CN109787560B

CN109787560B - 一种频标倍增器

Info

Publication number: CN109787560B
Application number: CN201910084951.4A
Authority: CN
Inventors: 赵淑贞; 张�林; 李琦
Original assignee: Shijiazhuang Kaituo Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Shijiazhuang Kaituo Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2019-01-29
Publication date: 2023-01-10
Anticipated expiration: 2039-01-29
Also published as: CN109787560A

Abstract

本发明公开了一种频标倍增器，包括前向通路和反馈通路，前向通路包括依次串连的脉冲发生器、相位检波器、环路放大器、10MHz压控振荡器和缓冲器，缓冲器的第一输出端与相位检波器相连接，第二输出端直接接P2高频插座，输出10MHz频标信号；反馈通路包括外频标信号检波器和开关信号发生器，外频标信号检波器的输入端连接外频标信号，外频标信号检波器的输出端连接开关信号发生器的输入端，开关信号发生器的输出端与10MHz压控振荡器相连接。本发明提供的频标倍增器，能够将1MHz、2MHz、5MHz、10MHz的外部频标信号倍频到10MHz，扩展了频率测量范围，适用性强，而且结构简单、调试方便、性价比高。

Description

一种频标倍增器

技术领域

本发明涉及频率倍增电路技术领域，特别是涉及一种频标倍增器。

背景技术

随着电子测量技术的不断发展，频率测量的应用范围也越来越广，频率测量中，为了提高测量精度，需要与外部频标进行同步，频率测量设备中多数使用10MHz基准频标，而用户手中可能有1MHz、2MHz、5MHz、10MHz的频标信号，通常的倍频方法是进行2倍频，如果是这样，用户只能使用5MHz的外频标信号进行同步测量，一般倍增器的使用的范围受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种频标倍增器，能够将1MHz、2MHz、5MHz、10MHz的外部频标信号倍频到10MHz，扩展了频率测量范围，适用性强，而且结构简单、调试方便、性价比高。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种频标倍增器，该倍增器包括：前向通路和反馈通路，所述前向通路包括依次串连的脉冲发生器、相位检波器、环路放大器、10MHz压控振荡器和缓冲器，所述缓冲器设置有第一输出端和第二输出端，所述第一输出端与所述相位检波器相连接，为所述相位检波器提供标准10MHz信号，所述第二输出端输出最终10MHz信号，所述最终10MHz信号为所述频标倍增器的最终输出信号；所述脉冲发生器为窄脉冲发生器，所述脉冲发生器的输入端连接外频标信号，所述脉冲发生器将所述外频标信号转换为窄脉冲信号，所述相位检波器对所述窄脉冲信号与所述标准10MHz信号进行相位检波，根据所述窄脉冲信号与所述标准10MHz信号的相位检波结果输出控制信号，所述控制信号经过所述环路放大器处理后传送到所述10MHz压控振荡器；

所述反馈通路包括外频标信号检波器和开关信号发生器，所述外频标信号检波器的输入端连接所述外频标信号，所述外频标信号检波器的输出端连接所述开关信号发生器的输入端，所述开关信号发生器的输出端与所述10MHz压控振荡器相连接；所述开关信号发生器用于发出所述10MHz压控振荡器的使能信号，所述外频标信号检波器用于检测所述外频标信号是否满足所述10MHz压控振荡器的使能条件，如果满足，所述外频标信号检波器触发所述开关信号发生器发出所述10MHz压控振荡器的使能信号，所述10MHz压控振荡器使能，所述前向通路进入工作状态。

可选的，所述外频标信号包括1MHz、2MHz、5MHz和10MHz信号。

可选的，所述缓冲器包括一号三极管和二号三极管，所述第一输出端为所述一号三极管的集电极，所述一号三极管的集电极经一号电容输出所述标准10MHz信号，所述一号三极管的基极经一号电阻接地；所述一号三极管的发射极与所述二号三极管的集电极连接，所述二号三极管的基极与所述10MHz压控振荡器的输出端连接，所述第二输出端为所述二号三极管的发射极，所述二号三极管的发射极经二号电容输出所述最终10MHz信号。

可选的，所述脉冲发生器为窄脉冲发生器，所述窄脉冲发生器包括三个与非门、开关管和一号传输线型变压器，三个所述与非门串接在一起，三个所述与非门分别为第一与非门、第二与非门和第三与非门，所述第一与非门的输入端连接外频标信号，所述第三与非门的输出端连接开关管的输入端，所述开关管的输出端连接所述一号传输线型变压器，所述一号传输线型变压器输出窄脉冲信号。

