CN103501179B - 一种用于微波信号发生器的外参考电路及信号生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于微波信号发生器的外参考电路，包括：外参考输入模块、整数分频器、∑‑Δ小数分频器、鉴相器、环路积分器和压控振荡器。本发明的用于微波信号发生器的外参考电路将整数分频器和小数分频器集成在FPGA内，对分频比的控制方便，分频器内分频比的切换灵活快速。
Description
技术领域
本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种用于微波信号发生器的外参考电路，还涉及一种外参考信号生成方法。
背景技术
现代雷达和无线电通信技术的发展，各种电子设备对系统测试不断提出更高的要求，尤其是电子测量仪器的时基准确度和灵活性越来越重要，不但要有准确的内部时基，而且还要在各种测量场合中接收外部参考时基，如为了获得更准确的频率准确度，微波信号发生器需要外接参考信号作为整机的频率基准，在测试需要或组成测试系统时需要各台仪器工作在同一时基下，这就需要仪器使用外参考。一般情况下电子测量仪器的外部参考信号频率跟内部参考信号频率相同，大多为10MHz，但是有的仪器输出的参考信号频率并不是10MHz，而是其他频率，为了加强仪器的兼容性就需要可以使用不同频率外部参考信号，也就是实现任意外参考。
在电子测量仪器中实现多个频率外参考的技术方案有倍频方案、整数分频方案和小数分频方案。
倍频方案是外部参考信号经过倍频处理后得到频率为10MHz的信号，该信号经过锁相环使压控振荡器锁定。该方案虽然实现方式简单，但是要求外参考信号的频率必须能经过倍频得到10MHz的信号，也就是要求外参考信号频率必须是1MHz、2MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz等很少的几种，应用范围不大，不能算是任意外参考。
整数分频方案是外部参考信号经过整数分频处理后得一定的较小频率，如1MHz，压控振荡器的反馈信号也分频到该频率，两个信号鉴相实现锁相环锁定。该方案较倍频方案会有更多的外参考频率，因为只要是1MHz的整数倍的频率就能分频到1MHz，所以该方案要求外参考频率步进也为1MHz，范围一般为1～20MHz。该方案虽然支持的外参考频率比倍频方案多，但由于步进大，只能支持几十个1MHz整数倍的频率点，不能实现真正的任意外参考。
发明内容
本发明提出一种用于微波信号发生器的外参考电路，解决了现有技术无法实现任意外部参考的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于微波信号发生器的外参考电路，包括：外参考输入模块、整数分频器、∑-Δ小数分频器、鉴相器、环路积分器和压控振荡器；
所述整数分频器接收所述外参考输入模块输出的外参考信号，对外参考信号进行整数分频，输出第一分频信号；
所述∑-Δ小数分频器接收所述压控振荡器输出的反馈信号，对反馈信号进行N.f分频，输出第二分频信号；
所述鉴相器对所述整数分频器输出的第一分频信号和所述∑-Δ小数分频器输出的第二分频信号进行鉴相，输出鉴相误差信号；
所述环路积分器对所述鉴相器输出的鉴相误差信号进行积分滤波，生成所述压控振荡器调谐误差控制信号，控制压控振荡器的输出信号并使其锁定在所述外参考信号频率上。
可选地，所述整数分频器、∑-Δ小数分频器为FPGA电路。
可选地，所述整数分频器包括送数端，接收整数分频比信号；输入端，接收所述外参考输入模块输出的外参考信号；输出端，发送分频后的第一分频信号到所述鉴相器。
可选地，所述∑-Δ小数分频器包括送数端，接收小数分频比信号；输入端，接收所述压控振荡器输出的反馈信号；输出端，发送分频后的第二分频信号到所述鉴相器。
可选地，所述压控振荡器输出频率为100MHz，所述外参考输入模块输出的外参考信号的频率范围为1～50MHz。
本发明还提出了一种基于上述外参考电路的外参考信号生成方法，包括以下步骤：
步骤(a)，通过整数分频器实现对外参考信号的整数分频，通过∑-Δ小数分频器实现对压控振荡器输出反馈信号的N.f分频；
步骤(b)，通过鉴相器对两路分频后的信号进行鉴相，环路积分器对鉴相器输出的鉴相误差信号进行积分滤波，生成压控振荡器调谐误差控制信号，控制压控振荡器的输出信号并使其锁定在外参考信号频率上。
可选地，所述步骤(a)中具体包括以下步骤：
根据外部输入的外参考信号频率来选择整数分频器的分频比：外参考信号频率为1～3MHz时分频比为1，即直通；外参考信号频率为＞3～5MHz时分频比为2；外参考信号频率为＞5～15MHz时分频比为5；外参考信号频率为＞15～50MHz时分频比为15；
根据外部输入的外参考信号频率F来计算∑-Δ小数分频器的分频比：外参考信号频率为1～3MHz时分频比为100÷F；外参考信号频率为＞3～5MHz时分频比为100÷F×2；外参考信号频率为＞5～15MHz时分频比为100÷F×5；外参考信号频率为＞15～50MHz时分频比为100÷F×15。
