CN103580686B - 用于宽带高性能频率合成器的振荡器预调谐电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于宽带高性能频率合成器的振荡器预调谐电路及方法，其中电路中，所述预分频器，用于对频率合成器输出频率进行预分频；所述可编程分频器，用于对预分频器的输出信号再次分频，生成总频率合成环路的鉴相频率；所述第一电子开关及所述第二电子开关，用于配合使用以实现振荡器预调谐动作和总频率合成环路鉴相锁定动作之间的切换；所述第二环路滤波器，用于实现振荡器预调谐动作的快速调谐及频率稳定；所述第三环路滤波器，用于振荡器预调谐动作中消除电子开关切换引起的不确定状态。采用上述方案，能够提高振荡器的预调谐精度，降低预调谐电路及附属电路的复杂度，增强预调谐电路的环境适应性。

Description

用于宽带高性能频率合成器的振荡器预调谐电路及方法

技术领域

本发明属于频率合成器的振荡器预调谐技术领域，尤其涉及的是一种用于宽带高性能频率合成器的振荡器预调谐方法。

背景技术

在电子、通信、测试仪器领域，宽带高性能频率合成器被大量使用。此类频率合成器多采用多环路频率合成技术实现。在此类合成器中，振荡器的预调谐电路是必不可少的部分。该部分电路的目的是辅助频率合成器快速准确地合成目标频率，防止出现错锁或假锁的情况。目前，实现振荡器的预调谐主要有两种方法。第一种方法，采用可编程存储器加D／A转换器(简称DAC)的方案，如图1所示。该方案将一组或几组预调谐数据预先存储在可编程存储器701中，在频率合成器工作时，根据目标频率输出预调谐数据，驱动DAC702产生调谐电压，从而实现对振荡器的预调谐。第二种方法，采用调谐校准技术加DAC的方案，如图2所示。采用这种方法，在频率合成器工作时，调谐校准电路以一组基准数据为出发点，使用适当的校准算法校准出需要的预调谐数据，驱动DAC产生调谐电压，从而实现对振荡器的预调谐。

当前，广泛使用的两种振荡器预调谐方法都有着明显的缺点。

方法一的缺点主要有以下几个方面：其一，预调谐的准确度较低。由于电子器件随温度、老化等性能变化的不确定性，预先存储的预调谐数据很难保证频率合成器在每次开机工作时的预调谐准确度和一致性。其二，当频率合成器需要工作在比较宽的环境温度条件下时，则必须存储多组预调谐数据，存储数据量较大，环境适应性差。存储多组数据的目的是为了频率合成器根据不同的环境温度调取不同的预调谐数据，以减小预调谐数据的准确度误差，避免出现频率合成器因预调谐偏差过大而无法正常工作的故障。同时，由于频率合成器的工作环境可能千变万化，因此也不可能把每种情况的预调谐数据都提前测试获取并存储在可编程存储器中。其三，预调谐数据需要提前获取，且需要经常的修正，从而调试、生产、维护的成本很高。为获取预调谐数据，需要为之配备一整套装置，该装置能够实现对预调谐数据的校准，且能模拟频率合成器将会遇到的各种工作环境。

方法二的缺点主要是电路庞大复杂、控制复杂、元器件成本高。方法二采用了调谐校准技术。该技术的实现电路如图2所示：主要由A／D转换器(简称ADC)801、中央处理器(简称CPU)802、预调谐数据发生器803和DAC804组成。在频率合成器工作前，该电路首先校准一组适合当前工作环境的预调谐数据，然后频率合成器再使用该组数据进行工作。校准获得的预调谐数据准确度越高，则对ADC和CPU的性能要求也就越高，即成本也会越高。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于宽带高性能频率合成器的振荡器预调谐电路及方法。

本发明的技术方案如下：

一种用于宽带高性能频率合成器的振荡器预调谐电路，包括取样器、鉴频鉴相器，第一环路滤波器，需要预调谐的振荡器，其中，还包括预分频器、可编程分频器、第一电子开关、第二电子开关、第二环路滤波器及第三环路滤波器；所述预分频器，用于对频率合成器输出频率进行预分频，并根据频率合成器具体输出频率范围进行取舍；所述可编程分频器，用于对预分频器的输出信号再次分频，生成总频率合成环路的鉴相频率；所述第一电子开关及所述第二电子开关，用于配合使用以实现振荡器预调谐动作和总频率合成环路鉴相锁定动作之间的切换；所述第二环路滤波器，用于实现振荡器预调谐动作的快速调谐及频率稳定；所述第三环路滤波器，用于振荡器预调谐动作中消除电子开关切换引起的不确定状态，保证振荡器从单环锁定状态平稳过渡到多环锁定状态。