可选的，所述三个所述与非门为74LS132芯片。

可选的，所述开关管为三号三极管，所述第三与非门的输出端与所述三号三极管的基极连接，所述三号三极管的发射极输出窄脉冲信号。

可选的，所述相位检波器包括传输线型变压器和由四个二极管构成的桥式电路，四个所述二极管分别为一号二极管、二号二极管、三号二极管和四号二极管，所述一号二极管的正极与所述四号二极管的正极连接，构成一号端口，所述一号二极管的负极与所述二号二极管的正极连接，构成二号端口，所述二号二极管的负极接三号二极管的负极，构成三号端口，所述三号二极管的正极接四号二极管的负极，构成四号端口；所述开关管的输出端接所述传输线型变压器的输入端，所述传输线型变压器用于输出一对平衡的窄脉冲信号，所述传输线型变压器的两个输出端分别接到所述一号端口和三号端口，所述二号端口为所述相位检波器的输出端，所述四号端口为所述标准10MHz信号的输入端。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的频标倍增器，利用外频标信号检波器对外频标信号进行检测，再通过开关信号发生器控制10MHz压控振荡器的使能，只有检测到外频信号满足规定的10MHz压控振荡器的使能条件时，开关信号发生器才会控制10MHz压控振荡器输出信号，通过反馈电路实现10MHz压控振荡器的准确触发控制，避免10MHz压控振荡器的误调整，提高信号处理的准确性；在前向通路中，脉冲发生器产生窄脉冲信号，并经过传输线性变压器生成一对平衡的窄脉冲信号，在相位检波器中窄脉冲信号与10MHz压控振荡器输出的标准10MHz信号进行相位检波输出控制信号，控制10MHz压控振荡器进行采样，如果外频信号频率是1MHz、2MHz、5MHz、10MHz，则10MHz压控振荡器分别对输入信号的第10个周期、第5个周期、第2个周期、第1个周期进行采样，实现多种频率信号的锁相倍频；相位检波器中由四个二极管构成的相位检波电路，取代成本较高的鉴相器，有效降低了成本，且传输线型变压器只需要在磁环上用双绞线绕制，电路结构简单，因为是无源器件，没有引进干扰源，降低了相位噪声，避免了普通锁相环复杂的中间频率变换过程，能自动实现外频标1MHz、2MHz、5MHz、10MHz倍频到10MHz的功能。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例频标倍增器的示意框图；

图2为本发明实施例外频标信号检波器的电路示意图；

图3为本发明实施例窄脉冲发生器的电路示意图；

图4为本发明实施例窄脉冲发生器的输出脉冲波形图；

图5为本发明实施例相位检波器的电路示意图；

图6为本发明实施例环路放大器的电路示意图；

图7为本发明实施例缓冲器的电路示意图；

图8为本发明实施例频标倍增器的整体电路图；

附图标记说明：1、外频标信号检波器；2、脉冲发生器；3、开关信号发生器；4、相位检波器；5、环路放大器；6、10MHz压控振荡器；7、缓冲器；401、一号端口；402、二号端口；403、三号端口；404、四号端口。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例频标倍增器的示意框图，如图1所示，本发明实施例提供的频标倍增器包括前向通路和反馈通路，所述前向通路包括依次串连的脉冲发生器2、相位检波器4、环路放大器5、10MHz压控振荡器6和缓冲器7，所述缓冲器7设置有第一输出端和第二输出端，所述第一输出端与所述相位检波器4相连接，为所述相位检波器4提供标准10MHz信号，所述第二输出端输出最终10MHz信号，所述第二输出端直接接P2高频插座，最终10MHz信号为所述频标倍增器最终需要输出的10MHz频标信号；所述脉冲发生器2为窄脉冲发生器，所述脉冲发生器2的输入端连接外频标信号，所述外频标信号由高频插座P1提供，所述脉冲发生器2将所述外频标信号转换为窄脉冲信号，所述相位检波器4对所述窄脉冲信号与所述标准10MHz信号进行相位检波，根据所述窄脉冲信号与所述标准10MHz信号的相位检波结果输出控制信号，所述控制信号经过所述环路放大器5处理后传送到所述10MHz压控振荡器6；

