CN111490780A - 基于vco开环实现调频连续波的电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于VCO开环实现调频波的电路，包括控制器、第一数模转换模块、模数转换模块、第一VCO、第一信号分配模块、锁相环、参考时钟，所述第一VCO的输出端连接所述第一信号分配模块的输入端，所述控制器分别连接所述第一数模转换模块的输入端、模数转换模块的输出端；所述电路实现：VCO闭环调谐电压校准，VCO开环调谐电压校准，经过两次校准后输出的VCO开环调谐电压和VCO闭环锁定电压相同，然后第一VCO在基于起始频率的VCO开环调谐电压、基于终止频率的VCO开环调谐电压之间产生震荡信号，输出稳定的调频连续波。本发明中VCO工作在开环状态，在毫米波频率可以实现1μs/GHz的调频速率，进而输出高频、稳定的调频连续波。本发明还提供一种调频连续波产生方法。

Description

基于VCO开环实现调频连续波的电路和方法

技术领域

本发明涉及VCO实现调频连续播信号的方法，尤其涉及一种基于VCO开环实现调频连续波的电路和方法。

背景技术

调频连续波信号作为一种基本信号形式，其应用领域越来越广泛，调频连续波雷达在测速、障碍物检测和成像方面有广泛应用等。其发展方向是调频连续波频率范围越来越宽，调频速率越来越快。

调频连续波通常有两种方法实现，一种是采用锁相环快速跟踪扫描实现调频连续波产生，图1是锁相环方式产生调频连续波原理框图；设计中将锁相环的带宽设置较大，一般为几百赫兹、几千赫兹至一兆赫兹，频率步进小于环路带宽，此时锁相环处于环路跟踪锁定状态，可以较快地产生调频连续波信号，最快一般可以达到1ms/GHz。

第二种方式是使用高速DDS(直接数字频率合成，Direct Digital Synthesis)产生调频连续波，图2是DDS方式产生调频连续波原理框图；当前高速DDS参考时钟达到3.5GHz，可以产生最高1.4GHz信号输出，利用DDS的数字斜坡扫描功能可以实现调频连续波的输出。但DDS产生调频连续波有几方面的缺点：(1)信号输出杂散较大；(2)调频连续波是离散频点组成；(3)最高输出频率为1.4GHz左右；这几方面限制了DDS调频连续波的应用。

由于DDS产生调频连续波存在的问题较多，目前行业内大多利用锁相环和VCO产生调频连续波。如授权公告日为2016年8月17日，授权公告号为CN104079269B，专利名称为微波VCO直接调制高线性调频信号发生电路的中国专利提出了一种技术方案，采用单稳态脉冲整形电路将输入的用于触发扫频信号的周期脉冲信号整形为脉宽等于一个周期内扫频时间的脉冲信号，经C-R微分电路产生非线性斜下降锯齿波电压信号，叠加在的直流偏置电压V0上，形成与微波VCO的非线性调谐电压-频率特性相互补偿的扫频控制电压信号，控制微波VCO的振荡频率随时间线性改变。整形产生的脉冲信号控制微波开关对微波VCO输出进行选通，抑制近距离强回波产生的中频杂散信号对雷达工作的干扰。从而提供一种具有二阶以上扫频线性精度、扫频速率不受限、能够抑制交叉混频引起的调频连续波雷达中频杂散信号的微波线性调频信号发生电路。

申请公布日为2019年4月5日，申请公布号为CN109239676A，专利名称为一种调频连续波产生装置的中国专利提出了另一种技术方案，包括压控振荡器、分频器、计数器、时间数字转换器、微分器、波形发生器、数字滤波器、电流型数字模拟转换器，其中，压控振荡器用于产生设定频率的信号；分频器用于对压控振荡器产生的信号进行分频；计数器用于鉴别参考相位的整数部分；时间数字转换器用于鉴别参考相位的小数部分；微分器用于根据参考相位获得量化的频率信息；波形发生器用于产生频率控制字，并与量化的频率信息做差获得频率偏差信息；数字滤波器对频率偏差信号滤波；电流型数字模拟转换器和积分电容用于产生压控振荡器的控制电压；压控振荡器根据控制电压产生振荡信号；倍频器将振荡信号的频率翻倍，以获得实际工作频段的振荡信号。

当前调频连续波应用在成像方面有许多研究和案例，但在人体安检成像方面对于调频连续波调频速率要求极高，需要兼顾高速、高分辨率和高清晰度要求，所以要求调频连续波完整的调制周期小于10μs，调频速率约为1μs/GHz。而现有技术中产生的调频连续波都满足不了要求。对此，有必要提出一种有效的解决办法。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术中存在的调频连续波产生的频率不高、不稳定的问题，本发明提供一种基于VCO开环实现调频连续波的电路和方法。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：一种基于VCO开环实现调频连续波的电路，包括控制器、第一数模转换模块、模数转换模块、第一VCO、第一信号分配模块、锁相环、参考时钟，所述第一VCO的输出端连接所述第一信号分配模块的输入端，所述控制器分别连接所述第一数模转换模块的输入端、模数转换模块的输出端；所述电路实现：

