DE19952249A1

DE19952249A1 - Aufwärts/Abwärts-Wandler

Info

Publication number: DE19952249A1
Application number: DE19952249A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Roppongi
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Verigy Singapore Pte Ltd
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2000-05-04
Also published as: JP2000138602A; US6600906B1; US7039375B2; US20030119458A1

Abstract

Die Erfindung sieht einen Aufwärts/Abwärts-Wandler mit geringen Phasenrauschen vor. Signale von einem ersten lokalen Oszillator werden durch einen Leistungsteiler zu einem ersten und einem zweiten Mischer gespeist. Signale von einem zweiten lokalen Oszillator und Signale von dem Leistungsteiler werden von dem zweiten Mischer gemischt. Die Frequenzkomponente der Differenz zwischen den zwei Signalen wird von einem ersten Bandpassfilter entfernt und an einen dritten Mischer weitergegeben. Eingangssignale werden von dem ersten Mischer mit Signalen von dem Leistungsteiler gemischt, und die niedrigere Frequenzkomponente der Ausgangssignale von dem ersten Mischer wird von einem zweiten Bandpassfilter entfernt und an den dritten Mischer weitergegeben. Signale von dem ersten und dem zweiten Bandpassfilter werden von dem dritten Mischer gemischt. Die höhere Frequenzkomponente des Ausgangssignals wird von einem Tiefpassfilter entfernt und ausgegeben.

Description

Die Erfindung betrifft einen Frequenz-Aufwärts/Abwärts-Wandler.

Frequenz-Aufwärts/Abwärts-Wandler (die unten als Aufwärts/Abwärts-Wandler bezeichnet sind) sind als eine Technologie für die Frequenzwandlung bekannt. Fig. 1 zeigt ein Schalt bild eines herkömmlichen Aufwärtswandlers, und Fig. 2 zeigt ein Schaltbild eines her kömmlichen Abwärtswandlers.

Zunächst wird ein herkömmlicher Aufwärtswandler mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben. Ein erster lokaler Oszillator LO1 124 des Aufwärtswandlers in Fig. 1 ist üblicherweise eine Si gnalquelle fester Frequenz mit niedrigem Phasenrauschen, und ein zweiter lokaler Oszillator LO2 126 ist eine Signalquelle variabler Frequenzen mit niedrigem Phasenrauschen. In Fig. 1 werden Signale, die an den Eingangsanschluß 110 angelegt werden, durch einen BPF (Band paßfilter) 112 geschickt und von einem Mischer 114 mit Signalen von dem LO1 124 (die eine vorgegebene feste Frequenz haben) verknüpft, und die Frequenzkomponente der Differenz zwischen den zwei Signalen wird von einem BPF 116 entfernt, d. h. die Frequenzkomponente der Summe der zwei Signale wird erzeugt. Ein Mischer 118 führt eine weitere Verknüpfung mit Signalen durch, die mit einer vorgegebenen Frequenz von dem LO2 126 ausgegeben wer den, und die Frequenzkomponente der Summe der zwei Singale wird von einem LPF (Tief paßfilter) 120 entfernt und an einem Ausgangsanschluß 122 ausgegeben.

Unter der Annahme, daß das Signal f110, das an den Eingangsanschluß 110 angelegt wird,

f110 = cos(w_if.t) (1)

ein Signal ohne Phasenrauschen ist, das Signal f124, das von dem LO1 ausgegeben wird,

f124 = cos(w2.t + qpn2(t)) (2)

ein Signal mit Phasenrauschen qpn2(t) ist, und das Signal f126 von dem LO2,

f126 = cos(w3.t + qpn3(t)) (3)

ein Signal mit Phasenrauschen qpn3(t) ist, ist in diesem Fall das erste Zwischenfrequenzsignal IF1 am Ausgang des Mischers 114 das Produkt aus den beiden Signalen f110 und f124. Zu sammengefaßt gilt:

IF1 = cos(w_if.t).cos(w2.t + qpn2(t))
= (cos((w_if + w2).t + qpn2(t)) + cos((w_if - w2).t - qpn2(t)))/2 (4)

In dieser Beschreibung konzentrieren sich die Formeln, welche Signale wiedergeben, die durch Mischer oder Filter gegangen sind, auf die Beziehung zur Frequenz, soweit Erklärun gen notwendig sind; der Fachmann kann die Formeln jedoch nach Bedarf für die Amplitude verändern, weshalb diesen Details keine besondere Beachtung geschenkt wird. Der Ausdruck "zusammengefaßt" wird daher verwendet, wenn die Formeln eingeführt werden.

Als nächstes werden die niedrigeren Frequenzkomponenten von dem BPF 116 entfernt, so daß das Signal f116 am Ausgang des BPF 116 zu

f116 = cos((w_if + w2).t + qpn2(t)) (5)

wird.

Wenn die Frequenz von dem Mischer 118 gewandelt wird, wird das zweite Zwischenfre quenzsignal IF2 am Ausgang des Mischers 118 zu

IF2 = cos(w3.t + qpn3(t)).cos((w_if.w2).t + qpn2(t))
= (cos((w3 + w_if + w2).t + qpn3(t) + qpn2(t))
+ cos((w3 - w_if - w2).t + qpn3(t) - qpn2(t)))/2 (6)

Die höheren Frequenzkomponenten werden hier von dem LPF 120 entfernt, wodurch das Si gnal f120 am Ausgang des LPF 120 zu

f120 = cos ((w3 - w_if - w2).t + qpn3(t) - qpn2(t)) (7)

wird.

Da in Formel (7) qpn3(t) und qpn2(t) nicht-korreliertes Rauschen von verschiedenen Signal quellen ist, wird dieses Phasenrauschen zu dem Signal f120 addiert, das zum Ausgangsan schluß 122 geht und ausgegeben wird. Die Ergebnisse in bezug auf das Phasenrauschen wären hier nicht anders, wenn die Komponente der niedrigeren Frequenz von dem ersten Zwischen frequenzsignal IF1 verwendet würde.

