CN102611441A - 一种用于频率合成器的超低相位噪声基准信号产生装置 - Google Patents

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李宏宇
沈巧蓉
田云峰
付国良
张冰
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Abstract

本发明涉及一种用于频率合成器的超低相位噪声基准信号产生装置，该基准信号产生装置包括依次连接的晶体振荡器、第一锁相环路和第二锁相环路，其中所述第一锁相环路包括依次连接的第一鉴相器、第一环路滤波器、压控晶体振荡器，所述压控振荡器和所述第一鉴相器的反馈输入端相连；所述第二锁相环路包括依次连接的第二鉴相器、第二环路滤波器和压控声表振荡器；该压控声表振荡器和所述第二鉴相器的反馈输入端相连。所述超低相位噪声基准信号产生装置产生的基准信号的相位噪声为各个振荡器在不同频偏处的最佳值，在各个频偏处基准信号都能取得最佳的相位噪声。

Description

一种用于频率合成器的超低相位噪声基准信号产生装置
技术领域
本发明涉及一种超低相位噪声基准信号产生装置，特别涉及一种用于频率合成器的超低相位噪声基准信号产生装置。
背景技术
相位噪声是频率合成器的一个非常重要的技术指标，它对频率合成器所应用的整个系统的性能有着很大的影响。在通信系统中，相位噪声会使话路信噪比下降、误码率增加；在雷达系统中，相位噪声会降低雷达系统对目标的分辨能力，即改善因子；在接收机中，相位噪声会使接收机有效噪声系数增加。
在直接式频率合成器中，频率合成器输出信号的相位噪声和基准频率的相位噪声满足20logN的关系，即：
频率合成器输出信号的相位噪声＝基准信号的相位噪声＋20logN
其中，N为由基准信号到频率合成器输出信号所经过的倍频倍数。从上述公式可以看出，在倍频倍数N一定的情况下，改善频率合成器输出信号相位噪声的唯一途径是降低基准信号的相位噪声。
目前，基准信号一般使用晶体振荡器或声表振荡器直接产生。但不同类型、不同频率的振荡器在不同频偏处具有不同的相位噪声特性。通常情况下，10MHz晶体振荡器在频偏1Hz到100Hz范围内具有最佳的相位噪声；100MHz晶体振荡器在频偏100Hz到10kHz范围内具有最佳的相位噪声；声表振荡器在频偏10kHz以上范围内具有最佳的相位噪声。单一使用某一类型或某一频率的振荡器产生基准信号时，振荡器的相位噪声特性直接决定了基准信号的相位噪声特性，即基准信号只能在某一频偏范围内取得最佳的相位噪声，而不能在各个频偏处都取得最佳的相位噪声。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超低相位噪声基准信号产生装置，用以解决单一使用某一类型或某一频率的振荡器产生基准信号时不能在各个频偏处都取得最佳相位噪声的问题，为直接式频率合成器提供在各个频偏处都能取得最佳相位噪声的基准信号。
本发明的技术方案为：
一种用于频率合成器的超低相位噪声基准信号产生装置，该基准信号产生装置包晶体振荡器、第一锁相环路和第二锁相环路，其中所述第一锁相环路包括第一鉴相器、第一环路滤波器、压控晶体振荡器，所述第二锁相环路包括第二鉴相器、第二环路滤波器和压控声表振荡器；
所述晶体振荡器输出第一参考信号至第一锁相环路，该第一锁相环路对所述第一参考信号进行分频、比较和滤波输出第二参考信号至第二锁相环路，该第二锁相环路对来自第一锁相环的第二参考信号进行分频、比较和滤波输出基准信号。
进一步，所述晶体振荡器为10MHz晶体振荡器。
进一步，所述压控晶体振荡器为100MHz压控振荡器。
进一步，所述压控声表振荡器为400MHz压控声表振荡器。
进一步，所述晶体振荡器产生10MHz参考信号至第一鉴相器A的参考输入端，该第一鉴相器将所述100MHz压控晶体振荡器输出的100MHz反馈信号分频后和10MHz参考信号进行比较并输出误差电压信号，所述第一环路滤波器滤除误差电压信号的高频分量，经过所述第一环路滤波器的误差电压信号输入至所述100MHz压控晶体振荡器的压控端，在误差电压信号的控制下，所述100MHz压控晶体振荡器输出100MHz参考信号，100MHz参考信号作为100MHz反馈信号输入至所述第一鉴相器的比较输入端；所述100MHz参考信号同时作为参考输入信号输入至所述第二鉴相器的参考输入端，所述第二鉴相器将400MHz压控声表振荡器输出的400MHz反馈信号分频后和100MHz参考信号进行比较并输出误差电压信号，所述第二环路滤波器滤除误差电压信号的高频分量，经过所述第二环路滤波器的误差电压信号输入至所述400MHz压控声表振荡器的压控端，在误差电压信号的控制下，所述400MHz压控声表振荡器输出400MHz基准信号，400MHz基准信号同时作为400MHz反馈信号输入至所述第二鉴相器的比较输入端。
本发明具有如下有益效果：
