阅读说明：本技术 一种高品质阶梯线性调频连续波（slfmcw）信号产生技术 (High-quality Stepped Linear Frequency Modulation Continuous Wave (SLFMCW) signal generation technology ) 是由 邹谋炎 邹熙 于 2018-06-19 设计创作，主要内容包括：一种高品质阶梯线性调频连续波(SLFMCW)信号产生技术,要点是使用两个交替参照的带频移频率锁定环(FLL),将其进行适当修改来构成产生器。使用两个升频式或两个降频式或一个升频一个降频FLL能构造出频率递增型、递降型、或频率升降混合型的SLFMCW信号产生器。所产生的双路SLFMCW信号,其基准频率等于外输入的稳频频率；步进/步降频率稳定性由过渡带特性稳定的低通或复合低通滤波器来保证。从原理上保证了最低的发射噪声、高频率稳定性和高调制线性。技术适合于微波、太赫兹、光频的宽范围应用,及多波束、单脉冲等多种雷达体制及微波-光学测量仪器设计。说明书描述了一种FLL通用模块和一种SLFMCW通用模块集成片上系统设计方案。(A high quality stepped chirp continuous wave (SLFMCW) signal generation technique is characterized by the use of two alternately referenced band frequency shift Frequency Locked Loops (FLLs) suitably modified to form a generator. The SLFMCW signal generator can be constructed as a frequency up, down, or frequency up-down hybrid using two up-converters or two down-converters or one up-converter and one down-converter FLL. The reference frequency of the generated double-path SLFMCW signal is equal to the frequency stabilization frequency of the external input; step/step down frequency stability is ensured by a low pass or complex low pass filter with stable transition band characteristics. The minimum transmission noise, high frequency stability and high modulation linearity are ensured in principle. The technology is suitable for wide-range application of microwave, terahertz and optical frequency, and design of multiple radar systems such as multi-beam and single pulse and microwave-optical measuring instruments. The specification describes a FLL universal module and an SLFMCW universal module integrated system-on-chip design scheme.)

一种高品质阶梯线性调频连续波(SLFMCW)信号产生技术

技术领域

本发明涉及电子信息领域，提出一种高品质阶梯线性调频信号产生技术。

背景技术

阶梯线性调频连续波(Stepped-Linear Frequency Modulation ContinuousWave，SLFMCW)，也有研究者称为组合FSK和LFMCW(Combination of FSK and LFMCW)，这种信号的产生是雷达、微波-光学测量和电子仪器中的基本技术。与常规的(连续)线性调频连续波(LFMCW)相比，SLFMCW有若干重要的优点。以雷达应用为例，使用单程上升或下降的SLFMCW雷达发射-接收信号有可能区分并提供多个目标的距离和速度信息，而使用单程LFMCW雷达信号则有原理上的困难。对于仪器和测量应用，使用SLFMCW的仪器更容易进行时基和频率标定。由于SLFMCW技术是军用和民用连续波雷达中的基本技术，一直是电子制造业中的关注重点。事实上，近几年围绕汽车自动驾驶用雷达的竞争发展，国内外多家集成电路制造商陆续推出24GHz、77GHz、79GHz的雷达发射-接收芯片组，其核心技术首先就是LFMCW发射信号的产生，而且无例外地，基本技术是产生SLFMCW信号，并在这种技术框架下，如果有必要，则用很小的阶梯去逼近地产生LFMCW信号。

