[0001] 标题 [0002] 具有改进的相位噪声特性的振荡器布置 [0003] 技术领域 [0004] 本公开涉及一种振荡器装置,其包括适于输出具有输出频率的输出信号的输出端口。 [0005] 背景 [0006] 诸如压控振荡器(VCO:s)的振荡器用于传送具有预定频率的信号,该频率可以是可调的。 然而,所有设置为特定频率的振荡器往往会在该频率附近略有变化。 这种变化称为相位噪声。 [0007] 为了在振荡器中实现低相位噪声,众所周知,主要的贡献参数之一是谐振器的损耗,由其所谓的 Q 值测量,其中高 Q 值导致低损耗和低相位 噪音。 存在大量用于实现振荡器的不同技术。 谐振器可以由基板上的微带线或带状线结构构建。 它也可以由分立的 LC 组件、介质谐振器、波导腔或这些的变体构建。 调谐元件可以是变容二极管、铁电材料或一些其他可变电抗结构。 谐振器结构的总 Q 值取决于各个组件的组合电阻损耗。 [0008] 随着频率的增加,相位噪声要求也在增加,VCO:s 和集成 PLL(锁相环)合成器通常在高达 20 GHz 的频率下工作。 如现有技术图 1 所示,具有锁相环 (PLL) P101 的振荡器装置 PI 00 可以使用分数分频器(未示出)和具有例如 200 MHz 频率的参考输入信号 PI 02,例如 可以通过水晶源产生。 振荡器装置 Pl 00 包括振荡器 Pl 03、相位检测器 Pl 04、反馈环路 Pl 05、环路滤波器 Pl 06 和输出滤波器 Pl 07。参考输入信号 Pl 02 连接到相位检测器 Pl 04,其 经由环路滤波器106向振荡器P103输出控制信号,例如向VCO输出控制电压。 振荡器P103通过反馈回路P105连接到鉴相器P104,允许鉴相器P104确定控制信号。 振荡器 PI 03 也连接到输出滤波器 PI 07。 [0009] 当频率除以 2 时,相位噪声降低约 6 dB,因此每次频率加倍 2 时相位噪声增加约 6 dB,直到达到最终所需频率。 然而,用户希望 10 GHz 时的相位噪声性能和容量与 40 GHz 时相同,添加 x4 倍频器会使相位噪声降低约 12 dB。 很难达到结合大调谐范围的高调制方案所需的相位噪声要求。 标准 PLL 解决方案的相位噪声取决于 VCO 的 Q 值,其中 Q 值增加会使 VCO 更难改变频率。 在这种情况下,分频和倍频时的相位噪声性能遵循 20 对数因子。 因此,希望提供一种具有改进的相位噪声特性的简单且可靠的振荡器装置。 [0010] 概括 [0011] 本公开的目的是提供一种具有改善的相位噪声特性的简单且可靠的振荡器装置。 [0012] 该目的是通过一种振荡器装置实现的,该振荡器装置包括适于输出具有输出频率的输出信号的输出端口、适于环路振荡器频率的环路振荡器和适于附加振荡器频率的附加振荡器 . 输出频率超过环路振荡器频率和附加振荡器频率,取决于环路振荡器频率和附加振荡器频率,并且适于经由反馈回路控制环路振荡器频率。 [0013]这意味着两个振荡器用于创建具有输出频率的输出信号,其中输出频率被反馈以通过反馈回路控制环内振荡器。 然后可以通过将环路振荡器频率和附加振荡器频率组合在一起的混合信号来实现频率锁定,最终的相位噪声将是两个振荡器性能的组合。 一个重要的优点是不需要乘以环路振荡器频率来达到输出频率。 [0014] 根据一些方面,振荡器装置还包括适于接收具有输入频率的参考振荡器信号的输入端口、连接到输入端口和环内振荡器的相位检测器、连接到输出端口的混频器以及 通过反馈环路到相位检测器。 反馈回路适于将输出频率馈送到鉴相器,从而形成锁相回路,其中环内振荡器和附加振荡器都连接到混频器。 [0015] 这意味着环路振荡器和鉴相器将负责锁相环中的相位锁定,并以这种方式在输入频率和附加振荡器频率中产生偏差,例如由于温度变化和组件老化, 可以得到补偿。 [0016] 根据一些方面,环路振荡器是压控振荡器(VCO)。 这意味着可以形成简单的锁相环,仅使用标准组件。 [0017] 根据一些方面,输出频率是环路振荡器频率和附加振荡器频率之和。 这样,可以很容易地滤除输出频率。 根据一些方面,附加振荡器是自由振荡腔振荡器。 这意味着附加振荡器将具有相对较高的 Q 值并因此产生相对少量的相位噪声,并且这意味着产生的输出信号将至少具有与环路振荡器频率相同的相位噪声。 [0018] 根据一些方面,反馈回路包括至少一个反馈滤波器和/或至少一个分频器。 反馈滤波器例如可以是带通滤波器,其适于在鉴相器之前清除反馈回路中的信号,并且分频器可以用于向鉴相器提供合适的输入。 [0019] 根据一些方面,附加振荡器可通过可移动壁或可移动电介质结构来控制。 这样,可以控制额外的振荡器频率。 [0020] 根据一些方面,环路振荡器频率下降到附加振荡器频率以下。 [0021] 根据一些方面,附加振荡器是包含在双工滤波器设计中的空腔振荡器。 这提供了有效的集成,并允许通过滤波器组件设置这种空腔振荡器的特性。 [0022] 根据一些方面,振荡器装置还包括至少一组适于输出具有另一输出频率的另一输出信号的另一输出端口,以及适于下降的另一环内振荡器频率的另一环内振荡器 低于进一步的输出频率。 对于每组,另外的输出频率取决于另外的环内振荡器频率和附加的振荡器频率,并且适于经由另外的反馈回路控制另外的环内振荡器频率。 [0023] 这意味着根据上述的振荡器装置可以针对任意数量的输出频率进行扩展,同时只需要一个共同的附加振荡器,并且任何这样的振荡器装置都与上述优点相关联。 [0024]根据一些方面,作为这种振荡器布置的示例,鉴相器、振荡器和混频器包含在发射机频率分支中,其中混频器连接到发射机输出端口。 一组另外的环路振荡器、另外的相位检测器和另外的混频器被包括在接收器频率分支中,其中另外的混频器连接到接收器输出端口。 附加振荡器对于发射器频率分支和接收器频率分支是公共的。 [0025] 该目的也通过与上述优点相关联的方法获得。 附图的简要说明 [0026] 现在将参考附图更详细地描述本公开,其中: [0027] 图 1 显示了现有技术振荡器配置的简化示意图; [0028] 图2示出了根据本公开的第一示例的振荡器布置的简化示意图; [0029] 图3示出了根据本公开的第二示例的振荡器布置的简化示意图; 和 [0030] 图 4 显示了说明方法的流程图。 [0031] 详细说明 [0032] 现在将参照附图更全面地描述本公开的方面。 然而,本文公开的不同设备、计算机程序和方法可以以许多不同的形式实现并且不应被解释为限于本文阐述的方面。 附图中相同的数字自始至终指代相同的元件。 [0033] 此处使用的术语仅用于描述本公开的方面,并不旨在限制本发明。 如本文所用,单数形式“a”、“an”和“the”旨在也包括复数形式,除非上下文清楚地另有说明。 [0034] 参考图2,示出了第一示例,第一振荡器布置1包括适于输出具有输出频率f的输出信号5的输出端口4 _ou t,适用于环路振荡器频率f的环路振荡器6 _0SC L和适用于附加振荡器频率f的附加振荡器10 _0SC A。 [0035] 输出频率f _ou t 超过环路振荡器频率 f _0SC L 和附加振荡器频率 f _0SC A,并且取决于环路振荡器频率 f _0SC L 和附加振荡器频率 f _0SC A.