本發明專利技術涉及一種用于提供第一時鐘信號和第二時鐘信號的時基發生器和方法，其中提供具有定義時間或相位延遲的頻率(f1，f2)略微不同的兩個時鐘信號(CLK1，CLK2)，以第一時鐘頻率(f1)提供第一時鐘信號(CLK1)，將第一時鐘頻率(f1)除以第一整數(K1)以產生第一輔助信號(CLK11)，將第二時鐘信號(CLK2)除以第二整數(K2)以產生第二輔助信號(CLK21)，通過單獨加權和比較周期持續時間或定相所述第一和第二輔助信號(CLK11、CLK21)生成誤差信號(ERR)，以及借助于由所述誤差信號(ERR)控制的電壓控制振蕩器(17)生成所述第二時鐘信號(CLK2)。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種用于提供第一時鐘信號和第二時鐘信號的時基發生器。本專利技術還涉及一種用于提供這樣的第一和第二時鐘信號的方法。
技術介紹
脈沖雷達測距系統，諸如美國4，521，778中已知的，基于傳輸至目標物和從目標物反射的微波脈沖的運行時間的直接測量來提供距離或深度(level)的測量，例如容器中填充物料的表面。由于幾米距離的運行時間是在納秒范圍內，所以需要特定的時間變換過程來使這些短的時間周期被測量。以傳輸時鐘發生器給定的重復率或傳輸時鐘頻率將微波脈沖傳輸至目標物。在信號混合器中，從目標物反射的所接收的回波脈沖通過與采樣脈沖相關聯來采樣，采樣脈沖具有和傳輸脈沖相同的形狀但是具有比傳輸時鐘頻率略低的采樣 時鐘頻率。相關聯和隨后的積分或低通濾波導致對應于接收的回聲脈沖的中頻信號，但是與接收的回聲脈沖的相對時間擴展了因子TI/ (TI-T2)，其中TI是傳輸脈沖重復周期，而T2是取樣周期。時間擴展允許用標準技術放大、數字化和進一步處理回波脈沖。提供傳輸時鐘頻率和采樣時鐘頻率需要非常高的分辨率、高精確度、線性和穩定性的時基，原因是因為它們與測量誤差直接相關。必須將時基的抖動(jitter)保持為低，因為時基的抖動對于載波信號(微波)的周期變得非常重要，中頻信號會出現失真、振幅波動甚至消除。時基信號可以用數字電路或模擬電路生成。具有兩個頻率略微不同的時鐘信號發生器的數字時基發生器可受益于晶體振蕩器和PLL電路的使用，這允許實現高精確度和低抖動。然而，當振蕩器啟動時，時鐘信號之間的相位差是不可預測的。如果使用零相位延遲的檢測器，其必須能夠在皮秒范圍內操作。零相位檢測器誤差可降低數字解決方案的優點，且當需要增加零相位檢測的等待時間時，增加測量時間。模擬時基使用線性斜坡以生成可變時延。部件的熱漂移導致時延隨著溫度變化。美國7，446，699示出補償這樣的熱漂移誤差的技術。但是，具有較慢變化的模擬信號將產生比快速轉換的數字信號更大的由于電壓噪音的抖動。US 4，943，787示出數字時基發生器，其包括以基礎頻率提供基礎時鐘信號的基礎時鐘信號發生器、將所述基礎頻率增倍第一整數以產生第一輔助信號的第一倍頻器、將所述第一輔助信號的頻率除以所述第一整數以生成第一時鐘信號的第一分頻器、將所述基礎頻率乘以第二整數以產生第二輔助信號的第二倍頻器，和將所述第二輔助信號的頻率除以所述第二整數以生成第二時鐘信號的所述第二分頻器。因此，第一和第二時鐘信號的頻率與基礎頻率一樣并相同。通過改變第一或第二整數除數給定數量的周期，可在第一和第二時鐘信號之間設置所定義的時延。EP 2207263A1公開了一種以基礎頻率f提供基礎時鐘信號的基礎時鐘信號發生器、將所述基礎頻率除以第一整數N以產生第一輔助信號的第一分頻器、將所述第一輔助信號的頻率乘以因數K以生成第一時鐘信號的第一倍頻器、將所述基礎頻率除以第二整數M以產生第二輔助信號的第二分頻器，和將所述第二輔助信號的頻率乘以所述因數K以生成第二時鐘信號的第二倍頻器。因此，第一時鐘信號的頻率為K · ·/Ν，且第二時鐘信號的頻率為K · 7Μ。當設置K = N時，第一時鐘信號的頻率等于基礎頻率f，且可以省略第一分頻器和第一倍頻器。實踐中，第一和第二時鐘信號的頻率可為3. 000000MHz和2. 999970MHz，這需要整數除數N = 300000以及M = 299997。因此，這種技術的主要缺點可能是長的響應時間，因為通過鎖相環路(PLL)進行頻率倍增，且每次頻率調節僅可在約第一時鐘信號的N周期=第二時鐘信號的M周期的一致的時刻檢查了兩個信號之后進行。進行幾次校正對于鎖定PLL是必要，且當需要大的N與M分頻比(divider ratios)時，將花費非常長的時間來將PLL鎖定。另一個缺點來自將電路操作限制于整數的數字電路的使用
技術實現思路
