CN112234986B - 一种信号源 - Google Patents

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    • H03L7/26—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using energy levels of molecules, atoms, or subatomic particles as a frequency reference

Abstract

本发明实施例公开了一种信号源，该信号源包括：第一信号输出模块、第二信号输出模块、倍频模块、偏差比较模块、控制模块和高频信号输出模块。控制模块根据偏差比较模块输出的第二信号输出模块输出信号与第一信号输出模块输出信号的频率偏差不断地进行调整，以保证第二信号输出模块能够向高频信号输出模块输出稳定的低频信号，高频信号输出模块将第二信号输出模块输出的稳定的低频信号转化为稳定的高频信号输出。其中，将第一信号输出模块和第二信号输出模块输出的信号倍频后再输出到偏差比较模块，可提高信号偏差的测量精度和控制模块的调整精度，进而提高第二信号输出模块输出信号的精度。由此，可提供高稳定性、高频和高精度的信号源。

Description

一种信号源
技术领域
本发明实施例涉及信号调节技术领域，尤其涉及一种信号源。
背景技术
高稳定性、高频率和高精度的信号源一直是各种仪器作为信号参考所必需的，如雷达定位，北斗导航等。通常，通过晶振可以提供参考信号源。
然而，传统的晶振虽然比较容易做到短期稳定性保持E-13的量级，但由于自身的老化、温度特性及其他环境的影响，很难实现长期的稳定性也达到E-13的量级，且由于高频信号更容易受到其他因素的干扰，以及稳定性精度等级的测量准确度难以保证，因而很难实现高稳定性、高频和高精度的信号源。
发明内容
本发明提供一种信号源，以提供高稳定性、高频和高精度的信号源。
本发明实施例提供了一种信号源，该信号源包括：第一信号输出模块、第二信号输出模块、倍频模块、偏差比较模块、控制模块和高频信号输出模块，其中，所述第一信号输出模块和所述第二信号输出模块分别与所述倍频模块电连接，所述倍频模块与所述偏差比较模块电连接，所述偏差比较模块与所述控制模块电连接，所述控制模块与所述第二信号输出模块电连接，所述第二信号输出模块与所述高频信号输出模块电连接；
所述倍频模块用于将所述第一信号输出模块输出的信号倍频后输出到所述偏差比较模块的第一输入端，将所述第二信号输出模块输出的信号倍频后输出到所述偏差比较模块的第二输入端；
所述控制模块用于根据所述偏差比较模块的输出结果调整所述第二信号输出模块的输出信号频率以输出稳定的低频信号；所述高频信号输出模块用于将所述第二信号输出模块输出的稳定的低频信号转化为稳定的高频信号输出。
可选地，所述第一信号输出模块输出的信号频率和所述第二信号输出模块输出的信号频率相同。
可选地，所述第一信号输出模块输出的信号为长期稳定信号，所述第二信号输出模块输出的信号为短期稳定信号。
可选地，所述偏差比较模块为鉴相器。
可选地，所述高频信号输出模块包括频率控制单元和第三信号输出模块，所述频率控制单元分别与所述第二信号输出模块和所述第三信号输出模块电连接；
所述频率控制单元用于根据所述第三信号输出模块输出的目标频率信号将所述第二信号输出模块输出的稳定的低频信号转化为稳定的高频信号输出。
可选地，所述频率控制单元为锁相环。
可选地，所述第三信号输出模块为高频的恒温晶体振荡器。
可选地，所述第二信号输出模块为低频的恒温晶体振荡器。
可选地，所述倍频模块为倍频芯片。
可选地，所述第一信号输出模块为原子钟。
