用于离散时间信号处理的相位噪声校正系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及离散时间信号处理，并且更具体地涉及用来减轻离散时间接收器或其 他离散时间测试装置所生成的相位噪声的相位噪声校正系统。
【背景技术】
[0002] 由于高数据速率采样设备和数字信号处理的进步，离散时间处理接收器现在是常 见的。为了测量射频（RF)信号的相位属性，接收器应当具有比RF信号本身小得多的相位 噪声。通常，诸如本地振荡器之类的内部振荡系统和内部采样时钟的抖动是相位噪声的主 要原因。
[0003] -些接收器具有一个或多个频率转换级。接收器的一个示例是从Beaverton, Oregon的Tektronix公司可得到的实时频谱分析器（RTSA)。在RTSA中，用于频率转换器 的本地振荡器的相位噪声被添加到接收信号。连续信号在离散时间处理接收器中被周期性 地采样。采样器被振荡器时钟所驱动，所述振荡器时钟包含一些定时抖动。抖动被采样器 转换成附加相位噪声。总体上，接收信号受许多相位噪声源影响。改进内部振荡器特别在 宽范围高频综合振荡系统的情况下是显著的成本权衡问题。但是，难以针对低成本产生具 有低噪声的振荡器。
[0004] 减少相位噪声的较早尝试在Nelson等人的美国专利7, 746, 058以及Jungerman 等人的6, 564, 160中示出。在2004年的2004IEEE国际超声、铁电和频率控制联合第50 年会由Grove等人发表的题为"Direct-DigitalPhase-NoiseMeasurement"的论文中揭 露了附加技术。
[0005] '058专利描述了"顺序等效时间采样"系统。该系统包括关于触发和参考是否与 DUT信号同步或相关的变形。在所公开的方法中，参考信号必须是与DUT信号分离地数字 化的，并包括将参考信号转换成用于校正DUT采样的"时间戳"的复杂方法。这是复杂的系 统。
[0006] '160专利使用从DUT生成或直接与DUT直接相关或者由DUT自身提供的时钟参 考。DUT和参考的采样是同步的，并且没有用于使用与DUT信号异步的相位参考的机制，这 限制了其应用。
[0007]Grove论文描述了"相位噪声测试集"，其能够仅测量传入信号的相位噪声。这不 具有测量信号的其他参数、显示波形且不是用于解调信号的接收器的能力。
[0008] 本发明的实施例解决了现有技术中的这些和其他问题。
【发明内容】
[0009] 本发明的实施例包括一种测试和测量仪器，其包括测试信号输入和耦合到测试信 号输入以生成经采样的测试信号的采样器。该仪器还包括噪声减少系统，其包括：附加振荡 器，所述附加振荡器耦合到采样器并被构造成生成经采样的振荡信号；以及相位检测器，其 耦合到经采样的振荡信号以用于测量采样器所引入的噪声。噪声减少系统还包括相位校正 器，其耦合到相位检测器以用于从经采样的测试信号中去除噪声的所测量的量。
[0010] 有效地，本发明的实施例通过使用附加的良好的相位噪声振荡器来评估内部振荡 系统的相位噪声，并通过所评估的相位噪声来校正接收信号。附加振荡器不必须具有精确 的调谐能力。因此，其通常比改进内部振荡系统更便宜。
[0011] 该附加振荡器可以处于被改进的接收器外部或内部。
[0012] 在某些实施例中，DUT和附加振荡器信号都最小以至少2. 5的因子被过采样。此 外，在一些实施例中，DUT和参考信号被组合到一个信道中，并被单个A/D转换器数字化。
[0013] 实施例还包括用于减少接收器中的接收器噪声的方法，所述接收器被构造成接受 振荡测试信号。此类方法包括接收第二振荡信号，对测试信号和第二振荡信号进行采样以 创建经采样的测试信号和经采样的振荡信号，测量经采样的振荡信号上的噪声，以及从经 采样的测试信号中去除噪声量，所述噪声量近似地等于所测量的噪声。
【附图说明】
[0014] 图1是表现出显著的内部噪声的诸如实时频谱分析器之类的常规测试仪器的功 能框图。
[0015] 图2是同样表现出显著的内部噪声的诸如数字示波器之类的常规测试仪器的功 能框图。
[0016] 图3是图1和图2的仪器的离散时间处理部分的功能框图。
[0017] 图4是根据本发明的实施例的使用相位校正来减少噪声的示例性系统的功能框 图。
[0018] 图5是图4中图示的系统的示例性离散时间信号处理块的功能框图。
[0019] 图6是根据本发明的实施例的使用接收器的相位校正来减少噪声的另一个示例 性系统的功能框图，所述接收器使用两个输入信道。
[0020] 图7是图6中图示的系统的示例性离散时间信号处理块的功能框图。
