字自適應增益控制環(huán)路對VCO調(diào)制來得到頻率調(diào)制信號。采用這種結構的好處是利用鎖相環(huán)頻率合成器選取載波頻率，省去了傳統(tǒng)結構中所需的變頻器和帶通濾波器；輸入調(diào)制信號的帶寬不再受到鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬的限制。本發(fā)明不僅可對高速寬帶輸入信號進行頻率調(diào)制，而且可以有效地降低輸出的噪聲和雜散頻率。本發(fā)明可采用數(shù)字控制技術對各種不同的傳輸模式和載波頻率進行頻率合成和調(diào)制。
文檔編號H04L7/033GK1731680SQ200510028720
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月12日 優(yōu)先權日2005年8月12日
發(fā)明者曹偉勛 申請人:曹偉勛