本发明通过提供一种信号源，该信号源包括：第一信号输出模块、第二信号输出模块、倍频模块、偏差比较模块、控制模块和高频信号输出模块，其中，第一信号输出模块和第二信号输出模块分别与倍频模块电连接，倍频模块与偏差比较模块电连接，偏差比较模块与控制模块电连接，控制模块与第二信号输出模块电连接，第二信号输出模块与高频信号输出模块电连接；倍频模块用于将第一信号输出模块输出的信号倍频后输出到偏差比较模块的第一输入端，将第二信号输出模块输出的信号倍频后输出到偏差比较模块的第二输入端；控制模块用于根据偏差比较模块的输出结果调整第二信号输出模块的输出信号频率以输出稳定的低频信号；高频信号输出模块用于将第二信号输出模块输出的稳定的低频信号转化为稳定的高频信号输出。由此，通过控制模块利用偏差比较模块将第二信号输出模块输出信号的频率与第一信号输出模块输出信号的频率的偏差不断地进行调整，以保证第二信号输出模块能够向高频信号输出模块输出稳定的低频信号，高频信号输出模块将第二信号输出模块输出的稳定的低频信号转化为稳定的高频信号输出。其中，第一信号输出模块和第二信号输出模块在向偏差比较模块输入各自的信号之前先进行倍频后再输出到偏差比较模块，由此可以提高信号偏差的测量精度，以提高控制模块的调整精度，进而提高第二信号输出模块输出信号的精度。由此，可以提供高稳定性、高频和高精度的信号源。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种信号源的结构示意图；
图2是本发明实施例中的另一种信号源的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
正如背景技术部分所述的，用于提供参考信号源的晶振，由于多种因素的干扰导致其难以提供高稳定性、高频和高精度的信号源。具体问题表现如下：
(1)传统晶振虽然比较容易做到短期稳定性保持E-13的量级但由于自身的老化、温度特性及其他环境的影响，很难实现长期的稳定性也达到E-13的量级。
(2)通常，频点低的信号稳定性是比频点高的稳定性更容易达到指标的，如10M信号就比100M信号更容易达到E-13量级，因此市面上大多数都是5M或10M此类产品。由于高频信号更容易受到其他因素的干扰，更难实现高稳定性。
(3)为了实现产品一直稳定在E-13量级或更高量级的要求，能够准确的测量和及时的对信号进行干涉是非常重要的。显然，如何精确测量，能测到什么级别的精度是整个产品的核心问题。
基于上述问题，本发明实施例提供了一种信号源，图1为本发明实施例中提供的一种信号源的结构示意图，参考图1，该信号源包括：第一信号输出模块10、第二信号输出模块20、倍频模块30、偏差比较模块40、控制模块50和高频信号输出模块60，其中，第一信号输出模块10和第二信号输出模块20分别与倍频模块30电连接，倍频模块30与偏差比较模块40电连接，偏差比较模块40与控制模块50电连接，控制模块50与第二信号输出模块20电连接，第二信号输出模块20与高频信号输出模块60电连接；
倍频模块30用于将第一信号输出模块10输出的信号倍频后输出到偏差比较模块40的第一输入端A1，将第二信号输出模块20输出的信号倍频后输出到偏差比较模块40的第二输入端A2；
控制模块50用于根据偏差比较模块40的输出结果调整第二信号输出模块20的输出信号频率以输出稳定的低频信号；高频信号输出模块60用于将第二信号输出模块20输出的稳定的低频信号转化为稳定的高频信号输出。
其中，第一信号输出模块10输出的信号和第二信号输出模块20输出的信号通常为低频信号，例如10M的信号。倍频模块30将第一信号输出模块10输出的信号先倍频后再输出到偏差比较模块40的第一输入端A1，将第二信号输出模块20输出的信号先倍频后再输出到偏差比较模块40的第二输入端A2，使得偏差比较模块40比较的是两个更高频率信号的偏差，当频率被倍频后，偏差比较模块40检测到的偏差的精度就会更高，进而使得控制模块50对第二信号输出模块20的频率的控制精度也会提高，同时控制模块50根据偏差比较模块40的输出结果不断地调整第二信号输出模块20的输出信号频率以输出稳定的低频信号(例如10M信号)，由此，可以保证第二信号输出模块20能够向高频信号输出模块60输出稳定的高精度的信号。
其中，当频率被倍频后，偏差比较模块40检测到的偏差的精度就会更高，例如，假设第一信号输出模块10和第二信号输出模块20均输出10M的信号，不经过倍频处理直接输入到偏差比较模块40，则偏差1Hz偏差比较模块40的测量精度只能达到1E-7，而分别将第一信号输出模块10和第二信号输出模块20均输出的10M信号均扩大250倍后再输出到偏差比较模块40，则偏差1Hz偏差比较模块40的测量精度能达到4E-10，很显然，将信号倍频后偏差比较模块40的测量精度会更高。
