CN107508596B - 一种带有辅助捕获装置的多环锁相电路及频率预置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有辅助捕获装置的多环锁相电路及频率预置方法，该电路包括数字鉴频鉴相器、前向通路、混频器、中频滤波电路、辅助捕获装置和整形电路；环路参考信号经过数字鉴频鉴相器输入到环路滤波器，经过环路滤波器后输入到振荡器，由振荡器输出射频信号，经过混频器混合后，由混频器输出中频信号，中频信号经过中频滤波电路后经过辅助捕获装置输入至整形电路，辅助捕获装置输出假中频信号，假中频信号输入到整形电路中；经过整形电路后将中频信号反馈至数字鉴频鉴相器。本发明通过引入辅助捕获装置和频率预置电路，降低了对多环锁相电路的频率预置精度要求，防止环路发生失锁、错锁和死锁等问题，提高了多环锁相电路的可靠性。

Description

一种带有辅助捕获装置的多环锁相电路及频率预置方法

技术领域

本发明涉及一种带有辅助捕获装置的多环锁相电路及频率预置方法。

背景技术

锁相电路广泛应用于各种民用和军用设备的频率合成电路中，最简单的锁相电路是单环锁相电路，这种结构的锁相电路工作原理和工作过程比较简单，振荡器输出的信号经过N次整数分频或N.F次小数分频后反馈回鉴频鉴相器，与参考信号进行鉴频鉴相，鉴频鉴相器输出的误差信号经环路积分滤波后调整振荡器输出信号的频率直至最后锁定在参考信号频率上，环路锁定后，振荡器输出信号的频率是参考信号频率的N倍或N.F倍。此外在频率合成电路中还经常采用多环锁相电路，在这种结构的锁相电路中，两个信号混频输出的中频信号反馈回鉴频鉴相器，频率锁定后多个信号间可以保持固定的频率相位关系。多环锁相电路具有简化多频率合成电路结构、改善频率合成信号的相位噪声、突破分频器的限制合成更高频率输出信号等优点。

但是，混频器可以工作在基波和谐波混频多种状态，因此多环锁相电路可以在与基波和谐波混频对应的多个频率上实现锁定，最终锁定的频率取决于环路开环时的预置频率。此外混频器可以工作在下边带和上边带混频状态，即与本振信号频差相等高于本振和低于本振的两个射频信号，都可以与本振信号混频产生相同频率的中频信号，因此对于多环锁相电路，要想获得所需的锁相输出频率，应该首先在开环状态下将振荡器的输出频率预置到锁定频率附件，保证振荡器输出信号的频率在环路的捕获带之内，然后再闭合环路，依靠环路自身的捕获跟踪调节能力最终实现锁定。但如果在预置阶段由于一些不可控因素没有将振荡器的频率设置到环路的捕获带以内，就可能出现错锁、死锁或失锁等的情况，环路无法输出所需的频率信号，理想情况下应当通过预置电路使预置频率完成等于环路锁定时的输出频率。通常的预置电路一般由数模转换电路和驱动电路构成，并通过校准获取振荡器在一系列离散输出频率上对应的数模转换器预置值，在需要锁相到某一特定频率上时根据校准值内插出预置值对振荡器的输出频率进行预置，但这种方法主要存在以下几个方面的缺点：

(1)一些振荡器如VCO其频率调谐特性不是理想线性的，因此内插时会产生内插误差，此外数模转换器的位数也会限制预置的分辨率，这两方面的因素都会影响预置的准确度，一般情况下会产生几MHz的预置误差。

(2)振荡器输出信号的频率都会存在温度漂移和时间漂移问题，当工作环境温度变化较大或距离校准时间较长时，实际输出预置频率和理想输出频率之间可能会相差几十MHz，导致设备在工作环境温度与校准温度相差较大或出厂较久时，常因无法准确预置振荡器的输出频率而发生故障。

综上所述，目前的多环锁相电路需要在预置时保证振荡器输出信号的频率在环路的捕获带内，而通常的多环锁相电路为保证正确锁相，通常在反馈环路中包括滤波电路。此外多环锁相电路正常工作与否还受鉴频鉴相器工作频率的限制，因此通常多环锁相电路的捕获带只有几MHz到十几MHz，目前的频率预置电路并不能保证在任何情况下都将振荡器输出信号的频率准确预置到环路的捕获带内。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种带有辅助捕获装置的多环锁相电路及频率预置方法，大大降低了对频率预置精度的要求，提高了多环锁相电路工作的可靠性。

