專利名稱：用于設(shè)計(jì)和使用工作在調(diào)制域的模擬電路的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模擬計(jì)算電路，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于設(shè)計(jì)和使用工作在調(diào)制域中的模擬電路的電路和方法。
背景技術(shù)：
儀器系統(tǒng)有時(shí)候需要產(chǎn)生是兩個(gè)其他信號(hào)的比值的時(shí)變信號(hào)。這或者可以用模擬除法器計(jì)算電路來(lái)完成，或者可以通過(guò)將所述的兩個(gè)輸入信號(hào)數(shù)字化并用數(shù)字計(jì)算來(lái)完成，通常稱為數(shù)字信號(hào)處理(DSP)。由于施加在處理器上的計(jì)算負(fù)載很大，數(shù)字技術(shù)被限制在相對(duì)較低的頻率。雖然模擬除法可能具有更大的帶寬，但是難以用傳統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
圖5示出了一種使用對(duì)數(shù)來(lái)執(zhí)行除法的常用電路和方法。該電路是基于一個(gè)數(shù)學(xué)特性，即商的對(duì)數(shù)等于被除數(shù)的對(duì)數(shù)和除數(shù)的對(duì)數(shù)之間的差。
如圖5所示，電路50的輸入信號(hào)n(t)和d(t)中的每一個(gè)都需要分別通過(guò)對(duì)數(shù)函數(shù)模塊501和502。輸入信號(hào)的對(duì)數(shù)被模塊503相減，并且結(jié)果被送到反對(duì)數(shù)(取冪)模塊504。非線性電路50的精確度依賴于實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)(501，502)函數(shù)和反對(duì)數(shù)(504)函數(shù)的精確度。如果所涉及的信號(hào)具有較大的動(dòng)態(tài)范圍，則計(jì)算模塊中的晶體管必須在很大電流范圍內(nèi)工作。這增加了獲得精確非線性函數(shù)的困難。而且，如果電流比較小，則帶寬易受損失。這種類(lèi)型電路的設(shè)計(jì)等式都高度依賴于溫度，這使得漂移成為問(wèn)題。很難用所述模擬電路獲得低噪聲基底(floor)。
另一種常用的電路和方法是如圖6所示出的電路60，在一個(gè)伺服環(huán)路的反饋路徑中使用一個(gè)乘法器，如乘法器602。該電路具有這樣的效果，即當(dāng)乘法器的輸出被反饋到減法器601時(shí)，可用該乘法器實(shí)現(xiàn)除法。這樣的電路是一個(gè)逆乘法器模擬除法器。乘法器602通常構(gòu)造為Gilbert乘法器。關(guān)于這個(gè)電路有兩個(gè)主要的實(shí)際困難。第一，除法器的精確度不可能比乘法器的精確度好。雖然Gilbert乘法器某種程度上比圖5中的對(duì)數(shù)電路容易構(gòu)造，但是它仍然有線性度、動(dòng)態(tài)范圍和噪聲方面的問(wèn)題。第二，該電路的精確度還受伺服環(huán)路中誤差的影響。伺服放大器603的缺陷可能會(huì)導(dǎo)致環(huán)路跟蹤誤差，如圖6中的ε所標(biāo)注的。而且，環(huán)路增益根據(jù)被除的信號(hào)的特性而變化。這使得環(huán)路設(shè)計(jì)變得困難并且環(huán)路動(dòng)態(tài)不可預(yù)測(cè)。
圖7示出了一個(gè)Armstrong相位調(diào)制器70，其中正弦波載波發(fā)生器701經(jīng)由放大器705(增益-1)驅(qū)動(dòng)乘法器703，該乘法器703被用作雙邊帶抑制載波(DSB-SC) (平衡)調(diào)制器。除了載波被抑制之外，DSB-SC信號(hào)和傳統(tǒng)的調(diào)幅信號(hào)是一樣的。調(diào)制輸入端口710驅(qū)動(dòng)乘法器703的另一個(gè)輸入。乘法器703的輸出是DSB-SC信號(hào)。該DSB-SC信號(hào)驅(qū)動(dòng)加法器704的一個(gè)輸入。該加法器的另一個(gè)輸入是被移相器702移相90°的載波信號(hào)。加法器704的輸出711是一個(gè)相位調(diào)制信號(hào)。調(diào)制指數(shù)跟所述的DSB-SC信號(hào)幅度與注入的載波幅度的比值成比例。調(diào)制指數(shù)定義為以弧度表示的峰值相位偏移。