VCO闭环调谐电压校准：所述控制器输出起始频率/终止频率给锁相环，所述锁相环基于参考时钟的时钟信号、起始频率/终止频率产生输出信号给所述第一VCO，经所述第一信号分配模块的其中一个输出端输出反馈信号给所述锁相环，所述锁相环基于所述反馈信号输出分别基于起始频率、终止频率的VCO闭环调谐电压给所述模数转换模块；

VCO开环调谐电压校准：VCO闭环调谐电压作为所述模数转换模块的起始输入信号，经所述模数转换模块输入所述控制器；所述控制器对所述模数转换模块的输出进行处理后输入所述第一数模转换模块，所述第一数模转换模块的输出作为所述模数转换模块的输入；所述模数转换模块输出的信号在第一数模转换模块、模数转换模块、控制器之间被循环处理，当所述第一数模转换模块输出的VCO开环调谐电压分别与基于起始频率的VCO闭环调谐电压、基于终止频率的VCO闭环调谐电压相同后，所述第一数模转换模块将基于起始频率、终止频率的VCO开环调谐电压输出给所述第一VCO；

连续波输出：所述第一VCO在基于起始频率的VCO开环调谐电压、基于终止频率的VCO开环调谐电压之间产生震荡信号，经所述第一信号分配模块的另一个输出端输出调频连续波。

本技术方案中的控制器根据设置的第一VCO快速调频波的起始频率和终止频率，对锁相环进行参考时钟和频率数据的控制输入，通过VCO闭环调谐电压校准得到VCO闭环锁定电压，VCO开环调谐电压校准对VCO开环调谐电压进行校准，即模数转换模块输出的信号在第一数模转换模块、模数转换模块、控制器之间被循环处理，锁相环输出给模数转换模块VCO闭环锁定电压，模数转换模块对VCO闭环锁定电压进行处理后输出给控制器，控制器再输入第一数模转换模块，第一数模转换模块输出VCO开环调谐电压给模数转换模块，模数转换模块处理后再输出给控制器，如果控制器发现两次数据不一致，则对第二次的信号进行增大或变小或其他方面的处理，并将处理后的信号传输给第一数模转换模块，如此循环多次，最终使第一数模转换模块再次输出的VCO开环调谐电压和VCO闭环锁定电压相同，从而确保VCO开环调频连续波的频率准确。VCO工作在开环状态，在毫米波频率可以实现1μs/GHz的调频速率，最终，VCO开环调谐电压经过第一VCO、第一功分器输出稳定、高频的调频连续波。

进一步地，还包括第一放大器和第一滤波器，所述第一信号分配模块的另一个输出端、第一放大器和第一滤波器依次连接，第一滤波器输出的信号作为所述电路的输出。本技术方案中，对第一功分器输出的调频连续波进行放大、滤波可以得到功率更大、更稳定的调频连续波。

进一步地，还包括第二数模转换模块、第二VCO、第二信号分配模块，所述第二数模转换模块、第二VCO、第二信号分配模块与所述控制器、模数转换模块、锁相环配合，实现第二路调频连续波的输出。在本技术方案中，可以输出两路调频连续波输出电路，而且第一路和第二路可以共用锁相环、模数转换模块等元器件，不仅能够用较少的元器件实现两个通道的同时收发，还可以覆盖更宽的频率范围。

进一步地，还包括第二放大器和第二滤波器，所述第二信号分配模块的另一个输出端、第二放大器和第二滤波器依次连接，第二滤波器输出的信号作为所述电路的输出。通过本技术方案中可以得到功率更大、更稳定的调频连续波。

进一步地，所述第一数模转换模块的输出端、第一VCO的输入端、锁相环的输出端之间采用单刀双掷开关连接；所述第二数模转换模块的输出端、第二VCO的输入端、锁相环的输出端之间采用单刀双掷开关连接；所述第一数模转换模块的输出端、模数转换模块的输入端、锁相环的输出端和第二数模转换模块的输出端之间采用单刀四掷开关连接；所述第一信号分配模块的一个输出端、第二信号分配模块的一个输出端和锁相环的输入端之间采用单刀双掷开关。在电路中采用单刀双掷开关和单刀四掷开关实现各个节点之间的连接，利用控制器可以较为方便地实现各个回路的通断，简单可靠。

进一步地，所述第一信号分配模块为功分器或耦合器；所述第二信号分配模块为功分器或耦合器。

进一步地，所述第一数模转换模块的输出端、第一VCO的输入端和锁相环的输出端之间采用单刀双掷开关连接；所述第一数模转换模块的输出端、模数转换模块的输入端和锁相环的输出端之间采用单刀双掷开关连接；所述第一信号分配模块的一个输出端和锁相环的输入端之间采用单刀双掷或单刀单掷开关连接。在电路中采用单刀双掷开关实现各个节点之间的连接，利用控制器可以较为方便地实现各个回路的通断，简单可靠；由于第一信号分配模块的一个输出端和锁相环的输入端之间只有两个连接点，所以也可以采用单刀单掷开关；如果采用单刀双掷开关需要将开关的一个触点接地。

