DE102013110957B4

DE102013110957B4 - Korrektur nichtlinearer Fehler in einem Fraktional-N-Digital-PLL-Frequenzsynthesizer

Info

Publication number: DE102013110957B4
Application number: DE102013110957.8A
Authority: DE
Inventors: Stefan Tertinek; Thomas Mayer; Christian Wicpalek
Original assignee: Intel Mobile Communications GmbH
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2012-10-05
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2015-12-17
Anticipated expiration: 2033-10-03
Also published as: DE102013110957A1; CN103716048A; CN103716048B; US8791733B2; US20140097875A1

Abstract

Frequenzsynthesizer (100, 200), umfassend: einen Phasenkomparator (108, 108A) mit einem ersten und zweiten Eingangsknoten (110, 112), wobei der erste Eingangsknoten dafür ausgelegt ist, ein Referenzsignal (SRef, SRefA) zu empfangen, das eine Referenzfrequenz aufweist; einen Kanalsteuerblock (114, 114A) mit einem Eingangsknoten und einem Ausgangsknoten, wobei der Eingangsknoten dafür ausgelegt ist, ein Kanalwort (106, 106A) zu empfangen, und wobei der Ausgangsknoten mit dem zweiten Eingangsknoten (112) des Phasenkomparators gekoppelt ist; einen Lokaloszillator- bzw. LO-Ausgangsknoten zur Bereitstellung eines LO-Signals, das eine LO-Frequenz aufweist, auf der Basis der Referenzfrequenz und des Kanalworts (106, 106A), wobei eine Rückkopplung den LO-Ausgangsknoten durch den Kanalsteuerblock (114, 114A) an den zweiten Eingangsknoten des Phasenkomparators rückkoppelt; und ein Element (120, 120A, 500) zur Korrektur nichtlinearer Fehler, das wirksam auf einen Kopplungspfad gekoppelt ist, der sich zwischen dem Phasenkomparator und dem LO-Ausgangsknoten erstreckt, wobei das Element zur Korrektur nichtlinearer Fehler Folgendes umfasst: ein Summierungselement (504) zum Summieren eines Quantisierungsfehlersignals, wobei das Quantisierungsfehlersignal auf dem Kanalwort basiert; mehrere Basisfunktionenpfade (502) mit jeweiligen Eingängen, die mit dem Summierungselement gekoppelt sind; und ein adaptives Algorithmuselement (508), das den mehreren Basisfunktionspfaden entsprechend mehrere Koeffizienten zuführt.

Description

STAND DER TECHNIK
Ein Kernbestandteil moderner drahtloser Sender/Empfänger sind Hochfrequenz- bzw. HF-Synthesizer, die zum Synthetisieren von während der drahtlosen Kommunikation verwendeten Kanalfrequenzen verwendet werden. Herkömmliche Frequenzsynthesizer für Multimodus- und Multibandbetrieb basieren auf Fraktional-N-Digital-PLL (FN-DPLL). FN-DPLL können Ausgangsfrequenzen synthetisieren, die ein nicht ganzzahliges Vielfaches einer festen Referenzfrequenz REF sind. Aufgrund von Nichtlinearitäten für Bauelemente in den FN-DPLL weisen herkömmliche Frequenzsynthesizer leider über für drahtlose Kommunikation verwendete Betriebsbereiche hinweg nichtlineares Verhalten auf. Herkömmliche FN-DPLL können dieses nichtlineare Verhalten nicht berücksichtigen, und deshalb sind ihre Ausgangsfrequenzen nicht so genau wie erwünscht.
US 2010/0327916 A1 offenbart ein Verfahren zum Reduzieren von Rauschen in einem Frequenzsynthesizer. Das Verfahren umfasst das Auswählen einer Entwurfsvariable k, das Kalibrieren einer Rückkopplungszeitverzögerung (Td), so dass Td = kTVCO wobei TVCO die Periode des Synthesizer-Ausgangssignals ist. Das Verfahren umfasst ferner das Schätzen eines momentanen Quantisierungsfehlers auf eine Anzahl von Bits gleich q, das Definieren eines Referenz-Vorstroms Icp/(K2Q), wobei Icp ein Ladungspumpenstrom-Signals ist, und das Anlegen des geschätzten Momentan Quantisierungsfehlers auf ein Strom-Array um eine Unten-Modifikationssignal ([Delta] I) zu generieren. Der Strom-Array wird durch den Bezugs-Vorspannungsstrom vorgespannt. Das Unten-Modifikationssignal ([Delta] I) wird mit dem Ladungspumpenstrom-Signal Icp summiert, um einen Unten-Strom-Anteil des Ladungspumpenstrom-Signals Icp zu modulieren.
US 8 471 611 B2 offenbart einen Bruchteil-N digitalen Phasenregelkreis (DPLL), der den üblicherweise verwendeten Time-to-Digital-Wandler(TDC)-basierten Phasendetektor mit einem Zweipunkt-Phasendetektor (BBPD) ersetzt. Verglichen mit dem TDC-basierten Phasendetektor weist der BBPD oft erhöhte Auflösung auf für den gleichen oder ähnliche Energie- und/oder Flächenverbrauch. Daher kann das Ersetzen eines TDC-basierten Phasendetektors mit einem BBPD verschiedene Probleme verhindern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt einen Hochfrequenz- bzw. HF-Synthesizer, der einen Block zur Korrektur nichtlinearer Fehler umfasst.
