CN103873049B - 射频信号测量装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种射频信号测量装置及其使用方法，该射频信号测量装置包括：第一幅度检测电路，与锁相环电路相连，用于在检测到锁相环电路输出信号幅度处于第一阈值范围时，输出第一使能信号；第二幅度检测电路，与自动电平控制电路相连，用于在检测到自动电平控制电路的环路滤波器输出信号幅度处于第二阈值范围时，输出第二使能信号；控制单元，用于根据第一使能信号与第二使能信号，输出用以指示输出信号有效的指示信号。本发明能够在锁相环电路及自动电平控制电路都稳定后给系统控制一个指示，表示信号源设置稳定有效，使得用户可以与整个测试系统进行远程控制或同步，确保读取数据始终有效可信。

Description

射频信号测量装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种射频信号测量装置及其使用方法。

背景技术

图1为现有技术中射频信号源的结构示意图，如图1所示，在现有技术的射频信号源中包括有锁相环(PLL，Phase Locked Loop)电路、频率合成电路、自动电平控制电路、可变衰减器、控制单元，其中：

锁相环电路包括VCO(Voltage Controlled Oscillator，压控振荡器)、鉴相器、可编程分频器以及环路滤波器，产生所需的频率信号。频率合成电路包括倍频电路、分频电路以及混频电路，将锁相环的产生的频率信号变化成信号源设置的输出信号频率。自动电平控制(ALC，Automatic Level Control)电路是一个控制信号幅度的环路，输出信号经检波后反馈至放大器或衰减器来调节通道功率，使得经过自动电平控制电路后的信号电平稳定、可控。由于自动电平控制电路的幅度控制范围有限，在其后增加可变衰减器，使得输出信号的功率范围得到大大的扩展。控制单元根据信号源系统设置对各模块电路进行配置和控制。

锁相环电路是一个使得压控振荡器输出逐渐向设定频率靠拢的环路，其稳定需要一定的时间，这个时间长短与环路带宽有关。同样自动电平控制电路也是一个对幅度进行控制的环路，其稳定时间也与环路带宽有关。当用户在设置信号源后，输出信号并非立即稳定，如果在锁相环锁定过程中读取信号的输出将可能出错。而目前的现有技术并不能确定用户在设置信号源后输出的信号是否已经稳定，这也导致了无法确定读取的信号是否有错。

发明内容

本发明实施例提供一种射频信号测量装置，用以当信号源设置完成后能够进行监测，并在信号源设置稳定有效后给出指示表示各环路稳定，该射频信号测量装置包括：

第一幅度检测电路，与锁相环电路相连，用于在检测到锁相环电路输出信号幅度处于第一阈值范围时，输出第一使能信号；

第二幅度检测电路，与自动电平控制电路相连，用于在检测到自动电平控制电路的环路滤波器输出信号幅度处于第二阈值范围时，输出第二使能信号；

控制单元，用于根据第一使能信号与第二使能信号，输出用以指示输出信号有效的指示信号；

输入端分别与第一幅度检测电路、第二幅度检测电路相连，输出端与控制单元相连的第一与门；

第一与门，用于接收第一使能信号与第二使能信号，根据第一使能信号与第二使能信号通知控制单元输出用以指示输出信号有效的指示信号。

本发明实施例还提供一种上述射频信号测量装置的使用方法，用以当信号源设置完成后能够进行监测，并在信号源设置稳定有效后给出指示表示各环路稳定，该使用方法包括：

第一幅度检测电路在检测到锁相环电路输出信号幅度处于第一阈值范围时，输出第一使能信号；

第二幅度检测电路在检测到自动电平控制电路的环路滤波器输出信号幅度处于第二阈值范围时，输出第二使能信号；

控制单元根据第一使能信号与第二使能信号，输出用以指示输出信号有效的指示信号；

第一与门接收第一使能信号与第二使能信号，根据第一使能信号与第二使能信号通知控制单元输出用以指示输出信号有效的指示信号。

本发明实施例中，提供了锁相环电路及自动电平控制电路的幅度检测电路，当指示有效时输出使能信号标明稳定，当两者都稳定后给系统控制一个指示，利用该指示来表示信号源设置稳定有效，从而使得用户可以与整个测试系统进行远程控制或同步，确保读取数据始终有效可信。