（1）超低相位噪声基准信号产生装置通过所述锁相环路A和所述锁相环路B将所述10MHz晶体振荡器、所述100MHz压控晶体振荡器和所述400MHz压控声表振荡器结合在一起，充分地利用了各个振荡器在不同频偏处的相位噪声特性；
（2）超低相位噪声基准信号产生装置产生的基准信号的相位噪声为各个振荡器在不同频偏处的最佳值。因此，在各个频偏处基准信号都能取得最佳的相位噪声。
（3）超低相位噪声基准信号产生装置能很好的应用在直接式宽带捷变频频率合成器中，该直接式宽带捷变频频率合成器产生5GHz输出信号时，频偏100Hz处的相位噪声小于-100dBc/Hz，频偏1kHz处的相位噪声小于-120dBc/Hz，频偏10kHz处的相位噪声小于-127dBc/Hz，频偏100kHz处的相位噪声小于-135dBc/Hz，该直接式宽带捷变频频率合成器和现有的宽带捷变频频率合成器相比，相位噪声在各个频偏处都有明显改善，频偏100kHz处改善10dB以上。
附图说明
图1为本发明提供的一种用于频率合成器的超低相位噪声基准信号产生装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图1及实施例对本发明的内容作进一步的描述。
如图1所示，本发明提供的用于频率合成器的超低相位噪声基准信号产生装置包括10MHz晶体振荡器1、锁相环路2和锁相环路3，所述锁相环路2包括鉴相器4、环路滤波器5、100MHz压控晶体振荡器6，所述锁相环路3包括鉴相器7、环路滤波器8和400MHz压控声表振荡器9。
所述10MHz晶体振荡器1通过电缆与所述锁相环路2中所述鉴相器4的参考输入端相连接，所述鉴相器4通过电缆与所述环路滤波器5相连接，所述环路滤波器5通过电缆与所述100MHz压控晶体振荡器6相连接，所述100MHz压控晶体振荡器6通过电缆分别与所述锁相环3中所述鉴相器7的参考输入端和所述鉴相器1的反馈输入端相连接，所述鉴相器7通过电缆与所述环路滤波器8相连接，所述环路滤波器8通过电缆与所述400MHz压控声表振荡器9相连接，所述400MHz压控声表振荡器9通过电缆分别与所述鉴相器7的反馈输入端相连接，所述400MHz压控声表振荡器9的输出信号即为具有超低相位噪声的基准信号。
所述10MHz晶体振荡器1产生10MHz参考信号；在所述锁相环路2中，10MHz参考信号作为参考输入信号输入至所述鉴相器4的参考输入端，所述鉴相器4将所述100MHz压控晶体振荡器6输出的100MHz反馈信号分频后和10MHz参考信号进行比较并输出误差电压信号，所述环路滤波器5用以滤除误差电压信号的高频分量，经过所述环路滤波器5的误差电压信号输入至所述100MHz压控晶体振荡器6的压控端，在误差电压信号的控制下，所述100MHz压控晶体振荡器6输出100MHz参考信号，100MHz参考信号作为100MHz反馈信号输入至所述鉴相器4的比较输入端。
在所述锁相环路3中，100MHz参考信号同时作为参考输入信号输入至所述鉴相器7的参考输入端，所述鉴相器7将400MHz压控声表振荡器9输出的400MHz反馈信号分频后和100MHz参考信号进行比较并输出误差电压信号，所述环路滤波器7用以滤除误差电压信号的高频分量，经过所述环路滤波器7的误差电压信号输入至所述400MHz压控声表振荡器9的压控端，在误差电压信号的控制下，所述400MHz压控声表振荡器9输出400MHz基准信号，400MHz基准信号同时作为400MHz反馈信号输入至所述鉴相器7的比较输入端。
经过所述锁相环路2和所述锁相环路3，在产生的400MHz基准信号的相位噪声特性中，所述10MHz晶体振荡器1提供了频偏1Hz到100Hz范围内的相位噪声，所述100MHz压控晶体振荡器6提供了频偏100Hz到10kHz范围内的相位噪声，所述400MHz压控声表振荡器9提供了频偏10kHz以上范围内的相位噪声。
所述超低相位噪声基准信号产生装置产生的基准信号的相位噪声为各个振荡器在不同频偏处的最佳值，在各个频偏处基准信号都能取得最佳的相位噪声。超低相位噪声基准信号产生装置能很好的应用在直接式宽带捷变频频率合成器中，该直接式宽带捷变频频率合成器产生5GHz输出信号时，频偏100Hz处的相位噪声小于-100dBc/Hz，频偏1kHz处的相位噪声小于-120dBc/Hz，频偏10kHz处的相位噪声小于-127dBc/Hz，频偏100kHz处的相位噪声小于-135dBc/Hz，该直接式宽带捷变频频率合成器与业内最赋盛名的Aeroflex公司的FS5000宽带捷变频频率合成器相比，相位噪声在各个频偏处都有明显改善，频偏100kHz处改善10dB以上。
应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对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各实施例技术方案的精神和范围。 

