CN102571078B - 用于电气隔离和时钟同步的电路及多通道信号发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种用于电气隔离和时钟同步的电路及多通道信号发生装置，所述电路包括：时钟源，用于产生时钟信号；平衡不平衡转换器，用于将所述时钟信号分配至多个输出路径，使所述多个输出路径获得的时钟信号的频率、相位和相位噪声分别与所述时钟源产生的时钟信号的频率、相位和相位噪声一致，并电气隔离所述多个输出路径。本发明实施例实现了多输出路径相互完全电气隔离的情况下，各个输出路径的频率、相位和相位噪声完全一致的效果。

Description

用于电气隔离和时钟同步的电路及多通道信号发生装置

技术领域

本发明涉及测量测试领域，具体的涉及一种用于电气隔离和时钟同步的电路及多通道信号发生装置。

背景技术

目前市场上有许多的DDS函数任意波形信号发生器，这些信号发生器既有一个输出通道即单通道的，也有多个输出通道，比如双通道，四通道等。对于多通道输出的信号发生器而言，通道之间输出频率的一致性以及不同通道输出的相位噪声是否一致是至关重要的，目前在市场上流行的多通道信号发生器基本上输出通道之间均是非电气隔离的，在这种情况下面要使通道之间达到频率以及相关指标(比如相位、相位噪声等)的一致是比较容易做到的，但是如果输出通道之间是完全电气隔离的，也即没有任何电气联系的情况下，要实现不同通道之间频率或者相关指标(比如相位、相位噪声等)的一致性就比较困难，由于完全的电器隔离，有一些关键的信号比如时钟等传递到隔离的通道以后很难保持一致。

国内现有多通道DDS信号源输出几乎完全是非隔离的，即使在这种非隔离的情况下都不能做到通道间的频率、相位及相位噪声完全一致的效果，所以更无法在通道间完全电气隔离的情况下能实现通道间的频率、相位及相位噪声完全一致。图1为现有技术的非隔离情况下的实现各通道性能一致的电路结构示意图。如图1所示，在非隔离的情况下采用的则是一些有电气连接关系的时钟分配芯片，例如为安森美半导体公司ONSEMI的MC100E210FNG、MC100EL14DWG等，通过该芯片只能在非隔离的情况下，实现频率、相位以及相位噪声完全一致的效果。

发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术存在以下不足：一方面，现有技术中的多通道信号源输出通道之间均是非隔离的，虽然实现了在非隔离的情况下通道间的频率、相位及相位噪声完全一致，但是由于其输出通道之间是非隔离的，所以其应用受到了极大的限制。例如在非隔离的情况下，当信号源的不同通道分别连接到不同的电器设备时，如果不同的非隔离通道所接的不同电器设备所处的电位不一样，那么就会导致信号源以及所连接的设备间有很大的电流流过，很容易损坏信号源本身以及其所连接的电器设备。另一方面，现有技术在输出通道之间完全电气隔离时，无法实现不同通道之间频率、相位以及相位噪声的一致性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于电气隔离和时钟同步的电路以及多通道信号发生装置，以实现在一个多输出通道信号源不同输出通道相互电气隔离的情况下，不同通道之间的频率、相位和相位噪声完全一致。

一方面，本发明实施例提供了一种用于电气隔离和时钟同步的电路，该电路包括：时钟源，用于产生时钟信号；平衡不平衡转换器，用于将所述时钟信号分配至多个输出路径，使所述多个输出路径获得的时钟信号的频率、相位和相位噪声分别与所述时钟源产生的时钟信号的频率、相位和相位噪声一致，并电气隔离所述多个输出路径。

另一方面，本发明实施例提供了一种多通道信号发生装置，包括多个输出通道，所述装置还包括：用于电气隔离和时钟同步的电路，所述用于电气隔离和时钟同步电路包括：时钟源，用于产生时钟信号；平衡不平衡转换器，用于将所述时钟信号分配至多个输出通道，使所述多个输出通道获得的时钟信号的频率、相位和相位噪声分别与所述时钟源产生的时钟信号的频率、相位和相位噪声一致，并电气隔离所述多个输出通道。