所述的振荡器预调谐电路，其中，所述第一电子开关具有第一通道及第二通道；所述第二电子开关具有第一通道、第二通道及第三通道。

所述的振荡器预调谐电路，其中，实现振荡器预调谐动作包括以下步骤：

步骤A1：初步预调谐，将第一电子开关切换到第二通道，第二电子开关同时也切换到第二通道，使总频率合成环路工作在单环路频率合成状态。通过设置参考频率来实现振荡器的初步预调谐；

步骤A2：预调谐锁定，将第一电子开关切换到第一通道，第二电子开关切换到第三通道，使总频率合成环路工作在多环路频率合成状态，通过锁相环的牵引作用使振荡器调谐到目标频率的预定范围并锁定，完成振荡器预调谐动作。

所述的振荡器预调谐电路，其中，实现总频率合成环路鉴相锁定动作包括以下步骤：

步骤A3：预调谐切换锁定，通过设置参考频率，使总频率合成环路锁定在目标频率，将第二电子开关切换到第一通道，完成符合性能的目标频率锁定。

所述的振荡器预调谐电路，其中，设定宽带高性能多环路频率合成器输出的目标频率为Freq_out，参考频率为Freq_ref，其范围为[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]，该频率范围为原多环路频率合成器的设计工作范围；取样本振频率为Freq_sample，其范围为[Freq_sample_start，Freq_sample_stop]，该频率范围为原多环路频率合成器的设计工作范围；所述步骤A1的具体步骤为：

A101)将第一电子开关切换到第二通道，将第二电子开关切换到第二通道，并且使用第二环路滤波器；

A102)设置预分频器的分频比为N1，可编程分频器的分频比为N2，使得目标频率Freq_out经N1、N2分频后所得频率落在[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]的范围内；

A103)设置参考频率为Freq_ref1，得到公式1：

Freq_ref1=Freq_out÷N1÷N2；

A104)将振荡器牵引到目标频率Freq_out，实现振荡器的初步预调谐；

所述步骤A2的具体步骤为：

A201)设置取样本振频率为Freq_smaple1，使得(Freq_out-(n×Freq_smaple1))所得频率落在[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]的范围内，n为取样器的取样谐波次数；

A202)同时切换第一电子开关和第二电子开关，将第一电子开关切换到第一通道，第二电子开关切换到第三通道，此时，环路恢复为多环路频率合成器，通过总频率合成环路的锁相环牵引，振荡器调谐到预调谐频率；

在多环路频率合成器状态下，预调谐频率为公式2：

Freq_pretune=n×Freq_smaple1+Freq_ref1

目标频率为公式3：

Freq_out=n×Freq_smaple1+Freq_ref2

Freq_ref2为参考频率范围内的一个频率；

由公式2和公式3可知，预调谐误差为公式4：

Δf=／Freq_pretune-Freq_out／=／Freq_ref1-Freq_ref2／

由于Freq_ref1和Freq_ref2都是参考频率的范围[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]内的频率，因此，预调谐误差的最大值为公式5：

Δfmax=Freq_ref_stop-Freq_fef_start。

所述的振荡器预调谐电路，其中，所述步骤A3的具体步骤为：

A301)设置参考频率为Freq_ref2，Freq_ref2由公式3计算获得，总频率合成环路输出锁定到目标频率；

A302)切换第二电子开关到第一通道，输出的目标频率性能达到设计要求。

一种用于宽带高性能频率合成器的振荡器预调谐方法，其中，包括以下步骤：

步骤A1：初步预调谐，将第一电子开关切换到第二通道，第二电子开关同时也切换到第二通道，使总频率合成环路工作在单环路频率合成状态。通过设置参考频率来实现振荡器的初步预调谐；

步骤A2：预调谐锁定，将第一电子开关切换到第一通道，第二电子开关切换到第三通道，使总频率合成环路工作在多环路频率合成状态，通过锁相环的牵引作用使振荡器调谐到目标频率的预定范围并锁定，完成振荡器预调谐动作；

步骤A3：预调谐切换锁定，通过设置参考频率，使总频率合成环路锁定在目标频率，将第二电子开关切换到第一通道，完成符合性能的目标频率锁定。

所述的振荡器预调谐方法，其中，设定宽带高性能多环路频率合成器输出的目标频率为Freq_out，参考频率为Freq_ref，其范围为[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]，该频率范围为原多环路频率合成器的设计工作范围；取样本振频率为Freq_sample，其范围为[Freq_sample_start，Freq_sample_stop]，该频率范围为原多环路频率合成器的设计工作范围；所述步骤A1的具体步骤为：

