CN109088634A - 一种低相噪宽频带微波频率源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低相噪宽频带微波频率源电路，参考频率分别输入数字鉴相器和低相噪放大器，数字鉴相器的输出端连接无源环路滤波器的输入端，无源环路滤波器的输出端分别连接多个有源环路滤波器的第一端；低相噪放大器的输出端连接取样鉴相器的输入端，取样鉴相器的输出端连接第一组多路开关的输入端，第一组多路开关的输出端分别连接多个有源环路滤波器的第二端，多个有源环路滤波器的第三端分别连接第二组多路开关的输入端，第二组多路开关的输出端分别连接多个VCO，多个VCO选择一路输出；选择的一路VCO输出信号作为系统输出反馈给取样鉴相器，并且通过N分频器反馈给数字鉴相器。本发明实现了宽频带和低相噪的效果。

Description

一种低相噪宽频带微波频率源电路
技术领域
本发明涉及通信领域，特别涉及一种低相噪宽频带微波频率源电路。
背景技术
频率合成设备通常采用直接数字式频率技术、锁相环频率合成技术或者是两者的结合。
其中锁相环频率合成技术具有相位噪声小的优点，锁相环的工作原理是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号通过鉴相器转换成电压信号输出，经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压，对振荡器输出信号的频率实施控制，再通过反馈通路把振荡器输出信号的频率、相位反馈到鉴相器。
本方案模拟锁相环主要由取样鉴相器、环路滤波器、压控振荡器、锁定检测等电路组成。采取的鉴相策略为欠采样。现代集成数字锁相环用的一般是数字鉴频鉴相器，采用的是双触发器鉴相器，相比于模拟锁相环的模拟鉴相器而言相位噪声更大，而且模拟锁相环没有采用数字锁相环中的N分频器，相位噪声大大减小，但是数字锁相环可以利用自身的鉴频鉴相器和多段VCO实现更加快捷的锁定和输出更宽频带的频率，模拟锁相环配合介质振荡VCO虽然能实现很低的相位噪声，但是输出不了宽频带频率。
近些年，国内的一些专利基于取样鉴相器的低相噪微波频率源的设计一般为VCO输出为点频，大多是混频方案实现宽频带，如中电41所在2015年的专利“一种低相噪宽频段微波本振源电路及其实现方法”，一般在含有取样鉴相器的频率源系统中采用的都是介质振荡器，所产生宽带频率源采用的策略是混频策略，但实际上锁相环输出的仍然是点频的DRO，锁宽带VCO容易错锁或失锁。在仪器电路中使用取样鉴相器配合YIG振荡器实现宽带源，但是YIG振荡器昂贵，不适合量产。而现今发展比较成熟且廉价的分段宽频带VCO及频率合成器芯片可以一定程度上的降低相位噪声，但是达不到传统YIG源的相噪性能。也有一些专利研究了同时利用宽带VCO和取样鉴相器频率源的方案，成都西蒙电子技术有限公司在2015年的专利“一种低相噪宽频段微波本振源电路及其实现方法”提供了一种钳位电路切换方法，但是添加数模转换器这种数字器件会造成噪声恶化，同时两个环路共享环路滤波器无法保证切换前后环路增益保持一致，且未提供实测结果。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够解决现有技术中存在的缺陷的低相噪宽频带微波频率源电路。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的参考频率分别输入数字鉴相器和低相噪放大器，数字鉴相器的输出端连接无源环路滤波器的输入端，无源环路滤波器的输出端分别连接多个有源环路滤波器的第一端；低相噪放大器的输出端连接取样鉴相器的输入端，取样鉴相器的输出端连接第一组多路开关的输入端，第一组多路开关的输出端分别连接多个有源环路滤波器的第二端，多个有源环路滤波器的第三端分别连接第二组多路开关的输入端，第二组多路开关的输出端分别连接多个VCO，多个VCO选择一路输出；选择的一路VCO输出信号作为系统输出反馈给取样鉴相器，并且通过N分频器反馈给数字鉴相器。
进一步，所述无源环路滤波器包括电容C1，电容C1一端连接电阻R1一端，电容C1另一端接地，电阻R1另一端通过电容C2接地。
进一步，所述有源环路滤波器包括电阻R2、电容C3、电压源DC1、运算放大器OP1和第三多路开关，第三多路开关包括单刀双掷开关；电阻R2的一端连接第一组多路开关的输出端，电阻R2的另一端分别连接运算放大器OP1的反相输入端和电容C3的一端，电容C3的另一端连接单刀双掷开关的静触点，运算放大器OP1的同相输入端通过电压源DC1接地，运算放大器OP1的输出端连接单刀双掷开关的第一个动触点，单刀双掷开关的第二个动触点连接无源环路滤波器输出端，单刀双掷开关的静触点还连接第二组多路开关的输入端。
有益效果：本发明公开了一种低相噪宽频带微波频率源电路，先建立数字鉴相环路，通过预充电电路把初值赋给模拟锁相电路，然后切换到模拟锁相环路，由于模拟鉴相器和未使用N分频器，在3GHz至7GHz频段相位噪声降低了40dB，利用多段VCO，实现了宽频带和低相噪的效果。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中电路的结构框图；
图2为本发明具体实施方式中无源环路滤波器的电路图；
图3为本发明具体实施方式中有源环路滤波器的电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种参考频率分别输入数字鉴相器和低相噪放大器，如图1所示，数字鉴相器的输出端连接无源环路滤波器的输入端，无源环路滤波器的输出端分别连接多个有源环路滤波器的第一端；低相噪放大器的输出端连接取样鉴相器的输入端，取样鉴相器的输出端连接第一组多路开关的输入端，第一组多路开关的输出端分别连接多个有源环路滤波器的第二端，多个有源环路滤波器的第三端分别连接第二组多路开关的输入端，第二组多路开关的输出端分别连接多个VCO，多个VCO选择一路输出；选择的一路VCO输出信号作为系统输出反馈给取样鉴相器，并且通过N分频器反馈给数字鉴相器。
如图2所示，无源环路滤波器包括电容C1，电容C1一端连接电阻R1一端，电容C1另一端接地，电阻R1另一端通过电容C2接地。
如图3所示，有源环路滤波器包括电阻R2、电容C3、电压源DC1、运算放大器OP1和第三多路开关，第三多路开关包括单刀双掷开关；电阻R2的一端连接第一组多路开关的输出端，电阻R2的另一端分别连接运算放大器OP1的反相输入端和电容C3的一端，电容C3的另一端连接单刀双掷开关的静触点，运算放大器OP1的同相输入端通过电压源DC1接地，运算放大器OP1的输出端连接单刀双掷开关的第一个动触点，单刀双掷开关的第二个动触点连接无源环路滤波器输出端，单刀双掷开关的静触点还连接第二组多路开关的输入端。有源环路滤波器的第一端为单刀双掷开关的第二个动触点，有源环路滤波器的第二端为电阻R2的一端，有源环路滤波器的第三端为单刀双掷开关的静触点。
控制上位机对VCO数字鉴相环路进行锁定，分两个步骤。
步骤一，针对特定的输出频率，选择第三多路开关的其中一路，将单刀双掷开关的第二个动触点连接到单刀双掷开关的静触点，使得数字环路得到第一次锁定，无源环路滤波器连接多路VCO，并对第三多路开关充电。
步骤二，将单刀双掷开关的静触点转接到第一个动触点上，此时无源环路滤波器在环路中断开，有源环路替代无源环路，由于充电模块保存了VCO的调谐电压，切换前后VCO调谐电压不变，环路保持锁定率，即模拟环路得到锁定。
锁定后两个环路得到输出频率的相位噪声如表1所示。
表1相位噪声
频率\环路近端噪声 数字环路 切换后的模拟环路
4GHz -96dBc@10kHz -128dBc@10kHz
5GHz -85dBc@10kHz -122dBc@10kHz
6GHz -92dBc@10kHz -123dBc@10kHz