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。在附图中：

图1为现有技术中射频信号源的模块结构示意图；

图2为本发明实施例中具有射频信号测量装置的射频信号源结构示意图；

图3为本发明实施例中幅度检测电路的结构示意图；

图4为本发明实施例中锁相环电路的结构示意图；

图5为本发明实施例中自动电平控制电路的结构示意图；

图6为本发明实施例中射频信号测量装置的使用方法的实施流程示意图。

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明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

要确定读取的信号是否有错，就需要能够确定用户在设置信号源后输出的信号是否已经稳定。为解决该问题，发明人注意到：

信号源所有模块中除了锁相环电路和自动电平控制电路外，其余都是配置或开关控制量，系统控制或切换时间非常快，通常是ns级，远远小于信号源设置稳定时间，因此可以忽略不计。确定的关键在于判断锁相环电路的输出及自动电平控制电路的环路滤波器输出是否已经稳定，基于此，本发明实施例中提供了锁相环电路及自动电平控制电路的锁定指示，当指示有效时标明稳定，当两者都稳定后给系统控制一个指示，利用该指示来表示信号源设置稳定有效。

下面对本发明的实施进行详细说明。

图2为本发明实施例中具有射频信号测量装置的射频信号源的结构示意图，如图2所示，在射频信号测量装置部分可以包括：

第一幅度检测电路，与锁相环电路相连，用于在检测到锁相环电路输出信号幅度处于第一阈值范围时，输出第一使能信号；

第二幅度检测电路，与自动电平控制电路相连，用于在检测到自动电平控制电路的环路滤波器输出信号幅度处于第二阈值范围时，输出第二使能信号；

控制单元，用于根据第一使能信号与第二使能信号，输出用以指示输出信号有效的指示信号。

实施中，射频信号测量装置中还可以进一步包括：输入端分别与第一幅度检测电路、第二幅度检测电路相连，输出端与控制单元相连的第一与门；

第一与门，用于接收第一使能信号与第二使能信号，根据第一使能信号与第二使能信号通知控制单元输出用以指示输出信号有效的指示信号。

实施中，第一幅度检测电路进一步用于在检测到锁相环电路输出信号幅度处于第一阈值范围时，输出作为第一使能信号的高电平；

第二幅度检测电路进一步用于在检测到自动电平控制电路的环路滤波器输出信号幅度处于第二阈值范围时，输出作为第二使能信号的高电平；

第一与门，用于在输入端均为高电平时，输出高电平通知控制单元输出用以指示输出信号有效的指示信号。

具体实施中，锁相环电路在信号输出同时输出至第一幅度检测电路，当锁相环锁定后，第一幅度检测电路信号输出的电平发生反转，未锁定时输出信号为低电平，锁定后为高电平，也即输出第一使能信号；同理，自动电平控制电路也输出至第二幅度检测电路，当自动电平控制电路锁定后第二幅度检测电路输出信号电平反转，未锁定时输出信号为低电平，锁定后为高电平，也即输出第二使能信号。当两路幅度检测电路的输出信号同时为高电平时，第一与门输出高电平通知控制单元，控制单元可以输出用以指示输出信号有效的指示信号，例如输出一个上升或下降沿作为信号有效输出。

实施中，第一幅度检测电路进一步可以用于在检测到作为锁相环电路输出信号的锁相环电路压控振荡器的压控电压的幅度处于第一阈值范围时，输出第一使能信号。

实施中，第二幅度检测电路进一步可以用于在检测到作为自动电平控制电路的环路滤波器输出信号的自动电平控制电路可变衰减器的控制电压的幅度处于第二阈值范围时，输出第二使能信号。