為了合適的操作，最大調(diào)制指數(shù)必須在“小角度近似”形式內(nèi)，其中相位調(diào)制可以看作是線性處理。這也被稱為窄帶相位調(diào)制(NBPM)。一般地說(shuō)，相位調(diào)制(角度調(diào)制的一種)是非線性處理。依賴于能夠接受的調(diào)制誤差量，NBPM的調(diào)制指數(shù)的極限是大約0.5。例如，如果調(diào)制指數(shù)限制到0.45，則音頻調(diào)制的諧波失真小于5％。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于在調(diào)制域中執(zhí)行模擬除法的系統(tǒng)和方法。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，正弦波載波被輸入信號(hào)中的一個(gè)所調(diào)制，而余弦波載波被輸入信號(hào)中的另一個(gè)所調(diào)制。這些經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)相加到一起得到一個(gè)調(diào)制信號(hào)，該調(diào)制信號(hào)具有跟第一輸入信號(hào)和第二輸入信號(hào)的幅度的比值成比例的相位調(diào)制指數(shù)。然后所述信號(hào)被相位解調(diào)。得到的基帶信號(hào)跟所述第一信號(hào)與所述第二信號(hào)的比值成比例。
前面已經(jīng)相當(dāng)廣泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，目的是使后面本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述可以被更好地理解。本發(fā)明的更多特征和優(yōu)點(diǎn)將在下面描述，這些特征和優(yōu)點(diǎn)構(gòu)成本發(fā)明的各個(gè)權(quán)利要求的主題。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明所公開(kāi)的概念和具體的實(shí)施例可以作為修改或設(shè)計(jì)其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)與本發(fā)明相同的目的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)該意識(shí)到，這樣的等同構(gòu)造并沒(méi)有脫離如本發(fā)明的各權(quán)利要求所描述的本發(fā)明的范圍和精神。參考附圖和下面的描述，被認(rèn)為是本發(fā)明特點(diǎn)的新穎特征(與它的組織和操作方法都有關(guān))，連同其它目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)都將被更好的理解。然而應(yīng)該清楚地理解到，每幅圖僅僅用于說(shuō)明和描述本發(fā)明的目的，并不是有意作為對(duì)本發(fā)明的限制。


為了更完整地理解本發(fā)明，結(jié)合附圖參考下面的描述，在附圖中圖1示出了調(diào)制域模擬除法器的一個(gè)實(shí)施例；圖2示出了使用I/Q調(diào)制的一個(gè)可選實(shí)施例；圖3示出了使用具有笛卡爾格式輸入的通用向量調(diào)制器的一個(gè)可選實(shí)施例；圖4A、圖4B和圖4C示出了可選的電路構(gòu)造，其中輸出或者輸入在調(diào)制域中操作；圖5示出了一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的對(duì)數(shù)模擬除法器；圖6示出了一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的逆乘法器模擬除法器；和圖7示出了一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的Armstrong相位調(diào)制器。
具體實(shí)施例方式