2 zeigt einen ausführlicheren Hochfrequenz- bzw. HF-Synthesizer, der einen Block zur Korrektur nichtlinearer Fehler umfasst.
3 zeigt ein Funktionsblockschaltbild, das darstellt, wie ein nichtlinearer TDC als lineare Verstärkungskomponente und nichtlineare INL-Komponente repräsentiert werden kann.
4A–4B zeigen Ergebnisse der Messung der Integral-Nichtlinearität (INL) zweier Zeit-Digital-Umsetzer (TDC).
5 zeigt einen Block zur Korrektur nichtlinearer Fehler, der mehrere Basisfunktionspfade aufweist.
6 zeigt ein ausführlicheres Beispiel eines Basisfunktionspfads.
7 ist ein Diagramm skalierter Basisfunktionen c₁Ψ₁, ..., c₅Ψ₅ zur Bereitstellung einer stückweise linearen Approximation der zuvor in 4A dargestellten sinusförmigen Nichtlinearität.
8 zeigt verschiedene simulierte Ausgangsphasenrauschspektren verschiedener HF-Synthesizer.
9 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen von Hochfrequenzsignalen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Beschreibung erfolgt mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen im Allgemeinen durchweg gleiche Bezugszahlen benutzt werden, um gleiche Elemente zu bezeichnen, und in denen die verschiedenen Strukturen nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet sind. In der folgenden Beschreibung werden zur Erläuterung zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um das Verständnis zu erleichtern. Für Fachleute ist jedoch erkennbar, dass ein oder mehrere hier beschriebene Aspekte mit einem geringeren Grad dieser spezifischen Einzelheiten ausgeübt werden können. In anderen Fällen werden bekannte Strukturen und Einrichtungen in Blockdiagrammform gezeigt, um das Verständnis zu erleichtern.
1 zeigt ein Beispiel für einen Hochfrequenz- bzw. HF-Synthesizer 100. Der HF-Synthesizer 100 ist dafür ausgelegt, ein Lokaloszillator- bzw. LO-Signal S_LO an seinem Ausgang 102 bereitzustellen, wobei S_LO auf einem Referenzsignal S_Ref und einem an einem ersten bzw. zweiten Eingang 104, 106 bereitgestellten Kanalwort basiert. Das LO-Signal S_LO besitzt eine LO-Frequenz, die ein ganzzahliges Vielfaches oder ein nicht ganzzahliges Vielfaches von der des Referenzsignals S_Ref ist, wobei das ganzzahlige Vielfache oder nicht ganzzahlige Vielfache durch das Kanalwort an dem zweiten Eingang 106 gesetzt wird. Wenn zum Beispiel S_Ref eine feste Referenzfrequenz von 2 GHz aufweist und das Kanalwort ein nicht ganzzahliges Vielfaches von 3/2 spezifiziert, würde der HF-Synthesizer S_LO mit einer LO-Frequenz von 3 GHz ausgeben. Das Kanalwort kann mit der Zeit geändert werden, um verschiedenen ganzzahligen Vielfachen und/oder nicht ganzzahligen Vielfachen zu entsprechen, um dadurch die LO-Frequenz abzustimmen, um mit der Zeit Kommunikation über verschiedene Frequenzkanäle zu erleichtern.
Um diese Funktionalität zu implementieren, umfasst der HF-Synthesizer 100 einen Phasenkomparator 108 mit einem ersten und zweiten Phasenkomparator-Eingangsknoten 110 bzw. 112. Der erste Phasenkomparator-Eingangsknoten 110 ist dafür ausgelegt, das Referenzsignal S_REF zum Beispiel von einem Kristalloszillator oder einer anderen Referenzfrequenzquelle 124 zu empfangen; und der zweite Phasenkomparator-Eingangsknoten 112 ist mit einem Ausgang des Kanalsteuerblocks 114 gekoppelt. Der Kanalsteuerblock 114, der in einem Rückkopplungspfad 116 angeordnet ist, empfängt das LO-Signal S_LO, das durch einen digital gesteuerten Oszillator (DCO) 118 erzeugt wird, und justiert das LO-Signal auf der Basis des auf 106 bereitgestellten Kanalworts, um dadurch ein Rückkopplungssignal S_FB zu erzeugen. Der Phasenkomparator 108 vergleicht das Rückkopplungssignal S_FB mit dem Referenzsignal S_Ref und liefert auf der Basis dieses Vergleichs ein Phasenverriegelungs-Steuersignal S_PLC. Dieses Phasenverriegelungs-Steuersignal S_PLC tendiert dazu, den Ausgangszustand des DCO 118 zu justieren, bis das LO-Signal eine Ziel-LO-Frequenz erreicht, die durch die Referenzfrequenz, multipliziert mit dem Kanalwort, gegeben wird. Während das Kanalwort geändert wird, um eine neue Frequenz zu repräsentieren, ändert der Kanalsteuerblock 114 das Rückkopplungssignal entsprechend, und der Phasenkomparator 108 aktualisiert das Phasenverriegelungs-Steuersignal S_PLC, um eine entsprechende Änderung in dem DCO 118 zu verursachen, um die neue Frequenz zu erzeugen.
