倍频器的相位稳定的制作方法

背景技术：

倍频器是一种电子电路，它接收具有输入频率f的周期性输入信号，并将输入频率f乘以因子n，以产生具有输出频率n*f的输出信号。输出频率n*f是输入频率f的谐波，其中n是二或更大的整数。图1a示出了已知倍频器的框图。图1a中的倍频器111产生输出频率n*f，但也不可避免地产生不希望的谐波mi*f，其中mi代表1或更大但不等于n的整数。换句话说，倍频器111的输出信号将包含输入频率f的所有谐波的信号分量，但仅期望输出频率n*f的谐波。滤波器112或多个这种滤波器的组合可用于抑制倍频器111的输出的不希望的谐波mi*f的信号分量，从而产生具有输出频率n*f的输出信号。尽管进行了滤波，但不希望的谐波mi*f处的信号分量可能仍然存在，但是不希望的谐波mi*f处的信号分量的幅度足够低，使得不希望的谐波mi*f可以被容忍。

对多通道仪器的需求增加了。多通道仪器在无线通信、量子计算、航空航天和国防等不同领域变得越来越普遍。多通道仪器可以在多个时钟域中工作，并利用在多个不同频率下工作的时钟。在多通道仪器中，一个时钟频率可以使用倍频器、分频器或变频器从另一个时钟频率导出。相关频率的波可以预期具有一致的相位关系。同一频率的两个波可能在时间上相互偏移，但仍有很强的关系。例如，相同频率的两个偏移波将具有由相同时间量分隔开的周期性峰值、低点和过零点，即使两个偏移波的峰值和低点具有不同的振幅。两个不同频率的波不会有两个相同频率的波的强关系，但是两个不同频率的波可能仍然有某种形式的相位关系。例如，频率为第一波整数倍的第二波将被期望具有与第一波的一个或多个重复特征相一致的一个或多个重复特征，只是不像它们在相同的频率上一样具有相同的相似度。典型地，在单个仪器或多个仪器的系统中，频率产生元件被锁相到较低的输入频率基准，从而期望产生一致的相位关系。例如，仪器或仪器系统可以包括最大时钟频率在数百mhz的数字信号处理结构，以及时钟频率在数ghz范围内的高速数模转换器(dac)或模数转换器(adc)。通常要求多通道仪器的多个通道之间的相位相干性，并且单个多通道仪器内或跨多通道系统的事件的紧密同步通常是必要的并且取决于相位相干性。

图1b示出了基准频率系统的示例，其中从输入频率f1导出多个频率作为基准。在本文的图中，任何倍频器可以显示为单个框，即使倍频器本身可以是包括多个部件的电子电路。将倍频器图示为单个框反映了倍频器电路是这样一种电路，其中倍频器在功能上是单个部件，倍频器电路包括一个或多个附加部件。在图1b中，基准频率系统100包括第一倍频器111a、第二倍频器111b、第三倍频器111c和第四倍频器111d。在图1b中，输入频率f1类似于图1a中的输入频率f，并且是输入到第一倍频器111a、第二倍频器111b、第三倍频器111c和第四倍频器111d的输入频率基准。总的来说，图1b示出了基准频率系统100，其中多个时钟从一个公共时钟导出。如图1b所示，多个时钟的导出可以在同一仪器中，或者在具有公共时钟的多个仪器中，或者甚至在多个地点。第一倍频器111a、第二倍频器111b、第三倍频器111c和第四倍频器111d中的每一个可以在不同的电路中，并且这些电路中的每一个可以具有不同的拓扑。不同电路中的每一个也可以在温度范围内具有它们自己的相位漂移，使得来自不同电路的输出信号具有相对的相位漂移(在界限内)，即使输出信号的输出频率都来自相同的公共基准时钟。因此，最小化图1b中每个电路的单独相位漂移可能是重要的，而不管每个导出频率的实际值如何。即使当两个这样的电路产生相同的频率时，例如当两个频率不在同一位置时，或者当两个电路强调性能的不同方面时，也会发生相位漂移。

图1b中的第一倍频器111a是第一频率转换电路的部件，该第一频率转换电路还包括第一鉴相器120a、第一积分器132a和振荡器191。第一倍频器111a将输入频率f1乘以n1，并将第一相乘结果f1xn1输出到第一鉴相器120a。第一鉴相器120a是检测第一相乘结果f1xn1和第二频率f2之间的第一相位差的鉴相器的示例。第一积分器132a是向振荡器191提供第一积分结果的积分器的例子。第二倍频器111b是还包括数模转换器196的第二频率转换电路的部件。第二倍频器111b将输入频率f1乘以n2。数模转换器196可以是高速数模转换器，并且可以具有直接数字合成。第三倍频器111c是第三频率转换电路的部件。第三倍频器111c将输入频率f1乘以n3。第四倍频器111d是第四频率转换电路的部件，该第四频率转换电路还包括第二鉴相器120b、分频器198、第二积分器132b和振荡器192。

