CN110995259A - 一种手持式超短波跳频电台用频率合成器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种手持式超短波跳频电台用频率合成器，包括：直接数字频率合成器电路、晶振、锁相环、正交调制器、环路滤波器、压控振荡器和输出运放；锁相环包含R分频器、N分频器、鉴相器和电荷泵；所述电荷泵还连接有电荷泵充放电流控制电路，所述电荷泵充放电流控制电路的输出端电连接所述电荷泵的输入端；所述输出运放的输出端即为所述手持式超短波跳频电台用频率合成器的输出端。本发明的手持式超短波跳频电台用频率合成器使用一个环路就完成了30～512MHz的宽频带的频率的锁定及快速切换，同时具有很好的频率分辨率、相位噪声及杂散性能。

Description

一种手持式超短波跳频电台用频率合成器
技术领域
本发明涉及频率合成器技术领域，尤其涉及一种手持式超短波跳频电台用频率合成器，适用于频率覆盖范围宽、换频速率快、低杂散低相噪等技术指标要求下的小型通信设备。
背景技术
随着通信技术的发展，人们对通信设备在性能与便携性上都有越来越高的要求。因此，人们对频率源的要求也越来越高，需要实现频率覆盖范围宽、转换速度快、低杂散低相噪的频率合成器。但是，目前的频率合成器还难以同时满足上述需求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种手持式超短波跳频电台用频率合成器，其可在30～512MHz的频带内具有快速锁定性能和良好的相位噪声和杂散性能。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
一种手持式超短波跳频电台用频率合成器，包括：直接数字频率合成器电路、晶振、锁相环、正交调制器、环路滤波器、压控振荡器和输出运放；
所述锁相环包含R分频器、N分频器、鉴相器和电荷泵；
所述晶振的输出端电连接所述R分频器的输入端，所述R分频器的输出端点连接所述鉴相器的第一输入端，所述鉴相器的输出端电连接所述电荷泵的输入端，所述电荷泵的输出端电连接所述环路滤波器的输入端，所述环路滤波器的输出端电连接所述压控振荡器的输入端，所述压控振荡器的输出端分别电连接所述正交调制器的射频输入端和所述输出运放的输入端；
所述正交调制器的输出端电连接所述N分频器的输入端，所述N分频器的输出端电连接所述鉴相器的第二输入端；
所述直接数字频率合成器电路所产生的正交信号电连接所述正交调制器的基带输入端；
所述电荷泵还连接有电荷泵充放电流控制电路，所述电荷泵充放电流控制电路的输出端电连接所述电荷泵的输入端；
所述输出运放的输出端即为所述手持式超短波跳频电台用频率合成器的输出端。
本发明技术方案的特点和进一步的改进在于：
进一步的，所述手持式超短波跳频电台用频率合成器还包括FPGA控制电路，所述FPGA控制电路用于提供所述锁相环的寄存器设置数据、DDS正交信号产生控制数据、电荷泵最大充放电流控制信号和环路滤波器参数切换控制信号。
进一步的，所述电荷泵充放电流控制电路包含第一电阻、第二电阻和电子开关，所述第一电阻和所述第二电阻并联，所述电子开关与所述第二电阻串联；所述FPGA控制电路所提供的电平信号控制所述电子开关的开合。
进一步的，所述晶振用于给所述FPGA控制电路和所述手持式超短波跳频电台用频率合成器的电路提供工作时钟。
进一步的，所述R分频器用于对所述晶振输出的信号进行分频，将晶振输出信号的频率表示为fref，将R分频器输出信号的频率表示为fpd，则fpd＝fref/R，R为大于0的自然数。
进一步的，所述N分频器用于对所述正交调制器输出的射频信号进行分频，将正交调制器输出的射频信号频率表示为fRf，将N分频器输出信号的频率表示为fn，则fn＝fRf/N，N为大于0的自然数。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的手持式超短波跳频电台用频率合成器使用一个环路就完成了30～512MHz的宽频带的频率的锁定及快速切换，同时具有很好的频率分辨率、相位噪声及杂散性能。本发明较之乒乓环，得以大大提升超短波设备的便携性；较之DDS直接数字合成技术，具有更好的相噪与杂散指标。