本发明实施例的上述技术方案，实现了多输出路径相互完全电气隔离的情况下，各个输出路径的频率、相位及相位噪声完全一致。同时也使得多通道信号发生装置即使在多个输出通道互相电气隔离的情况下，其输出频率、相位及相位噪声保持精确的一致。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术在非隔离情况下实现各通道性能一致的电路结构示意图；

图2为本发明实施例的用于电气隔离和时钟同步的电路的结构示意图；

图3为本发明实施例图2所示电路应用于信号发生器中的电路结构示意图；

图4为本发明实施例图3所示电路应用于双通道信号发生器中的电路框图；

图5为本发明实施例图4中时钟源和Balun对应的一种具体电路图；

图6为本发明实施例图4中时钟源和Balun对应的另一种具体电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2为本发明实施例的用于电气隔离和时钟同步的电路的结构示意图。如图2所示，该电路包括：时钟源10，用于产生时钟信号；平衡不平衡转换器20，即巴伦Balun，用于将该时钟信号分配至多个输出路径，使上述多个输出路径获得的时钟信号的频率、相位和相位噪声分别与时钟源10产生的时钟信号的频率、相位和相位噪声一致，并电气隔离所述多个输出路径。其中，输出路径可以指信号输出设备的对外接口，或者一个具有某个功能电路的对外接口。

通过本发明实施例图2所示电路，实现了多输出路径相互完全电气隔离的情况下，各个输出路径的频率、相位和相位噪声完全一致。

图3为本发明实施例图2中电路应用于信号发生器中的电路结构示意图。如图3所示，该信号发生器为多输出通道信号发生器，其具有多个输出通道，参考时钟源10与平衡不平衡转换器20相连接，平衡不平衡转换器20与上述多个输出通道相连接。该平衡不平衡转换器20，即巴伦Balun，具有时钟分配和电气隔离功能。本发明实施例图3采用了能够起到完全电气隔离作用，但是又对参考时钟源的频率以及相位影响非常小的器件Balun，信号通过这个器件以后，不同的输出端输出的信号完全一致。

通道间的频率特性一致是指：一台多通道输出的信号发生器，当所有输出通道的输出频率被设置为一个相同的值的时候，其不同通道输出的频率应该相对一致，也就是说通道之间的频率不能有任何差别，即通道之间输出的波形不能有相对的移动。以下举例说明上述“相对一致”：假如用户设置输出频率为10MHz，但是信号源输出的信号与理想的10MHz信号具有频率误差，比如10.0001MHz，但是不同通道间的频率是绝对一致的，都是10.0001MHz，他们与用户设定希望输出信号的频率的误差都是一样的。

一般在非隔离的信号源里较容易实现，具体的做法就是共用时钟源，在这种情况下不仅频率可以完全一致，一些其他的参数比如相位噪声等也可以容易做到完全一致，这样现有技术的在非电气隔离情况下的信号发生器各个通道是完全一致的。但是，由于其不同输出通道之间是非电气隔离的，其应用范围受到很大的限制。而本发明实施例提供的多通道信号发生装置，由于包含了上述用于电气隔离和时钟同步的电路，从而即使在多个输出通道互相电气隔离的情况下，其输出频率、相位及相位噪声也能够和非隔离的多通道输出信号发生器一样，保持精确的一致。

以下说明图3示出的信号发生器的工作原理，首先为了实现完全电气隔离情况下不同输出通道之间频率、相位和相位噪声的完全一致性，所有通道的时钟使用同一个参考时钟源。该参考时钟源被具备隔离作用且同时具有时钟分配作用的器件(balun)完全电气隔离的分配到不同的输出路径，输出至各通道的时钟信号频率、相位和相位噪声是完全一样的。上述时钟分配是指：将一路输入的时钟分成多路输出，多路输出的信号频率与输入一致，输出信号之间的相位一致。这样不同的完全电气隔离的输出通道就相当于拥有了完全一样的时钟，且这些时钟也是互相电气隔离的。通过上述方式实现了在不同输出通道相互隔离的情况下，其频率、相位及相位噪声完全一致。