如圖1中所示的電路10示出一個(gè)實(shí)施例，在該實(shí)施例中Armstrong相位調(diào)制器例如Armstrong相位調(diào)制器70(如圖7中所示和上面所討論的)被修改了，以斷開(kāi)90°移相器702和加法器704之間的載波注入路徑。在所述的路徑中插入一個(gè)幅度調(diào)制器，例如乘法器101。除數(shù)信號(hào)d(t)驅(qū)動(dòng)幅度調(diào)制器101的調(diào)制端口。幅度調(diào)制器101控制注入加法器704的載波信號(hào)量。同時(shí)，被除數(shù)輸入信號(hào)n(t)驅(qū)動(dòng)DSB-SC調(diào)制器的調(diào)制端口710。從DSB-SC調(diào)制器(如上面所討論的)輸出的DSB-SC載波信號(hào)和來(lái)自電路101的注入的幅度調(diào)制載波信號(hào)在加法器704中合并，在修改了的Armstrong相位調(diào)制器的輸出110處產(chǎn)生一個(gè)相位調(diào)制信號(hào)。此信號(hào)的相位調(diào)制指數(shù)跟被除數(shù)信號(hào)與除數(shù)信號(hào)的比值成比例。因而，在調(diào)制域完成了被除數(shù)信號(hào)和除數(shù)信號(hào)的除法。
在修改了的Armstrong相位調(diào)制器的輸出端的信號(hào)也被除數(shù)信號(hào)所幅度調(diào)制。這與正常操作的沒(méi)有輸出幅度調(diào)制的傳統(tǒng)的Armstrong相位調(diào)制器不同。限幅器102在不影響相位調(diào)制的情況下去除伴隨的幅度調(diào)制。限幅器102的輸出驅(qū)動(dòng)一個(gè)相位解調(diào)器，該相位解調(diào)器由其后跟隨低通濾波器105的乘法器104組成。乘法器104的另一個(gè)端口從載波源701(通過(guò)增益為2的放大器103)被驅(qū)動(dòng)。低通濾波器105去除在載波的第二諧波附近的假信號(hào)。低通濾波器105的輸出111由還原的調(diào)制組成；換而言之，也就是作為基帶信號(hào)的所需的商。
和傳統(tǒng)Armstrong調(diào)制器中調(diào)制指數(shù)小于1/2的限制相類(lèi)似，這種情況下的限制是商要小于1/2。應(yīng)該理解到，在由一組給定的輸入信號(hào)可能產(chǎn)生大于1/2的商的情況下，被除數(shù)信號(hào)可以在處理之前以適當(dāng)?shù)囊蜃佣凰p(或者除數(shù)信號(hào)被增大)，并且在處理之后以相同的因子被放大(衰減)。這些調(diào)整可以在電路703(和/或電路101)中進(jìn)行，或者可以在其外部進(jìn)行。
應(yīng)該理解到，示出乘法器703、101和104僅僅是為了說(shuō)明目的，并且DSB-SC調(diào)制器、幅度調(diào)制器和相位解調(diào)器中的每一個(gè)除了如乘法器之外可以用多種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。在優(yōu)選實(shí)施例中，這種功能將由使用開(kāi)關(guān)和無(wú)源元件的頻率合成器來(lái)實(shí)現(xiàn)。而且，應(yīng)該理解到，有多種本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的Armstrong調(diào)制器的實(shí)現(xiàn)，假如這些方式符合上面討論的概念，則其中的任何實(shí)現(xiàn)都可以使用。而且，如果需要，幅度調(diào)制器可以通過(guò)壓控衰減或放大來(lái)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)該理解到，如果相位探測(cè)器對(duì)于幅度調(diào)制內(nèi)在不敏感或者結(jié)合解調(diào)執(zhí)行限制功能，則限幅器102可以是不必要的。例如，如果乘法器104實(shí)際上對(duì)幅度調(diào)制內(nèi)在不敏感，則所述的電路不需要限幅器102。
在電路10中，兩個(gè)乘法器(703，101)、加法器704和90°移相器702的組合構(gòu)成了通常所指的“I/Q調(diào)制器”，該調(diào)制器是具有笛卡爾格式輸入的向量調(diào)制器。軸標(biāo)記為“I”和“Q”，意思是同相和正交。