Claims (3)

1.一种低相噪宽频带微波频率源电路，其特征在于：参考频率分别输入数字鉴相器和低相噪放大器，数字鉴相器的输出端连接无源环路滤波器的输入端，无源环路滤波器的输出端分别连接多个有源环路滤波器的第一端；低相噪放大器的输出端连接取样鉴相器的输入端，取样鉴相器的输出端连接第一组多路开关的输入端，第一组多路开关的输出端分别连接多个有源环路滤波器的第二端，多个有源环路滤波器的第三端分别连接第二组多路开关的输入端，第二组多路开关的输出端分别连接多个VCO，多个VCO选择一路输出；选择的一路VCO输出信号作为系统输出反馈给取样鉴相器，并且通过N分频器反馈给数字鉴相器。
2.根据权利要求1所述的低相噪宽频带微波频率源电路，其特征在于：所述无源环路滤波器包括电容C1，电容C1一端连接电阻R1一端，电容C1另一端接地，电阻R1另一端通过电容C2接地。
3.根据权利要求2所述的低相噪宽频带微波频率源电路，其特征在于：所述有源环路滤波器包括电阻R2、电容C3、电压源DC1、运算放大器OP1和第三多路开关，第三多路开关包括单刀双掷开关；电阻R2的一端连接第一组多路开关的输出端，电阻R2的另一端分别连接运算放大器OP1的反相输入端和电容C3的一端，电容C3的另一端连接单刀双掷开关的静触点，运算放大器OP1的同相输入端通过电压源DC1接地，运算放大器OP1的输出端连接单刀双掷开关的第一个动触点，单刀双掷开关的第二个动触点连接无源环路滤波器输出端，单刀双掷开关的静触点还连接第二组多路开关的输入端。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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