CN106771686A - 一种噪声系数分析仪扩频模块的本振发生装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种噪声系数分析仪扩频模块的本振发生装置，包括：内参考发生模块，为本振信号提供干净的参考信号；外参考连接器，是外参考信号输入接口；外参考调整模块，将外参考信号提纯并调整功率范围；参考选择模块；控制器，将小数分频比置入到小数分频器中；鉴相器，将小数分频后的信号与参考信号比较，并输出鉴相信号；积分滤波器，将鉴相器输出信号积分滤波，输出电压控制压控振荡器输出信号的频率；压控振荡器，振荡出本振基波信号；耦合器，直通路进入信号调整组件输出连接器，耦合路反馈到小数分频器中；信号调整组件，将耦合器直通路输出的信号倍频、滤波并放大，生成扩频模块需要的本振信号；输出连接器，扩频模块信号输出端口。

Description

一种噪声系数分析仪扩频模块的本振发生装置及方法
技术领域
本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种噪声系数分析仪扩频模块的本振发生装置，还涉及一种噪声系数分析仪扩频模块的本振发生方法。
背景技术
基于Y因子法的噪声系数测试系统，在毫米波段普遍采用系统方案，即噪声系数分析仪+扩频模块的方案，并采用毫米波段的噪声源作为激励，测试系统如图1所示。
如图2所示，扩频模块工作原理就是将被测信号降低到噪声分析仪可以接收的频率范围，然后通过噪声系数分析仪进行测试计算。
美国安捷伦公司推出了K系列扩频选件，包括N8975-K63、N8975-K75、N8975-K88、N8975-K98、N8975-K99等，采用扫描高中频输出，固定本振的混频方案，把输入信号的频率变频到微波噪声系数分析仪测量范围之内的中频(IF)信号，内置耿氏振荡器产生点频本振(L0)信号，频率最大偏移量为±50MHz。
基于Y因子方法的噪声系数扩频测试系统中，测试信号进入扩频模块，与本振信号混出中频信号，然后进入噪声系数分析仪，测试并提取出噪声系数。以低本振方案为例，本振信号频率为L0，当测量被测件F频点时候，噪声系数分析仪接收到F-L0频点的信号功率，测试得出Y因子为YF，同时调用频点F的超噪比ENRF，进行计算，得到频点F的噪声系数为
如果本振偏移ΔF，变为L0+ΔF，进入噪声系数分析仪的仍然接收F-L0频点的信号，此时被测件实际测试频点为F+ΔF，噪声系数分析仪测试得出Y因子为YF+ΔF。噪声系数分析仪并不知道本振本振偏移ΔF，仍然认为测试频点为F，调用F频点的超噪比，计算得到F频点的噪声系数为
安捷伦扩频模块内置耿氏振荡器产生固定本振(L0)信号，本振偏移ΔF为[-50MHz，+50MHz]，偏移造成了噪声系数，这就造成了噪声系数测试误差，频率准确度影响了接收信号频率的准确度，从而影响了噪声系数测试准确度。
发明内容
为解决上述现有技术中的不足，本发明提出一种噪声系数分析仪扩频模块的本振发生装置及方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种噪声系数分析仪扩频模块的本振发生装置，包括：
内参考发生模块，包括晶振、放大和滤波电路，为本振信号提供干净的参考信号；
外参考连接器，是外参考信号输入接口；
外参考调整模块，包括放大和滤波电路，将外参考信号提纯并调整功率范围；
参考选择模块，外参考断开时，锁相环以内参考为参考源；外参考接入时，锁相环以外参考信号为参考源；
控制器，将小数分频比置入到小数分频器中；
鉴相器，将小数分频后的信号与参考信号比较，并输出鉴相信号；
积分滤波器，将鉴相器输出信号积分滤波，输出电压控制压控振荡器输出信号的频率；
压控振荡器，振荡出本振基波信号；
耦合器，耦合器将信号分离成2路，直通路进入信号调整组件输出连接器，耦合路反馈到小数分频器中；
信号调整组件，将耦合器直通路输出的信号倍频、滤波并放大，生成扩频模块需要的本振信号；
输出连接器，扩频模块信号输出端口。
可选地，按功能划分，本发明的本振发生装置包括：
参考信号发生部分，包括内参考发生模块、外参考调整模块和参考选择模块，参考选择模块负责判断是否有外参考输入，如果没有外参考输入，选择内参考；如果外参考输入，则选择外参考；
锁相环部分，包括压控振荡器、耦合器、小数分频器、鉴相器和积分滤波器，负责产生稳定的基波信号；
调整部分，包括倍频、放大、滤波，为扩频模块提供干净的本振信号。
