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Dokumentenidentifikation DE102004020031B3 08.12.2005
Titel Verlustarmer Frequenzmustergenerator
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Grewing, Christian, 40489 Düsseldorf, DE;
Friedrich, Martin, 45892 Gelsenkirchen, DE;
Winterberg, Kay, 47906 Kempen, DE;
Waasen, Stefan van, 47178 Duisburg, DE;
Puma, Guiseppe Li, 44791 Bochum, DE;
Wiesbauer, Andreas, Pörtschach, AT;
Sandner, Christoph, Villach, AT
Vertreter PAe Reinhard, Skuhra, Weise & Partner GbR, 80801 München
DE-Anmeldedatum 23.04.2004
DE-Aktenzeichen 102004020031
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 08.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.12.2005
IPC-Hauptklasse H04B 1/713
Zusammenfassung Frequenzmustergenerator (1, 101, 201) zum Erzeugen von Frequenzpulsen mit einer ersten Lokaloszillatoreinheit (2-1, 121, 221) zum Erzeugen eines ersten hochfrequenten Trägerfrequenzsignals (LO1), mindestens einer zweiten Lokaloszillatoreinheit (2-2, ...2-N, 122, 222) zum Erzeugen mindestens eines zweiten hochfrequenten Trägerfrequenzsignals (LO2), einer Schalteinrichtung (3, 103, 203) zum Durchschalten eines der hochfrequenten Trägerfrequenzsignale (LO1, LO2) oder eines Nullsignals (DC) in Abhängigkeit von einem Steuersignal (CTR) und einer Mischstufe (9, 109, 209, 212, 309) zum Mischen des von der Schalteinrichtung (3, 103, 203) durchgeschalteten Signals (LO) mit einem Mischfrequenzsignal (LF) zu einem gepulsten Ausgangssignal (RFOUT), wobei das gepulste Ausgangssignal (RFOUT) Frequenzpulse mit einer jeweiligen Frequenz (f1, ...f8) und Länge (Tp) in Abhängigkeit von dem Steuersignal (CTR) aufweist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen verlustarmen Frequenzmustergenerator zum Erzeugen von Frequenzpulsen über einen weiten Bereich von Frequenzen und deren verschiedene Frequenzen schnell schaltbar sind.

Künftige drahtlose Datenübertragung für hohe Datenübertragungsraten wird einen sehr breiten Bandbreitenbereich in Anspruch nehmen. Standards für UWB (Ultra Wide Band) Anwendungen sehen einen Frequenzbereich von 3 bis 10 GHz vor. Um über diesen Bandbreitenbereich Daten zu übertragen, müssen in diesem Frequenzbereich viele Übertragungsbänder, beispielsweise für OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) oder DS-CDMA (Direct Sequence Code Division Multiplexes), erzeugt werden.

Dazu werden in der Regel Frequenzmustergeneratoren bzw. Hopping Frequency Synthesizer herangezogen. Derartige Frequenzmustergeneratoren müssen Frequenzpulse mit einstellbarer zeitlicher Länge und von Puls zu Puls variierender Frequenz liefern. Solche gepulsten Ausgangssignale bilden dann ein geeignetes Frequenzspektrum, das viele Übertragungsbänder über einen extrem breiten Frequenzbandbereich (UWB = Ultra Wide Band) aufweist.

Die 1 zeigt eine mögliche Abfolge von Frequenzpulsen im Zeitraum. Es ist ein beispielhaftes gepulstes Signal RFOUT in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Ein erster Frequenzpuls der Dauer Tp mit der Frequenz f1 wird nach einer Zeit Tb von einem zweiten Frequenzpuls gefolgt, der eine zweite Frequenz f2 aufweist. Ferner ist beispielhaft ein dritter Frequenzpuls gezeigt, der eine dritte Frequenz f3 hat.

Zwischen den Frequenzpulsen entsteht idealerweise kein Signal. Je nach UWB-Anwendung kann die zeitliche Pause zwischen Frequenzpulsen sehr klein sein, bis hin zu Tb=Tp. In der Regel liegt die Zeit zwischen zwei Pulsen unterschiedlicher Frequenz im Nanosekundenbereich.

