CN111474522A - 一种不同时钟相位同步的补偿电路 - Google Patents

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李卓
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Abstract

本发明涉及一种动态相位同步补偿电路，由温度传感器、比例运算电路和模拟移相器组成，其中温度传感器在不同温度条件下输出的电平经过比例运算电路，控制模拟移相器实现相位随温度动态调整。与现有技术相比较本发明具有外围电路简单、尺寸小、走线少、易布局、一致性好等优点。

Description

一种不同时钟相位同步的补偿电路
技术领域
本发明属于微波毫米波技术领域，具体是一种在高低温下自动补偿不同时钟之间相位同步的电路，可用于有同步性要求的数字收发系统。
背景技术
数字收发分系统的特点是每个通道都由数字方式完成。发射时，数字收发单元接收频率源产生的本振信号和时钟信号，并分配给每个通道；通道中的直接数字频率合成(DDS)根据控制码产生雷达工作的波形信号，再通过选频、滤波、混频、放大等模拟处理后，产生所需频率的激励信号。接收时，雷达回波信号由模拟电路处理为中频信号，经数字中频采样产生并行数字信号，重组、打包后由光纤送到后端的数字波束形成(DBF)继续进行信号处理数据。数字收发单元的各功能模块通常采用同一基准时钟触发，从而保证各通道相位和时序上的一致性，其中数模转化器(ADC)和DDS工作过程中要求系统时钟(SYSCLK)、同步时钟(SYNCIN)在全温范围内同步，最多相差几百皮秒即同步区，但由于通道间器件和链路的不一致性导致同步区变窄，对SYNCIN和SYSCLK同步提出了更高要求。
常温下SYNCIN和SYSCLK的相位差是固定的，通过预置同步补偿传输线可使ADC和DDS正常工作。在高低温下，经过不同的上、下变频器和放大器后，原来固定的相位差发生了改变，预置的同步补偿线已经不能满足要求，需要在不同温度条件下实现动态同步补偿。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，针对有同步性要求的数字收发系统，本发明提供一种能够在高低温下自动补偿不同时钟之间相位同步的电路。
技术方案
一种不同时钟相位同步的补偿电路，其特征在于包括温度传感器、比例运算放大电路和模拟移相器，温度传感器将实时采集到的表征环境温度的电压输出给比例运算放大电路，比例运算放大电路调整电压曲线的斜率和幅度，形成模拟移相器所需要的控制电压，从而控制模拟移相器改变相应的相位，系统时钟SYNCLK信号经过模拟移相器后，使系统时钟SYNCLK信号过零点始终位于与同步时钟SYSCIN信号的同步区内，实现在不同温度条件下产生不同的移相，实现动态相位同步补偿。
所述的模拟移相器为Mini-Cricuits的SPHSA-152+。
所述的温度传感器为ANALOG DEVICES的AD22100。
所述的比例运算电路的运算放大器为TEXAS INSTRUMENTS的TLV2371。
有益效果
本发明提出的一种动态相位同步补偿电路，与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.模拟移相器的移相输出是线性连续的，精度为小于1°，能够精确调整相位，使信号落入同步区；控制方式简单，降低走线复杂程度，便于布局，应用场合广泛。
2.温度传感器和比例运算电路控制移相器，外围电路简单、体积小，在不同温度下可实现自动补偿相位。
附图说明
图1相位同步补偿电路原理框图
图2两种时钟信号同步关系示意图
图3高低温下SYNCLK信号变化示意图
图4移相器高低温下输入输出关系图
图5比例运算电路输入输出关系图
图6减法比例运算电路原理图
图7相位同步补偿电路电路图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
以SYSCIN信号下降沿过零点为基准，调整SYNCLK信号过零点与其相位差小于同步区范围，即可使系统正常工作。
