CN105577184A - 一种LTE-Advanced信号分析仪的频率合成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LTE-Advanced信号分析仪的频率合成装置，属于LTE-Advanced信号分析仪应用领域，包括参考分配电路，取样本振电路，取样电路，小数分频产生电路，YTO电路和FPGA控制电路。本发明利用Σ-△小数分频技术产生频率分辨率为0.01Hz的频率信号输出，满足频率合成装置输出高分辨率频率的要求；取样本振电路产生离散的低相位噪声的点频信号，利用取样电路取出取样中频，减小因倍频效应带来的相噪恶化，满足频率合成装置输出低相噪的要求；利用锁相环技术、滤波器技术满足频率合成装置输出低杂散频率的要求；利用超宽频带YTO和高频率稳定度晶振满足频率合成装置输出宽频带和高频率稳定度的要求。
Description
技术领域
本发明涉及LTE-Advanced信号分析仪应用领域，尤其是一种LTE-Advanced信号分析仪的频率合成装置。
背景技术
为了解决我国LTE-Advanced通信设备研发和生产的测试问题，突破国外在现代移动通信测试仪器仪表的垄断地位和知识产权壁垒。开发具有高测量带宽、优异测量性能、扩展性强的LTE-Advanced信号分析仪表，支持GSM、GPRS、EDGE、WCDMA、TD-SCDMA、TD-LTE、LTEFDD及LTE-Advanced等标准信号测量，支持TD-SCDMA、TD-LTE、TD-LTE-Advanced下行8通道基站信号分析，支持TD-LTE-Advanced天线模式2、3、7、8、9、10，支持上行和下行的20MHz加20MHz载波聚合，提高我国通信测量仪器产业的装备能力。
作为通信测试仪器中不可缺少的核心部件——频率合成装置，其性能的好坏直接影响整机的性能指标，因此研究设计超宽带高纯频率合成器成为通信测试仪器研制的重要任务。本发明利用多环频率合成技术，采用取样变频方案设计出一种宽频带、低相噪、低杂散的高性能频率合成装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有超宽频带、极高频率分辨率、极低相位噪声和高频率稳定度的LTE-Advanced信号分析仪的频率合成装置。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种LTE-Advanced信号分析仪的频率合成装置，包括参考分配电路(1)，取样本振电路(2)，取样电路(3)，小数分频产生电路(4)，YTO电路(5)和FPGA控制电路(6)，其中，所述参考分配电路(1)的输出端、FPGA控制电路(6)的输出端分别与取样本振电路(2)、小数分频产生电路(1)的输入端相连，取样本振电路(2)的输出端与取样电路(3)的输入端相连，取样电路(3)的输出端、小数分频产生电路(4)的输出端和FPGA控制电路(6)的输出端分别与YTO电路(5)的输入端相连，YTO电路(5)的输出信号与取样电路的输入端相连。
优选地，所述的取样本振电路(2)包括集成锁相环电路，其输入端与参考分配电路(1)的输出端、FPGA控制电路(6)的输出端相连，其输出端通过低通滤波器1与压控振荡器的输入端相连，压控振荡器1的输出端经过功分一路与集成锁相环电路的输入端相连，另一路经过功率放大器与取样电路(3)的输入端相连。
优选地，所述的取样电路(3)包括取样器电路，其输入端分别与取样本振电路(2)的输出端、YTO电路(5)的输出端相连，其输出端与带通滤波器的输入端相连，带通滤波器的输出端与YTO电路(5)的输入端相连。
优选地，所述的小数分频产生电路(4)包括鉴频鉴相器2，其输入端与参考分配电路(1)的输出端相连，其输出端和与低通滤波器2的输入端相连，低通滤波器的输出端与压控振荡器2的输入端相连，压控振荡器2的输出端经过功分一路与YTO电路(5)的输入端相连，另一路和FPGA控制电路(6)的输出端分别与小数分频器的输入端相连，小数分频器的输出端与鉴频鉴相器2的输入端相连。
优选地，所述的YTO电路(5)包括鉴相器3，其输入端分别与取样电路(3)的输出端、小数分频产生电路(4)的输出端相连，其输出端通过低通滤波器3与电压电流转换副线圈驱动电路的输入端相连，电压电流转换副线圈驱动电路的输出端与YTO副线圈的输入端相连，主线圈预置电路的输入端与FPGA控制电路(6)的输出端相连，其输出端与电压电流转换主线圈驱动电路的输入端相连，电压电流转换主线圈驱动电路的输出端与YTO主线圈的输入端相连，YTO的输出端与定向耦合器电路的输入端相连，定向耦合器电路的输出端与取样电路(3)的输入端相连。