圖2示出了圖1的一個(gè)替換的描述，示出了I/Q調(diào)制器20，其中被除數(shù)輸入被送到Q輸入21，除數(shù)輸入被送到I輸入22。載波源輸入到達(dá)LO輸入23。這個(gè)電路如關(guān)于圖1討論的那樣運(yùn)轉(zhuǎn)。注意，盡管沒(méi)有示出，移相信號(hào)仍然可以從外部施加。
圖3示出了通用I/Q調(diào)制器30并且其中討論的概念可以使用任何形式的笛卡爾向量調(diào)制的實(shí)現(xiàn)來(lái)實(shí)施，而無(wú)論它們的內(nèi)部是如何構(gòu)造的。被除數(shù)輸入是Q輸入并且到達(dá)端31，除數(shù)輸入是I輸入并且到達(dá)端32。載波源到達(dá)LO端33。此電路也如關(guān)于圖1討論的那樣工作。而且，限幅器/相位解調(diào)器可以有不限于示出的乘法器構(gòu)造的任何實(shí)現(xiàn)。例如，后跟一個(gè)積分器的鑒頻器就可以。而且，向量調(diào)制器的I輸入和Q輸入可以互換，盡管這可能需要在到解調(diào)器的LO連接處插入一個(gè)90°移相。
雖然討論集中于在調(diào)制域中處理中的基帶輸入和輸出信號(hào)，但是應(yīng)該理解到，也可以將任何或者所有端口轉(zhuǎn)換為調(diào)制域端口，如圖4A所示，其中通過(guò)將相位調(diào)制器如圖2中的乘法器104旁路，而在相位調(diào)制域獲得商輸出。在圖4B中，通過(guò)將幅度調(diào)制器如圖2中的乘法器101旁路，并且將除數(shù)輸入(在調(diào)制域中)輸入到移相器如移相器702中，而從幅度調(diào)制域引入除數(shù)輸入。在圖4C中，通過(guò)旁路乘法器如圖2中的乘法器703，并且使用由被除數(shù)信號(hào)相位調(diào)制的正弦波作為加法器如加法器704的載波輸入，而從相位調(diào)制域引入被除數(shù)輸入。
雖然已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)該理解到，仍然可以在不脫離本發(fā)明的各權(quán)利要求所定義的精神和范圍內(nèi)做出各種變化、替代和改動(dòng)。而且，本申請(qǐng)的范圍并不局限于本說(shuō)明書(shū)所描述的特定的物質(zhì)、裝置、方法和步驟的處理、機(jī)械、制造、復(fù)合的實(shí)施例。如同本領(lǐng)域的技術(shù)人員能從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容中所理解到的那樣，與這里描述的實(shí)施例具有相同功能或者獲得相同效果的那些物質(zhì)、裝置、方法和步驟的處理、機(jī)械、制造、復(fù)合可以根據(jù)本發(fā)明而做出。因而，本發(fā)明的各權(quán)利要求有意包括那些物質(zhì)、裝置、方法和步驟的處理、機(jī)械、制造、復(fù)合。
本發(fā)明與下列當(dāng)前已遞交、都在處理中并共同轉(zhuǎn)讓的題為“SYSTEMS AND METHODS FOR CORRECTING GAIN ERROR DUE TOTRANSITION DENSITY VARIATION IN CLOCK RECOVERYSYSTEMS”美國(guó)專利申請(qǐng)No.XX/XXX，XXX(律師案卷No.10020790-1)、題為“PHASE LOCKED LOOP DEMODULATOR ANDDEMODULATION METHOD USING FEED-FORWARD TRACKINGERROR COMPENSATION”的美國(guó)專利申請(qǐng)No.XX/XXX，XXX(律師案卷No.10021025-1)以及題為“SYSTEMS AND METHODS FORCORRECTING PHASE LOCKED LOOP TRACKING ERROR USING FEED-FORWARD PHASE