实施中，第一幅度检测电路，可以包括：

第一比较器，输入端分别输入第一阈值范围的高门限与锁相环电路压控振荡器的压控电压，输出端与第二与门相连；

第二比较器，输入端分别输入第一阈值范围的低门限与锁相环电路压控振荡器的压控电压，输出端与第二与门相连；

第二与门，用于当锁相环电路压控振荡器的压控电压低于第一阈值范围的高门限且高于第一阈值范围的低门限时，输出第一使能信号，例如输出作为第一使能信号的高电平；

和/或，

第二幅度检测电路，可以包括：

第三比较器，输入端分别输入第二阈值范围的高门限与自动电平控制电路可变衰减器的控制电压，输出端与第三与门相连；

第四比较器，输入端分别输入第二阈值范围的低门限与自动电平控制电路可变衰减器的控制电压，输出端与第三与门相连；

第三与门，用于当自动电平控制电路压控振荡器的压控电压低于第二阈值范围的高门限且高于第二阈值范围的低门限时，输出第二使能信号，例如输出作为第二使能信号的高电平。

下面对幅度检测电路的实施进行详细说明。

图3为本发明实施例中幅度检测电路的结构示意图，如图3所示，以第一幅度检测电路为例，是监测作为锁相环电路输出信号的锁相环电路压控振荡器的压控电压是否在锁定时的电压范围(第一阈值范围)之内，当落入该范围时，输出第一使能信号，例如输出作为第一使能信号的高电平。幅度检测电路实施时是利用两个比较器，一个比较器的输入端接判别范围的高门限，另一个比较器的输入端是接判别范围的低门限，如图3所示。两个比较器输出接到与门，以第一幅度检测电路为例，当作为锁相环电路输出信号的锁相环电路压控振荡器的压控电压低于判别范围的高门限且高于低门限时，与门输出高电平，表明锁相环锁定。自动电平控制电路采用同样的原理来判断环路锁定，并且幅度检测电路输出第二使能信号，例如输出作为第二使能信号的高电平。

图4为本发明实施例中锁相环电路的结构示意图，图4中所示锁相环电路是一个简单但典型的锁相环电路，以该锁相环电路为例，如图4所示，该锁相环电路包括压控振荡器、鉴相器、电荷泵、低通滤波器以及分频模块，在获取锁相环电路压控振荡器的压控电压的具体实施中，压控电压可以从图4中所示的A点检测得到，由于这点上是直流，所以实施中可以直接连接进行检测。

图5为本发明实施例的自动电平控制电路的结构示意图，图5中所示自动电平控制电路是一个简单但典型的自动电平控制电路，该自动电平控制电路包括可变衰减器501、射频功率放大器502、耦合器503、检波二极管504、由电容505和运算放大器506构成的环路滤波器(即积分电路)等元件，射频输入信号经可变衰减器501后由射频功率放大器502进行放大，得到射频输出信号经耦合器503输出；射频输出信号经耦合器503和检波二极管504，获得检波后的射频信号，利用该检波后的射频信号输出误差电压至环路滤波器；环路滤波器的输出将提供至可变衰减器501的控制端，控制可变衰减器501的衰减量。以该自动电平控制电路为例，如图5所示，在获取自动电平控制电路可变衰减器的控制电压的具体实施中，同理，可变衰减器的控制电压可以从图5中B点得到，实施中可以直接导线连接进行检测。

对于阈值范围的具体实施，以锁相环电路为例，由于锁相环电路工作时是一个动态的不断逼近压控振荡器的压控电压的过程，当无限逼近压控电压时，环路锁定。如果因故失锁时，压控电压通常会被拉到最低或最高，因此实施中可以根据压控振荡器的振荡范围和压控电压的对应关系来确定阈值范围，阈值范围的高、低门限电压是提前预置好的两个固定电压，在此范围内锁相环将正常锁定，如果高出或低于门限电压，将视为失锁。自动电平控制电路与锁相环电路类似。图3中的具体实施例即可以这样设置高、低门限电压，锁定时幅度检测电路输出高电平，当超出这个范围而失锁时，幅度检测电路输出将为低电平。