产生SLFMCW信号的现有技术主要有两种。第一种技术方案是先产生出模拟的阶梯线性调制电压波形，用这种波形作为射频-微波压控振荡器(VCO)的控制电压，可以产生出SLFMCW的射频-微波信号。如果VCO的控制电压-频率特性具有良好的线性度，这种模拟调制方法能够产生出可用的SLFMCW信号。模拟调制方法的可用性依赖于许多因素。首先是压控振荡器特性的线性，这直接影响SLFMCW信号的时间-频率线性，而后者对雷达的性能有原理性的影响。应用市场上能够得到的VCO特性只在调频带宽较小时，具有近似良好的线性，这意味着模拟调制方法产生SLFMCW信号只适合于小调制带宽的应用场合。而严重的问题是VCO特性的温度稳定性。典型的VCO芯片在工业温度范围内的频率漂移远远超过应用许可的范围。雷达设计工程师使用温度补偿技术来缓解这个困难，而由于VCO特性的高度分散性，温度补偿技术原则上需要对每个产品单独地实施，这大大提高了雷达制造成本。由于模拟调制技术的以上重要困难，后来推出的SLFMCW产生技术使用一种完全不同的方法：频率综合或锁相环(PLL)方法。该方法的基本方案是将VCO放置在一个PLL电路中，使VCO的振荡频率受到数字式控制并与一个晶振频率发生相位锁定的关联。这样，VCO的振荡频率和频率变化的时间安排都能够用编程的方法进行控制，完全保证产生出的SLFMCW信号达到优良的线性和时基准确性，并且免除了温度漂移的困扰，因为所有频率值的稳定性都由晶振的稳定性来保证。这种方案近乎完美，因此成为近期推出芯片的主流。

然而，人们在使用这些基于PLL方案的雷达发射芯片时发现，这些芯片有一个共同的缺点：发射噪声相当高。其原因在于，PLL电路包含大量的、转换时间各异的数字-脉冲电路，这些电路的状态频繁切换会通过电源耦合和空间耦合方式对其他电路的工作造成干扰，特别表现为对调制电压的干扰，引入调制噪声。这个缺点对雷达应用造成的困难绝非小可，会严重限制雷达可达到的多项技术指标。

本发明旨在提出一种全新的技术用以产生SLFMCW信号，具有PLL方案同等或高度接近的频率准确性、调频线性、和宽温稳定性，又同时具有极低的噪声基底。本技术的使用会对雷达、微波-光学测量和电子仪器的设计方法产生影响，推动这些应用技术的进步。

本发明基于发明人已提出的“一种带频移的频率锁定环(FLL)”(发明专利申请号201711135033.7)【1】，在该技术的基础上进行发展产生出来。按照文献【1】的陈述，一种基本的升频式锁频环(Frequency-Up Frequency Locked Loop，FU-FLL)由以下成分构成：混频器，它接受输入参考信号频率f_r和FLL电路产生的本地频率f_c＞f_r，实现混频，产生并输出差频F_i＝f_c-f_r；频率-电压幅度变换器(Frequency-Amplitude Converter，FAC)，其典型地是一个低通滤波器(LPF)，该滤波器的过渡带特性是本FLL需要的频率-电压幅度变换特性；检波器，它将频率-电压幅度变换器输出的差频信号检波成直流电压；调整放大器，它将检波输出电压转换为压控振荡器的控制电压，在FU-FLL中，调整放大器增益为正；压控振荡器(VCO)，它产生本地频率f_c，并且假定VCO的电压-频率特性虽然是非线性的，但具有单调的正斜率。

FU-FLL中的调整放大器用运算放大器来构成，其输入端除了FLL机制必须的输入端外，还容许添加额外的加性输入。这样，在调整放大器输入端添加一个短时作用的设置电压，只要该脉冲电压有适当的幅度和持续时间，就容易驱动VCO，使其产生的频率f_c超过信号频率f_r。这种条件下能够证明，能够设计出FU-FLL使其在设置电压结束(归零)后的工作状态收敛到一个定点。所说定点是指f_c取固定值的点，在这点上FU-FLL工作状态达到平衡：即VCO输出信号与输入信号混频后经过FLL其余电路变成VCO的控制电压，该控制电压与产生出VCO输出频率对应的控制电压值相等；关于所说定点的一个关联性质是：差频F_i＝f_c-f_r取固定值并落在FAC的过渡带上；如果f_c在f_c＞f_r范围内有所扰动，FLL会调整f_c，使得f_c和F_i收敛到各自的固定值上。在FLL收敛以后，如果f_c缓慢变动或电路部件的增益缓慢变动，FU-FLL会出现反馈调整，使得f_c和F_i发生变化。这时，由于差频F_i落在FAC的过渡带上，只要该过渡带的动态范围能够覆盖和补偿部件增益变动，就能够保持FLL的反馈调整机制，并保持差频F_i始终在FAC的过渡带上。归结地说，设计正常的FLL能够保持输出频率f_c和输入频率f_r之间的频率差F_i取固定值，在电源扰动、增益变动情况下，F_i会发生变动，但其数值能够被限定在FAC的过渡带上。射频-微波-光学收发系统中，f_r很高而F_i很低。只要设计和使用的FAC具有稳定的过渡带频率位置并具有较窄的过渡带宽度ΔF_i，就能够保证F_i具有适当的稳定性。