Obwohl diese Funktionalität gut verstanden ist, haben die Erfinder erkannt, dass der Phasenkomparator 108 über seinen Betriebsbereich hinweg nichtlineares Verhalten aufweisen kann. Ohne Gegenmaßnahmen kann dieses nichtlineare Verhalten bewirken, dass die Frequenz des LO-Signals S_LO unerwünschterweise über den Betriebsbereich der Einrichtung hinweg von der Ziel-LO-Frequenz abweicht. Um dieses nichtlineare Verhalten zu begrenzen, ist ein Element 120 zur Korrektur nichtlinearer Fehler in einem Kopplungspfad 122 vorgesehen, der sich zwischen dem Phasenkomparator 108 und dem DCO 118 erstreckt. Wie später ausführlicher ersichtlich wird, kann das Element 120 zur Korrektur nichtlinearer Fehler nichtlineares Verhalten des Phasenkomparators 108 auf der Basis des Kanalworts und/oder des Phasenverriegelungs-Steuersignals S_PLC berücksichtigen. Um das nichtlineare Verhalten des Phasenkomparators 108 zu berücksichtigen, justiert der Block 120 zur Korrektur nichtlinearer Fehler das Phasenverriegelungs-Steuersignal S_PLC, um ein fehlerkorrigiertes Phasenverriegelungs-Steuersignal S_ECPLC bereitzustellen. Das S_ECPLC-Signal korrigiert kleine nichtlineare Effekte des Phasenkomparators 108 und hilft dabei, extrem genaue Ausgangsfrequenzen und ein besseres Gleichgewicht zwischen Leistungsfähigkeit und Powermanagement für Kommunikationseinrichtungen bereitzustellen. Ein digitales Schleifenfilter 126 kann das S_ECPLC-Signal filtern, um ein gefiltertes fehlerkorrigiertes Phasenverriegelungs-Steuersignal S_ECPLC bereitzustellen, das dem DCO 118 zugeführt wird, um annehmbare DCO-Leistungsfähigkeit zu behalten.
2 zeigt ein ausführlicheres Beispiel für einen HF-Synthesizer 200. Da 2 ein mit 1 vereinbares Beispiel zeigt, werden entsprechende Bezeichnungen vorgesehen (z. B. repräsentiert 108A in 2 ein nicht einschränkendes Beispiel für einen Phasenkomparator 108 von 1; 114A in 2 repräsentiert ein nicht einschränkendes Beispiel für einen Kanalsteuerblock 114 von 1; und so weiter); es versteht sich jedoch, dass 2 auf keinerlei Weise 1 beschränkt.
Um nicht ganzzahlige Multiplikation zu erreichen, wird ein Sigma-Delta-Modulator (SDM) 202 verwendet, um ein Teilungsverhältnis eines in dem Rückkopplungspfad 116A angeordneten Multi-Modulus-Teilers (MMD) 204 dynamisch zu ändern. Der SDM 202 stellt eine ganzzahlige Sequenz von MMD-Teilungsverhältnissen bereit, die sukzessiven, an dem Eingang 106A bereitgestellten Kanalwörtern entsprechen. Ein Subtrahierer 206 bestimmt die Differenz zwischen der ganzzahligen Sequenz von MMD-Teilungsverhältnissen und den Kanalwörtern, wobei die Differenz SDM-Quantisierungsrauschen repräsentiert. Ein Summierungselement 208 führt eine laufende Summe dieses Quantisierungsrauschens. Leider erscheint dieses SDM-Quantisierungsrauschen auch als Artefakt am Eingang eines Zeit-Digital-Umsetzers (TDC) 210 und dominiert die TDC-Eingangszeitschwankung im Vergleich zu durch andere Komponenten eingeführtem Zeit-Jitter.
Unter kurzer Bezugnahme auf 3 kann die Nichtlinearität des TDC 210 durch eine lineare Verstärkungsfunktion 302 und eine Integral-Nichtlinearitäts- bzw. INL-Funktion 304 quantifiziert werden. Diese INL-Funktion 304 beschreibt im Wesentlichen die Abweichung des TDC 210 von linearem Verhalten. Repräsentative INL-Messergebnisse zweier TDC-Implementierungen sind in 4A und 4B abgebildet, wobei eine sinusförmige INL-Kurve 402 bzw. eine Dreieck-INL-Kurve 404 gezeigt sind.
Wieder mit Bezug auf 2 umfasst zur Verhinderung oder Begrenzung des Ausmaßes, zu dem das SDM-Quantisierungsrauschen (und Rauschkomponenten aufgrund von Nichtlinearität des TCD 210) an dem HF-Ausgang 102A als Phasenrauschen erscheint, der HF-Synthesizer ein Element 120A zur Korrektur nichtlinearer Fehler. Das Element 120A zur Korrektur nichtlinearer Fehler erzielt Rauschlöschung durch Verwendung eines Summierungselements 208, um digital eine laufende Summe des SDM-Quantisierungsrauschens zu erzeugen, Skalieren der Summe (unter Verwendung des nichtlinearen Skalierungselements 212 und eines adaptiven Algorithmus 216) und anschließendes Subtrahieren der skalierten Version dieser Summe von der TDC-Ausgabe 213 unter Verwendung des Subtrahierers 214. Das fehlerkorrigierte Phasenverriegelungs-Steuersignal S_ECPLCA wird dann zu dem digitalen Schleifenfilter 126 geleitet, um dann den DCO 118 zu erreichen, um die spezifizierte LO-Frequenz S_LOA zu erzeugen.
