專利名稱：用于設計和使用工作在調制域的模擬電路的系統和方法
技術領域：
本發明涉及模擬計算電路，更具體地說，本發明涉及用于設計和使用工作在調制域中的模擬電路的電路和方法。
背景技術：
儀器系統有時候需要產生是兩個其他信號的比值的時變信號。這或者可以用模擬除法器計算電路來完成，或者可以通過將所述的兩個輸入信號數字化并用數字計算來完成，通常稱為數字信號處理(DSP)。由于施加在處理器上的計算負載很大，數字技術被限制在相對較低的頻率。雖然模擬除法可能具有更大的帶寬，但是難以用傳統的技術實現。
圖5示出了一種使用對數來執行除法的常用電路和方法。該電路是基于一個數學特性，即商的對數等于被除數的對數和除數的對數之間的差。
如圖5所示，電路50的輸入信號n(t)和d(t)中的每一個都需要分別通過對數函數模塊501和502。輸入信號的對數被模塊503相減，并且結果被送到反對數(取冪)模塊504。非線性電路50的精確度依賴于實現對數(501，502)函數和反對數(504)函數的精確度。如果所涉及的信號具有較大的動態范圍，則計算模塊中的晶體管必須在很大電流范圍內工作。這增加了獲得精確非線性函數的困難。而且，如果電流比較小，則帶寬易受損失。這種類型電路的設計等式都高度依賴于溫度，這使得漂移成為問題。很難用所述模擬電路獲得低噪聲基底(floor)。
另一種常用的電路和方法是如圖6所示出的電路60，在一個伺服環路的反饋路徑中使用一個乘法器，如乘法器602。該電路具有這樣的效果，即當乘法器的輸出被反饋到減法器601時，可用該乘法器實現除法。這樣的電路是一個逆乘法器模擬除法器。乘法器602通常構造為Gilbert乘法器。關于這個電路有兩個主要的實際困難。第一，除法器的精確度不可能比乘法器的精確度好。雖然Gilbert乘法器某種程度上比圖5中的對數電路容易構造，但是它仍然有線性度、動態范圍和噪聲方面的問題。第二，該電路的精確度還受伺服環路中誤差的影響。伺服放大器603的缺陷可能會導致環路跟蹤誤差，如圖6中的ε所標注的。而且，環路增益根據被除的信號的特性而變化。這使得環路設計變得困難并且環路動態不可預測。
圖7示出了一個Armstrong相位調制器70，其中正弦波載波發生器701經由放大器705(增益-1)驅動乘法器703，該乘法器703被用作雙邊帶抑制載波(DSB-SC) (平衡)調制器。除了載波被抑制之外，DSB-SC信號和傳統的調幅信號是一樣的。調制輸入端口710驅動乘法器703的另一個輸入。乘法器703的輸出是DSB-SC信號。該DSB-SC信號驅動加法器704的一個輸入。該加法器的另一個輸入是被移相器702移相90°的載波信號。加法器704的輸出711是一個相位調制信號。調制指數跟所述的DSB-SC信號幅度與注入的載波幅度的比值成比例。調制指數定義為以弧度表示的峰值相位偏移。
為了合適的操作，最大調制指數必須在“小角度近似”形式內，其中相位調制可以看作是線性處理。這也被稱為窄帶相位調制(NBPM)。一般地說，相位調制(角度調制的一種)是非線性處理。依賴于能夠接受的調制誤差量，NBPM的調制指數的極限是大約0.5。例如，如果調制指數限制到0.45，則音頻調制的諧波失真小于5％。

發明內容
本發明涉及一種用于在調制域中執行模擬除法的系統和方法。在本發明的一個實施例中，正弦波載波被輸入信號中的一個所調制，而余弦波載波被輸入信號中的另一個所調制。這些經過調制的信號相加到一起得到一個調制信號，該調制信號具有跟第一輸入信號和第二輸入信號的幅度的比值成比例的相位調制指數。然后所述信號被相位解調。得到的基帶信號跟所述第一信號與所述第二信號的比值成比例。
前面已經相當廣泛地概述了本發明的特征和技術優點，目的是使后面本發明的細節描述可以被更好地理解。本發明的更多特征和優點將在下面描述，這些特征和優點構成本發明的各個權利要求的主題。本領域的技術人員應該認識到，本發明所公開的概念和具體的實施例可以作為修改或設計其他結構的基礎，以實現與本發明相同的目的。本領域的技術人員還應該意識到，這樣的等同構造并沒有脫離如本發明的各權利要求所描述的本發明的范圍和精神。參考附圖和下面的描述，被認為是本發明特點的新穎特征(與它的組織和操作方法都有關)，連同其它目標和優點都將被更好的理解。然而應該清楚地理解到，每幅圖僅僅用于說明和描述本發明的目的，并不是有意作為對本發明的限制。