A101)将第一电子开关切换到第二通道，将第二电子开关切换到第二通道，并且使用第二环路滤波器；

A102)设置预分频器的分频比为N1，可编程分频器的分频比为N2，使得目标频率Freq_out经N1、N2分频后所得频率落在[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]的范围内；

A103)设置参考频率为Freq_ref1，得到公式1：

Freq_ref1=Freq_out÷N1÷N2；

A104)将振荡器牵引到目标频率Freq_out，实现振荡器的初步预调谐；

所述的振荡器预调谐方法，其中，所述步骤A2的具体步骤为：

A201)设置取样本振频率为Freq_smaple1，使得(Freq_out-(n×Freq_smaple1))所得频率落在[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]的范围内，n为取样器的取样谐波次数；

A202)同时切换第一电子开关和第二电子开关，将第一电子开关切换到第一通道，第二电子开关切换到第三通道，此时，环路恢复为多环路频率合成器，通过总频率合成环路的锁相环牵引，振荡器调谐到预调谐频率；

在多环路频率合成器状态下，预调谐频率为公式2：

Freq_pretune=n×Freq_smaple1+Freq_ref1

目标频率为公式3：

Freq_out=n×Freq_smaple1+Freq_ref2

Freq_ref2为参考频率范围内的一个频率；

由公式2和公式3可知，预调谐误差为公式4：

Δf=／Freq_pretune-Freq_out／=／Freq_ref1-Freq_ref2／

由于Freq_ref1和Freq_ref2都是参考频率的范围[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]内的频率，因此，预调谐误差的最大值为公式5：

Δfmax=Freq_ref_stop-Freq_ref_start。

所述的振荡器预调谐方法，其中，所述步骤A3的具体步骤为：

A301)设置参考频率为Freq_ref2，Freq_ref2由公式3计算获得，总频率合成环路输出锁定到目标频率；

A302)切换第二电子开关到第一通道，输出的目标频率性能达到设计要求。

采用上述方案，能够提高振荡器的预调谐精度，降低预调谐电路及附属电路的复杂度，增强预调谐电路的环境适应性，并降低预调谐电路电子元器件成本和调试生产维护等人工成本。

附图说明

图1为现有技术中实现振荡器的预调谐的第一种方法结构图。

图2为现有技术中实现振荡器的预调谐的第二种方法结构图。

图3为本发明宽带高性能频率合成器的振荡器预调谐电路图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1

如图3所示，本发明提供一种用于宽带高性能频率合成器的振荡器预调谐电路，是在充分利用多环路频率合成器的即有电路，通过增加少量功能器件来实现振荡器的精确预调谐。即有电路功能器件包括：参考频率生成环路901、取样本振频率生成环路902、取样器903、鉴频鉴相器905、第一环路滤波器908和需要预调谐的总环路振荡器910。增加的功能器件包括：预分频器911、可编程分频器912、第一电子开关904、第二电子开关909、第二环路滤波器907和第三环路滤波器906，下面，进行进一步说明：

即有电路功能器件：

参考频率生成环路901，用于生成总频率合成环路的鉴相频率。

取样本振频率生成环路902，用于生成对总频率合成环路输出频率进行取样的本振频率。

取样器903，用于实现取样本振频率对总频率合成环路输出频率取样。

鉴频鉴相器905，用于对参考频率和取样器输出频率进行鉴频鉴相，输出误差电压。

第一环路滤波器908，优化总频率合成环路性能，使总频率合成环路输出满足设计要求。

总环路振荡器910，生成满足设计要求频率范围的频率信号。

增加的功能器件：

预分频器911，宽带频率合成器的输出频率相对较高，甚至可能工作到10GHz以上。预分频器911用于对主振荡器910输出(也是频率合成器的输出)进行预处理，以保证后级器件能够正常工作，为方便叙述，规定预分频器的分频比为N1，预分频器911可根据频率合成器输出的具体频率范围进行取舍。

可编程分频器912，可编程分频器912用于对预分频器911的输出信号再次分频，生成总频率合成环路的鉴相频率。

第一电子开关904、第二电子开关909，两个电子开关配合使用，用于实现振荡器预调谐动作和总频率合成环路鉴相锁定动作之间的切换。第一电子开关904有两个通道，第二电子开关909有三个通道。

第二环路滤波器907，用于实现振荡器预调谐动作的快速调谐，及频率稳定。

第三环路滤波器906，用于振荡器预调谐动作中消除电子开关904及909切换引起的不确定状态，保证振荡器从单环锁定状态平稳过度到多环锁定状态。

本发明的技术方案如图3所示，通过以下几个控制步骤，实现宽带高性能频率合成器的振荡器精确预调谐并实现总频率合成环路锁定。主要实施步骤如下：

A1)初步预调谐。首先，让第一电子开关904切换到第2通道，第二电子开关909也切换到第2通道，使总频率合成环路工作在单环路频率合成状态。通过设置参考频率Freq_ref来实现振荡器的初步预调谐。