MODULATION”的美國(guó)專利申請(qǐng)No.XX/XXX，XXX(律師案卷No.100021027-1)有關(guān)，上述申請(qǐng)所公開(kāi)的內(nèi)容在此都通過(guò)引用而被包含在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種用于提供一個(gè)輸出信號(hào)的電路，所述的輸出信號(hào)是兩個(gè)輸入信號(hào)的比值，所述的電路包括用于提供具有跟一個(gè)輸入信號(hào)和另一個(gè)輸入信號(hào)的比值成比例的相位調(diào)制指數(shù)的第一信號(hào)的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，還包括用于相位解調(diào)所述的信號(hào)以提供一個(gè)輸出信號(hào)作為基帶信號(hào)的裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的電路，其中所述提供裝置是一個(gè)被修改了以使其調(diào)制靈敏度可控的Armstrong相位調(diào)制器。
4.如權(quán)利要求2所述的電路，其中，所述第一信號(hào)可以包括幅度調(diào)制，并且其中所述電路還包括用于從所述第一信號(hào)中去除任何所述幅度調(diào)制的裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的電路，其中所述去除裝置是一個(gè)插入到所述相位解調(diào)裝置之前的限幅器。
6.如權(quán)利要求1所述的電路，其中所述提供裝置包括一個(gè)具有笛卡爾輸入的向量調(diào)制器。
7.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述提供裝置包括一個(gè)I/Q調(diào)制器，其中Q輸入接收被除數(shù)輸入信號(hào)，并且，其中I輸入接收除數(shù)輸入而LO輸入接收載波源輸入。
8.如權(quán)利要求1所述的電路，其中所述提供裝置包括一個(gè)I/Q調(diào)制器，其中I輸入接收被除數(shù)輸入信號(hào)，Q輸入接收除數(shù)輸入，而LO輸入接收載波源輸入。
9.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述相位解調(diào)裝置接收所述第一信號(hào)作為一個(gè)輸入，并接收一個(gè)未移相的放大的載波信號(hào)作為第二輸入。
10.如權(quán)利要求9所述的電路，其中所述相位解調(diào)器裝置是一個(gè)乘法器。
11.如權(quán)利要求10所述的電路，其中，所述乘法器被低通濾波。
12.一種用于將第一模擬信號(hào)除以第二模擬信號(hào)的電路，所述電路包括用于接受所述第一模擬信號(hào)和用于接受一個(gè)正弦波載波信號(hào)的雙邊帶抑制載波調(diào)制器；用于接受所述第二模擬信號(hào)和用于接受一個(gè)移相的載波信號(hào)的幅度調(diào)制器；將所述雙邊帶抑制載波調(diào)制器的輸出和所述幅度調(diào)制器的輸出相加的加法器；和用于接受所述載波信號(hào)和用于接受所述加法器的輸出的相位解調(diào)器，所述相位解調(diào)器提供所述第一信號(hào)除以所述第二信號(hào)所得到的信號(hào)作為輸出。
13.如權(quán)利要求12所述的電路，其中，所述雙邊帶抑制載波調(diào)制器、所述幅度調(diào)制器和所述相位調(diào)制器中的至少一個(gè)是乘法器電路。
14.如權(quán)利要求12所述的電路，還包括用于在所述加法器的輸出被提供給所述相位調(diào)制器之前接受該輸出的限幅器。
15.一種處理一對(duì)輸入信號(hào)的方法，所述的方法包括將由被正弦波載波調(diào)制的所述輸入信號(hào)中的第一個(gè)信號(hào)組成的第一信號(hào)，和由被余弦波載波調(diào)制的所述輸入信號(hào)中的所述第二個(gè)信號(hào)組成的第二信號(hào)相加；和相位解調(diào)所述相加在一起的信號(hào)的輸出。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括在所述相加步驟之后去除所述幅度調(diào)制。
17.一種處理一對(duì)輸入信號(hào)的方法，所述的方法包括用所述輸入信號(hào)的第一信號(hào)調(diào)制載波信號(hào)；用所述輸入信號(hào)的第二信號(hào)調(diào)制被移相的載波信號(hào)；將所述第一調(diào)制信號(hào)和所述第二調(diào)制信號(hào)相加到一起；和相位解調(diào)所述相加步驟的輸出。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括去除來(lái)自所述相加步驟的幅度調(diào)制。