為了更完整地理解本發明，結合附圖參考下面的描述，在附圖中圖1示出了調制域模擬除法器的一個實施例；圖2示出了使用I/Q調制的一個可選實施例；圖3示出了使用具有笛卡爾格式輸入的通用向量調制器的一個可選實施例；圖4A、圖4B和圖4C示出了可選的電路構造，其中輸出或者輸入在調制域中操作；圖5示出了一個現有技術的對數模擬除法器；圖6示出了一個現有技術的逆乘法器模擬除法器；和圖7示出了一個現有技術的Armstrong相位調制器。
具體實施例方式
如圖1中所示的電路10示出一個實施例，在該實施例中Armstrong相位調制器例如Armstrong相位調制器70(如圖7中所示和上面所討論的)被修改了，以斷開90°移相器702和加法器704之間的載波注入路徑。在所述的路徑中插入一個幅度調制器，例如乘法器101。除數信號d(t)驅動幅度調制器101的調制端口。幅度調制器101控制注入加法器704的載波信號量。同時，被除數輸入信號n(t)驅動DSB-SC調制器的調制端口710。從DSB-SC調制器(如上面所討論的)輸出的DSB-SC載波信號和來自電路101的注入的幅度調制載波信號在加法器704中合并，在修改了的Armstrong相位調制器的輸出110處產生一個相位調制信號。此信號的相位調制指數跟被除數信號與除數信號的比值成比例。因而，在調制域完成了被除數信號和除數信號的除法。
在修改了的Armstrong相位調制器的輸出端的信號也被除數信號所幅度調制。這與正常操作的沒有輸出幅度調制的傳統的Armstrong相位調制器不同。限幅器102在不影響相位調制的情況下去除伴隨的幅度調制。限幅器102的輸出驅動一個相位解調器，該相位解調器由其后跟隨低通濾波器105的乘法器104組成。乘法器104的另一個端口從載波源701(通過增益為2的放大器103)被驅動。低通濾波器105去除在載波的第二諧波附近的假信號。低通濾波器105的輸出111由還原的調制組成；換而言之，也就是作為基帶信號的所需的商。
和傳統Armstrong調制器中調制指數小于1/2的限制相類似，這種情況下的限制是商要小于1/2。應該理解到，在由一組給定的輸入信號可能產生大于1/2的商的情況下，被除數信號可以在處理之前以適當的因子而被衰減(或者除數信號被增大)，并且在處理之后以相同的因子被放大(衰減)。這些調整可以在電路703(和/或電路101)中進行，或者可以在其外部進行。
應該理解到，示出乘法器703、101和104僅僅是為了說明目的，并且DSB-SC調制器、幅度調制器和相位解調器中的每一個除了如乘法器之外可以用多種方法來實現。在優選實施例中，這種功能將由使用開關和無源元件的頻率合成器來實現。而且，應該理解到，有多種本領域技術人員所知的Armstrong調制器的實現，假如這些方式符合上面討論的概念，則其中的任何實現都可以使用。而且，如果需要，幅度調制器可以通過壓控衰減或放大來實現。應該理解到，如果相位探測器對于幅度調制內在不敏感或者結合解調執行限制功能，則限幅器102可以是不必要的。例如，如果乘法器104實際上對幅度調制內在不敏感，則所述的電路不需要限幅器102。
在電路10中，兩個乘法器(703，101)、加法器704和90°移相器702的組合構成了通常所指的“I/Q調制器”，該調制器是具有笛卡爾格式輸入的向量調制器。軸標記為“I”和“Q”，意思是同相和正交。
圖2示出了圖1的一個替換的描述，示出了I/Q調制器20，其中被除數輸入被送到Q輸入21，除數輸入被送到I輸入22。載波源輸入到達LO輸入23。這個電路如關于圖1討論的那樣運轉。注意，盡管沒有示出，移相信號仍然可以從外部施加。
