DE102004021224A1

DE102004021224A1 - Frequenzmultiplikatorvorstufe für gebrochen-N-phasenarretierte Schleifen

Info

Publication number: DE102004021224A1
Application number: DE102004021224A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Kluge; Torsten Bacher; Rolf Jaehne
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: Advanced Micro Devices Inc
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2024-05-01
Also published as: US20050245200A1; US7295824B2; DE102004021224B4

Abstract

Ein WLAN-(Wireless Lokal Area Network, drahtloses lokales Netz)Kommunikationsgerät, das einen WLAN-Frequenzsynthesizer zum Erzeugen eines Synthesizersignals, das zum Modulieren eines Übertragungssignals und/oder Demodulieren eines Empfangssignals geeignet ist, umfasst, und entsprechende Verfahren und integrierte Schaltkreischips werden bereitgestellt. Der WLAN-Frequenzsynthesizer umfasst einen Referenzoszillator zum Erzeugen eines ersten Referenztaktsignals, eine gebrochen-N-PLL-(Phase-Locked Loop, phasenarretierte Schleife)Einheit, zum Empfangen eines zweiten Referenztaktsignals und zum Konvertieren des zweiten Referenztaktsignals in das Synthesizersignal und einen Frequenzmultiplikator zum Empfangen des ersten Referenztaktsignals und Konvertieren des ersten Referenztaktsignals in das zweite Referenztaktsignal, das an die gebrochen-N-PLL-Einheit weitergeleitet werden soll, indem er die Frequenz des ersten Referenztaktsignals mit einem Multiplikationsfaktor multipliziert. Ausgestaltungen können kürzere Einschwingzeiten und/oder verbesserte Nebenschwingungsunterdrückung der gebrochen-N-PLL-Einheit bereitstellen.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Anmeldung betrifft WLAN-(Wireless Local Area Network, drahtloses lokales Netz) Kommunikationsgeräte, die einen WLAN-Frequenzsynthesizer zum Erzeugen eines Synthesizersignals enthalten, und entsprechende Verfahren und integrierte Schaltkreischips und insbesondere die Vorverarbeitung eines Referenztaktsignals, das einer gebrochen-N-PLL-(Phase-Locked Loop, phasenarretierte Schleife) Einheit innerhalb des Frequenzsynthesizers bereitgestellt wird.

Ein schnurloses lokales Netz ist ein flexibles Datenkommunikationssystem, das als Erweiterung oder als Alternative zu einem schnurgebundenen LAN implementiert ist. WLAN-Systeme senden und empfangen Daten über die Luft unter Verwendung von Radiofrequenz-(Funkfrequenz-) oder Infrarottechnologie und minimieren den Bedarf an Kabelverbindungen. Somit kombinieren WLAN-Systeme Datenkonnektivität mit Benutzermobilität.

Die meisten WLAN-Systeme verwenden heute Spreizspektrumtechnologie, eine Breitbandradiofrequenztechnik, die zur Verwendung in zuverlässigen und sicheren Kommunikationssystemen entwickelt worden ist. Die Spreizspektrumtechnologie ist entworfen worden um einen Ausgleich zwischen Bandbreiteneffizienz und Zuverlässigkeit, Integrität und Sicherheit zu bilden. Zwei Typen von Spreizspektrumradiosystemen werden häufig verwendet: Frequenzhopping und Direktsequenzsysteme.

Zum Erzeugen eines Trägersignals, das zum Hochkonvertieren von Übertragungssignalen und/oder die Herunterkonvertieren von Empfangssignalen geeignet ist, enthalten WLAN-Kommunikationsgeräte, d. h. Sender, Empfänger und Sendeempfänger, einen Frequenzsynthesizer. Der Frequenzsynthesizer umfasst einen sehr stabilen Referenzoszillator, der ein Referenztaktsignal bereitstellt, und übersetzt die Frequenz des Referenztaktsignals in die gewünschte Radio- oder Infrarotfrequenz. Die Frequenzübersetzung wird gewöhnlich durch eine PLL-Einheit erreicht, die nur wenige Komponenten erfordert und leicht integriert werden kann.

1 zeigt die Komponenten eines typischen PLL-basierten Frequenzsynthesizers. Ein VCO-(Voltage Controlled Oscillator, spannungsgesteuerter Oszillator) Oszillator 160 gibt das Trägersignal bei einer Ausgabefrequenz f_AUS aus. Die Ausgabefrequenz f_AUS kann variiert werden, indem eine Steuerungsspannung, die dem VCO-Oszillator zugeführt wird, variiert wird.

Ein Teil des Trägersignals wird abgespalten und einem Frequenzteiler 170 bereitgestellt. Der Frequenzteiler 170 dividiert die Ausgabefrequenz f_AUS des Trägersignals durch einen Divisionsfaktor, der durch den Controller 180 ausgewählt werden kann. Das resultierende Teilersignal bei der Frequenz f'_AUS wird einem Komparator bereitgestellt.

Ein Referenzoszillator 110 erzeugt ein Referenztaktsignal bei einer Referenzfrequenz f_RER. Auch das Referenztaktsignal wird dem Komparator bereitgestellt.