可选地，将所述外部输入的外参考信号的频率通过仪器软件界面输入，软件保存频率值。
本发明的有益效果是：将整数分频器和小数分频器集成在FPGA内，对分频比的控制方便，分频器内分频比的切换灵活快速。
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作简单地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种用于微波信号发生器的外参考电路的控制框图；
图2为本发明一种用于微波信号发生器的外参考信号生成方法的流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
目前微波信号发生器的外部参考一般为固定频率的10MHz信号，或是几个固定频率的信号，这种微波信号发生器只能采用这几个频率的外部参考时基。本发明给出的外参考电路和方法，扩展了微波信号发生器可利用的外部时基的种类，扩大了微波信号发生器的应用范围，该外参考电路还可应用于其它信号发生器、频谱仪、接收机以及其它具有外参考功能的电子测量仪器。
如图1所示，本发明的用于微波信号发生器的外参考电路包括：外参考输入模块10、整数分频器20、∑-Δ小数分频器30、鉴相器40、环路积分器50和压控振荡器60。
整数分频器20接收外参考输入模块10输出的外参考信号，对外参考信号进行整数分频，输出第一分频信号，优选地，外参考信号的频率范围为1～50MHz；∑-Δ小数分频器30接收压控振荡器60输出的反馈信号，对反馈信号进行N.f分频，输出第二分频信号，优选地，压控振荡器输出频率为100MHz；鉴相器40对整数分频器20输出的第一分频信号和∑-Δ小数分频器30输出的第二分频信号进行鉴相，输出鉴相误差信号；环路积分器50对鉴相器40输出的鉴相误差信号进行积分滤波，生成压控振荡器60调谐误差控制信号，控制压控振荡器60的输出信号并使其锁定在外参考信号频率上，实现微波信号发生器的任意外部参考功能。
优选地，整数分频器20、∑-Δ小数分频器30为FPGA电路。整数分频器20包括送数端，接收整数分频比信号；输入端，接收外参考输入模块10输出的外参考信号；输出端，发送分频后的第一分频信号到鉴相器40。∑-Δ小数分频器30包括送数端，接收小数分频比信号；输入端，接收压控振荡器60输出的反馈信号；输出端，发送分频后的第二分频信号到鉴相器40。
外参考信号的频率被从仪器的软件界面输入，仪器软件根据输入的频率计算出外参考信号的分频比(即整数分频比)和压控振荡器反馈信号的分频比(即小数分频比)。
如表1所示，外参考信号的分频比根据频率所处的不同频段来确定，分频后的外参考信号频率在1～3.3MHz范围内。
| 外参考频率(MHz) | 分频比 | 分频后频率(MHz) |
| 1～3 | 1 | 1～3 |
| ＜3～5 | 2 | ＜1.5～2.5 |
| ＜5～15 | 5 | ＜1～3 |
| ＜15～50 | 15 | ＜1～3.33... |
表1
如表2所示，压控振荡器反馈信号的分频比N.f也根据外参考信号频率计算得出，外参考信号的频段不同计算公式也不同。
| 外参考频率F(MHz) | 反馈信号分频比N.f | 分频后频率(MHz) |
| 1～3 | 100÷F | 1～3 |
| ＞3～5 | 100÷F×2 | ＞1.5～2.5 |
| ＞5～15 | 100÷F×5 | ＞1～3 |
| ＞15～50 | 100÷F×15 | ＞1～3.33... |
表2
外参考信号输入微波信号发生器后进入整数分频器20，软件计算出的整数分频比传输给整数分频器20，整数分频器20对外参考信号进行相应整数分频比的分频，整数分频器20输出的信号频率在1～3.3MHz范围内。压控振荡器60输出的100MHz信号进入∑-Δ小数分频器30，软件计算出的小数分频比N.f传输给小数分频器，小数分频器对100MHz信号进行相应小数分频比的∑-Δ小数分频，输出频率范围1～3.3MHz的信号。由表1和表2的分频比计算公式可知整数分频器20和小数分频器30输出的信号频率相同，进入鉴相器40完成鉴相后使环路锁定，压控振荡器60输出信号频率锁定在外参考信号上，实现微波参考信号发生器的输出频率靠在外参考时基上。
本发明的用于微波信号发生器的外参考电路中，外参考信号的频率范围为1～50MHz，频率步进由小数分频器30中小数位数决定，本发明根据需要用32位小数位实现了0.1Hz的频率步进，减小频率步进只需增加小数位，由于小数分频器是在FPGA内实现了，所以只要FPGA的性能足够好可以把频率步进做到足够小，可支持1～50MH范围任意频率的外部参考时基，支持的外参考频率步进仅为0.1Hz，频率点数为几亿个。
本发明的用于微波信号发生器的外参考电路将整数分频器和小数分频器集成在FPGA内，对分频比的控制方便，分频器内分频比的切换灵活快速。
基于上述用于微波信号发生器的外参考电路，本发明还提供了一种外参考信号生成方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤(a)，通过整数分频器实现对外参考信号的整数分频，通过∑-Δ小数分频器实现对压控振荡器输出反馈信号的N.f分频；