在图1b中，第一频率转换电路以第二频率f2输出第一输出信号。第二频率转换电路以第三频率f3输出第二输出信号。第三频率转换电路以第四频率f4输出第三输出信号。第四频率转换电路以第五频率f5输出第四输出信号。第一频率f1、第二频率f2、第三频率f3、第四频率f4和第五频率f5的相位可以随着时间和温度相对于彼此漂移(在界限内)，即使不同的频率被锁相在一起。即使第一频率f1、第二频率f2、第三频率f3、第四频率f4和第五频率f5中的任意两个或更多个是相同的，例如当两个转换电路不在同一位置时或者当它们强调性能的不同方面时，也可能发生漂移。漂移将影响基准频率系统100内和跨基准频率系统100的事件的多通道一致性和同步，这对于许多多通道仪器来说是典型的。在系统输入端和系统输出端的信号相位关系非常重要的情况下，漂移可能是一个问题。

通常，任何特定相乘结果漂移的主要原因是产生相乘结果的倍频器。倍频器的主要问题可能在于滤波器，例如滤波器112。滤波器需要在通带附近急剧衰减，以充分抑制不希望的谐波。具有急剧衰减的滤波器在通带中具有陡峭的相位对频率斜率。例如，当滤波器因温度变化而轻微偏移时，通过滤波器的相位延迟将在给定频率下发生变化。输出信号的相位相对于输入信号的相位变得取决于基准频率系统100的温度。

因此，具有相移的倍频器是不稳定的，并且将受益于本文描述的稳定。

附图说明

当结合附图阅读时，从下面的详细描述中可以最好地理解示例性实施方案。要强调的是，各种特征不一定按比例绘制。事实上，为了讨论清楚起见，尺寸可以任意增大或减小。在适用和可行的地方，相同的附图标记表示相同的元件。

图1a示出了已知倍频器的框图。

图1b示出了基准频率系统的例子，其中多个已知的倍频器由作为基准的公共输入频率驱动。

图2是示出根据代表性实施方案的具有相位稳定的倍频器电路的框图。

图3a是示出根据代表性实施方案的具有相位稳定的另一倍频器电路的框图。

图3b是示出根据代表性实施方案的具有图3a中相位稳定的倍频器电路的另一框图。

图4是示出根据代表性实施方案的具有相位稳定的另一倍频器电路的框图。

图5a是示出根据代表性实施方案的具有相位稳定的另一倍频器电路的框图。

图5b是示出根据代表性实施方案的具有相位稳定的另一倍频器电路的框图。

图6a是示出根据代表性实施方案的具有相位稳定的另一倍频器电路的框图。

图6b是示出根据代表性实施方案的具有相位稳定的另一倍频器电路的框图。

具体实施方式

本发明包括以下实施方案：

1.一种倍频器电路，其包括：

倍频器；

第一抽头，其以第一频率定向抽取所述倍频器电路中的输入；

第二抽头，其定向抽取所述倍频器电路中的输出；

鉴相器，其检测所述倍频器电路中在所述第一频率下的所述输入的输入相位与所述倍频器电路中的所述输出的输出相位之间的差；和

控制电路，其被配置为基于由所述鉴相器检测得到的所述差来保持所述输出相位。

2.根据第1项所述的倍频器电路，

其中所述第二抽头以第二频率定向抽取所述倍频器电路中的所述输出，所述第二频率不同于所述第一频率并且是所述倍频器的倍频的结果，

其中所述第一抽头和所述第二抽头中的至少一个包括定向耦合器，并且

其中所述鉴相器检测所述倍频器电路中在所述第一频率下的所述输入的所述输入相位与所述倍频器电路中在所述第二频率下的所述输出的所述输出相位之间的差。

3.根据第1项所述的倍频器电路，

其中所述第二抽头以第二频率定向抽取所述倍频器电路中的所述输出，所述第二频率不同于所述第一频率，并且

其中所述第二频率是所述第一频率的非整数倍。

4.根据第1项所述的倍频器电路，

其中所述第一抽头具有方向性，以便限制与向前行进的输入波的耦合；并且

所述第二抽头具有方向性，以便限制与向前行进的输出波的耦合。

5.根据第4项所述的倍频器电路，其中所述倍频器电路中所述输入的反射和所述倍频器电路中所述输出的反射不被所述第一抽头或所述第二抽头抽取。

6.根据第1项所述的倍频器电路，其进一步包括：

温度传感器，其感测所述倍频器电路的温度，

其中由所述鉴相器检测得到的所述差值基于由所述温度传感器感测得到的温度来调节，并且

其中所述第二抽头以第二频率定向抽取所述倍频器电路中的所述输出，所述第二频率不同于所述第一频率。

7.根据第6项所述的倍频器，其进一步包括：

加法器，其将基于由所述温度传感器感测得到的温度的调节添加到所述鉴相器的输出，其基于所述倍频器电路中在所述第一频率下的所述输入的所述输入相位与所述倍频器中在所述第二频率下的所述输出的所述输出相位之间的差。

