CN105406862B - 一种低杂散宽带10～20GHz锁相环装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低杂散宽带10～20GHz锁相环装置，其特征在于，包括依次连接的参考放大器、锁相环、压控振荡器、耦合器、隔离放大器和分频器，还包括环路滤波器、CPLD和TCXO，其中：所述环路滤波器分别与所述锁相环和所述压控振荡器相连接；所述分频器与所述锁相环相连接；所述CPLD分别与所述锁相环和所述TCXO相连接。本发明提供的低杂散宽带10～20GHz锁相环装置，电路设计简单，不需要复杂滤波器电路，子谐波杂散低，输出频谱纯度高，数字寄生干扰低，电路组装采用SMT工艺，工艺简单，可以很好地满足实际应用的需要。
Description
技术领域
本发明属于锁相环装置技术领域，具体涉及一种低杂散宽带10～20GHz锁相环装置。
背景技术
微波频率源是各种电子系统的核心部件，微波锁相源电路是微波频率源中的常用电路。现有技术的锁相环电路结构框图如图1所示。目前微波锁相源电路主要是由锁相环(PLL)芯片、VCO、环路滤波器组成。锁相环(PLL)芯片是由数字分频器和鉴相器构成，其内部寄存器需要通过串行或并行总线加载，数字噪声就通过串行或并行总线寄生到VCO输出端，产生杂散；锁相环(PLL)芯片的工作频率只有8GHz，对于频率高于8GHz的微波锁相源电路，需要在锁相环(PLL)芯片的输入端加分频电路，而分频器对输出频率的隔离有限，这样分频产生的子谐波就会在VCO输出形成子谐波杂散。要想满足杂散指标，就需要更复杂的开关滤波电路，增加了装置的复杂程度。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可避免出现上述技术缺陷的低杂散宽带10～20GHz锁相环装置。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种低杂散宽带10～20GHz锁相环装置，包括依次连接的参考放大器、锁相环、压控振荡器、耦合器、隔离放大器和分频器，还包括环路滤波器、CPLD和TCXO，其中：所述环路滤波器分别与所述锁相环和所述压控振荡器相连接；所述分频器与所述锁相环相连接；所述CPLD分别与所述锁相环和所述TCXO相连接。
进一步地，所述隔离放大器包括依次连接的第一衰减器、放大器和第二衰减器。
进一步地，所述CPLD为EPM570T100I5。
进一步地，所述TCXO连接有磁珠和钽电容。
进一步地，所述钽电容的型号为TAJA106K016RNJ。
本发明提供的低杂散宽带10～20GHz锁相环装置，电路设计简单，不需要复杂滤波器电路，子谐波杂散低，输出频谱纯度高，数字寄生干扰低，电路组装采用SMT工艺，工艺简单，可以很好地满足实际应用的需要。
附图说明
图1为现有技术的锁相环电路结构框图；
图2为本发明的锁相环装置的电路结构框图；
图3为本发明的隔离放大器的电路原理图；
图4为本发明的控制单元的电路图。
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，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2所示，一种低杂散宽带10～20GHz锁相环装置，包括依次连接的参考放大器、锁相环(PLL)、压控振荡器(VCO)、耦合器、隔离放大器和分频器，还包括环路滤波器、CPLD(复杂可编程逻辑器件)和TCXO(温度补偿晶体振荡器)，其中：所述环路滤波器分别与所述锁相环和所述压控振荡器相连接；所述分频器与所述锁相环相连接；所述CPLD分别与所述锁相环和所述TCXO相连接。CPLD与TCXO构成锁相环装置的控制单元。
VCO为10～20GHz的工作频率，为了降低子谐波杂散，选择15dB的耦合度。这个耦合度可以方便地在微带电路上实现，印制板电路工艺容易加工，成本低，并对分频器的反向泄漏到VCO端的信号提供15dB隔离。微带耦合线有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口四个端口，其中，第一端口接VCO输出，第三端口为耦合端接隔离放大器，第二端口是直通输出，第四端口需要接50欧姆负载。当前技术中，用普通的电阻来作为10～20GHz的50欧姆负载，电压驻波比不好，对耦合性能有影响。本发明采用了20dB的衰减器来替代50欧姆负载，保证了耦合器性能。
如图3所示，所述隔离放大器包括依次连接的第一衰减器ATT1、放大器A1和第二衰减器ATT2，用于放大耦合器耦合来的VCO信号，并隔离分频器的反向泄漏信号。隔离放大器巧妙利用了放大器的正向放大、反向衰减特性。第一衰减器ATT1和第二衰减器ATT2是3dB衰减，放大器A1的增益是21dB，反向隔离是40dB。隔离放大器对分频器的反向泄漏信号有46dB的隔离。分频器本身对反向泄漏信号隔离有40dB，加上耦合器电路的隔离15dB，整个锁相环装置对分频器的反向泄漏信号隔离大于100dB，可以不用复杂的开关滤波电路来实现高杂散指标。
如图4所示，CPLD与TCXO构成锁相环装置的控制单元，控制单元根据外部接口命令，加载锁相环(PLL)芯片内部寄存器，使锁相环(PLL)芯片将VCO锁定在要求的频率上。控制单元的CPLD采用可编程器件EPM570T100I5，需要用时钟才能工作。数字时钟的抖动产生的数字噪声通过锁相环(PLL)芯片的接口线对锁相环(PLL)芯片产生干扰，最终会寄生到VCO的输出频谱的近端上。本发明优选采用20MHz的TCXO(温度补偿晶体振荡器)作为EPM570T100I5的时钟，该TCXO具有低的时钟抖动和低杂散。在供电上用磁珠和钽电容对TCXO(温度补偿晶体振荡器)和EPM570T100I5电源进行隔离，有效地防止了信号串扰。TCXO上连接有磁珠和钽电容，钽电容的型号为TAJA106K016RNJ。
本发明提供的低杂散宽带10～20GHz锁相环装置，电路设计简单，不需要复杂滤波器电路，子谐波杂散低，输出频谱纯度高，数字寄生干扰低，电路组装采用SMT工艺，工艺简单，可以很好地满足实际应用的需要。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (3)
1.一种低杂散宽带10～20GHz锁相环装置，其特征在于，包括依次连接的参考放大器、锁相环、压控振荡器、耦合器、隔离放大器和分频器，还包括环路滤波器、CPLD和TCXO，其中：所述环路滤波器分别与所述锁相环和所述压控振荡器相连接；所述分频器与所述锁相环相连接；所述CPLD分别与所述锁相环和所述TCXO相连接，所述隔离放大器包括依次连接的第一衰减器、放大器和第二衰减器；所述TCXO连接有磁珠和钽电容；压控振荡器的工作频率为10～20GHz，耦合度为15dB；第一衰减器ATT1和第二衰减器ATT2是3dB衰减，放大器A1的增益是21dB，反向隔离是40dB；分频器对反向泄漏信号隔离为40dB。
2.根据权利要求1所述的低杂散宽带10～20GHz锁相环装置，其特征在于，所述CPLD为EPM570T100I5。
3.根据权利要求1或2所述的低杂散宽带10～20GHz锁相环装置，其特征在于，所述钽电容的型号为TAJA106K016RNJ。
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