CN110995255A - 一种具有快锁功能的宽带低相噪锁相环 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有快锁功能的宽带低相噪锁相环，包括由鉴相器、环路滤波器、窄带VCO组、定向耦合器、第一放大器、混频器、第一低通滤波器和第二放大器构成的锁相环路，在所述鉴相器与所述环路滤波器之间设有单刀双掷开关，所述鉴相器的输出端与所述单刀双掷开关的第一模拟量输入端电气连接，所述单刀双掷开关的模拟量输出端与所述环路滤波器的输入端电气连接；所述高速D/A的输出端与所述单刀双掷开关的第二模拟量输入端电气连接。本发明将锁相环环路滤波特性、内插混频锁相环降噪特性、窄带VCO组宽带输出特性、环路滤波器高速预置特性融为一体，解决了宽带锁相环无法实现快速切换，以及锁定时间长的弱点。

Description

一种具有快锁功能的宽带低相噪锁相环
技术领域
本发明涉及一种具有快锁功能的宽带低相噪锁相环，属于锁相环技术领域。
背景技术
频率源是现代电子系统的核心设备，其输出信号的性能决定了系统的性能，宽带输出频率、小步进变频、低相位噪声、低杂散、快速切换已成为系统需求。锁相环电路是实现频率合成的重要手段，具有电路简单、杂散抑制特性好的优点，但锁相环的锁定时间限制了频率源快速切换功能，特别是在宽带锁相环设计中，由于压控振荡器的调谐电压范围较宽，从而使得锁定时间更长。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种具有快锁功能的宽带低相噪锁相环，以解决现有宽带锁相环存在的锁定时间长、不能快速切换的技术问题。
本发明的技术方案是：一种具有快锁功能的宽带低相噪锁相环，包括由鉴相器、环路滤波器、窄带VCO组、定向耦合器、第一放大器、混频器、第一低通滤波器和第二放大器构成的锁相环路，还包括单刀双掷开关和高速D/A，
所述单刀双掷开关设置在所述鉴相器与所述环路滤波器之间，所述鉴相器的输出端与所述单刀双掷开关的第一模拟量输入端电气连接，所述单刀双掷开关的模拟量输出端与所述环路滤波器的输入端电气连接；
所述高速D/A的输出端与所述单刀双掷开关的第二模拟量输入端电气连接。
优选的，还包括参考信号电路单元，所述参考信号电路单元包括依次连接参考晶振、倍频链路、DDS和第二低通滤波器，所述第二低通滤波器的输出端与所述鉴相器的输入端相连。
优选的，还包括扩展频率电路单元，所述扩展频率电路单元包括依次连接的参考晶振和宽带本振组件，所述宽带本振组件的输出端与所述混频器的RF输入端相连，所述扩展频率电路单元中的参考晶振与所述参考信号电路单元的参考晶振为同一电子元件。
优选的，所述单刀双掷开关为单刀双掷直流开关。
本发明的有益效果是：本发明将锁相环环路滤波特性、内插混频锁相环降噪特性、窄带VCO组宽带输出特性、环路滤波器高速预置特性融为一体，解决了宽带锁相环无法实现快速切换的弱点。
另外，本发明通过采用窄带VCO组的方式实现信号宽带输出，窄带VCO具有调谐电压低、调谐电压范围窄的特点，由于环路滤波器可通过高速D/A对VCO调谐电压进行快速预置，因此极大的缩短了宽带锁相环环路锁定时间；其次通过采用窄带VCO组能避免宽带内插锁相环错锁，使得宽带本振组件设计更加灵活简单。本发明锁相环环路结构具有超宽带、小步进、低相噪、低杂散、快速切换的特点，电路结构简单，十分易于实现小型化频率源设计，所有电路均采用平面集成电路设计，可用于设计超宽带低相噪频率源单片集成电路。
附图说明
图1 为本发明实施例的电路原理框图；
附图说明：1参考晶振，2宽带本振组件，3混频器，4第一低通滤波器，5第二放大器，6鉴相器，7高速D/A，8单刀双掷开关，9环路滤波器，10窄带VCO组，11定向耦合器，12第一放大器，13倍频链路，14DDS，15第二低通滤波器。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍：