8.根据第1项所述的倍频器，其中所述控制电路包括具有电感器和可变电容器的相移电路。

9.一种倍频器电路，其包括：

倍频器；

相位比较器，其比较所述倍频器电路中的输入的输入相位与所述倍频器电路中的输出的输出相位之间的差；

相移电路，其改变相移以持续调整所述输出相位以跟随所述输入相位，

温度传感器，其感测所述倍频器电路的温度，和

控制器，其基于所述输入相位与所述输出相位之间的所述差以及所述倍频器电路所感测得到的温度来控制所述相移电路。

10.根据第9项所述的倍频器电路，

其中所述相移电路包括电感器和可变电容器。

11.根据第9项所述的倍频器电路，其进一步包括：

分频器，其被配置为与所述倍频器的输入同步地分频所述倍频器电路中的输出。

12.根据第11项所述的倍频器电路，其进一步包括：

包括所述相位比较器、所述控制器和所述分频器的控制回路，

其中所述分频器基于所述倍频器的所述输入的输入相位被同步，并且

所述倍频器的输出在所述倍频器输入的输入频率的一个周期中有n个周期。

13.根据第12项所述的倍频器电路，其进一步包括：

所述控制回路中的开关，其选择性地断开和接通，直到所述分频器的所述输出的输出相位处于最接近与所述倍频器的所述输入的输入相位对准的n个相位状态之一。

14.根据第13项所述的倍频器电路，其中所述分频器由所述倍频器的所述输入启动，以将来自所述分频器的所述输出的输出相位与所述倍频器电路的所述输入的输入相位对准。

15.根据第13项所述的倍频器，

其中基于所述输入相位和所述输出相位之间的差值达到零来锁定所述控制环路，使得所述输出相位跟随所述输入相位。

16.一种倍频器电路，其包括：

倍频器；

分频器；

控制电路；

鉴相器，其检测所述倍频器的输入的输入相位与所述分频器的输出的输出相位之间的相位差；和

开关，其选择性地断开和接通，直到所述分频器的输出的输出相位和所述倍频器输入的输入相位之间的相位差可以被所述控制电路驱动为零。

17.根据第16项所述的倍频器电路，其进一步包括：

包括所述鉴相器、所述控制电路和所述分频器的控制回路，

其中所述倍频器的输出在所述倍频器输入的输入频率的一个周期中有n个周期。

18.根据第17项所述的倍频器电路，其进一步包括：

所述控制回路中的开关，其选择性地断开和接通，直到所述分频器的所述输出的输出相位处于最接近与所述倍频器的所述输入的输入相位对准的n个相位状态之一。

19.根据第17项所述的倍频器电路，其中所述分频器由所述倍频器的所述输入启动，以将来自所述分频器的所述输出的输出相位与所述倍频器电路的所述输入的输入相位对准。

20.根据第17项所述的倍频器，

其中基于所述输入相位和所述输出相位之间的差值达到零来锁定所述控制环路，使得所述输出相位跟随所述输入相位。

在以下详细描述中，出于解释而非限制的目的，阐述了公开具体细节的代表性实施方案，以便提供对根据本教导的实施方案的透彻理解。可以省略对已知系统、装置、材料、操作方法和制造方法的描述，以避免代表性实施方案的描述变得难以理解。但是，本领域普通技术人员所知道的这类系统、装置、材料和方法在本教导的范围内并且可以根据代表性实施方案来使用。应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施方案，而不旨在限制。所定义的术语不仅是本教导的技术领域中通常理解和接受的所定义术语的技术和科学含义。

应当理解，尽管本文可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件或部件，但是这些元件或部件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件或部件与另一个元件或部件区分开。因此，在下文中讨论的第一元件或部件可以被称为第二元件或部件，而不脱离本公开文本的教导。

本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而不旨在限制。如说明书和所附权利要求书中所使用的，术语的单数形式“一”、“一个”和“该”同时包括单数和复数形式，除非上下文另有明确规定。另外，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”和/或类似术语明确所述特征、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、元件、部件和/或其群组的存在或添加。如在此所使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项目的一项或多项的任意和所有组合。

除非另外指出，当一个元件或部件被称为“连接到”、“联接到”或“邻近”另一个元件或部件时，应该理解，该元件或部件可以直接连接或联接到另一个元件或部件，或者可以存在中间元件或部件。也就是说，这些和类似的术语包括可能使用一个或多个中间元件或部件来连接两个元件或部件的情况。然而，当一个元件或部件被描述为“直接连接”到另一个元件或部件时，这仅包括两个元件或部件彼此连接而没有任何媒介或中间元件或部件的情况。

鉴于以上所述，通过其各个方面、实施方案和/或特定特征或子部件中的一个或多个，本公开文本旨在展现如下具体指出的一个或多个优点。出于解释而非限制的目的，阐述了公开具体细节的示例性实施方案，以便提供对根据本教导的实施方案的透彻理解。然而，与本发明公开文本一致的、偏离本文所公开的具体细节的其他实施方案仍在所附权利要求书的范围内。此外，可以省略对众所周知的设备和方法的描述，以免模糊对示例性实施方案的描述。这种方法和设备在本公开文本的范围内。

如本文所述，倍频器的相位稳定可以用添加到倍频器电路的控制回路来实现，以便控制倍频器的主信号路径中的可变相移电路。控制回路和可变相移电路可用于保持来自倍频器的输出信号的输出相位相对于倍频器的输入信号的输入相位稳定。