[0021] 图8A是图示没有相位校正的连续波波形的图形输出。
[0022] 图8B是图示在使根据本发明的实施例的相位校正技术被应用之后图8A的同一连 续波波形的图形输出。
[0023] 图9A示出没有相位校正的星座图信号和四相移相键控（QPSK)的质量。
[0024] 图9B示出在使根据本发明的实施例的相位校正技术被应用之后的星座图信号和 QPSK。
【具体实施方式】
[0025] 图1是旨在测量来自被测试设备（DUT)160的RF信号的一次变频接收器110的 功能框图。典型地，保持电路和模数转换器(ADC)将跟随在采样器120之后，但被省略以简 化附图。还省略了（一个或多个）图像抑制滤波器和抗混叠滤波器。在图1中，本地振荡器 130和采样时钟140二者的相位噪声使来自DUT160的RF信号的相位测量降级。
[0026] 诸如图2中图示的数字示波器210之类的一些接收器不包括在图1中由本地振荡 器130和混频器150形成的频率转换级。在数字示波器210中，被采样时钟240驱动的采 样器220周期性地对来自DUT260的信号进行采样以供离散时间信号处理系统270处理。 在图2的数字示波器210中，即使其未包括本地振荡器，系统的相位噪声仍被采样时钟240 降级。图2的数字示波器210还将典型地包括抗混叠滤波器，其为了清楚而被省略。
[0027] 图3是图1和图2中图示的仪器的离散时间处理部分170、270的功能框图。
[0028] 在图3中，如在该描述中的图的剩余部分中那样，单线标识真实信号的路径，而双 线标识四相（IQ复)信号的路径。数控振荡器310在被测试RF信号的载波频率的频率处操 作。数字IQ下变频器320将从ADC330输出的信号转换成IQ基带信号。滤波器340从经 下变频的信号中提取RF信号信息，其然后由在所得到的信号上执行测量的数字信号处理 器350来测量。
[0029] 本发明的实施例使用第二振荡器以通过使用测试测量系统中的相位校正来增强 离散时间信号处理。图4示出根据本发明的实施例的使用相位校正来减少噪声的系统400 的框图。在相位噪声校正系统400中，具有被标记为RF1的RF信号输出的来自DUT410的 信号和来自附加振荡器420的信号RF2在信号组合器430中被组合，并被传递到接收器 440。RF2可以例如是未调制的连续波（CW)。RF2的频率应当是对系统来说已知的，并应 当被选择以便不导致与RF1的信号干扰。优选地，针对RF1和RF2使用相同的频率要被 避免，并且，当选择针对RF2的频率时还应当避免谐波关系。如果RF1和RF2的两个频 率过于接近，则来自RF1的相位噪声不能被滤波器抑制，如下所解释。
[0030] 对于图4中的信号组合器430,180度混合可能是好的选择，虽然可以使用其他的 组合方法。接收器440可以具有或不具有频率转换。在该示例中，频率转换由本地振荡器 443和混频器445来执行。在该示例中，附加振荡器420和信号组合器430被置于接收器 440外，但在其他实施例中，它们也可以被包括在接收器440内。
[0031]图5更详细地图示了图4的增强的离散时间信号处理448的示例性实施例，其中 发生相位误差校正。如上参考图3,单线图示了真实信号的信号路径，而双线图示IQ复信号 的路径。
[0032] 参考图5,第一数控振荡器510被调谐到来自图4中图示的DUT410的RF1信号。 这与常规的离散时间信号处理相同。经采样的信号RF1在ADC504中被数字化并然后被 第一数字IQ下变频器512处理，所述第一数字IQ下变频器512由第一数控振荡器510控 制。第一数字IQ下变频器512将数字化的RF1信号转换成零IF信号(基带IQ复信号)。然 后由第一滤波器514对第一数字IQ下变频器512的输出进行滤波以仅提取RF1信息。这 些功能与上文参考图3所图示的功能相同。根据本发明的实施例的通过相位校正进行的噪 声减少由图5内的剩余元件来驱动。
[0033] 更具体地，第二数控振荡器520被调谐到来自图4的附加振荡器420的RF2信 号。经采样和数字化的RF2信号与第二数控振荡器520混频且被第二数字IQ下变频器 522转换成零IF信号(基带IQ复信号)。然后由第二滤波器524滤波出第二数字IQ下变频 器522的输出以仅提取RF2信息。
[0034] 参考回图4,本地振荡器443、采样时钟446和采样器447以类似的方式影 响具有相位噪声的RF1和RF2信号二者。可以假定，图5的数控振荡器510、520具 有比附加振荡器420好得多的相位噪声，因为振荡器510、520由数学过程而不是硬 件产生。RF