Ein Multibandgenerator zum Erzeugen von Frequenzpulsen wurde in dem Dokument IEEE 802.15-03/207r0, G. Spore et al. „TG3a-Wisair contribution on multi band implementation", http://grouper.ieee.org/groups/802/15, Mai 2003, vorgeschlagen.

In der 2 ist ein entsprechender Multibandgenerator MBG schematisch dargestellt. Darin wird einem Subbandgenerator SBG ein Taktsignal CLK von 5280 MHz zugeführt. Der Subbandgenerator SBG weist eine Anzahl von Frequenzteilern (hier nicht dargestellt) auf und gibt untersetzte Frequenzsignale LF1, LF2, LF3, LF4 mit den Frequenzen 440, 880, 1320, 1760 MHz aus. Der Subbandgenerator führt auch das Taktsignal CLK als ein Trägerfrequenzsignal LO durch.

Es ist ein fünffach Multiplexer MUX vorgesehen, der entweder die untersetzten Frequenzsignale LF1, LF2, LF3, LF4 oder ein Signal DC auf konstantem Pegel an einen Einseitenbandmischer SSBU/L als Mischfrequenzsignal LF ausgibt. Der Einseitenbandmischer SSBU/L nimmt ferner das hochfrequente Taktsignal als Lokaloszillatorsignal LO auf.

Der Einseitenbandmischer SSBU/L mischt also das feste Trägerfrequenzsignal LO mit den geschalteten Mischfrequenzsignalen LF1, LF2, LF3, LF4 zu einem Ausgangssignal MBOUT des Multibandgenerators MBG. Durch Umschalten der Mischfrequenzen LF1, LF2, LF3, LF4 werden also unterschiedliche Frequenzen des Ausgangssignals MBOUT erreicht. Es werden Frequenzpulse erzeugt, indem zwischen dem Umschalten von einer Mischfrequenz, beispielsweise LF1, zu einer zweiten Mischfrequenz, z. B. LF2, das Signal DC mit konstantem Pegel als Mischfrequenzsignal an den Einseitenbandmischer SSBU/L geführt wird.

Ein Multibandgenerator nach dem Stand der Technik, wie er in 2 gezeigt ist, weist eine Reihe von Nachteilen auf. Da die Mischfrequenzsignale LF1, LF2, LF3, LF4 aus einem Taktsignal CLK erzeugt sind, können leicht höhere harmonische Anteile in dem Subbandgenerator SBG erzeugt werden, welche hinter dem Multiplexer durch analoge Tiefpassfilter entfernt werden müssen. Derartige Tiefpassfilter in dem Pfad für die Mischfrequenzsignale LF verlangsamen nachteilig die Schalteigenschaften der Umschaltung zwischen verschiedenen Frequenzen.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass selbst bei Anlegen eines konstanten Pegels als Mischfrequenzsignal LF an den Einseitenbandmischer SSBU/L die hochfrequente Trägerfrequenz LO in das Ausgangssignal MBOUT streut. Somit werden keine sauberen Frequenzpulse und insbesondere keine wohl definierten Pausen zwischen den Frequenzpulsen bereit gestellt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Frequenzmustergenerator zum Erzeugen von Frequenzpulsen zu schaffen, deren unterschiedliche Frequenzen schnell umschaltbar sind und wobei zwischen den Frequenzpulsen praktisch kein oszillierendes Signal ausgegeben wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Frequenzmustergenerator zum Erzeugen von Frequenzpulsen nach Anspruch 1 gelöst.

Demgemäss ist ein Frequenzmustergenerator zum Erzeugen von Frequenzpulsen vorgesehen mit: (a) einer ersten Lokaloszillatoreinheit zum Erzeugen eines ersten hochfrequenten Trägerfrequenzsignals; (b) mindestens einer zweiten Lokaloszillatoreinheit zum Erzeugen mindestens eines zweiten hochfrequenten Trägerfrequenzsignals; (c) einer Schalteinrichtung zum Durchschalten eines der hochfrequenten Trägersignale oder eines Nullsignals in Abhängigkeit von einem Steuersignal; und mit (d) einer Mischstufe zum Mischen des von der Schalteinrichtung durchgeschalteten Signals mit einem gegenüber den Trägerfrequenzsignalen niederfrequenten Mischfrequenzsignal zu einem gepulsten Ausgangssignal; wobei das gepulste Ausgangssignal Frequenzpulse mit einer jeweiligen Frequenz und Länge in Abhängigkeit von dem Steuersignal aufweist.