图2是示出根据代表性实施方案的具有相位稳定的倍频器电路的框图。

在图2中，倍频器电路200包括倍频器211和鉴相器220。与本文描述的其他倍频器电路相比，图2中的倍频器电路200被简化。在图2中，第一抽头和第二抽头未示出，但是可以分别作为例如倍频器211之前和之后的主路径中的定向耦合器来提供。

鉴相器220检测输入到倍频器电路200的输入信号的输入频率f和来自倍频器电路200的输出信号的输出频率n*f之间的相位差。在倍频器电路200中，输入到倍频器电路200和鉴相器220的输入信号也是倍频器211的输入。倍频器电路200输出的输出信号也是倍频器211的输出。

倍频器电路200的输入信号和倍频器电路200的输出信号都被抽取并提供给鉴相器220。鉴相器220通过比较输入信号的输入频率f的相位和输出信号的输出频率n*f的相位来检测输入信号的输入频率f的相位与输出信号的输出频率n*f的相位之间的差。然而，当输入信号和输出信号具有不同的频率时，比较输入信号的相位和输出信号的相位可能并不简单。一些鉴相器，例如采样鉴相器，如果因子n是整数的话，可以比较输入信号的相位和输出信号的相位。其他鉴相器，例如混频器鉴相器，要求鉴相器220的两个输入都处于相同的频率，以便进行比较。换句话说，鉴相器(如混频器鉴相器)要求在相同的频率下比较两个输入。如果鉴相器220是要求被比较的相位的频率是相同频率的鉴相器，分频器可以被添加在倍频器211的输出和鉴相器220之间的来自倍频器电路200的输出信号的反馈路径中。否则，本文描述的倍频器电路200或其他倍频器电路可以具体地在反馈路径中不具有分频器，例如当不需要时。

在倍频器电路200中，主信号线可以被认为是进出倍频器211的水平段。如果倍频器211没有其他元件(如鉴相器220)伴随，则主信号线将是唯一存在的信号线。主信号线具有抽头，用于抽取到倍频器电路200的输入信号和来自倍频器电路200的输出信号，以提供给鉴相器220。

来自倍频器电路200中主信号线的抽头可以各自由定向耦合器实现。每个耦合器可以将一些功率从主信号线传输到鉴相器220。作为解释，定向耦合器理想地仅耦合来自正向行波的功率。定向耦合器是一种四端口装置，其中第四端口通常以特征阻抗终止。例如，理想的定向耦合器可以耦合入射在端口1上的功率，使得入射功率的较大部分在端口2出射，并且使得入射功率的剩余部分在端口3出射。定向耦合器从端口1到端口2的路径在本文中可以被称为主路径，而定向耦合器从端口1到端口3的路径在本文中可以被称为耦合路径。然而，定向耦合器不耦合入射到端口3的功率，使得它从端口2射出，或者不耦合入射到端口2的功率，使得它从端口3射出。换句话说，耦合器将通过在端口2和3之间划分信号来耦合入射到端口1的信号。实际耦合器将有少量的功率泄漏入射到端口2并从端口3射出，功率入射到端口3并从端口2射出。定向耦合器也是一种互易装置。相对于相应的其他三个端口，每个倾倒端口的行为与前面描述的相同。端口4通常以特征阻抗终止。因此，在图2的实施方案和本文描述的其他实施方案中，定向耦合器可以用于每个抽头。结果，输入到倍频器电路200的输入信号的反射和从倍频器电路200输出的输出信号的反射不会被第一抽头或第二抽头抽取。

此外，可以为倍频器电路提供本文所述的相位稳定，该倍频器电路有效地将频率乘以非整数的因子。在本文中对图4的描述之后，提供了这种相位稳定方式的示例。

在本文描述的倍频器电路200和其他倍频器电路中，与本文描述的倍频器211和其他倍频器相比，在主信号线之外、主信号线上的抽头之间以及包括其到鉴相器的抽头在内的所有附加电路在温度上的相位漂移应该更小。否则，为本文描述的目的增加额外的电路是没有意义的。增加的电路包括抽头、混频器、放大器和可以包括在本文描述的倍频器电路中的其他电路。

图3a是示出根据代表性实施方案的具有相位稳定的另一倍频器电路的框图。

在图3a中，倍频器电路300a包括倍频器311、鉴相器320、分频器341和模拟控制电路330。图3a中的模拟控制电路330包括可变移相器331和积分器332。

在图3a中，鉴相器320检测输入到倍频器电路300a的输入信号的输入相位和从倍频器电路300a输出的输出信号的输出相位之间的差。鉴相器320是相位比较器，并且可以是采样器、混频器鉴相器、x-or鉴相器或用于相位检测的任何其他兼容电路。在图3a中，第一抽头和第二抽头未示出，但是可以分别作为例如在可变移相器331之前和倍频器311之后的主路径中的定向耦合器来提供。鉴相器320经由第一抽头接收倍频器电路300a的输入信号，并且经由第二抽头接收来自倍频器电路300a的输出信号。

