CN103731141A - 一种基于锁相环的微波等离子体灯扫频源系统 - Google Patents

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卢辉
黄桃
李斌
李建清
金晓林
朱小芳
杨中海
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Abstract

本发明公开了一种基于锁相环的微波等离子体灯扫频源系统，该系统包括：输出电路单元，连接芯片电路单元，用于差分输出或单端输出，得到所需的输出功率；环路滤波器电路单元，连接芯片电路单元，用于滤除鉴相器输出中的高频部分；芯片电路单元，连接输出电路单元和环路滤波器电路单元，内部集成了鉴相器、压控振荡器和分频器，用于对扫频信号的分频、鉴相、压控振荡，实现扫频信号的稳定输出。本发明通过锁相环频率合成原理，使用集成芯片ADF4350设计了满足要求的频率源。本发明的输出频点误差小，输出功率平坦度好的扫频源，达到所需的基本要求，解决了传统的扫频源存在的输出不稳定、频率可调性差、功率平坦度大的问题。

Description

一种基于锁相环的微波等离子体灯扫频源系统
技术领域
本发明属于可调光等离子体灯扫频源技术领域，尤其涉及一种基于锁相环的微波等离子体灯扫频源系统。  
背景技术
微波等离子灯是一种高效节能的绿色无电极光源，利用微波激发等离子体发光，因其节能、环保，使得微波硫灯具有很大的发展潜力，被认为是21世纪绿色电光源的首选对象，一个输出稳定、频率可调的扫频源是微波等离子灯的重要组成部分，微波等离子体灯的整个射频模块的功率平坦度越小越好，射频源部分功率平坦度要控制在 0.2dB以内，频率步进60kHz。 
传统的扫频源存在着输出不稳定、频率可调性差、功率平坦度大的问题。 
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于锁相环的微波等离子体灯扫频源系统，旨在解决传统的扫频源存在的输出不稳定、频率可调性差、功率平坦度大的问题。 
本发明实施例是这样实现的，一种基于锁相环的微波等离子体灯扫频源系统，该基于锁相环的微波等离子体灯扫频源系统包括： 
输出电路单元，连接芯片电路单元，用于差分输出或单端输出，得到所需的输出功率；
环路滤波器电路单元，连接芯片电路单元，用于滤除鉴相器输出中的高频部分；
芯片电路单元，连接输出电路单元和环路滤波器电路单元，内部集成了鉴相器、压控振荡器和分频器，用于对扫频信号的分频、鉴相、压控振荡，实现扫频信号的稳定输出。
进一步，输出电路单元差分输出或单端输出，也可以利用巴伦将两路输出合并。 
进一步，环路滤波器电路单元的电路具体连接为：与ADF4350芯片的7号引脚与20号引脚连接，电容C1、电阻R1和电容C3并联，电容C3与电阻R2并联，电容C2的一端与电阻R1串联，另一端接GND端，电容C1和电容C3的一端连接，另一端接GND端。 
进一步，在环路滤波器电路单元的电路中，电阻R1为11.9K(实际电路为12K)，电容C1为27.5pF(实际电路为27pF)、电阻R22.4K(实际电路为23K)，电容C3为12.5pF(实际电路为12pF)，电容C2为374pF(实际电路为390pF)。 
进一步，环路滤波器电路单元的电路连接为：电感L1的一端和电感L2并联，另一端连接GND端，电感L1和电感L2的一端连接ADF4350芯片的Dvdd脚，电容C4的一端与电感L2串联，另一端与电容C5和电感L3并联，电阻R3的一端与电感C5串联，另一端连接GND端，电容C6的一端与电感L3串联，另一端连接GND端，RfoutA+连接电容C4，RfoutA-连接电感L1和GND端。 
本发明提供的基于锁相环的微波等离子体灯扫频源系统，通过锁相环频率合成原理，使用集成芯片ADF4350设计了满足要求的频率源，最终通过设计PCB、制板、电装并调试制作了满足要求的频率源的，本发明的输出平均功率为5dBm，功率平坦度小于 0.2dB，杂散抑制在50dBc以上。本发明的输出频点误差小，输出功率平坦度好的扫频源，达到所需的基本要求，解决了传统的扫频源存在的输出不稳定、频率可调性差、功率平坦度大的问题。 
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于锁相环的微波等离子体灯扫频源系统的结构示意图。 
图中：1、环路滤波器电路单元；2、输出电路单元；3、芯片电路单元。  
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 