其中，控制模块50可以为单片机。第二信号输出模块20输出的信号为低频信号，例如10M的信号。偏差比较模块40实时测量第一信号输出模块10输出信号的频率与第二信号输出模块20输出信号的频率的偏差，控制模块50根据偏差比较模块40的输出结果不断地调整第二信号输出模块20的输出信号频率以输出稳定的低频信号，例如输出稳定的10M的信号。高频信号输出模块60根据目标频率要求，例如目标频率要求输出200M的高频信号，将第二信号输出模块20输出的稳定的高精度的低频信号(例如10M的低频信号)转化为稳定的高精度的高频信号(例如200M的高频信号)输出。
本实施例的技术方案，通过提供一种信号源，该信号源包括：第一信号输出模块、第二信号输出模块、倍频模块、偏差比较模块、控制模块和高频信号输出模块，其中，第一信号输出模块和第二信号输出模块分别与倍频模块电连接，倍频模块与偏差比较模块电连接，偏差比较模块与控制模块电连接，控制模块与第二信号输出模块电连接，第二信号输出模块与高频信号输出模块电连接；倍频模块用于将第一信号输出模块输出的信号倍频后输出到偏差比较模块的第一输入端，将第二信号输出模块输出的信号倍频后输出到偏差比较模块的第二输入端；控制模块用于根据偏差比较模块的输出结果调整第二信号输出模块的输出信号频率以输出稳定的低频信号；高频信号输出模块用于将第二信号输出模块输出的稳定的低频信号转化为稳定的高频信号输出。由此，通过控制模块利用偏差比较模块将第二信号输出模块输出信号的频率与第一信号输出模块输出信号的频率的偏差不断地进行调整，以保证第二信号输出模块能够向高频信号输出模块输出稳定的低频信号，高频信号输出模块将第二信号输出模块输出的稳定的低频信号转化为稳定的高频信号输出。其中，第一信号输出模块和第二信号输出模块在向偏差比较模块输入各自的信号之前先进行倍频后再输出到偏差比较模块，由此可以提高信号偏差的测量精度，以提高控制模块的调整精度，进而提高第二信号输出模块输出信号的精度。由此，可以提供高稳定性、高频和高精度的信号源。
可选地，第一信号输出模块10输出的信号频率和第二信号输出模块20输出的信号频率相同。
其中，第一信号输出模块10输出的信号频率和第二信号输出模块20输出的信号频率相同，且倍频的倍数也相同，由此可以保证经倍频后输入到偏差比较模块40的信号具有可比性。
可选地，第一信号输出模块10输出的信号为长期稳定信号，第二信号输出模块20输出的信号为短期稳定信号。
其中，高稳定性的信号源通常要求短期稳定性和长期稳定性都比较好才能满足要求。而要实现第二信号输出模块20能够输出既满足短期稳定性要求又能满足长期稳定性要求的稳定信号，则第一信号输出模块10输出的信号为长期稳定性比较好的信号，第二信号输出模块20本身具备短期稳定性比较好的特性，由此，可以将第一信号输出模块10输出的信号作为调整第二信号输出模块20输出长期稳定性信号的参考信号。具体的，参考图1，将第一信号输出模块10输出的信号和第二信号输出模块20输出的信号分别输入到偏差比较模块40的第一输入端A1和第二输入端A2，偏差比较模块40对两个输入端输入的信号的频率进行比较得到频率偏差，控制模块50根据偏差比较模块40输出的频率偏差结果对第二信号输出模块20的频率进行调整，以保证第二信号输出模块20能够输出稳定频率的信号。其中，由于偏差比较模块40实时地检测第一信号输出模块10输出的信号和第二信号输出模块20输出的信号的频率偏差，控制模块50根据频率偏差结果不断地对第二信号输出模块20的频率进行调整，使得第二信号输出模块20能够输出相对长期稳定的信号，加上第二信号输出模块输出的信号本身短期稳定性就比较好，由此，可以确保第二信号输出模块20能够向高频信号输出模块60输出具备较好的长期稳定性和短期稳定性的稳定信号。
可选地，偏差比较模块10为鉴相器。
其中，鉴相器又称为相位比较器，其工作原理为：检测第一信号输出模块10经倍频后输出的信号与第二信号输出模块20经倍频后输出的信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成电压信号输出到控制模块50，由控制模块50对第二信号输出模块20的频率实施控制。可选地，偏差比较模块10还可以为鉴频鉴相器。
图2为本发明实施例提供的另一种信号源的结构示意图，可选地，参考图2，该高频信号输出模块60包括频率控制单元61和第三信号输出模块62，频率控制单元61分别与第二信号输出模块20和第三信号输出模块62电连接；
频率控制单元61用于根据第三信号输出模块62输出的目标频率信号将第二信号输出模块20输出的稳定的低频信号转化为稳定的高频信号输出。
