CN115549708A - 具有相位噪声优化功能的接收机及无线通信*** - Google Patents

具有相位噪声优化功能的接收机及无线通信*** Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种具有相位噪声优化功能的接收机及无线通信***，涉及接收机的技术领域，包括分频单元、数字逻辑单元、D触发器、混频器和时钟信号输入单元，所述分频单元的时钟信号输入端连接于时钟信号输入单元，所述分频单元的输出端连接于所述数字逻辑单元，所述数字逻辑单元的输出端连接于所述D触发器的数据输入端，所述D触发器的时钟信号输入端连接于所述时钟信号输入单元，所述D触发器的输出端连接于所述混频器；通过数字逻辑单元，缩短了信号传输路径，减小本振信号传输的延迟时间，在高速信号下，仍可以实现可控的重新定时功能，在保持功耗的前提下，显著提高了接收机的相位噪声的处理能力，提高了接收机通信质量。

Description

具有相位噪声优化功能的接收机及无线通信***
技术领域
本申请涉及接收机的技术领域，尤其是涉及一种具有优化相位噪声功能的接收机及无线通信***。
背景技术
在无线通信***中，接收机是必要的一个部分，接收机主要由天线、低噪声放大器、频率综合器、混频器和解调器组成，从天线直接接收到的射频信号难以直接进行处理，接收机中的频率综合器能够产生本振信号，并将本振信号传输至混频器内，从而将实现对射频信号的降频处理，例如将5GHZ的射频信号变频到500MHZ的射频信号，射频信号在低频的状态下，容易做进一步处理。
随着无线通信***的进步，数据传输速率越来越高，为了提高接收机通信质量，对本振信号的纯度提出了更高要求，这需要本振信号具有较低的相位噪声。但是由于在本振信号传输的过程中，随着传输路径上器件的增加，信号电平在过零点的变化增加，导致相位噪声增加，从而影响通信质量。
发明内容
为了降低相位噪声，提高通信质量，本申请提供了一种具有优化相位噪声功能的接收机及无线通信***。
第一方面，本申请提供一种具有相位噪声优化功能的接收机，采用如下的技术方案：
一种具有相位噪声优化功能的接收机，包括分频单元、数字逻辑单元、D触发器、混频器和时钟信号输入单元，所述分频单元的时钟信号输入端连接于时钟信号输入单元，所述分频单元的输出端连接于所述数字逻辑单元，所述数字逻辑单元的输出端连接于所述D触发器的数据输入端，所述D触发器的时钟信号输入端连接于所述时钟信号输入单元，所述D触发器的输出端连接于所述混频器；
所述时钟信号输入单元用于产生本振信号，并将所述本振信号输入至所述分频单元和所述D触发器；
所述分频单元用于接收所述本振信号，并对所述本振信号进行多次分频，得到分频信号；
所述数字逻辑单元用于接收所述分频信号并根据所述分频信号生成重新定时信号；
所述D触发器用于根据所述本振信号将所述重新定时信号延时输入至所述混频器内；
所述混频器用于将接收的所述重新定时信号以及天线信号进行变频处理，生成待处理的天线信号，并向解调器发送所述待处理的天线信号。
通过采用上述技术方案，分频单元对时钟信号输入单元输入的时钟信号进行多次分频，得到分频信号，并将分频信号输入至数字逻辑单元，数字逻辑单元根据分频信号生成重新定时信号，重新定时信号仅通过分频单元的一次分频和数字逻辑单元，缩短了延迟时间，从而提高了相位噪声的处理效果，进而提高了接收机的通信质量。
可选的，所述分频单元包括多模分频器，所述多模分频器的输入端连接于所述时钟信号输入单元，所述多模分频器的第一信号输出端连接于所述数字逻辑单元的第一输入端。
通过采用上述技术方案，通过多模分频器能够对本振信号的频率进行可编程分频，得到分频信号，将分频信号和天线信号进行混频，将天线信号的频率降低，从而提高通信质量。
可选的，所述分频单元还包括数字分频器，所述数字分频器的输入端连接于所述多模分频器的第二信号输出端，所述数字分频器的第一信号输出端连接于所述数字逻辑单元的第二输入端；
所述多模分频器输出第一分频信号，所述数字分频器输出第二分频信号，所述第一分频信号的频率大于所述第二分频信号的频率。