Als nächstes wird ein konventioneller Abwärtswandler mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben. Ein erster lokaler Oszillator LO1 226 des Abwärtswandlers in Fig. 2 ist eine Signalquelle variabler Frequenz mit niedrigem Phasenrauschen, und ein zweiter lokaler Oszillator LO2 224 ist eine Signalquelle fester Frequenz mit niedrigem Phasenrauschen. Das an den Eingangsan schluß 222 angelegte Signal geht in Fig. 2 durch den LPF 220, um Bilder der Frequenzkom ponenten zu entfernen, und wird von den Mischer 218 mit einem Signal vorgegebener Fre quenz, das von dem ersten lokalen Oszillator LO1 226 stammt, verknüpft. Die Frequenzkom ponente der Summe der beiden Signale wird von dem BPF 216 entfernt, und der Mischer 214 führt eine weitere Verknüpfung mit Signalen (einer vorgegebenen festen Frequenz) von dem zweiten lokalen Oszillator LO2 224 durch. Die Frequenzkomponente der Summe der zwei Signale wird von dem BPF 212 entfernt, und dann wird das Ergebnis an den Ausgangsan schluß 210 ausgegeben.

Unter der Annahme, daß das Eingangssignal f222 des Eingangsanschlusses 222

f222 = cos(w_in.t) (8)

ein Signal ohne Phasenrauschen ist, das Signal f226 von dem ersten lokalen Oszillator LO1 ein Signal

f226 = cos(w1.t + qpn1(t)) (9)

mit Phasenrauschen qpn1(t) ist, und das Signal f224 von dem zweiten lokalen Oszillator LO2 224 ein Signal

f224 = cos(w2.t + qpn2(t)) (10)

mit Phasenrauschen qpn2(t) ist, wird in diesem Fall das Zwischenfrequenzsignal IF1 am Aus gang des Mischers 218 gleich dem Produkt des Eingangssignals f222 und des Signals f226 von dem ersten lokalen Oszillator LO1, und

IF1 = cos(w1.t + qpn1(t)).cos(w_in.t)
= (cos((w1 + w_in).t + qpn1(t)) + cos((w1 - w_in).t + qpn1(t)))/2 (11)

Die höhere Komponente wird hier von dem BPF 216 entfernt, wodurch das Signal f216 am Ausgang des BPF 216 zu
f126 = cos((w1 - w_in).t + qpn1(t)) (12)

wird.

Wenn die Frequenz von dem Mischer 214 gewandelt wird, wird als nächstes das zweite Zwi schenfrequenzsignal IF2 am Ausgang des Mischers 214 zu

IF2 = cos((w1 - w_in).t + qpn1(t)).cos(w2.t + qpn2(t))
= (cos((w1 - w_in + w2).t + qpn1(t) + qpn2(t))
+ cos((w1 - w_in - w2).t + qpn1(t) - qpn2(t)))/2 (13)

und wenn die höhere Komponente von dem BPF 212 fallengelassen wird, wird das Signal f212 am Ausgang des BPF 212 zu

f212 = cos((w1 - w_in - w2).t + qpn1(t) - qpn2(t)) (14)

Da in der Formel (14) qpn3(t) und qpn2(t) nicht-korreliertes Rauschen aus verschiedenen Si gnalquellen ist, wird dieses Phasenrauschen zu den Ausgangssignalen addiert und liegt am Ausgang an.

Bei den herkömmlichen Aufwärts/Abwärts-Wandlern ergibt sich daher der Nachteil, daß das Phasenrauschen von internen Signalquellen am Ausgang erhalten wird, so daß es notwendig wird, hochleistungsfähige Signalquellen mit niedrigem Phasenrauschen zu verwenden, um das Phasenrauschen niedrig zu halten.

Insbesondere müssen die Signalquellen 124 und 224 fester Frequenz in herkömmlichen Auf wärts/Abwärts-Wandlern eine so hohe Ausgangsfrequenz haben wie die Signalquellen 126 und 226 variabler Frequenz. Je höher die Ausgangsfrequenz in einer Signalquelle wird, desto stärker wächst im allgemeinen der Pegel des Phasenrauschens. Es wird daher eine Signal quelle mit niedrigem Phasenrauschen benötigt, selbst wenn sie als die Signalquelle fester Fre quenz verwendet wird, wodurch der Aufwärts/Abwärts-Wandler teuer wird.

Wenn diese Art eines herkömmlichen Wandlers in Systemen, wie IC-Prüfeinrichtungen etc., verwendet wird, sind daher die Kosten für die Entwicklung einer eigenen Signalquelle fester Frequenz hoch. Ferner kann die Ausgangsfrequenz nicht variiert werden, weshalb die Signal quelle nicht zusammen mit anderen Modulen flexibel eingesetzt werden. Die Probleme dieser konventionellen Wandler sind daher zweifach.

Es wird daher ein Hochfrequenz-Aufwärts/Abwärts-Wandler benötigt, bei dem das Phasen rauschen reduziert wird, selbst wenn eine kostengünstige normale Signalquelle verwendet wird.

Zur Lösung der obengenannten Probleme besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Aufwärts/Abwärts-Wandler anzugeben, bei dem das Phasenrauschen reduziert ist, selbst wenn eine normale Signalquelle verwendet wird.

Eine weiter Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine kostengünstige Einrichtung oder ein Verfahren zur Realisierung eines Hochfrequenz-Aufwärts/Abwärts-Wandler mit niedrigen Phasenrauschen anzugeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung ein Aufwärts wandler mit folgenden Merkmalen vorgesehen: ein erster lokaler Oszillator; eine erste Mi scherschaltung zum Verknüpfen von Eingangssignalen und Signalen von dem ersten lokalen Oszillator und zum Erzeugen einer Frequenzkomponente der Summe der zwei Frequenzsi gnale; ein zweiter lokaler Oszillator; eine zweite Mischerschaltung zum Verknüpfen der Si gnale von dem ersten lokalen Oszillator und dem zweiten lokalen Oszillator und zum Erzeu gen der Frequenzkomponente der Summe der zwei Signale; und eine dritte Mischerschaltung zum Verknüpfen der Signale von der ersten und der zweiten Mischerschaltung und zum Er zeugen der Frequenzkomponente der Differenz zwischen den zwei Signalen.

Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung umfaßt dieser Aufwärtswandler einen Lei stungsteiler, der mit dem ersten lokalen Oszillator verbunden ist, um Signale zu teilen und um Signale der ersten und der zweiten Mischerschaltung zuzuführen.

Gemäß eines anderen Aspekts der Erfindung kann der Aufwärtswandler auch einen ersten Verstärker zwischen der zweiten und der dritten Mischerschaltung aufweisen.

Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird ein Aufwärtswandler mit folgenden Merkmalen vorgesehen: ein erster lokaler Oszillator; ein Leistungsteiler, der mit dem ersten lokalen Oszillator verbunden ist, zum Teilen von Signalen; ein erster Mischer, der mit einem der Ausgänge des Leistungsteilers und Eingangssignalen verbunden ist, um die Signale von den beiden zu verknüpfen; ein erstes Filter, das mit dem ersten Mischer verbunden ist, um die Frequenzkomponente der Differenz zwischen den zwei Frequenzen der Signale, die in den ersten Mischer eingegeben wurden, zu entfernen; ein zweiter lokaler Oszillator; ein zweiter Mischer, der mit dem zweiten lokalen Oszillator und einem anderen Ausgang des Leistungs teilers verbunden ist, um die Signale von den beiden zu verknüpfen; ein zweites Filter, das mit dem zweiten Mischer verbunden ist, um die Frequenzkomponente der Differenz zwischen den Signalen, die in den zweiten Mischer eingegeben wurden, zu entfernen; ein dritter Mi scher, der mit dem ersten und dem zweiten Filter verbunden ist, um die Signale von den zwei Filtern zu verknüpfen; und ein drittes Filter, das mit dem dritten Mischer verbunden ist, um die Frequenzkomponente der Summe der zwei Frequenzen der Signale, die in den dritten Mi scher eingegeben wurden, zu entfernen.

Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung umfaßt dieser Aufwärtswandler ferner einen ersten Verstärker zwischen dem zweiten Filter und dem dritten Mischer.

Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung kann dieser Aufwärtswandler ferner einen zweiten Verstärker zwischen dem Leistungsteiler und dem ersten Mischer und einen dritten Verstärker zwischen dem Leistungsteiler und dem zweiten Mischer aufweisen.

Gemäß noch eines weiteren Aspekts der Erfindung kann der Aufwärtswandler auch ein Ver zögerungselement zwischen dem Leistungsteiler und dem dritten Verstärker aufweisen.

Gemäß noch eines weiteren Aspekts der Erfindung kann der Aufwärtswandler ein Verzöge rungselement zwischen dem dritten Verstärker und dem zweiten Mischer aufweisen.

Gemäß noch eines weiteren Aspekts der Erfindung ist vorgesehen, daß in dem Aufwärts wandler der erste lokale Oszillator ein Oszillator mit fester Frequenz und der zweite lokale Oszillator ein Oszillator mit variabler Frequenz ist.

Die Erfindung sieht ferner einen Abwärtswandler mit folgenden Merkmalen vor: ein erster lokaler Oszillator; ein zweiter lokaler Oszillator; eine erste Mischerschaltung zum Verknüp fen der Signale von dem zweiten lokalen Oszillator mit den Signalen von dem ersten lokalen Oszillator und zum Erzeugen der Frequenzkomponente der Summe der beiden; ein Eingangs anschluß; eine zweite Mischerschaltung zum Verknüpfen der Signale von dem Eingangsan schluß und der Signale von der ersten Mischerschaltung und zum Erzeugen der Frequenz komponente der Differenz zwischen den beiden; und eine dritte Mischerschaltung zum Ver knüpfen der Signale von dem ersten lokalen Oszillator und der Signale von der zweiten Mi scherschaltung und zum Erzeugen der Frequenzkomponente der Differenz zwischen den bei den.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß der Abwärtswandler ferner einen Leistungsteiler aufweist, der mit dem ersten lokalen Oszillator verbunden ist, um Signale zu teilen und Si gnale zu der ersten und der zweiten Mischerschaltung zu führen.

Ferner kann der erfindungsgemäße Abwärtswandler ein viertes Filter aufweisen, das zwischen dem Eingangsanschluß und der zweiten Mischerschaltung angeschlossen ist, um eine Kom ponente innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs der Signale von dem Eingangsan schluß zu erzeugen.

Ferner kann der Abwärtswandler einen ersten Verstärker zwischen dem ersten Mischer und dem zweiten Mischer aufweisen.

Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird ein Abwärtswandler mit folgenden Merk malen vorgesehen: ein erster lokaler Oszillator; ein Leistungsteiler, der mit dem Ausgang des ersten lokalen Oszillators verbunden ist, um Signale zu teilen; ein zweiter lokaler Oszillator; ein erster Mischer, der mit dem zweiten lokalen Oszillator und einem Ausgang des Lei stungsteilers verbunden ist, zum Verknüpfen der zwei Signale; ein erstes Filter, das mit dem ersten Mischer verbunden ist, um die Frequenzkomponente der Differenz zwischen den Si gnalen, die in den ersten Mischer eingegeben wurden, zu entfernen; ein Eingangsanschluß; ein zweiter Mischer, der mit dem Eingangsanschluß und dem ersten Filter verbunden ist, zum Verknüpfen der Signale von den beiden; ein zweites Filter, das mit dem zweiten Mischer ver bunden ist, zum Entfernen der Frequenzkomponente der Summe der Signale, die in den zweiten Mischer eingegeben wurden; ein dritter Mischer, der mit einem anderem Ausgang des Leistungsteilers und dem zweiten Filter verbunden ist, zum Verknüpfen der Signale von den beiden; und ein drittes Filter, das mit dem dritten Mischer verbunden ist, zum Entfernen der Frequenzkomponente der Summe der Signale, die in den dritten Mischer eingegeben wurden.