进一步地，所述控制器对所述模数转换模块的输出只进行一次处理后，所述第一数模转换模块的输出即分别与基于起始频率的VCO闭环锁定电压、基于终止频率的VCO闭环锁定电压相同；或者，所述控制器对所述模数转换模块的输出不进行处理而直接输送给所述第一数模转换模块，所述数模转换模块的输出即分别与基于起始频率的VCO闭环锁定电压、基于终止频率的VCO闭环锁定电压相同。锁相环输出给模数转换模块VCO闭环锁定电压，模数转换模块对VCO闭环锁定电压进行处理后传给控制器，控制器再传给第一数模转换模块，第一数模转换模块输出VCO开环调谐电压给模数转换模块，模数转换模块处理后再传输给控制器，在理想情况下，控制器收到的两次信号相同，那么控制器不需要对第二次的信号进行处理；如果控制器发现两次信号不一致，则对第二次的信号进行增大或变小或其他方面的处理，并将处理后的信号传输给第一数模转换模块，使第一数模转换模块再次输出的VCO开环调谐电压和VCO闭环锁定电压相同，在较为理想的情况下，这种处理进行一次即可调整到位。

本发明同时提供一种调频连续波产生方法，包括，

VCO闭环调谐电压校准：控制器输出起始频率/终止频率给锁相环，所述锁相环基于参考时钟的时钟信号、起始频率/终止频率产生输出信号给VCO，经与VCO连接的信号分配模块的其中一个输出端输出反馈信号给所述锁相环，所述锁相环基于所述反馈信号输出分别基于起始频率、终止频率的VCO闭环锁定电压给模数转换模块；

VCO开环调谐电压校准：VCO闭环锁定电压作为所述模数转换模块的起始输入信号，经所述模数转换模块输入所述控制器；所述控制器对所述模数转换模块的输出进行处理后输入数模转换模块，所述数模转换模块的输出作为所述模数转换模块的输入；所述模数转换模块输出的信号在数模转换模块、模数转换模块、控制器之间被循环处理，当所述数模转换模块的输出分别与基于起始频率的VCO闭环锁定电压、基于终止频率的VCO闭环锁定电压相同后，所述数模转换模块输出分别基于起始频率、终止频率的VCO开环调谐电压给所述VCO；

连续波输出：所述VCO在基于起始频率的VCO开环调谐电压、基于终止频率的VCO开环调谐电压之间产生震荡信号，经所述信号分配模块的另一个输出端输出调频连续波。

进一步地，所述控制器对所述模数转换模块的输出进行一次处理后，所述数模转换模块的输出即分别与基于起始频率的VCO闭环锁定电压、基于终止频率的VCO闭环锁定电压相同；或者，所述控制器对所述模数转换模块的输出不进行处理而直接输送给所述数模转换模块，所述数模转换模块的输出即分别与基于起始频率的VCO闭环锁定电压、基于终止频率的VCO闭环锁定电压相同。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明针对VCO开环快速实现调频连续波发生，使VCO工作在开环状态，在毫米波频率可以实现1μs/GHz的调频速率；

(2)本发明通过闭环调谐电压校准模块和开环调制波形校准模块校准调频连续波的起始频率和终止频率，极大地提高了VCO开环调频的频率准确度和稳定性；

(3)本发明结构简单，设计合理，易于制造。

附图说明

图1为现有技术中通用锁相环实现调频连续波原理框图；

图2为现有技术中通用DDS实现调频连续波原理框图；

图3为本发明的实施例1的原理框图(重点示出VCO闭环调谐电压校准模块)；

图4为本发明的实施例1的原理框图(重点示出VCO开环调制波形校准模块)；

图5为本发明的实施例1的原理框图(重点示出VCO开环调频连续波发生模块)；

图6为本发明实施例2的原理框图；

图中：1：第一数模转换器；14：第二数模转换器；2：模数转换器；3：第一运算放大器；4：第二运算放大器；15：第三运算放大器；5：第一开关；6：第二开关；11：第三开关；16：第四开关；7：第一VCO；17：第二VCO；8：锁相环；9：参考时钟；10：第一信号分配模块；18：第二信号分配模块；12：第一放大器；19：第二放大器；13：第一滤波器；20：第二滤波器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

如图3、图4和图5所示，一种基于VCO(Voltage-Controlled Oscillator，电压控制振荡器，又称压控振荡器)开环实现调频连续波的电路，包括VCO开环调制波形校准模块、VCO闭环调谐电压校准模块和VCO开环调频连续波发生模块。

