CN1617450A - 用于多个振荡器同步的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用一个第一相位调节环路(12)产生一个第一振荡频率及用至少一个第二相位调节环路(14)产生至少一个第二振荡频率的方法，其中对这两个相位调节环路(12，14)输入一个相同的参考频率，及其中第二振荡频率在第一工作状态中与第一振荡频率相偏离地被产生及在第二工作状态中与所述第一振荡频率相匹配。该方法的特征在于，该匹配具有一个将一个衰减信号从第一相位调节环路(12)馈给到所述至少一个第二相位调节环路(14)中的步骤。此外还提出用于实施该方法的装置。
Description
技术领域
本发明涉及用一个第一相位调节环路(Phasenregelschleife)产生一个第一振荡频率及用至少一个第二相位调节环路产生至少一个第二振荡频率的方法，其中对这两个相位调节环路输入一个相同的参考频率，及其中第二振荡频率在第一工作状态中与第一振荡频率相偏离地产生及在第二工作状态中与第一振荡频率相匹配。
此外，本发明还涉及一种装置，它具有：产生第一振荡频率的第一相位调节环路；产生第二振荡频率的相位调节环路；及一个参考频率发生器，它将一个参考频率输出到两个相位调节环路上；及其中该装置在第一工作状态中与第一振荡频率相偏离地产生第二振荡频率及在第二工作状态中使第二振荡频率与第一振荡频率相匹配。
背景技术
这种方法及这种装置其本身是公知的。例如在无线电信号的移动接收时，如在现代汽车收音机中，使用各种技术来保证无干扰地接收，即使当接收条件不断改变时。
其中发送信息的无线电数据***(RDS)提供了第一种可能性，即在怎样的替代频率上可接收到相同的无线电节目。接收机则可检验不同替代频率的接收质量及选择用于播放的最佳频率。
在此情况下有利的是，除第一接收机(收听接收机)外可在背景上运行第二接收机(背景接收机)，后者检验替代频率的接收质量。如果这种背景接收机指示一个替代频率具有更好的接收质量，则使收听接收机转换到该频率上或改变收听接收机与背景接收机的角色分配，其中使当前的背景接收机调节到具有更好接收质量的替代频率上。
持续改变的接收条件也对所谓的多路径干扰负有责任。以下干扰可被理解为，它们是通过在直接路径上进入天线的信号分量与通过反射走过另外的路径的并由此具有相位移的信号分量的叠加引起的。反射例如出现在建筑物上。在多路干扰的情况下，在短的空间距离上的接收可通过相位移的无线电信号的叠加很强地变化。在这方面公开了作为第二可能性的所谓天线分集***的使用。一个天线分集***的特征在于多个天线。
这两个可能性的组合例如可为设置分开的收听接收机及背景接收机，它们各与自己的天线耦合。在这种情况下产生了特殊的要求，即不同的接收机在第一工作状态中必需彼此完全无关地工作，而它们在第二工作状态中工作在同一频率上。在第一工作状态中例如一个接收机工作在收听频率上及另一接收机周期性地检验不同替代频率上的接收质量。
此外，原则上可以让多个接收机工作在相同频率上及通过在不同的天线上接收的信号相位上正确的相加来提高整个***的灵敏度。这种提高是基于噪声信号不相关地出现，而有用信号相关地出现。通过相加信号的相位移可得到整个天线***的定向作用。
在通常的外差接收机中高频接收信号通过叠加振荡信号被降频地混频到一个中频上。在此情况下的问题是，各个接收机的本地振荡器必需彼此很强地去耦合，以避免相互影响。
在其本身公知的这些方法及装置中不同的本地振荡器同步在一个共同的参考频率上及试图使本地振荡器去耦合。但当所有振荡器应工作在同一频率上时，振荡器的相位噪声及相位调节环路的噪声量阻碍了振荡器的完全同步。此外振荡器未完全的去耦将导致相互的影响，这使接收机中的干扰噪声变得可感觉得出来。
变换地，同步也可这样地实现，即一个接收机将其振荡器的信号分配给另一接收机。然后使另一接收机的本地振荡器关闭。但该变型方案需要昂贵的高频开关，以便在关断状态中可以保证足够高的去耦合。
因为一个本地振荡器的相位调节环路中的调谐电压被用于接收机后继滤波回路的调整，具有该有效本地振荡器的相位调节环路中的调谐电压也必需继续传送到另外的接收机，这在电路技术上是昂贵的。此外各个接收机的调整复杂，因为滤波回路的调整需在VCO的控制电压上进行。因此当具有两个电压控制振荡器(内部及外部主机)时，必需在整个***中进行调整。接收机环境温度的不同附加地使滤波器调整变难。