Claims (5)

1.一种用于频率合成器的超低相位噪声基准信号产生装置，其特征在于：
该基准信号产生装置包晶体振荡器、第一锁相环路和第二锁相环路，其中所述第一锁相环路包括第一鉴相器、第一环路滤波器、压控晶体振荡器，所述第二锁相环路包括第二鉴相器、第二环路滤波器和压控声表振荡器；
所述晶体振荡器输出第一参考信号至第一锁相环路，该第一锁相环路对所述第一参考信号进行分频、比较和滤波输出第二参考信号至第二锁相环路，该第二锁相环路对来自第一锁相环的第二参考信号进行分频、比较和滤波输出基准信号。
2.根据权利要求1所述的一种用于频率合成器的超低相位噪声基准信号产生装置，其特征在于，所述晶体振荡器为10MHz晶体振荡器。
3.根据权利要求2所述的用于频率合成器的超低相位噪声基准信号产生装置，其特征在于，所述压控晶体振荡器为100MHz压控振荡器。
4.根据权利要求3所述的一种用于频率合成器的超低相位噪声基准信号产生装置，其特征在于，所述压控声表振荡器为400MHz压控声表振荡器。
5.根据权利要求4所述的一种用于频率合成器的超低相位噪声基准信号产生装置，其特征在于，所述晶体振荡器产生10MHz参考信号至第一鉴相器A的参考输入端，该第一鉴相器将所述100MHz压控晶体振荡器输出的100MHz反馈信号分频后和10MHz参考信号进行比较并输出误差电压信号，所述第一环路滤波器滤除误差电压信号的高频分量，经过所述第一环路滤波器的误差电压信号输入至所述100MHz压控晶体振荡器的压控端，在误差电压信号的控制下，所述100MHz压控晶体振荡器输出100MHz参考信号，100MHz参考信号作为100MHz反馈信号输入至所述第一鉴相器的比较输入端；所述100MHz参考信号同时作为参考输入信号输入至所述第二鉴相器的参考输入端，所述第二鉴相器将400MHz压控声表振荡器输出的400MHz反馈信号分频后和100MHz参考信号进行比较并输出误差电压信号，所述第二环路滤波器滤除误差电压信号的高频分量，经过所述第二环路滤波器的误差电压信号输入至所述400MHz压控声表振荡器的压控端，在误差电压信号的控制下，所述400MHz压控声表振荡器输出400MHz基准信号，400MHz基准信号同时作为400MHz反馈信号输入至所述第二鉴相器的比较输入端。
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