VCO闭环调谐电压校准模块包括第一开关5、第一VCO7、第一信号分配模块10、第三开关11、锁相环8、参考时钟9、第二开关6、第二运算放大器4和模数转换器2；其中，第一开关5的第一静触点连接VCO开环调制波形校准模块，具体地说，第一开关5的第一静触点连接VCO开环调制波形校准模块中的第一运算放大器3的输出端，第一开关5的第二静触点连接锁相环8的输出端，第一开关5的动触点连接第一VCO7的输入端，第一VCO7的输出端连接第一信号分配模块10的输入端，第一信号分配模块10的一个输出端连接第一放大器12的输入端，另一个输出端连接第三开关11的第一静触点，第三开关11的第二静触点接地，第三开关11的动触点连接锁相环8的输入端，控制器给锁相环8一个频率数据，参考时钟9输出一个参考时钟给锁相环8，锁相环8产生震荡电压信号输出；锁相环8的输出端还连接开关6的第二静触点，第二开关6的第一静触点连接第一运算放大器3的输出端，第二开关6的动触点连接第二运算放大器4的一个输入端，第二运算放大器4的另一个输入端接地，第二运算放大器4的输出端连接模数转换器2的输入端，模数转换器2输出电压信号给控制器。具体实施时，第二运算放大器4和模数转换器2可以采用一个模数转换模块代替，即第二运算放大器4可以内置在模数转换器2内，形成一个模数转换模块。第一开关5、第二开关6、第三开关11受控制器的控制，使动触点和不同的静触点连接，以接通不同的回路。

控制器根据设置的VCO快速调频的起始频率和终止频率，对锁相环8进行送数控制，即控制器先给锁相环8一个起始频率数据，参考时钟9给锁相环8一个时钟信号，锁相环8开始输出VCO闭环锁定电压，锁相环8输出的VCO闭环锁定电压经第二开关6、第二运算放大器4、模数转换器2处理后传输给控制器；控制器将收到的电压信号传输至第一数模转换器1，然后第一数模转换器1输出VCO开环调谐电压，控制器控制调整使起始频率下VCO开环调谐电压和VCO闭环锁定电压相同，然后控制器再给锁相环8一个终止频率数据，再经过上述控制后使终止频率下使VCO开环调谐电压和VCO闭环锁定电压相同，然后经过VCO开环调频连续波发生模块在起始频率和终止频率之间产生快速调频连续波。具体实施时，控制器可以是CPU、MCU等。

VCO开环调制波形校准模块可以对VCO产生快速调频连续波的起始频率和终止频率进行校准。VCO开环调制波形校准模块包括第一数模转换器1、第一运算放大器3和第二运算放大器4、第二开关6、模数转换器2，其中，第一数模转换器1的一个输入端与控制器连接，第一数模转换器1的输出端连接第一运算放大器3的一个输入端，第一运算放大器3的另一个输入端接地，第一运算放大器3的输出端连接第二开关6的第一静触点，第二开关6的第二静触点连接VCO闭环调谐电压校准模块，具体地说，连接VCO闭环调谐电压校准模块的锁相环8的输出端，第二开关6的动触点连接第二运算放大器4的一个输入端，第二运算放大器4的另一个输入端接地，第二运算放大器4的输出端连接模数转换器2的输入端，模数转换器2接收锁相环8传输给其的VCO闭环锁定电压信号。具体实施时，第一数模转换器1和第一运算放大器3可以采用一个数模转换模块代替，即第一运算放大器3可以内置在第一数模转换器1内，形成一个数模转换模块。

具体地说，VCO开环调制波形校准模块的工作过程如下：模数转换器2将锁相环8传输给其的VCO闭环锁定电压信号进行处理后传输给控制器，控制器将调谐电压数据下发给第一数模转换器1，第一数模转换器1产生的VCO开环调谐电压信号依次经过第一运算放大器3、第二开关6和第二运算放大器4后，传输给模数转换器2，模数转换器2对VCO开环调谐电压信号进行处理后传输给控制器，控制器将模数转换器2传输给它的电压信号和VCO闭环锁定电压数据进行比较，如果两者不一致，则控制器对模数转换器2传输给它的电压信号进行处理并将处理后的电压数据传输给第一数模转换器1，使得第一数模转换器1产生的VCO开环调谐电压与VCO闭环锁定电压相同，确保VCO开环调谐的频率准确。在本发明中，控制器的处理是指控制器对电压信号进行增大、减小等处理，控制器对数据进行处理为本领域技术人员的公知常识，因此在本发明中不再赘述。另外，在理想情况下，控制器是不需要对模数转换器2传输给它的电压信号进行处理的，即模数转换器2、第一数模转换器1均处于理想工作状态，第一数模转换器1输出的VCO开环调谐电压和VCO闭环锁定电压相同；但这是非常理想的情况；一般情况下，模数转换器2、第一数模转换器1等电路模块可能会产生误差，因此需要控制器对波形电压数据进行处理，使VCO开环调谐电压和VCO闭环锁定电压相同，这种处理可能一次就达到完成，也可能需要循环多次，才能最终实现VCO开环调谐电压和VCO闭环锁定电压相同。