Der Abwärtswandler kann erfindungsgemäß ferner ein viertes Filter zum Erzeugen der Kom ponente innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs der Signals von dem Eingangsan schluß zwischen dem Eingangsanschluß und dem zweiten Mischer aufweisen.

Der Abwärtswandler kann ferner einen ersten Verstärker zwischen dem ersten Filter und dem zweiten Mischer aufweisen.

Weiterhin kann der Abwärtswandler erfindungsgemäß einen zweiten Verstärker zwischen dem Leistungsteiler und dem ersten Mischer und einen dritten Verstärker zwischen dem Lei stungsteiler und dem dritten Mischer aufweisen.

Schließlich kann der Abwärtswandler erfindungsgemäß ein Verzögerungselement zwischen dem Leistungsteiler und dem dritten Verstärker aufweisen.

Weiterhin kann auch vorgesehen sein, daß der erfindungsgemäße Abwärtswandler ein Verzö gerungselement zwischen dem dritten Verstärker und dem dritten Mischer aufweist.

Und schließlich ist gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung vorgesehen, daß der erste lokale Oszillator in dem Abwärtswandler ein Oszillator mit fester Frequenz ist, und daß der zweite lokale Oszillator ein Oszillator mit variabler Frequenz ist.

Die Erfindung umfaßt ferner auch einen kombinierten Aufwärts/Abwärts-Wandler, der eine sinnvolle Kombination der oben in bezug auf den Aufwärtswandler bzw. den Abwärtswandler getrennt erläuterten Merkmale aufweist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines konventionellen Aufwärtswandlers;

Fig. 2 ein Schaltbild eines konventionellen Abwärtswandlers;

Fig. 3 ein Schaltbild einer Ausführungsform eines Aufwärtswandlers gemäß der Er findung;

Fig. 4 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform eines Aufwärtswandlers gemäß der Erfindung;

Fig. 5 ein Schaltbild einer Ausführungsform eines Abwärtswandlers gemäß der Er findung;

Fig. 6 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform eines Abwärtswandlers gemäß der Erfindung;

Fig. 7 ein Schaltbild noch einer anderen Ausführungsform eines Abwärtswandlers gemäß der Erfindung;

Fig. 8 ein Schaltbild noch einer anderen Ausführungsform eines Aufwärtswandlers gemäß der Erfindung;

Fig. 9 ein Schaltbild noch einer anderen Ausführungsform eines Abwärtswandlers gemäß der Erfindung; und

Fig. 10 ein Schaltbild eines Leistungsteilers.

Eine Grundausführungsform des Aufwärtswandlers gemäß der Erfindung ist in Fig. 3 ge zeigt. Ein erster lokaler Oszillator 322 ist vorzugsweise eine Signalquelle fester Frequenz, die Signale von der Signalquelle 322 durch einen Leistungsteiler (PWR SPLT) 324 zu Mischern 312 und 328 führt. Ein zweiter lokaler Oszillator LO2 326 ist vorzugsweise eine Signalquelle variabler Frequenz, mit der ein Wobbeln der Frequenz möglich ist. Signale von der Signal quelle 326 und Signale von dem Leistungsteiler 324 werden von einem Mischer 328 ver knüpft, und die Frequenzkomponente der Differenz zwischen den zwei Signalen wird von ei nem BPF (Bandpaßfilter) 330 entfernt, d. h. die Frequenzkomponente der Summe der zwei Signale, die in den Mischer 328 eingegeben wurde, wird erzeugt und an einen Mischer 316 übergeben.

Andererseits werden die Eingangssignale, die bei einem Eingangsanschluß eingegeben wur den, von dem Mischer 312 mit Signalen von dem Leistungsteiler 324 verknüpft. Die Aus gangssignale von dem Mischer 312 werden an den Mischer 316 übergeben, nachdem ein BPF 314 die niedrigeren Frequenzkomponenten entfernt hat.

Signale von dem BPF 330 und Signale von dem BPF 314 werden von dem Mischer 316 ver knüpft, und die höheren Frequenzkomponenten dieser Ausgangssignale werden von einem LPF (Tiefpaßfilter) 318 entfernt, d. h. die Frequenzkomponente der Differenz zwischen den zwei Signalen, die in den Mischer 316 eingegeben werden, wird erzeugt und am Ausgangsan schluß 320 ausgegeben.

Es sei hier angenommen, daß das Eingangssignal f310, das eingegeben wird,

f310 = cos(w_if.t) (15)

kein Phasenrauschen aufweist; das Signal f322 von dem ersten lokalen Oszillator LO1

f322 = cos(w2.t + qpn(t)) (16)

weist Phasenrauschen gemäß qpn(t) auf; und das Signal f326 von dem zweiten lokalen Oszil lator LO2 ist
f326 = cos(w1.t) (17)

Das Signal f326 wird mit dem Signal f322 von dem ersten Oszillator verknüpft und auf eine hohe Frequenz gewandelt, wodurch das Signal f326 selbst mit niedriger Frequenz ausgegeben wird und ein Signal mit geringem Phasenrauschen erhalten werden kann. Als eine Folge ist das Phasenrauschen des Signals f326 niedrig genug, um vernachlässigbar zu sein.