以下事实对保证F_i的稳定性非常有利：(1)无源滤波器(例如实际应用的LC滤波器)的频率-电压幅度特性对器件容差和温度变化具有低敏感度；(2)设计良好的RC有源滤波器，其频率-电压幅度特性对器件容差和温度变化也有低敏感度；(3)开关电容滤波器的频率-电压幅度特性中过渡带的频率位置决定于外部开关时钟频率，例如使用晶体振荡器作为外部开关时钟，能够保证滤波器过渡带的频率-电压幅度特性稳定。此外，FLL中各个部件增益基本上由无源元件决定，温度敏感度很低。这意味着，在FAC过渡带上出现的电平调整会很小，引起的频率变动会更小。

与FU-FLL相类似的一种基本的FLL称为降频式锁频环(Frequency-DownFrequency Locked Loop，FD-FLL)，其组成成分与FU-FLL的区别仅在于，FD-FLL中的调整放大器具有负的增益；在FD-FLL中的调整放大器输入端附加地输入一个短时作用的设置电压，只要该电压有适当的幅度和持续时间，就容易保证VCO产生的频率f_c低于信号频率f_r，这种条件下能够证明，能够设计出FD-FLL使其在设置电压结束(归零)后的工作状态收敛到一个定点，在该定点上f_c固定并低于信号频率f_r。与FU-FLL相似，在FD-FLL收敛后，差频F_i＝f_c-f_r取固定值并落在FAC的过渡带上；在电源扰动、增益变动情况下，F_i会发生变动，但其数值能够被限定在FAC的过渡带上。

为了适合本发明的应用，需要对文献【1】中的基本FLL做附加的修改。图1示出了一个带设置输入和闭环-输出保持的FU-FLL电路框图，图2是其简化框图。图1中，f_m是输入信号频率，f_out是FU-FLL的输出频率，S是所说的设置输入脉冲电压，H是闭环-输出保持控制输入。电路图3示意了本发明中使用的带修改的FU-FLL典型设置-收敛过程。取设置电压是一个短时作用的正脉冲电压，它作用于调整放大器的加性输入端上，只要设置电压有适当的幅度和时间宽度T_set，必定能够使FU-FLL的输出频率达到高于f_m的某个适当值(有一个较宽松的取值范围，但具体是什么值不紧要)，设置电压结束后，由于FU-FLL闭环反馈机制的作用，会调整输出频率到一个固定值，而差频F落在FAC的过渡带上，也取固定值。闭环-输出保持控制H是一个开关控制信号。在调整放大器中有输出放大器，该输出放大器的输出直接馈送给VCO，作为VCO的控制电压。在所说输出放大器的输入端上设计安排有电位保持电容和开关，使得当所说闭环-输出保持控制H取高电平时，FLL回路闭合，FLL的频率锁定机制发生作用；而当H取低电平时，FLL回路在开关处断开，但电位保持电容的作用，能够继续保持输出放大器的输出电压不变，相应地，VCO输出频率保持不变。取控制信号H高电平的时间宽度T_set-adj足够长，保证FLL完成收敛过程并达到稳定。这时，如果H切换到低电平，FLL断开，VCO将保持回路断开前的频率不变。