发明内容
在该背景下，本发明的任务在于：给出用于多个振荡器同步的方法及装置，它们可避免所述的昂贵的电路技术及复杂的滤波器调整的缺点。
该任务在开始部分所述类型的方法中这样来解决，即该匹配具有一个将一个衰减信号从第一相位调节环路馈给到所述至少一个第二相位调节环路中的步骤。此外该任务在开始部分所述类型的装置中被这样解决，即该装置将一个衰减信号从第一相位调节环路馈给到所述至少一个第二相位调节环路中。
通过这些特征可完全地解决本发明的任务。当衰减信号从第一相位调节环路馈给到第二相位调节环路中时，第一相位调节环路作为主环路(Herr)工作及第二相位调节环路作为从环路(Sklave)工作。在该工作状态中第二相位调节环路作为谐振放大器工作，它相位准确地(phasenrichtig)放大第一相位调节环路注入的弱信号。由此可保证，两个相位调节回路及相应的本地振荡器以相同的频率工作。
最好使所述至少一个第二相位调节环路的一个分频器与第一相位调节环路的一个分频器同步。这最好通过置位装置来实现，它使第二相位调节环路的分频器与第一相位调节环路的分频器同步。
通过该构型可排除在注入信号与第二相位调节环路的输出信号之间可能出现的相位移。
最好使所述至少一个第二相位调节环路的一个分频器与参考频率同步。该构型最好也通过置位装置来实现，它使所述至少一个第二相位调节环路的一个分频器与参考频率同步。
该构型是排除在注入信号与第二相位调节环路的输出信号之间的相位移的一个变型方案。
此外最好是，将第一振荡频率叠加到一个第一外差接收机中的一个接收频谱上及由此使一个第一接收频率转换到一个中间频率上；及将至少一个第二振荡频率叠加到至少一个第二外差接收机中的接收频谱上及由此使至少一个第二接收频率转换到一个中间频率上。
一个相应的装置最好设有一个带有第一混频器的第一外差接收机，该混频器将第一振荡频率叠加到一个接收频谱上及由此使一个第一接收频率转换到一个中间频率上；及还设有一个第二外差接收机，带有第二混频器，它将至少一个第二振荡频率叠加到接收频谱上及由此使至少一个第二接收频率转换到一个中间频率上。
通过该构型使在无线电信号的移动接收时，如在现代汽车收音机中的接收质量显著地改善。其结果是，即使在接收条件持续变化时也可使听到的接收质量的波动减小。
此外最好是，至少两个外差接收机与彼此分开的天线相耦合。
天线分集及接收机或调谐器分集的这种耦合组合了调谐器分集的优点及天线分集的优点。例如天线分集特别适合于补偿多路径干扰。多个这些接收机可工作在相同频率上。
另一优选构型的特征在于：设有一个混频器，它使彼此分开的天线的信号在信号处理前或后相位正确及相加地叠加。
通过在不同天线上接收的信号这样相位正确的相加可提高整个***的灵敏度。
最好还在于，该装置设有一个可控的移相器，它产生待叠加的信号之间的可控相位移。
通过相加信号的这种相位移可产生整个天线***的定向作用。
最好还在于，该装置设有至少另一个外差接收机，带有另一混频器，它将另一振荡频率叠加到一个接收频谱上及由此使另一接收频率转换到一个中间频率上，及在第二工作状态中用第一振荡频率工作。
该构型例如允许同时检验多个替代频率或顺序地采样替代频率，而同时另外的天线用公共的频率工作，以便实现定向作用。
其它的优点可从以下的说明及附图中得到。
可以理解，上述的及下面还要描述的特征不仅可用各个给出的组合、而且可用其它的组合或单独地使用，而不脱离本发明的范围。
附图说明
本发明的实施例被表示在附图中及在以下的说明中详细地描述。附图各以概要的方式表示：
图1：本发明第一实施例的功能框图结构；
图2：具有一个衰减信号馈给的电压控制的振荡器的等效电路图；
图3：由根据图2的电压控制振荡器输出的信号的幅值相对激励的衰减信号频率的变化波形图；
图4：当两个相位调节回路同步时信号随时间变化的波形图；
图5：本发明第二实施例的功能框图结构；及
图6：具有多个天线的一个实施例。
具体实施方式