通过采用上述技术方案，通过数字分频器对第一分频信号进行分频，得到第二分频信号，使第一分频信号的频率范围更宽，从而使天线信号的频率更低，对天线信号的处理更加方便，从而提高通信质量。
可选的，所述多模分频器包括多个依次串联连接的2/3分频器，第一级所述2/3分频器的输入端连接于所述时钟信号输入单元，第一级所述2/3分频器的输出端连接于所述多模分频器的第一信号输出端，最后一级所述2/3分频器的输出端连接于所述多模分频器的第二信号输出端。
通过采用上述技术方案，通过多个2/3分频器串联，能够对本振信号进行可编程分频，达到预期的分频信号，同时通过2/3分频器能够控制分频比，得到低相位噪声的分频信号，从而提高通信质量。
可选的，多个所述2/3分频器的控制端均连接于所述数字分频器的第二信号输出端；
所述数字分频器用于控制多个所述2/3分频器的分频比。
通过采用上述技术方案，数字分频器根据第一分频信号对2/3分频器的分频比进行控制，能够使2/3分频器的分频比更加精准，减小出现错误的可能性。
可选的，所述数字逻辑单元包括第一与非门和第二与非门，所述第一与非门的第一信号输入端连接于所述数字分频器的第一信号输出端，所述第一与非门的第二信号输入端连接于所述第二与非门的信号输出端，所述第一与非门的输出端连接于所述第二与非门的第一信号输入端，所述第二与非门的第二信号输入端连接于所述多模分频器的第一信号输出端，所述第二与非门的输出端连接于所述D触发器的数据输入端。
通过采用上述技术方案，数字逻辑单元通过第一分频信号和第二分频信号能够生成重新定时信号，使重新定时信号与第二分频信号的频率一致，同时重新定时信号的上升沿传输路径仅通过第一级2/3分频器和一个与非门，缩短了延迟时间，提高了相位噪声的处理效果，从而提高了通信质量。
可选的，所述时钟信号输入单元包括频率综合器，所述频率综合器的输出端分别连接于所述分频单元的时钟信号输入端和所述D触发器的时钟信号输入端；
所述频率综合器用于提供本振信号，并传输至所述分频单元和所述D触发器内。
通过采用上述技术方案，频率综合器产生本振信号，并将本振信号传输至D触发器和分频单元，能够使分频单元和D触发器采用同一本振信号，从而使D触发器与分频单元的时钟保持同步，更加方便处理相位噪声。
第二方面，本申请提供一种无线通信***，采用如下的技术方案：
一种无线通信***，包括发射机以及如第一方面任一项所述的具有相位噪声优化功能的接收机。
通过采用上述技术方案，分频单元对时钟信号输入单元输入的时钟信号进行多次分频，得到分频信号，并将分频信号输入至数字逻辑单元，数字逻辑单元根据分频信号生成重新定时信号，重新定时信号仅通过分频单元的一次分频和数字逻辑单元，缩短了延迟时间，从而提高了相位噪声的处理效果，进而提高了接收机的通信质量。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1. 分频单元对时钟信号输入单元输入的时钟信号进行多次分频，得到分频信号，并将分频信号输入至数字逻辑单元，数字逻辑单元根据分频信号生成重新定时信号，重新定时信号仅通过分频单元的一次分频和数字逻辑单元，缩短了延迟时间，从而提高了相位噪声的处理效果，进而提高了接收机的通信质量；
2. 数字逻辑单元通过第一分频信号和第二分频信号能够生成重新定时信号，使重新定时信号与第二分频信号的频率一致，同时重新定时信号的上升沿传输路径仅通过第一级2/3分频器和一个与非门，缩短了延迟时间，提高了相位噪声的处理效果，从而提高了通信质量。
附图说明
图1是本申请实施例的结构框图。
图2是本申请实施例的2/3分频器的电路原理图。
图3是2/3分频器的时序图。
图4是过零点与相位噪声示意图。
图5是本申请实施例的数字逻辑单元的示意图。