输出频率f _ou t适用于控制环路振荡器频率f _0SC L 通过反馈回路 9. [0036] 根据某些方面,输出频率 f _ou t 是环路振荡器频率 f 的总和 _0SC L 和附加振荡器频率 f _0SC A。 [0037] 这意味着两个振荡器 6、10 用于创建具有输出频率 f 的输出信号 5 _ou t,其中输出频率 f _ou t经由反馈环路9被反馈以控制振荡器之一,环路振荡器6。然后可以通过具有环路振荡器频率f的组合混合信号来实现频率锁定 _0SC L 和附加振荡器频率 f _0SC A. 最后的相位噪声将是 两个振荡器性能的组合。 例如,如果附加振荡器 10 具有比环内振荡器 6 更好的相位噪声特性,则环内振荡器 6 将对输出频率为 f 的结果输出信号 5 中的相位噪声贡献最大 _ou t- 需要乘以环路振荡器频率以达到输出频率 f _ou t通过本公开被移除。 [0038]根据一些方面,振荡器布置1还包括适于接收具有输入频率fin的参考振荡器信号3的输入端口2、连接到输入端口2和环内振荡器6的相位检测器7、混频器8 连接到输出端口 4 并通过反馈回路 9 连接到相位检测器 7。反馈回路 9 适于馈送输出频率 f _ou t到鉴相器7,从而形成锁相环(PLL)11,其中环内振荡器6和附加振荡器10都连接到混频器8。 [0039] 在此上下文中,相位检测器7具有适合于在根据上述的锁相环11中起作用的任何已知设计。 根据一些方面,参考振荡器信号3以任何合适的方式生成,例如通过晶体振荡器电路27。 [0040] 环内振荡器6和相位检测器7将负责锁相环11中的相位锁定,并且以这种方式在输入频率fin和附加振荡器频率f中的偏差 _0SC A、例如由于温度变化和元件老化可以得到补偿。 [0041] 根据一些方面,环路振荡器6是压控振荡器VCO。 这意味着可以通过来自相位检测器7的控制信号以众所周知的方式控制环内振荡器6。此外,以这种方式,可以形成不复杂的锁相环,仅使用标准组件 . [0042] 根据一些方面,附加振荡器10是自由振荡腔振荡器。 这意味着附加振荡器 10 将具有相对较高的 Q 值并因此产生相对少量的相位噪声,并且如上所述,这意味着产生的具有输出频率 f 的输出信号 5 _ou t 至少具有与环路振荡器频率 f 相同的相位噪声 _0SC L. 换句话说,为了达到改进的相位噪声,标准微波/PLL 解决方案与环路振荡器 6 一起使用,并与空腔振荡器 10 形式的自由运行的高 Q 高性能振荡器一起使用。 [0043] 根据一些方面,附加振荡器 10 可通过可移动壁或可移动电介质结构来控制,例如 EP 3811460 中所示。这样,附加振荡器频率 f _0SC A是可以控制的。 根据某些方面,环路振荡器频率 f _0SC L 低于附加振荡器频率 f _0SC A. 根据一些进一步的方面,额外的振荡器频率 f _0SC A 相对靠近输出频率 f _ou t 与环路振荡器频率 f 相比 _0SC L. 例如,环路振荡器频率 f _0SC L 位于 6 GHz,附加振荡器频率 f _0SC A 位于 34 GHz,输出频率 f _ou t 是环路振荡器频率 f 的总和 _0SC L 和附加振荡器频率 f _0SC A,40 GHz。 输入反馈环9的信号用于锁定环内振荡器频率f _0SC L 到参考振荡器信号 3。 [0044] 根据某些方面,当生成输出频率 f _ou t,可能会出现高混合产物。 如果是这种情况,并且这些高混频产物被输入到反馈回路 9,附加振荡器频率 f 的误差 _0SC A是自动补偿的。 