图1表示具有一个第一相位调节环路12及一个第二相位调节环路14的装置10的总体图。第一相位调节环路12在第一输出端16上提供一个第一振荡频率，及第二相位调节环路14在第二输出端18上提供一个第二振荡频率。第一相位调节环路12具有一个第一振荡器20，它例如可作为电压控制振荡器(VCO，Voltage ControlledOscillator)来实施。第一振荡器20在一个输出端22上提供一个交变电压信号，它的频率与一个控制电压的值相关，该控制电压施加在第一振荡器20的一个输入端24上。该交变电压信号的频率在第一可控分频器26中被降频地分到一个参考频率的等级上，该参考频率由一个参考频率发生器28提供。
无论由参考频率发生器28提供的参考频率还是由第一可控分频器26分频的第一振荡器20的频率均被输送到一个第一相位/频率检测器30及在那里彼此相比较。当两个信号的频率和/或相位不同时，该第一相位/频率检测器30产生一个输出信号。视被分频的VCO信号的边沿是超前还是滞后参考信号的边沿而定，该第一相位/频率检测器30产生不同符号(升，降)的控制信号。根据这些控制信号，电荷泵32对例如一个电容器充电或放电，它的电压通过第一环路滤波器36滤平及作为控制电压提供给第一振荡器20的输入端24。
第二相位调节环路14具有与第一相位调节环路12相似的结构。因此第二相位调节环路14具有第二振荡器38，第二可控分频器40，第二相位/频率检测器42，第二电荷泵44及第二环路滤波器46。第二振荡器38在其输出端48输出一个交变电压信号，它的频率与第二振荡器38的输入端50上的控制电压的幅值相关。
此外该装置10具有一个带有输入端17的控制单元52，一个衰减装置54，一个开关56及一个相位同步装置58。控制单元52例如调节用于可控分频器26及40的分频比及控制分频器26及40的同步。由一个上级控制单元触发同步，它对控制单元52的输入端17提供一个触发信号。相位调节环路12及14彼此无关地运行-只要它们的分频器26及40被调节在不同的频率上。单元52控制开关56，单元58，分频器26及分频器40。可能有利的是，分频器26和/或分频器40将一个信号发送回单元52。这在图1中通过虚线箭头表示，这些箭头从单元26及40指向控制单元52。单元52由此例如可识别分频器的当前状态及等待正确的时间窗。如果两个相位调节环路12，14要在其输出端16，18上提供相同频率，控制单元52将两个分频器26及40调节在相同的给定频率上。另外，控制单元52闭合开关56，第一振荡器20的一个衰减信号通过该开关馈入第二相位调节环路14。为了衰减该信号设有一个衰减装置54，它例如可作为欧姆电阻来实施。待被衰减的信号可为在第一电压控制振荡器20的输出端22上提取的交变电压信号或由它导出的信号。
一旦第二相位调节环路14的频率很强地偏离给定频率，第二相位调节环路14工作在常规工作中，其中它的电压控制振荡器38逐渐地振荡到给定频率上。当第二相位调节环路14的频率接近第一相位调节环路12的频率时，第二相位调节环路14基于其振荡器38中的非线性效应同步到第一相位调节环路12的频率上。第二相位调节环路14在此工作状态中作为谐振放大器工作及放大第一振荡器20的衰减的、注入信号。因此可保证：两个振荡器20及38以相同频率同步地工作。
当注入信号的频率偏离了第二相位调节环路的谐振频率时，则在注入信号与第二相位调节环路14的输出信号之间产生一个相位移。该相位移通过也是被控制装置52操作的同步装置58排除或调节到一个预定值上。
图1中的各个框是以功能配置的。因此它们同时代表一个方法的各个步骤，这些步骤相加就形成了一个总方法的实施例。该情况也适用于图5及6的主题。
图2表示具有一个衰减信号馈给的第二电压控制的振荡器38的等效电路图。该振荡器38由一个无源振荡回路及一个有源振荡电路68组成，后者在理想情况下仅表示为一个与幅值相关的负电阻70。在此，一个负电阻被理解成这样一个具有线性电流-电压特性的电路，它在施加一个电压的情况下不消耗能量而是提供能量。谐振器66例如可作为由一个电感72及一个电容74的并联振荡电路来实现，该振荡电路受到一个阻尼电阻76的阻尼。当负电阻70过补偿了阻尼电阻76的正电阻时，则在振荡回路上产生具有谐振频率的一个按指数上升的振荡，它被电路的固有噪声激励。该幅值一直地上升，直到负振荡电阻70的值调节到正的阻尼或谐振电阻76的值上为止。然后振荡幅值保持不变。图2中的交变电压源71代表振荡器38通过一个衰减信号的激励，该衰减信号由第一相位调节环路12耦合出来及耦合到第二相位调节环路14中。