本发明所采用的技术方案是：

一种带有辅助捕获装置的多环锁相电路，所述电路包括：

数字鉴频鉴相器，所述数字鉴频鉴相器的第一输入端接收环路参考信号；

前向通路，所述前向通路的输入端与数字鉴频鉴相器的输出端连接，输出端与混频器的第一输入端连接；

混频器，所述混频器的第二输入端接收本振信号，所述混频器的输出端与中频滤波电路连接，用于对前向通路输出的射频信号和本振信号进行混频，输出中频信号；

中频滤波电路，所述中频滤波电路的输出端与辅助捕获装置连接，用于滤除混频器输出的无用寄生和泄露信号；

辅助捕获装置，所述辅助捕获装置的输出端与整形电路的输入端连接，用于产生大于参考信号频率的假中频信号，假中频信号经过整形电路输入到所述数字鉴频鉴相器；

整形电路，所述整形电路的输出端与数字鉴频鉴相器的第二输入端连接，用于对中频信号进行放大，向所述数字鉴频鉴相器反馈中频信号。

进一步的，所述前向通路包括环路滤波器、频率预置电路、第一相加电路和振荡器，所述环路滤波器和频率预置电路的输出端分别与第一相加电路的输入端连接，所述第一相加电路的输出端与振荡器的输入端连接。

进一步的，所述频率预置电路由数模转换器DAC和驱动电路组成；通过数模转换器输出频率预置电压，预置电压通过驱动电路输入至第一相加电路。

进一步的，所述环路滤波器的两端并联有积分控制开关；环路滤波器通过积分控制开关控制是否对误差电压进行积分，环路滤波器输出的积分电压和频率预置电路输出的预置电压通过第一相加电路后共同控制振荡器输出信号的频率和相位。

进一步的，所述辅助捕获装置包括假中频信号发生器、捕获开关、幅度调理电路和第二相加电路，通过假中频信号发生器产生假中频信号，假中频信号经过捕获开关和幅度调理电路后输入至第二相加电路。

进一步的，所述整形电路包括模拟放大整形电路和数字整形电路，中频信号经中频滤波电路滤波后输入至第二相加电路，中频信号和假中频信号经过第二相加电路后输入到模拟放大整形电路中，中频信号使模拟放大整形电路工作在压缩状态，假中频信号使模拟放大整形电路工作在线性放大状态；模拟放大整形电路对中频信号进行放大后输入至数字整形电路，中频信号经过数字整形电路后输入至数字数字鉴频鉴相器；当环路进入捕获带有中频信号反馈回来时，假中频信号经过模拟放大整形电路和数字整形电路后被完全抑制掉。

一种基于带有辅助捕获装置的多环锁相电路的频率预置方法，包括以下步骤：

(1)闭合积分控制开关，环路滤波器的输出电压为0V，前向通路处于开环状态；

(2)根据环路锁定时振荡器输出的射频信号的频率设置本振信号的频率；

(3)根据频率预置校准数据和环路最终锁定时射频信号的频率预置振荡器输出的射频信号的频率，当工作在下边带锁相模式时，预置的射频信号的频率要比最终环路锁定时射频信号的频率低20～50MHz，当工作在上边带锁相模式时，预置的射频信号的频率要比最终环路锁定时射频信号的频率高20～50MHz；

(4)闭合捕获开关，假中频信号经过捕获开关、幅度调理电路、相加电路、模拟放大整形电路和数字整形电路后输入到数字鉴频鉴相器；

(5)断开积分控制开关，前向通路处于闭环状态；

(6)振荡器输出的射频信号的频率处于环路捕获带外，无中频信号反馈回数字鉴频鉴相器，假中频信号和环路参考信号经过数字鉴频鉴相后产生的误差信号输入到环路滤波器，环路滤波器输出的积分电压和频率预置电路输出的预置电压经过第一相加电路后共同调节振荡器输出的射频信号的频率，使射频信号的频率进入环路捕获带；