图4是本发明的阶梯线性调频连续波(SLFMCW)信号产生器原理方案，该方案由两个带设置输入和闭环-输出保持的FLL组成，在图4中分别用F₁和F₂的框图来标识；如果要求产生递增的SLFMCW信号，则所说两个FLL是两个FU-FLL；如果要求产生递降的SLFMCW信号，则所说两个FLL是两个FD-FLL；如果要求产生升降交替的SLFMCW信号，则所说两个FLL中一个用FU-FLL，另一个用FD-FLL。

本说明书先陈述递增SLFMCW信号的产生方案。这种要求下，图4中的两个FLL，即F₁和F₂标识的框图，分别记为FU-FLL 1和FU-FLL 2。这两个FU-FLL受交替作用的设置信号和闭环-输出保持信号的控制，使得两个FU-FLL交替参照地进行频率调整。图5示出了SLFMCW信号产生器的定时关系和输出频率产生过程，对图5结合电路框图4的工作过程解说如下。

作用于SLFMCW信号产生器有以下6路信号：基准频率f₀和5路控制信号，包括帧同步开关信号S₀、两路交替作用的设置信号S₁和S₂，以及两路交替作用的闭环-输出保持控制信号H₁和H₂。在一个S₀的重复周期内等间隔地交替安排N个闭环-输出保持正脉冲控制信号H₁和N个正脉冲控制信号H₂，只在H₁和H₂取正值的时段T_set-adj内，相应的FLL回路闭环。在FLL闭环时，安排正脉冲的设置信号输入，当设置信号结束(归零)后，FLL进行自主的反馈频率调整。必须安排T_set-adj有适当的时间长度，保证两个FU-FLL的自主反馈频率调整能够收敛到稳定态。在各自的时段T_set-adj以后，H₁或H₂归零，相应的FU-FLL回路开环并进入输出频率保持状态。

SLFMCW信号产生器的工作过程可以从帧同步开关信号S₀取正值开始。该开关信号的作用是为SLFMCW信号产生器接入基准频率f₀，因此S₀取正值的时间长度应不小于T_set-adj，以保证FU-FLL 1在H₁有效(取正值)期间，在S₁和H₁的共同作用下，其输出频率能够收敛到固定值f_1o＝f₀+F₁，而F₁落在FU-FLL 1中FAC的过渡带上。在H₁归零后，f_1o的数值保持不变，直到H₁出现下一个正值。将H₁归零到H₁出现下一个正值的时间间隔记为T_hold。通常可以取S₀正值的时间长度等于T_set-adj，这个时间过程结束后，FU-FLL 1的输入端转换到与FU-FLL 2的输出端连接，整个SLFMCW信号产生器进入FU-FLL 1和FU-FLL 2交替工作的过程。注意到在FU-FLL 1的T_hold时段内，会出现H₂联合S₂对FU-FLL 2的设置-控制过程，而FU-FLL 2的频率调整是以f_1o为参照。类似地，在FU-FLL 2的T_hold时段内，会出现H₁联合S₁对FU-FLL 1的设置-控制过程，而FU-FLL 1的频率调整是以f_2o为参照。这样，在FU-FLL 1的输出端会出现一个阶梯线性调频连续波信号，其频率增长规律为

f_1o：f₁＝f₀+F₁；f₁+F；f₁+2F；f₁+3F；---；f₁+(N-1)F.

其中F＝F₁+F₂。

同时，在FU-FLL 2的输出端会出现一个阶梯线性调频连续波信号，其频率增长规律为

f_2o：f₂＝f₀+F；f₂+F；f₂+2F；f₂+3F；---；f₂+(N-1)F.