图1示出了本发明提供的基于锁相环的微波等离子体灯扫频源系统结构。为了便于说明，仅仅示出了与本发明相关的部分。 
本发明实施例的基于锁相环的微波等离子体灯扫频源系统，该基于锁相环的微波等离子体灯扫频源系统包括： 
输出电路单元，连接芯片电路单元，用于差分输出或单端输出，得到所需的输出功率；
环路滤波器电路单元，连接芯片电路单元，用于滤除鉴相器输出中的高频部分；
芯片电路单元，连接输出电路单元和环路滤波器电路单元，内部集成了鉴相器、压控振荡器和分频器，用于对扫频信号的分频、鉴相、压控振荡，实现扫频信号的稳定输出。
作为本发明实施例的一优化方案，输出电路单元差分输出或单端输出，也可以利用巴伦将两路输出合并。 
作为本发明实施例的一优化方案，环路滤波器电路单元的电路具体连接为：与ADF4350芯片的7号引脚与20号引脚连接，电容C1、电阻R1和电容C3并联，电容C3与电阻R2并联，电容C2的一端与电阻R1串联，另一端接GND端，电容C1和电容C3的一端连接，另一端接GND端。 
作为本发明实施例的一优化方案，在环路滤波器电路单元的电路中，电阻R1为11.9K(实际电路为12K)，电容C1为27.5pF(实际电路为27pF)、电阻R22.4K(实际电路为23K)，电容C3为12.5pF(实际电路为12pF)，电容C2为374pF(实际电路为390pF)。 
作为本发明实施例的一优化方案，环路滤波器电路单元的电路连接为：电感L1的一端和电感L2并联，另一端连接GND端，电感L1和电感L2的一端连接ADF4350芯片的Dvdd脚，电容C4的一端与电感L2串联，另一端与电容C5和电感L3并联，电阻R3的一端与电感C5串联，另一端连接GND端，电容C6的一端与电感L3串联，另一端连接GND端，RfoutA+连接电容C4，RfoutA-连接电感L1和GND端。 
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。 
如图1所示，本发明实施例的基于锁相环的微波等离子体灯扫频源系统主要由环路滤波器电路单元1、输出电路单元2、芯片电路单元3组成； 
输出电路单元2，连接芯片电路单元3的输出引脚，用于差分输出或单端输出，进而得到项目所需的输出功率；
环路滤波器电路单元1，连接芯片电路单元3，用于滤除鉴相器输出中的高频部分；
芯片电路单元3，连接输出电路单元2和环路滤波器电路单元1，内部集成了鉴相器（PD）、压控振荡器（VCO），分频器；实现分频、鉴相、压控振荡的功能；
输出电路单元2，可以差分输出或单端输出，也可以利用巴伦将两路输出合并，输出功率为5dBm，所以采用巴伦将两路合并，这样理论上最大输出将达到10dBm；
环路滤波器电路1单元具体的电路连接为：连接在ADF4350的芯片7号引脚与20号引脚之间；环路带宽一般为鉴相频率的1/10，鉴相频率为1MHz，则环路带宽为100KHz，相位裕度根据经验，取40度至55度之间，取45度；通过C1、C2和C3滤除鉴相器输出中的高频部分；
ADF4350的芯片电路单元3具体设置为：ADF4350芯片具有一个压控振荡器（VCO），其基波输出频率范围为2200MHz至4400MHz。利用1/2/4/8/16分频电路，可以产生低至137.5MHz的RF输出频率。内部集成了鉴相器（PD）、压控振荡器（VCO），分频器；实现分频、鉴相、压控振荡的功能；外部只需少量外围电路就能实现基本功能，使得电路相对简单。
本发明的锁相环频率合成以其精确的频率控制，稳定的输出，相对低的相噪和杂散得到广泛的应用，ＰＬＬ主要由鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）、压控振荡器（VCO）、分频器构成，如图1所示，当参考输入频率 
Figure 512745DEST_PATH_IMAGE001
和分频器输出信号频率
Figure 187440DEST_PATH_IMAGE002
相等时时，锁相环锁定，得到稳定输出，反之，鉴相器会产生一个电压
Figure 648508DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 16035DEST_PATH_IMAGE003
由
Figure 257661DEST_PATH_IMAGE001
与之差决定： 
                                                                                   