圖3示出了通用I/Q調制器30并且其中討論的概念可以使用任何形式的笛卡爾向量調制的實現來實施，而無論它們的內部是如何構造的。被除數輸入是Q輸入并且到達端31，除數輸入是I輸入并且到達端32。載波源到達LO端33。此電路也如關于圖1討論的那樣工作。而且，限幅器/相位解調器可以有不限于示出的乘法器構造的任何實現。例如，后跟一個積分器的鑒頻器就可以。而且，向量調制器的I輸入和Q輸入可以互換，盡管這可能需要在到解調器的LO連接處插入一個90°移相。
雖然討論集中于在調制域中處理中的基帶輸入和輸出信號，但是應該理解到，也可以將任何或者所有端口轉換為調制域端口，如圖4A所示，其中通過將相位調制器如圖2中的乘法器104旁路，而在相位調制域獲得商輸出。在圖4B中，通過將幅度調制器如圖2中的乘法器101旁路，并且將除數輸入(在調制域中)輸入到移相器如移相器702中，而從幅度調制域引入除數輸入。在圖4C中，通過旁路乘法器如圖2中的乘法器703，并且使用由被除數信號相位調制的正弦波作為加法器如加法器704的載波輸入，而從相位調制域引入被除數輸入。
雖然已經詳細地描述了本發明及其優點，但是應該理解到，仍然可以在不脫離本發明的各權利要求所定義的精神和范圍內做出各種變化、替代和改動。而且，本申請的范圍并不局限于本說明書所描述的特定的物質、裝置、方法和步驟的處理、機械、制造、復合的實施例。如同本領域的技術人員能從本發明公開的內容中所理解到的那樣，與這里描述的實施例具有相同功能或者獲得相同效果的那些物質、裝置、方法和步驟的處理、機械、制造、復合可以根據本發明而做出。因而，本發明的各權利要求有意包括那些物質、裝置、方法和步驟的處理、機械、制造、復合。
本發明與下列當前已遞交、都在處理中并共同轉讓的題為“SYSTEMS AND METHODS FOR CORRECTING GAIN ERROR DUE TOTRANSITION DENSITY VARIATION IN CLOCK RECOVERYSYSTEMS”美國專利申請No.XX/XXX，XXX(律師案卷No.10020790-1)、題為“PHASE LOCKED LOOP DEMODULATOR ANDDEMODULATION METHOD USING FEED-FORWARD TRACKINGERROR COMPENSATION”的美國專利申請No.XX/XXX，XXX(律師案卷No.10021025-1)以及題為“SYSTEMS AND METHODS FORCORRECTING PHASE LOCKED LOOP TRACKING ERROR USING FEED-FORWARD PHASE MODULATION”的美國專利申請No.XX/XXX，XXX(律師案卷No.100021027-1)有關，上述申請所公開的內容在此都通過引用而被包含在本發明中。
權利要求
1.一種用于提供一個輸出信號的電路，所述的輸出信號是兩個輸入信號的比值，所述的電路包括用于提供具有跟一個輸入信號和另一個輸入信號的比值成比例的相位調制指數的第一信號的裝置。
2.如權利要求1所述的電路，還包括用于相位解調所述的信號以提供一個輸出信號作為基帶信號的裝置。
3.如權利要求2所述的電路，其中所述提供裝置是一個被修改了以使其調制靈敏度可控的Armstrong相位調制器。
4.如權利要求2所述的電路，其中，所述第一信號可以包括幅度調制，并且其中所述電路還包括用于從所述第一信號中去除任何所述幅度調制的裝置。
5.如權利要求4所述的電路，其中所述去除裝置是一個插入到所述相位解調裝置之前的限幅器。
6.如權利要求1所述的電路，其中所述提供裝置包括一個具有笛卡爾輸入的向量調制器。
7.如權利要求1所述的電路，其中，所述提供裝置包括一個I/Q調制器，其中Q輸入接收被除數輸入信號，并且，其中I輸入接收除數輸入而LO輸入接收載波源輸入。
8.如權利要求1所述的電路，其中所述提供裝置包括一個I/Q調制器，其中I輸入接收被除數輸入信號，Q輸入接收除數輸入，而LO輸入接收載波源輸入。
9.如權利要求1所述的電路，其中，所述相位解調裝置接收所述第一信號作為一個輸入，并接收一個未移相的放大的載波信號作為第二輸入。