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为本发明的一种手持式超短波跳频电台用频率合成器的结构示意图；
图2为本发明的锁相环的内部结构示意图；
图3为本发明中充放电流控制示意图；
图4为本发明的基于DDS的正交调制示意图；
图5为本发明中环路滤波器的电路结构示意图。
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。
图1为本发明的一种手持式超短波跳频电台用频率合成器的结构示意图，参考图1，本发明实施例提供的手持式超短波跳频电台用频率合成器包括：直接数字频率合成器DDS、晶振、锁相环、正交调制器、环路滤波器、压控振荡器和输出运放。
所述锁相环包含R分频器、N分频器、鉴相器和电荷泵。
所述晶振的输出端电连接所述R分频器的输入端，所述R分频器的输出端点连接所述鉴相器的第一输入端，所述鉴相器的输出端电连接所述电荷泵的输入端，所述电荷泵的输出端电连接所述环路滤波器的输入端，所述环路滤波器的输出端电连接所述压控振荡器的输入端，所述压控振荡器的输出端分别电连接所述正交调制器的射频输入端和所述输出运放的输入端。
所述正交调制器的输出端电连接所述N分频器的输入端，所述N分频器的输出端电连接所述鉴相器的第二输入端。
所述直接数字频率合成器DDS所产生的正交信号电连接所述正交调制器的基带输入端。
所述电荷泵还连接有电荷泵充放电流控制电路，所述电荷泵充放电流控制电路的输出端电连接所述电荷泵的输入端。
所述输出运放的输出端即为所述手持式超短波跳频电台用频率合成器的输出端。
具体的，
进一步的，本发明的手持式超短波跳频电台用频率合成器还包括FPGA控制电路，FPGA控制电路用于提供锁相环的寄存器设置数据、DDS正交信号产生控制数据、电荷泵最大充放电流控制信号和环路滤波器参数切换控制信号。
对于超短波跳频系统，高精度、高稳定度的频率源的选择是非常重要的，决定了跳频的同步能力，因此本发明的实施例选择带有热敏电阻补偿网络的温补振荡器以提高晶振的温度稳定度。晶振用于给上述FPGA控制电路和手持式超短波跳频电台用频率合成器的电路提供工作时钟。
图2为本发明的锁相环的内部结构示意图，参考图2，锁相环包含R分频器、N分频器、鉴相器和电荷泵。
其中，R分频器的输入端电连接所述晶振的输出端；R分频器用于对所述晶振输出的信号进行分频，将晶振输出信号的频率表示为fref，将R分频器输出信号的频率表示为fpd，则fpd＝fref/R，R为大于0的自然数。
N分频器的输入端电连接所述正交调制器的输出端；N分频器用于对所述正交调制器输出的射频信号进行分频，将正交调制器输出的射频信号频率表示为fRf，将N分频器输出信号的频率表示为fn，则fn＝fRf/N，N为大于0的自然数。
鉴相器具有两个输入端和一个输出端；鉴相器的第一输入端电连接上述R分频器的输出端，第二输入端电连接上述N分频器的输出端。鉴相器的输出端输出fn与fpd的相位误差，并电连接电荷泵的输入端控制电荷泵输出鉴相电压。
图3为本发明中充放电流控制示意图；本发明的手持式超短波跳频电台用频率合成器还设计了电荷泵的电荷泵充放电流控制电路，电荷泵充放电流控制电路的输出端电连接电荷泵的输入端，该控制电路用来调整充放电泵的最大充放电流。
具体的，参照图3，该电荷泵充放电流控制电路包含第一电阻、第二电阻和电子开关，所述第一电阻和所述第二电阻并联，所述电子开关与所述第二电阻串联；所述FPGA控制电路所提供的高低电平信号控制所述电子开关的开合，从而控制第二电阻是够接入到该电路中，从而改变内部充放电蹦的最大充放电流，实现跟踪捕获状态下快锁的目的。在频率合成器跟踪捕获的过程中，FPGA提供高电平，电子开关导通，第二电阻与第一电阻并联，阻值变小，充放电流增加，跟踪速度加快；当频率合成器锁定后，FPGA提供低电平，电子开关不导通，只有第一电阻接入，阻值变大，充放电流减小，此时相位噪声性能提高。