当帧同步开关信号S₀重新取正值，以上阶梯线性调频连续波产生过程将重新开始下一个周期。

由输出频率产生过程图可以看出，一个T_hold时段中间含有一个T_set-adj时段，在T_hold时段中排除中间的T_set-adj时段后能够得到两个很干净的时段。将雷达信号利用时隙(也就是雷达发射-接收过程中，用来获得雷达目标信息的时段)限制在这两个干净的时段中，雷达发射和接收都不会受到电路中因设置控制和电路调整可能造成的扰动。因此本发明用以产生SLFMCW信号在原理上能够达到极低的发射噪声以及极低的接收噪声。

一个带设置输入和闭环-输出保持的FD-FLL电路框图与图1所示的FU-FLL电路框图的差别仅在于FD-FLL中的调整放大器整体上具有负的增益，其简化框图如图6所示。

利用两个带设置输入和闭环-输出保持的FD-FLL，能够构造成递降阶梯线性调频连续波信号产生器，其构造框图与图4并无不同，只是图4中的F₁和F₂标识的框图需要替换为FD-FLL 1和FD-FLL 2。而递降SLFMCW信号产生器的定时关系和输出频率产生过程能够用图7来描述。图7中各个符号的含义及过程解说与前面描述的递增SLFMCW信号产生器完全类似。

自然地，可以使用一个FU-FLL和一个FD-FLL构成递增、递降混合SLFMCW信号产生器。图8是混合FU-FLL和FD-FLL的阶梯线性调频连续波信号产生器原理方案，图9示例了混合FU-FLL和FD-FLL的阶梯线性调频连续波信号产生器的典型定时关系和输出频率产生过程。对图9中各个符号的含义及过程解说与前面描述的递增SLFMCW信号产生器完全类似。有研究表明，混合SLFMCW信号用于连续波雷达更有利于对多目标的相互区分。

FU-FLL或FD-FLL的设置-收敛过程都由设置过程和FLL闭环收敛过程两个阶段构成。所说设置过程是指外输入的设置脉冲电压使VCO输出信号频率高于参考频率(对FU-FLL)或低于参考频率(对FD-FLL)的过程。由于VCO通常具有较高的调制带宽，意味着对设置输入的响应很快。为了获得尽量短的设置时间，应该使用快速响应的调整放大器。

FLL的闭环收敛过程一般说是一个非线性闭环系统的收敛过程，其非线性的主要起因在于VCO的电压-频率控制特性的非线性性质。另一方面，实际VCO特性虽然是非线性的，但有单调的正斜率；当控制电压在小范围内变动时，VCO的电压-频率特性是近似线性的。因此，对FLL闭环收敛过程可以用线性分析来近似。影响闭环收敛过程快慢的主要因索包括：1)FAC-检波器的合成响应速度，其可以用FAC输入频率变化，造成检波输出直流电平变化并达到稳态的时间长度来度量；2)调整放大器的响应速度。在FLL中使用宽带运算放大器作调整放大器，能够使其对闭环响应速度的影响变得很小。所述两种因素中，检波器响应速度通常占主导因素。由于被检波的信号频率是差频F，检波器所必要滤波平滑电路时间常数需要根据F的高低来选取，并且需要在滤波平滑效果和检波响应速度之间进行折中。

FAC在FLL中具有原理的重要性。典型地，各种类型的巴特沃斯低通滤波器可以用作FAC，如LC低通滤波器，RC有源低通滤波器，开关电容低通滤波器等。既然这种类型的FAC是用低通滤波器的过渡带特性来实现，在低通滤波器基础上附加带通滤波器构成复合型低通滤波器有重要优点：可以使用例如晶体滤波器的上边过渡带频率特性作为FAC需要的特性。这种情况下，使用一个LC或RC有源低通滤波器去弥补并覆盖晶体滤波器的下边过渡带特性，使复合滤波器成为一个低通滤波器。图10a)示意了使用一个带通滤波器和一个低通滤波器并联形成复合低通滤波器的电路方案；图10b)示意了复合低通滤波器频率特性的拼接方法，该图中1是低通滤波器特性，2是带通滤波器特性，3是复合低通滤波器的频率特性。质量良好的晶体带通滤波器，其频率特性具有优秀的温度稳定性，用其作为复合滤波器中的带通滤波器，能够保证复合低通滤波器具有温度稳定的过渡带特性。所说复合低通滤波器的构造方法使得温度稳定性良好的各种带通滤波器都可以用来构造FLL中的FAC，例如晶体滤波器、介质滤波器、机械滤波器、腔体滤波器等。