当控制器在起始频率实现了VCO开环调谐电压与VCO闭环锁定电压相同后，控制器再给锁相环8一个终止频率数据，然后重复上述步骤，使针对控制器输出的终止频率也实现VCO开环调谐电压与VCO闭环锁定电压相同，然后VCO开环调频连续波发生模块就开始工作，第一VCO7在起始频率和终止频率之间输出震荡信号，产生调频连续波输出。

VCO开环调频连续波发生模块包括第一数模转换器1、第一运算放大器3、开关5、第一VCO7、第一信号分配模块10、第一放大器12和滤波器13，其中，第一数模转换器1的一个输入端与控制器连接，第一数模转换器1的输出端连接第一运算放大器3的一个输入端，第一运算放大器3的另一个输入端接地，第一运算放大器3的输出端连接第一开关5的第一静触点，第一开关5的动触点连接第一VCO7的输入端，第一VCO7的输出端连接第一信号分配模块10的输入端，第一信号分配模块10的一个输出端连接第一放大器12的输入端，另一个输出端连接VCO闭环调谐电压校准模块，具体地说，是连接VCO闭环调谐电压校准模块的第三开关11的第一静触点；第一放大器12的输出端输出信号给第一滤波器13，第一滤波器13输出调频连续波。

具体地说，VCO开环调频连续波发生模块的工作过程为：模数转换器2将锁相环8传输给其的VCO闭环锁定电压信号进行处理后传输给控制器，控制器将波形数据下发给第一数模转换器1，第一数模转换器1产生VCO开环调谐电压信号，经第一运算放大器3进行直流变换后，控制器控制第一开关5的动触点和第一静触点连接，将信号选通输入至第一VCO7输入端，第一VCO7产生调频连续波，然后经第一信号分配模块10、第一放大器12和第一滤波器13输出高频、平稳的调频连续波。VCO开环调频连续波发生模块实现VCO开环状态下调频连续波的发生。在本发明中，模数转换器、数模转换器、运算放大器等元件均可对信号进行相应的处理，这种处理不同于控制器对信号的处理，本领域技术人员对此应当了解。

在本实施例中，VCO开环调频连续波发生模块、VCO闭环调谐电压校准模块和VCO开环调制波形校准模块共用部分元器件，具体地说，VCO开环调频连续波发生模块和VCO开环调制波形校准模块共用第一数模转换器1、第一运算放大器3，VCO开环调频连续波发生模块和VCO闭环调谐电压校准模块共用第一开关5、第一VCO7和第一信号分配模块10，VCO闭环调谐电压校准模块和VCO开环调制波形校准模块共用模数转换器2、第二运算放大器4和第二开关6。

下面结合一下图3、图4和图5详细说明本实施例的工作原理：如图3所示，在本发明启动之初，VCO闭环调谐电压校准模块先开始工作，此时第一开关5的动触点和第二静触点接通，第三开关11的动触点和第一静触点接通，参考时钟9给锁相环8一个基准的工作时钟信号，控制器给锁相环一个频率数据，从而得到本发明的目标频率，锁相环8输出的电压信号分为两路，一路通过第一开关5给第一VCO7，然后通过第一信号分配模块10、第三开关11送回给锁相环8，从而形成一个闭合的回路；另一路通过第二开关6给第二运算放大器4和模数转换器2，但由于第二开关6的动触点和第二静触点尚未接通，此时另一路信号传输路径尚未导通，当锁相环8输出的电压信号经过第一开关5、第一VCO7、第一信号分配模块10、第三开关11送回给锁相环8后，控制器控制第二开关6的动触点和第二静触点接通，模数转换器2将锁相环8传输给其的VCO闭环锁定电压信号进行处理后传输给控制器。然后VCO开环调制波形校准模块开始工作，如图4所示，模数转换器2将锁相环8传输给其的VCO闭环锁定电压信号进行处理后传输给控制器，控制器将信号传输给第一数模转换器1，第一数模转换器1对信号转换之后输出VCO开环调谐电压信号给第一运算放大器3，同时控制器控制第二开关6的动触点和第一静触点接通，使第一数模转换器1、第一运算放大器3、第二运算放大器4和模数转换器2形成一个回路，控制器调整输出给第一数模转换器1的信号，使得VCO开环调谐电压与VCO闭环锁定电压相同，确保VCO开环调谐的频率准确。经过对控制器输出给锁相环8的起始频率和终止频率所产生的电压进行校准之后，即在控制器输出起始频率的情况下经过电路的工作使VCO开环调谐电压与VCO闭环锁定电压相同之后，控制器再输出终止频率，然后控制器控制电路工作使终止频率下VCO开环调谐电压与VCO闭环锁定电压相同。然后VCO开环调频连续波发生模块开始工作，如图5所示，控制器控制第一开关5的动触点和第一静触点接通，第一运算放大器3输出的信号通过第一开关5传输给第一VCO7，第一VCO7在起始频率和终止频率之间产生震荡信号，然后通过第一信号分配模块10、第一放大器12和第一滤波器13输出稳定的调频连续波。需要说明的是，具体实施时，起始频率和终止频率可以根据需要设定，另外，控制会记录存储两次起始频率和终止频率所对应的电压信号，并在VCO开环调频连续波发生模块工作时进行调用，从而使第一VCO7在起始频率和终止频率之间产生震荡信号。

