在高精度長期頻率/定時測量中的噪聲抑制技術制造技術

一種頻率/定時測量儀器包括具有參考源輸出端子的參考源。至少一個目標源具有目標源輸出端子。所述至少一個目標源通信地耦合到該參考源。頻率定時測量塊具有電耦合到該參考源輸出端子的第一輸入端子、電耦合到該目標源輸出端子的第二輸入端子、以及至少一個輸出端子。頻率定時測量塊被配置成執行噪聲成形技術以減少可歸因于在該參考源和目標源之間相關的相位噪聲的測量誤差，并在所述至少一個輸出端子處提供減少的相關噪聲測量。也說明了抑制相關噪聲的方法。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術一般涉及噪聲抑制技術，尤其是涉及使用相關的噪聲抑制技術。
技術介紹
高精度長期頻率/定時測量技術在工程應用中例如在通信、電子和傳感器系統的領域中具有至關重要的作用。在范圍從測量技術到頻率標準的應用中，精度常常受到低頻偏移相位噪聲的限制。這種噪聲可以部分地歸因于“有色噪聲” ("colored noise")，即作為頻率的函數而變化的噪聲，例如Ι/f3噪聲。有色噪聲在高頻測量中可以由低頻噪聲的上變頻引起。例如，閃變效應噪聲可以出現在頻率/定時塊的基頻和諧波頻率處。由于有色噪聲在鄰近的測量樣本之間呈現高相關性，不能對它采用傳統的樣本平均方法進行抑制。高精度長期頻率/定時測量技術在現代生物傳感器中例如在磁生物傳感器應用中是非常重要的。以便攜式微陣列形式的磁生物傳感器已經被提出以取代或加強傳統熒光傳感器，其需要體積大和昂貴的光學系統。此外，便攜式微陣列生物傳感器對護理地點 (Point-of Care) (POC)醫學應用例如疾病檢測、控制和監控是有前途的，其中關鍵技術挑戰是手持便攜性、高靈敏度、電池級功率消耗以及低成本。但是，如所報道的磁傳感器迄今為止要求外部偏置磁場和/或復雜的后處理，限制了它們的形狀因子和成本。采用高精度頻率/定時測量技術的超靈敏頻移測量方案被提出以處理這些問題。然而，相位噪聲、尤其是在便攜式微陣列磁生物傳感器原型中的低頻噪聲仍然是存在問題的。因此，所需要的是大大地抑制在頻率/定時測量技術中的相位噪聲功率而不顯著地增加成本和功率消耗的方法和儀器。
技術實現思路
在一方面，本專利技術涉及包括具有參考源輸出端子的參考源的頻率/定時測量儀器。至少一個目標源具有目標源輸出端子。至少一個目標源通信地耦合到參考源。頻率定時測量塊具有電耦合到參考源輸出端子的第一輸入端子、電耦合到目標源輸出端子的第二輸入端子、以及至少一個輸出端子。頻率定時測量塊被配置成執行噪聲成形技術以減少可歸因于在該參考源和目標源之間相關的相位噪聲的測量誤差，并在所述至少一個輸出端子處提供減少的相關噪聲測量。 在一個實施方式中，參考源和至少一個目標源共享至少一個公共電路元件。 在另一實施方式中，所述至少一個公共電路元件以時間復用方式和同步方式中的所選擇的一個而被共享。在又一實施方式中，相位噪聲包括低頻相位噪聲。在又一實施方式中，低頻相位噪聲包括Ι/f3噪聲。在又一實施方式中，參考源包括參考源LC儲能電路，并且至少一個目標源包括至少一個目標源LC儲能電路，以及該參考源LC儲能電路和所述至少一個目標源LC儲能電路被配置成以時間復用方式和同步方式中的所選擇的一個共享公共振蕩器有源核心。在又一個實施方式中，該儀器包括一個或多個集成單元，每個集成單元具有多個 LC儲能電路，LC儲能電路之一用作參考源LC儲能電路。在又一個實施方式中，該儀器包括以時間復用方式由多個復用器尋址的兩個或更多個集成單元。在又一個實施方式中，參考源包括參考源RC電路，而至少一個目標源包括至少一個目標源RC電路，并且參考源RC電路和至少一個目標源RC儲能電路被配置成以時間復用方式和同步方式中的所選擇的一個共享公共張弛振蕩器放大器。在又一個實施方式中，頻率/定時測量儀器集成在公共基片上。在又一個實施方式中，頻率定時測量塊包括多個級聯延遲器和頻率計數器。在又一個實施方式中，頻率計數器的至少一個包括一位計數器。