Die Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht darin zum Erzeugen verschiedener Frequenzen der Frequenzpulse bzw. des gepulsten Ausgangssignals einem Mischer verschiedene zuschaltbare Lokaloszillatorfrequenzen zuzuführen. Die Pausen zwischen Pulsen unterschiedlicher Frequenz werden durch Schalten eines Nullsignals auf konstantem Pegel als Trägerfrequenz an die Mischstufe erreicht. Durch Verändern des bezüglich der Trägersignale niederfrequenten Mischfrequenzsignals wird eine feine Abstufung für die Frequenzen der Frequenzpulse erreicht.

Der erfindungsgemäße Frequenzmustergenerator hat insbesondere den Vorteil, dass zwischen den Frequenzpulsen durch das Schalten eines Nullsignals keine Streuung in das Ausgangssignal erfolgen kann. Durch die Wahl der ersten und zweiten hochfrequenten Trägerfrequenzsignale kann zudem ein besonders breiter Frequenzbandbereich erreicht werden, wodurch der erfindungsgemäße Frequenzmustergenerator ideal für den Einsatz in UWB-Anwendungen geeignet ist. Durch das Schalten der Trägerfrequenzsignale kann ferner die Frequenzbandbreite des Mischfrequenzsignals eng bemessen werden.

Vorteilhafterweise weist die Mischstufe einen Einseitenbandmischer auf. Die mindestens eine Lokaloszillatoreinheit weist vorteilhafterweise einen spannungsgesteuerten LC-Schaltkreis auf, welcher eine Sinus-Schwingung als Trägerfrequenzsignal liefert. Durch die Nutzung eines LC-Schaltkreises werden höhere Harmonische, welche von der Mischstufe erzeugt werden können, praktisch ausgeschlossen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Digital-Analog-Wandler und ein Speicher mit digitalen Sinusdaten vorgesehen. Dabei wandelt der Digital-Analog-Wandler die digitalen Sinusdaten in ein analoges Mischfrequenzsignal um. Besonders vorteilhafterweise ist dem Digital-Analog-Wandler dann ein Tiefpassfilter nachgeschaltet.

Bevorzugt weisen die Trägerfrequenzsignale Frequenzen zwischen 3 und 9 GHz auf. Das Mischfrequenzsignal weist bevorzugt Frequenzen zwischen 0 und 1 GHz auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Frequenzmustergenerators weist die Schalteinrichtungen einen Multiplexer auf.

Der Frequenzmustergenerator ist bevorzugt in CMOS-Technologie integriert ausgeführt. Dadurch wird eine besonders niedrige Leistungsaufnahme erreicht und der Einsatz in hochintegrierten UWB-Anwendungen möglich.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der schematischen Figuren und der Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt dabei:

1 eine gewünschte Frequenzpulsfolge;

2 einen Multibandgenerator nach dem Stand der Technik;

3 ein Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Frequenzmustergenerators;

4 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Frequenzmustergenerators;

5 eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Frequenzmustergenerators; und

6 ein Frequenzspektrum eines erfindungsgemäßen Frequenzmustergenerators.

Die 1 und 2 sind bereits in der Beschreibungseinleitung beschrieben.

Die 3 zeigt ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Frequenzmustergenerators 1.

Der Frequenzmustergenerator 1 weist erste, zweite und weitere Lokaloszillatoreinheiten 2-1, 2-2, ... 2-N auf, welche jeweils ein hochfrequentes Trägerfrequenzsignal LO1, LO2, ... LON erzeugen.

Es ist eine Schalteinrichtung 3 vorgesehen, an die über deren Eingänge 4-1, 4-2, .. 4-N die hochfrequenten Trägerfrequenzsignale LO1, LO2, ... LON eingekoppelt sind. An einen Nullsignaleingang 5 der Schalteinrichtung 3 ist ein Nullsignal DC, welches einen konstanten Pegel VPOT aufweist, geführt. Die Schalteinrichtung 3 weist einen Steuereingang 6 auf, an den ein Steuersignal CTR geführt ist. Das Steuersignal CTR wird dem Frequenzmustergenerator 1 über einen Eingang 7 zugeführt. Die Schalteinrichtung 3 schaltet in Abhängigkeit von dem Steuersignal CTR eines der hochfrequenten Trägerfrequenzsignal LO1, LO2, ... LON oder das Nullsignal DC an einen Ausgang 8 durch. Das durchgeschaltete Signal dient als Lokaloszillatorsignal LO.