A2)预调谐锁定。让第一电子开关904切换到第1通道，第二电子开关909切换到第3通道，使总频率合成环路工作在多环路频率合成状态，通过PLL(锁相环)的牵引作用使振荡器调谐到目标频率的预定范围，并锁定，完成振荡器预调谐动作。

A3)预调谐切换锁定。通过设置参考频率Freq_ref，使总频率合成环路锁定在目标频率，让第二电子开关909切换到第1通道，完成符合性能的目标频率锁定。预调谐器件包括第二环路滤波器907、第三环路滤波器906、预分频器911及可编程分频器912退出工作环路。

下面以宽带高性能多环路频率合成器输出的目标频率为Freq_out为例详述振荡器预调谐的实施步骤及环路锁定流程。为叙述方便，假定参考频率901为Freq_ref，其范围为[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]，该频率范围为原多环路频率合成器的设计工作范围；取样本振频率902为Freq_sample，其范围为[Freq_sample_start，Freq_sample_stop]，该频率范围为原多环路频率合成器的设计工作范围。

如上面实施步骤A1所述，其具体处理步骤：

A101)切换电子开关，将第一电子开关904切换到第2通道，将第二电子开关909切换到第2通道。此时，原多环路频率合成器转换成了一个单环路频率合成器，使用第二环路滤波器907。

A102)设置预分频器911的分频比为N1，可编程分频器912的分频比为N2，使得Freq_out经N1、N2分频后所得频率落在[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]的范围内。

A103)设置参考频率901为Freq_ref1，使得

Freq_ref1=Freq_out÷N1÷N2(公式1)

A104)单环路频率合成器通过PLL的捕获能力，将振荡器910牵引到目标频率Freq_out，实现振荡器的初步预调谐。

在A1步骤中，发挥作用的新增功能器件有：预分频器911、可编程分频器912、第一电子开关904、第二电子开关909、和第二环路滤波器907。

预分频器911的作用是对宽带高性能多环路频率合成器的输出进行预处理，以保证后级器件能够正常工作。预分频器911的选择，主要是依据频率合成器的实际输出频率范围来确定，若输出频率很高，一级预分频器无法实现后级可编程分频器工作，则可以选择两级或三级；相反的，若输出频率不高，可编程分频器能够直接工作，则该级预分频器911可以省略不用。另一方面，由于该单环路频率合成器没有相位噪声等性能指标要求，因此，预分频器911在选择时，也不需要有这方面的考虑，只要能满足基本分频要求即可，而不需要选择高性能的分频器。

可编程分频器912的作用是调整Freq_out的最终分频输出能够落在[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]的范围内，这样就能够保证该单环路频率合成器在实现振荡器的初步预调谐时，不需要原有产生参考频率的电路做任何修改。需要说明的是，振荡器的初步预调谐的精度是由参考频率的精度确定的。假定参考频率的精度为ΔHz，则振荡器的初步预调谐的精度为(N1×N2×Δ)Hz。由于当前参考频率901的精度很容易达到1mHz，而(N1×N2)一般不会超过1000，因此，使用该单环路频率合成器实现振荡器的初步预调谐的精度很容易达到1Hz的量级。该精度量级在振荡器的预调谐方面已足够精确。此外，可编程分频器可根据预分频器的输出进行灵活选择，选择的原则是尽可能选择分频模式少的器件，这对于减小器件成本十分有利。

第一电子开关904、第二电子开关909的作用是实现各种环路通道的切换。在电子开关的选择上，当然切换时间越短越好，但这往往也意味着器件的成本越高。由于本方案中使用的PLL(锁相环)的特性，对电子开关的响应速度不敏感，因此在选择电子开关时，可以以成本因素为主进行选择。

第二环路滤波器907在步骤A1中起到关键的作用。在振荡器的初步预调谐过程中，该单环路频率合成器的捕获锁定等性能完全是由第二环路滤波器907决定的。由于该单环路频率合成器的大部分工作器件是复用的原电路器件，因此第二环路滤波器907成为调整该单环路频率合成器性能的唯一可调单元。第二环路滤波器907设计遵循的原则为稳定性原则、捕获带原则、捕获时间原则。设计的第二环路滤波器907首先必须保证该单环路频率合成器稳定工作，在稳定工作的基础上，第二环路滤波器907应使捕获带尽可能宽，使捕获时间尽可能短。第二环路滤波器907可以选择多种滤波器实现，常用的有：RC积分滤波器、无源比例积分滤波器、有源比例积分滤波器，本方案中，优选无源比例积分滤波器，因为该种滤波器能够最好平衡性能与成本。

