[發明專利]一種調頻連續波數字頻率綜合器的時域模型和s域模型

在審

• 申請號: 201510049431.1
• 申請日: 2015-01-31
• 公開（公告）號: CN104660254A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 李巍;胡詣哲
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H03L7/18
• 分類號: H03L7/18
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

1.一種調頻連續波數字頻率綜合器的模型，包括時域模型和s域模型；所述的調頻連續波數字頻率綜合器，包括頻率數字轉換器、數字濾波器、增益歸一化模塊、模擬積分器、壓控振蕩器以及分頻器組成；其中，頻率數字轉換器由高速計數器、時間數字轉換器以及差分器構成，用于檢測輸出頻率；模擬積分器由溫度計譯碼器、數模轉換器、片外電容、防混疊濾波器構成；其特征在于：

時域模型包括：數字濾波器α，增益歸一化模塊，數模轉換器?I，片外電容積分器模型，防混疊濾波器，壓控振蕩器，分頻器，以及頻率數字轉換器等；

其中，采用積分器、理想采樣器、零階保持器、量化器以及差分器對頻率數字轉換器進行建模；其流程是：積分器將分頻器分頻后的頻率信號轉為模擬相位信號（AP），通過理想采樣器和零階保持器將模擬相位信號轉換為離散時間相位信號；再通過量化器，使離散時間相位信號的幅度也離散，稱為數字相位信號（DP）；最后，通過差分器，將數字相位信號轉換成反饋的頻率數字信號FCW_fb，完成輸出頻率檢測；

當輸入頻率控制字FCW_in線性增加時，每參考周期T_ref，增加?FCW_in，即：產生調頻連續波控制字，返回的頻率控制字FCW_fb最終也將追隨FCW_in，他們的誤差保持為FCW_err，大小為?FCW_in/α，α是數字濾波器系數；這個誤差FCW_err經過數字濾波器，增益歸一化，產生數模轉換器的控制字；該控制字乘上數模轉換器精度?I得到輸出電流大小；該電流再經過片外電容C的積分作用產生線性變化電壓，該電壓乘上壓控振蕩器增益系數K_VCO產生線性變化的輸出頻率F_VCO；

將時域模型每一個部分對應到s域模型中，即得到s域模型；頻率數字轉換器中的量化器為最主要的噪聲源，功率譜密度為S_q,dp(f)，而輸入信號的功率譜密度為S_in(f)；在s域模型中，再引入一個頻率相位轉換模塊，使得頻率s域信號F_VCO(s)轉換成相位s域信號Φ_VCO(s)。

2.根據權利要求1所述的調頻連續波數字頻率綜合器的模型，其特征在于增益歸一化模塊的具體計算表達式為：

其中，N是分頻器的分頻比，f_ref，T_ref分別是晶振的頻率和周期，K_VCO是壓控振蕩器的增益，C是片外電容的電容值，?I數模轉換器最小單位電流。

3.根據權利要求2所述的調頻連續波數字頻率綜合器的模型，其特征在于模型的開環傳遞函數為：

其中，α是數字濾波器系數，f_alias是防混疊濾波器截止頻率；

模型的閉環傳遞函數為：

環路帶寬為：

通過（4）式，可以根據帶寬和晶振大小確定數字濾波器系數大小。

4.根據權利要求3所述的調頻連續波數字頻率綜合器的模型，其特征在于時間數字轉換器的量化誤差是造成調頻連續波頻率誤差和點頻相噪的最主要原因，其功率譜密度為：

其中，?t_res是反相器的延時，F_VCO是VCO的工作頻段；

時間數字轉換器的量化噪聲到頻率和相位的傳遞函數分別為：

從（5），（6），（7）式，得到由于時間數字轉換器量化誤差造成的調頻連續波頻率誤差和點頻的相位噪聲的功率譜密度：

。