CN111835340A - 一种细步进宽带pll驱动pll的双环频率源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种细步进宽带PLL驱动PLL的双环频率源，包括由参考锁相环、第一放大器、第一滤波器依次串联组成的第一电路，所述参考锁相环注入参考频率，经由第一放大器、第一滤波器后输出一个可变参考频点；由主锁相环、第二滤波器、压控振荡器依次串联组成的第二电路，所述主锁相环与第一滤波器输出端连接，主锁相环以所述可变参考频点作为参考输入经由第二滤波器、压控振荡器输出一个宽带信号；所述宽带信号分为两路，一路反馈至主锁相环，另一路依次经信号处理电路处理后输出系统所需频率，本发明具有电路简洁、调试方便、易于集成等优点。

Description

一种细步进宽带PLL驱动PLL的双环频率源
技术领域
本发明涉及频率源领域，具体涉及一种细步进宽带PLL驱动PLL的双环频率源。
背景技术
频率源技术主要包括直接式频率合成技术（Direct Frequency Synthesizes，DS）、直接数字式频率合成（DDS）、间接式频率合成（PLL）以及混合式频率合成技术。直接式频率合成技术主要利用模拟器件来实现对基准源频谱的搬移，其缺点是电路复杂、成本高、集成度低等。间接式频率合成方案是基于电路反馈和相位锁定技术延伸发展而来的频率综合方式，主要指锁相环技术，其主要不足是很难在宽带范围内实现细步进。直接数字式频率合成技术主要缺点是输出频率近端杂散丰富以及带宽窄等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，利用PLL的宽带特性以及低通滤波特性，提供一种细步进宽带PLL驱动PLL的双环频率源，具有电路简洁、调试方便、易于集成等优点。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种细步进宽带PLL驱动PLL的双环频率源，包括：
由参考锁相环、第一放大器、第一滤波器依次串联组成的第一电路，所述参考锁相环注入参考频率，经由第一放大器、第一滤波器后输出一个可变参考频点；
由主锁相环、第二滤波器、压控振荡器依次串联组成的第二电路，所述主锁相环与第一滤波器输出端连接，主锁相环以所述可变参考频点作为参考输入经由第二滤波器、压控振荡器输出一个宽带信号；
所述宽带信号分为两路，一路反馈至主锁相环，另一路依次经信号处理电路处理后输出系统所需频率。
整个系统工作原理是参考频率注入参考锁相环，然后经放大、滤波、锁相输出一个可变参考频点，该参考频点作为主锁相环的参考输入，主锁相环利用低通滤波特性输出一个宽带信号，宽带信号分两路，一路反馈到主锁相环，另外一个通过开关、分频、滤波对宽带信号谐波进行改良处理后最终输出。当需要实现小步进功能时，参考锁相环首先根据预先做好的频率规划，输出一个参考频率，然后主锁相环根据输入的频率，通过锁相、滤波功能后输出满足要求的小步进信号。
进一步的，所述第一滤波器和第二滤波器为低通滤波器。
进一步的，所述主锁相环采用小数分频方式实现。
进一步的，还包括一个对参考锁相环和主锁相环的频率规划设计方法，其步骤如下：
1）：根据
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，式中Fout为系统输出频率，R为主锁相环参考分频比，N为主锁相环反馈分频比，FPLL1为参考锁相环输出信号；
2）：当系统要实现频率步进为△f（△f≥100kHz）的细步进时，主锁相环首先进行判断△f≥3MHz还是＜3MHz，当△f≥3MHz时，说明IBS杂散在系统环路带宽外，可以通过低通滤波器特性进行有效抑制，改变反馈分频比N可实现频率步进；
3）：当△f＜3MHz时，说明杂散在环路带宽内，无法利用滤波器低通特性进行抑制，杂散指标不能满足系统要求，需要通过改变主锁相环的参考频率来实现，即主锁相环的输出频率来达到杂散指标要求。
进一步的，所述信号处理电路包括第一射频矩阵开关和第二射频矩阵开关，所述第一射频矩阵开关与所述压控振荡器连接；
第一射频矩阵开关和第二射频矩阵开关之间串联多路由分频器和滤波器串联组成的信号处理支路；
所述第二射频矩阵开关输出端连接第二放大器，用于输出系统所需频率。
进一步的，所述射频矩阵开关择一导通。
本发明的有益效果是：本发明通过两个锁相环，其中一个作为粗调节，另一个作为细调节，两者组合调节实现了短时间内的快速调频，具有电路简洁、调试方便、易于集成等优点。
附图说明
图1是发明的系统框图；
图2 是发明工作在18GHz相位噪声仿真图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
参考图1所示，一种细步进宽带PLL驱动PLL的双环频率源，包括：
由参考锁相环PLL1（简称参考环PLL1）、第一放大器、第一滤波器LPF1依次串联组成的第一电路，参考锁相环PLL1注入参考频率，经由第一放大器、第一滤波器LPF1后输出一个可变参考频点；
由主锁相环PLL2（简称主环PLL2）、第二滤波器LPF2、压控振荡器依次串联组成的第二电路，主锁相环PLL2与第一滤波器LPF1输出端连接，主锁相环PLL2以可变参考频点作为参考输入经由第二滤波器LPF2、压控振荡器输出一个宽带信号；
