专利名称：一种频率综合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及宽带RF通信技术领域，特别涉及一种用于产生多频带正交频分复用 超宽带的6至9GHz的五个频带对应中心频率的频率综合器。
背景技术：
UffB技术主要用于实现短距离、超高速的无线通信，其传输距离目前一般在IOm以 内，传输速率可以达到480Mb/s甚至更高。UWB高传输速率、低功耗且不干扰已有无线系统 的特点，使得UWB成为现在及未来五年内的热点。美国联邦通讯委员会(FCC)为UWB划分的频谱范围为3. lGHz-10. 6GHz，发射功率 谱密度不得大于-41.2dBm/MHz。鉴于工艺的限制和高频的设计难度，初始的兴趣集中于
3.lGHz-4. 9GHz的应用。WiMedia联盟的多频带正交频分复用超宽带(以下简称MB-OFDM UffB)标准规定，OFDM信号由1 个子载波组成，这些载波占用5^MHz，所以子载波间隔为
4.125MHz。因为载波间隔为4. 125MHz，导致OFDM符号长度必须是1/4. 125e6 = 242. 42ns。 考虑到符号间干扰，最好总的OFDM符号长度是312. 5ns。128个子载波的5个频带边缘被 设置为零，从而实际的占用带宽仅仅是507. 375MHz (略宽于所要求的500MHz)。UffB频谱从3. 1-10. 6-GHz被分为14个频带(Band)，每个频带528MHz，暗示了有 14个载波频率。这些频率被进一步分组(Group)，每组有两个或三个相邻的频带，请参阅图 1所示。UWB技术实现了两大突破，在频谱划分方面，开创“共存”局面；在传输速度方面， 真正走向了高速，它通过增加带宽来提高容量，成为无线技术“高速”变革中的重要一支。频率综合器是基于OFDM技术的UWB无线收发机中的重要电路模块，也是整个收发 机芯片的设计难点，其需要在保持频谱纯度的同时，能够在9. 47ns内从一个载波跳变到另 一个载波，这是传统窄带无线通信系统中的频率综合器结构所无法胜任的。此外，频率综合 器的面积与功耗在整个无线收发机芯片中均占据50%左右的比例。因此，设计一款结构简 单、面积小、功耗低、满足跳频时间要求的频率综合器无疑会极大地降低UWB系统成本和提 升产品竞争力。目前，工业界与学术界在MB-OFDM UffB频率综合器实现方式上通常有如下三种1、实现3. 1-10. 6GHz全频带满足MB-OFDM UffB所需要的14个频率；2、实现3. 1-4. 5GHz子频带组Groupl满足MB-OFDM UffB中所需要的3个频率；3、实现 3. 1-8. 5GHz 子频带组 Groupl、Group2 和 Group3 满足 MB-OFDM UffB 中所需 要的9个频率。对比图1中世界主要国家的UWB频谱规划，我们发现UWB频谱交集集中在6-9GHZ 频段内，涵盖满足MB-OFDM UffB标准的频带组Group3和Group6。在6_9GHz频段内，上述 三种频率综合器实现方式都存在针对性不足的缺点，或过分覆盖导致硬件、面积、功耗的浪 费，或覆盖较低导致6-9GHZ频段内的5个频率无法充分利用从而影响信道容量。
发明内容
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于产生多频带正交频分复用超宽带 的6至9GHz的五个频带对应中心频率的频率综合器，以同时在面积与功耗上做到较优，满 足UWB通信系统的要求。(二)技术方案为达到上述目的，本发明提供了一种频率综合器，用于产生多频带正交频分复用 超宽带的6至9GHz的五个频带对应中心频率，该频率综合器包括第一固定频率锁相环，该第一固定频率锁相环以66MHz信号为参考频率信号，反 馈链路中依次包括有两个除二分频器和一个除二十九分频器，输出稳定的7656MHz正交信 号至单边带混频器；第二固定频率锁相环，该第二固定频率锁相环以66MHz信号为参考频率信号，反 馈链路中依次包括有两个除二分频器和一个除十六分频器，在分频过程中产生一稳定的 1056MHz正交信号和一稳定的2112MHz正交信号，并将该1056MHz和2112MHz正交信号共同 输出给二选一选择器；二选一选择器，用于将接收自第二固定频率锁相环的1056MHz和2112MHz正交信 号选择输出给多相位除二分频器；多相位除二分频器，用于将二选一选择器输出的信号进行二分频并产生不同相位 的输出给单边带混频器，以控制单边带混频器进行加或减；单边带混频器，用于将接收自第一固定频率锁相环的7656MHz正交信号与接收 自多相位除二分频器的5^MHz正交信号或1056MHz正交信号或DC信号进行混频，得到 6600MHz、7128MHz、7656MHz、8184MHz 和 8712MHz 五个正交输出信号。