(7)振荡器输出的射频信号和本振信号混频后产生的中频信号和辅助捕获装置产生的假中频信号经过第二相加电路后共同输入到模拟放大整形电路和数字整形电路，通过模拟放大整形电路的阻塞效应和数字整形电路的门限作用，抑制去除假中频信号，最终整形电路将中频信号反馈回鉴频鉴相器进行鉴频鉴相，调整振荡器输出的射频信号的频率；

(8)环路锁定，断开捕获开关。

进一步的，环路锁定后，环路工作在上边带锁相模式，信号之间的频率关系为：

f_REF＝f_IF＝M×f_RF-N×f_LO

其中，M为混频器的基波混频次数，N为混频器的谐波混频次数；f_RF为振荡器输出的射频信号的频率，f_LO为本振信号的频率，f_IF为混频器输出的中频信号的频率，f_REF为环路参考信号的频率；

当中频信号的频率大于环路参考信号的频率时，环路将向下调节振荡器输出的射频信号的频率，使振荡器的输出频率减小，反之，当中频信号的频率小于环路参考信号的频率时，环路将向上调节振荡器输出的射频信号的频率，使振荡器输出的射频信号的频率增大，当环路锁定时，中频信号的频率等于环路参考信号的频率。

进一步的，环路锁定后，环路工作在下边带锁相模式，信号之间的频率关系为：

f_REF＝f_IF＝N×f_LO-M×f_RF

其中，M为混频器的基波混频次数，N为混频器的谐波混频次数；f_RF为振荡器输出的射频信号的频率，f_LO为本振信号的频率，f_IF为混频器输出的中频信号的频率，f_REF为环路参考信号的频率；

当中频信号的频率大于环路参考信号频率时，环路将向上调节振荡器输出的射频信号的频率，使振荡器输出的射频信号的频率增大，反之当中频信号的频率小于环路参考信号的频率时，环路将向下调节振荡器输出的射频信号的频率，使振荡器输出的射频信号的频率减小，当环路锁定时，中频信号的频率等于环路参考信号频率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用鉴频鉴相器、前向通路、混频器、中频滤波电路、辅助捕获装置和整形电路组成的环路，当振荡器输出射频信号的频率不在环路的捕获带内时，通过辅助捕获装置产生假中频信号参与数字鉴频鉴相器鉴频鉴相，通过正确设置假中频信号的频率和频率预置电路进行频率预置，保证频差方向和环路调节方向一致，调整振荡器输出射频信号的频率进入捕获带；当环路进入捕获带内，通过辅助捕获装置调整假中频信号的幅度，利用模拟放大整形电路的阻塞效应和数字整形电路的门限效应，抑制掉假中频信号，环路最终在自身中频信号的调节下实现锁定；

(2)本发明通过引入辅助捕获装置和提出对应的频率预置方法，降低了对多环锁相电路的频率预置精度要求，防止环路发生失锁、错锁和死锁等问题，提高了多环锁相电路的可靠性；

(3)本发明不要求将频率精确预置到锁定频率附近，而是将频率故意置偏，只要保证频差方向和环路调节方向一致即可，大大降低了对频率预置精度的要求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明实施例公开的带有辅助捕获装置的多环锁相电路结构示意图；

图2是环路工作在上边带锁相模式时各信号间频率关系；

图3是环路工作在下边带锁相模式时各信号间频率关系。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在多环锁相电路正常工作与否还受鉴频鉴相器工作频率的限制，频率预置电路并不能保证在任何情况下都将振荡器输出信号的频率准确预置到环路的捕获带内的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出一种带有辅助捕获装置的多环锁相电路及频率预置方法。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种带有辅助捕获装置的多环锁相电路，该电路包括数字鉴频鉴相器、前向通路、混频器、中频滤波电路、辅助捕获装置和整形电路；