Der Komparator, typischerweise ein Phasendetektor oder ein PFD-(Phasen-/Frequenzdetektor) Detektor 130 vergleicht das Teilersignal mit dem Referenztaktsignal und gibt ein Fehlersignal aus, das die Phasendifferenz zwischen den beiden Signale quantitativ angibt. Das Fehlersignal wird einer Ladungspumpe 140 bereitgestellt, die in Abhängigkeit davon, ob die Referenztaktsignalphase der Teilersignalphase vor- oder nachgeht, das Fehlersignal entweder in positive oder negative Ladungspulse konvertiert. Diese Ladungspulse werden durch einen Schleifenfilter 150 integriert, um die Steuerungsspannung zu erzeugen, die an den VCO-Oszillator 160 angelegt wird, um die Ausgabefrequenz f_AUS auf- oder abwärts zu bewegen, bis die Phasen synchronisiert sind.

Wie in 1 dargestellt, umfasst der Frequenzsynthesizer im Wesentlichen den Referenzoszillator 110 und die PLL-Einheit 120, die den PFD-Detektor 130, die Ladungspumpe 140, den Schleifenfilter 150, den VCO-Oszillator 160, den Frequenzteiler 170 und den Controller 180 umfasst.

Die PLL-Einheit 120 kann eine gebrochen-N-PLL-Einheit sein. In einer gebrochen-N-PLL-Einheit 120 kann der Frequenzteiler 170 kontinuierlich variiert werden auf eine Art und Weise, die es erlaubt, den mittleren Betrag mit weniger als ganzzahliger („gebrochener") Präzision zu spezifizieren. Die erhöhte Frequenzteilerauflösung erlaubt es der Referenzfrequenz f_REF, signifikant größer als die gewünschte Ausgabefrequenzschrittgröße zu sein. Jedoch, da WLAN-Frequenzsynthesizer gewöhnlich Quarzoszillatoren als Referenzoszillator 110 verwenden, sind nur Referenzfrequenzen f_REF bis zu 40 MHz verfügbar.

Selbst wenn die gebrochen-N-PLL-Einheit 120 arretiert ist, gibt die Ladungspumpe 140 noch kleine Ladungspulse aus, die z. B. durch nicht ideale Phasen-/Frequenzdetektion in dem PFD-Detektor 130 verursacht werden. Diese Pulse erzeugen Seitenbänder, oder Nebenschwingungen, im Ausgabespektrum des VCO-Oszillators 160 bei Offset-Frequenzen, die gleich der Referenzfrequenz f_REF sind. Um diese Nebenschwingungen ausreichend zu unterdrücken, kann es für den Schleifenfilter 150 nötig sein, eine Schleifenfilterbandbreite schmaler als beispielsweise 1% der Referenzfrequenz f_REF ZU haben.

Jedoch gibt es einen Ausgleich zwischen Nebenschwingungsunterdrückung und Schleifendynamik in der gebrochen-N-PLL-Einheit 120. Während eine schmale Schleifenfilterbandbreite für Nebenschwingungsunterdrückung erforderlich ist, wird eine weite Schleifenfilterbandbreite für kurze Einschwingzeiten benötigt.

Die Einschwingzeit einer gebrochen-N-PLL-Einheit 120 ist die Zeit, die zum Wiedererreichen stabilen Betriebs erforderlich ist, nachdem die gewünschte Ausgabefrequenz f_AUS des Trägersignals einmal geändert worden ist. Insbesondere in Frequenzhopping-WLAN-Systemen ist es entscheidend, die gebrochen-N-PLL- Einheit 120 nach einem Hopping von einer Ausgabefrequenz f_AUS auf eine andere schnell wieder zu arretieren.

Wie oben angegeben, ist die Schleifenfilterbandbreite z. B. auf 1% der Referenzfrequenz f_REF limitiert, um ausreichende Nebenschwingungsunterdrückung zu erreichen. Da in Techniken des Standes der Technik gewöhnlich Quarzoszillatoren als Referenzoszillator 110 benutzt werden, welche nur Referenzfrequenzen bis zu 40 MHz bereitstellen, leiden viele konventionelle WLAN-Kommunikationsgeräte unter langen Einschwingzeiten. Das führt häufig zu Problemen im Erreichen von effizienten Übertragungsdatenraten.

Andere konventionelle Ansätze verringern die Einschwingzeit, indem sie weitere Schleifenfilterbandbreiten benutzen. Jedoch haben solche Systeme im Allgemeinen den Nachteil, Nebenschwingungen nur unzureichend zu unterdrücken. Infolgedessen wird die Übertragungsqualität signifikant verringert.

Der Ausgleich zwischen Nebenschwingungsunterdrückung und Schleifendynamik könnte erleichtert werden, indem Referenzoszillatoren 110 benutzt werden, die eine höhere Referenzfrequenz f_REF bereitstellen. Dies kann es erlauben, die Schleifenfilterbandbreite zu erhöhen, d. h. die Einschwingzeit zu verringern, und dabei immer noch unterhalb von 1% der Referenzfrequenz f_REF zu bleiben, d. h. die Nebenschwingungsunterdrückung zu erhalten oder sogar zu verbessern.

Es sind Quarzoszillatoren erhältlich, die Referenzfrequenzen f_REF oberhalb von 40 MHz bereitstellen. Jedoch sind solche Hochfrequenzoszillatoren erheblich teurer als reguläre Quarzoszillatoren. Daher führen WLAN-Kommunikationsgeräte des Standes der Technik, die Hochfrequenzquarzoszillatoren verwenden, zu höheren Herstellungskosten und sind somit weniger wettbewerbsfähig.