如上面实施步骤A2所述，其具体处理步骤：

A201)设置取样本振频率902为Freq_smaple1，使得(Freq_out-(n×Freq_smap1e1))所得频率落在[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]的范围内，n为取样器903的取样谐波次数。

A202)同时切换第一电子开关904和第二电子开关909，第一电子开关904切换到第1通道，第二电子开关909切换到第3通道。此时，环路恢复为多环路频率合成器。通过总频率合成环路的PLL牵引，振荡器调谐到预调谐频率。

在多环路频率合成器状态下，预调谐频率：

Freq_pretune=n×Freq_smaple1+Freq_ref1(公式2)

目标频率：

Freq_out=n×Freq_smaple1+Freq_ref2(公式3)

Freq_ref2为参考频率范围内的一个频率。

由公式2和公式3可得，预调谐误差：

Δf=／Freq_pretune-Freq_out／=／Freq_ref1-Freq_ref2／(公式4)

由于Freq_ref1和Freq_ref2都是参考频率的范围[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]内的频率，因此，预调谐误差的最大值：

Δfmax=Freq_ref_stop-Freq_ref_start(公式5)

由此可见，本方案的振荡器预调谐误差是由宽带高性能多环路频率合成器的原有设计参数(即参考频率的频率范围)确定的。由于在该种环路中，参考频率的频率范围一般会控制在一个较小的范围内(如几十MHz以内)，因此，振荡器预调谐的调谐精度在10MHz量级。

在A2步骤中，使用了新增功能器件第三环路滤波器906。第三环路滤波器906的作用是保证振荡器从单环锁定状态平稳过渡到多环锁定状态。由于电子开关切换过程中，总频率合成环路会有一个很短时间的不确定状态，且电子开关切换后，总频率合成环路的锁定频率会有不大于Δfmax的频率变化，所以需要一个快速稳定的环路参数来稳定环路。因此第三环路滤波器906设计遵循的主要原则为捕获时间原则，即捕获时间要尽可能短。第三环路滤波器906的滤波器类型选择遵循近似原则，由于步骤A2时，总频率合成环路的状态已与最终锁定状态一致，所以第三环路滤波器906设计成和第一环路滤路器908相同的类型。这样，设计即简单，同时又可以最大限度地利用即有器件，节约器件成本。

如上面实施步骤A3所述，其具体处理步骤：

A301)设置参考频率901为Freq_ref2，Freq_ref2由公式3计算获得。总频率合成环路输出锁定到目标频率。由于在步骤A2中，振荡器预调谐的同时，环路已处于锁定状态，因此，环路锁定目标频率的过程将会十分迅速，且快速稳定，这也是本方案的一大优点。

A302)切换电子开关2到1通道，输出的目标频率性能达到设计要求。振荡器预调谐器件包括第二环路滤波器907、第三环路滤波器906、预分频器911及可编程分频器912全部退出工作环路。

实施例2

在上述实施例的基础上，本发明提供一种用于宽带高性能频率合成器的振荡器预调谐电路，包括取样器、鉴频鉴相器，第一环路滤波器，需要预调谐的振荡器，其中，还包括预分频器、可编程分频器、第一电子开关、第二电子开关、第二环路滤波器及第三环路滤波器；所述预分频器，用于对频率合成器输出频率进行预分频，并根据频率合成器具体输出频率范围进行取舍；所述可编程分频器，用于对预分频器的输出信号再次分频，生成总频率合成环路的鉴相频率；所述第一电子开关及所述第二电子开关，用于配合使用以实现振荡器预调谐动作和总频率合成环路鉴相锁定动作之间的切换；所述第二环路滤波器，用于实现振荡器预调谐动作的快速调谐及频率稳定；所述第三环路滤波器，用于振荡器预调谐动作中消除电子开关切换引起的不确定状态，保证振荡器从单环锁定状态平稳过渡到多环锁定状态。

所述的振荡器预调谐电路，其中，所述第一电子开关具有第一通道及第二通道；所述第二电子开关具有第一通道、第二通道及第三通道。

所述的振荡器预调谐电路，其中，实现振荡器预调谐动作包括以下步骤：

步骤A1：初步预调谐，将第一电子开关切换到第二通道，第二电子开关同时也切换到第二通道，使总频率合成环路工作在单环路频率合成状态。通过设置参考频率来实现振荡器的初步预调谐；

步骤A2：预调谐锁定，将第一电子开关切换到第一通道，第二电子开关切换到第三通道，使总频率合成环路工作在多环路频率合成状态，通过锁相环的牵引作用使振荡器调谐到目标频率的预定范围并锁定，完成振荡器预调谐动作。