Der Frequenzmustergenerator 1 weist ferner eine Mischstufe 9 auf, der ein Mischfrequenzsignal LF und das als Lokaloszillatorsignal durchgeschaltete Signal LO zugeführt ist. Das Mischfrequenzsignal LF ist über einen Eingang 10 dem Frequenzmustergenerator 1 eingekoppelt. Die Mischstufe 9 mischt das Lokaloszillatorsignal LO mit dem Mischfrequenzsignal LF zu einem Ausgangssignal RFOUT. Dabei weist das Ausgangssignal RFOUT Frequenzpulse mit einer jeweiligen Frequenz und Länge in Abhängigkeit von dem Steuersignal CTR auf. Das gepulste Ausgangssignal RFOUT ist an einem Ausgang 11 des Frequenzmustergenerators 1 abgreifbar.

Das Steuersignal CTR bestimmt, welches der Signale DC, LO1, LO2, ... LON von dem Multiplexer 3 als Lokaloszillatorsignal LO an die Mischstufe 9 ausgegeben wird. Beispielsweise wird bei einem konstant gehaltenen Mischfrequenzsignal LF zunächst für einen bestimmten Zeitraum das erste Trägerfrequenzsignal LO1 durchgeschaltet. Dann schaltet der Multiplexer 3 als Reaktion auf das Steuersignal CTR das Nullsignal DC an die Mischstufe 9 durch. Somit ist ein erster Frequenzpuls erzeugt, dessen Frequenz durch das erste Trägerfrequenzsignal LO1 und das Mischfrequenzsignal LF bestimmt ist. Durch das Anlegen eines Nullsignals mit Konstantpegel VPOT wird eine Pause in dem Ausgangssignal RFOUT erzeugt, während der im Idealfall kein Signal bzw. ein Null-Signal ausgegeben wird. Nach Ablauf eines vorbestimmten Pausenzeitraumes schaltet dann der Multiplexer 3 beispielsweise das zweite Trägerfrequenzsignal LO2 als Lokaloszillatorsignal LO an die Mischstufe 9 durch. Dieser zweite erzeugte Frequenzpuls hat dann eine andere Frequenz als der erste. Durch wiederholtes Schalten werden also Frequenzpulse mit unterschiedlicher Frequenz erzeugt.

Die 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Frequenzmustergenerators.

Der Frequenzmustergenerator 101 weist einen Speicher 12 auf, der Sinusdaten enthält. Der Speicher 12 ist an zwei Digital-Analog-Wandlern 13, 14 gekoppelt, wobei der erste Digital-Analog-Wandler 13 erste digitale Sinusdaten DSINI in entsprechende analoge erste Sinusdaten SINI wandelt und ausgibt. Der zweite Digital-Analog-Wandler 14 wandelt zweite digitale Sinusdaten DSINQ, die gegenüber den ersten Sinusdaten um 90° phasenverschoben sind, in zweite analoge Sinusdaten SINIQ um und gibt diese aus.

Die jeweils um 90° verschobenen I und Q Sinussignalkomponenten SINI, SINQ werden in dieser bevorzugten Ausführungsform des Frequenzmustergenerators 101 zur Erzeugung von einzelnen Seitenbändern in der hier dargestellten Einseitenbandmischertopologie benötigt.

Den Digital-Analog-Wandlern 13, 14 ist jeweils ein Tiefpassfilter 15, 16 nachgeschaltet, die die analogen Sinussignale SINI, SINQ filtern und als phasenverschobene Mischfrequenzsignale MFI, MFQ ausgeben.

Es ist ferner eine erste Lokaloszillatoreinheit 121 und eine zweite Lokaloszillatoreinheit 122 vorgesehen, die jeweils ein hochfrequentes Trägerfrequenzsignal LO1, LO2 ausgeben.