Zusammengefaßt wird das erste Zwischenfrequenzsignal IF1 des Mischers 312 zu

IF1 = cos(w_if.t).cos(w2.t + qpn(t))
= (cos((w_if + w2).t + qpn(t)) + cos((w_if - w2).t - qpn(t)))/2 (18)

Zusammengefaßt wird daher das Signal f314 nach dem Entfernen der niedrigeren Kompo nente durch den BPF 314 zu

f314 = cos((w_if + w2).t + qpn(t) (19)

während das Signal f328 am Ausgang des Mischers 328 zu

f328 = cos(w1.t).cos(w2.t + qpn(t))
= (cos((w1 + w2).t + qpn(t)) + cos((w1 - w2).t - qpn(t)))/2 (20)

wird, und wenn die niedrigere Komponente von dem BPF 330 eliminiert wird, wird das Si gnal f330 am Ausgang des BPF 330 zu

f330 = cos((w1 + w2).t + qpn(t)) (21)

Das zweite Zwischenfrequenzsignal IF2 am Ausgang des Mischers 316 wird daher zu

IF2 = cos((w1 + w2).t + qpn(t)).cos((w_if + w2).t + qpn(t))
= (cos((w1 + 2.w2 + w_if).t + 2.qpn(t)) + cos((w1 - w_if).t))/2 (22)

Da die höhere Frequenzkomponente hiervon durch den LPF 318 entfernt wird, wird zusam mengefaßt das Signal f318 am Ausgang des LPF 318, d. h. das am Ausgangsanschluß 320 ausgegebene Signal zu
f318 = cos((w1 - w_if).t) (23)

und das Phasenrauschen aus dem lokalen Oszillator LO1 322 wird ausgelöscht und hat kei nen Einfluß auf den Ausgangsanschluß 320.

Wenn dieser Aufwärtswandler z. B. eine Signalquelle von 3,6 GHz für den lokalen Oszillator LO1 und von 505 MHz bis 3,395 GHz für den lokalen Oszillator LO2 aufweist und die Ein gangssignale f310 Signale mit 495 MHz sind, können als die Signale f318 Signale von 10 MHz bis 2,9 GHz ausgegeben werden. Wenn die Frequenz von LO2 hoch ist, kann dann das Phasenrauschen am Ausgang für einen Oszillator (LO2) reduziert werden, und wenn die Fre quenz von LO2 niedrig ist, ist der Pegel des Phasenrauschens von LO2 niedriger als der der höheren Frequenz, so daß das Phasenrauschen am Ausgang sogar noch weiter reduziert wer den kann.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Aufwärtswandlers gemäß der Erfindung. Die Bestandteile der Ausführungsform der Fig. 4, die gleich sind wie in dem Ausführungsbei spiel der Fig. 3, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Verstärker 332 in der Ausführungsform der Fig. 4 verstärkt Signale ausreichend, um den Mischer 316 anzu steuern.

Zusätzlich zu der Rolle des BPF 330 in Fig. 3 ist ein BPF 334 zwischen dem Mischer 328 und dem Verstärker 332 angeschlossen, um das hochpeglige Störrauschen, das von dem Mi scher 328 erzeugt wird, oder von der Signalquelle LO1 322 durchkommende Signale und de ren Oberwellen zu reduzieren. Dieser BPF 334 wird in Kombination mit einem BPF und ei nem Kerbfilter verwendet. Um das Störrauschen weiter zu eliminieren, kann ferner auf der Ausgangsseite des Verstärkers 332 ein Filter hinzugefügt werden.

Die Verstärker 325 und 326 verstärken die Signale ausreichend, um die Mischer 312 und 328 an den entsprechenden Verbindungsenden anzusteuern, und sind angeschlossen, um eine aus reichende Rückwärtsisolation zu erhalten, d. h. eine Dämpfung in der entgegengesetzten Richtung. Wenn die Dämpfung in der entgegengesetzten Richtung nicht ausreichend ist, wird unnötiges Störrauschen von einem Aufwärtswandler zu dem anderem Aufwärts/Abwärts- Wandler zurück gekoppelt, was zu einem Restansprechen und der Ausgabe von Störrauschen führt, wenn er zusammen mit einem anderem Aufwärts/Abwärts-Wandler in einem System, wie einer IC-Prüfeinrichtung, eingesetzt wird.

Der tatsächliche Betrieb des Ausführungsbeispieles der Fig. 4 wird hier nicht beschrieben, weil er genauso abläuft wie in bezug auf Fig. 3 beschrieben.

Als nächstes ist eine Grundausführungsform des Abwärtswandlers gemäß der Erfindung mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben. Ein erster lokaler Oszillator LO1 422 ist vorzugsweise eine Signalquelle fester Frequenz, die Signale durch einen Leistungsteiler 424 zu Mischern 412 und 428 speist. Ein zweiter lokaler Oszillator LO2 426 ist vorzugsweise eine Signalquelle variabler Frequenzen, die eine Frequenz-Wobblung durchführen kann. Die Signale von LO2 426 werden von dem Mischer 428 mit Signalen von dem Leistungsteiler 424 verknüpft. Die Frequenzkomponente der Differenz zwischen den zwei Signalen wird von einem BPF 430 entfernt und an einen Mischer 416 übergeben.

Andererseits werden die Eingangssignale, die an einem Eingangsanschluß 420 anliegen, von dem Mischer 416 mit Signalen von dem BPF 430 verknüpft. Die höhere Frequenzkompo nente der Signale am Ausgang des Mischers 416, d. h. die ersten Zwischenfrequenzsignale IF1, werden von dem BPF 414 entfernt und an den Mischer 412 übergeben.

Signale von dem BPF 414 und Signale von dem Leistungsteiler 424 werden von dem Mischer 412 verknüpft, und die höhere Frequenzkomponente ihrer Ausgangssignale, d. h. das zweite Zwischenfrequenzsignal IF2, wird von dem BPF 434 entfernt und an dem Ausgangsanschluß 410 ausgegeben.

Es sei hier angenommen, daß das Eingangssignal f420

f420 = cos(w_in.t) (24)

kein Phasenrauschen aufweist; das Eingangssignal f422 von dem ersten lokalen Oszillator LO1 422
f422 = cos(w2.t + qpn(t)) (25)

weist Phasenrauschen qpn(t) auf; und das Signal f426 von dem zweiten lokalen Oszillator LO2 426 ist

f426 = cos(w1.t) (26)

Das Signal f426 wird auf eine hohe Frequenz gewandelt, indem es mit dem Signal f422 von dem ersten lokalem Oszillator LO1 422 verknüpft wird, wodurch der zweite lokale Oszillator LO2 426 Ausgangssignale niedriger Frequenz ausgibt, wodurch Signale mit geringem Pha senrauschen erhalten werden können. Das Phasenrauschen des Signals f426 ist hier niedrig genug, um vernachlässigbar zu sein.