图3表示振荡器38的输出电压U相对激励频率f的一个理论波形图78，正如注入的衰减信号为恒定幅值及信号线性叠加的情况下所产生的。振荡器38的俘获区域79通过两个频率fu及fo来确定。在这些标记之间的幅值大于自由振荡的振荡器的振荡幅值80。换句话说：在该区域中与幅值相关的负电阻70的值大于谐振电阻76，这将引起所述固有振荡被抑制的后果。可以容易地看出，俘获区域79随着注入的衰减信号的幅值的上升而增大。相反地，紧靠在谐振频率fres处的信号可用仅稍微超过噪声电平的很小幅值引起相同的效果。该情况使振荡器20及38的去耦无可控的开关56几乎是不可能的。
如果注入信号的频率偏离了第二相位调节环路14的谐振频率，则在注入信号与第二振荡器38的输出信号之间产生了一个相位移。为了保证两个分频器26及40同相，第二相位调节环路14的第二可控分频器40必需与第一相位调节环路12的第一可控分频器26同步。下面将参照图4来描述同步的各种可能性。
图4中所示的标号82表示第一可控分频器26的输出信号。相应地，标号84表示参考频率发生器28的输出信号及标号86表示第二可控分频器40的输出信号。标号88表示一个控制信号，它由控制装置52输出给同步装置58，以便进行同步。在图4的波形图中，在信号88的高信号电平90上进行同步。该同步例如可通过第二可控分频器40(信号86)同步于第一可控分频器26的输出信号82的一次复位实现，如图4中由箭头92所表示的。对此变换地，复位信息也可由参考频率发生器28得到，如通过图4中箭头94所表示的。该变换方案可在第一相位调节环路12的起振状态中使用。可以理解，也可在定义信号86与82之间或信号86与84之间的预定相位移的时刻上进行复位，来取代在同一时刻上的复位。
根据图4中的箭头92的同步的第一可能性是在图1的方案中实现的，而在图4中由箭头94表示的第二同步可能性是在图5的方案中实现的。图5在这方面表示本发明第二实施例的一个功能框图结构。此外根据图5的实施例与根据图1的实施例的区别在于配置给第一相位调节环路12的单元96及98，及配置给第二相位调节环路14的单元100及102。单元96及98例如可代表一些特性曲线区，它们可由第一相位调节环路12的第一振荡器20的调谐电压来寻址，及在它们中作为参数x，p_m1，p_m2，…，p_mn的函数存储了用于第一接收机104中的不同调谐回路的一些调谐电压。这些参数基本上与所使用的元件的容差相关。第一接收机104的这些调谐电压通过输出端105提供到后继的滤波回路中用于处理。
类似地，单元100及102可代表特性曲线区，它们可由第二相位调节环路14的第二电压控制振荡器38的调谐电压来寻址，及同样地存储了用于第二接收机106的不同调谐回路的调谐电压。第二接收机106的调谐电压通过输出端107提供到后继的滤波回路中用于处理。
在电压控制振荡器20，38的谐振电路中使用与调谐回路中相同的元件的边界条件下，当这些元件在空间中接近地布置时则可保证温度补偿，因为电压控制振荡器20，38自动地被第一相位调节环路12或被第二相位调节环路14调整。
图6表示一个天线分集的实施例。第一天线108的信号被需要时通过具有低噪声部分的放大器放大后传送到一个混频器110，在该混频器上也施加有第一相位调节环路12的第一输出端16的信号。混频器110的输出信号代表一个降频地混频到一个中间频率上的接收信号，它将在后继的滤波回路112中被处理。为此通过第一相位调节环路12或第一接收机104的输出端105对后继的滤波回路112传送这些调谐电压。
类似地，第二天线114的信号需要时通过具有低噪声部分的放大器放大后传送到一个混频器116，在该混频器上也施加有第二相位调节环路14的第二输出端18的信号。混频器116的输出信号将在后继的滤波回路118中被处理。为此通过第二相位调节环路14或第二接收机106的输出端107对后继的滤波回路118传送这些调谐电压。