在图3a的实施方案中，倍频器电路300a的输入信号与鉴相器320一起被输入到可变移相器331。从倍频器电路300a输出的输出信号也是来自倍频器311的输出信号，并且也被提供给分频器341。到倍频器电路300a的输入信号和来自倍频器电路300a的输出信号的反射可以随着温度和/或可变移相器331的状态而改变，因此可以不包括在作为两个输入馈送到鉴相器320的来自抽头的信号中。在图3a中，主信号线上的抽头可以具有方向性，使得只有正向行波被耦合，并且使得反射信号不包括在抽头输入信号或抽头输出信号中。第一抽头对倍频器电路300a中的输入进行抽取，具体地，在图3a的实施方案中，对主信号线中输入到可变移相器331的输入信号进行抽取。第二抽头对倍频器电路300a中的输出进行抽取，具体地说，在图3a的实施方案中，对从倍频器311输出的输出信号进行抽取。第一抽头和第二抽头可以实现为定向耦合器、定向功率分配器或类似电路。即，第一抽头和第二抽头防止输入到倍频器电路300a的输入信号的反射和从倍频器电路300a输出的输出信号的反射的耦合。反射不会分别被第一抽头或第二抽头抽取。如果抽头没有方向性，则可以使用其他电路措施来防止反向行波的耦合。

在图3a中，模拟控制电路330是控制器。在其他实施方案中，模拟控制电路330仅包括可变移相器331，而不包括积分器332。积分器332的功能可以由来自其他元件的其他控制功能代替。模拟控制电路330被配置为基于鉴相器320检测到的输入相位和输出相位之间的差来维持来自倍频器311的输出信号的输出相位。在图3a中，倍频器电路300a通过使用混频器作为鉴相器320和积分器332作为控制器或控制器的元件来提供相位稳定。

模拟控制电路330是控制控制回路350a的回路控制器。模拟控制电路330可以具有控制电路惯用的多种实现方式之一。因此，积分器332用于图3a的实施方案中，但是可以由其他比例+积分+微分(pid)实现来替换或补充。控制回路350a包括模拟控制电路330以及鉴相器320和分频器341。具体而言，控制回路350a被配置成确保鉴相器320的两个输入处于相同的频率，例如当鉴相器320是混频器鉴相器或者需要两个输入处于相同频率的另一种类型的鉴相器时。控制回路350a还被配置成确保输入相位和输出相位之间的差被鉴相器320检测到，并且积分器332对鉴相器320检测到的差进行积分，并将积分后的差提供给可变移相器331。控制回路350a中的可变移相器331基于鉴相器320检测到的差来调整通过倍频器电路300a的主正向路径的相位延迟，使得来自倍频器电路300a的输出信号的相位被调整为跟随倍频器电路300a的输入信号的相位。由于温度变化缓慢，控制回路350a的带宽可以相对较低。控制回路350a的带宽可以在例如1毫赫兹到90赫兹的范围内。

可变移相器331是电可控移相器，并且可以以多种方式之一实现。例如，可变移相器331可以实现为电感器-电容器-电感器-电容器-电感器(l-c-l-c-l)延迟线，其中电感器(l)串联，电容器(c)是分流元件，并且电容器(c)由具有可变电压电容的可变电容器实现，导致通过电路的可变电压延迟。

根据用于鉴相器320的鉴相器的类型，鉴相器320的输入可能需要调节。例如，作为鉴相器320的混频器鉴相器可以限于比较相同频率的信号，在这种情况下，输入需要在频率上相乘，或者输出信号在频率上分频。对输出信号进行分频可能是有利的，因为分频可能不需要滤波器，因此在温度范围内的延迟变化会小得多。

分频器341可能给反馈路径增加相位不确定性。分频器341可以在具有输入频率f的输入信号的一个周期内的输出信号n*f的n个周期中的任何一个周期开始。为了防止这种不确定性，分频器341可以与输入到倍频器电路300a的输入信号同步。这可以通过几种不同的方式来实现。例如，如果分频器341具有这样的功能，分频器341可以由输入到倍频器电路300a的输入信号启动或复位。可选地，如稍后参考图4所解释的，可以采取试错方法，反复中断到分频器341的信号，直到分频器341偶然处于正确状态。取决于可变移相器331的调谐范围，控制回路350a可以仅在分频器341处于正确状态时锁定。如果控制回路350a可以锁定在分频器341的多个状态，那么可以通过参考从积分器332提供给可变移相器331的控制电压来检测正确的状态。

图3b是示出根据代表性实施方案的具有图3a中相位稳定的倍频器电路的另一框图。

在图3b中，倍频器电路300b包括相移电路360、鉴相器370、积分器382和分频器391。相移电路360包括可变移相器381和倍频器361。

在图3b中，控制回路350b包括分频器391、鉴相器370、积分器382、可变移相器381和倍频器361。此外，在图3b中元件的组合和布置与图3a中元件的组合和布置相同的范围内，应该清楚的是，作为模拟控制电路的控制器可以包括积分器382和/或可变移相器381，尽管控制器在图3b中没有单独标记。

图4是示出根据代表性实施方案的具有相位稳定的另一倍频器电路的框图。

在图4中，倍频器电路400包括第一抽头405a、第二抽头405b、移相器431、倍频器411、开关442、分频器441、鉴相器420和积分器432。

在图4中，第一抽头405a抽取倍频器电路400中的输入，特别是到倍频器电路400的输入。第二抽头405b抽取倍频器电路400中的输出，特别是来自倍频器电路400的输出，其也是来自倍频器411的输出。第一抽头405a可以定向抽取倍频器电路400中的输入，第二抽头405b可以定向抽取倍频器电路400中的输出，并且抽头的抽取的定向可以适用于本文描述的任何其他实施方案。