数字鉴频鉴相器，所述数字鉴频鉴相器的第一输入端接收环路参考信号；所述数字鉴频鉴相器具有第一输入端、第二输入端和输出端；

前向通路，所述前向通路的输入端与数字鉴频鉴相器的输出端连接，输出端与混频器的第一输入端连接；

混频器，所述混频器的第二输入端接收本振信号，用于对前向通路输出的射频信号和本振信号进行混频，输出中频信号；

中频滤波器，所述中频滤波器的输入端与混频器的输出端连接，输出端与辅助捕获装置连接；

辅助捕获装置，所述辅助捕获装置的输出端与整形电路的输入端连接，用于产生大于参考信号频率的假中频信号，将假中频信号输入至整形电路中；

整形电路，所述整形电路的输出端与数字鉴频鉴相器的第二输入端连接，用于对中频信号进行放大，向所述数字鉴频鉴相器反馈中频信号。

环路参考信号REF和环路反馈回来的信号输入到数字鉴频鉴相器，两信号的鉴频鉴相误差信号输入到前向通路，经过前向通路后输入到振荡器，由振荡器输出射频信号RF，经过混频器混频后，由混频器输出中频信号IF，中频信号IF经过中频滤波电路滤波后输入到辅助捕获装置中，辅助捕获装置产生假中频信号PSEIF，假中频信号PSEIF和中频信号IF经第二相加电路后输入到整形电路中，经过整形电路后反馈至数字鉴频鉴相器。

本实施例公开的带有辅助捕获装置的多环锁相电路，通过由前向通路、中频滤波电路、辅助捕获装置和整形电路组成的环路的调节作用，保证振荡器输出的射频信号的频率f_RF随本振信号的频率f_LO而变化，并保证M×f_RF与N×f_LO信号频率间保证固定的频差和相位关系，M和N为混频器的基波或谐波混频次数；不要求将频率精确预置到锁定频率附近，而是将频率故意置偏，只要保证频差方向和环路调节方向一致即可，大大降低了对频率预置精度的要求。当振荡器输出射频信号的频率不在环路的捕获带内时，通过辅助捕获装置产生假中频信号参与数字鉴频鉴相器鉴频鉴相，通过正确设置假中频信号的频率和频率预置电路进行频率预置，保证频差方向和环路调节方向一致，调整振荡器输出射频信号的频率进入捕获带；当环路进入捕获带内，利用模拟放大整形电路的阻塞效应和数字整形电路的门限效应，抑制掉假中频信号，环路最终在自身中频信号的调节下实现锁定。

本申请的又一实施方式中，所述前向通路包括环路滤波器、频率预置电路、第一相加电路和振荡器，所述环路滤波器和频率预置电路的输出端分别与第一相加电路的输入端连接，所述第一相加电路的输出端与振荡器的输入端连接。

上述的频率预置电路由数模转换器DAC和驱动电路组成；通过数模转换器的输出频率预置电压，频率预置电压通过驱动电路输出至第一相加电路。

上述的环路滤波器的两端并联由积分控制开关；环路滤波器通过积分控制开关控制对误差电压进行积分，环路滤波器的积分输出电压和频率预置电路输出的预置信号通过第一相加电路后共同控制振荡器输出信号的频率和相位。

本申请的另一实施方式中，上述的辅助捕获装置电路包括假中频信号发生器、捕获开关、幅度调理电路和第二相加电路，通过假中频信号发生器产生假中频信号PSEIF，假中频信号PSEIF经过捕获开关和幅度调理电路后输入至第二相加电路，假中频信号PSEIF经模拟放大整形和数字整形后与参考信号REF进行鉴频鉴相。

上述的整形电路包括模拟放大整形电路和数字整形电路,中频信号IF经中频滤波电路后输入到模拟放大整形电路后，使模拟放大整形电路工作在压缩状态，模拟放大整形电路对中频信号进行放大后输入至数字整形电路，中频信号经过数字整形电路后输入至数字数字鉴频鉴相器。

当环路工作在下边带锁相模式时，在开环频率预置阶段，M×f_RF的预置频率大于f_C，此时频差的方向和环路调节的方向相反，环路闭合后不可能正确锁定。因此一定要保证M×f_RF对应的预置频率小于f_C，但是如果根据校准和内插数据将M×f_RF对应频率预置到最终锁定频率位置，由于振荡器调谐特性的非线性、预置电路的频率分辨率、特别是振荡器的温漂和时间漂移特性等多种非理想因素导致的预置误差，M×f_RF的预置频率可能会大于等于f_C，导致环路闭合后无法正确锁定。因此为了保证M×f_RF的预置频率在任何情况都小于f_C，可以将频率预置的故意低一些，根据目前器件的工艺水平，可将频率预置低20～50MHz，即不是预置到锁定后对应频率处，而是预置的比锁定频率低一些，预置到f_RFINT频率处，首先保证频差方向与环路的调节方向一致。但这样会导致混频后产生的中频信号的频率f_IF处在中频滤波电路的通带外，此中频信号会被滤除导致无中频信号反馈回鉴频鉴相器，环路此时认为中频信号的频率f_IF小于参考信号的频率f_REF，将向下调节振荡器的输出频率，环路实际调节方向与频差方向相反，导致环路无法实现锁定。