Zusammengefaßt wird das Signal f428 im Ausgang des Mischers 428 zu

f428 = cos(w1.t).cos(w2.t + qpn(t))
= (cos((w1 + w2).t + qpn(t)) + cos ((w1 - w2).t - qpn(t)) (27)

Die niedrigere Komponente wird von dem BPF 430 entfernt, und zusammengefaßt wird das Signal f430 am Ausgang des BPF 430 daher zu

f430 = cos((w1 + w2).t + qpn(t)) (28)

Das Signal am Ausgang des Mischers 416, d. h. das erste Zwischenfrequenzsignal IF1, wird daher zu

IF1 = cos((w1 + w2).t + qpn(t)).cos(w_in.t)
= (cos((w1 + w2 + w_in).t + qpn(t))
+ cos((w1 + w2 - w_in).t + qpn(t)))/2 (29)

und da die höhere Frequenzkomponente von dem BPF 414 entfernt wird, wird das Signal f414 am Ausgang des BPF 414 zu
f414 = cos((w1 + w2 - w_in).t + qpn(t)) (30)

Wenn es von dem Mischer 412 mit dem Signal f422 von dem ersten lokalen Oszillator LO1 422 verknüpft wird, werden die Signale am Ausgang des Mischers 412, d. h. die zweiten Zwi schenfrequenzsignale IF2, zu

IF2 = cos((w1 + w2 - w_in).t + qpn(t)).cos(w2.t + qpn(t))
= (cos((w1 + 2.w2 - w_in).t + 2.qpn(t)) + cos((w1 - w_in).t))/2 (31)

Die höhere Komponente wird hier von dem BPF 434 entfernt, und das Signal am Ausgang des BPF 434, d. h. das Signal f434, das am Ausgangsanschluß 410 ausgegeben wird, wird da her zu

f434 = cos((w1 - w_in).t) (32)

Das Phasenrauschen von dem ersten lokalem Oszillator LO1 422 wird ausgelöscht und hat keinen Einfluß auf den Ausgang 410.

Wenn dieser Abwärtswandler z. B. Signalquellen von 3,6 GHz für den lokalen Oszillator LO1 und 505 MHz bis 3,395 GHz für den lokalen Oszillator LO2 aufweist und Signale von 10 MHz bis 2,9 GHz als Eingangssignale gegeben sind, können Signale von 495 MHz am Aus gangsanschluß 410 ausgegeben werden. Wenn die Frequenz von LO2 hoch ist, kann somit das Phasenrauschen am Ausgang für einen Oszillator (LO2) reduziert werden, während dann, wenn die Frequenz von LO2 niedrig ist, der Pegel des Phasenrauschens von LO2 niedriger ist als bei der höheren Frequenz, so daß das Phasenrauschen am Ausgang noch weiter reduziert werden kann.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform des Abwärtswandlers gemäß der Erfindung. Die Bestandteile in Fig. 6, die denen in Fig. 5 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Bei der Ausführungsform der Fig. 6 ist der LPF 418 zwischen dem Eingangsan schluß 420 und dem Mischer 416 angeschlossen, und die unnötigen Frequenzkomponenten in dem Eingangssignal werden entfernt. Der Rest des tatsächlichen Betriebs der Ausführungs form der Fig. 6 läuft wie in bezug auf Fig. 5 beschrieben ab und wird daher nicht nochmals erläutert.

Fig. 7 zeigt noch ein weitere Ausführungsform des Abwärtswandlers gemäß der Erfindung. Die Bestandteile in Fig. 7, die denen in den Fig. 5 und 6 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Der Verstärker 432 in der Ausführungsform der Fig. 7 verstärkt Signale ausreichend, um den Mischer 416 anzusteuern.

Zusätzlich zu der Rolle des BPF 430 in Fig. 5 ist der BPF 440 zwischen den Mischer 428 und dem Verstärker 432 angeschlossen, um das hochpeglige Störrauschen, das von dem Mi scher erzeugt wird, um von der Signalquelle LO1 422 kommende Signale sowie deren Ober wellen zu reduzieren. Hierdurch können das Stör-Ansprechverhalten und Reststörrauschen verringert werden. Der BPF 440 kann in Kombination mit einem BPF und einem Kerbfilter verwendet werden. Ferner kann auf der Ausgangsseite des Verstärkers 432 ein Filter hinzuge fügt werden, um Störrauschen weiter zu eliminieren.

Die Verstärker 425 und 425 verstärken die Signale ausreichend, um die Mischer 412 und 428 bei den entsprechenden Verbindungsenden anzusteuern, und sie sind angeschlossen, um eine ausreichende Rückwärtsisolation zu erhalten, d. h. eine Dämpfung in der entgegengesetzten Richtung. Wenn die Dämpfung in der entgegengesetzten Richtung nicht ausreichend ist, wird z. B. unnötiges Störrauschen von einem Aufwärtswandler zu dem anderen Aufwärts/Abwärts- Wandler zurückgekoppelt, und dies führt zu einem Restansprechen und Ausgangsstörrau schen, wenn er zusammen mit einem anderen Aufwärts/Abwärts-Wandler in einem System, wie einer IC-Prüfeinrichtung etc., eingesetzt wird. Ferner werden sie dazu eingesetzt, das Phänomen zu verhindern, bei dem Signale der Signalquelle LO2 von dem Mischer 428 durch den Leistungsteiler 424 zu dem Mischer 412 gelangen und verknüpft werden, das an dem Ausgangsanschluß als Restansprechen beobachtet werden kann.

Der Rest des tatsächlichen Betriebs der Ausführungsform in Fig. 7 entspricht dem der Fig. 1 und wird daher hier nicht mehr beschrieben.