19.一種用于處理輸入信號(hào)的電路；所述電路包括第一乘法器，具有用于接受所述輸入信號(hào)中的一個(gè)信號(hào)的一個(gè)輸入和用于接受正弦波載波信號(hào)的第二輸入；第二乘法器，具有用于接受所述輸入信號(hào)的第二信號(hào)的一個(gè)輸入和用于接受從所述的正弦波載波移相而得到的信號(hào)的第二輸入；用于將所述乘法器的輸出相加以提供相加輸出信號(hào)的加法器；第三乘法器，具有用于接受所述相加輸出信號(hào)的一個(gè)輸入和用于接受所述正弦波載波信號(hào)的第二輸入，以提供一個(gè)輸出信號(hào)，所述輸出信號(hào)是所述第一信號(hào)被所述第二信號(hào)除而得到的商。
20.如權(quán)利要求19所述的電路，還包括用于去除所述相加輸出信號(hào)中的至少一部分幅度調(diào)制的限幅器。
21.一種處理一對(duì)輸入信號(hào)的方法，所述方法包括用所述輸入信號(hào)中的第一信號(hào)來(lái)調(diào)制載波信號(hào)；對(duì)調(diào)制域第二輸入信號(hào)進(jìn)行移相；和將所述第一輸入調(diào)制信號(hào)和所述移相的第二輸入信號(hào)相加在一起，以提供一個(gè)商輸出信號(hào)作為調(diào)制輸出信號(hào)。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括相位解調(diào)所述商輸出信號(hào)。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括從所述商輸出信號(hào)中去除任何幅度調(diào)制。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括從所述商輸出信號(hào)中過(guò)濾掉特定的頻率。
25.一種處理一對(duì)輸入信號(hào)的方法，所述的方法包括向一個(gè)加法器提供一個(gè)調(diào)制域輸入信號(hào)；用所述輸入信號(hào)中的第二信號(hào)來(lái)調(diào)制被移相的載波信號(hào)，并且向所述加法器提供所述被調(diào)制的信號(hào)，以提供一個(gè)商輸出信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括相位解調(diào)所述被調(diào)制的商輸出信號(hào)。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括從所述商輸出信號(hào)中去除任何幅度調(diào)制。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種工作于調(diào)制域以產(chǎn)生具有相位調(diào)制的信號(hào)的計(jì)算電路，所述的相位調(diào)制跟被除數(shù)(分子)信號(hào)與除數(shù)(分母)信號(hào)的比值成比例。在一個(gè)實(shí)施例中，相位調(diào)制信號(hào)被相位解調(diào)器解調(diào)以產(chǎn)生基帶商信號(hào)。除數(shù)信號(hào)通過(guò)改變載波注入電平來(lái)維持對(duì)調(diào)制器的調(diào)制增益的反比例控制，與傳統(tǒng)的模擬計(jì)算技術(shù)相比能得到更高的帶寬和精確度，以及更低的漂移和偏置。在一個(gè)實(shí)施例中，即使除法函數(shù)是非線性函數(shù)，所述的電路也包含所有的線性元件。所述的電路和方法工作于輸入信號(hào)是模擬信號(hào)，或者輸入信號(hào)的一個(gè)或兩個(gè)是在調(diào)制域中的情況。
文檔編號(hào)G06F7/52GK1510561SQ0315679
公開(kāi)日2004年7月7日 申請(qǐng)日期2003年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月23日
發(fā)明者理查德·K·卡爾奎斯特, 理查德 K 卡爾奎斯特 申請(qǐng)人:安捷倫科技有限公司