Wenn die Form der INL-Kurve für den TDC 210 im Voraus bekannt ist (z. B. durch Messungen oder aus Schaltungssimulationen), kann der nichtlineare Skalierungsblock 212 in dem Element 120A zur Korrektur nichtlinearer Fehler entsprechend gewählt werden, und der adaptive Algorithmus 216 wählt vorbestimmte Koeffizienten für eine Linearkombination vorbestimmter Basisfunktionen aus, die die erwartete Nichtlinearität parametrisieren. Zum Beispiel würden für die sinusförmige INL von 4A die dem nichtlinearen Skalierungsblock 212 zugeführten Koeffizienten so gewählt, dass sie die bekannte sinusförmige Funktion darstellen, wobei die Amplitude des Sinus der Abstimmparameter des adaptiven Algorithmus 216 ist. Da die TDC-INL in einem solchen Szenarium im Voraus bekannt ist, ist keine Kalibration erforderlich, was Systembetriebsmittel für andere Aufgaben spart.
Wenn dagegen die Form der TDC-INL nicht im Voraus bekannt ist, kann die Nichtlinearität des TDC 210 durch eine Linearkombination von Basisfunktionen approximiert werden. Insbesondere wird eine solche Approximation für eine nichtlineare Kurve ƒ (Summe aus Verstärkung und INL in 3) gegeben durch:
wobei Ψ_n, n = 1, ..., N, die Basisfunktionen sind und c_n, n = 1, ..., N. die Koeffizienten sind, die durch den adaptiven Algorithmus 216 abgestimmt werden, um das fehlerkorrigierte Phasenverriegelungs-Steuersignal zu minimieren.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Elements 500 zur Korrektur nichtlinearer Fehler, die solche Basisfunktionen benutzt, ist in 5 gezeigt. Sie besteht aus N Basisfunktionspfaden 502 (wobei N eine positive ganze Zahl ist), deren jeweilige Eingänge mit dem Ausgang des Summierungselements 504 gekoppelt sind. Während des Betriebs empfangen die N Basisfunktionspfade 502 die laufende Summe des SDM-Quantisierungsrauschens von dem Summierungselement 504. Die N Basisfunktionspfade weisen entsprechend auch N Multiplizierer 506 auf, die N Koeffizienten empfangen, die durch den adaptiven Algorithmusblock 508 gesteuert werden. Man beachte, dass durch Setzen von N = 1 und Ψ₁ ≡ 1 eine Linearfehlerkorrektur erhalten werden kann.
Typische Basisfunktionen wären, aber ohne Beschränkung darauf, die folgenden: (orthogonale) Polynome, Splines, radiale Basisfunktionen, (kanonische) stückweise lineare und stückweise orthogonale Funktionen. Zum Beispiel kann die erste Basisfunktion Ψ₁ (510) ein erstes Polynom umfassen, eine zweite Basisfunktion Ψ₂ kann ein zweites Polynom umfassen, das zu dem ersten Polynom orthogonal ist, ..., und die N-te Basisfunktion Ψ_N (512) kann eine N-tes Polynom umfassen, das zu dem ersten und zweiten Polynom orthogonal ist. Die vielen Basisfunktionen ermöglichen beträchtliche Flexibilität bei Entwurf und Implementierung des Elements 500 zur Korrektur nichtlinearer Fehler, wobei ein Kompromiss zwischen vergrößerter Approximationsgenauigkeit und somit verbesserter Verringerung von durch INL verursachten Verzerrungen und höherer Implementierungskomplexität gefunden wird.
Ein ausführlicherer Basisfunktionsblock 600 ist die in 6 gezeigte simpliziale kanonische stückweise lineare bzw. SCPWL-Funktion. Dieser Basisfunktionsblock erlaubt eine ausreichend genaue stückweise lineare Approximation einer typischen Nichtlinearität, während er effizient zu implementieren ist und nur zwei Addierer 602, 604 und eine Absolutwertfunktion 606 erfordert. Mathematisch wird die n-te Basisfunktion gegeben durch
wobei die Parameter β₁ ≤ β₂ ≤ ··· ≤ β_N die Übergangspunkte bestimmen, die den Eingangsbereich in affine Segmente aufteilen.
7 zeigt die skalierten Basisfunktionen c₁Ψ₁, ..., c₅Ψ₅, deren Summe eine gute stückweise lineare Approximation eines nichtlinearen TDC mit der zuvor in 4A dargestellten sinusförmigen INL ergibt.