使用开关电容低通滤波器足达到FAC具有温度稳定性的另一种方法。这是因为开关电容低通滤波的频率特性是由电路中的集成无源器件(各个电容)和开关频率决定，只要开关频率使用晶体稳定频率，开关电容低通滤波器的频率特性具有高稳定性。使用开关电容低通滤波器的另一个优点是，其滤波器特性的过渡带频率位置正比于开关频率。意味着很容易构造出过渡带频率位置可调整的低通滤波器。

从原理上说，FAC和检波结合起来构成频率-电压转换器。因此，使用其他的频率-电压转换器是可能的，并不违反本发明中关于FLL闭环反馈达到收敛的基本原理。然而重要问题是，本发明中对其频率-电压转换特性有特定的要求：(1)其频率-电压转换特性是非线性、单调的，具有非正斜率；(2)在一个指定的窄频率范围内，频率-电压特性具有高变化率和较大的电压动态范围；而在指定的窄频率范围外，只要求频率-电压特性具有单调性，其斜率非正。这意味着，常规的频率-电压比例转换器对本发明不完全适用：难以达到将差频控制在很窄的频率范围内，并以高的调整灵敏度来达到对差频的控制，而这对于保证差频的稳定性是紧要的。

以下事实说明本发明的工业适用性。

将本发明技术用于产生阶梯线性调频连续波信号具有以下优点：

(1)本技术适合于从低频到微波频率，再到光学频率的全频率范围，在原理上受到的技术限制仅仅是压控振荡器和混频器容许的工作频率范围。特别是，随着雷达工作频率越来越高，例如进入太赫兹范围，使用PLL技术产生适当功率的FMCW信号会变得越来越困难，而本发明的优越性会越来越明显。

(2)将雷达信号利用时隙(也就是雷达发射-接收过程中，用来获得雷达目标信息的时段)限制在FLL设置-收敛过程以外，能够保证雷达发射和接收信号免除电路中状态转换的干扰，保证发射和接收信号都很干净。

(3)本发明的技术从原理上保证了阶梯步进/步降频率决定于FLL闭环收敛后在FAC过渡带上所取的同定频率值，不受VCO电压-频率特性的非线性的影响。因此，使用本发明的技术产生SLFMCW信号具有高的频率准确性、调频线性、和宽温稳定性；同时可以达到的调制带宽只受限于VCO电压-频率特性的正常工作范围，而不是近似线性范围。例如典型的24GHz VCO芯片使用模拟调制方法，为保证适当良好的调制线性度，可使用的调制带宽大致只有300MHz以内；而用本发明的技术，为保证良好的调制线性度，调制带宽有可能达到1GHz。对于77GHz雷达设计，本发明的效能是类似的。

(4)具体地，对79GHz车载雷达应用，利用本发明的技术达到4GHz的调制带宽，同时保证输出的SLFMCW信号具有高的频率准确性、调频线性、和宽温稳定性，变得可行。

(5)可以同时获得两路交错步定时和交错步进/步降频率的阶梯线性调频连续波信号，在雷达信号利用时隙内，两路发射信号频率的配置方案可以有多种选择，为雷达系统设计，例如多波束、单脉冲体制的设计，提供了灵活性。

(6)由于本发明的方案能够产生出很干净的SLFMCW，并目能够得到两路灵活配置的SLFMCW，用于微波-光学频谱测量仪器时能够产生出两组干净的频率谱线，并且两组频率谱线之间的谱线距离能够以极小的频率尺度进行标度和测量。