所述的振荡器预调谐电路，其中，实现总频率合成环路鉴相锁定动作包括以下步骤：

步骤A3：预调谐切换锁定，通过设置参考频率，使总频率合成环路锁定在目标频率，将第二电子开关切换到第一通道，完成符合性能的目标频率锁定。

所述的振荡器预调谐电路，其中，设定宽带高性能多环路频率合成器输出的目标频率为Freq_out，参考频率为Freq_ref，其范围为[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]，该频率范围为原多环路频率合成器的设计工作范围；取样本振频率为Freq_sample，其范围为[Freq_sample_start，Freq_sample_stop]，该频率范围为原多环路频率合成器的设计工作范围；所述步骤A1的具体步骤为：

A101)将第一电子开关切换到第二通道，将第二电子开关切换到第二通道，并且使用第二环路滤波器；

A102)设置预分频器的分频比为N1，可编程分频器的分频比为N2，使得目标频率Freq_out经N1、N2分频后所得频率落在[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]的范围内；

A103)设置参考频率为Freq_ref1，得到公式1：

Freq_ref1=Freq_out÷N1÷N2；

A104)将振荡器牵引到目标频率Freq_out，实现振荡器的初步预调谐；

所述步骤A2的具体步骤为：

A201)设置取样本振频率为Freq_smaple1，使得(Freq_out-(n×Freq_smaple1))所得频率落在[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]的范围内，n为取样器的取样谐波次数；

A202)同时切换第一电子开关和第二电子开关，将第一电子开关切换到第一通道，第二电子开关切换到第三通道，此时，环路恢复为多环路频率合成器，通过总频率合成环路的锁相环牵引，振荡器调谐到预调谐频率；

在多环路频率合成器状态下，预调谐频率为公式2：

Freq_pretune=n×Freq_smaple1+Freq_ref1

目标频率为公式3：

Freq_out=n×Freq_smaple1+Freq_ref2

Freq_ref2为参考频率范围内的一个频率；

由公式2和公式3可知，预调谐误差为公式4：

Δf=／Freq_pretune-Freq_out／=／Freq_ref1-Freq_ref2／

由于Freq_ref1和Freq_ref2都是参考频率的范围[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]内的频率，因此，预调谐误差的最大值为公式5：

Δfmax=Freq_ref_stop-Freq_ref_start。

所述的振荡器预调谐电路，其中，所述步骤A3的具体步骤为：

A301)设置参考频率为Freq_ref2，Freq_ref2由公式3计算获得，总频率合成环路输出锁定到目标频率；

A302)切换第二电子开关到第一通道，输出的目标频率性能达到设计要求。

实施例3

在上述实施例的基础上，本发明还提供一种用于宽带高性能频率合成器的振荡器预调谐方法，其中，包括以下步骤：

步骤A1：初步预调谐，将第一电子开关切换到第二通道，第二电子开关同时也切换到第二通道，使总频率合成环路工作在单环路频率合成状态。通过设置参考频率来实现振荡器的初步预调谐；

步骤A2：预调谐锁定，将第一电子开关切换到第一通道，第二电子开关切换到第三通道，使总频率合成环路工作在多环路频率合成状态，通过锁相环的牵引作用使振荡器调谐到目标频率的预定范围并锁定，完成振荡器预调谐动作；

步骤A3：预调谐切换锁定，通过设置参考频率，使总频率合成环路锁定在目标频率，将第二电子开关切换到第一通道，完成符合性能的目标频率锁定。

所述的振荡器预调谐方法，其中，设定宽带高性能多环路频率合成器输出的目标频率为Freq_out，参考频率为Freq_ref，其范围为[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]，该频率范围为原多环路频率合成器的设计工作范围；取样本振频率为Freq_sample，其范围为[Freq_sample_start，Freq_sample_stop]，该频率范围为原多环路频率合成器的设计工作范围；所述步骤A1的具体步骤为：

A101)将第一电子开关切换到第二通道，将第二电子开关切换到第二通道，并且使用第二环路滤波器；

A102)设置预分频器的分频比为N1，可编程分频器的分频比为N2，使得目标频率Freq_out经N1、N2分频后所得频率落在[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]的范围内；

A103)设置参考频率为Freq_ref1，得到公式1：

Freq_ref1=Freq_out÷N1÷N2；

A104)将振荡器牵引到目标频率Freq_out，实现振荡器的初步预调谐；

所述的振荡器预调谐方法，其中，所述步骤A2的具体步骤为：

A201)设置取样本振频率为Freq_smaple1，使得(Freq_out-(n×Freq_smaple1))所得频率落在[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]的范围内，n为取样器的取样谐波次数；