8 zeigt verschiedene simulierte Ausgangs-Phasenrausch-Spektren verschiedener HF-Synthesizer. Eine erste Kurve 802 wurde unter Verwendung eines SDM mit mehrstufiger Rauschformung (MASH) dritter Ordnung und einer Linear-Fehlerkorrektur (anstelle einer Nichtlinear-Fehlerkorrektur wie hier beschrieben) simuliert. Wie durch die erste Kurve 802 gezeigt, ist die Linearfehlerkorrektur nicht in der Lage, die durch die sinusförmige INL eingeführte Rauschkomponente zu löschen, und führt zu einem vergrößerten Inband-Phasengrundrauschen im Vergleich zur Verwendung eines TDC mit einer linearen Kurve (linear-zeitinvariantes bzw. LTI-Modell – Kurve 804). Ohne weitere Verringerung dieser Inbandverzerrung kann die Phasenrauschleistungsfähigkeit des HF-Ausgangssignals gegen in Zellularstandards spezifizierte Grenzen verstoßen, wie etwa die RMS-Phasenfehlergrenze oder Spektralmaskengrenzen 806. Deshalb wurde eine Simulation auch für einen HF-Synthesizer ausgeführt, der eine Nichtlinear-Fehlerkorrektur umfasst – siehe Kurve 808. Die Nichtlinear-Fehlerkorrekturkurve 808 demonstriert deutlich, dass eine Nichtlinear-Fehlerkorrektur das Inband-Phasenrauschen relativ zu herkömmlichen Linear-Fehlerkorrekturimplementierungen signifikant verbessern kann. Wenn darüber hinaus die TDC-INL mit der Zeit schwankt, werden die Koeffizienten c_n, n = 1, ..., N, durch den adaptiven Algorithmus (üblicherweise einen LMS-Algorithmus) automatisch angepasst, um das fehlerkorrigierte Phasenverriegelungs-Steuersignal zu minimieren.
Im Vergleich zu vorbekannten Techniken weist die vorgeschlagene Technik zur Kompensation von durch die TDC-INL eingeführten Verzerrungen mehrere Vorteile auf. Im Gegensatz zu Kalibration der TDC-Nichtlinearität auf LUT-Basis ist kein spezielles Kalibrationssignal erforderlich, da das Element 120A zur Korrektur nichtlinearer Fehler gleichzeitig mit dem SDM 202 eingeschaltet wird und direkt das SDM-Quantisierungsrauschen benutzt, das gelöscht werden soll. Es ist also kein eigener Kalibrationsschlitz erforderlich, wodurch die Gesamtzeit für die Verriegelung des Frequenzsynthesizers verringert wird. Ferner kann der adaptive Algorithmus 216 automatisch Änderungen der INL-Kurve des TDC 210 (z. B. aufgrund eines Temperaturdriftens analoger Komponenten) verfolgen. Dies ist vorteilhaft, wenn der HF-Synthesizer kontinuierlich arbeitet (wie in Systemen mit kontinuierlichem Modus wie UMTS), wenn Schlitze für Neukalibration einer LUT nicht verfügbar sind. Außerdem kann das Element zur Korrektur nichtlinearer Fehler oft mit Standardlogikzellen implementiert werden und ist somit leicht auf neue Prozessknoten portierbar.
9 ist ein Flussdiagramm bestimmter Ausführungsformen eines Verfahrens 900 zum Synthetisieren von HF-Frequenzen. Obwohl das offenbarte Verfahren 900 nachfolgend als eine Reihe von Schritten oder Ereignissen dargestellt und beschrieben wird, versteht sich, dass die dargestellte Anordnung solcher Schritte oder Ereignisse nicht im einschränkenden Sinne aufzufassen ist. Zum Beispiel können bestimmte Schritte in einer anderen Reihenfolge und/oder gleichzeitig mit anderen Schritten oder Ereignissen außer den hier dargestellten und/oder beschriebenen auftreten. Außerdem müssen nicht alle dargestellten Schritte erforderlich sein, um einen oder mehrere Aspekte oder eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Beschreibung zu implementieren. Ferner können eine oder mehrere der hier abgebildeten Schritte in einem oder mehreren separaten Schritten und/oder einer oder mehreren Phasen ausgeführt werden.
Im Schritt 902 wird ein Referenzsignal empfangen. Das Referenzsignal weist eine Referenzfrequenz auf, die eine feste Referenzfrequenz sein kann, so wie sie etwa durch einen Kristalloszillator bereitgestellt wird. Die Referenzfrequenz kann auch bei anderen Implementierungen zeitvariant sein.
Im Schritt 904 wird ein Kanalwort empfangen. Das Kanalwort setzt ein ganzzahliges Vielfaches oder nicht ganzzahliges Vielfaches, mit dem das Referenzsignal zu multiplizieren ist. Zum Beispiel kann das nicht ganzzahlige Vielfache in Form von N/M vorliegen, wobei N und M beide positive ganze Zahlen sind. Im Fall N = 5 und M = 2 spezifiziert das Kanalwort, dass die Referenzfrequenz mit 5/2 zu multiplizieren ist.
Bei 906 wird auf der Basis des Referenzsignals und des Kanalworts ein Phasenverriegelungs-Steuersignal erzeugt. Dieses Phasenverriegelungs-Steuersignal tendiert dazu, Phasen- und/oder Frequenzänderungen in einem an einem Ausgangsanschluss des HF-Synthesizers bereitgestellten LO-Signal zu verursachen. Das Phasenverriegelungs-Steuersignal kann jedoch auch über den Betriebsbereich des HF-Synthesizers hinweg Nichtlinearitäten umfassen.