上述方案中，所述第一固定频率锁相环采用直接产生正交两路信号的正交压控振 荡器，避免采用两倍频率压控振荡器通过除二分频产生正交信号的方法，从而可以采用频 率较低的固定频率锁相环。上述方案中，所述第二固定频率锁相环采用二分频的方法产生2组正交信号，实 现正交特性。上述方案中，所述多相位除二分频器输出不同相位的二分频信号，控制单边带混 频器产生加或减的信号。上述方案中，该频率综合器采用直接混频的方法产生所需的各个频率的信号，然 后通过多路选择器和多相位除二分频器从产生的信号中选择所需的信号，各个频率之间的 跳频速度取决于开关的速度，实现纳秒级的跳频速度。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果1、本发明提供的用于产生多频带正交频分复用超宽带的6至9GHz的五个频带对 应中心频率的频率综合器，采用两个固定频率锁相环、一个单边带混频器、一个多路选择器 和一个多相位除二分频器产生五路6至9GHz的UWB本振信号，提高了频率综合器的频率和 跳频速度，满足了 UWB通信系统的要求，同时在面积与功耗上与传统方案相比也得到了优 化(这一点从表1中所使用的电感数量可知)。
2、本发明提供的用于产生多频带正交频分复用超宽带的6至9GHz的五个频带对 应中心频率的频率综合器，只用到了一个SSB混频器，减小了多次混频所产生的杂散，提高 了频谱纯度；跳频时间可以达到纳秒量级，满足UWB系统要求。3、本发明提供的用于产生多频带正交频分复用超宽带的6至9GHz的五个频带对 应中心频率的频率综合器，通过采用直接混频的办法产生所需要的各个频率的信号，然后 通过一个二选一选择器来选择需要的信号，这样各个频率之间的跳频速度就仅仅取决于开 关的切换速度，完全可以实现纳秒级的跳频速度，满足UWB通信系统的要求。4、本发明提供的用于产生多频带正交频分复用超宽带的6至9GHz的五个频带对 应中心频率的频率综合器，高频锁相环采用了直接产生正交两路信号的正交VC0，避免了需 要设计两倍频率VCO然后通过二分频产生正交信号的方法，从而可以采用频率较低的PLL， 降低了该PLL的实现难度以及消耗的电流。5、本发明提供的用于产生多频带正交频分复用超宽带的6至9GHz的五个频带对 应中心频率的频率综合器，低频锁相环采用产生两倍频率然后分频的方法产生正交信号， 提高了产生信号的正交性。6、本发明提供的用于产生多频带正交频分复用超宽带的6至9GHz的五个频带对 应中心频率的频率综合器，采用了多相位除二分频器产生不同相位的输出信号从而控制单 边带混频器的加或减，减小了单边带混频器的硬件成本。
图1示出了 ECMA-368MB-0FDM UWB标准中的子频带结构的图与主要国家相应授权 使用频段；图2是本发明提供的用于产生多频带正交频分复用超宽带的6至9GHz的五个频 带对应中心频率的频率综合器的结构框图。图3是本发明的设计原型与其它相似设计的比较关系表。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。本发明提供的用于产生多频带正交频分复用超宽带的6至9GHz的五个频带对应 中心频率的频率综合器，通过采用两个固定频率的锁相环、一个二选一选择器、一个多相位 除二分频器和一个单边带(SSB)混频器产生了满足多频带正交频分复用超宽带要求的6 至9GHz的五个频率分量。其中该频率综合器采用直接频率合成技术，通过对锁相环1和 锁相环2产生的频率在单边带混频器5中进行频率加减或直通等操作，从而输出6600MHz、 7128MHz,7656MHz,8184MHz,8712MHz五个频率，频率的跳变切换通过外部数字信号加以控 制，频率的切换时间依赖开关的切换时间(纳秒量级)，可以满足多频带正交频分复用超宽 带通信系统的快速跳频要求。如图2所示，图2是本发明提供的用于产生多频带正交频分复用超宽带的6至 9GHz的五个频带对应中心频率的频率综合器的结构框图，该频率综合器包括第一固定频率 锁相环1、第二固定频率锁相环2、二选一选择器3、多相位除二分频器4和单边带混频器5。
