本发明专利技术涉及一种使用谐波混频的异步时间交织波形发生器。波形发生器包括将数字输入信号分成多个分离信号的分离器，每个分离信号具有与数字输入信号频率带宽基本上类似的分离信号频率带宽。将分离信号与关联的数字谐波信号进行混频以生成多个数字混频信号，然后将其以与至少一个所述数字谐波混频器的一阶谐波信号不同的有效采样率而转换为模拟信号。多个模拟谐波混频器将关联的模拟信号与关联的模拟谐波信号进行混频以生成混频模拟信号。将混频模拟信号合并成具有大于多个DAC中的至少一个的带宽的输出信号带宽的输出信号。
【技术实现步骤摘要】
使用谐波混频的异步时间交织波形发生器 相关申请的交叉引用 本申请要求2013年3月21日提交的申请号61/803,970的美国临时专利申请的 利益，其全部内容被并入本文中。
本公开涉及生成波形的波形发生器和方法。更具体地，本公开涉及使用谐波混频 的高速任意波形或函数发生器。
技术介绍
波形发生器（诸如，任意波形发生器（AWG)或任意函数发生器（AFG))的可用带宽 能够由被用来根据数字波形序列而生成信号的数字模拟转换器（DAC)来限制。DAC的可用 带宽由DAC的模拟带宽或最大采样率的一半中较小者来限制。用于利用现有的DAC限制来 生成较高带宽输出信号的常规技术能够是复杂且昂贵的系统。 例如，同步时间交织能够被用来实现有效的较高DAC采样率。多个DAC根据在单 个DAC采样周期内的时间上偏移的分离输入序列来生成波形。模拟信号被合并而达到实际 上倍增（multiply)的采样率。然而，在其中DAC的模拟带宽变为限制因素的示例中，需要 高带宽活动合并器（诸如，模拟多路复用器或者采样和保持多路复用器）来实现较高的带 宽。 常规的多路复用时间交织系统使多路复用器以与DAC通道带宽类似的采样率来 计时（clock)，以使得DAC在多路复用器时钟间隔期间具有充分的时间来过渡和稳定。在这 些常规的系统中，DAC与多路复用器同步地计时，以使得每个DAC样本由多路复用器来选通 (gate)并且然后选择。DAC带宽的此类限制限制了 DAC采样率，并且继而限制了多路复用 器时钟率。作为结果，这些常规系统需要多个DAC通道来实现所期望的性能。 由于DAC通道的数量增加，所以系统的整体成本和复杂度相应地增加。例如，每个 DAC需要单独的存储器和数字输入路径以及计时和使所有DAC通道同步的方法，这需要物 理上大型且复杂的多路复用芯片。多路复用芯片的增大的尺寸以及复杂度还导致较长的通 信路径，并且因而导致除了其它挑战之外的寄生电容、电感、电磁噪声、以及设计困难方面 的增加。 在另一技术中，输入信号的子频带被数字地下变频到能够通过较低采样率DAC的 频率范围。将较大的输入信号带宽分成多个低带宽DAC通道。在DAC的低带宽处被转换为 模拟信号之后，子频带被数字地上变频到相应的原始频率范围，并且合并成数字输入信号 的表示。然而，当转换具有被路由通过单个DAC通道的频率含量的任意输入信号时，因为重 新合并后的输出具有来自仅一个DAC通道的信号能量和来自所有DAC通道的噪声能量，所 以其包含固有噪声，这使系统的整体信噪比（SNR)降级。 因此，本领域将受益于具有改进的SNR的波形生成设备和方法。 【附图说明】 图1是根据本专利技术的实施例的使用谐波混频的示例性波形发生器的框图。 图2是根据实施例的使用谐波混频的另一个示例性波形发生器的框图。 图3A、3B、4A、4B、5A、5B以及6是由图1中所示的示例性波形发生器所生成的各种 信号的示例性频谱分量。 图7A、7B、8、9以及10是所公开的波形发生器的示例性谐波混频器的电路图。 【具体实施方式】 本公开描述了用于通过使用谐波混频来提高模拟输出信号的采样率和可用带宽 的波形发生器的DAC系统的实施例。 图1是使用谐波混频和其中的一些可以在各种示例中是可选的各种滤波器的示 例性波形发生器100的框图。波形发生器100包括被构造为接收数字输入信号104的分离 器102。分离器102被构造为将数字输入信号104分成多个分离信号106。数字输入信号 104能够是任何合适的波形数据序列。 每个分离信号106具有与输入信号频率带宽基本上类似的分离信号频率带宽。分 离器102能够是能够将数字输入信号104分成多个信号的任何种类的电路。例如，分离信 号106能够包括具有给定的采样率的任何期望的数字输入流，并且包括所记录、存储、和/ 或生成的数据序列。 将分离信号106输入到被构造为将其关联的分离信号106与关联的数字谐波信号 数字地混频以生成数字混频信号110的数字谐波混频器108。每个数字谐波混频器产生数 字混频信号。如图1中所示，数字谐波信号能够包括将谐波信号施加于分离信号的本地振 荡器（L0) 112。在一些示例性系统中，数字L0能够是数控振荡器。 数字谐波混频器108是被配置为将信号与多个谐波进行混频的任何设备。尽管已 经结合谐波混频来描述了倍增和/或混频，但如以下将更详细描述的，能够将具有使信号 与多个谐波相乘的效果的任何设备用作谐波混频器。 在一些示例中，多个谐波能够包括零阶谐波、或DC分量。例如，谐波信号能够是由 公式⑴所表示的信号： (1)谐波信号=l+2*cos (2 π 在公式⑴中，匕表示一阶谐波，并且t表示时间。因而，具有公式⑴的形式的 信号具有DC处和频率匕处的谐波。 倒相信号谐波能够是由公式（2)所表示的信号： ⑵倒相谐波信号=l-2*cos (2 π *Fdt) 与由公式（1)所表示的谐波信号类似，倒相谐波信号具有DC处和频率匕处的谐 波。