(7)本发明方案具有模块化结构，容易进行不同规模的片上系统(SOC)设计。

附图概述

图1 一个带设置输入和闭环-输出保持的FU-FLL电路框图。

图2 带设置输入和闭环-输出保持的FU-FLL简化框图。

图3 FU-FLL的设置-收敛过程。

图4 阶梯线性调频连续波(SLFMCW)信号产生器原理方案。

图5 SLFMCW信号产生器的定时关系和输出频率产生过程。

图6 带设置输入和闭环-输出保持的FD-FLL简化框图。

图7 递降SLFMCW信号产生器的定时关系和输出频率产生过程。

图8 混合FU-FLL和FD-FLL的阶梯线性调频连续波信号产生器原理方案。

图9 混合FU-FLL和FD-FLL的阶梯线性调频连续波信号产生器的典型定时关系和输出频率产生过程。

图10 a)使用一个带通滤波器和一个低通滤波器并联形成复合低通滤波器。

b)复合低通滤波器频率特性的拼接方法示意图。

图11 (a)一个通用的FLL电路方案，虚线框内称为FLL集成通用模块(FLL-Module)；

(b)FLL集成通用模块的简化框图。

图12 高品质阶梯线性调频信号产生的一种电路方案，其中虚线框内是阶梯线性调频集成通用模块(SLFM-Module)。

本发明的实施方式

本发明适合于集成电路实现。为了达到一个规范化和产品化的片上系统(SOC)设计方案，应该将FU-FLL和FD-FLL统一到一个集成电路设计中。

从集成电路设计的角度，FU-FLL和FD-FLL的主要差别在于调整放大器增益为正或为负，以及由此带来的电路设计差别。例如将调整放大器设计成输入级、中间级、保持+输出级的级联形式，对中间级使用增益可正负切换设计，就能够实现FU-FLL和FD-FLL用同一个集成模块外加FU-FLL和FD-FLL设置控制的形式。

此外，FAC的过渡带也就是低通滤波器的过渡带频率位置能够设计成可调整型。在滤波器设计领域已经积累了多种方法能够用来改变或调整低通滤波器过渡带的频率位置。实际应用中，过渡带的频率位置取几个典型值通常能够满足一大类应用需求。因此，过渡带可调整的低通滤波器集成电路能够设计成数字可设置形式。例如在集成电路设计中使用两个二进制外部控制端，让这两个控制端口从片外接低电位(0)或高电位(1)，能够将滤波器过渡带的频率位置设置为2²＝4个不同值。如果使用开关电容低通滤波器，改变开关电容的控制频率就能够改变其过渡带的频率位置。

根据上述考虑，FU-FLL和FD-FLL的确能够设计在同一个电路模块上，只是需要外加设置控制。同时考虑到FAC过渡带频率位置可设计成外部设置的形式，一种通用的FLL电路方案由两部分组成：其一是压控振荡器，其二称为FLL集成通用模块(FLL-Module)；所说FLL-Module包括了带设置输入和闭环-输出保持的FU-FLL和FD-FLL两种电路中除VCO外的全部成分，并具有以下功能：(1)接受片外输入的U/D设置控制(典型地，0或1二值控制)，其能够将FLL设置为FU-FLL或FD-FLL两种工作模式之一；(2)接受片外输入的F-Set信号，设置FAC的过渡带频率位置；决定于实现FAC的低通滤波器的设计方案，F-Set信号可以是一位或多位的二进制数码电位，并由集成电路引出的端子从外部接低电位或接高电位来产生；如果FAC使用开关电容低通滤波器，F-Set信号可以是外输入的该滤波器开关频率信号。图11(a)示出了一种通用的FLL电路方案，其中虚线方框表示该方案中包含的FLL-Module，而图11(b)是所说FLL-Module的简化框图。所说FLL-Module中，U/D是一位设置控制输入，用来将片内电路设置成FU-FLL或FD-FLL这两种工作模式之一；F-Set用来设置FAC的过渡带频率位置，也就是用来设置差频F。