在图4中，积分器432和/或移相器431可以是作为模拟控制电路的控制器。鉴相器420是相位比较器，尽管相位比较可以用几种不同的方式实现。控制回路450包括开关442、分频器441、鉴相器420、积分器432、移相器431和倍频器411。控制回路450中的开关442选择性地断开和接通，直到分频器441的输出信号的输出相位处于将导致来自鉴相器420的输出信号最接近零伏的n个相位状态之一。控制回路450将使用移相器431调节相位，直到来自鉴相器420的输出信号为零伏。当零伏输入积分器432时，鉴相器420的输出是零伏，因为零伏结果是稳态的。积分器432输入端除零伏以外的任何电压都会导致积分器432的输出上升或下降。将导致零伏输出的鉴相器420的两个输入的相位关系取决于鉴相器420的实现。例如，对于理想的混频器鉴相器，要求正交，以便两个输入相差90°。倍频器电路400提供相位稳定，该相位稳定可以在矢量信号发生器、其他多通道仪器或任何其他需要输出相对于输入的稳定相位的电路中实现。应该清楚的是，本文描述的倍频器电路400或其他倍频器电路可以包括其他电路部件，例如到鉴相器420的路径中的放大器，以确保鉴相器420被提供以具有足够信号功率的输入信号。

倍频器电路400的部件选择可以取决于电路所需的性能。例如，如果需要非常低的相位噪声，那么鉴相器420可以是混频器鉴相器，因为混频器鉴相器在低相位噪声方面可以优于采样器鉴相器。此外，当控制回路的带宽被设置得较窄时，控制回路450将具有较小的可能性以输入频率f影响输入信号的相位噪声。这是因为任何具有低偏移频率的输入频率f的输入信号的相位噪声将具有至少-20db/decade的斜率。也就是说，偏移频率越低，通过倍频器411的信号的相位噪声越高，因此通过倍频器411的信号的相位噪声受控制回路450中用于稳定输入信号和输出信号相位的部件噪声影响的可能性越小，如本文所述。

在图4中，倍频器电路400中的节点被标记为a至j。在第一节点a处，具有输入频率f的输入信号在通过第一抽头405a抽取之后出现。节点a处存在的具有输入频率f的输入信号是倍频器电路400的主路径中移相器431的主输入。在第二节点b，来自移相器431的输出信号存在，并且也是倍频器411的输入信号。在第三节点c处，来自倍频器411的具有输出频率nxf的输出信号在被第二抽头405b抽取之前存在。在第四节点d，来自第二抽头405b的抽取输出信号存在，并且是控制回路450中到开关442的输入。在第五节点e，定时控制信号也被输入到开关442，以用跳跃信号控制开关442。在第六节点f，来自开关442的输出信号作为分频器441的输入信号存在。在第七节点g，来自分频器441的输出信号作为到鉴相器420的反馈输入信号存在。在八节点h，来自第一抽头405a的抽取输入信号存在，并且是鉴相器420的另一个输入信号。在第九节点1，来自鉴相器420的输出信号是积分器432的输入信号。在第十节点j，积分器432的输出信号是移相器431的控制输入信号。

在其他实施方案中，图4中的节点标记也可以用于基准电路元件之间的节点，并且在其他实施方案中，被提供作为区分倍频器电路400和其他电路中的信号的指南。

图5a是示出根据代表性实施方案的具有相位稳定的另一倍频器电路的框图。

在图5a中，倍频器电路500a包括倍频器561、鉴相器570、分频器591、积分器582、可变移相器581、加法器583、温度传感器电路595和定标电路596。在图5a中，模拟控制电路未示出，但是可以包括在实施方案中，并且可以被认为包括可变移相器581和积分器582。

在图5a中，第一抽头(未示出)抽取倍频器电路500a中的输入，特别是倍频器电路500的输入，其也是可变移相器581的输入。第二抽头(未示出)抽取倍频器电路500中的输出，特别是倍频器电路400的输出，其也是倍频器561的输出。

在图5a中，相对于不包括温度传感器电路或定标电路的图3a和3b的实施方案，添加了加法器583、温度传感器电路595和定标电路596。鉴相器570检测到的相位差可以基于温度传感器电路595检测到的温度来偏移。检测到的温度可以由定标电路596定标，使得偏移量可以由加法器583与鉴相器570输出的输出信号相加。换句话说，随着加法器83、温度传感器电路595和定标电路596的添加，倍频器电路500a添加开环调整以改进控制回路550a的调整，否则所述控制回路基于鉴相器570。根据温度传感器电路595的直接温度读数进行开环调节可以减少任何剩余误差。剩余误差可从约2ps/℃下调。相位漂移校正方案的残余误差的特征可以在于用温度传感器电路595测量硬件，并且通过抵消从鉴相器570输出的输出信号中的残余误差来校正。