可选地，所述锁相环部分产生10GHz～20GHz基波信号，采用压控振荡器HMC733LC4B，产生信号频率范围是10GHz～20GHz，功率是0～7dBm；选用ADF4157BRUZ作为小数分频频率合成组件，负责小数分频和鉴相，最高工作频率为6GHz；由于HMC733LC4B和ADF4157BRUZ频率不匹配，在它们之间增加预分频器，采用HMC493LP3E；耦合器在印制板上采用微带线设计实现；参考选择和控制器在CPLD上编程实现；应用于5mm扩频模块时，调整模块完成4倍频并进行滤波放大；应用于3mm扩频模块时，调整模块完成6倍频并进行滤波放大；对于具体的本振频率，计算出小数分频的数据，数据置入到ADF4157BRUZ中。
基于上述装置，本发明还提出了一种本振发生方法，参考选择模块判断是否有外参考输入，如果没有外参考输入，选择内参考，如果外参考输入，则选择外参考；小数分频器接收到小数分频比后，按照要求进行小数分频，然后与参考信号进行相位比较，并进行积分滤波，产生的电压用于调整压控振荡器的频率，压控振荡器输出信号通过耦合器分离，耦合路返回到小数分频器，从而形成锁相环路，产生稳定的本振基波信号；耦合器直通路信号进入调整电路，进行倍频、滤波、放大，为扩频模块提供合适的本振信号。
本发明的有益效果是：
(1)通过基于锁相环的压控振荡器进行本振信号发生，简单、稳定；参考可以选择：
(2)采用内参考时，不需要连接，本振偏移量由内部参考时钟决定，为内参考晶振偏移量*测试频率/内部参考，远远小于振荡器的偏移量，频率偏移带来的误差小于耿氏振荡器带来的本振偏移；
(3)采用外参考即扩频系统的噪声系数分析仪参考输出连接到扩频模块参考输入时，扩频模块的本振信号与噪声系数分析仪同步，本振偏移量为0；
(4)本振参考时基可以根据需求选择，高精度测量需求时，通过与噪声系数分析仪共时基，本振信号与测量信号同源，从而完全消除本振偏移带来的测量误差。
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。
图1为现有的基于Y因子法的噪声系数测量系统示意图；
图2为现有的扩频模块原理图；
图3为本发明的本振发生装置的原理框图；
图4为本发明的小数分频频率合成器的接口时序图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出了一种噪声系数分析仪扩频模块的本振发生装置，如图1所示，包括：
内参考发生模块，包括晶振、放大和滤波等电路，为本振信号提供干净的参考信号；
外参考连接器，是外参考信号输入接口；
外参考调整模块，包括放大和滤波等电路，将外参考信号提纯并调整到合适的功率范围；
参考选择模块，外参考断开时，锁相环以内参考为参考源；外参考接入时，锁相环以外参考信号为参考源；
控制器，将小数分频比等数据信息置入到小数分频器中；
鉴相器，将小数分频后的信号与参考信号比较，并输出鉴相信号；
积分滤波器，将鉴相器输出信号积分滤波，输出电压控制压控振荡器输出信号的频率；
压控振荡器，振荡出本振基波信号；
耦合器，耦合器将信号分离成2路，直通路进入信号调整组件输出连接器，耦合路反馈到小数分频器中；
信号调整组件，将耦合器直通路输出的信号倍频、滤波并放大，生成扩频模块需要的本振信号；
输出连接器，扩频模块信号输出端口。
本发明的本振发生装置的具体工作流程是：
参考选择模块判断是否有外参考输入，如果没有外参考输入，选择内参考，如果外参考输入，则选择外参考；小数分频器接收到小数分频比等信息后，按照要求进行小数分频，然后与参考信号进行相位比较，并进行积分滤波，产生的电压用于调整压控振荡器的频率，压控振荡器输出信号通过耦合器分离，耦合路返回到小数分频器，从而形成锁相环路，产生稳定的本振基波信号；耦合器直通路信号进入调整电路，进行倍频、滤波、放大，为扩频模块提供合适的本振信号。
按功能划分，本发明的本振发生装置包括：
参考信号发生部分，包括内参考发生模块、外参考调整模块和参考选择模块，参考选择模块负责判断是否有外参考输入，如果没有外参考输入，选择内参考；如果外参考输入，则选择外参考；
锁相环部分，包括压控振荡器(VCO)、耦合器、小数分频器、鉴相器和积分滤波器，负责产生稳定的基波信号；
调整部分，包括倍频、放大、滤波，为扩频模块提供干净的本振信号。