模拟移相器能够精确连续移相，且控制位只有一位电压值，易于走线布局。温度传感器能够实时监测系统温度，以电平的形式输出。如果选用合适的比例运算放大电路，使温度传感器输出的电平转化为控制模拟移相器的电压值，则能够实现在不同温度条件下产生不同的移相，实现动态相位同步补偿。
如图1所示，温度传感器将实时采集到的表征环境温度的电压输出给比例运算放大电路，比例运算电路调整电压曲线的斜率和幅度，形成模拟移相器所需要的控制电压，从而控制模拟移相器改变相应的相位。SYNCLK信号经过模拟移相器后，使SYNCLK信号过零点始终位于与SYSCIN信号的同步区内，实现系统所需的动态相位同步补偿。
本发明选用的模拟移相器为Mini-Cricuits的SPHSA-152+，在满足SYNCLK频率下其移相精度和所需移相度数区间的线性度较好；温度传感器为ANALOG DEVICES的AD22100，为单电源工作，测温区间满足系统高低温要求，且测温精度较好；比例运算电路的运算放大器为TEXAS INSTRUMENTS的TLV2371，为单电源工作，且其电源种类可与模拟移相器的电源相同，输入输出电压满足温度传感器和模拟移相器要求，且偏置电流较小，功耗低。
SYNCIN信号和SYSCLK信号同步关系如图2所示，两种时钟信号的过零点需落在同步区内才能保证系统正常工作。以SYSCIN信号下降沿过零点为基准，改变SYNCLK信号相位，则可使SYNCLK信号过零点落在同步区内。常温下SYNCLK信号需要改变的相位可以通过实验结果计算得到，图2中，Δt为两种时钟信号过零点的差值，则SYNCLK信号满足需要的移相值φ＝Δt/T×360，此常温移相值通过增加一段微带延时线可以实现，微带线的长度l＝φ/360×λ。
在高低温下，SYNCLK信号在时域上的曲线由于经过器件的温度特性会产生变化，实验得到如图3示，低温下会向x轴负方向偏移，高温下会向x轴正方向偏移。根据实验测试可以得到高低温下需移相150°左右，可使SYNCLK信号基本与常温下曲线保持一致。
根据模拟移相器SPHSA-152+器件资料可得，控制电压在+4V～+7V时移相值约150°满足需求且线性度较好，如图4所示。
根据温度传感器AD22100AR器件资料可知，输出电压V0＝1.375+22.5×Ta，在-40℃～+80℃条件下，输出电压为0.475V@-40℃和3.175V@+80℃。
选取合适的比例运算电路，使温度传感器的输出电平转换为移相器需要的控制电压，如图5所示。根据输出为输入的相反斜率，选用减法比例运算电路，如图6所示，其输出电压为：
Figure BDA0002464387730000041
在实验中发现，温度传感器阻抗较小，比例运算电路的电阻值需选取在10KΩ量级，可避免温度传感器输出被比例运算电路的高电压牵引，最终得到Ui2＝+12V；Rf＝110KΩ；R1＝110KΩ；R2＝24KΩ；R3＝11KΩ，电路图如图7所示。
综上可得本发明电路图按本发明采用的同步补偿方法实测，SYNCILK信号在-40℃～+80℃条件下，时域变化约为80pS，满足同步要求，可使系统正常工作。此方法电路电路简单，不需要外部控制可以实现在高低温下自动补偿同步，可广泛应用于各类有不同时钟同步要求的产品中。

Claims (4)

1.一种不同时钟相位同步的补偿电路，其特征在于包括温度传感器、比例运算放大电路和模拟移相器，温度传感器将实时采集到的表征环境温度的电压输出给比例运算放大电路，比例运算放大电路调整电压曲线的斜率和幅度，形成模拟移相器所需要的控制电压，从而控制模拟移相器改变相应的相位，系统时钟SYNCLK信号经过模拟移相器后，使系统时钟SYNCLK信号过零点始终位于与同步时钟SYSCIN信号的同步区内，实现在不同温度条件下产生不同的移相，实现动态相位同步补偿。
2.根据权利要求1所述的一种不同时钟相位同步的补偿电路，其特征在于所述的模拟移相器为Mini-Cricuits的SPHSA-152+。
3.根据权利要求1所述的一种不同时钟相位同步的补偿电路，其特征在于所述的温度传感器为ANALOG DEVICES的AD22100。
4.根据权利要求1所述的一种不同时钟相位同步的补偿电路，其特征在于所述的比例运算电路的运算放大器为TEXAS INSTRUMENTS的TLV2371。
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