宽带信号分为两路，一路通过N分频器反馈至主锁相环PLL2，另一路依次经信号处理电路处理后输出系统所需频率。其中，第一滤波器LPF1和第二滤波器LPF2为低通滤波器。
可选的，信号处理电路包括第一射频矩阵开关和第二射频矩阵开关，第一射频矩阵开关与压控振荡器连接；第一射频矩阵开关和第二射频矩阵开关之间串联多路由分频器和滤波器串联组成的信号处理支路；第二射频矩阵开关输出端连接第二放大器，用于输出系统所需频率，射频矩阵开关择一导通，参考图1所示，本实施例采用的四选一射频矩阵开关。
整个系统工作原理是参考频率注入参考环PLL1，然后经放大、滤波、锁相输出一个可变参考频点，该参考频点作为主环PLL2的参考输入，主环PLL2利用低通滤波(LPF)特性输出一个宽带信号，宽带信号分两路，一路反馈到主环PLL2，另外一个通过开关、分频、滤波对宽带信号谐波进行改良处理后最终输出。当需要实现小步进功能时，参考环PLL1首先根据预先做好的频率规划，输出一个参考频率，然后主环PLL2根据输入的频率，通过锁相、滤波功能后输出满足要求的小步进信号。
整个系统采用级联PLL（锁相环）方式实现，充分利用PLL的窄带低通特性，滤除主信号近端杂散，后级通过分段开关滤波方式实现宽带信号输出的同时，保证了谐波指标要求。
主环PLL2采用小数分频方式实现，可以实现优于100kHz的细步进方式，小数分频由于反馈分频比不是整数，在进行小数分频时，反馈比由Nint和Nfrac组成，其中Nint为整数部分分频比，Nfrac为小数部分分频比，分别写进对应的寄存器值即可，N=Nint+Nfrac。采用小数分频后必然会引入IBS（整数边界杂散），本发明通过引入参考环PLL1的方式，然后通过变换参考来成功避开边界杂散。其中，需要对两级PLL的频率进行细致的重复的频率规划，方可满足在整个2~18GHz宽带范围内，杂散指标优异特性。
本发明与DDS（直接数字频率合成）驱动PLL的混合式频率合成技术相比，具有电路简单、成本低、易于集成、相位噪声优异等优点。
为了保证系统在宽频带范围内实现细步进且具有优异杂散性能的信号输出，需要对整个系统进行细致的频率规划设计，以保证所有频点都能有效避开IBS杂散干扰。
本发明还提供一个对参考锁相环PLL1和主锁相环PLL2的频率规划设计方法，其步骤如下：
1）：根据
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，式中Fout为系统输出频率，R为主锁相环PLL2参考分频比，N为主锁相环PLL2反馈分频比，FPLL1为参考锁相环PLL1输出信号；
2）：当系统要实现频率步进为△f（△f≥100kHz）的细步进时，主锁相环PLL2首先进行判断△f≥3MHz还是＜3MHz，当△f≥3MHz时，说明IBS杂散在系统环路带宽外，可以通过低通滤波器特性进行有效抑制，改变反馈分频比N可实现频率步进；
3）：当△f＜3MHz时，说明杂散在环路带宽内，无法利用滤波器低通特性进行抑制，杂散指标不能满足系统要求，需要通过改变主锁相环PLL2的参考频率来实现，即主锁相环PLL2的输出频率来达到杂散指标要求。
根据锁相环小数分频原理可知，在实现△f步进时，N分频器寄存器值相应改变量为FPFD/2N,其中FPFD为鉴相器频率，参考环PLL1输出频率增量步进率则应该满足大于3MHz/△f，才能有效避开主环产生的IBS杂散。且在改变PLL的输出频率时，应保证其变化频率不超过鉴相器频率的整数倍，以保证环路滤波在整个宽带范围内性能的一致性，其仿真图可参考图2所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种细步进宽带PLL驱动PLL的双环频率源，其特征在于，包括：
由参考锁相环、第一放大器、第一滤波器依次串联组成的第一电路，所述参考锁相环注入参考频率，经由第一放大器、第一滤波器后输出一个可变参考频点；
由主锁相环、第二滤波器、压控振荡器依次串联组成的第二电路，所述主锁相环与第一滤波器输出端连接，主锁相环以所述可变参考频点作为参考输入经由第二滤波器、压控振荡器输出一个宽带信号；
所述宽带信号分为两路，一路反馈至主锁相环，另一路依次经信号处理电路处理后输出系统所需频率。
2.根据权利要求1所述的一种细步进宽带PLL驱动PLL的双环频率源，其特征在于，所述第一滤波器和第二滤波器为低通滤波器。
3.根据权利要求2所述的一种细步进宽带PLL驱动PLL的双环频率源，其特征在于，所述主锁相环采用小数分频方式实现。
4.根据权利要求3所述的一种细步进宽带PLL驱动PLL的双环频率源，其特征在于，所述信号处理电路包括第一射频矩阵开关和第二射频矩阵开关，所述第一射频矩阵开关与所述压控振荡器连接；
第一射频矩阵开关和第二射频矩阵开关之间串联多路由分频器和滤波器串联组成的信号处理支路；
所述第二射频矩阵开关输出端连接第二放大器，用于输出系统所需频率。
5.根据权利要求4所述的一种细步进宽带PLL驱动PLL的双环频率源，其特征在于，所述射频矩阵开关择一导通。
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