[发明专利]利用相位同步本地载波产生多点信号的方法和系统

说明书

技术领域

本发明的实施例总体上涉及模拟和数字信号分配/同步方法和系统，尤其涉及相干系统中在分配点实现载波相位/频率同步的调制信号的分配。 

背景技术

用于通信、计算、数据处理、军事和其它应用的许多模拟和数字系统及子系统(下面统称为“相干系统”)被设计成同步工作。典型的相干系统包括能够产生和传送信号的子系统，比如电子、电气、机械、光学或声纳子系统。电子相干系统的一个例子是存在于现代数字系统或子系统中的大批逻辑门。这些逻辑门按照由适当产生或分配的时钟信号提供的绝对时钟节拍来开关。一般来说，本地时钟信号分配自主时钟源。为了降低系统级EMI(电磁干扰)，有时用低频信号或噪声调制该时钟信号。例如，在VLSI系统中常常使用这种技术。在这种情况下，分配的“时钟”信号是相位调制载波，所述相位调制载波是非周期性的，尽管在短时间间隔内具有近似周期的形状。分配网络必须保证准确的载波同步，以致所有逻辑每个时钟节拍都被正确计时，即使在相当长的一段时间内，时钟信号的相位都在平均绝对值左右。 

除了数字应用之外，还存在许多要求调制信号的时间同步的模拟、RF和混合信号系统。例如，有源阵列，比如相控阵雷达或电控天线依赖于RF信号的精确载波相位调整。这些调制信号的分配原理上与数字系统中的时钟分配相似。 

典型的具有相控对准输出的信号分配网络是利用树型拓扑分级建立的，所述树型拓扑始于与树干连接的主发生器，树枝附接在树干上，之后是其它树枝等，直到在树顶到达最终的信号传递点为止。如 果对所使用的载频来说，分配网络在电学上较小，即，如果与载波周期相比，从发生器到任意最终传递点的信号传播时间较小，那么如上所述的无任何附加约束的树形网络就足够了。不过，在多数现代应用中，载频如此之高(例如，数量级为GHz)，以致即使小型化的系统，比如完全集成的电路在电学上也不小。这种情况下，提供精确同步的分配网络的设计变得极具挑战性。 

电学上大型的系统中的信号分配的一种已知方法以“相等飞行时间”原理为基础。分配网络被设计成以致信号从主发生器传播到位于树顶的所有传递点所需的时间是恒定不变的。RF联合馈电网络或VLSI H-树计时网络是实现该原理的典型例子。这种方法是事实上的主力信号分配/同步方法，但是存在大量文件证明的实际限制：严格的几何约束，能耗高，对噪声灵敏，和对称为时滞(skew)的定时误差灵敏。通常，为了遏制这些缺陷，要采用费用高的附加技术。就有源分配树，比如用于VLSI计时的有源分配树来说，很难获得在高于几GHz的频率下的操作。最近，受功率耗散、噪声和成本方面的理论性能改善推动，提出了通过波导的串行时钟分配。例如，参见Wayne DGrover“Method and Apparatus for Clock Distribution and forDistributed Clock Synchronization”美国专利No.5361277，1994年11月1日；Michael Farmwald和Mark Horowitz，“Apparatus forSynchronously Generating Clock signals in a Data ProcessingSystem”美国专利No.5243703，1993年9月7日；Charles D.Miller“Signals Distribution System”美国专利No.5712882，1998年1月27日；NARO，A Proposal for a Very Large Array Radio Telescope，Vol.II，National Radio Astronomy Observatory，Green Bank，WestVirginia，Ch.14，1967；Richard R Goulette，“Technique forDistributing Common Phase Clock Signals”美国专利No.6531358B1，2003年5月13日；和V.Prodanov和M.Banu“GHz Serial Passive ClockDistribution in VLSI Using Bidirectional Signaling”，Proceedings，2006 IEEE Custom Integrated Circuits Conference。通过计算沿相反方向传播的两个信号的时间平均值，减轻由于串行传输而引起的固有的时滞累积。这种技术的主要基本缺陷是a)波导的总长度较大，可能导致信号损耗和分散，和b)已知的时间平均电路的实际精度有限。另外，这些方法被预定用于周期性的未调制信号的分配。