A202)同时切换第一电子开关和第二电子开关，将第一电子开关切换到第一通道，第二电子开关切换到第三通道，此时，环路恢复为多环路频率合成器，通过总频率合成环路的锁相环牵引，振荡器调谐到预调谐频率；

在多环路频率合成器状态下，预调谐频率为公式2：

Freq_pretune=n×Freq_smaple1+Freq_ref1

目标频率为公式3：

Freq_out=n×Freq_smaple1+Freq_ref2

Freq_ref2为参考频率范围内的一个频率；

由公式2和公式3可知，预调谐误差为公式4：

Δf=／Freq_pretune-Freq_out／=／Freq_ref1-Freq_ref2／

由于Freq_ref1和Freq_ref2都是参考频率的范围[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]内的频率，因此，预调谐误差的最大值为公式5：

Δfmax=Freq_ref_stop-Freq_ref_start。

所述的振荡器预调谐方法，其中，所述步骤A3的具体步骤为：

A301)设置参考频率为Freq_ref2，Freq_ref2由公式3计算获得，总频率合成环路输出锁定到目标频率；

A302)切换第二电子开关到第一通道，输出的目标频率性能达到设计要求。

从本发明的实施步骤可以发现，在振荡器的整个预调谐过程中，总频率合成环路始终处于锁相环锁定状态。由于锁相环的负反馈作用，使得振荡器的预调谐实质上处于一种实时校准状态，这就使得预调谐电路对工作环境、器件老化等变化适应性极强。这是本方案的一个突出优点。采用上述方案，能够提高振荡器的预调谐精度，降低预调谐电路及附属电路的复杂度，增强预调谐电路的环境适应性，并降低预调谐电路电子元器件成本和调试生产维护等人工成本。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于宽带高性能频率合成器的振荡器预调谐电路，包括取样器、鉴频鉴相器，第一环路滤波器，需要预调谐的振荡器，其特征在于，还包括预分频器、可编程分频器、第一电子开关、第二电子开关、第二环路滤波器及第三环路滤波器；所述预分频器，用于对频率合成器输出频率进行预分频，并根据频率合成器具体输出频率范围进行取舍；所述可编程分频器，用于对预分频器的输出信号再次分频，生成总频率合成环路的鉴相频率；所述第一电子开关及所述第二电子开关，用于配合使用以实现振荡器预调谐动作和总频率合成环路鉴相锁定动作之间的切换；所述第二环路滤波器，用于实现振荡器预调谐动作的快速调谐及频率稳定；所述第三环路滤波器，用于振荡器预调谐动作中消除电子开关切换引起的不确定状态，保证振荡器从单环锁定状态平稳过渡到多环锁定状态；所述第一电子开关具有第一通道及第二通道；所述第二电子开关具有第一通道、第二通道及第三通道；实现振荡器预调谐动作包括以下步骤：

步骤A1：初步预调谐，将第一电子开关切换到第二通道，第二电子开关同时也切换到第二通道，使总频率合成环路工作在单环路频率合成状态，通过设置参考频率来实现振荡器的初步预调谐；

步骤A2：预调谐锁定，将第一电子开关切换到第一通道，第二电子开关切换到第三通道，使总频率合成环路工作在多环路频率合成状态，通过锁相环的牵引作用使振荡器调谐到目标频率的预定范围并锁定，完成振荡器预调谐动作。

2.如权利要求1所述的振荡器预调谐电路，其特征在于，实现总频率合成环路鉴相锁定动作包括以下步骤：

步骤A3：预调谐切换锁定，通过设置参考频率，使总频率合成环路锁定在目标频率，将第二电子开关切换到第一通道，完成符合性能的目标频率锁定。

3.如权利要求2所述的振荡器预调谐电路，其特征在于，设定宽带高性能多环路频率合成器输出的目标频率为Freq_out，参考频率为Freq_ref，其范围为[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]，该频率范围为原多环路频率合成器的设计工作范围；取样本振频率为Freq_sample，其范围为[Freq_sample_start，Freq_sample_stop]，该频率范围为原多环路频率合成器的设计工作范围；所述步骤A1的具体步骤为：

A101)将第一电子开关切换到第二通道，将第二电子开关切换到第二通道，并且使用第二环路滤波器；

A102)设置预分频器的分频比为N1，可编程分频器的分频比为N2，使得目标频率Freq_out经N1、N2分频后所得频率落在[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]的范围内；

A103)设置参考频率为Freq_ref1，得到公式1：

Freq_ref1＝Freq_out÷N1÷N2；

A104)将振荡器牵引到目标频率Freq_out，实现振荡器的初步预调谐；

所述步骤A2的具体步骤为：

A201)设置取样本振频率为Freq_smaple1，使得Freq_out-(n×Freq_smaple1)所得频率落在[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]的范围内，n为取样器的取样谐波次数；