所述反馈通路包括外频标信号检波器1和开关信号发生器3，所述外频标信号检波器1的输入端连接所述外频标信号，所述外频标信号检波器1的输出端连接所述开关信号发生器3的输入端，所述开关信号发生器3的输出端与所述10MHz压控振荡器6相连接；所述开关信号发生器3用于发出所述10MHz压控振荡器6的使能信号，所述外频标信号检波器1用于检测所述外频标信号是否满足所述10MHz压控振荡器6的使能条件，如果满足，所述外频标信号检波器1触发所述开关信号发生器3发出所述10MHz压控振荡器6的使能信号，所述10MHz压控振荡器6使能，所述前向通路进入工作状态；所述外频标信号包括1MHz、2MHz、5MHz和10MHz的信号，外频标信号通过高频插座P1同时加到外频标信号检波1和脉冲发生器2。

图2为本发明实施例外频标信号检波器的电路示意图，图8为本发明实施例频标倍增器的整体电路图，如图2和图8所示，所述外频标信号检波器由D2、R14、C12组成，外频标信号可以经过脉冲发生器中IC4C-D的11脚输出，进入D2的负极，D2的正极与R14、C12并联后串联，并接到+5V，IC4-A的3脚通过电阻接到Q5的基极，Q5的发射极和Q4的发射极相连，控制Q4发射极的输出，Q2和IC4-A构成开关控制，如果信号正常，外频标信号检波器输出为低电平，可以触发开关信号发生器，Q2导通，IC4-A的3脚输出低电平，Q5截止，Q4可以正常输出VCO信号；当外频标信号不正常时，IC4-D的输出为逻辑“1”，检波器输出，也就是Q2的基极为高电平，Q2截止，IC4-A的3脚输出高电平，Q5基极为高电平，Q5导通，导致Q4发射极的电位高于Q4的基极，Q4截止，这样就禁止了10MHz压控振荡器的信号进入相位检波器，这样不会对10MHz压控振荡器进行误调整，同时也不会输出到P2插座上，它的主要作用就是控制10MHz压控振荡器的输出。外频标信号是由IC4D反相器产生的，当没有外标信号时，二极管D2的阴极是高电平，检波后在Q2的基极为高电平，Q2截止，IC4A的2脚低电平，3脚为高电平；反之3脚为低电平，去禁止或使能10MHz压控振荡器。

图3为本发明实施例窄脉冲发生器的电路示意图，如图3所示，所述脉冲发生器包括三个与非门和一个开关管，三个所述与非门串接在一起，三个所述与非门分别为第一与非门IC4D、第二与非门IC4B和第三与非门IC4C，所述第一与非门IC4D的输入端接入所述外频标信号，所述第三与非门IC4C的输出端连接所述开关管Q3的输入端，所述开关管Q3输出窄脉冲信号；所述三个所述与非门为74LS132芯片，所述开关管Q3为三号三极管，所述第三与非门IC4C的输出端与所述三号三极管的基极连接，所述三号三极管的发射极输出窄脉冲信号，外频标信号经过整形电路加到IC4D的13脚，IC4D、IC4B、IC4C带有施密特触发器的与非门，一个门的传输延迟时间典型为15ns，这样在IC4C-8输出的窄脉冲宽度大约15ns，再经过开关管Q3驱动传输线型变压器T1。

现有的的窄脉冲电路多数都是用阶跃二极管产生的，它受电路中R、L、C参数的影响，优点是它形成的窄脉冲更窄，但网上介绍的大多数是用在微波信号锁相，所以优于1ns，本申请使用的频标是10MHz，所以15ns到22ns的宽度能满足设计需要，逻辑简单、成本低，调试方便，不受其它电路参数的影响，这也是本发明的创新点之一。IC4C的8脚输出的窄脉冲通过开关管Q3驱动传输线型变压器T1产生一对平衡的窄脉冲信号，分别加到D4-A和D5-A节点4、D4B和D5B节点2，给取样鉴相器提供正向偏置电压，波形如图4所示。

图5为本发明实施例相位检波器的电路示意图，如图5所示，所述相位检波器包括传输线型变压器T1和由四个二极管构成的桥式电路，四个所述二极管分别为一号二极管D5-A、二号二极管D5-B、三号二极管D4-B和四号二极管D4-A，所述一号二极管D5-A的正极与所述四号二极管D4-A的正极连接，构成一号端口401，所述一号二极管D5-A的负极与所述二号二极管D5-B的正极连接，构成二号端口402，所述二号二极管D5-B的负极接三号二极管D4-B的负极，构成三号端口403，所述三号二极管D4-B的正极接四号二极管D4-A的负极，构成四号端口404；所述开关管Q3的输出端接所述传输线型变压器T1的输入端，所述传输线型变压器T1用于输出一对平衡的窄脉冲信号，所述传输线型变压器T1的两个输出端分别接到所述一号端口401和三号端口403，所述二号端口402为所述相位检波器的输出端，所述四号端口404为所述标准10MHz信号的输入端。