进一步的，本发明的手持式超短波跳频电台用频率合成器中还包含有直接数字频率合成器DDS，其中，直接数字频率合成器DDS所产生的正交信号电连接所述正交调制器的基带输入端。
图4为本发明的基于DDS的正交调制示意图；参照图4，直接数字频率合成技术具有频率切换速度快、分辨率高、频率和相位易于控制等特点，但其采样速率和DAC转换速率难以提高。而正交调制器，不但可以实现频率的搬移，同时可以大大抑制载频和另一个边带的幅度，而对原始的信号质量几乎没有任何有害影响。因此将正交调制器与DDS组合应用到锁相环路中，既发挥了DDS的优越性，又保留了锁相环的优越性。其中，使用上述晶振作为DDS的参考时钟，两路DDS输出满足系统分辨率的基带正交基带信号，通过正交调制器与压控输入的射频信号混频，并从正交调制器输出端输出分辨率与相位符合系统要求的射频信号，送入PLL的N分频器中。其中两路DDS信号的寄存器控制由FPGA实现。
本发明的手持式超短波跳频电台用频率合成器中，电荷泵的输出端电连接有环路滤波器，环路滤波器为低通滤波器，环路滤波器用于对电荷泵的输出信号进行低通滤波。环路滤波器的输出端电连接压控振荡器的输入端。锁相环的CP脚输出鉴相电压经环路滤波器处理后得到较纯净的压控控制电压，控制压控振荡器。
具体的，参照图5，该环路滤波器包含第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、第一运放、第一RC/LC网络、第二电子开关、第三电子开关、第三电阻、第四电阻、第二运放、第二RC/LC网络、第四电子开关、第五电子开关、第五电阻和第六电阻。
其中，第一单刀双掷开关的动端连接环路滤波器的输入端，所述第二单刀双掷开关的动端连接所述环路滤波器的输出端。
所述第一单刀双掷开关的一个不动端分别连接所述第一运放和所述第二电子开关，所述第二电子开关与所述第三电阻串联，所述第一运放和所述第二电子开关并联；所述第三电子开关和所述第四电阻串联，所述第三电子开关和所述第一RC/LC网络并联，所述第一运放和第三电阻的输出端电性连接第一RC\LC网络和第三电子开关的输入端；所述FPGA控制电路所提供的CT3电平信号控制所述第二电子开关和第三电子开关。
所述第一单刀双掷开关的另一个不动端连接分别所述第二运放和所述第四电子开关，所述第四电子开关与所述第五电阻串联，所述第四电子开关和所述第二运放并联；所述第五电子开关与所述第六电阻串联，所述第五电子开关和所述第二RC/LC网络并联，所述第二运放和第五电阻的输出端电性连接第二RC\LC网络和第五电子开关的输入端；所述FPGA控制电路所提供的CT2电平信号控制所述第四电子开关和第五电子开关。
所述第二单刀双掷开关的一个不动端分别连接所述第四电阻和第一RC/LC网络，所述第二单刀双掷开关的另一个不动端分别连接所述第六电阻和第二RC/LC网络。
所述FPGA控制电路所提供的CT1电平信号控制所述第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关。
具体的，参照图5，该环路滤波器包括四种状态电路，通过FPGA提供的三个控制信号CT1、CT2、CT3的高低电平进行切换来实现四个频段下的环路滤波性能。首先，FPGA提供的控制信号CT1控制状态1、2还是状态3、4为该频段的环路滤波器参数接入电路。其次，FPGA提供的控制信号CT2控制状态3、4所对应的环路滤波器参数接入电路；FPGA提供的控制信号CT3控制状态1、2所对应的环路滤波器参数接入电路。
以上实施例提供的手持式超短波跳频电台用频率合成器使用了一个环路就完成了30～512MHz的宽频带的频率的锁定及快速切换，同时具有很好的频率分辨率、相位噪声及杂散性能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种手持式超短波跳频电台用频率合成器，其特征在于，包括：直接数字频率合成器电路、晶振、锁相环、正交调制器、环路滤波器、压控振荡器和输出运放；
所述锁相环包含R分频器、N分频器、鉴相器和电荷泵；