在图5a中，控制回路550a包括可变移相器581、倍频器561、分频器591、鉴相器570、加法器583和积分器582。倍频器电路500a的主要路径是具有输入频率f的输入信号通过可变移相器581和倍频器561的直接路径，以产生具有输出频率nxf的输出信号。换句话说，主路径是通过倍频器电路500a的能量的直接路径，而不被第一抽头或第二抽头抽取。控制回路550a将积分器582输出的控制调整添加到可变移相器581，使得可变移相器581改变输入频率f的相位以跟随输出频率nxf的相位。积分器582的控制调节包括基于鉴相器570的初级调节和基于增加的温度传感器电路595和定标电路596的次级调节。

在另一个实施方案中，温度传感器电路595和定标电路596可以仅基于温度直接驱动可变移相器581，而不用鉴相器570测量实际相位差。

在图5b中，倍频器电路500a包括倍频器561、鉴相器570、分频器591、积分器582、可变移相器581、加法器583、温度传感器电路595、逻辑电路597和数模转换器598。与图5a一样，在图5b中，模拟控制电路未示出，但是可以包括在实施方案中，并且可以被认为包括可变移相器581和积分器582。

在图5b中，第一抽头(未示出)抽取倍频器电路500b中的输入，特别是倍频器电路500的输入，其也是可变移相器581的输入。第二抽头(未示出)抽取倍频器电路500中的输出，特别是倍频器561的输出。

在图5b中，相对于不包括温度传感器电路、逻辑电路或数模转换器的图3a和3b的实施方案，添加了加法器583、温度传感器电路595、逻辑电路597和数模转换器598。鉴相器570检测到的相位差可以再次基于温度传感器电路595检测到的温度而偏移。可以基于存储在存储器中并由逻辑电路597中的处理器(例如，微处理器)执行的软件，或者基于由例如作为逻辑电路597的专用集成电路(asic)实现的逻辑来缩放检测到的温度。偏移量可以由加法器583求和，并且由数模转换器598基于来自逻辑电路597的逻辑来提供。数模转换器598因此由逻辑电路597驱动，所述逻辑电路进而基于温度传感器电路595感测的温度确定要提供的偏移。

在图5b中，控制回路550b包括可变移相器581、倍频器561、分频器591、鉴相器570、加法器583和积分器582。倍频器电路500b的主要路径是具有输入频率f的输入信号通过可变移相器581和倍频器561的直接路径，以产生具有输出频率nxf的输出信号。主路径是通过倍频器电路500b的能量的直接路径，而不被第一抽头或第二抽头抽取。换句话说，图5b和本文描述的其他实施方案中的主路径是输入到倍频器电路500b(或另一倍频器电路)的输入信号的分量所采用的路径，直到这些分量作为输出信号从倍频器电路500b(或另一倍频器电路)输出，而没有被第一抽头或第二抽头抽取。控制回路550b将积分器582输出的控制调整添加到可变移相器581，使得可变移相器581改变输入频率f的相位以跟随输出频率nxf的相位。积分器582的控制调节包括基于鉴相器570的初级调节和基于附加温度传感器电路595、逻辑电路597和数模转换器598的次级调节。

在另一个实施方案中，温度传感器电路595、逻辑电路597和数模转换器598可以仅基于温度直接驱动可变移相器581，而不用鉴相器570测量实际相位差。在本文描述的具有相位稳定的倍频器电路的实施方式中，初始测量显示了通过多通道仪器的时间延迟的灵敏度，该多通道仪器在控制回路被启用的情况下提供10mhz输入到100mhz输出对5.4皮秒/度(摄氏度)的温度变化的灵敏度。控制回路禁用且相移控制电压保持恒定的多通道仪器的相同电路显示灵敏度为22.9皮秒/度(摄氏度)。因此，如本文所述激活倍频器电路的控制回路可以将灵敏度以4倍降低。

因此，倍频器的相位稳定能够稳定，使得来自倍频器电路的输出信号的相位跟随到倍频器电路的输入信号的相位。

如本文所示和所述，将控制回路的部件添加到倍频器降低了通过电路的延迟对温度的灵敏度。如本文所述，倍频器的相位稳定通过倍频器降低了时间延迟的温度敏感性。

尽管已经参考几个示例性实施方案描述了倍频器的相位稳定，但是应当理解，已经使用的词语是描述和说明性的词语，而不是限制性的词语。在不脱离倍频器相位稳定的范围和精神的情况下，可以在所附权利要求书的范围内进行改变，如目前所述和所修改的。虽然已经参考特定的装置、材料和实施方案描述了倍频器的相位稳定，但是倍频器的相位稳定并不局限于所公开的细节；而是倍频器的相位稳定延伸到所有功能等同的结构、方法和用途，例如在所附权利要求书的范围内。

此外，本文描述的相位稳定也可以用于倍频器和/或频率转换器，即使乘法和/或转换不涉及整数值。例如，如果倍频器将输入频率f乘以5，得到5*f的输出频率，然后用分频器将5*f的输出频率除以2，得到5*f/2，则通过倍频器和分频器的有效乘法为n＝2.5。如果倍频器和分频器的组合被认为是倍频器电路，倍频器电路的输出频率可以除以五，并且输入倍频器电路的输入信号的输入频率f可以除以二，使得鉴相器比较输入倍频器电路的输入信号的输入频率f的1/2处的可比输入相位和输出相位。