在又一個實施方式中，頻率/定時測量儀器包括M個頻率計數器和M個級聯延遲器。這M個級聯延遲器的每一個被配置成具有延遲TD。在又一個實施方式中，MXTd等于或大于參考頻率和目標源頻率中的所選擇的一個的振蕩周期。在又一個實施方式中，儀器包括磁生物傳感器陣列。在又一個實施方式中，磁生物傳感器陣列被配置成利用相關雙計數噪聲抑制技術。在另一方面，本專利技術涉及抑制相關噪聲的方法，其包括下列步驟提供產生參考源信號的參考源和產生目標源信號的至少一個目標源，參考源和目標源被配置成建立在參考源信號和至少一個目標源信號之間的相位噪聲的相關性；提供配置成測量參考源信號和目標源信號中的所選擇的一個的測量塊；對至少一個目標源信號和參考信號的至少一個差分地計數N次以提供N個差分測量；基于這N個差分測量的平均值來計算至少一個目標源的每一個的減少的相關噪聲測量；以及記錄每一個減少的相關噪聲測量。在一個實施方式中，提供測量塊的所述步驟包括提供頻率定時塊在另一實施方式中，提供頻率定時測量塊的步驟包括提供分數計算塊。在又一實施方式中，差分地計數的步驟包括同步相關差分計數方案。在又一實施方式中，差分地計數的步驟包括正常模式相關差分計數方案。在又一實施方式中，差分地計數的步驟包括交錯N模式相關差分計數方案。在又一實施方式中，差分地計數的步驟包括在τ /N的時間間隔上差分地計數，其中τ是所述參考源的測量和所述目標源的測量中的所選擇的一個的總的累積測量，而N是交錯部分的總數。在又一實施方式中，分數計算塊包括多個級聯延遲器和頻率計數器。在又一實施方式中，相位噪聲包括低頻相位噪聲。在又一實施方式中，低頻相位噪聲包括l/f3噪聲。在又一實施方式中，提供參考源和至少一個目標源的步驟還包括提供參考源LC 儲能電路和至少一個目標源LC儲能電路，參考源LC儲能電路和至少一個目標源LC儲能電路被配置成以時間復用方式和同步方式中的所選擇的一個共享公共振蕩器有源核心。在又一實施方式中，提供參考源和至少一個目標源的步驟還包括提供參考源RC 電路和至少一個目標源RC電路，參考源RC電路和至少一個目標源RC電路被配置成以時間復用方式和同步方式中的所選擇的一個共享公共張弛振蕩器放大器。在又一方面，本專利技術涉及包括具有參考源端子的參考源的頻率/定時測量儀器。 至少一個目標源具有目標源端子。至少一個有源核心具有至少兩個有源核心輸入和一個有源核心輸出端子。有源核心被配置成產生表示至少一個目標源的電感和參考源的電感中的所選擇的一個的頻率。開關電路配置成以時間復用方式和同步方式中的所選擇的一個將有源核心電耦合到參考源端子和至少一個目標源端子中的所選擇的一個。頻率定時測量塊具有電耦合到有源核心輸出端子的頻率定時測量塊輸入端子、和至少一個頻率定時測量塊輸出端子。頻率定時測量塊被配置成執行噪聲成形技術以減少可歸因于在參考源和目標源之間相關的相位噪聲的測量誤差，并在至少一個頻率定時測量塊輸出端子處提供減少的相關噪聲測量。本專利技術的上述和其它目的、方面、特征以及優勢從下面的說明和權利要求中將會變得更明顯。附圖的簡要說明參考下面描述的附圖和權利要求，可以更好地理解本專利技術的目的和特征。附圖不一定按比例，而是一般著重于說明本專利技術的原理。在附圖中，相似的數字在各種視圖中始終用于指示相似的部分。附圖說明圖1顯示說明差分感測方案的方框圖。圖2顯示說明對測量N個頻率/定時源有用的差分感測方案的方框圖。圖3A顯示用于建立在參考源和一個或多個目標源之間的相位噪聲相關性的LC振蕩器的一個示例性實施方式。圖;3B顯示用于建立在參考源和一個或多個目標源之間的相位噪聲相關性的RC振蕩器的另一示例性實施方式。圖4顯示說明基本的交替差分感測方案的測量過程的時間線。圖5顯示說明用于實現N個目標源的交替差分感測方案的一個示例性方案的時間線。圖6顯示說明用于實現N個目標源的交替差分感測方案的另本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：賽義德·阿里·哈吉米里，王華，孝哉翔平，
申請(專利權)人：加州理工學院，
類型：發明
國別省市：