附图标记说明：1、分频单元；11、多模分频器；12、数字分频器；2、数字逻辑单元；3、D触发器；4、混频器；5、时钟信号输入单元；6、天线；7、低噪声放大器；8、解调器；9、信号处理单元。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-5及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请实施例公开一种具有相位噪声优化功能的接收机。参照图1，具有相位噪声优化功能的接收机包括天线6、低噪声放大器7、混频器4、解调器8和信号处理单元9；天线6的输出端连接于低噪声放大器7的输入端，低噪声放大器7的输出端连接于混频器4的第一输入端，混频器4的输出端连接于解调器8，解调器8的输出端连接于信号处理单元9的输入端，信号处理单元9的输出端连接于外部上位机。
在本实施例中，具有相位噪声优化功能的接收机还包括分频单元1、数字逻辑单元2、D触发器3和时钟信号输入单元5；时钟信号输入单元5的输出端分别连接于分频单元1的输入端和D触发器3的时钟信号输入端，分频单元1的输出端连接于数字逻辑单元2的输入端，数字逻辑单元2的输出端连接于D触发器3的数据输入端，D触发器3的输出端连接于混频器4。
天线6用于接收天线6信号，并传输至低噪声放大器7内；
低噪声放大器7用于接收天线6信号，并对天线6信号进行放大处理，得到放大后的天线6信号，然后将放大后的天线6信号传输至混频器4内；
时钟信号输入单元5用于将产生本振信号，并将本振信号传输至分频器和D触发器3内；
分频器用于接收本振信号，并对本振信号进行分频，得到分频信号；
数字逻辑单元2用于接收分频信号，并根据分频信号生成重新定时信号，且将重新定时信号输入至D触发器3内；
D触发器3用于根据本振信号将重新定时信号延时输入至所述混频器4内；
混频器4用于将接收的重新定时信号以及天线6信号进行变频处理，得到待处理的天线6信号，并向解调器8发送待处理的天线6信号；
信号处理单元9用于对待处理的天线6信号进行处理，以使上位机能够接收天线6信号传输的信息。
在本实施例中，当天线6接收外部天线6信号时，天线6信号经过低噪声放大器7的放大处理，同时时钟信号输入单元5产生本振信号，将本振信号分别输入至数字逻辑单元2和分频单元1内，分频单元1对本振信号进行分频，得到分频信号，数字逻辑单元2格努接收的分频信号生成重新定时信号，并输入至D触发器3的数据输入端，D触发器3根据接收的重新定时信号和本振信号产生用于对天线6信号变频的变频信号，并将变频信号传输至混频器4内，此时的变频信号只经过分频单元1和高速数字单元，减少了延迟时间，从而降低了相位噪声，显著提高了接收机噪声的处理能力，进而提高了接收机的通行质量。
作为本实施例的一种可选实施方式，时钟信号输入单元5包括频率综合器，频率综合器的输出端分别连接于分频单元1的时钟信号输入端和D触发器3的时钟信号输入端。频率综合器用于产生本振信号，并将本振信号传输至分频单元1和D触发器3内，在本实施例中，本振信号为时钟信号。
作为本实施例的另一种可选实施方式，时钟信号输入单元5包括外部时钟信号输入端，外部时钟信号输入端可以连接外部能够产生本振信号的设备，例如振荡发生器，从而通过外部时钟信号输入端将本振信号输入至分频单元1和D触发器3内。
在本实施例中，将同一本振信号作为分频单元1和D触发器3的时钟信号，可以实现D触发器3的可控的重新定时功能，提高了本振信号产生的相位噪声的处理效果。
作为本实施例的一种可选实施方式，分频单元1包括多模分频器11，多模分频器11的输入端连接于频率综合器的输出端，多模分频器11的第一分频信号输出端连接于数字逻辑单元2的第一输入端。
由于频率综合器产生的本振信号只有2倍频程带宽，为了更宽的频率范围，多模分频器11对本振信号进行可编程分频，实现更宽的接收频率范围，故采用多模分频器11对本振信号进行分频。但是通常混频器4接收的本振信号通常为频率1GHZ以下的信号，而多模分频器11仅能将本振信号分频至1GHZ的信号。
分频单元1还包括数字分频器12，数字分频器12的输入端连接于多模分频器11的第二信号输出端，数字分频器12的第一信号输出端连接于数字逻辑单元2的第二输入端。