然而，频率匕处的一阶谐波相对于由公式（1)所表示的谐波信号中的类似的一阶谐波 异相了 180度。 再次参照图1，将混频数字信号110输入到滤波器114。混频数字信号110能够具 有大于DAC122的最大有效采样率的采样率，并且能够包括大于DAC122的有效采样率的一 半的频率带宽。滤波器114能够限制混频数字信号的带宽，以防止混叠信号失真。 滤波器能够包括生成对混频信号的净滤波（net filtering)的对称低通滤波器 (LPF)，所述混频信号具有与谐波信号的一阶谐波的频率的大约一半基本上互补的频率响 应。高于F/2的给定偏移处的频率响应和低于频率？/2的给定偏移处的频率响应能够加 为1。尽管1被用作示例，但如期望的，能够诸如为缩放信号而使用其它值。进一步地，将以 上示例作为理想情况来描述。所实现的滤波能够具有不同的响应，以考虑非理想的分量、校 准等。 在图1中所示的波形发生器的数字域116中示出了对称滤波器，但其在其它示 例中能够附加地或可替代地被包括在模拟域118中。将滤波后的混频数字信号120输入 到关联的数字模拟转换器122 (DAC)。滤波后的混频数字信号120的采样率被下采样以匹 配DAC的采样率，在一些示例中，所述DAC能够与滤波器114合并。下采样能够通过抽取 (decimate)滤波后的混频数字信号120的输出序列诸如通过保留输出序列的较少数量的 米样来发生。 以上描述的分离、滤波、混频、和/或下采样中的任何一个能够由任何合适的数字 电路来实现，包括但不限于，数字信号处理器（DSP)、微处理器、可编程逻辑设备、通用处理 器、或具有适当的外围设备的其它处理系统，如所期望的，包括对完全离散的组件的完整集 成。 每个DAC122构造为将滤波后的混频数字信号120转换成模拟信号124。DAC122 是配置为将数字信号转换为模拟信号的任何种类的电路。根据需要，每个DAC122能够包括 放大器、滤波器、衰减器、以及其它数字或模拟电路，以在数字信号被转换为模拟信号之前 或之后放大、滤波、衰减、或本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种波形发生器，包括：分离器，被构造为接收具有输入信号频率带宽的数字输入信号，并且被构造为将所述数字输入信号分成多个分离信号，所述分离信号中的每个具有与所述输入信号频率带宽基本上类似的分离信号频率带宽；多个数字谐波混频器，被构造为将分离信号中的关联的一个与关联的数字谐波信号进行混频，以生成多个数字混频信号；多个数字模拟转换器，所述多个数字模拟转换器中的每个被构造为将所述多个数字混频信号中的关联的数字混频信号转换为模拟信号，所述数字模拟转换器中的每个具有与至少一个所述关联的数字谐波混频器的一阶谐波信号不同的有效采样率；多个模拟谐波混频器，被构造为将所述模拟信号中的关联的一个与模拟谐波信号进行混频，以生成多个混频模拟信号；以及合并器，被构造为将多个混频模拟信号合并成具有大于所述多个数字模拟转换器中的至少一个的带宽的输出信号带宽的输出信号。
【技术特征摘要】
2013.03.21 US 61/8039701. 一种波形发生器，包括： 分离器，被构造为接收具有输入信号频率带宽的数字输入信号，并且被构造为将所述 数字输入信号分成多个分离信号，所述分离信号中的每个具有与所述输入信号频率带宽基 本上类似的分离信号频率带宽； 多个数字谐波混频器，被构造为将分离信号中的关联的一个与关联的数字谐波信号进 行混频，以生成多个数字混频信号； 多个数字模拟转换器，所述多个数字模拟转换器中的每个被构造为将所述多个数字混 频信号中的关联的数字混频信号转换为模拟信号，所述数字模拟转换器中的每个具有与至 少一个所述关联的数字谐波混频器的一阶谐波信号不同的有效采样率； 多个模拟谐波混频器，被构造为将所述模拟信号中的关联的一个与模拟谐波信号进行 混频，以生成多个混频模拟信号；以及 合并器，被构造为将多个混频模拟信号合并成具有大于所述多个数字模拟转换器中的 至少一个的带宽的输出信号带宽的输出信号。2. 权利要求1的波形发生器，其中至少一个所述关联的数字谐波混频器的一阶谐波信 号不是至少一个数字模拟转换器的有效采样率的整数倍数或约数。3. 权利要求1的波形发生器，其中与数字谐波混频器关联的至少一个谱波信号的一阶 谐波处于至少一个数字模拟转换器的有效采样率和所述至少一个数字模拟转换器的有效 采样率的一半之间。4. 权利要求1的波形发生器，其中所述多个数字混频信号在单个子频带的带宽内包括 所述数字输入信号的至少两个子频带。5. 权利要求4的波形发生器，其中所述单个子频带是基带子频带。6. 权利要求4的波形发生器，其中每个数字混频信号在所述单个子频带的带宽内包括 所述数字输入信号的每个子频带。7. 权利要求1的波形发生器，进一步包括多个对称的数字滤波器，其被构造为在数字 混频信号被转换为模拟信...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·E·卡尔森，J·马尔凯德，
申请(专利权)人：特克特朗尼克公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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