然而,如果频率误差已知并在锁相环 11 中得到补偿,则低端混频产品可用于在环路的反馈部分获得噪声性能(即,减少所需的分频因子)。当它已知时 频率误差如何在振荡器 6、10 之间分配,它可以得到补偿。 [0045]根据一些方面,反馈环路9包括至少一个反馈滤波器12和/或至少一个分频器13。反馈滤波器12可以例如是适于清除反馈中的信号的带通滤波器。 在相位检测器7之前的回路9。为了达到相位检测器7的合适输入,可能需要所述分频器13。 通过允许 PLL 在振荡器 6、10 的组合混合信号上工作来实现频率锁定 [0046] 根据一些方面,可以使用两个或更多个不同的环路振荡器,例如一个用于传输(Tx)而一个用于接收(Rx)。 对于多频段产品,例如 2 Tx 和 2 Rx,可以使用多个环路振荡器。 为了节省成本和空间,附加振荡器10可以为所有环内振荡器共用,如下面将参考图3描述的那样。 [0047] 参考图3,示出了第二示例,通常振荡器装置1'还包括至少一组另外的输出端口14,其适于输出具有另外的输出频率f的另外的输出信号15 _ou tF,以及适用于另外的环路振荡器频率f的另外的环路振荡器16 _0SC 低于进一步输出频率 f 的 LF _ou tF。 对于每组,进一步的输出频率 foutF 取决于进一步的环路振荡器频率 f _0SC LF 和附加振荡器频率 f _0SC A,并且适于控制进一步的环路振荡器频率f _0SC LF 通过进一步的反馈回路 17. [0048] 这意味着参考图2描述的振荡器装置1可以针对任意数量的输出频率进行扩展,同时仅需要公共附加振荡器10。 [0049] 根据一些方面,所述组中的每一个还包括另外的相位检测器19和另外的混频器20,并且对于每个组,另外的相位检测器19连接到输入端口2并且连接到另外的 在环路振荡器16中,另外的混频器20连接到另外的输出端口14并且经由适于馈送另外的输出频率f的另外的反馈环路17连接到另外的相位检测器19 _ou tF到另外的鉴相器19,从而形成另外的锁相环18,并且另外的环内振荡器16和另外的振荡器10都连接到另外的混频器20。 [0050] 所有相位检测器7、19可以是适合于在根据上述的锁相环11、18中起作用的任何已知设计。 根据一些方面,相同的参考振荡器信号3可以被输入到相位检测器7、19并且用作所有PLL:s的参考。 [0051] 以上内容涉及具有任意数量的环路振荡器和 PLL:s 的一般情况。 图3中的具体示例涉及具有两个环内振荡器和两个PLL:s的振荡器布置1',其中鉴相器7、振荡器8和混频器8包含在发射机频率分支21中,混频器8是 连接到发射机输出端口4。一组另外的环路振荡器16、另外的相位检测器19和另外的混频器20包含在接收机频率分支22中,其中另外的混频器20连接到接收机输出端口14 附加振荡器10为发射频率支路21和接收频率支路22所共用。以这种方式,可以节省成本和空间。 [0052] 此外,在振荡器布置1、1'用于具有机械腔双工滤波器的无线电单元的情况下,可以将腔添加到双工滤波器设计以用于例如可以是自由运行腔VCO的附加振荡器10 . 这提供了有效的集成,并允许滤波器组件设置这种自由运行的 VCO 的特性。 [0053] 根据一些方面,如针对根据第一示例的振荡器布置1所描述的相同特征适用于根据第二示例的振荡器布置1',如下面将讨论的。 [0054]根据一些方面,每个另外的环路振荡器16是压控振荡器(VCO)。 这意味着可以通过来自每个另外的相位检测器19的控制信号以众所周知的方式控制每个另外的环路振荡器6。 [0055] 根据某些方面,每个进一步的输出频率 f _out F 是环路振荡器频率 f 中每个进一步的总和 _0SC LF 和附加振荡器频率 f _0SC A。 [0056] 这意味着两个振荡器 6、10 用于创建具有另一个输出频率 f 的每个另一个输出信号 15 _ou tF,其中每个进一步的输出频率 f _ou tF 被反馈以通过对应的另外的反馈环路17来控制对应的另外的环路振荡器16。然后可以通过具有另外的环路振荡器频率f的组合混合信号来实现频率锁定 _0SC LF 和附加振荡器频率 f _0SC A. 最终相位噪声将是两个振荡器性能的组合,其方式与第一个示例中讨论的方式相同。 根据一些方面,每个另外的反馈回路17包括至少一个另外的反馈滤波器23和/或至少一个另外的分频器24。它们具有与针对第一示例所讨论的相同的功能。 [0057] 根据某些方面,环路振荡器频率 f _osc 并且每个更进一步的环路振荡器频率foscLF是互不相同的。 这意味着不同的频带,例如Tx频带和Rx频带,可以由根据本公开的具有一个共同的附加振荡器10的振荡器布置来处理。 [0058] 根据某些方面,环路振荡器频率 f 中的每个进一步 _0SC LF 低于附加振荡器频率 f _0SC A. 根据一些进一步的方面,额外的振荡器频率 f _0SC A 相对靠近输出频率 f _ou t 与每个进一步环路振荡器频率 f 相比 _0SC 如第一个示例所讨论的 LF。 [0059] 根据一些方面,每个输出信号5、15被配置为通过对应的输出滤波器25、26。 [0060] 参考图4,本公开还涉及一种用于配置振荡器布置1的方法。该方法包括向S 100提供输出端口4,该输出端口4适于输出具有输出频率f的输出信号5。 _ou t,向S200提供适用于环路振荡器频率f的环路振荡器6 _osc ,并且向S300提供适用于附加振荡器频率f的附加振荡器10 _0SC A.输出频率f _ou t 超过环路振荡器频率 f _osc 和额外的振荡器频率 f _0SC A,取决于环路振荡器频率 f _osc 和额外的振荡器频率 f _0SC A、用于控制环路振荡器频率f _osc 通过反馈回路 9. [0061] 根据一些方面,该方法还包括提供S400适于接收具有输入频率fin的参考振荡器信号3的输入端口2,以及提供S500连接到输入端口2和环路振荡器6的相位检测器7- 该方法还包括提供 S600 混频器 8,混频器 8 连接到输出端口 4 并经由反馈环路 9 连接到相位检测器 7,反馈环路 9 适于馈送输出频率 f _ou t连接到相位检测器7,从而形成锁相环11,并且将环内振荡器6和附加振荡器10两者连接S700到混频器8。 [0062] 根据某些方面,输出频率 f _ou t 是环路振荡器频率 f 的总和 _osc 和额外的振荡器频率 f _0SC A。 [0063] 根据某些方面,环路振荡器频率 f _0SC L 低于附加振荡器频率 f _0SC A。 本公开不限于以上内容,而是可以在所附权利要求的范围内自由变化。 例如,附加振荡器10可以是固定的或DAC(数模转换器)控制的VCO。 [0064] 根据一些方面,一个或多个VCO可以是压控晶体振荡器(VCXO)的形式。 [0065] 当然可以使用根据图 1 类型的多个独立的振荡器装置 1,例如用于 Tx 和 Rx 分支。 根据一些方面,对于根据图3的适用于两个或更多个不同输出信号5、15的振荡器装置1',两个或更多个晶体振荡器电路27可用于生成两个或更多个相应的参考振荡器信号。 [0066] 根据一些方面,在每个相位检测器7、19和环路振荡器6、16之间存在对应的环路滤波器28、29。