所述晶振的输出端电连接所述R分频器的输入端，所述R分频器的输出端点连接所述鉴相器的第一输入端，所述鉴相器的输出端电连接所述电荷泵的输入端，所述电荷泵的输出端电连接所述环路滤波器的输入端，所述环路滤波器的输出端电连接所述压控振荡器的输入端，所述压控振荡器的输出端分别电连接所述正交调制器的射频输入端和所述输出运放的输入端；
所述正交调制器的输出端电连接所述N分频器的输入端，所述N分频器的输出端电连接所述鉴相器的第二输入端；
所述直接数字频率合成器电路的输出端连接所述正交调制器的基带输入端；
所述电荷泵还连接有电荷泵充放电流控制电路，所述电荷泵充放电流控制电路的输出端电连接所述电荷泵的输入端；
所述输出运放的输出端即为所述手持式超短波跳频电台用频率合成器的输出端。
2.根据权利要求1所述的手持式超短波跳频电台用频率合成器，其特征在于，还包括FPGA控制电路，所述FPGA控制电路用于提供所述锁相环的寄存器设置数据、直接数字频率合成器电路正交信号产生控制数据、电荷泵最大充放电流控制信号和环路滤波器参数切换控制信号。
3.根据权利要求2所述的手持式超短波跳频电台用频率合成器，其特征在于，所述电荷泵充放电流控制电路包含第一电阻、第二电阻和第一电子开关，所述第一电阻和所述第二电阻并联，所述第一电子开关与所述第二电阻串联；所述FPGA控制电路所提供的电平信号控制所述第一电子开关的开合。
4.根据权利要求2所述的手持式超短波跳频电台用频率合成器，其特征在于，所述晶振用于给所述FPGA控制电路和所述手持式超短波跳频电台用频率合成器的电路提供工作时钟。
5.根据权利要求4所述的手持式超短波跳频电台用频率合成器，其特征在于，所述R分频器用于对所述晶振输出的信号进行分频，将晶振输出信号的频率表示为fref，将R分频器输出信号的频率表示为fpd，则fpd＝fref/R，R为大于0的自然数。
6.根据权利要求5所述的手持式超短波跳频电台用频率合成器，其特征在于，所述N分频器用于对所述正交调制器输出的射频信号进行分频，将正交调制器输出的射频信号频率表示为fRf，将N分频器输出信号的频率表示为fn，则fn＝fRf/N，N为大于0的自然数。
7.根据权利要求2所述的手持式超短波跳频电台用频率合成器，其特征在于，所述环路滤波器包含第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、第一运放、第一RC/LC网络、第二电子开关、第三电子开关、第三电阻、第四电阻、第二运放、第二RC/LC网络、第四电子开关、第五电子开关、第五电阻和第六电阻；
所述第一单刀双掷开关的动端连接所述环路滤波器的输入端，所述第一单刀双掷开关的一个不动端分别连接所述第一运放和所述第二电子开关，所述第二电子开关与所述第三电阻串联，所述第一运放和所述第二电子开关并联；所述第三电子开关和所述第四电阻串联，所述第三电子开关和所述第一RC/LC网络并联，所述第一运放和第三电阻的输出端电性连接第一RC\LC网络和第三电子开关的输入端；所述FPGA控制电路所提供的CT3电平信号控制所述第二电子开关和第三电子开关；
所述第一单刀双掷开关的另一个不动端连接分别所述第二运放和所述第四电子开关，所述第四电子开关与所述第五电阻串联，所述第四电子开关和所述第二运放并联；所述第五电子开关与所述第六电阻串联，所述第五电子开关和所述第二RC/LC网络并联，所述第二运放和第五电阻的输出端电性连接第二RC\LC网络和第五电子开关的输入端；所述FPGA控制电路所提供的CT2电平信号控制所述第四电子开关和第五电子开关；
所述第二单刀双掷开关的一个不动端分别连接所述第四电阻和第一RC/LC网络，所述第二单刀双掷开关的另一个不动端分别连接所述第六电阻和第二RC/LC网络；所述第二单刀双掷开关的动端连接所述环路滤波器的输出端；
所述FPGA控制电路所提供的CT1电平信号控制所述第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关。
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