因此，本申请公开的带有辅助捕获装置的多环锁相电路在中多环锁相电路中加入辅助捕获装置电路，辅助捕获装置电路由假中频信号发生器、捕获开关、幅度调理电路和相加电路组成，通过辅助捕获装置辅助环路调谐，保证环路可靠锁定；在辅助捕获装置中引入一路假中频信号PSEIF，并合理设置假中频信号PSEIF的幅度，保证假中频信号PSEIF输入到模拟放大整形电路时，整个电路工作在线性放大状态，而经模拟放大整形电路处理后输出信号的电平符合数字信号的高低电平规范。例如对于5V TTL数字电平，如果模拟放大整形电路的放大倍数为500倍，假中频信号PSEIF幅度峰峰值为6mV即可满足以上要求，同时设置假中频信号的频率f_PSEIF大于参考信号的频率f_REF，假中频信号的频率在鉴频鉴相器的工作频率范围内，假中频信号PSEIF经模拟放大整形和数字整形后与参考信号REF进行鉴频鉴相，根据鉴频鉴相器输入信号间的频差关系，当工作在下边带锁相模式时，环路将向上调节振荡器输出信号的频率f_RF，当工作在上边带锁相模式时，环路将向下调节振荡器输出信号的频率f_RF，直至到最终锁定频率附近，此时振荡器输出信号RF和本振信号LO基波或谐波混频后产生的中频信号的频率f_IF在中频滤波器的通带内，中频信号IF和假中频信号PSEIF将一起输入到模拟放大整形电路中，保证中频信号IF的幅度远大于假中频信号PSEIF的幅度，如中频信号IF的幅度是假中频信号PSEIF的10倍，输入中频信号IF后模拟放大整形电路工作在压缩状态，由于放大器压缩时产生的阻塞效应，模拟放大整形电路将只对中频信号IF进行放大，对假中频信号PSEIF几乎无放大效应，因此模拟放大整形电路输出的假中频信号PSEIF的幅度远低于数字信号的低电平门限，经过数字整形电路后PSEIF信号被完全抑制掉，只有中频信号IF反馈回鉴频鉴相器进行环路调节直至环路最终锁定。

本实施例公开的带有辅助捕获装置的多环锁相电路，增加了辅助捕获装置电路，当振荡器输出射频信号的频率不在环路的捕获带内时，通过假中频信号参与数字鉴频鉴相器，通过正确设置假中频信号的频率和进行射频信号频率预置，保证频差方向和环路调节方向一致，调整振荡器输出射频信号的频率进入捕获带；当环路进入捕获带内，通过合理设计假中频信号的幅度，利用模拟放大整形电路的阻塞效应和数字整形电路的门限效应，抑制掉假中频信号，环路最终在自身中频信号的调节下实现锁定；通过引入辅助捕获装置电路和使用本发明提出的频率预置方法，降低了对多环锁相电路的频率预置精度要求，防止环路发生失锁、错锁和死锁等问题，提高了多环锁相电路的可靠性。

本申请的另一典型的实施方式，提出了一种基于带有辅助捕获装置的多环锁相电路的频率预置方法，该方法包括以下步骤：

(1)闭合积分控制开关，环路滤波器的输出电压为0V，前向通路处于开环状态；

(2)根据环路锁定时振荡器输出的射频信号的频率设置本振信号的频率；

(3)根据频率预置校准数据和环路最终锁定时射频信号的频率预置振荡器输出的射频信号的频率，当工作在下边带锁相模式时，预置的射频信号的频率要比最终环路锁定时射频信号的频率低20～50MHz，当工作在上边带锁相模式时，预置的射频信号的频率要比最终环路锁定时射频信号的频率高20～50MHz；