Des Weiteren verbrauchen Hochfrequenzquarzoszillatoren signifikant mehr Leistung als Standardoszillatoren. Infolgedessen haben existierende WLAN-Kommunikationsgeräte, die auf Hochfrequenzquarzoszillatoren basiert sind, oft den Nachteil, dass sie nur kurze Batterielebensdauern bereitstellen. Alternativ können konventionelle WLAN-Kommunikationsgeräte verbesserte, aber teure Speicherbatterien enthalten. Dies führt wiederum zu dem Problem erhöhter Produktkosten.

Zusätzlich sind Hochfrequenzquarzoszillatoren weniger verlässlich als Standardquarzoszillatoren, da sie eine geringere Frequenzstabilität bereitstellen. Insbesondere weisen Hochfrequenzquarzoszillatoren oft eine erhöhte Frequenzdrift auf. Daher leidet die Ausgabefrequenz f_AUS einer gebrochen-N-PLL-Einheit 120, die auf einen Hochfrequenzquarzoszillator arretiert ist, auch unter einer erhöhten Frequenzinstabilität. Dies führt dazu, dass viele WLAN-Kommunikationsgeräte des Standes der Technik daran scheitern, die spezifizierte Frequenzgenauigkeit zu halten.

Übersicht über die Erfindung

Es werden ein verbessertes WLAN-Kommunikationsgerät, das einen gebrochen-N PLL-basierten Frequenzsynthesizer enthält, und entsprechende Verfahren und integrierte Schaltkreischips bereitgestellt, die die Nachteile der konventionellen Ansätze beheben können. Ausgestaltungen können es erlauben, den Ausgleich zwischen Nebenschwingungsunterdrückung und Schleifendynamik zu verbessern. Weitere Ausgestaltungen können höhere Übertragungsdatenraten bereitstellen. In weiteren Ausgestaltungen kann die Übertragungssignalqualität verbessert werden. Weitere Ausgestaltungen können die Batterielebensdauer erhöhen. Wiederum weitere Ausgestaltungen können es erlauben, die Produktkosten zu reduzieren. Darüber hinaus können Ausgestaltungen erhöhte Frequenzgenauigkeit bereitstellen.

In einer Ausgestaltung wird ein WLAN-Kommunikationsgerät bereitgestellt, das einen WLAN-Frequenzsynthesizer umfasst, der zum Erzeugen eines Synthesizersignals gestaltet ist, das zum Modulieren eines Übertragungssignals und/oder Demodulieren eines Empfangssignals geeignet ist. Der WLAN-Frequenzsynthesizer umfasst einen Referenzoszillator, eine gebrochen-N-PLL-Einheit und einen Frequenzmultiplikator. Der Referenzoszillator ist gestaltet zum Erzeugen eines ersten Referenztaktsignals. Die gebrochen-N-PLL-Einheit ist gestaltet zum Empfangen eines zweiten Referenztaktsignals und zum Konvertieren des zweiten Referenztaktsignals in das Synthesizersignal. Der Frequenzmultiplikator ist gestaltet zum Empfangen des ersten Referenztaktsignals und zum Konvertieren des ersten Referenztaktsignals in das zweite Referenztaktsignal, das an die gebrochen-N-PLL-Einheit weitergeleitet werden soll, indem er die Frequenz des ersten Referenztaktsignals mit einem Multiplikationsfaktor multipliziert.

In einer weiteren Ausgestaltung wird ein integrierter Schaltkreischip bereitgestellt, der einen WLAN-Frequenzsynthesizerschaltkreis zum Erzeugen eines Synthesizersignals umfasst, das zum Modulieren eines Übertragungssignals und/oder Demodulieren eines Empfangssignals geeignet ist. Der WLAN-Frequenzsynthesizerschaltkreis umfasst einen Referenzoszillatorschaltkreis, einen gebrochen-N-PLL-Schaltkreis und einen Frequenzmultiplikatorschaltkreis. Der Referenzoszillatorschaltkreis dient dem Erzeugen eines ersten Referenztaktsignals. Der gebrochen-N-PLL-Schaltkreis dient dem Empfangen des zweiten Referenztaktsignals und dem Konvertieren des zweiten Referenztaktsignals in das Synthesizersignal. Der Frequenzmulitplikatorschaltkreis dient dem Empfangen des ersten Referenztaktsignals und dem Konvertieren des ersten Referenztaktsignals in das zweite Referenztaktsignal, das an den gebrochen-N-PLL-Schaltkreis weitergeleitet werden soll, indem er die Frequenz des ersten Referenztaktsignals mit einem Multiplikationsfaktor multipliziert.