步骤(b)，通过鉴相器对两路分频后的信号进行鉴相，环路积分器对鉴相器输出的鉴相误差信号进行积分滤波，生成压控振荡器调谐误差控制信号，控制压控振荡器的输出信号并使其锁定在外参考信号频率上。
其中，上述步骤(a)中具体包括以下步骤：
根据外部输入的外参考信号频率来选择整数分频器的分频比：外参考信号频率为1～3MHz时分频比为1，即直通；外参考信号频率为＞3～5MHz时分频比为2；外参考信号频率为＞5～15MHz时分频比为5；外参考信号频率为＞15～50MHz时分频比为15；
根据外部输入的外参考信号频率F来计算∑-Δ小数分频器的分频比：外参考信号频率为1～3MHz时分频比为100÷F；外参考信号频率为＞3～5MHz时分频比为100÷F×2；外参考信号频率为＞5～15MHz时分频比为100÷F×5；外参考信号频率为＞15～50MHz时分频比为100÷F×15。
上述外参考信号生成方法，将外部输入的外参考信号的频率通过仪器软件界面输入，软件保存频率值。
本发明的外参考信号生成方法中，分频比计算方法将外参考频率分为四个频段来处理，整数分频比只有4个，包括一个直通，保证了较少的分频器数量；小数分频比的整数部分为30～100，大分频可充分发挥∑-Δ小数分频器的性能，有利于降低分频输出信号的相位噪声。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于微波信号发生器的外参考电路，其特征在于，包括：外参考输入模块、整数分频器、∑-Δ小数分频器、鉴相器、环路积分器和压控振荡器；
所述整数分频器接收所述外参考输入模块输出的外参考信号，对外参考信号进行整数分频，输出第一分频信号；
所述∑-Δ小数分频器接收所述压控振荡器输出的反馈信号，对反馈信号进行N.f分频，输出第二分频信号；
所述鉴相器对所述整数分频器输出的第一分频信号和所述∑-Δ小数分频器输出的第二分频信号进行鉴相，输出鉴相误差信号；
所述环路积分器对所述鉴相器输出的鉴相误差信号进行积分滤波，生成所述压控振荡器调谐误差控制信号，控制压控振荡器的输出信号并使其锁定在所述外参考信号频率上；
根据外部输入的外参考信号频率来选择整数分频器的分频比：外参考信号频率为1～3MHz时分频比为1，即直通；外参考信号频率为3～5MHz时分频比为2；外参考信号频率为5～15MHz时分频比为5；外参考信号频率为15～50MHz时分频比为15；
根据外部输入的外参考信号频率F来计算∑-Δ小数分频器的分频比：外参考信号频率为1～3MHz时分频比为100÷F；外参考信号频率为3～5MHz时分频比为100÷F×2；外参考信号频率为5～15MHz时分频比为100÷F×5；外参考信号频率为15～50MHz时分频比为100÷F×15。
2.如权利要求1所述的一种用于微波信号发生器的外参考电路，其特征在于，所述整数分频器、∑-Δ小数分频器为FPGA电路。
3.如权利要求2所述的一种用于微波信号发生器的外参考电路，其特征在于，所述整数分频器包括送数端，接收整数分频比信号；输入端，接收所述外参考输入模块输出的外参考信号；输出端，发送分频后的第一分频信号到所述鉴相器。
4.如权利要求2所述的一种用于微波信号发生器的外参考电路，其特征在于，所述∑-Δ小数分频器包括送数端，接收小数分频比信号；输入端，接收所述压控振荡器输出的反馈信号；输出端，发送分频后的第二分频信号到所述鉴相器。
5.如权利要求1所述的一种用于微波信号发生器的外参考电路，其特征在于，所述压控振荡器输出频率为100MHz，所述外参考输入模块输出的外参考信号的频率范围为1～50MHz。
6.一种基于权利要求1至5任一项所述外参考电路的外参考信号生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(a)，
根据外部输入的外参考信号频率来选择整数分频器的分频比：外参考信号频率为1～3MHz时分频比为1，即直通；外参考信号频率为3～5MHz时分频比为2；外参考信号频率为5～15MHz时分频比为5；外参考信号频率为15～50MHz时分频比为15；
根据外部输入的外参考信号频率F来计算∑-Δ小数分频器的分频比：外参考信号频率为1～3MHz时分频比为100÷F；外参考信号频率为3～5MHz时分频比为100÷F×2；外参考信号频率为5～15MHz时分频比为100÷F×5；外参考信号频率为15～50MHz时分频比为100÷F×15；
步骤(b)，通过鉴相器对两路分频后的信号进行鉴相，环路积分器对鉴相器输出的鉴相误差信号进行积分滤波，生成压控振荡器调谐误差控制信号，控制压控振荡器的输出信号并使其锁定在外参考信号频率上。
7.如权利要求6所述的外参考信号生成方法，其特征在于，将所述外部输入的外参考信号的频率通过仪器软件界面输入，软件保存频率值。
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