(4)闭合捕获开关，假中频信号经过捕获开关、幅度调理电路、相加电路、模拟放大整形电路和数字整形电路后输入到数字鉴频鉴相器；

(5)断开积分控制开关，前向通路处于闭环状态；

(6)振荡器输出的射频信号的频率处于环路捕获带外，无中频信号反馈回数字鉴频鉴相器，假中频信号和环路参考信号经过数字鉴频鉴相后产生的误差信号输入到环路滤波器，环路滤波器输出的积分电压和频率预置电路输出的预置电压经过第一相加电路后共同调节振荡器输出的射频信号的频率，使射频信号的频率进入环路捕获带；

(7)振荡器输出的射频信号和本振信号混频后产生的中频信号和辅助捕获装置产生的假中频信号经过第二相加电路后共同输入到模拟放大整形电路和数字整形电路，通过模拟放大整形电路的阻塞效应和数字整形电路的门限作用，抑制去除假中频信号，最终整形电路将中频信号反馈回鉴频鉴相器进行鉴频鉴相，调整振荡器输出的射频信号的频率；

(8)环路锁定，断开捕获开关。

本实施例公开的带有辅助捕获装置的多环锁相电路的工作方法，增加了辅助捕获装置电路，当振荡器输出射频信号的频率不在环路的捕获带内时，通过假中频信号参与数字鉴频鉴相器，通过正确设置假中频信号的频率和进行射频信号频率预置，保证频差方向和环路调节方向一致，调整振荡器输出射频信号的频率进入捕获带；当环路进入捕获带内，通过合理设计假中频信号的幅度，利用模拟放大整形电路的阻塞效应和数字整形电路的门限效应，抑制掉假中频信号，环路最终在自身中频信号的调节下实现锁定；通过引入辅助捕获装置电路和使用本发明提出的频率预置方法，降低了对多环锁相电路的频率预置精度要求，防止环路发生失锁、错锁和死锁等问题，提高了多环锁相电路的可靠性。

目前其他多环锁相电路频率预置电路的目的都是将振荡器的频率尽量预置到最终锁定频率处，对频率预置精度提出非常高的要求，一旦由于各种非理想因素导致预置频率超过临界频率，或者频率预置误差过大导致无中频信号反馈回鉴频鉴相器，环路都无法正常工作。而本申请不再要求开环阶段将振荡器的输出频率精确预置到最终的锁定频率处，而是预置到一个保证频差方向与环路调节方向一致的安全区域，即使振荡器的输出频率不在环路的捕获带内，也可以通过辅助捕获装置最终实现环路锁定，降低了对振荡器频率预置精度的要求，提高了环路工作的可靠性。

本申请的另一实施方式中，如图2所示，环路锁定后，环路工作在上边带锁相模式，信号之间的频率关系为：

f_REF＝f_IF＝M×f_RF-N×f_LO

其中，M为混频器的基波混频次数，N为混频器的谐波混频次数；f_RF为振荡器输出的射频信号的频率，f_LO为本振信号的频率，f_IF为混频器输出的中频信号的频率，f_REF为环路参考信号的频率；

当中频信号的频率大于环路参考信号的频率时，环路将向下调节振荡器输出的射频信号的频率，使振荡器的输出频率减小，反之，当中频信号的频率f_IF小于环路参考信号的频率f_REF时，环路将向上调节振荡器输出的射频信号的频率，使振荡器输出的射频信号的频率增大，当环路锁定时，中频信号的频率f_IF等于环路参考信号的频率f_REF。

本申请的另一实施方式中，如图3所示，环路锁定后，环路工作在下边带锁相模式，信号之间的频率关系为：

f_REF＝f_IF＝N×f_LO-M×f_RF

其中，M为混频器的基波混频次数，N为混频器的谐波混频次数；f_RF为振荡器输出的射频信号的频率，f_LO为本振信号的频率，f_IF为混频器输出的中频信号的频率，f_REF为环路参考信号的频率；