In einer weiteren Ausgestaltung wird ein Verfahren zum Betrieb eines WLAN-Kommunikationsgerätes bereitgestellt, das ein Erzeugen eines Synthesizersignals, das zum Modulieren eines Übertragungssignals und/oder Demodulieren eines Empfangssignals geeignet ist, durch einen WLAN-Frequenzsynthesizer umfasst. Der Schritt des Erzeugens des Synthesizersignals umfasst ein Erzeugen eines ersten Referenztaktsignals durch Betrieb eines Referenzoszillators. Des Weiteren umfasst der Schritt des Erzeugens des Synthesizersignals ein Empfangen eines zweiten Referenztaktsignals und ein Konvertieren des zweiten Referenztaktsignals in das Synthesizersignal durch eine gebrochen-N-PLL-Einheit. Überdies umfasst der Schritt des Erzeugens des Synthesizersignals ein Konvertieren des ersten Referenztaktsignals in das zweite Referenztaktsignal, das an die gebrochen-N-PLL-Einheit weitergeleitet werden soll, durch Multiplizieren der Frequenz des ersten Referenztaktsignals mit einem Multiplikationsfaktor durch einen Frequenzmultiplikator.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen sind in die Beschreibung eingefügt und bilden einen Teil derselben zum Zwecke der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Die Zeichnungen sind nicht als die Erfindung nur auf die verdeutlichten und beschriebenen Beispiele, wie die Erfindung gemacht und verwendet werden kann, beschränkend zu verstehen. Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden und genaueren Beschreibung der Erfindung ersichtlich werden, wie in den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht, in denen:
1 ein Blockdiagramm ist, das die Komponenten eines Frequenzsynthesizers entsprechend dem Stand der Technik verdeutlicht;
2 ein Blockdiagramm ist, das die Komponenten eines Frequenzsynthesizers entsprechend einer Ausgestaltung verdeutlicht;
3 ein Blockdiagramm ist, das die Komponenten des Frequenzmultiplikators innerhalb des Frequenzsynthesizers der 2 entsprechend einer Ausgestaltung verdeutlicht;
4 ein Blockdiagramm ist, das die Komponenten des Frequenzmultiplikators innerhalb des Frequenzsynthesizers der 2 entsprechend einer weiteren Ausgestaltung verdeutlicht; und
5 ein Blockdiagramm ist, das die Komponenten des Frequenzmultiplikators innerhalb des Frequenzsynthesizers der 2 entsprechend einer weiteren Ausgestaltung verdeutlicht.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die verdeutlichenden Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden, in denen gleiche Elemente und Strukturen durch gleiche Bezugszeichen angegeben sind.
Nun Bezug nehmend auf 2 ist ein Frequenzsynthesizer entsprechend einer Ausgestaltung gezeigt. Der Frequenzsynthesizer umfasst einen Referenzoszillator 110, einen Frequenzmultiplikator 210 und eine gebrochen-N-PLL-Einheit 120. Der Referenzoszillator 110 gibt ein erstes Referenztaktsignal bei einer ersten Referenzfrequenz f_REF aus. Das erste Referenztaktsignal wird dem Frequenzmultiplikator 210 bereitgestellt, welcher das erste Referenztaktsignal in ein zweites Referenztaktsignal konvertiert, indem er die Frequenz des ersten Referenztaktsignals mit einem Multiplikationsfaktor multipliziert. Das resultierende zweite Referenztaktsignal bei einer zweiten Referenzfrequenz f'_REF wird an die gebrochen-N-PLL-Einheit 120 weitergeleitet. Die gebrochen-N-PLL-Einheit 120 konvertiert das zweite Referenztaktsignal in ein Ausgabesignal bei einer Ausgabefrequenz f_AUS.
Entsprechend der vorliegenden Ausgestaltung ist der Referenzoszillator 110 ein Quarzoszillator. Insbesondere kann der Referenzoszillator 110 ein ungesteuerter Quarzoszillator sein. In anderen Ausgestaltungen kann der Referenzoszillator 110 ein gesteuerter Quarzoszillator, z. B. ein spannungsgesteuerter Quarzoszillator, ein temperaturgesteuerter Quarzoszillator oder ein ofengesteuerter Quarzoszillator sein. Andere Oszillatortypen können ebenso für den Referenzoszillator 110 benutzt werden.
Die gebrochen-N-PLL-Einheit 120 kann den PFD-Detektor 130, die Ladungspumpe 140, den Schleifenfilter 150, den VCO-Oszillator 160, den Frequenzteiler 170 und den Controller 180 umfassen, die oben mit Bezug auf 1 beschrieben wurden. Anstelle des PFD-Detektors 130 kann die gebrochen-N-PLL-Einheit 120 einen Phasendetektor oder jeden anderen Typ von Komparator enthalten, der zum Durchführen einer Phasenarretierung geeignet ist. Zusätzlich kann die gebrochen-N-PLL-Einheit 120 weitere Komponenten, wie z. B. eine Selbstkalibrierungsschaltung, Komponenten zum Bestimmen des Betriebsmodus der gebrochen-N-PLL-Einheit 120 oder Komponenten zum Optimieren der Betriebsparameter der gebrochen-N-PLL-Einheit 120, enthalten.