电压
Figure 282662DEST_PATH_IMAGE003
经ＬＰＦ后控制ＶＣＯ的输出，最终使ＰＬＬ锁定；
集成锁相环频率合成器，基于ADI公司生产的集成芯片ADF4350芯片整数Ｎ分频完成的，ADF4350芯片具有一个集成压控振荡器（VCO），其基波输出频率范围为2200MHz至4400MHz，利用1/2/4/8/16分频电路，用户可以产生低至137.5MHz的RF输出频率，内部集成了PD、VCO，分频器，外部只需少量外围电路就能实现基本功能，使得电路相对简单；
ADF4350芯片由六个32位寄存器够成，对其进行合适的配置，可以得到420MHz到470MHz，频率步进为1MHz的扫频信号；
该设计的参考输入由26MHz的温补晶振提供，要实现１ＭＨｚ的频率步进，参考晶振要经过２６分频进入鉴相器，假如要输出频率为４５０ＭＨｚ的信号，ＶＣＯ要经过１／８分频电路才能得到所需频率信号，ＶＣＯ输出则为３６００ＭＨｚ，整数N分频应设为3600，对应寄存器配置如表1所示。
表1.450MHz输出对应寄存器配置 
Figure 2013107198451100002DEST_PATH_IMAGE001
结合验证对本发明的效果做进一步的说明：
使用hp-8563E频谱仪对单频点450MHz输出进行测量，中心频率为450MHz，span为500kHz。输出频率为449.9992MHz，误差约为0.00018%，杂散抑制在50dBc以上，达到项目所需要求，整个电路供电3.5V，输入电流0.14A，功耗为0.49W。为了测试板子扫频过程中的功率平坦度，通过程序将扫频范围设为420MHz至470MHz，频率步进设为5MHz，每个频点持续5秒钟，用Agilent U200A 功率探头对其进行测试，功率平坦度在 0.2dB以内，达到项目所需要求。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (5)

1.一种基于锁相环的微波等离子体灯扫频源系统，其特征在于，该基于锁相环的微波等离子体灯扫频源系统包括：
输出电路单元，连接芯片电路单元，用于差分输出或单端输出，得到所需的输出功率；
环路滤波器电路单元，连接芯片电路单元，用于滤除鉴相器输出中的高频部分；
芯片电路单元，连接输出电路单元和环路滤波器电路单元，内部集成鉴相器、压控振荡器和分频器，用于对扫频信号的分频、鉴相、压控振荡，实现扫频信号的稳定输出。
2.如权利要求1所述的基于锁相环的微波等离子体灯扫频源系统，其特征在于，输出电路单元差分输出或单端输出，也可以利用巴伦将两路输出合并。
3.如权利要求1所述的基于锁相环的微波等离子体灯扫频源系统，其特征在于，环路滤波器电路单元的电路具体连接为：与ADF4350芯片的7号引脚与20号引脚连接，电容C1、电阻R1和电容C3并联，电容C3与电阻R2并联，电容C2的一端与电阻R1串联，另一端接GND端，电容C1和电容C3的一端连接，另一端接GND端。
4.如权利要求3所述的基于锁相环的微波等离子体灯扫频源系统，其特征在于，在环路滤波器电路单元的电路中，电阻R1为11.9K，电容C1为27.5pF、电阻R22.4K，电容C3为12.5pF，电容C2为374pF。
5.如权利要求1所述的基于锁相环的微波等离子体灯扫频源系统，其特征在于，环路滤波器电路单元的电路连接为：电感L1的一端和电感L2并联，另一端连接GND端，电感L1和电感L2的一端连接ADF4350芯片的Dvdd脚，电容C4的一端与电感L2串联，另一端与电容C5和电感L3并联，电阻R3的一端与电感C5串联，另一端连接GND端，电容C6的一端与电感L3串联，另一端连接GND端，RfoutA+连接电容C4，RfoutA-连接电感L1和GND端。
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卢辉: ""基于锁相环的微波等离子体灯扫频源研究"", 《真空电子技术》 *

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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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