优选地，所述的取样本振电路的输出频率范围为305～355MHz，频率分辨率为1MHz，功率为+12dBm。
优选地，所述的小数分频产生电路的输出频率范围为60～96MHz，频率分辨率为0.01Hz。
优选地，所述的YTO的输出频率范围为5000～10000MHz
本发明所带来的有益技术效果：
本发明提出了一种LTE-Advanced信号分析仪的频率合成装置，与现有技术相比，本发明利用Σ-△小数分频技术产生频率分辨率为0.01Hz的频率信号输出，满足频率合成装置输出高分辨率频率的要求。取样本振电路产生离散的低相位噪声的点频信号和YTO输出信号进入取样电路，利用取样电路取出取样中频，实现频率向下搬移，减小因倍频效应带来的相噪恶化，满足频率合成装置输出低相噪的要求。利用锁相环技术、滤波器技术满足频率合成装置输出低杂散频率的要求。本发明利用超宽频带YTO和高频率稳定度晶振满足频率合成装置输出宽频带和高频率稳定度的要求。本发明满足LTE-Advanced信号分析仪对频率合成装置的指标要求。
附图说明
图1为本发明的系统原理框图。
图2为本发明偏离载波1KHz时，相位噪声测量结果示意图。
图3为本发明偏离载波10KHz时，相位噪声测量结果示意图。
图4为本发明载波5000MHz时，杂散测量结果示意图。
其中，1-参考分配电路；2-取样本振电路；3-取样电路；4-小数分频产生电路；5-YTO电路；6-FPGA控制电路。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图1所示，一种LTE-Advanced信号分析仪的频率合成装置，包括参考分配电路1，取样本振电路2，取样电路3，小数分频产生电路4，YTO电路5和FPGA控制电路6。其中，所述参考分配电路1的输出端、FPGA控制电路6的输出端分别与取样本振电路2的输入端、小数分频产生电路4的输入端相连。取样本振电路2的输出端与取样电路3的输入端相连，取样电路3的输出端、小数分频产生电路4的输出端和FPGA控制电路6的输出端分别与YTO电路5的输入端相连，YTO电路5的输出信号与取样电路3的输入端相连。
所述的取样本振电路2包括集成锁相环电路，其输入端与参考分配电路1的输出端、FPGA控制电路6的输出端相连，其输出端通过低通滤波器1与压控振荡器的输入端相连，压控振荡器1的输出端经过功分器一路与集成锁相环电路的输入端相连，另一路经过功率放大器与取样电路3的输入端相连。
所述的取样电路3包括取样器电路，其输入端分别与取样本振电路2的输出端、YTO电路5的输出端相连，其输出端与带通滤波器的输入端相连，带通滤波器的输出端与YTO电路5的输入端相连。
所述的小数分频产生电路4包括鉴频鉴相器2，其输入端与参考分配电路1的输出端相连，其输出端和与低通滤波器2的输入端相连，低通滤波器的输出端与压控振荡器2的输入端相连，压控振荡器2的输出端经过功分一路与YTO电路5的输入端相连，另一路和FPGA控制电路6的输出端分别与小数分频器的输入端相连，小数分频器的输出端与鉴频鉴相器2的输入端相连。
所述的YTO电路5包括鉴相器3，其输入端分别与取样电路3的输出端、小数分频产生电路4的输出端相连，其输出端通过低通滤波器3与电压电流转换副线圈驱动电路的输入端相连，电压电流转换副线圈驱动电路的输出端与YTO副线圈的输入端相连，主线圈预置电路的输入端与FPGA控制电路6的输出端相连，其输出端与电压电流转换主线圈驱动电路的输入端相连，电压电流转换主线圈驱动电路的输出端与YTO主线圈的输入端相连，YTO的输出端与定向耦合器电路的输入端相连，定向耦合器电路的输出端与取样电路3的输入端相连。
本频率合成装置利用整数分频技术产生低相位噪声的取样本振信号，根据频率合成装置输出频率的要求，取样本振电路2输出频率为在满足等式的所有值中R取最小整数。利用FPGA控制电路6分别给R、N寄存器送数，输出需要的频率到取样电路3的输入端。取样本振电路2输出频率范围f1：305～355MHz，频率间隔1MHz的点频信号。
小数分频产生电路4利用Σ-△小数分频技术产生频率分辨率为0.01Hz的频率信号输出，满足频率合成装置输出高分辨率频率的要求。因为小数分频器的累加器位数是30位，在10MHz参考时钟鉴相时频率分辨率为0.01Hz。频率合成装置要求小数分频产生电路4输出频率f2＝N.F×10MHz，频率范围是60～96MHz。利用FPGA控制电路6给小数分频器送数，输出高分辨率的频率到YTO电路5的输入端。
利用取样电路3将YTO电路5的输出频率f3与小数分频产生电路4的输出频率的n次谐波进行取样，取出取样中频fs：60～96MHz，利用带通滤波器滤波后输出到YTO电路5的输入端。其中f2取满足上式的最小值。