可选地，频率控制单元61为锁相环。
其中，锁相环包括鉴相器(Phase Detector，PD)和环路滤波器(Loop Filter，LF)，鉴相器、环路滤波器和第三信号输出模块62组成高稳定、高精度和高频信号源的闭环控制回路。其中，该闭环控制回路的实现过程为：第二信号输出模块20经控制模块50调整后输出的高稳定性、高精度的低频信号可作为该闭环控制回路的参考信号，第三信号输出模块62输出的高频信号跟随该参考信号并经鉴相器和环路滤波器的调节作用后，使得第三信号输出模块62输出高稳定的、高精度的高频信号。具体的，第二信号输出模块20输出的高稳定性、高精度的低频信号和第三信号输出模块62输出的高频率信号分别输出到该频率控制单元61中的鉴相器，通过该鉴相器比较这两个信号的频率偏差，并根据频率偏差输出相应的直流脉冲电压经环路滤波器滤波后输出到第三信号输出模块62以控制第三信号输出模块62的频率，使第三信号输出模块62输出稳定频率的高稳定性、高精度和高频率的信号。
可选地，第三信号输出模块62为高频的恒温晶体振荡器。
其中，第三信号输出模块62输出信号的频率可以根据客户所需求的高频、高精度和高稳定性信号源的频率要求进行设定。例如，当客户需求的信号源频率为100M时，则第三信号输出模块62输出信号的频率为100M，相应的，第三信号输出模块62为频率为100M的恒温晶体振荡器
可选地，第二信号输出模块20为低频的恒温晶体振荡器。
其中，可以根据第二信号输出模块20实际的频率需求情况选择第二信号输出模块20为何种频率的恒温晶体振荡器。可选地，低频的恒温晶体振荡器的短期稳定性高于E-13。
可选地，倍频模块为倍频芯片。
其中，倍频芯片可以为AMMP-6120-BLK型芯片倍频器，其频率范围广，可达8GHz到24GHz。
可选地，第一信号输出模块10为原子钟。
其中，第一信号输出模块10可以为长期稳定性高于E-13的原子钟，例如，铯原子钟。其中，原子钟输出信号的频率与第二信号输出模块20输出信号频率相同。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种信号源，其特征在于，包括：第一信号输出模块、第二信号输出模块、倍频模块、偏差比较模块、控制模块和高频信号输出模块，其中，所述第一信号输出模块和所述第二信号输出模块分别与所述倍频模块电连接，所述倍频模块与所述偏差比较模块电连接，所述偏差比较模块与所述控制模块电连接，所述控制模块与所述第二信号输出模块电连接，所述第二信号输出模块与所述高频信号输出模块电连接；其中，所述第一信号输出模块输出的信号频率和所述第二信号输出模块输出的信号频率相同；
所述倍频模块用于将所述第一信号输出模块输出的信号倍频后输出到所述偏差比较模块的第一输入端，将所述第二信号输出模块输出的信号倍频后输出到所述偏差比较模块的第二输入端；
所述控制模块用于根据所述偏差比较模块的输出结果调整所述第二信号输出模块的输出信号频率以输出稳定的低频信号；所述高频信号输出模块用于将所述第二信号输出模块输出的稳定的低频信号转化为稳定的高频信号输出。
2.根据权利要求1所述的信号源，其特征在于，所述第一信号输出模块输出的信号为长期稳定信号，所述第二信号输出模块输出的信号为短期稳定信号。
3.根据权利要求1所述的信号源，其特征在于， 所述偏差比较模块为鉴相器。
4.根据权利要求1所述的信号源，其特征在于，所述高频信号输出模块包括频率控制单元和第三信号输出模块，所述频率控制单元分别与所述第二信号输出模块和所述第三信号输出模块电连接；
所述频率控制单元用于根据所述第三信号输出模块输出的目标频率信号将所述第二信号输出模块输出的稳定的低频信号转化为稳定的高频信号输出。
5.根据权利要求4所述的信号源，其特征在于，所述频率控制单元为锁相环。
6.根据权利要求4所述的信号源，其特征在于，所述第三信号输出模块为高频的恒温晶体振荡器。
7.根据权利要求1所述的信号源，其特征在于，所述第二信号输出模块为低频的恒温晶体振荡器。
8.根据权利要求1所述的信号源，其特征在于，所述倍频模块为倍频芯片。
9.根据权利要求1所述的信号源，其特征在于，所述第一信号输出模块为原子钟。
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