一对平衡的窄脉冲信号加到相位检波器中与本地10MHz压控振荡器的标准10MHz信号进行相位检波，如果外频标信号是10MHz，10MHz压控振荡器的每个周期采样，如果外频标信号是10MHz的约数，则10MHz压控振荡器的第1个、第2个、第5个、第10个周期采样，因此可对10MHz、5MHz、2MHz、1MHz信号进行锁相倍频，输出同参考输入信号同样性能的10MHz信号；电路中，220Ω电阻为阻抗匹配电阻，当相位检波器处于正向偏置时，D4-A和D4-B节点的电压等于D5-A和D5-B节点的电压，即鉴相电压，此电压通过C7电容保持，直到下一个采样周期，图4中画出了1MHz、2MHz、5MHz、10MHz的窄脉冲信号，10MHz分别是这些信号的整数倍，在正向偏置采样期间，相位检波器输出差拍电压，这个电压通过由IC2组成的环路放大器，加到压控晶振，进行频率调节，如此反复，外频标的信号和压控振荡器的输出信号之间的频差为0，相位差不再随时间变化，误差电压为一固定值，这时环路就进入锁定状态；如果压控振荡器10MHz不是外频标信号的整数倍，鉴相电压就是一个调制信号，无法对压控振荡器VCO进行调整，无法进入锁定状态，无法完成倍频功能。

这种相位检波器成本低，传输线型变压器采用在磁环上用双绞线绕制，电路结构简单，因为是无源器件，没有引进干扰源，相位噪声少。

图6为本发明实施例环路放大器的电路示意图，如图6所示，所述相位检波器的输出电压送到环路放大器IC2的2脚，电压通过C7保持，在IC2的6脚输出，再送到10MHz压控振荡器进行相位和频率调节。

图7为本发明实施例缓冲器的电路示意图，所述缓冲器包括一号三极管Q7和二号三极管Q6，所述第一输出端为所述一号三极管Q7的集电极，所述一号三极管Q7的集电极经一号电容C6输出所述标准10MHz信号，所述一号三极管Q7的基极经一号电阻接地；所述一号三极管Q7的发射极与所述二号三极管Q6的集电极连接，所述二号三极管Q6的基极与所述10MHz压控振荡器的输出端连接，所述第二输出端为所述二号三极管Q6的发射极，所述二号三极管Q6的发射极经二号电容C9输出所述最终10MHz信号。10MHz压控振荡器的输出信号驱动Q6、Q7组成的单位增益的级联缓冲器，由Q7集电极缓冲的信号形成相位检波器的输入信号，由Q6发射极的缓冲信号输出到高频插座P2。

本发明提供的频标倍增器，利用外频标信号检波器对外频标信号进行检测，再通过开关信号发生器控制10MHz压控振荡器的使能，只有检测到外频信号满足规定的10MHz压控振荡器的使能条件时，开关信号发生器才会控制10MHz压控振荡器输出信号，通过反馈电路实现10MHz压控振荡器的准确触发控制，避免10MHz压控振荡器的误调整，提高信号处理的准确性；在前向通路中，脉冲发生器产生窄脉冲信号，并经过传输线性变压器生成一对平衡的窄脉冲信号，在相位检波器中窄脉冲信号与10MHz压控振荡器输出的标准10MHz信号进行相位检波输出控制信号，控制10MHz压控振荡器进行采样，如果外频信号频率是1MHz、2MHz、5MHz、10MHz，则10MHz压控振荡器分别对输入信号的第10个周期、第5个周期、第2个周期、第1个周期进行采样，实现多种频率信号的锁相倍频；相位检波器中由四个二极管构成的相位检波电路，取代较高的鉴相器，有效降低了成本，且传输线型变压器只需要在磁环上用双绞线绕制，电路结构简单，因为是无源器件，没有引进干扰源，降低了相位噪声，避免了普通锁相环复杂的中间频率变换过程，能自动实现外频标1MHz、2MHz、5MHz、10MHz倍频到10MHz的功能。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种频标倍增器，其特征在于，包括：前向通路和反馈通路，所述前向通路包括依次串连的脉冲发生器、相位检波器、环路放大器、10MHz压控振荡器和缓冲器，所述缓冲器设置有第一输出端和第二输出端，所述第一输出端与所述相位检波器相连接，为所述相位检波器提供标准10MHz信号，所述第二输出端输出最终10MHz信号，所述最终10MHz信号为所述频标倍增器的最终输出信号；所述脉冲发生器为窄脉冲发生器，所述脉冲发生器的输入端连接外频标信号，所述脉冲发生器将所述外频标信号转换为窄脉冲信号，所述相位检波器对所述窄脉冲信号与所述标准10MHz信号进行相位检波，根据所述窄脉冲信号与所述标准10MHz信号的相位检波结果输出控制信号，所述控制信号经过所述环路放大器处理后传送到所述10MHz压控振荡器；