在本实施例中，分频信号包括第一分频信号和第二分频信号；多模分频器11对本振信号进行分频，得到第一分频信号，数字分频器12对第一分频信号进一步分频，得到第二分频信号，多模分频器11将第一分频信号输入至数字逻辑单元2的第一输入端，数字分频器12将第二分频信号输入至数字逻辑单元2的第二输入端。
由于数字分频器12对第一分频信号进行分频，故第一分频信号的频率大于第二分频信号的频率。
参照图1和图2，在本实施例中，多模分频器11包括多个依次串联连接的2/3分频器，第一级2/3分频器的时钟信号输入端CLK连接于频率综合器的输出端，第一级2/3分频器的CLKO端连接于下一级2/3分频器的CLK端，最后一级2/3分频器的CLKO端连接于数字分频器12的输入端，第一级2/3分频器的CONO端连接于数字逻辑单元2的第一输入端，后一级2/3分频器的CONO端连接于前一级2/3分频器的CON端，从而实现多个2/3分频器的串联连接。
在本实施例中，数字分频器12的第二信号输出端连接于每个2/3分频器的控制端SW，即通过数字分频器12输出SW信号至每个2/3分频器的控制端SW，以通过2/3分频器的SW端和CON端控制2/3分频器的分频比。
表1示出了2/3分频器的特性表。
Figure 852719DEST_PATH_IMAGE001
参照表1和图3，只有当SW端的信号为1，CON端的信号为1时，CLKO端的信号为1，即此时CLKO端的输出信号为3分频，否则均为2分频。
参照图4，在本实施例中，随着本振信号频率的提高，需要更高的分频比，此时本振信号经过多次电平反转，产生相位噪声，导致本振信号的过零点出现相位偏移，由于本振信号经过多级2/3分频器和数字分频器12，导致本振信号内累加了多级2/3分频器的相位噪声，影响了本振信号的过零点。
参照图5，作为本实施例的一种可选实施方式，数字逻辑单元2包括第一与非门和第二与非门，第一与非门的第一信号输入端连接于数字分频器12的第一信号输出端DCON，第一与非门的第二信号输入端连接于第二与非门的输出端，第一与非门的输出端连接于第二与非门的第一信号输入端，第二与非门的第二信号输入端连接于第一级2/3分频器的CONO端，第二与非门的输出端连接于D触发器3的数据输入端。
将数字分频器12输出的第二分频信号和2/3分频器输出的第一分频信号分别进行逻辑运算，从而使数字逻辑单元2根据第一分频信号和第二分频信号生成重新定时信号，然后将重新定时信号输入至D触发器3中。
此时的重新定时信号与第二分频信号的输出频率完全相同，但是重新定时信号的上升沿的传输路径仅通过第一级2/3分频器和数字逻辑单元2的一个与非门，缩短了延迟时间，实现了D触发器3的重新定时功能，使D触发器3输出的变频信号仅只有D触发器3的延迟，从而减小了由于本振信号在传输过程中产生的相位噪声，进而提高了输入至混频器4中的变频信号的质量。
在本实施例中，由于重新定时信号的传输路径较长，导致重新定时信号的延迟时间大于本振信号的周期。当本振信号的上升沿来临时，重新定时信号无法精确控制相对于本振信号延迟的周期数量，且重新定时信号的信号状态具有随机性，导致对相位噪声的处理难度较大。D触发器3的时钟信号输入端与第一级2/3分频器的时钟信号输入端，保证D触发器3和第一级2/3分频器的本振信号保持一致，能够根据本振信号对重新定时信号的延迟进行精确控制，从而降低处理相位噪声的难度，进而更加方便减弱相位噪声。
本申请实施例一种具有相位噪声优化功能的接收机的实施原理为：当需要对天线6信号进行混频处理时，频率综合器产生本振信号，并将本振信号分别传输至D触发器3和第一级2/3分频器，多级2/3分频器将本振信号进行分频得到第一分频信号，并将第一分频信号输入至数字分频器12内，数字分频器12对第一分频信号进行分频，得到第二分频信号，数字逻辑单元2根据第一分频信号和第二分频信号生成重新定时信号，并输入至D触发器3内，重新定时信号由频率综合器到D触发器3的传输路径仅通过第一级2/3分频器和数字逻辑单元2的一个与非门的运算，减少了延迟时间，D触发器3的数据输入端信号和时钟信号均绕过了整个分频单元1链路，大大降低了多模分频器11产生的相位噪声，提高了接收机相位噪声的处理能力，进而提高了接收机的通信质量。