利用本发明提出的FLL-Module设计，能够方便地构造出本发明的高品质阶梯线性调频信号产生的一种电路方案，如图12所示。所说高品质阶梯线性调频信号产生的一种电路方案由以下成分组成：一个基准频率产生器102，它产生出基准频率f₀(103)；两个压控振荡器VCO1(121)和VCO2(122)，它们的输出信号频率分别是f_1O(117)和f_2O(120)；两个FLL-Module 113和115，一个同步定时模块114，和一个开关模块104：所说两个FLL集成通用模块113和115分别接受各自的U/D设置控制和F-Set设置控制，能够按应用需要选择FU-FLL或FD-FLL工作模式，以及设置各自的差频F₁和F₂；两个FLL-Module的设置输入和闭环-输出保持控制信号包括：交替作用的设置信号S₁和S₂，以及两路交替作用的闭环-输出保持控制信号H₁和H₂，连同帧同步开关信号S₀，共5路信号一起由同步定时单元114来产生，该定时单元的时钟频率由片外给定，时钟信号为S_CLK；开关模块104接受开关信号S₀的控制，只当S₀＝1时，模块113的输入连接到基准频率f₀(103)；当S₀＝0时，模块113的输入连接到VCO2的输出120；而模块115的输入固定地连接到VCO1的输出117。可以看出，图12的电路方案涵盖了FU-FLL和FD-FLL的各种可能的组合，考虑了各种差频的选择，具有高度的通用性。

图12中，虚线框内部分105特别适合于集成为一个芯片，该部分称为阶梯线性调频集成通用模块(SLFM-Module)，具体地，该模块由两个FLL-Module、一个同步定时模块、和一个开关电路组成。阶梯线性调频集成通用模块的输入端子/信号有：两个U/D设置控制U/D1(107)和U/D2(111)；两个F-Set设置控制F-Set1(106)和F-Set2(112)；两个输入频率端子120和117；一个基准频率输入端子f₀(103)；而该模块的输出端子/信号有：两个压控振荡器控制电压V_C1(119)和V_C2(118)；两个输出频率端子f_1O(117)和f_2O(101)；两个交替作用的闭环-输出保持控制信号H₁(108)和H₂(110)；一个帧同步开关信号S₀(116)。这些信号中，信号H₁、H₂(110)和S₀用作雷达信号传输/处理需要的字同步和数据帧同步；而外时钟输入信号S_CLK可以是正弦波信号或数字脉冲信号，其重复频率应适当高，使得各个控制信号S₁、S₂、H₁、H₂和S₀容易使用脉冲电路技术产生出来。

无疑，将本发明的技术用于产品设计时，图12所示的高品质阶梯线性调频信号产生的一种电路方案可以作为更大尺度片上系统(SOC)中的一个模块。以汽车自动驾驶需要的长距离雷达设计为例，阶梯线性调频信号产生电路方案设计如果和雷达系统设计关联起来，有可能达到系统级的最优化设计。这种情况下，与阶梯线性调频信号产生电路方案设计直接关联的系统设计问题包括雷达系统定时、数据A/D采样、和DSP数据处理的实时安排等。

阶梯线性调频信号产生电路方案设计的一个数值例子如下。取T_set＝1us，T_adj＝15us，T_set-adj＝16us，T_hold＝32us，T_CLK＝0.25us；取H-信号(H₁和H₂)周期T_H＝48us(F_H＝20.833kHz，这是雷达系统的数据采样率)。由阶梯线性调频信号产生过程图(例如图5)可以看出，在一个H-信号周期48us内有两个雷达信号利用时隙，每时隙长8us。如果用周期为T_CLK＝0.25us的位同步信号进行数字采样，则在8us时隙内有32个数字位时隙，能够得到一个可靠的16位二进制数。基于这些数据，使用市场上能得到的常规芯片就能够设计和实现本发明提出的高品质阶梯线性调频信号产生电路，该电路可以进一步作为片上系统设计的参照。同时，这些数据可以作为整体雷达系统设计参数，进一步推演雷达系统的定时设计，包括ADC采样定时和DSP数据输入、数据处理、数据输出的同步/异步定时。