本專利技術的一個目的在于克服現有技術的缺點，并提供具有定義時間或相位延遲的頻率略微不同的兩個時鐘信號。根據本專利技術，這個目的是通過權利要求I中限定的時基發生器和權利要求6中給出的方法實現的。時基發生器和方法的優選實施方案列于其它權利要求中。因此，根據本專利技術，通過以下方式來提供具有略微不同頻率的第一和第二時鐘信號-以第一時鐘頻率提供第一時鐘信號，-將第一時鐘頻率除以第一整數以產生第一輔助信號，-將第二時鐘信號除以第二整數以產生第二輔助信號，-通過單獨加權(weighting)和比較周期持續時間(cycledurations)或定相(phasing)第一和第二輔助信號生成誤差信號，以及-借助于由所述誤差信號控制的電壓控制振蕩器生成所述第二時鐘信號。因為在比達到第一和第二時鐘信號之間的一致的時間短得多的時間之后，對電壓控制振蕩器的頻率進行調節，所以環鎖(loop lock)時間較短。此外，周期持續時間或定相第一和第二輔助信號無需被一致地檢測，這意味著可在相同環路中處理任意的非一致信號。優選通過時間-電壓轉換第一和第二輔助信號和比較所獲得的電壓生成誤差信號，其中可在時間-電壓轉換期間或在比較所獲得的電壓期間進行周期持續時間的單獨加權或第一和第二輔助信號的定相，例如可對所獲得的模擬電壓進行獨立標度(scaled)。根據本專利技術的時基發生器和方法優選用于雷達、激光器或時域反射儀，其中所述第一時鐘信號觸發發射器以產生傳輸信號，且其中第二時鐘信號門控所檢測的所述傳輸信號的回波或與所述回波混合。附圖說明現在將通過優選實例并參照附圖進一步描述本專利技術，其中圖I示出包括根據本專利技術的時基發生器的脈沖雷達測距系統的框圖，圖2為示出脈沖雷達測距系統中的傳輸脈沖和回波脈沖的時間圖，圖3示出根據本專利技術的時基發生器的框圖，圖4示出作為時基發生器的一部分的相位/周期比較器，以及圖5是示出在時基發生器中生成和由時基發生器生成的信號的時間圖。具體實施例方式首先參照圖1，其示意地示出包括根據本專利技術的時基發生器I的脈沖雷達測距系統的基本部件的框圖。在微控制器2的控制下的時基控制發生器I在MHz范圍內以第一時鐘頻率Π生成第一時鐘信號CLKl。第一時鐘信號CLKl觸發傳輸振蕩器3，以生成脈沖重復率等于第一時鐘頻率fl的微波傳輸脈沖。傳輸脈沖TX可具有Ins的持續時間和GHz范圍內的頻率。傳輸振蕩器3耦合至以四端口環行器4的形式的定向耦合器裝置的第一端口4a，其第二端口 4b耦合至天線5。通過環行器4和天線5將傳輸脈沖TX傳輸至目標物6，例如，容器中的填充材料的表面。目標物6反射回傳輸脈沖TX作為回波脈沖RX，回波脈沖是通過天線5接收的。經由第三端口 4c將接收的回波脈沖RX通過環行器4導向信號混合器7的第一信號輸入7a。時基控制發生器I還以比第一時鐘頻率fl略微低(例如幾個Hz)的第二時鐘頻率f2生成第二時鐘信號CLK2。第二時鐘信號CLK2觸發本地(local)振蕩器8，以生成形狀和頻率與傳輸脈沖TX相同且脈沖重復率等于第二信號頻率f2的采樣脈沖S。將采樣脈沖S傳導至信號混合器7的第二信號輸入7b，其通過將接受的回波脈沖RX增倍采樣脈沖S生成中頻信號或下變頻信號IF。由于采樣脈沖S的脈沖重復率略微低于傳輸脈沖TX的脈沖重復率，所以采樣脈沖S將在傳輸或回波脈沖間隔內以每個測量周期小增量掃過，以便接收的回波脈沖RX本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
2011.03.01 EP 111564261.一種用于提供第一時鐘信號(CLKl)和第二時鐘信號(CLK2)的時基發生器(1)，所述時鐘信號(CLK1，CLK2)的頻率(fl，f2)略微不同，所述時基發生器(I)包括 -以第一時鐘頻率(Π)提供第一時鐘信號(CLKl)的時鐘信號發生器(10)， -第一分頻器(11)，其用于將所述第一時鐘頻率(Π)除以第一整數(Kl)以產生第一輔助信號(CLKll)， -第二分頻器(13)，其用于將所述第二時鐘 信號(CLK2)除以第二整數(K2)以產生第二輔助信號(CLK21)， -相位/周期比較器(14)，其用于通過單獨加權和比較所述周期持續時間或定相所述第一和第二輔助信號(CLK11、CLK21)生成誤差信號(ERR)，以及 -電壓控制振蕩器(12)，其由所述誤差信號(ERR)控制以生成所述第二時鐘信號(CLK2)。2.根據權利要求I所述的時基發生器，其中所述相位/周期比較器(14)包括接收所述第一輔助信號(CLKll)的第一時間-電壓轉換器(15)、接收所述第二輔助信號(CLK21)的第二時間-電壓轉換器(16)和連接至所述第一和第二時間-電壓轉換器(15，16)的電壓比較器(17)。3.根據權利要求2所述的時基發生器，其中所述第一和第二時間-電壓轉換器(15、16)的大小被設計為不同以提供所述周期持續時間的所述單獨加權或所述第一和第二輔助信號(CLK11、CLK21)的所述定相。4.根據權利要求2所述的時基發生器，其中所述電壓比較器(17)設計為對從所述第一和第二時間-電壓轉換器(15、16)中獲得的電壓進行不同的加權。5....
【專利技術屬性】
技術研發人員：喬治·布爾恰，
申請(專利權)人：西門子公司，
類型：發明
國別省市：
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