其中，第一固定频率锁相环1，该第一固定频率锁相环以66MHz信号为参考频率信 号，反馈链路中依次包括有两个除二分频器和一个除二十九分频器；其中66MHz的参考信 号与除二十九分频器反馈回来的66MHz信号一起传递给鉴频鉴相器与电荷泵，鉴频鉴相器 与电荷泵通过比较所述参考信号与所述反馈信号之间的相位差与频率差，将误差信号转换 为电荷泵的抽取电流或输出电流，该电流流经下一级的三阶电阻电容(RC)环路滤波器，产 生一个受误差调制的电压信号U，该电压信号经过环路滤波器传递给正交压控振荡器，产生 一个稳定的7656MHz正交信号至单边带混频器5。第二固定频率锁相环2，该第二固定频率锁相环以66MHz信号为参考频率信号， 反馈链路中依次包括有两个除二分频器和一个除十六分频器；在分频过程中第一除二分 频器产生一稳定的2112MHz正交信号，第二分频器产生一稳定的1056MHz正交信号，并将 该1056MHz和2112MHz正交信号共同输出给二选一选择器3 ；其中66MHz的参考信号与除 十六分频器反馈回来的66MHz信号一起传递给鉴频鉴相器与电荷泵，鉴频鉴相器与电荷泵 通过比较所述参考信号与所述反馈信号之间的相位差与频率差，将误差信号转换为电荷泵 的抽取电流或输出电流，该电流流经下一级的三阶电阻电容(RC)环路滤波器，产生一个受 误差调制的电压信号U，该电压信号经过环路滤波器传递给压控振荡器，产生一个稳定的 4224MHz 信号。二选一选择器3，用于将接收自第二固定频率锁相环2的1056MHz和2112MHz正交 信号选择输出给多相位除二分频器4 ；上述两个频率的选择通过在外部控制信号VB指令控 制下实现。多相位除二分频器4，用于将多路选择器3输出的信号进行除二分频并产生不同 相位的输出给单边带混频器5，以控制单边带混频器5进行加或减。单边带混频器5，用于将接收自第一固定频率锁相环1的7656MHz正交信号与接收 自多相位除二分频器4的5^MHz正交信号或1056MHz正交信号或DC信号进行混频，得到 6600MHz、7128MHz、7656MHz、8184MHz 和 8712MHz 五个正交输出信号。上述第一固定频率锁相环1采用直接产生正交两路信号的QVC0，避免采用两倍频 率VCO然后通过二分频产生正交信号的方法，从而采用频率较低的固定频率锁相环；第二 固定频率锁相环2采用了二分频的方法产生正交信号，从而得到良好的正交信号。上述多相位除二分频器4可以输出不同相位的除二分频信号，从而控制单边带混 频器产生加或减的信号；该频率综合器通过采用直接混频的方法产生所需要的各个频率的 信号，然后通过多路选择器3和多相位除二分频器4来选择需要的信号，各个频率之间的跳 频速度取决于开关的速度，实现了纳秒级的跳频速度。再参照图2，该频率综合器包括了以下几个电路模块7656MHz整数PLL 1、 4224MHz整数PLL 2、选择1056MHz与2112MHz两路信号的多路选择器3、实现1056MHz和 2112MHz除二分频的多相位除二分频器4、实现7656MHz与528MHz或1056MHz或DC混频的 单边带混频器5。下面将给出具体频率综合方案7656MHz的PLL 1采用的是66MHz的晶振频率，分频比为2X2X29，最终产生了 66MX 2 X 2 X 29 = 7656MHz的输出，该锁相环的VCO采用可以直接产生正交两路信号的正交 VCO。