Der Frequenzmultiplikator 120 kann die erste Referenzfrequenz f_REF verdoppeln oder die erste Referenzfrequenz f_REF mit einem ganzzahligen Multiplikationsfaktor multiplizieren. In weiteren Ausgestaltungen kann es der Frequenzmultiplikator 210 auch erlauben, die erste Referenzfrequenz f_REF mit einem gebrochenzahligen Multiplikationsfaktor zu multiplizieren.
Die erste Referenzfrequenz f_RE _F kann mit einem festgesetzten Multiplikationsfaktor durch den Frequenzmultiplikator 210 multipliziert werden. Alternativ kann der Multiplikationsfaktor, der von dem Frequenzmultiplikator 210 verwendet wird, auswählbar sein. In einer solchen Ausgestaltung kann der Frequenzsynthesizer weiterhin einen Multiplikationscontroller zum Auswählen des Multiplikationsfaktors umfassen.
Wie oben erörtert, kann der Schleifenfilter 150 eine Schleifenfilterbandbreite haben, die schmaler als 1% der Referenzfrequenz ist, die an die gebrochen-N-PLL-Einheit 120 angelegt wird, um ausreichende Nebenschwingungsunterdrückung zu erreichen. Da die zweite Referenzfrequenz f'_REF welche der gebrochen-N-PLL-Einheit 120 entsprechend der vorliegenden Ausgestaltung bereitgestellt wird, größer als die erste Referenzfrequenz f_REF sein kann, können weitere Schleifenbandbreiten angewandt werden als in konventionellen Systemen, in denen das erste Referenztaktsignal der gebrochen-N-PLL-Einheit 120 direkt vom Referenzoszillator 110 bereitgestellt wird. Daher können sowohl bessere Nebenschwingungsunterdrückung, als auch kürzere Einschwingzeiten als in WLAN-Kommunikationsgeräten des Standes der Technik ohne die Notwendigkeit eines Hochfrequenzquarzoszillators erreicht werden, indem eine Schleifenfilterbandbreite weiter als 1% der ersten Referenzfrequenz f_REF aber schmaler als 1% der zweiten Referenzfrequenz f'_REF, gewählt wird.
In 3 sind die Komponenten des Frequenzmultiplikators 210 entsprechend einer Ausgestaltung gezeigt. In dieser Ausgestaltung umfasst der Frequenzmultiplikator 210 einen Mischer 310. Das erste Referenztaktsignal bei der ersten Referenzfrequenz f_REF, das dem Frequenzmultiplikator 210 bereitgestellt wird und das z. B. ein Sinussignal sein kann, kann aufgespalten und durch den Mischer 310 selbstgemischt werden, um das zweite Referenztaktsignal bei der zweiten Referenzfrequenz f'_REF zu erzeugen.
In dieser Ausgestaltung ist die zweite Referenzfrequenz f'_REF das doppelte der ersten Referenzfrequenz f_REF. In weiteren Ausgestaltungen kann der Frequenzmultiplikator 210 eine Vielzahl von seriell angeordneten Mischern 310 enthalten. Indem das Ausgabesignal jedes Mischers 310 aufgespalten und durch den folgenden Mischer 310 selbstgemischt wird, kann ein Multiplikationfaktor von 2ⁿ erreicht werden, wobei n die Anzahl von Mischern 310 innerhalb des Frequenzmultiplikators 210 ist. Durch andere Mischeranordnungen können auch andere Multiplikationsfaktoren realisiert werden.
Nun übergehend zu 4 sind die Komponenten des Frequenzmultiplikators 210 entsprechend einer weiteren Ausgestaltung gezeigt. In dieser Ausgestaltung umfasst der Frequenzmultiplikator 210 ein nichtlineares Element 410 und einen Filter 420. Der Referenzoszillator 110 kann das erste Referenztaktsignal bei der ersten Referenzfrequenz f_REF dem nichtlinearen Element 410 bereitstellen. Wenn das erste Referenztaktsignal durch das nichtlineare Element 410 geleitet wird, kann das nichtlineare Element 410 Töne bei Oberschwingungen des Originalsignals, d. h. bei ganzzahligen Vielfachen der ersten Referenzfrequenz f_REF, erzeugen. Als nichtlineares Element 410 können z. B. eine Diode, ein Transistor oder ein Varaktor benutzt werden.
Das oberschwingungsreiche Signal, das durch das nichtlineare Element 410 hervorgebracht wurde, kann zum Auswählen einer seiner Oberschwingungskomponenten als das zweite Referenztaktsignal durch den Filter 420 geleitet werden. Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist der Filter 420 ein Bandfilter, der die ungewünschten Oberschwingungskomponenten des Signals, das durch das nichtlineare Element 410 hervorgebracht wurde, abschwächt. Jedoch können andere Filtertypen und/oder mehr als ein Filter zum Filtern des Oberschwingungssignals benutzt werden.