本发明针对VCO开环快速实现调频连续波发生，使VCO工作在开环状态，在毫米波频率可以实现1μs/GHz的调频速率；通过闭环锁定校准调频连续波的起始频率和终止频率，极大地提高了VCO开环调频的频率准确度。

实施例2

如图6所示，实施例2其余部分与实施例1相同，区别之处在于：将实施例1中的第二开关6从双掷开关改为四掷开关，即实施例1中的第二开关6有两个静触点(第一静触点和第二静触点)，实施例2中的第二开关6有四个静触点(第一静触点、第二静触点、第三静触点和第四静触点)，此外，还增加了第二数模转换器14、第三运算放大器15、第四开关16、第二VCO17、第二信号分配模块18、第二放大器19和第二滤波器20，其中，第二数模转换器14的一个输入端与控制器连接，输出端连接第三运算放大器15的一个输入端，第三运算放大器15的另一个输入端接地，第三运算放大器15的输出端分别连接第四开关16的第二静触点和第二开关6的第三静触点，第四开关16的第一静触点连接第一开关5的第二静触点、锁相环8的输出端和第二开关6的第二静触点，第二开关16的动触点连接第二VCO17的输入端，第二VCO17的输出端连接第二信号分配模块18的输入端，第二信号分配模块18的一个输出端连接第三开关11的第二静触点，第二信号分配模块18的另一个输出端连接第二放大器19的输入端，第二放大器19的输出端连接第二滤波器20的输入端，第二滤波器20输出调频连续波。具体实施时，第二数模转换器14和第三运算放大器15可以采用一个数模转换模块代替，即第三运算放大器15可以内置在第二数模转换器14内，形成一个数模转换模块。单刀四掷开关也可以采用两个单刀双掷开关并联代替。

实施例2采用两个VCO开环调频连续波发生模块产生两路调频连续波，而且两个VCO开环调频连续波发生模块可以共用闭环调谐电压校准模块和开环调制波形校准模块的电路。两个VCO开环调频连续波发生模块实现快速调频连续波发生的优点在于：能够实现两个通道同时收发，而且可以覆盖更宽的频率范围。

实施例2的工作原理和实施例1相同，也是VCO闭环调谐电压校准模块先开始工作，然后VCO开环调制波形校准模块开始工作，最后两个VCO开环调频连续波发生模块开始工作，输出两路稳定准确的调频连续波。

下面结合图6具体说明一下实施例2的工作原理，实施例2可以输出两路调频连续波，其中第一路：在本实施例的电路刚开启时，VCO闭环调谐电压校准模块先开始工作，此时第一开关5的动触点和第二静触点接通，第三开关11的动触点和第一静触点接通，参考时钟9给锁相环8一个基准的工作时钟，控制器给锁相环一个频率数据，从而得到本发明的目标频率，锁相环8输出的电压信号分为两路，一路通过第一开关5给第一VCO7，然后通过第一信号分配模块10、第三开关11送回给锁相环8，从而形成一个闭合的回路；另一路通过第二开关6给第二运算放大器4和模数转换器2，但由于第二开关6的动触点和第二静触点尚未接通，此时另一路信号传输路径尚未导通，当锁相环8输出的电压信号经过第一开关5、第一VCO7、第一信号分配模块10、第三开关11送回给锁相环8后，控制器控制第二开关6的动触点和第二静触点接通，模数转换器2将锁相环8传输给其的VCO闭环锁定电压信号进行处理后传输给控制器。然后VCO开环调制波形校准模块开始工作，控制器将接收到的信号传输给第一数模转换器1，第一数模转换器1对信号转换之后输出VCO开环调谐电压给第一运算放大器3，同时控制器控制第二开关6的动触点和第一静触点接通，使第一数模转换器1、第一运算放大器3、第二运算放大器4和模数转换器2形成一个回路，控制器调整输出给第一数模转换器1的信号，使得VCO开环调谐电压与VCO闭环锁定电压相同，确保VCO开环调谐的频率准确。经过对控制器输出给锁相环8的起始频率和终止频率所产生的电压进行两次校准之后，即在控制器输出起始频率的情况下经过电路的工作使VCO开环调谐电压与VCO闭环锁定电压相同之后，控制器再输出终止频率，然后控制器控制电路工作使终止频率下VCO开环调谐电压与VCO闭环锁定电压相同。然后VCO开环调频连续波发生模块开始工作，控制器控制第一开关5的动触点和第一静触点接通，第一运算放大器3输出的信号通过第一开关5传输给第一VCO7，第一VCO7在起始频率和终止频率之间产生震荡信号，然后通过第一信号分配模块10、第一放大器12和第一滤波器13输出稳定的调频连续波。