Um diese Nichtlinearitäten zu begrenzen, wird bei 908 eine Prozedur zur Korrektur nichtlinearer Fehler auf das Phasenverriegelungs-Steuersignal angewandt. Diese Prozedur zur Korrektur nichtlinearer Fehler umfasst das Nehmen einer Differenz zwischen dem Kanalwort und einer ganzzahligen Sequenz von Teilungsverhältnissen, wobei die Differenz SDM-Quantisierungsrauschen repräsentiert. Es wird eine laufende Summierung des SDM-Quantisierungsrauschens bestimmt, und diese Summierung wird einer Anzahl von Basisfunktionen zugeführt. Diese Basisfunktionen, die die jeweiligen Koeffizienten erhalten, modellieren kollektiv die Nichtlinearität. Die Werte der Basisfunktionen und der entsprechenden Koeffizienten werden dann von dem Phasenverriegelungs-Steuersignal subtrahiert, um ein fehlerkorrigiertes Phasenverriegelungs-Steuersignal bereitzustellen.
Bei 910 wird das fehlerkorrigierte Phasenverriegelungs-Steuersignal einem digitalen Schleifenfilter zugeführt, das ein gefiltertes fehlerkorrigiertes Phasenverriegelungs-Steuersignal erzeugt. Dieses gefilterte fehlerkorrigierte Phasenverriegelungs-Steuersignal wird wiederum dem digital gesteuerten Oszillator (DCO) zugeführt, der ein entsprechendes Lokaloszillator- bzw. LO-Signal erzeugt. Das LO-Signal wird auf die kollektiv durch die Referenzfrequenz und das Kanalwort spezifizierte Frequenz und Phase verriegelt.
Es versteht sich, dass Fachleuten auf der Basis einer Durchsicht und/oder eines Verständnisses der Beschreibung und angefügten Zeichnungen äquivalente Abänderungen und/oder Modifikationen einfallen können. Die vorliegende Offenbarung umfasst alle solchen Modifikationen und Abänderungen und soll im Allgemeinen nicht durch diese beschränkt werden. Obwohl die hier gegebenen Figuren mit einem bestimmten Dotierungstyp dargestellt und beschrieben werden, versteht sich zum Beispiel, dass alternative Dotierungstypen benutzt werden können, so wie es Durchschnittsfachleuten ersichtlich ist.
Obwohl ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt möglicherweise mit Bezug auf nur eine von mehreren Implementierungen offenbart wurde, kann zusätzlich ein solches Merkmal oder ein solcher Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen und/oder Aspekten anderer Implementierungen kombiniert werden, wenn es erwünscht ist. Soweit die Ausdrücke „enthält”, „aufweisend”, „hat”, „mit” und/oder Varianten davon hier verwendet werden, sollen diese Ausdrücke ferner eine einschließende Bedeutung wie „umfassend” aufweisen. Außerdem ist „beispielhaft” lediglich als Beispiel gemeint und nicht als Bestes. Außerdem versteht sich, dass hier abgebildete Merkmale, Schichten und/oder Elemente der Einfachheit halber und zum leichteren Verständnis mit bestimmten Dimensionen und/oder Orientierungen relativ zueinander dargestellt sind und dass die tatsächlichen Dimensionen und/oder Orientierungen wesentlich von dem hier Dargestellten abweichen können.

Claims

Frequenzsynthesizer (100, 200), umfassend: einen Phasenkomparator (108, 108A) mit einem ersten und zweiten Eingangsknoten (110, 112), wobei der erste Eingangsknoten dafür ausgelegt ist, ein Referenzsignal (S_Ref, S_RefA) zu empfangen, das eine Referenzfrequenz aufweist; einen Kanalsteuerblock (114, 114A) mit einem Eingangsknoten und einem Ausgangsknoten, wobei der Eingangsknoten dafür ausgelegt ist, ein Kanalwort (106, 106A) zu empfangen, und wobei der Ausgangsknoten mit dem zweiten Eingangsknoten (112) des Phasenkomparators gekoppelt ist; einen Lokaloszillator- bzw. LO-Ausgangsknoten zur Bereitstellung eines LO-Signals, das eine LO-Frequenz aufweist, auf der Basis der Referenzfrequenz und des Kanalworts (106, 106A), wobei eine Rückkopplung den LO-Ausgangsknoten durch den Kanalsteuerblock (114, 114A) an den zweiten Eingangsknoten des Phasenkomparators rückkoppelt; und ein Element (120, 120A, 500) zur Korrektur nichtlinearer Fehler, das wirksam auf einen Kopplungspfad gekoppelt ist, der sich zwischen dem Phasenkomparator und dem LO-Ausgangsknoten erstreckt, wobei das Element zur Korrektur nichtlinearer Fehler Folgendes umfasst: ein Summierungselement (504) zum Summieren eines Quantisierungsfehlersignals, wobei das Quantisierungsfehlersignal auf dem Kanalwort basiert; mehrere Basisfunktionenpfade (502) mit jeweiligen Eingängen, die mit dem Summierungselement gekoppelt sind; und ein adaptives Algorithmuselement (508), das den mehreren Basisfunktionspfaden entsprechend mehrere Koeffizienten zuführt.