5 verdeutlicht die Komponenten des Frequenzmultiplikators 210 entsprechend einer weiteren Ausgestaltung. In dieser Ausgestaltung umfasst der Frequenzmulti plikator 210 eine DLL-(Delay-Locked Loop, verzögerungsarretierte Schleife) Einheit 510 zum Konvertieren des ersten Referenztaktsignals bei der ersten Referenzfrequenz f_REF in das zweite Referenztaktsignal bei der zweiten Referenzfrequenz f'_REF.
Die DLL-Einheit 510 kann eine VCDL-(Voltage Controlled Delay Line, spannungsgesteuerte Verzögerungsreihe) Einheit 520, einen Feedback-Schaltkreis 540 und einen Kantenkombinierer 550 umfassen. Das erste Referenztaktsignal kann an einer Vielzahl von seriell angeordneten Verzögerungselementen 530 zugeführt werden. Vor jedem der Verzögerungselemente 530 kann ein Teil des Signals abgespalten und dem Kantenkombinierer 550 bereitgestellt werden. Der Kantenkombinierer 550 kann diese Signale kombinieren, um das zweite Referenztaktsignal bei der zweiten Referenzfrequenz f'_REF zu erzeugen.
Ein Teil des ersten Referenztaktsignals kann abgespalten und dem Feedback-Schaltkreis 540 bereitgestellt werden. Auch das Signal, das das letzte Verzögerungselement 530 der VCDL-Einheit 520 verlässt, kann dem Feedback-Schaltkreis 540 zugeführt werden. Der Feedback-Schaltkreis 540 kann das Signal, das von dem letzten Verzögerungselement 530 der VCDL-Einheit 520 kommt, mit dem ersten Referenztaktsignal vergleichen und das Signal von dem letzten Verzögerungselement 530 in Phase und Frequenz mit dem ersten Referenztaktsignal synchronisieren, indem er eine Steuerungsspannung an die Verzögerungselemente 530 der VCDL-Einheit 520 anlegt. Zu diesem Zweck kann der Feedback-Schaltkreis 540 einen Phasendetektor oder PFD-Detektor 130, eine Ladungspumpe 140 und einen Schleifenfilter 550 umfassen, die oben mit Bezug auf 1 beschrieben wurden.
Wie aus der obigen Beschreibung von Ausgestaltungen ersichtlich, wird ein gebrochen-N-Synthesizer mit hoher Referenzfrequenz bereitgestellt. Gebrochen-N-Synthesizer sind der einzige Ansatz, um feine Frequenzauflösung zu erhalten. Nebenschwingungsunterdrückung kann durch einen Schleifenfilter erreicht werden, der eine Schleifenfilterbandbreite schmaler als 1% der ersten Referenzfrequenz f_REF hat. Das kann zu langen Einschwingzeiten in konventionellen Ansätzen führen.
Schnelles Einschwingen und feine Frequenzauflösung können nur mit hohen Referenzfrequenzen möglich sein. Daher kann der Frequenzmultiplikator 210 zwischen den Quarzreferenzoszillator 110 und die gebrochen-N-PLL-Einheit 120 platziert werden.
Die beschriebenen Ausgestaltungen können den Vorteil eines schnelleren Einschwingprozesses der gebrochen-N-PLL-Einheit 120 bereitstellen. Wenn derselbe Schleifenfilter 150 benutzt wird, wie wenn das erste Referenztaktsignal bei der ersten Referenzfrequenz f_REF direkt der gebrochen-N-PLL-Einheit 120 zugeführt würde, können die erörterten Ausgestaltungen bessere Nebenschwingungssignalunterdrückung erlauben: da die Schleifenfilterbandbreite schmaler als 1% der ersten Referenzfrequenz f_REF ist, ist sie viel schmaler als die zweite Referenzfrequenz f'_REF- Zusätzlich können diese Vorteile erreicht werden, indem ein billiger Quarzoszillator als Referenzoszillator 110 benutzt wird, ohne die Notwendigkeit von teuren, leistungskonsumierenden und weniger genauen Hochfrequenzquarzoszillatoren 110.
Daher können die Ausgestaltungen nicht nur die Nebenschwingungsunterdrückung, das Signal-zu-Rausch-Verhältnis, die Effizienz und Betriebsgeschwindigkeit von WLAN-Kommunikationsgeräten verbessern, sondern auch ihren Leistungsverbrauch einsparen, Fertigungskosten reduzieren und Genauigkeit/Präzision und Verlässlichkeit verbessern.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf die physikalischen Ausgestaltungen, die in Übereinstimmung damit konstruiert worden sind, beschrieben worden ist, wird Fachleuten ersichtlich sein, dass zahlreiche Modifikationen, Variationen und Verbesserungen der vorliegenden Erfindung im Lichte der obigen Lehren und innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche gemacht werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich sind solche Bereiche, in denen davon ausgegangen wird, dass sich Fachleute auskennen, hier nicht beschrieben worden, um die hier beschriebene Erfindung nicht unnötig zu verschleiern. Es ist dem gemäß zu verstehen, dass die Erfindung nicht durch die spezifisch verdeutlichenden Ausgestaltungen, sondern nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt wird.