第二路的工作原理如下：控制器控制第三开关11的动触点和第二静触点接通、第四开关16的动触点和第一静触点接通，参考时钟9给锁相环8一个基准的工作时钟，控制器给锁相环一个频率数据，从而得到目标频率，锁相环8输出的电压信号分为两路，一路通过第四开关15给第二VCO17，然后通过第二信号分配模块18、第三开关11送回给锁相环8，从而形成一个闭合的回路；另一路通过第二开关6给第二运算放大器4和模数转换器2，但由于第二开关6的动触点和第三静触点尚未接通，此时另一路信号传输路径尚未导通，当锁相环8输出电压信号经第四开关15、第二VCO17、第二信号分配模块18、第三开关11送回给锁相环8后，控制器控制第二开关6的动触点和第三静触点接通，模数转换器2将锁相环8传输给其的VCO闭环锁定电压信号进行处理后传输给控制器；然后第二路VCO开环调制波形校准模块开始工作，控制器将接收到的信号传输给第二数模转换器14，第二数模转换器14对信号转换之后输出VCO开环调谐电压给第二运算放大器15，同时控制器控制第二开关6的动触点和第三静触点接通，使第二数模转换器14、第三运算放大器15、第二运算放大器4和模数转换器2形成一个回路，控制器调整输出给第二数模转换器14的信号，使得VCO开环调谐电压与VCO闭环锁定电压相同，确保VCO开环调谐的频率准确。经过对控制器输出给锁相环8的起始频率和终止频率所产生的电压进行两次校准之后，即在控制器输出起始频率的情况下经过电路的工作使VCO开环调谐电压与VCO闭环锁定电压相同之后，控制器再输出终止频率，然后控制器控制电路工作使终止频率下的VCO开环调谐电压与VCO闭环锁定电压相同。然后第二路VCO开环调频连续波发生模块开始工作，控制器控制第四开关16的动触点和第二静触点接通，第二运算放大器15输出的信号通过第四开关16传输给第二VCO17，第二VCO17在起始频率和终止频率之间产生震荡信号，然后通过第二信号分配模块18、第二放大器19和第二滤波器20输出第二路稳定的调频连续波。

具体实施时，不限于本发明所公开的一路或两路调频连续波输出，可以有更多路的调频连续波输出电路。

具体实施时，本发明中的信号分配模块10可以为功分器或耦合器。

在本发明中，第一VCO7和第二VCO17用于产生设定频率的信号，其根据控制电压产生目标振荡信号；信号分配模块10用于对第一VCO7和第二VCO17产生的信号进行分配，生成两路信号输出；锁相环用于将输入频率信号转换成电压信号输出，鉴相器PD检测参考时钟9和VCO反馈信号经分频后的相位差，并将检测出的相位差信号通过积分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；数模转换器又称D/A转换器，简称DAC，将数字信号转变成模拟信号；模数转换器又称A/D转换器，简称ADC，将模拟信号转变成数字信号。在本发明中的VCO、信号分配模块、锁相环、模数转换器和数模转换器、运算放大器、放大器、滤波器均为现有技术，因此在本发明中未作进一步的描述。

另外需要说明的是，在实施例1中采用的开关为单刀双掷开关，实施例2中除了第二开关6为单刀四掷开关外，其余开关均为单刀双掷开关，所以当一个开关的动触点和其中一个静触点接触时，动触点和另一个静触点必然处于断开状态。当然，也可以选择其他类型的开关来实现各个回路的通断，对此，只需要对控制器的控制进行设计即可，本领域技术人员应当了解。

Claims (10)

1.一种基于VCO开环实现调频连续波的电路，其特征在于：包括控制器、第一数模转换模块、模数转换模块、第一VCO、第一信号分配模块、锁相环、参考时钟，所述第一VCO的输出端连接所述第一信号分配模块的输入端，所述控制器分别连接所述第一数模转换模块的输入端、模数转换模块的输出端；所述电路实现：

VCO闭环调谐电压校准：所述控制器输出起始频率/终止频率给锁相环，所述锁相环基于参考时钟的时钟信号、起始频率/终止频率产生输出信号给所述第一VCO，经所述第一信号分配模块的其中一个输出端输出反馈信号给所述锁相环，所述锁相环基于所述反馈信号输出分别基于起始频率、终止频率的VCO闭环锁定电压给所述模数转换模块；

VCO开环调谐电压校准：VCO闭环锁定电压作为所述模数转换模块的起始输入信号，经所述模数转换模块输入所述控制器；所述控制器对所述模数转换模块的输出进行处理后输入所述第一数模转换模块，所述第一数模转换模块的输出作为所述模数转换模块的输入；所述模数转换模块输出的信号在第一数模转换模块、模数转换模块、控制器之间被循环处理，当所述第一数模转换模块输出的VCO开环调谐电压分别与基于起始频率的VCO闭环锁定电压、基于终止频率的VCO闭环锁定电压相同后，所述第一数模转换模块将基于起始频率、终止频率的VCO开环调谐电压输出给所述第一VCO；