下面给出本发明本振发生装置的一个具体实施例，在该具体实施例中，锁相环产生10GHz～20GHz基波信号，采用压控振荡器HMC733LC4B，产生信号频率范围是10GHz～20GHz，功率是0～7dBm；选用ADF4157BRUZ作为小数分频频率合成组件，负责小数分频和鉴相，最高工作频率为6GHz；由于HMC733LC4B和ADF4157BRUZ频率不匹配，在它们之间增加预分频器，本例采用HMC493LP3E；耦合器在印制板上采用微带线设计实现；参考选择和控制器在CPLD上编程实现。应用于5mm扩频模块时，调整模块完成4倍频并进行滤波放大；应用于3mm扩频模块时，调整模块完成6倍频并进行滤波放大。对于具体的本振频率，计算出小数分频的数据，数据置入到ADF4157BRUZ中，通信接口时序如图4所示。
基于上述本振发生装置，本发明还提出了一种噪声系数分析仪扩频模块的本振发生方法，其工作原理与上述本振发生装置相同，这里不再赘述。
本发明的本振发生装置及方法通过基于锁相环的压控振荡器进行本振信号发生，简单、稳定；参考可以选择：采用内参考时，不需要连接，本振偏移量由内部参考时钟决定，为内参考晶振偏移量*测试频率/内部参考，远远小于振荡器的偏移量，频率偏移带来的误差小于耿氏振荡器带来的本振偏移；采用外参考即扩频系统的噪声系数分析仪参考输出连接到扩频模块参考输入时，扩频模块的本振信号与噪声系数分析仪同步，本振偏移量为0；本振参考时基可以根据需求选择，高精度测量需求时，通过与噪声系数分析仪共时基，本振信号与测量信号同源，从而完全消除本振偏移带来的测量误差。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种噪声系数分析仪扩频模块的本振发生装置，其特征在于，包括：
内参考发生模块，包括晶振、放大和滤波电路，为本振信号提供干净的参考信号；
外参考连接器，是外参考信号输入接口；
外参考调整模块，包括放大和滤波电路，将外参考信号提纯并调整功率范围；
参考选择模块，外参考断开时，锁相环以内参考为参考源；外参考接入时，锁相环以外参考信号为参考源；
控制器，将小数分频比置入到小数分频器中；
鉴相器，将小数分频后的信号与参考信号比较，并输出鉴相信号；
积分滤波器，将鉴相器输出信号积分滤波，输出电压控制压控振荡器输出信号的频率；
压控振荡器，振荡出本振基波信号；
耦合器，耦合器将信号分离成2路，直通路进入信号调整组件输出连接器，耦合路反馈到小数分频器中；
信号调整组件，将耦合器直通路输出的信号倍频、滤波并放大，生成扩频模块需要的本振信号；
输出连接器，扩频模块信号输出端口。
2.如权利要求1所述的一种噪声系数分析仪扩频模块的本振发生装置，其特征在于，按功能划分，包括：
参考信号发生部分，包括内参考发生模块、外参考调整模块和参考选择模块，参考选择模块负责判断是否有外参考输入，如果没有外参考输入，选择内参考；如果外参考输入，则选择外参考；
锁相环部分，包括压控振荡器、耦合器、小数分频器、鉴相器和积分滤波器，负责产生稳定的基波信号；
调整部分，包括倍频、放大、滤波，为扩频模块提供干净的本振信号。
3.如权利要求2所述的一种噪声系数分析仪扩频模块的本振发生装置，其特征在于，所述锁相环部分产生10GHz～20GHz基波信号，采用压控振荡器HMC733LC4B，产生信号频率范围是10GHz～20GHz，功率是0～7dBm；选用ADF4157BRUZ作为小数分频频率合成组件，负责小数分频和鉴相，最高工作频率为6GHz；由于HMC733LC4B和ADF4157BRUZ频率不匹配，在它们之间增加预分频器，采用HMC493LP3E；耦合器在印制板上采用微带线设计实现；参考选择和控制器在CPLD上编程实现；应用于5mm扩频模块时，调整模块完成4倍频并进行滤波放大；应用于3mm扩频模块时，调整模块完成6倍频并进行滤波放大；对于具体的本振频率，计算出小数分频的数据，数据置入到ADF4157BRUZ中。
4.一种基于权利要求1至3任一项所述装置的本振发生方法，其特征在于，参考选择模块判断是否有外参考输入，如果没有外参考输入，选择内参考，如果外参考输入，则选择外参考；小数分频器接收到小数分频比后，按照要求进行小数分频，然后与参考信号进行相位比较，并进行积分滤波，产生的电压用于调整压控振荡器的频率，压控振荡器输出信号通过耦合器分离，耦合路返回到小数分频器，从而形成锁相环路，产生稳定的本振基波信号；耦合器直通路信号进入调整电路，进行倍频、滤波、放大，为扩频模块提供合适的本振信号。
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