Wenn die Differenz der Signalverzögerung zwischen den Wegen, auf denen die Signale von dem LO1 übertragen werden, zu groß ist, wird der Effekt der Auslöschung des Phasenrau schens des lokalen Oszillators LO1 322 oder 422 des Aufwärts/Abwärts-Wandlers gemäß der Erfindung nicht realisiert. Es ist jedoch möglich, diesen Effekt wiederherzustellen, indem ein Verzögerungsauslöschelement verwendet wird, das die Verzögerungssignale entlang des Si gnalpfads des LO2 auslöscht. Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform des Aufwärtswandlers ge mäß der Erfindung mit einem Verzögerungsauslöschelement (DLY CNCL) 452, das zwischen dem Leistungsteiler 324 und dem Verstärker 326 angeschlossen ist. Das Verzögerungsauslösch element 452 kann auch zwischen dem Verstärker 326 und dem Mischer 328 angeschlossen sein. Ferner zeigt Fig. 9 eine Ausführungsform des Abwärtswandlers gemäß der Erfindung, bei dem das Verzögerungsauslöschelement (DLY CANCL) 454 zwischen dem Leistungsteiler 424 und dem Verstärker 425 angeschlossen ist. Das Verzögerungsauslöschelement 454 kann auch zwischen dem Verstärker 425 und dem Mischer 412 angeschlossen sein. Die Verzöge rungsauslöschelemente 452 und 454 umfassen einen BPF oder eine Verzögerungsleitung.

Fig. 10 zeigt ein tatsächliches Beispiel für einen Leistungsteiler 324 oder 424, wie er in den Fig. 3 bis 9 gezeigt ist. In Fig. 10 weist der Leistungsteiler 500 eine Leitung auf, die von einem Eingangsanschluß 502 abgeht und die sich bei den geteilten Enden in zwei Widerstän de 512 und 514 aufteilt und mit einem Ausgang-1-Anschluß 506 und einem Ausgang-2- Anschluß 508 verbunden ist.

Der in der Erfindung eingesetzte Leistungsteiler ist jedoch nicht notwendig so wie in der Aus führungsform der Fig. 10 ausgestaltet, und er kann als eine andere Einrichtung gemäß des selben Prinzips realisiert sein, mit der letztendlich zwei Ausgangssignale, die dem Eingangs signal, das bei dem Eingang eingegeben wurde, ähnlich sind, erhalten werden können. Es kann z. B. ein Leistungsteiler mit drei Widerständen (Y- oder D-Typ) vorgesehen sein. Es ist ferner möglich, einen 1 : n-Leistungsteiler zu verwenden, der sich von einer Stelle zu mehreren Aufwärts/Abwärts-Wandlern aufteilt.

Ferner kann er auch in Form eines Leistungskombinierers, einer Richtungsbrücke oder eines Kopplers realisiert sein. Wenn diese verwendet werden, nimmt die Isolation zwischen zwei entsprechenden Ausgangsanschlüssen in Fig. 10 zu, so daß die Verstärker 325, 326, 425 und 426 Verstärker mit einer geringen Rückwärtsdämpfung sein können, und abhängig von dem jeweiligen Fall können die Verstärker sogar weggelassen werden.

Wie zuvor erläutert, kann bei Umsetzung der Erfindung das Phasenrauschen von einer der zwei Signalquellen ausgelöscht werden, wodurch ein Aufwärts/Abwärts-Wandler oder ein entsprechendes Verfahren erhalten werden, mit dem das Phasenrauschen reduziert wird.

Ferner kann bei Einsatz der vorliegenden Erfindung die Ausgangsfrequenz auf der Seite der zwei lokalen Oszillatoren (Signalquellen), bei der das Phasenrauschen in einem Auf wärts/Abwärts-Wandler nicht ausgelöscht wurde, in Vergleich zu herkömmlichen Wandlern niedriger sein, wodurch ein Aufwärts/Abwärts-Wandler oder ein entsprechendes Verfahren vorgesehen werden können, bei denen das Phasenrauschen noch weiter reduziert werden kann.

Ferner ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, eine normale Signalquelle, die keine guten Phasenrausch-Eigenschaften aufweist, als die Signalquelle für die zwei Signalquellen, für die das Phasenrauschen ausgelöscht wird, zu verwenden, wodurch ein kostengünstiger Aufwärts/Abwärts-Wandler und ein entsprechendes Verfahren vorgesehen werden.

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kann somit eine normale Signalquelle verwendet wer den, wodurch es einfach wird, den Wandler so zu entwerfen, daß die Signalquelle in anderen Modulen innerhalb eines Systems flexibel eingesetzt werden kann. Die Erfindung schafft da her einen flexiblen Aufwärts/Abwärts-Wandler und ein entsprechendes Verfahren.

Claims

1. Aufwärtswandler mit folgenden Merkmalen:
ein erster lokaler Oszillator;
eine erste Mischerschaltung zum Verknüpfen von Eingangssignalen und Signalen von dem ersten lokalen Oszillator und zum Erzeugen einer Frequenzkomponente der Summe der zwei Frequenzsignale;
ein zweiter lokaler Oszillator; eine zweite Mischerschaltung zum Verknüpfen der Si gnale von dem ersten lokalen Oszillator und dem zweiten lokalen Oszillator und zum Erzeugen der Frequenzkomponente der Summe der zwei Signale; und
eine dritte Mischerschaltung zum Verknüpfen der Signale von der ersten und der zweiten Mischerschaltung und zum Erzeugen der Frequenzkomponente der Differenz zwischen den zwei Signalen.

2. Aufwärtswandler nach Anspruch 1, mit einem Leistungsteiler, der mit dem ersten lo kalen Oszillator verbunden ist, um Signale zu teilen und um Signale der ersten und der zweiten Mischerschaltung zuzuführen.

3. Aufwärtswandler nach Anspruch 1 oder 2, mit einem ersten Verstärker, der zwischen der zweiten und der dritten Mischerschaltung angeschlossen ist.