Es ist eine Multiplexer-Anordnung 103 vorgesehen, an deren Eingängen 141, 142 die hochfrequenten Trägerfrequenzsignale LO1, LO2 anliegen und an dessen einen Eingang 105 ein Nullsignal DC anliegt, welches einen konstanten Potenzialpegel, vorzugsweise Null-Pegel aufweist. Die Multiplexer-Anordnung 103 hat einen oder mehreren Steuereingänge 106 zum Einkoppeln von Steuersignalen CTR, die an einem Steuereingang 107 des Frequenzmustergenerators 101 eingekoppelt werden. Die Multiplexer-Anordnung 103 schaltet in Abhängigkeit von den Steuersignalen CTR eines der beiden hochfrequenten Trägersignale LO1, LO2 oder das Nullsignal DC als jeweils um 90° phasenverschobene Lokaloszillatorsignale LOI, LOQ an Ausgängen 181, 182 durch. Die beiden um 90° phasenverschobenen Lokaloszillatorsignale LOI, LOQ und die beiden um 90° phasenverschobenen Mischfrequenzsignale LFI, LFQ sind einem Einseitenbandmischer 109 zugeführt, der daraus Ausgangssignale RFOUT mischt, welches an einen Ausgang 111 des Frequenzmustergenerators geführt sind.

Die Lokaloszillatoreinheiten 121, 122 sind beispielsweise Spannungsgesteuerte LC-Schaltkreise, deren Ausgangsfrequenzen durch Einstellen einer Spannung einstellbar sind. Der Vorteil liegt darin begründet, dass LC-Schaltkreise Sinussignale als Ausgangssignale liefern, die in der Einseitenbandmischstufe 109 praktisch keine höheren Harmonischen verursachen. Dasselbe gilt für die analogen sinusförmigen Mischfrequenzsignale LFI, LFQ, welche durch Digital-Analog-Wandlung der Sinusdaten DSINI, DSINQ erzeugt sind. Die Tiefpassfilter 15, 16 dienen dem Filtern von Störbildern, die von den Digital-Analog-Wandlern 13, 14 erzeugt sein können.

In der 5 ist eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Frequenzmustergenerators gezeigt.

Die bevorzugte Weiterbildung des Frequenzmustergenerators 201 weist Steuereingänge 207, einen ersten Eingang 210 zum Einkoppeln eines ersten Mischfrequenzsignals LFI, einen zweiten Eingang 310 zum Einkoppeln eines zweiten Mischfrequenzsignals LFQ und einen Ausgang 211 zur Ausgabe eines gepulsten Ausgangssignals RFOUT auf. Dabei sind die Mischfrequenzsignale LFI, LFQ bei dieser Einseitenbandmischertopologie um 90° phasenverschoben.

Der Frequenzmustergenerator 201 weist eine erste Lokaloszillatoreinheit 221 auf, die ein hochfrequentes Signal HF1 von 8 GHz erzeugt, und eine zweite Lokaloszillatoreinheit 222, die ein zweites hochfrequentes Signal HF2 von 12 GHz erzeugt. Die hochfrequenten Signale HF1 und HF2 werden jeweils einem Frequenzteiler 230, 204 zugeführt, die daraus ein erstes hochfrequentes Trägerfrequenzsignal LO1 von 4 GHz und ein zweites hochfrequentes Trägerfrequenzsignal LO2 von 6 GHz bilden.

Es ist eine Multiplexer-Anordnung 203 vorgesehen, an deren Eingängen 241, 242 das erste Trägerfrequenzsignal LO1 und das zweite Trägerfrequenzsignal LO2 eingekoppelt sind. An einem weiteren Eingang 205 der Multiplexeranordnung ist ein von einem Gleichspannungspotenzialgenerator 202 erzeugtes Nullsignal DC eingekoppelt.

Die Multiplexer-Anordnung 203 schaltet in Abhängigkeit von den Steuersignalen CTR die an einem Steuersignaleingang 206 der Multiplexer-Anordnung 203 eingekoppelt sind, jeweils eines der Trägerfrequenzsignale LO1, LO2 oder das Null-Signal DC an seinen beiden Ausgängen 281, 282 als um 90° phasenverschobene Lokaloszillatorsignale LOI, LOQ durch. An dem ersten Ausgang 281 liegt dann ein erstes Lokaloszillatorsignal LOI an und an dem zweiten Ausgang 282 ein zweites Lokaloszillatorsignal LOQ an. Diese beiden Signale sind um 90° phasenverschoben.