所述反馈通路包括外频标信号检波器和开关信号发生器，所述外频标信号检波器的输入端连接所述外频标信号，所述外频标信号检波器的输出端连接所述开关信号发生器的输入端，所述开关信号发生器的输出端与所述10MHz压控振荡器相连接；所述开关信号发生器用于发出所述10MHz压控振荡器的使能信号，所述外频标信号检波器用于检测所述外频标信号是否满足所述10MHz压控振荡器的使能条件，如果满足，所述外频标信号检波器触发所述开关信号发生器发出所述10MHz压控振荡器的使能信号，所述10MHz压控振荡器使能，所述前向通路进入工作状态；

所述外频标信号检波器由D2、R14、C12组成，外频标信号经过脉冲发生器中IC4C-D的11脚输出，进入D2的负极，D2的正极与R14、C12并联后串联，并接到+5V，IC4-A的3脚通过电阻接到Q5的基极，Q5的发射极和Q4的发射极相连，控制Q4发射极的输出，Q2和IC4-A构成开关控制，如果外频标信号正常，所述外频标信号检波器输出为低电平，触发开关信号发生器，Q2导通，IC4-A的3脚输出低电平，Q5截止，Q4正常输出VCO信号；当外频标信号不正常时，IC4-D的输出为逻辑“1”，所述外频标信号检波器输出，Q2的基极为高电平，Q2截止，IC4-A的3脚输出高电平，Q5基极为高电平，Q5导通，导致Q4发射极的电位高于Q4的基极，Q4截止，从而禁止10MHz压控振荡器的信号进入相位检波器。

2.根据权利要求1所述的频标倍增器，其特征在于，所述外频标信号包括1MHz、2MHz、5MHz和10MHz信号。

3.根据权利要求1所述的频标倍增器，其特征在于，所述缓冲器包括一号三极管和二号三极管，所述第一输出端为所述一号三极管的集电极，所述一号三极管的集电极经一号电容输出所述标准10MHz信号，所述一号三极管的基极经一号电阻接地；所述一号三极管的发射极与所述二号三极管的集电极连接，所述二号三极管的基极与所述10MHz压控振荡器的输出端连接，所述第二输出端为所述二号三极管的发射极，所述二号三极管的发射极经二号电容输出所述最终10MHz信号。

4.根据权利要求1所述的频标倍增器，其特征在于，所述脉冲发生器包括三个与非门和一个开关管，三个所述与非门串接在一起，三个所述与非门分别为第一与非门、第二与非门和第三与非门，所述第一与非门的输入端接入所述外频标信号，所述第三与非门的输出端连接所述开关管的输入端，所述开关管输出窄脉冲信号。

5.根据权利要求4所述的频标倍增器，其特征在于，所述三个所述与非门为74LS132芯片。

6.根据权利要求4所述的频标倍增器，其特征在于，所述开关管为三号三极管，所述第三与非门的输出端与所述三号三极管的基极连接，所述三号三极管的发射极输出窄脉冲信号。

7.根据权利要求4所述的频标倍增器，其特征在于，所述相位检波器包括传输线型变压器和由四个二极管构成的桥式电路，四个所述二极管分别为一号二极管、二号二极管、三号二极管和四号二极管，所述一号二极管的正极与所述四号二极管的正极连接，构成一号端口，所述一号二极管的负极与所述二号二极管的正极连接，构成二号端口，所述二号二极管的负极接三号二极管的负极，构成三号端口，所述三号二极管的正极接四号二极管的负极，构成四号端口；所述开关管的输出端接所述传输线型变压器的输入端，所述传输线型变压器用于输出一对平衡的窄脉冲信号，所述传输线型变压器的两个输出端分别接到所述一号端口和三号端口，所述二号端口为所述相位检波器的输出端，所述四号端口为所述标准10MHz信号的输入端。