本申请实施例提供一种无线通信***，包括上述具有相位噪声优化功能的接收机和发射机；发射机用于发射天线6信号，接收机用于接收天线6信号并对天线6信号进行处理。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (8)

1.一种具有相位噪声优化功能的接收机，其特征在于，包括分频单元（1）、数字逻辑单元（2）、D触发器（3）、混频器（4）和时钟信号输入单元（5），所述分频单元（1）的时钟信号输入端连接于时钟信号输入单元（5），所述分频单元（1）的输出端连接于所述数字逻辑单元（2），所述数字逻辑单元（2）的输出端连接于所述D触发器（3）的数据输入端，所述D触发器（3）的时钟信号输入端连接于所述时钟信号输入单元（5），所述D触发器（3）的输出端连接于所述混频器（4）；
所述时钟信号输入单元（5）用于产生本振信号，并将所述本振信号输入至所述分频单元（1）和所述D触发器（3）；
所述分频单元（1）用于接收所述本振信号，并对所述本振信号进行多次分频，得到分频信号；
所述数字逻辑单元（2）用于接收所述分频信号并根据所述分频信号生成重新定时信号；
所述D触发器（3）用于根据所述本振信号将所述重新定时信号延时输入至所述混频器（4）内；
所述混频器（4）用于将接收的所述重新定时信号以及天线（6）信号进行变频处理，生成待处理的天线（6）信号，并向解调器（8）发送所述待处理的天线（6）信号。
2.根据权利要求1所述的一种具有相位噪声优化功能的接收机，其特征在于，所述分频单元（1）包括多模分频器（11），所述多模分频器（11）的输入端连接于所述时钟信号输入单元（5），所述多模分频器（11）的第一信号输出端连接于所述数字逻辑单元（2）的第一输入端。
3.根据权利要求2所述的一种具有相位噪声优化功能的接收机，其特征在于，所述分频单元（1）还包括数字分频器（12），所述数字分频器（12）的输入端连接于所述多模分频器（11）的第二信号输出端，所述数字分频器（12）的第一信号输出端连接于所述数字逻辑单元（2）的第二输入端；
所述多模分频器（11）输出第一分频信号，所述数字分频器（12）输出第二分频信号，所述第一分频信号的频率大于所述第二分频信号的频率。
4.根据权利要求3所述的一种具有相位噪声优化功能的接收机，其特征在于，所述多模分频器（11）包括多个依次串联连接的2/3分频器，第一级所述2/3分频器的输入端连接于所述时钟信号输入单元（5），第一级所述2/3分频器的输出端连接于所述多模分频器（11）的第一信号输出端，最后一级所述2/3分频器的输出端连接于所述多模分频器（11）的第二信号输出端。
5.根据权利要求3所述的一种具有相位噪声优化功能的接收机，其特征在于，多个所述2/3分频器的控制端均连接于所述数字分频器（12）的第二信号输出端；
所述数字分频器（12）用于控制多个所述2/3分频器的分频比。
6.根据权利要求3所述的一种具有相位噪声优化功能的接收机，其特征在于，所述数字逻辑单元（2）包括第一与非门和第二与非门，所述第一与非门的第一信号输入端连接于所述数字分频器（12）的第一信号输出端，所述第一与非门的第二信号输入端连接于所述第二与非门的信号输出端，所述第一与非门的输出端连接于所述第二与非门的第一信号输入端，所述第二与非门的第二信号输入端连接于所述多模分频器（11）的第一信号输出端，所述第二与非门的输出端连接于所述D触发器（3）的数据输入端。
7.根据权利要求1所述的一种具有相位噪声优化功能的接收机，其特征在于，所述时钟信号输入单元（5）包括频率综合器，所述频率综合器的输出端分别连接于所述分频单元（1）的时钟信号输入端和所述D触发器（3）的时钟信号输入端；
所述频率综合器用于提供本振信号，并传输至所述分频单元（1）和所述D触发器（3）内。
8.一种无线通信***，其特征在于，包括发射机以及如权利要求1至7任一项所述的具有相位噪声优化功能的接收机。
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