4. Aufwärtswandler mit folgenden Merkmalen:
ein erster lokaler Oszillator;
ein Leistungsteiler, der mit dem ersten lokalen Oszillator verbunden ist, zum Teilen von Signalen;
ein erster Mischer, der mit einem der Ausgänge des Leistungsteilers und Eingangs signalen verbunden ist, um die Signale von den beiden zu verknüpfen;
ein erstes Filter, das mit dem ersten Mischer verbunden ist, um die Frequenzkompo nente der Differenz zwischen den zwei Frequenzen der Signale, die in den ersten Mi scher eingegeben wurden, zu entfernen;
ein zweiter lokaler Oszillator;
ein zweiter Mischer, der mit dem zweiten lokalen Oszillator und einem anderen Aus gang des Leistungsteilers verbunden ist, um die Signale von den beiden zu verknüp fen;
ein zweites Filter, das mit dem zweiten Mischer verbunden ist, um die Frequenzkom ponente der Differenz zwischen den Signalen, die in den zweiten Mischer eingegeben wurden, zu entfernen;
ein dritter Mischer, der mit dem ersten und dem zweiten Filter verbunden ist, um die Signale von den zwei Filtern zu verknüpfen; und
ein drittes Filter, das mit dem dritten Mischer verbunden ist, um die Frequenzkompo nente der Summe der zwei Frequenzen der Signale, die in den dritten Mischer einge geben wurden, zu entfernen.

5. Aufwärtswandler nach Anspruch 4, mit einem ersten Verstärker zwischen dem zwei ten Filter und dem dritten Mischer.

6. Aufwärtswandler nach Anspruch 5, mit einem zweiten Verstärker zwischen dem Lei stungsteiler und dem ersten Mischer und einem dritten Verstärker zwischen dem Lei stungsteiler und dem zweiten Mischer.

7. Aufwärtswandler nach Anspruch 6, mit einem Verzögerungselement zwischen dem Leistungsteiler und dem dritten Verstärker.

8. Aufwärtswandler nach Anspruch 6, mit einem Verzögerungselement zwischen dem dritten Verstärker und dem zweiten Mischer.

9. Aufwärtswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der erste lokale Oszillator ein Oszillator mit fester Frequenz und der zweite lokale Oszillator ein Os zillator mit variabler Frequenz ist.

10. Abwärtswandler mit folgenden Merkmalen:
ein erster lokaler Oszillator;
ein zweiter lokaler Oszillator;
eine erste Mischerschaltung zum Verknüpfen der Signale von dem zweiten lokalen Oszillator mit den Signalen von dem ersten lokalen Oszillator und zum Erzeugen der Frequenzkomponente der Summe der beiden;
ein Eingangsanschluß;
eine zweite Mischerschaltung zum Verknüpfen der Signale von dem Eingangsan schluß und der Signale von der ersten Mischerschaltung und zum Erzeugen der Fre quenzkomponente der Differenz zwischen den beiden; und
eine dritte Mischerschaltung zum Verknüpfen der Signale von dem ersten lokalen Os zillator und der Signale von der zweiten Mischerschaltung und zum Erzeugen der Fre quenzkomponente der Differenz zwischen den beiden.

11. Abwärtswandler nach Anspruch 10, mit einem Leistungsteiler, der mit dem ersten lo kalen Oszillator verbunden ist, um Signale zu teilen und Signale zu der ersten und der zweiten Mischerschaltung zu führen.

12. Abwärtswandler nach Anspruch 10 oder 11, mit einem vierten Filter, das zwischen dem Eingangsanschluß und der zweiten Mischerschaltung angeschlossen ist, um eine Komponente innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs der Signale von dem Eingangsanschluß zu erzeugen.

13. Abwärtswandler nach einem der Ansprüche 10-12, mit einem ersten Verstärker, der zwischen dem ersten Mischer und dem zweiten Mischer angeschlossen ist.

14. Abwärtswandler mit folgenden Merkmalen:
ein erster lokaler Oszillator;
ein Leistungsteiler, der mit dem Ausgang des ersten lokalen Oszillators verbunden ist, um Signale zu teilen;
ein zweiter lokaler Oszillator;
ein erster Mischer, der mit dem zweiten lokalen Oszillator und einem Ausgang des Leistungsteilers verbunden ist, zum Verknüpfen der zwei Signale;
ein erstes Filter, das mit dem ersten Mischer verbunden ist, um die Frequenzkompo nente der Differenz zwischen den Signalen, die in den ersten Mischer eingegeben wurden, zu entfernen;
ein Eingangsanschluß;
ein zweiter Mischer, der mit dem Eingangsanschluß und dem ersten Filter verbunden ist, zum Verknüpfen der Signale von den beiden;
ein zweites Filter, das mit dem zweiten Mischer verbunden ist, zum Entfernen der Frequenzkomponente der Summe der Signale, die in den zweiten Mischer eingegeben wurden;
ein dritter Mischer, der mit einem anderen Ausgang des Leistungsteilers und dem zweiten Filter verbunden ist, zum Verknüpfen der Signale von den beiden; und
ein drittes Filter, das mit dem dritten Mischer verbunden ist, zum Entfernen der Fre quenzkomponente der Summe der Signale, die in den dritten Mischer eingegeben wurden.

15. Abwärtswandler nach Anspruch 14, mit einem vierten Filter zum Erzeugen der Kom ponente innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs der Signale von dem Ein gangsanschluß zwischen dem Eingangsanschluß und dem zweiten Mischer.

16. Abwärtswandler nach Anspruch 14 oder 15, mit einem ersten Verstärker zwischen dem ersten Filter und dem zweiten Mischer.

17. Abwärtswandler nach Anspruch 11, mit einem zweiten Verstärker zwischen dem Lei stungsteiler und dem ersten Mischer und einem dritten Verstärker zwischen dem Lei stungsteiler und dem dritten Mischer.

18. Abwärtswandler nach Anspruch 17, mit einem Verzögerungselement zwischen dem Leistungsteiler und dem dritten Verstärker.

19. Abwärtswandler nach Anspruch 17, mit einem Verzögerungselement zwischen dem dritten Verstärker und dem dritten Mischer.

20. Abwärtswandler nach einem der Ansprüche 10-19, bei dem der erste lokale Oszilla tor ein Oszillator mit fester Frequenz und der zweite lokale Oszillator ein Oszillator mit variabler Frequenz ist.