实施中，对于比较器的采用，按本领域技术人员的需要进行选用即可。

实施中，控制单元可以由FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片构成，例如图2实施例中的所有电路都可以由FPGA控制。有效信号由FPGA输出，经过缓冲器直接输出到仪器后面板。

实施中，第一比较器、第二比较器、第三比较器、第四比较器之一或者其组合可以为模拟电路或数字电路。

实施中，第一与门、第二与门、第三与门之一或者其组合可以为模拟电路或数字电路。

实施中，第一与门可以位于实现控制单元功能的FPGA芯片。具体实施中，第一与门可以放在FPGA中进行，信号测量装置是模拟电路；也可以将第一与门用硬件电路实现，这时是数模混合电路。

对于指示信号的输出，实施中，锁相环电路和自动电平控制电路都锁定时，给控制单元(FPGA)一个高电平，FPGA立即将信号有效端口电平进行反转，根据用户设置输出一个上升或下降沿信号。这个信号有效输出，指示信号源输出的频率和幅度稳定可靠，即可被用来作为一个触发信号给用户或测试系统，当收到此触发信号时，用户或测试系统进行读数。

在本发明实施例提供的方案中，可以实现通过输出一个脉冲或上升或下降沿，快速通知用户信号输出是否已经有效，用户即可以与整个测试系统进行远程控制或同步，确保读取数据始终有效可信。

本发明实施例还提供了一种上述射频信号测量装置的使用方法，下面进行详细说明。

图6为本发明实施例的射频信号测量装置的使用方法的实施流程示意图，如图6所示，可以包括：

步骤601、第一幅度检测电路在检测到锁相环电路输出信号幅度处于第一阈值范围时，输出第一使能信号；

步骤602、第二幅度检测电路在检测到自动电平控制电路的环路滤波器输出信号幅度处于第二阈值范围时，输出第二使能信号；

步骤603、控制单元根据第一使能信号与第二使能信号，输出用以指示输出信号有效的指示信号。

实施中，上述射频信号测量装置的使用方法进一步可以包括：

第一与门接收第一使能信号与第二使能信号，根据第一使能信号与第二使能信号通知控制单元输出用以指示输出信号有效的指示信号。

实施中，第一幅度检测电路在检测到锁相环电路输出信号幅度处于第一阈值范围时，输出作为第一使能信号的高电平；

第二幅度检测电路在检测到自动电平控制电路的环路滤波器输出信号幅度处于第二阈值范围时，输出作为第二使能信号的高电平；

第一与门在输入端均为高电平时，输出高电平通知控制单元输出用以指示输出信号有效的指示信号。

实施中，第一幅度检测电路在检测到作为锁相环电路输出信号的锁相环电路压控振荡器的压控电压的幅度处于第一阈值范围时，输出第一使能信号。

实施中，第二幅度检测电路在检测到作为自动电平控制电路的环路滤波器输出信号的自动电平控制电路可变衰减器的控制电压的幅度处于第二阈值范围时，输出第二使能信号。

实施中，第二与门在锁相环电路压控振荡器的压控电压低于第一阈值范围的高门限且高于第一阈值范围的低门限时，输出第一使能信号；和/或，第二与门在自动电平控制电路可变衰减器的控制电压低于第二阈值范围的高门限且高于第二阈值范围的低门限时，输出第二使能信号。

本发明实施例中所提及的方案，至少可以适用于如下所述的一台射频信号源，其输出频率范围为9kHz至6GHz，频率分辨率达0.01Hz；电平输出范围为-127dBm至+13dBm，电平设置分辨率达0.02dB。本发明实施例中所提及的方案至少还可以应用于频谱分析仪的本振系统和跟踪源中。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种射频信号测量装置，其特征在于，包括：