Claims

WLAN-(Wireless Local Area Network, drahtloses lokales Netz) Kommunikationsgerät, umfassend einen WLAN-Frequenzsynthesizer, der zum Erzeugen eines Synthesizersignals gestaltet ist, das zum Modulieren eines Übertragungssignals und/oder Demodulieren eines Empfangssignals geeignet ist, wobei der WLAN-Frequenzsynthesizer umfasst: einen Referenzoszillator (110), gestaltet zum Erzeugen eines ersten Referenztaktsignals; eine gebrochen-N-PLL-(Phase-Locked Loop, phasenarretierte Schleife) Einheit (120), gestaltet zum Empfangen eines zweiten Referenztaktsignals und zum Konvertieren des zweiten Referenztaktsignals in das Synthesizersignal; und einen Frequenzmultiplikator (210), gestaltet zum Empfangen des ersten Referenztaktsignals und zum Konvertieren des ersten Referenztaktsignals in das zweite Referenztaktsignal, das an die gebrochen-N-PLL-Einheit weitergeleitet werden soll, indem er die Frequenz des ersten Referenztaktsignals mit einem Multiplikationsfaktor multipliziert.
WLAN-Kommunikationsgerät nach Anspruch 1, wobei der Frequenzmultiplikator eine DLL-(Delay-Locked Loop, verzögerungsarretierte Schleife) Einheit (510) umfasst, die zum Multiplizieren der Frequenz des ersten Referenztaktsignals mit dem Multiplikationsfaktor gestaltet ist.
WLAN-Kommunikationsgerät nach Anspruch 1, wobei der Frequenzmultiplikator einen Mischer (310) umfasst, der zum Selbstmischen des ersten Referenztaktsignals gestaltet ist.
WLAN-Kommunikationsgerät nach Anspruch 1, wobei der Frequenzmischer einen Oberschwingungsgenerator (410) umfasst, der zum Konvertieren des ersten Referenztaktsignals in ein Oberschwingungssignal gestaltet ist, das mindestens eine Komponente bei einer Frequenz eines ganzzahligen Vielfachen der Frequenz des ersten Referenztaktsignals umfasst.
WLAN-Kommunikationsgerät nach Anspruch 4, wobei der Frequenzmultiplikator weiterhin einen Filter (420) umfasst, der zum Auswählen einer, der mindestens einen Komponente des Oberschwingungssignals als das zweite Referenztaktsignal gestaltet ist.
WLAN-Kommunikationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Frequenzmultiplikator weiterhin zum Multiplizieren der Frequenz des ersten Referenztaktsignals mit einer ganzen Zahl gestaltet ist.
WLAN-Kommunikationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Frequenzmultiplikator weiterhin zum Verdoppeln der Frequenz des ersten Referenztaktsignals gestaltet ist.
WLAN-Kommunikationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Referenzoszillator einen Quarzoszillator umfasst.
WLAN-Kommunikationsgerät nach Anspruch 8, wobei der Quarzoszillator ein ungesteuerter Quarzoszillator ist.
WLAN-Kommunikationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die gebrochen-N-PLL-Einheit einen VCO-(Voltage Controlled Oscillator, spannungsgesteuerten Oszillator) Oszillator (160) umfasst, der zum Ausgeben des Synthesizersignals gestaltet ist.
WLAN-Kommunikationsgerät nach Anspruch 10, wobei die gebrochen-N-PLL-Einheit weiterhin einen Schleifenfilter (150) umfasst, der zum Erzeugen einer Steuerungsspannung zum Steuern des Betriebs des VCO-Oszillators gestaltet ist.
WLAN-Kommunikationsgerät nach Anspruch 11, wobei der Schleifenfilter weiterhin zum Betrieb bei einer Schleifenfilterbandbreite gestaltet ist, die schmaler als oder gleich einem Prozent der Frequenz des ersten Referenztaktsignals ist.
WLAN-Kommunikationsgerät nach Anspruch 11, wobei der Schleifenfilter zum Betrieb bei einer Schleifenfilterbandbreite gestaltet ist, die schmaler als oder gleich einem Prozent der Frequenz des zweiten Referenztaktsignals ist.
WLAN-Kommunikationsgerät nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die gebrochen-N-PLL-Einheit weiterhin einen Frequenzteiler (170) umfasst, der zum Konvertieren des Synthesizersignals in ein Teilersignal gestaltet ist, indem er die Frequenz des Synthesizersignals durch einen Divisionsfaktor teilt.
WLAN-Kommunikationsgerät nach Anspruch 14, wobei die gebrochen-N-PLL-Einheit weiterhin einen Controller (180) umfasst, der zum Spezifizieren des Divisionsfaktors gestaltet ist.
WLAN-Kommunikationsgerät nach Anspruch 14 oder 15, wobei die gebrochen-N-PLL-Einheit weiterhin einen Komparator (130) umfasst, der zum Vergleichen des Teilersignals mit dem zweiten Referenztaktsignal und zum Erzeugen eines Fehlersignals, das kennzeichnend für die Differenz zwischen dem Teilersignal und dem zweiten Referenztaktsignal ist, gestaltet ist.
WLAN-Kommunikationsgerät nach Anspruch 16, wobei die gebrochen-N-PLL-Einheit weiterhin eine Ladungspumpe 140 umfasst, die zum Bereitstellen eines Ladungspulses, der kennzeichnend für das Fehlersignal ist, an den Schleifenfilter gestaltet ist.
WLAN-Kommunikationsgerät nach Anspruch 17, wobei der Schleifenfilter weiterhin zum Erzeugen der Steuerungsspannung basierend auf dem Ladungspuls, der von der Ladungspumpe bereitgestellt wird, gestaltet ist.
Integrierter Schaltkreischip, der einen WLAN- (Wireless Local Area Network, drahtloses lokales Netz) Frequenzsynthesizerschaltkreis zum Erzeugen eines Synthesizersignals, das zum Modulieren eines Übertragungssignals und/oder Demodulieren eines Empfangssignals geeignet ist, umfasst, wobei der WLAN-Frequenzsynthesizerschaltkreis umfasst: einen Referenzoszillatorschaltkreis (110) zum Erzeugen eines ersten Referenztaktsignals; einen gebrochen-N-PLL-(Phase-Locked Loop, phasenarretierte Schleife) Schaltkreis (120) zum Empfangen eines zweiten Referenztaktsignals und zum Konvertieren des zweiten Referenztaktsignals in das Synthesizersignal; und einen Frequenzmultiplikatorschaltkreis (210) zum Empfangen des ersten Referenztaktsignals und zum Konvertieren des ersten Referenztaktsignals in das zweite Referenztaktsignal, das an den gebrochen-N-PLL-Schaltkreis weitergeleitet werden soll, indem er die Frequenz des ersten Referenztaktsignals mit einem Multiplikationsfaktor multipliziert.