Frequenzsynthesizer (100, 200) nach Anspruch 1, wobei das Element zur Korrektur nichtlinearer Fehler dafür ausgelegt ist, eine Justierung bezüglich nichtlinearem Verhalten des Phasenkomparators auf der Basis des Kanalworts durchzuführen.
Frequenzsynthesizer (100, 200) nach Anspruch 1, wobei das Element (120, 120A, 500) zur Korrektur nichtlinearer Fehler dafür ausgelegt ist, eine Justierung bezüglich nichtlinearem Verhalten des Phasenkomparators (108) auf der Basis eines auf dem Kopplungspfad bereitgestellten Phasenverriegelungs-Steuersignals (S_PLC, S_PLCA) durchzuführen.
Frequenzsynthesizer (100, 200) nach Anspruch 1, wobei das Element (120, 120A, 500) zur Korrektur nichtlinearer Fehler dafür ausgelegt ist, eine Justierung bezüglich nichtlinearem Verhalten des Phasenkomparators auf der Basis sowohl des Kanalworts als auch eines auf dem Kopplungspfad bereitgestellten Phasenverriegelungs-Steuersignals (S_PLC, S_PLCA) durchzuführen.
Frequenzsynthesizer (100, 200) nach Anspruch 1, wobei ein Basisfunktionspfad (502) eine Basisfunktion (510, 512), gefolgt von einem Multiplizierer, umfasst.
Frequenzsynthesizer (100, 200) nach Anspruch 5, wobei die Basisfunktion (510, 512) Folgendes umfasst: ein Polynom, das mit Bezug auf eine andere Basisfunktion orthogonal ist, und/oder eine Spline-Funktion und/oder eine radiale Basisfunktion und/oder eine kanonische stückweise lineare oder stückweise orthogonale Funktion.
Frequenzsynthesizer (100, 200) nach Anspruch 1, 5 oder 6, wobei ein Basisfunktionspfad (502) Folgendes umfasst: ein erstes Subtraktionselement (602) mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Eingang des ersten Subtraktionselements mit dem Summierungselement (504) gekoppelt ist; ein Absolutwertelement (606) mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Eingang des Absolutwertelements mit dem Ausgang des ersten Subtraktionselement gekoppelt ist; und ein zweites Subtraktionselement (604) mit einem ersten und zweiten Eingang und einem Ausgang, wobei der erste Eingang des zweiten Subtraktionselements mit dem Ausgang des ersten Subtraktionselement gekoppelt ist und wobei der zweite Eingang des zweiten Subtraktionselements mit dem Ausgang des Absolutwertelements gekoppelt ist und wobei der Ausgang des zweiten Subtraktionselement mit dem Kopplungspfad gekoppelt ist.
Frequenzsynthesizer (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der adaptive Algorithmus dafür ausgelegt ist, die Koeffizienten auf der Basis sowohl des Kanalworts als auch eines auf dem Kopplungspfad bereitgestellten Phasenverriegelungs-Steuersignals (S_PLC, S_PLCA) zu setzen.
Frequenzsynthesizer (100, 200), umfassend: einen Referenzfrequenz-Eingangsknoten zum Empfangen eines Referenzsignals (S_Ref, S_RefA), das eine Referenzfrequenz aufweist; einen Kanalsteuerblock (114, 114A) zum Empfangen eines Kanalworts (106A), wobei das Kanalwort zeitlich schwankt, um einer von dem Frequenzsynthesizer abzuliefernden Zeitvariantenausgangsfrequenz zu entsprechen; einen Zeit-Digital-Umsetzer bzw. TDC (210), der dafür ausgelegt ist, ein Phasenverriegelungs-Steuersignal (S_PLC, S_PLCA) bereitzustellen, um zu verursachen, dass ein digital gesteuerter Oszillator bzw. DCO (118) ein Ausgangssignal bereitstellt, das die Zeitvariantenausgangsfrequenz aufweist, wobei der zeitvariante digitale Wert auf dem Referenzsignal und dem Kanalwort basiert; und ein Element zur Korrektur nichtlinearer Fehler, das in einem Kopplungspfad zwischen dem TDC und dem DCO angeordnet ist, wobei der Frequenzsynthesizer ferner Folgendes umfasst: ein Summierungselement (504) zum zeitlichen Summieren des Quantisierungsrauschsignals; mehrere Basisfunktionenpfade (502) mit jeweiligen Eingängen, die mit dem Summierungselement (504) gekoppelt sind; und ein adaptives Algorithmuselement (216, 508), das den mehreren Basisfunktionspfaden entsprechend mehrere Koeffizienten (c₁, c_N) zuführt.