YTO电路5输出频率范围f3：5000～10000MHz的信号到取样电路3的输入端，取样电路3输出频率范围fs：60～96MHz的信号，经带通滤波后输入给YTO电路5的鉴相器与小数分频产生电路4输出的信号进行鉴相，经过低通滤波器、电压电流转换电路后驱动YTO的副线圈。利用FPGA控制电路6给DAC送数产生主线圈的预置电压，经过电压电流转换电路后驱动YTO的主线圈。由于本频率合成装置利用取样电路3进行取样，取出较低频率的取样中频，实现频率向下变换，减小因倍频效应带来的相噪恶化。如果不采用本方案设计，由于倍频效应带来的相位噪声恶化为20log(10000/10)＝60dBc/Hz,采用了本方案后由于倍频效应带来的相位噪声恶化为20log(96/10)＝19.6dBc/Hz。
利用测试仪器对本频率合成装置输出的10000MHz点频信号进行测试，图2是偏离载波1KHz的相位噪声测试图，图3是偏离载波10KHz的相位噪声为测试图，图4是载波5000MHz时的杂散测试图。由测试结果可知满足LTE-Advanced信号分析仪对本频率合成装置的指标要求。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种LTE-Advanced信号分析仪的频率合成装置，其特征在于：包括参考分配电路(1)，取样本振电路(2)，取样电路(3)，小数分频产生电路(4)，YTO电路(5)和FPGA控制电路(6)，其中，所述参考分配电路(1)的输出端、FPGA控制电路(6)的输出端分别与取样本振电路(2)、小数分频产生电路(1)的输入端相连，取样本振电路(2)的输出端与取样电路(3)的输入端相连，取样电路(3)的输出端、小数分频产生电路(4)的输出端和FPGA控制电路(6)的输出端分别与YTO电路(5)的输入端相连，YTO电路(5)的输出信号与取样电路的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的LTE-Advanced信号分析仪的频率合成装置，其特征在于：所述的取样本振电路(2)包括集成锁相环电路，其输入端与参考分配电路(1)的输出端、FPGA控制电路(6)的输出端相连，其输出端通过低通滤波器1与压控振荡器的输入端相连，压控振荡器1的输出端经过功分一路与集成锁相环电路的输入端相连，另一路经过功率放大器与取样电路(3)的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的LTE-Advanced信号分析仪的频率合成装置，其特征在于：所述的取样电路(3)包括取样器电路，其输入端分别与取样本振电路(2)的输出端、YTO电路(5)的输出端相连，其输出端与带通滤波器的输入端相连，带通滤波器的输出端与YTO电路(5)的输入端相连。
4.根据权利要求1所述的LTE-Advanced信号分析仪的频率合成装置，其特征在于：所述的小数分频产生电路(4)包括鉴频鉴相器2，其输入端与参考分配电路(1)的输出端相连，其输出端和与低通滤波器2的输入端相连，低通滤波器的输出端与压控振荡器2的输入端相连，压控振荡器2的输出端经过功分一路与YTO电路(5)的输入端相连，另一路和FPGA控制电路(6)的输出端分别与小数分频器的输入端相连，小数分频器的输出端与鉴频鉴相器2的输入端相连。
5.根据权利要求1所述的LTE-Advanced信号分析仪的频率合成装置，其特征在于：所述的YTO电路(5)包括鉴相器3，其输入端分别与取样电路(3)的输出端、小数分频产生电路(4)的输出端相连，其输出端通过低通滤波器3与电压电流转换副线圈驱动电路的输入端相连，电压电流转换副线圈驱动电路的输出端与YTO副线圈的输入端相连，主线圈预置电路的输入端与FPGA控制电路(6)的输出端相连，其输出端与电压电流转换主线圈驱动电路的输入端相连，电压电流转换主线圈驱动电路的输出端与YTO主线圈的输入端相连，YTO的输出端与定向耦合器电路的输入端相连，定向耦合器电路的输出端与取样电路(3)的输入端相连。
6.根据权利要求1所述的LTE-Advanced信号分析仪的频率合成装置，其特征在于：所述的取样本振电路的输出频率范围为305～355MHz，频率分辨率为1MHz，功率为+12dBm。
7.根据权利要求4所述的LTE-Advanced信号分析仪的频率合成装置，其特征在于：所述的小数分频产生电路的输出频率范围为60～96MHz，频率分辨率为0.01Hz。
8.根据权利要求5所述的LTE-Advanced信号分析仪的频率合成装置，其特征在于：所述的YTO的输出频率范围为5000～10000MHz。
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