当中频信号的频率f_IF大于环路参考信号频率时，环路将向上调节振荡器输出的射频信号的频率，使振荡器输出的射频信号的频率增大，反之当中频信号的频率小于环路参考信号的频率f_REF时，环路将向下调节振荡器输出的射频信号的频率，使振荡器输出的射频信号的频率频率减小，当环路锁定时，中频信号的频率f_IF等于环路参考信号频率f_REF。

本实施例公开的带有辅助捕获装置的多环锁相电路的工作方法，分别给出了对应的下边带和上边带两种锁相模式下的频率预置方法，本发明提出的预置方法不要求将频率精确预置到锁定频率附近，而是将频率故意置偏，只要保证频差方向和环路调节方向一致即可，大大降低了对频率预置精度的要求。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

(1)本发明采用鉴频鉴相器、前向通路、混频器、中频滤波电路、辅助捕获装置和整形电路组成的环路，当振荡器输出射频信号的频率不在环路的捕获带内时，通过辅助捕获装置产生假中频信号参与数字鉴频鉴相器鉴频鉴相，通过正确设置假中频信号的频率和频率预置电路进行频率预置，保证频差方向和环路调节方向一致，调整振荡器输出射频信号的频率进入捕获带；当环路进入捕获带内，利用模拟放大整形电路的阻塞效应和数字整形电路的门限效应，抑制掉假中频信号，环路最终在自身中频信号的调节下实现锁定。

(2)本发明通过引入辅助捕获装置和提出全新的频率预置方法，降低了对多环锁相电路的频率预置精度要求，防止环路发生失锁、错锁和死锁等问题，提高了多环锁相电路的可靠性；

(3)本发明不要求将频率精确预置到锁定频率附近，而是将频率故意置偏，只要保证频差方向和环路调节方向一致即可，大大降低了对频率预置精度的要求。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种带有辅助捕获装置的多环锁相电路，其特征是，所述电路包括：

数字鉴频鉴相器，所述数字鉴频鉴相器的第一输入端接收环路参考信号；

前向通路，所述前向通路的输入端与数字鉴频鉴相器的输出端连接，输出端与混频器的第一输入端连接；

混频器，所述混频器的第二输入端接收本振信号，所述混频器的输出端与中频滤波电路连接，用于对前向通路输出的射频信号和本振信号进行混频，输出中频信号；

中频滤波电路，所述中频滤波电路的输出端与辅助捕获装置连接，用于滤除混频器输出的无用寄生和泄露信号；

辅助捕获装置，所述辅助捕获装置的输出端与整形电路的输入端连接，用于产生大于参考信号频率的假中频信号，假中频信号经过整形电路输入到所述数字鉴频鉴相器；

整形电路，所述整形电路的输出端与数字鉴频鉴相器的第二输入端连接，用于对中频信号进行放大，向所述数字鉴频鉴相器反馈中频信号；

所述辅助捕获装置电路由假中频信号发生器、捕获开关、幅度调理电路和相加第二电路组成，在辅助捕获装置中引入假中频信号发生器产生假中频信号，假中频信号经过捕获开关和幅度调理电路后输入至第二相加电路；

所述整形电路包括模拟放大整形电路和数字整形电路，中频信号经中频滤波电路滤波后输入至第二相加电路，中频信号和假中频信号经过第二相加电路后输入到模拟放大整形电路中，中频信号使模拟放大整形电路工作在压缩状态，假中频信号使模拟放大整形电路工作在线性放大状态；

设置假中频信号的频率大于参考信号的频率,假中频信号的频率在鉴频鉴相器的工作频率范围内，假中频信号经模拟放大整形和数字整形后与参考信号进行鉴频鉴相，根据鉴频鉴相器输入信号间的频差关系，当工作在下边带锁相模式时，环路将向上调节振荡器输出信号的频率，当工作在上边带锁相模式时，环路将向下调节振荡器输出信号的频率，直至到最终锁定频率附近，保证中频信号的幅度远大于假中频信号的幅度，输入中频信号后模拟放大整形电路工作在压缩状态，几乎无放大效应，模拟放大整形电路输出的假中频信号的幅度远低于数字信号的低电平门限，经过数字整形电路后信号被完全抑制掉，只有中频信号反馈回鉴频鉴相器进行环路调节直至环路最终锁定。