Es ist eine erste multiplikative Mischstufe 209 vorgesehen, an die das erste Mischfrequenzsignal LFI und das erste Lokaloszillatorsignal LOI zu einem ersten gemischten Signal RFI gemischt werden.

Das zweite Mischfrequenzsignal LFQ und das zweite Lokaloszillatorsignal LOQ sind an eine zweite multiplikative Mischstufe 309 geführt, die daraus ein zweites gemischtes Signal RFQ erzeugt.

Die beiden gemischten Signale FRI, RFQ sind um 90° phasenverschoben und werden einem Addierer 212 zugeführt, der aus den beiden gemischten Signalen RFI, RFQ ein Zwischensignal RF erzeugt. Die beiden multiplikativen Mischstufen 209, 203 und der Addierer 212 bilden einen Einseitenbandmischer. Das Zwischensignal RF ist einem Signaltreiber 213 zugeführt, der das Signal verstärkt und als Ausgangssignal RFOUT ausgibt, welches an den Ausgang 211 des Frequenzmustergenerators 201 geführt ist.

In dieser Einseitenbandtopologie kann das entsprechende obere oder untere Seitenband durch Schalten der Polarität eines der Mischfrequenzsignale LFI, LFQ ausgewählt werden. Durch die Wahl der Trägerfrequenzsignale LO1, LO2 bei 4 bzw. GHz und beispielsweise Frequenzen der Mischfrequenzsignale LFI bzw. LFQ bei 250 MHz und 750 MHz ist eine Abdeckung praktisch aller Frequenzen von UWB-Anwendungen möglich. Ein Beispielspektrum, welches mit dem Frequenzmustergenerator 201 nach 5 erzeugt werden kann, ist in 6 gezeigt.

Die 6 zeigt ein entsprechendes Frequenzspektrum bzw. eine Spektraldichte PSD über einen Frequenzbereich von 3 bis 7 GHz. Durch Schalten der Trägerfrequenzsignale LO1, LO2 und des Nullsignals DC zum Erzeugen von Frequenzpulsbreiten von 4 Nanosekunden und Pulspausen, während derer das Nullsignal DC mit den Mischfrequenzsignalen LFI, LFQ gemischt wird, von 6 Nanosekunden sind bei den oben angegebenen Frequenzen die Frequenzunterbänder f1 bis f8 erzielbar.

Die Erfindung schafft also einen schnellen Frequenzmustergenerator, der insbesondere für UWB-Anwendungen geeignet ist. Besonders bei UWB-Anwendungen ist ein stromsparender Aufbau erwünscht, der durch 0,13 Mikrometer CMOS-Kupfertechnologie erzielt werden kann. Der erfindungsgemäße Frequenzmustergenerator basiert hauptsächlich auf Einseitenbandmischen von einem relativ niedrigfrequentem Mischfrequenzsignal und einem hochfrequenten Lokaloszillatorsignal. Durch das Schalten verschieden frequenter Lokaloszillatorsignale wird eine besonders hohe Bandbreite erreicht ohne das Spuren der Lokaloszillatorfrequenz in das Ausgangssignal streuen. Das Schalten der Lokaloszillatorfrequenzen geschieht über einen Multiplexer, dessen Schaltzeit unter einer Nanosekunde liegen kann. Die Leistungsaufnahme eines erfindungsgemäßen Frequenzmustergenerators liegt bei 1,5 Volt Versorgungsspannung lediglich bei unter 100 Milliwatt. Als integrierte Schaltungsanordnung liegt der Platzverbrauch bei der oben genannten 0,13 Mikrometer CMOS-Kupfertechnologie unter einem mm2. Deshalb ist der erfindungsgemäße Frequenzmustergenerator besonders für UWB-Anwendungen geeignet.