10.如權利要求9所述的電路，其中所述相位解調器裝置是一個乘法器。
11.如權利要求10所述的電路，其中，所述乘法器被低通濾波。
12.一種用于將第一模擬信號除以第二模擬信號的電路，所述電路包括用于接受所述第一模擬信號和用于接受一個正弦波載波信號的雙邊帶抑制載波調制器；用于接受所述第二模擬信號和用于接受一個移相的載波信號的幅度調制器；將所述雙邊帶抑制載波調制器的輸出和所述幅度調制器的輸出相加的加法器；和用于接受所述載波信號和用于接受所述加法器的輸出的相位解調器，所述相位解調器提供所述第一信號除以所述第二信號所得到的信號作為輸出。
13.如權利要求12所述的電路，其中，所述雙邊帶抑制載波調制器、所述幅度調制器和所述相位調制器中的至少一個是乘法器電路。
14.如權利要求12所述的電路，還包括用于在所述加法器的輸出被提供給所述相位調制器之前接受該輸出的限幅器。
15.一種處理一對輸入信號的方法，所述的方法包括將由被正弦波載波調制的所述輸入信號中的第一個信號組成的第一信號，和由被余弦波載波調制的所述輸入信號中的所述第二個信號組成的第二信號相加；和相位解調所述相加在一起的信號的輸出。
16.如權利要求15所述的方法，還包括在所述相加步驟之后去除所述幅度調制。
17.一種處理一對輸入信號的方法，所述的方法包括用所述輸入信號的第一信號調制載波信號；用所述輸入信號的第二信號調制被移相的載波信號；將所述第一調制信號和所述第二調制信號相加到一起；和相位解調所述相加步驟的輸出。
18.如權利要求17所述的方法，還包括去除來自所述相加步驟的幅度調制。
19.一種用于處理輸入信號的電路；所述電路包括第一乘法器，具有用于接受所述輸入信號中的一個信號的一個輸入和用于接受正弦波載波信號的第二輸入；第二乘法器，具有用于接受所述輸入信號的第二信號的一個輸入和用于接受從所述的正弦波載波移相而得到的信號的第二輸入；用于將所述乘法器的輸出相加以提供相加輸出信號的加法器；第三乘法器，具有用于接受所述相加輸出信號的一個輸入和用于接受所述正弦波載波信號的第二輸入，以提供一個輸出信號，所述輸出信號是所述第一信號被所述第二信號除而得到的商。
20.如權利要求19所述的電路，還包括用于去除所述相加輸出信號中的至少一部分幅度調制的限幅器。
21.一種處理一對輸入信號的方法，所述方法包括用所述輸入信號中的第一信號來調制載波信號；對調制域第二輸入信號進行移相；和將所述第一輸入調制信號和所述移相的第二輸入信號相加在一起，以提供一個商輸出信號作為調制輸出信號。
22.如權利要求21所述的方法，還包括相位解調所述商輸出信號。
23.如權利要求21所述的方法，還包括從所述商輸出信號中去除任何幅度調制。
24.如權利要求21所述的方法，還包括從所述商輸出信號中過濾掉特定的頻率。
25.一種處理一對輸入信號的方法，所述的方法包括向一個加法器提供一個調制域輸入信號；用所述輸入信號中的第二信號來調制被移相的載波信號，并且向所述加法器提供所述被調制的信號，以提供一個商輸出信號作為調制信號。
26.如權利要求25所述的方法，還包括相位解調所述被調制的商輸出信號。
27.如權利要求25所述的方法，還包括從所述商輸出信號中去除任何幅度調制。
全文摘要
本發明公開了一種工作于調制域以產生具有相位調制的信號的計算電路，所述的相位調制跟被除數(分子)信號與除數(分母)信號的比值成比例。在一個實施例中，相位調制信號被相位解調器解調以產生基帶商信號。除數信號通過改變載波注入電平來維持對調制器的調制增益的反比例控制，與傳統的模擬計算技術相比能得到更高的帶寬和精確度，以及更低的漂移和偏置。在一個實施例中，即使除法函數是非線性函數，所述的電路也包含所有的線性元件。所述的電路和方法工作于輸入信號是模擬信號，或者輸入信號的一個或兩個是在調制域中的情況。
文檔編號G06F7/52GK1510561SQ0315679
公開日2004年7月7日 申請日期2003年9月12日 優先權日2002年12月23日
發明者理查德·K·卡爾奎斯特, 理查德 K 卡爾奎斯特 申請人:安捷倫科技有限公司