Frequenzsynthesizer (100, 200) nach Anspruch 9, wobei das Element (120, 120A) zur Korrektur nichtlinearer Fehler Folgendes umfasst: ein dem TDC nachgeschaltetes Addition- oder Subtraktionselement (214), das dafür ausgelegt ist, das Phasenverriegelungs-Steuersignal (S_PLC, S_PLCA) zu empfangen und ein fehlerkorrigiertes Phasenverriegelungs-Steuersignal (S_EPLC, S_EPLCA) bereitzustellen; ein digitales Schleifenfilter (126), das dem DCO (118) auf der Basis des fehlerkorrigierten Phasenverriegelungs-Steuersignals ein gefiltertes fehlerkorrigiertes Phasenverriegelungs-Steuersignal zuführt; und ein adaptives Algorithmuselement (216) zum selektiven Justieren mehrerer Rauschkoeffizienten, um einen Wert des fehlerkorrigierten Phasensteuersignals zu setzen.
Frequenzsynthesizer (100, 200) nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Kanalsteuerblock (114, 114A) Folgendes umfasst: einen Sigma-Delta-Modulator (202) zum Empfangen des Kanalworts (106, 106A) und zum Bereitstellen einer diesem entsprechenden Sequenz von ganzen Zahlen; und ein Subtraktionselement (206) zum Bereitstellen eines Quantisierungsrauschsignals auf der Basis einer Differenz zwischen dem Kanalwort und der Sequenz von ganzen Zahlen.
Frequenzsynthesizer nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der der Frequenzsynthesizer ferner Folgendes umfasst: einen Multi-Modulus-Teiler bzw. MMD (204) mit einem variablen Teilungsverhältnis, das durch die Sequenz von ganzen Zahlen gesetzt wird, wobei der MMD in einem Rückkopplungspfad zwischen dem DCO und dem TDC angeordnet ist.
Frequenzsynthesizer (100, 200) nach Anspruch 9, wobei ein Basisfunktionspfad eine Basisfunktion, gefolgt von einem Multiplizierer, umfasst.
Frequenzsynthesizer (100, 200) nach Anspruch 9, wobei ein Basisfunktionspfad (502) Folgendes umfasst: ein erstes Subtraktionselement (602) mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Eingang des ersten Subtraktionselements mit dem Summierungselement gekoppelt ist; ein Absolutwertelement (606) mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Eingang des Absolutwertelements mit dem Ausgang des ersten Subtraktionselement gekoppelt ist; und ein zweites Subtraktionselement (604) mit einem ersten und zweiten Eingang und einem Ausgang, wobei der erste Eingang des zweiten Subtraktionselements mit dem Ausgang des ersten Subtraktionselement gekoppelt ist und wobei der zweite Eingang des zweiten Subtraktionselements mit dem Ausgang des Absolutwertelements gekoppelt ist und wobei der Ausgang des zweiten Subtraktionselements mit dem Kopplungspfad gekoppelt ist.
Frequenzsynthesizer (100, 200) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei das adaptive Algorithmuselement dafür ausgelegt ist, die mehreren Koeffizienten auf der Basis sowohl des Phasenverriegelungs-Steuersignals (S_PLC, S_PLCA) als auch des summierten Quantisierungsrauschsignals zu bestimmen.
Frequenzsynthesizer (100, 200) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei eine Basisfunktion Folgendes umfasst: ein Polynom, das mit Bezug auf eine andere Basisfunktion orthogonal ist, und/oder eine Spline-Funktion und/oder eine radiale Basisfunktion und/oder eine kanonische stückweise lineare oder stückweise orthogonale Funktion.
Verfahren, umfassend: Bereitstellen (902) eines Referenzsignals, das eine Referenzfrequenz aufweist; Bereitstellen (904) eines Kanalworts, das ein ganzzahliges Vielfaches oder nicht ganzzahliges Vielfaches setzt, mit dem die Referenzfrequenz zu multiplizieren ist; Erzeugen (906) eines Phasenverriegelungs-Steuersignals (S_PLC, S_PLCA) auf der Basis des Referenzsignals und des Kanalworts, um eine Phasenänderung oder Frequenzänderung in einem digital gesteuerten Oszillator zu verursachen; Anwenden (908) einer Prozedur zur Korrektur nichtlinearer Fehler auf das Phasenverriegelungs-Steuersignal, um dadurch ein fehlerkorrigiertes Phasenverriegelungs-Steuersignal zu erzeugen; und Bereitstellen (910) eines fehlerkorrigierten Phasenverriegelungs-Steuersignals (S_EPLC, S_EPLCA) und Filtern des fehlerkorrigierten Phasenverriegelungs-Steuersignals, um ein Lokaloszillator- bzw. LO-Signal zu erzeugen, wobei das LO-Signal auf eine Frequenz und Phase verriegelt ist, die kollektiv durch die Referenzfrequenz und das Kanalwort spezifiziert werden, wobei die Prozedur zur Korrektur nichtlinearer Fehler Folgendes umfasst: Bestimmen mehrerer Koeffizienten (c₁, c_N), die kollektiv eine Nichtlinearität eines Phasenkomparators charakterisieren; entsprechendes Anwenden der mehreren Koeffizienten auf mehrere Basisfunktionen (510, 512) und Justieren des Phasenverriegelungs-Steuersignals auf der Basis der mehreren Basisfunktionen und ihrer jeweiligen Koeffizienten (c₁, c_N), um das fehlerkorrigierte Phasenverriegelungs-Steuersignal zu erzeugen.