请参阅图1，根据本发明实施例一种具有快锁功能的宽带低相噪锁相环，包括由鉴相器6、环路滤波器9、窄带VCO组10、定向耦合器11、第一放大器12、混频器3、第一低通滤波器4和第二放大器5构成的锁相环路。具体地，鉴相器6的输出端与环路滤波器9的输入端相连，环路滤波器9的输出端与窄带VCO组10的输入端相连，窄带VCO组10的输出端与定向耦合器11的输入端相连，定向耦合器11的其中一个信号输出端与第一放大器12的输入端相连，第一放大器12的输出端与混频器3的本振端（LO），混频器3的输出端（IF）与第二放大器5的输入端相连，第二放大器5的输出端与鉴相器6的第二模拟量输入端相连，由此形成锁相环路，并且定向耦合器11的另一个信号输出端主要用于输出锁相环路的信号。由于锁相环通过采用内插混频的方式实现一次倍频锁相环，因此可保证低相噪特性。
在鉴相器6与环路滤波器9之间设有单刀双掷开关8，鉴相器6的输出端与单刀双掷开关8的第一模拟量输入端电气连接，单刀双掷开关8的模拟量输出端与环路滤波器9的输入端电气连接；单刀双掷开关8的第二模拟量输入端与高速D/A7的输出端电气连接。鉴相器6输出误差电压信号进入单刀双掷开关8，单刀双掷开关8输出的电压信号通过环路滤波器9后用于控制窄带VCO组10输出相应频率的微波信号，由于环路滤波器9可通过高速D/A7对VCO调谐电压进行快速预置，因此与现有技术相比，该种结构可极大的缩短宽带锁相环环路的锁定时间。单刀双掷开关8可以为单刀双掷直流开关。
本发明将锁相环环路滤波特性、内插混频锁相环降噪特性、窄带VCO组10宽带输出特性、环路滤波器9高速预置特性融为一体，有效解决了宽带锁相环无法实现快速切换的问题。
优选的，还包括参考信号电路单元，参考信号电路单元包括依次连接参考晶振1、倍频链路13、DDS14和第二低通滤波器15，第二低通滤波器15的输出端与鉴相器6的第一模拟量输入端相连。由于锁相环参考信号由DDS14提供，因此可实现频率小步进切换。
优选的，还包括扩展频率电路单元，扩展频率电路单元包括依次连接的参考晶振1和宽带本振组件2，宽带本振组件2的输出端与混频器3的RF输入端相连，扩展频率电路单元中的参考晶振1与参考信号电路单元的参考晶振1为同一电子元件，参考晶振1的输出信号分为两路，第一路用于激励宽带本振组件2，而第二路经过倍频链路13后作为DDS14的参考时钟信号。锁相环的内插混频信号为宽带本振信号，其用于扩展锁相环输出频率范围从而实现超宽带输出。
本发明通过采用窄带VCO组10的方式实现信号宽带输出，窄带VCO具有调谐电压低、调谐电压范围窄的特点，由于环路滤波器9可通过高速D/A7对VCO调谐电压进行快速预置，因此极大的缩短了宽带锁相环环路锁定时间；其次通过采用窄带VCO组10能避免宽带内插锁相环错锁，使得宽带本振组件2设计更加灵活简单。本发明锁相环环路结构具有超宽带、小步进、低相噪、低杂散、快速切换的特点，电路结构简单，十分易于实现小型化频率源设计，所有电路均采用平面集成电路设计，可用于设计超宽带低相噪频率源单片集成电路。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种具有快锁功能的宽带低相噪锁相环，包括由鉴相器(6)、环路滤波器(9)、窄带VCO组(10)、定向耦合器(11)、第一放大器(12)、混频器(3)、第一低通滤波器(4)和第二放大器(5)构成的锁相环路，其特征在于：还包括单刀双掷开关(8)和高速D/A(7)，
所述单刀双掷开关(8)设置在所述鉴相器(6)与所述环路滤波器(9)之间，所述鉴相器(6)的输出端与所述单刀双掷开关(8)的第一模拟量输入端电气连接，所述单刀双掷开关(8)的模拟量输出端与所述环路滤波器(9)的输入端电气连接；
所述高速D/A(7)的输出端与所述单刀双掷开关(8)的第二模拟量输入端电气连接。
2.根据权利要求1所述的具有快锁功能的宽带低相噪锁相环，其特征在于，还包括参考信号电路单元，所述参考信号电路单元包括依次连接参考晶振(1)、倍频链路(13)、DDS(14)和第二低通滤波器(15)，所述第二低通滤波器(15)的输出端与所述鉴相器(6)的输入端相连。
3.根据权利要求2所述的具有快锁功能的宽带低相噪锁相环，其特征在于，还包括扩展频率电路单元，所述扩展频率电路单元包括依次连接的参考晶振(1)和宽带本振组件(2)，所述宽带本振组件(2)的输出端与所述混频器(3)的RF输入端相连，所述扩展频率电路单元中的参考晶振(1)与所述参考信号电路单元的参考晶振(1)为同一电子元件。
4.根据权利要求1所述的具有快锁功能的宽带低相噪锁相环，其特征在于，所述单刀双掷开关(8)为单刀双掷直流开关。
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