A202)同时切换第一电子开关和第二电子开关，将第一电子开关切换到第一通道，第二电子开关切换到第三通道，此时，环路恢复为多环路频率合成器，通过总频率合成环路的锁相环牵引，振荡器调谐到预调谐频率；

在多环路频率合成器状态下，预调谐频率为公式2：

Freq_pretune＝n×Freq_smaple1+Freq_ref1

目标频率为公式3：

Freq_out＝n×Freq_smaple1+Freq_ref2

Freq_ref2为参考频率范围内的一个频率；

由公式2和公式3可知，预调谐误差为公式4：

Δf＝/Freq_pretune-Freq_out/＝/Freq_ref1-Freq_ref2/

由于Freq_ref1和Freq_ref2都是参考频率的范围[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]内的频率，因此，预调谐误差的最大值为公式5：

Δfmax＝Freq_ref_stop-Freq_ref_start。

4.如权利要求3所述的振荡器预调谐电路，其特征在于，所述步骤A3的具体步骤为：

A301)设置参考频率为Freq_ref2，Freq_ref2由公式3计算获得，总频率合成环路输出锁定到目标频率；

A302)切换第二电子开关到第一通道，输出的目标频率性能达到设计要求。

5.一种基于权利要求1-4任一项所述的用于宽带高性能频率合成器的振荡器预调谐方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A1：初步预调谐，将第一电子开关切换到第二通道，第二电子开关同时也切换到第二通道，使总频率合成环路工作在单环路频率合成状态，通过设置参考频率来实现振荡器的初步预调谐；

步骤A2：预调谐锁定，将第一电子开关切换到第一通道，第二电子开关切换到第三通道，使总频率合成环路工作在多环路频率合成状态，通过锁相环的牵引作用使振荡器调谐到目标频率的预定范围并锁定，完成振荡器预调谐动作；

步骤A3：预调谐切换锁定，通过设置参考频率，使总频率合成环路锁定在目标频率，将第二电子开关切换到第一通道，完成符合性能的目标频率锁定。

6.如权利要求5所述的振荡器预调谐方法，其特征在于，设定宽带高性能多环路频率合成器输出的目标频率为Freq_out，参考频率为Freq_ref，其范围为[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]，该频率范围为原多环路频率合成器的设计工作范围；取样本振频率为Freq_sample，其范围为[Freq_sample_start，Freq_sample_stop]，该频率范围为原多环路频率合成器的设计工作范围；所述步骤A1的具体步骤为：

A101)将第一电子开关切换到第二通道，将第二电子开关切换到第二通道，并且使用第二环路滤波器；

A102)设置预分频器的分频比为N1，可编程分频器的分频比为N2，使得目标频率Freq_out经N1、N2分频后所得频率落在[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]的范围内；

A103)设置参考频率为Freq_ref1，得到公式1：

Freq_ref1＝Freq_out÷N1÷N2；

A104)将振荡器牵引到目标频率Freq_out，实现振荡器的初步预调谐 。

7.如权利要求6所述的振荡器预调谐方法，其特征在于，所述步骤A2的具体步骤为：

A201)设置取样本振频率为Freq_smaple1，使得Freq_out-(n×Freq_smaple1)所得频率落在[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]的范围内，n为取样器的取样谐波次数；

A202)同时切换第一电子开关和第二电子开关，将第一电子开关切换到第一通道，第二电子开关切换到第三通道，此时，环路恢复为多环路频率合成器，通过总频率合成环路的锁相环牵引，振荡器调谐到预调谐频率；

在多环路频率合成器状态下，预调谐频率为公式2：

Freq_pretune＝n×Freq_smaple1+Freq_ref1

目标频率为公式3：

Freq_out＝n×Freq_smaple1+Freq_ref2

Freq_ref2为参考频率范围内的一个频率；

由公式2和公式3可知，预调谐误差为公式4：

Δf＝/Freq_pretune-Freq_out/＝/Freq_ref1-Freq_ref2/

由于Freq_ref1和Freq_ref2都是参考频率的范围[Freq_ref_start，Freq_ref_stop]内的频率，因此，预调谐误差的最大值为公式5：

Δfmax＝Freq_ref_stop-Freq_ref_start。

8.如权利要求7所述的振荡器预调谐方法，其特征在于，所述步骤A3的具体步骤为：

A301)设置参考频率为Freq_ref2，Freq_ref2由公式3计算获得，总频率合成环路输出锁定到目标频率；

A302)切换第二电子开关到第一通道，输出的目标频率性能达到设计要求。