本发明实施例图3所示信号发生器，在其多个通道间互相电气完全隔离的情况下实现时钟同步，即通道间设置频率一致时其输出频率、相位及相位噪声都完全一致的效果。

图4为本发明实施例图3所示电路应用于双通道信号发生器中的电路框图。作为举例而言，如图4所示，在该双输出通道信号发生器中，输出通道1包括通道1信号处理电路和通道1锁相环PLL，信号处理电路用于将信号调理到用户需要的最终信号，比如幅度，偏移等；PLL用于将输入信号变换为具有更高或更低频率的输出信号以供另外的电路使用，且变换后输出的信号的相位与输入信号的相位一致；输出通道2包括通道2信号处理电路和通道2PLL，参考时钟源与Balun连接，Balun分别与通道1PLL和通道2PLL连接。

图4所示电路的具体工作原理如下：

首先，两个输出通道需要公用一个时钟源。这个公用的时钟源就是参考时钟源，其频率例如为10MHz。

然后，该时钟源输入到一个Balun中，该Balun的作用是将参考时钟源电路输出的一路10MHz参考时钟分配成两路频率完全相等的，均为10MHz的时钟，该时钟通过Balun以后不仅由一路变为两路，且时钟的频率与、相位及相位噪声均完全相等，并且实现了相互电气隔离的目的，因为Balun是电磁耦合器件，是基于磁场而非电场来传输信号，所以可以起到完全电气隔离的作用。

接着，被分配的两路隔离的10MHz时钟再进入各自的时钟处理电路PLL，作为两个通道最终需要的参考时钟源。

最后，信号通过各自的信号处理电路后输出。

图5为本发明实施例图4中时钟源和Balun电路对应的具体电路图。作为举例地，如图5所示，X400是本发明实施例的参考时钟源，其输出频率为10MHz，然后该10MHz进入两个缓冲器U408A，U408B再进行整形，其中，对参考信号整形，有利于提高抗干扰的能力，接着进入Balun T402和T403，最后输出的就是电气完全隔离的两路完全相等的时钟信号，该信号就进入完全电气隔离的通道1以及通道2。图5中，AGND为参考源的接地端，AGND1为浮地通道1的浮地参考点，AGND2为浮地通道2的浮地参考点，对于T402和T403而言，端口4和端口6为输入端，端口5悬空，端口1和端口3为输出端，端口2悬空。

图6为本发明实施例图4中时钟源和Balun对应的另一种具体电路图。作为举例地，如图6所示，仅用一个balun T400实现了将来自参考时钟源(图6中未绘示)的输入时钟信号分配至两路输出路径，使该两路输出路径获得的时钟信号的频率、相位和相位噪声分别与该时钟源产生的时钟信号的频率、相位和相位噪声一致，并电气隔离该两路输出路径。

本发明实施例通过采用Balun这种类似的器件，达到电气隔离目的的同时又实现了时钟信号的等价分配且被分配后的信号频率以及相位噪声等指标完全相等的效果，实现了多输出通道信号发生器在不同输出通道相互完全电气隔离的情况下，各个通道的频率、相位和相位噪声完全一致的效果。

以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种用于电气隔离和时钟同步的电路，其特征在于，所述电路包括：

时钟源，用于产生一路时钟信号；

整形电路，用于对所述一路时钟信号进行整形；

平衡不平衡转换器，用于将整形后的一路时钟信号分配至多个输出路径，使所述多个输出路径获得的时钟信号的频率、相位和相位噪声分别与所述时钟源产生的时钟信号的频率、相位和相位噪声一致，并电气隔离所述多个输出路径。

2.根据权利要求1所述的用于电气隔离和时钟同步的电路，其特征在于，所述输出路径包括：信号发生器的输出通道。

3.根据权利要求1所述的用于电气隔离和时钟同步的电路，其特征在于，所述输出路径包括：信号输出设备的对外接口。

4.一种多通道信号发生装置，包括多个输出通道，其特征在于，所述装置还包括：用于电气隔离和时钟同步的电路，所述用于电气隔离和时钟同步电路包括：

时钟源，用于产生一路时钟信号；

整形电路，用于对所述一路时钟信号进行整形；

平衡不平衡转换器，用于将整形后的一路时钟信号分配至多个输出通道，使所述多个输出通道获得的时钟信号的频率、相位和相位噪声分别与所述时钟源产生的时钟信号的频率、相位和相位噪声一致，并电气隔离所述多个输出通道。

5.根据权利要求4所述的多通道信号发生装置，其特征在于，所述整形电路，与所述时钟源和所述平衡不平衡转换器相连，还用于将整形后的时钟信号输入至所述平衡不平衡转换器。