Integrierter Schaltkreischip nach Anspruch 19, wobei der Frequenzmultiplikatorschaltkreis einen DLL-(Delay-Locked Loop, verzögerungsarretierte Schleife) Schaltkreis (510) zum Multiplizieren der Frequenz des ersten Referenztaktsignals mit dem Multiplikationsfaktor umfasst.
Integrierter Schaltkreischip nach Anspruch 19, wobei der Frequenzmultiplikatorschaltkreis einen Mischerschaltkreis (310) zum Selbstmischen des ersten Referenztaktsignals umfasst.
Integrierter Schaltkreischip nach Anspruch 19, wobei der Frequenzmultiplikatorschaltkreis einen Oberschwingungsgeneratorschaltkreis (410) zum Konvertieren des ersten Referenztaktsignals in ein Oberschwingungssignal umfasst, das mindestens eine Komponente bei einer Frequenz eines ganzzahligen Vielfachen der Frequenz des ersten Referenztaktsignals umfasst.
Integrierter Schaltkreischip nach Anspruch 22, wobei der Frequenzmultiplikatorschaltkreis weiterhin einen Filterschaltkreis (420) zum Auswählen einer der mindestens einen Komponente des Oberschwingungssignals als das zweite Referenztaktsignal umfasst.
Integrierter Schaltkreischip nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei der Referenzoszillatorschaltkreis einen Quarztaktoszillatorschaltkreis umfasst.
Integrierter Schaltkreischip nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei der gebrochen-N-PLL-Schaltkreis einen VCO- (Voltage Controlled Oscillator, spannungsgesteuerter Oszillator) Schaltkreis (160) zum Ausgeben des Synthesizersignals umfasst.
Integrierter Schaltkreischip nach Anspruch 25, wobei der gebrochen-N-PLL-Schaltkreis weiterhin einen Schleifenfilterschaltkreis (150) zum Erzeugen einer Steuerungsspannung zum Steuern des Betriebs des VCO-Schaltkreises umfasst.
Integrierter Schaltkreischip nach Anspruch 26, wobei der Schleifenfilterschaltkreis zum Betrieb bei einer Schleifenfilterbandbreite gestaltet ist, die schmaler als oder gleich einem Prozent der Frequenz des ersten Referenztaktsignals ist.
Verfahren zum Betrieb eines WLAN- (Wireless Local Area Network, drahtloses lokales Netz) Kommunikationsgerätes umfassend ein Erzeugen eines Synthesizersignals, das zum Modulieren eines Übertragungssignals und/oder Demodulieren eines Empfangssignals geeignet ist, durch einen WLAN-Frequenzsynthesizer, wobei das Erzeugen des Synthesizersignals umfasst: Erzeugen eines ersten Referenztaktsignals durch Betreiben eines Referenzoszillators (110); Empfangen eines zweiten Referenztaktsignals und Konvertieren des zweiten Referenztaktsignals in das Synthesizersignal durch eine gebrochen-N-PLL- (Phase-Locked Loop, phasenarretierte Schleife) Einheit (120); und Konvertieren des ersten Referenztaktsignals in das zweite Referenztaktsignal, das an die gebrochen-N-PLL-Einheit weitergeleitet werden soll, durch Multiplizieren der Frequenz des ersten Referenztaktsignals mit einem Multiplikationsfaktor durch einen Frequenzmultiplikator (210).
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Konvertieren des ersten Referenztaktsignals in das zweite Referenztaktsignal durch den Frequenzmultiplikator ein Betreiben einer DLL- (Delay-Locked Loop, verzögerungsarretierte Schleife) Einheit (510) zum Multiplizieren der Frequenz des ersten Referenztaktsignals mit dem Multiplikationsfaktor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Konvertieren des ersten Referenztaktsignals in das zweite Referenztaktsignal durch den Frequenzmultiplikator ein Selbstmischen des ersten Referenztaktsignals durch einen Mischer (310) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Konvertieren des ersten Referenztaktsignals in das zweite Referenztaktsignal durch den Frequenzmultiplikator ein Konvertieren des ersten Referenztaktsignals in ein Oberschwingungssignal, das mindestens eine Komponente bei einer Frequenz eines ganzzahligen Vielfachen der Frequenz des ersten Referenztaktsignals umfasst, durch einen Oberschwingungsgenerator (410) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei das Konvertieren des ersten Referenztaktsignals in das zweite Referenztaktsignal durch den Frequenzmultiplikator weiterhin ein Auswählen einer der mindestens einen Komponente des Oberschwingungssignals als das zweite Referenztaktsignal durch einen Filter (420) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 32, wobei das Erzeugen des ersten Referenztaktsignals durch Betreiben eines Referenzoszillators ein Betreiben eines Quarzoszillators umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 33, wobei das Konvertieren des zweiten Referenztaktsignals in das Synthesizersignal durch die gebrochen-N-PLL-Einheit ein Ausgeben des Synthesizersignals durch einen VCO- (Voltage-Controlled Oscillator, spannungsgesteuerten Oszillator) Oszillator (160) innerhalb der gebrochen-N-PLL-Einheit umfasst.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei das Konvertieren des zweiten Referenztaktsignals in das Synthesizersignal durch die gebrochen-N-PLL-Einheit weiterhin ein Erzeugen einer Steuerungsspannung durch einen Schleifenfilter (150) innerhalb der gebrochen-N-PLL-Einheit zum Steuern des Betriebs des VCO-Oszillators umfasst.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei das Erzeugen der Steuerungsspannung einen Betrieb des Schleifenfilters bei einer Schleifenfilterbandbreite schmaler als oder gleich einem Prozent der Frequenz des ersten Referenztaktsignals umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 36, angepasst zum Betrieb des WLAN-Kommunikationsgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 18.