2.根据权利要求1所述的带有辅助捕获装置的多环锁相电路，其特征是，所述前向通路包括环路滤波器、频率预置电路、第一相加电路和振荡器，所述环路滤波器和频率预置电路的输出端分别与第一相加电路的输入端连接，所述第一相加电路的输出端与振荡器的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的带有辅助捕获装置的多环锁相电路，其特征是，所述频率预置电路由数模转换器DAC和驱动电路组成；通过数模转换器输出频率预置电压，预置电压通过驱动电路输入至第一相加电路。

4.根据权利要求3所述的带有辅助捕获装置的多环锁相电路，其特征是，所述环路滤波器的两端并联有积分控制开关；环路滤波器通过积分控制开关控制是否对误差电压进行积分，环路滤波器输出的积分电压和频率预置电路输出的预置电压通过第一相加电路后共同控制振荡器输出信号的频率和相位。

5.一种基于权利要求1-4任一项所述的带有辅助捕获装置的多环锁相电路的频率预置方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）闭合积分控制开关，环路滤波器的输出电压为0V，前向通路处于开环状态；

（2）根据环路锁定时振荡器输出的射频信号的频率设置本振信号的频率；

（3）根据频率预置校准数据和环路最终锁定时射频信号的频率预置振荡器输出的射频信号的频率，当工作在下边带锁相模式时，预置的射频信号的频率要比最终环路锁定时射频信号的频率低20～50MHz，当工作在上边带锁相模式时，预置的射频信号的频率要比最终环路锁定时射频信号的频率高20～50MHz；

（4）闭合捕获开关，假中频信号经过捕获开关、幅度调理电路、相加电路、模拟放大整形电路和数字整形电路后输入到数字鉴频鉴相器；

（5）断开积分控制开关，前向通路处于闭环状态；

（6）振荡器输出的射频信号的频率处于环路捕获带外，无中频信号反馈回数字鉴频鉴相器，假中频信号和环路参考信号经过数字鉴频鉴相后产生的误差信号输入到环路滤波器，环路滤波器输出的积分电压和频率预置电路输出的预置电压经过第一相加电路后共同调节振荡器输出的射频信号的频率，使射频信号的频率进入环路捕获带；

（7）振荡器输出的射频信号和本振信号混频后产生的中频信号和辅助捕获装置产生的假中频信号经过第二相加电路后共同输入到模拟放大整形电路和数字整形电路，通过模拟放大整形电路的阻塞效应和数字整形电路的门限作用，抑制去除假中频信号，最终整形电路将中频信号反馈回鉴频鉴相器进行鉴频鉴相，调整振荡器输出的射频信号的频率；

（8）环路锁定，断开捕获开关。

6.根据权利要求5所述的基于带有辅助捕获装置的多环锁相电路的频率预置方法，其特征是，环路锁定后，环路工作在上边带锁相模式时，信号之间的频率关系为：

其中，M为混频器的基波混频次数，N为混频器的谐波混频次数；f_RF为振荡器输出的射频信号的频率，f_LO为本振信号的频率，f_IF为混频器输出的中频信号的频率，f_REF为环路参考信号的频率；

当中频信号的频率大于环路参考信号的频率时，环路将向下调节振荡器输出的射频信号的频率，使振荡器的输出频率减小，反之，当中频信号的频率小于环路参考信号的频率时，环路将向上调节振荡器输出的射频信号的频率，使振荡器输出的射频信号的频率增大，当环路锁定时，中频信号的频率等于环路参考信号的频率。

7.根据权利要求5所述的基于带有辅助捕获装置的多环锁相电路的频率预置方法，其特征是，环路锁定后，环路工作在下边带锁相模式时，信号之间的频率关系为：

其中，M为混频器的基波混频次数，N为混频器的谐波混频次数；f_RF为振荡器输出的射频信号的频率，f_LO为本振信号的频率，f_IF为混频器输出的中频信号的频率，f_REF为环路参考信号的频率；

当中频信号的频率大于环路参考信号频率时，环路将向上调节振荡器输出的射频信号的频率，使振荡器输出的射频信号的频率增大，反之当中频信号的频率小于环路参考信号的频率时，环路将向下调节振荡器输出的射频信号的频率，使振荡器输出的射频信号的频率减小，当环路锁定时，中频信号的频率等于环路参考信号频率。

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