4224MHz的PLL 2采用的也是66MHz的晶振频率，分频比为2X2X 16，最终产生 66MX 2X2X16 = 4224MHz的输出，在该锁相环的分频过程中产生了 1056MHz和2112MHz的 信号，这两个附加信号将为多相位除二分频器提供输入，这两路信号的选择由一个数据选 择器3实现。多相位除二分频器4将多路选择器3提供的1056MHz或2112MHz信号进行二分频 器产生512MHz或1056MHz信号，并可以提供多个相位的输出信号从而来控制单边带混频器 的加或减。将7656MHz信号作为SSB Mixer的一个输入端，另外一个输入端为除二分频器4 提供的5^MHz或者1056MHz或者DC信号，经过单边带混频之后可以产生频率为6600MHz、 7128MHz,7656MHz,8184MHz和8712MHz五个频带的中心频率信号，最终通过控制二选一选 择器C3)和多相位除二分频器4来控制需要产生的频带中心频率信号。本发明提供的这种用于MB-OFDM UffB的6至9GHz的五个频带频率综合器，通过采 用直接频率合成技术，可以输出6600MHz、7U8MHz、7656MHz、8184MHz和8712MHz五个频带 中心频率的本振信号，并且在各个频率之间的跳频时间在纳秒量级，可以满足MB-OFDM UffB 通信系统的快速跳频要求。另外，该频率合成器输出了正交两路本振信号，可以应用到直接变频的UWB无线 收发机中。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
权利要求
1.一种频率综合器，用于产生多频带正交频分复用超宽带的6至9GHz的五个频带对应 中心频率，其特征在于，该频率综合器包括第一固定频率锁相环，该第一固定频率锁相环以66MHz信号为参考频率信号，反馈链 路中依次包括有两个除二分频器和一个除二十九分频器，输出稳定的7656MHz正交信号至 单边带混频器；第二固定频率锁相环，该第二固定频率锁相环以66MHz信号为参考频率信号，反馈 链路中依次包括有两个除二分频器和一个除十六分频器，在分频过程中产生一稳定的 1056MHz正交信号和一稳定的2112MHz正交信号，并将该1056MHz和2112MHz正交信号共同 输出给二选一选择器；二选一选择器，用于将接收自第二固定频率锁相环的1056MHz和2112MHz正交信号选 择输出给多相位除二分频器；多相位除二分频器，用于将二选一选择器输出的信号进行二分频并产生不同相位的输 出给单边带混频器，以控制单边带混频器进行加或减；单边带混频器，用于将接收自第一固定频率锁相环的7656MHz正交信号与接收自多相 位除二分频器的528MHz正交信号或1056MHz正交信号或DC信号进行混频，得到6600MHz、 7128MHz,7656MHz,8184MHz 和 8712MHz 五个正交输出信号。
2.根据权利要求1所述的用于多频带正交频分复用超宽带的6至9GHz五频带频率综 合器，其特征在于，所述第一固定频率锁相环采用直接产生正交两路信号的正交压控振荡 器，避免采用两倍频率压控振荡器通过除二分频产生正交信号的方法，从而可以采用频率 较低的固定频率锁相环。
3.根据权利要求1所述的频率综合器，其特征在于，所述第二固定频率锁相环采用二 分频的方法产生2组正交信号，实现正交特性。
4.根据权利要求1所述的频率综合器，其特征在于，所述多相位除二分频器输出不同 相位的二分频信号，控制单边带混频器产生加或减的信号。
5.根据权利要求1所述的频率综合器，其特征在于，该频率综合器采用直接混频的方 法产生所需的各个频率的信号，然后通过多路选择器和多相位除二分频器从产生的信号中 选择所需的信号，各个频率之间的跳频速度取决于开关的速度，实现纳秒级的跳频速度。
全文摘要
本发明公开了一种用于产生多频带正交频分复用超宽带的6至9GHz的五个频带对应中心频率的频率综合器，该频率综合器通过采用两个固定频率的锁相环、一个二选一选择器、一个多相位除二分频器和一个单边带混频器产生了满足多频带正交频分复用超宽带要求的6至9GHz的五个频率分量。其中该频率综合器采用直接频率合成技术，通过对锁相环1和锁相环2产生的频率在单边带混频器5中进行频率加减或直通等操作，从而输出6600、7128、7656、8184、8712MHz五个频率，频率的跳变切换通过外部数字信号加以控制，频率的切换时间依赖开关的切换时间(纳秒量级)，可以满足多频带正交频分复用超宽带通信系统的快速跳频要求。
文档编号H03L7/18GK102104380SQ20091024276
公开日2011年6月22日 申请日期2009年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者张海英, 李志强, 陈普锋 申请人:中国科学院微电子研究所