图6a是示出根据代表性实施方案的具有相位稳定的另一倍频器电路的框图。

在图6a中，倍频器电路600a包括第一抽头605a、第二抽头605b、移相器631、倍频器611、第一分频器641、鉴相器620、积分器632、第二分频器617和第三分频器612。相对于前面的实施方案，至少增加或改变了第二分频器617和第三分频器612。

在图6a中，第一抽头605a抽取倍频器电路600a中的输入，特别是倍频器电路600a的输入，其也是移相器631的输入。第二抽头605b抽取倍频器电路600a中的输出，特别是第三分频器612的输出。第一抽头605a和/或第二抽头605b中的任一个或两个可以是定向的，使得所抽取的信号限于正向行波。

在图6a中，诸如滤波器的另一个电路元件可以放置在倍频器电路600a的主路径中标记为a、b、c和d的任何节点中。如果m和n都被设置为1，倍频器电路600a将使添加的电路元件的输出相位相对于添加的电路元件的输入稳定。同样值得注意的是，移相器631、倍频器611、第三分频器612和节点a、b、c和d中的任何一个处添加的电路元件中的每一个可以以任何方式重新排序，而不影响相位稳定。换句话说，在图6a中，沿着两个抽头之间的主路径的所有元素可以以任何方式重新排序。

此外，如图6a所示，增加的第二分频器617和第三分频器612允许非整数乘法输出。输入到倍频器电路600a的输入信号被除以m，并且从倍频器611输出的输出信号在倍频器611中被乘以n之后被依次除以m和n。结果，鉴相器620的两个输入处于相同的频率，倍频器电路的输出等于f*n/m。有许多非整数值可以用f*n/m表示，并且即使假设n和m是整数，也可以由n和m的不同组合产生。例如，如果n等于3，m等于2，结果就是f*3/2。因此，即使对于产生非整数输出的倍频器电路，也可以提供如本文所述的相位稳定。

图6b是示出根据代表性实施方案的具有相位稳定的另一倍频器电路的框图。

在图6b中，倍频器电路600b包括第一抽头605a、第二抽头605b、移相器631、倍频器611、鉴相器620、积分器632、第一分频器619、第二分频器618和第三分频器612。相对于前面的实施方案，至少增加或改变了第一分频器619、第二分频器618和第三分频器612。

在图6b中，第一抽头605a抽取倍频器电路600a中的输入，特别是倍频器电路600a的输入，其也是移相器631的输入。第二抽头605b抽取倍频器电路600a中的输出，特别是第三分频器612的输出。第一抽头605a和/或第二抽头605b中的任一个或两个可以是定向的，使得抽头信号限于正向行波。

在倍频器电路600b中，因子p被添加到第二分频器618和第三分频器612中。结果，因子p被添加到鉴相器620的两个输入中。因子p增加了降低鉴相器620工作频率的能力。图6b的实施方案中的因子m、n和p中的任何一个都是整数1或更大。

在图6b中，诸如滤波器的另一电路元件可以再次放置在倍频器电路600b的主路径中标记为a、b、c和d的任何节点中，并且在节点a、b、c和d的任何节点处的任何电路元件可以再次以任何方式重新排序，而不影响相位稳定。

在图6b中，任何因子，n、m和p是整数一或更大，尽管将该值设置为1将与去除该因子相同。倍频器电路600b的输出是f*n/m。另外，图6b中鉴相器620的两个输入都是f/(mxp)，这提供了显著降低鉴相器620工作频率的能力。

在图6a和6b中，节点e描绘了复位路径，该复位路径可以被使用一次来分别复位第一分频器641或第一分频器619。频率路径分别在鉴相器620和第二分频器617或第二分频器618的输出之间开始。

如本文所述，即使当n＝1时，相位稳定也可以使用并有用。也就是说，可以提供相位稳定来稳定滤波器或其他电路的相位，即使当滤波器或其他电路不具体产生具有除1以外的变量的倍频或分频时，所述滤波器或其他电路也可能具有随温度变化的过度的相移。

本文描述的实施方案的图示旨在提供对各种实施方案的结构的大致理解。这些图示并不旨在作为本文描述的公开文本的所有元件和特征的完整描述。在回顾公开文本之后，许多其他实施方案对于本领域技术人员而言是显而易见的。可以利用其他实施方案并从本公开文本导出其他实施方案，使得可以在不脱离本公开文本的范围的情况下进行结构和逻辑替换和改变。此外，这些图示仅仅是代表性的，并且可能不是按比例绘制的。图示中的某些比例可能被夸大，而其他比例可能被最小化。因此，本公开文本和附图被认为是说明性的而不是限制性的。

本公开文本的一个或多个实施方案在本文中可以单独和/或共同地由术语“发明”指代，这仅仅是为了方便，并不意图将本申请的范围自愿地限制到任何具体发明或发明构思。此外，尽管在此示出和描述了特定实施方案，但是应当理解，被设计成实现相同或相似目的的任何后续安排可以替代所示的特定实施方案。此公开文本旨在覆盖各种实施方案的任何和所有后续的修改或变化。以上实施方案的组合以及本文未具体描述的其他实施方案对于本领域技术人员来说在回顾描述后将是显而易见的。

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