此外还可设置用于调节通过天线108及114接收的信号之间的可控相位移的装置。为此在图6中，在接收装置的高频区域中连接有一个可控的移相器120，它通过一个控制单元122控制。此外控制单元122操作一个开关124，该开关在需要时可使第二天线114的信号转接到移相器120上。然后该移相器120的输出信号再传送到一个混频器126，在这里它与第一天线108的信号相加地结合。通过相位移信号的这种叠加可根据所谓的“相控阵”原理产生接收天线装置的定向作用。可以理解，该相位移及叠加不仅可在高频的层面上而且可在中频的层面上实施。受控的相位移例如也可通过同步装置58来产生，该同步装置58在图4中产生一个等于零的相位移，当然它并不被限制在该特定的值上。
与图6的图示不同地，也可对单个天线108配置第一及第二外差接收机104，106，例如作为一个收听接收机104及一个背景接收机106的组合。在此情况下第二天线114由该图中虚线连接部分128代替。
Claims (12)
1.用一个第一相位调节环路(12)产生一个第一振荡频率及用至少一个第二相位调节环路(14)产生至少一个第二振荡频率的方法，其中对这两个相位调节环路(12，14)输入一个相同的参考频率，及其中第二振荡频率在一个第一工作状态中与第一振荡频率相偏离地被产生及在一个第二工作状态中与所述第一振荡频率相匹配，其特征在于：该匹配具有一个将一个衰减信号从第一相位调节环路(12)馈给到至少一个第二相位调节环路(14)中的步骤。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：使所述至少一个第二相位调节环路(14)的一个分频器(40)与所述第一相位调节环路(12)的分频器(26)同步。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于：使所述至少一个第二相位调节环路(14)的一个分频器(40)与所述参考频率同步。
4.根据以上权利要求中一项的方法，其特征在于：将所述第一振荡频率叠加到一个第一外差接收机(104)中的一个接收频谱上及由此使一个第一接收频率转换到一个中间频率上；及将至少一个第二振荡频率叠加到至少一个第二外差接收机(106)中的接收频谱上及由此使至少一个第二接收频率转换到一个中间频率上。
5.一种装置(10)，它具有：一个产生第一振荡频率的第一相位调节环路(12)；至少一个产生第二振荡频率的第二相位调节环路(14)；及一个参考频率发生器(28)，它将一个参考频率输出到两个相位调节环路(12，14)上；及其中该装置在第一工作状态中与第一振荡频率相偏离地产生第二振荡频率及在第二工作状态中使该第二振荡频率与该第一振荡频率相匹配，其特征在于：该装置(10)将一个衰减信号从第一相位调节环路(12)馈给到所述至少一个第二相位调节环路(14)中。
6.根据权利要求5的装置(10)，其特征在于：设有一个同步装置(58)，它使该第二相位调节环路(14)的一个分频器(40)与该第一相位调节环路(12)的一个分频器(26)同步。
7.根据权利要求5的装置(10)，其特征在于：设有一个置位装置，它使所述至少一个第二相位调节环路(14)的一个分频器(40)与所述参考频率同步。
8.根据权利要求5至7中一项的装置(10)，其特征在于：设有一个带有一个第一混频器(110)的第一外差接收机(104)，该混频器将所述第一振荡频率叠加到一个接收频谱上及由此使一个第一接收频率转换到一个中间频率上；及设有一个带有一个第二混频器(116)的第二外差接收机(106)，该混频器将至少一个第二振荡频率叠加到所述接收频谱上及由此使至少一个第二接收频率转换到一个中间频率上。
9.根据权利要求8的装置(10)，其特征在于：至少两个外差接收机(104，106)与彼此分开的天线(108，114)相耦合。
10.根据权利要求9的装置(10)，其特征在于：设有一个混频器(126)，它使彼此分开的天线的信号在信号处理前或后相叠加。
11.根据权利要求10的装置(10)，其特征在于：设有一个可控的移相器(120)，它产生待叠加的信号之间的可控相位移。
12.根据权利要求8至11中一项的装置(10)，其特征在于：设有带有另一混频器的至少另一个外差接收机，该另一混频器在一个第一工作状态中将一个另外的振荡频率叠加到一个接收频谱上及由此使一个另外的接收频率转换到一个中间频率上，及在一个第二工作状态中用所述第一振荡频率工作。
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