连续波输出：所述第一VCO在基于起始频率的VCO开环调谐电压、基于终止频率的VCO开环调谐电压之间产生震荡信号，经所述第一信号分配模块的另一个输出端输出调频连续波。

2.根据权利要求1所述的基于VCO开环实现调频连续波的电路，其特征在于：还包括第一放大器和第一滤波器，所述第一信号分配模块的另一个输出端、第一放大器和第一滤波器依次连接，第一滤波器输出的信号作为所述电路的输出。

3.根据权利要求1或2所述的基于VCO开环实现调频连续波的电路，其特征在于：还包括第二数模转换模块、第二VCO、第二信号分配模块，所述第二数模转换模块、第二VCO、第二信号分配模块与所述控制器、模数转换模块、锁相环配合，实现第二路调频连续波的输出。

4.根据权利要求3所述的基于VCO开环实现调频连续波的电路，其特征在于：还包括第二放大器和第二滤波器，所述第二信号分配模块的另一个输出端、第二放大器和第二滤波器依次连接，第二滤波器输出的信号作为所述电路的输出。

5.根据权利要求4所述的基于VCO开环实现调频连续波的电路，其特征在于：所述第一数模转换模块的输出端、第一VCO的输入端、锁相环的输出端之间采用单刀双掷开关连接；所述第二数模转换模块的输出端、第二VCO的输入端、锁相环的输出端之间采用单刀双掷开关连接；所述第一数模转换模块的输出端、模数转换模块的输入端、锁相环的输出端和第二数模转换模块的输出端之间采用单刀四掷开关连接；所述第一信号分配模块的一个输出端、第二信号分配模块的一个输出端和锁相环的输入端之间采用单刀双掷开关连接。

6.根据权利要求3所述的基于VCO开环实现调频连续波的电路，其特征在于：所述第一信号分配模块为功分器或耦合器；所述第二信号分配模块为功分器或耦合器。

7.根据权利要求1或2所述的基于VCO开环实现调频连续波的电路，其特征在于：所述第一数模转换模块的输出端、第一VCO的输入端和锁相环的输出端之间采用单刀双掷开关连接；所述第一数模转换模块的输出端、模数转换模块的输入端和锁相环的输出端之间采用单刀双掷开关连接；所述第一信号分配模块的一个输出端和锁相环的输入端之间采用单刀双掷或单刀单掷开关连接。

8.根据权利要求1或2所述的基于VCO开环实现调频连续波的电路，其特征在于：所述控制器对所述模数转换模块的输出只进行一次处理后，所述第一数模转换模块的输出即分别与基于起始频率的VCO闭环锁定电压、基于终止频率的VCO闭环锁定电压相同；或者，所述控制器对所述模数转换模块的输出不进行处理而直接输送给所述第一数模转换模块，所述第一数模转换模块的输出即分别与基于起始频率的VCO闭环锁定电压、基于终止频率的VCO闭环锁定电压相同。

9.一种调频连续波产生方法，其特征在于：包括，

VCO闭环调谐电压校准：控制器输出起始频率/终止频率给锁相环，所述锁相环基于参考时钟的时钟信号、起始频率/终止频率产生输出信号给VCO，经与VCO连接的信号分配模块的其中一个输出端输出反馈信号给所述锁相环，所述锁相环基于所述反馈信号输出分别基于起始频率、终止频率的VCO闭环锁定电压给模数转换模块；

VCO开环调谐电压校准：VCO闭环锁定电压作为所述模数转换模块的起始输入信号，经所述模数转换模块输入所述控制器；所述控制器对所述模数转换模块的输出进行处理后输入数模转换模块，所述数模转换模块的输出作为所述模数转换模块的输入；所述模数转换模块输出的信号在数模转换模块、模数转换模块、控制器之间被循环处理，当所述数模转换模块的输出分别与基于起始频率的VCO闭环锁定电压、基于终止频率的VCO闭环锁定电压相同后，所述数模转换模块输出分别基于起始频率、终止频率的VCO开环调谐电压给所述VCO；

连续波输出：所述VCO在基于起始频率的VCO开环调谐电压、基于终止频率的VCO开环调谐电压之间产生震荡信号，经所述信号分配模块的另一个输出端输出调频连续波。

10.根据权利要求9所述的调频连续波产生方法，其特征在于：所述控制器对所述模数转换模块的输出进行一次处理后，所述数模转换模块的输出即分别与基于起始频率的VCO闭环锁定电压、基于终止频率的VCO闭环锁定电压相同；或者，所述控制器对所述模数转换模块的输出不进行处理而直接输送给所述数模转换模块，所述数模转换模块的输出即分别与基于起始频率的VCO闭环锁定电压、基于终止频率的VCO闭环锁定电压相同。

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