第一幅度检测电路，与锁相环电路相连，用于在检测到锁相环电路输出信号幅度处于第一阈值范围时，输出第一使能信号；

第二幅度检测电路，与自动电平控制电路相连，用于在检测到自动电平控制电路的环路滤波器输出信号幅度处于第二阈值范围时，输出第二使能信号；

控制单元，用于根据第一使能信号与第二使能信号，输出用以指示输出信号有效的指示信号；

输入端分别与第一幅度检测电路、第二幅度检测电路相连，输出端与控制单元相连的第一与门；

第一与门，用于接收第一使能信号与第二使能信号，根据第一使能信号与第二使能信号通知控制单元输出用以指示输出信号有效的指示信号。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一幅度检测电路进一步用于在检测到锁相环电路输出信号幅度处于第一阈值范围时，输出作为第一使能信号的高电平；

第二幅度检测电路进一步用于在检测到自动电平控制电路的环路滤波器输出信号处于第二阈值范围时，输出作为第二使能信号的高电平；

第一与门，用于在输入端均为高电平时，输出高电平通知控制单元输出用以指示输出信号有效的指示信号。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一幅度检测电路进一步用于在检测到作为锁相环电路输出信号的锁相环电路压控振荡器的压控电压的幅度处于第一阈值范围时，输出第一使能信号。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第二幅度检测电路进一步用于在检测到作为自动电平控制电路的环路滤波器输出信号的自动电平控制电路可变衰减器的控制电压的幅度处于第二阈值范围时，输出第二使能信号。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

第一幅度检测电路，包括：

第一比较器，输入端分别输入第一阈值范围的高门限与锁相环电路压控振荡器的压控电压，输出端与第二与门相连；

第二比较器，输入端分别输入第一阈值范围的低门限与锁相环电路压控振荡器的压控电压，输出端与第二与门相连；

第二与门，用于当锁相环电路压控振荡器的压控电压低于第一阈值范围的高门限且高于第一阈值范围的低门限时，输出第一使能信号；

和/或，

第二幅度检测电路，包括：

第三比较器，输入端分别输入第二阈值范围的高门限与自动电平控制电路可变衰减器的控制电压，输出端与第三与门相连；

第四比较器，输入端分别输入第二阈值范围的低门限与自动电平控制电路可变衰减器的控制电压，输出端与第三与门相连；

第三与门，用于当自动电平控制电路可变衰减器的控制电压低于第二阈值范围的高门限且高于第二阈值范围的低门限时，输出第二使能信号。

6.如权利要求1至5任一所述的装置，其特征在于，控制单元为现场可编程门阵列芯片。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，第一与门位于实现控制单元功能的现场可编程门阵列芯片。

8.一种如权利要求1至7任一所述射频信号测量装置的使用方法，其特征在于，包括：

第一幅度检测电路在检测到锁相环电路输出信号幅度处于第一阈值范围时，输出第一使能信号；

第二幅度检测电路在检测到自动电平控制电路的环路滤波器输出信号幅度处于第二阈值范围时，输出第二使能信号；

控制单元根据第一使能信号与第二使能信号，输出用以指示输出信号有效的指示信号；

第一与门接收第一使能信号与第二使能信号，根据第一使能信号与第二使能信号通知控制单元输出用以指示输出信号有效的指示信号。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：

第一幅度检测电路在检测到锁相环电路输出信号幅度处于第一阈值范围时，输出作为第一使能信号的高电平；

第二幅度检测电路在检测到自动电平控制电路的环路滤波器输出信号幅度处于第二阈值范围时，输出作为第二使能信号的高电平；

第一与门在输入端均为高电平时，输出高电平通知控制单元输出用以指示输出信号有效的指示信号。

10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，第一幅度检测电路在检测到作为锁相环电路输出信号的锁相环电路压控振荡器的压控电压的幅度处于第一阈值范围时，输出第一使能信号。

11.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，第二幅度检测电路在检测到作为自动电平控制电路的环路滤波器输出信号的自动电平控制电路可变衰减器的控制电压的幅度处于第二阈值范围时，输出第二使能信号。

12.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于：

第二与门在锁相环电路压控振荡器的压控电压低于第一阈值范围的高门限且高于第一阈值范围的低门限时，输出第一使能信号；

和/或，

第三与门在自动电平控制电路可变衰减器的控制电压低于第二阈值范围的高门限且高于第二阈值范围的低门限时，输出第二使能信号。