RFOUTgepulstes Ausgangssignal CLKTaktsignal MBGMultibandgenerator SBGSubbandgenerator MUXMultiplexer LOLokaloszillatorsignal SSBU/LEinseitenbandmischer MBOUTAusgangssignal LF, LFI-LFNMischfrequenzsignal DCNullsignal 1, 101, 201Frequenzmustergenerator 2-1, 2-2, ...2-N, 121, 122, 221, 222Lokaloszillatoreinheit 3, 103, 203Schalteinrichtung 4-1, 4-2, ...4-N 141, 142, 241, 242 5, 105, 205,Multiplexereingänge 6, 106, 206Steuereingang 7, 107, 207Steuereingang VPOT Potentialpegel LO1, LO2, ...LONTrägerfrequenzsignal 10, 210, 310Eingang 9, 109, Mischstufe LOI, LOQLokaloszillatorsignal CTR Steuersig nal 11, 111, 211Ausgang 12Speicher 13, 14Digital-Analog-Wandler 15, 16Tiefpassfilter DSINI, DSINQDigitale Sinusdaten SINI, SINQAnaloge Sinussignale HF1, HF2hochfrequentes Signal 202Potentialpegelgenerator 230, 204Frequenzteiler 209, 309multiplikativer Mischer 212Addierer 213Treiber

Anspruch[de]
  1. Frequenzmustergenerator (1, 101, 201) zum Erzeugen von Frequenzpulsen mit:

    (a) einer ersten Lokaloszillatoreinheit (2-1, 121, 221) zum Erzeugen eines ersten hochfrequenten Trägerfrequenzsignals (LO1);

    (b) mindestens einer zweiten Lokaloszillatoreinheit (2-2, ...2-N, 122, 222) zum Erzeugen mindestens eines zweiten hochfrequenten Trägerfrequenzsignals (LO2);

    (c) einer Schalteinrichtung (3, 103, 203, zum Durchschalten eines der hochfrequenten Trägerfrequenzsignale (LO1, LO2) oder eines Nullsignals (DC) in Abhängigkeit von einem Steuersignal (CTR); und

    (d) einer Mischstufe (9, 109, 209, 212, 309) zum Mischen des von der Schalteinrichtung (3, 103, 203) durchgeschalteten Signals (LO) mit einem gegenüber den Trägerfrequenzsignalen (LO1, LO2) niederfrequenten Mischfrequenzsignal (LF) zu einem gepulsten Ausgangssignal (RFOUT);

    wobei das gepulste Ausgangssignal (RFOUT) Frequenzpulse mit einer jeweiligen Frequenz (f1, ...f9) und Länge (Tp) in Abhängigkeit von dem Steuersignal (CTR) aufweist.
  2. Frequenzmustergenerator (1, 101, 201) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischstufe (9, 109, 209, 212, 309) einen Einseitenbandmischer (109, 209, 212, 309) aufweist.
  3. Frequenzmustergenerator (1, 101, 201) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lokaloszillatoreinheit (2-1, ... 2-N, 121, 122, 221, 222) einen spannungsgesteuerten LC-Schaltkreis aufweist, der eine Sinus-Schwingung als ein Trägerfrequenzsignal (LO1, LO2) liefert.
  4. Frequenzmustergenerator (1, 101, 201) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Digital-Analog-Wandler (13, 14) und ein Speicher (12) mit digitalen Sinus-Daten (DSINI, DSINQ) vorgesehen ist, wobei der Digital-Analog-Wandler (13, 14) die digitalen Sinus-Daten (DSINI, DSINQ) in ein analoges Mischfrequenzsignal (SINI, SINQ) wandelt.
  5. Frequenzmustergenerator (1, 101, 201) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Digital-Analog-Wandler (13, 14) ein Tiefpassfilter (15, 16) nachgeschaltet ist.
  6. Frequenzmustergenerator (1, 101, 201) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfrequenzsignale (LO1, LO2) Frequenzen zwischen 3 und 9 GHz aufweisen.
  7. Frequenzmustergenerator (1, 101, 201) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischfrequenzsignal (LF) Frequenzen zwischen 0 und 1 GHz aufweist.
  8. Frequenzmustergenerator (1, 101, 201) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (3, 103, 203) einen Multiplexer aufweist.
  9. Frequenzmustergenerator (1, 101, 201) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzmustergenerator (1, 101, 201) in CMOS-Technologie integriert ausgeführt ist.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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