CN112953389B - 一种用于宽带频率合成器的阵列振荡器的预调谐电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于宽带频率合成器的阵列振荡器的预调谐电路，包括处理器、可编程鉴频鉴相器、环路滤波器、可编程阵列振荡器和混频器，可编程阵列振荡器包括N×M个子级振荡器，处理器存储有频率表，频率表包括N×M个编号以及每个编号对应的频率范围；处理器根据目标频率查找对应的编号以及设定参考频率和混频频率；可编程阵列振荡器根据编号选择对应的子级振荡器产生振荡频率；混频器计算振荡频率和混频频率的差额频率；可编程鉴频鉴相器根据参考频率和差额频率产生误差电电流；环路滤波器用于根据误差电电流产生积分电压，使得可编程阵列振荡器根据积分电压调节振荡频率，进而完成预调谐。本发明能够不依靠预调谐数据自动进行预调谐。

Description

一种用于宽带频率合成器的阵列振荡器的预调谐电路
技术领域
本发明涉及振荡器预调谐技术领域，特别是涉及一种用于宽带频率合成器的阵列振荡器的预调谐电路。
背景技术
频率综合器是通信系统、雷达系统和电子战系统中的核心部件，随着技术的发展，对频率综合器的重要指标提出越来越高的要求，比如宽输出频率范围、快速频率切换时间和低相位噪声。能满足上述要求的频率合成器需要采用环内插入混频器以降低环路分频比的方式才能实现，由于环内插入混频器，在同一个本振信号情况下，混频器对两组不同的输入信号可以产生同样的输出中频信号，如果不能区分出该两组输入信号，会导致频率综合器最终输出的频率不是期望的频率。为了区分出该两组输入信号，防止错误信号输出，阵列振荡器的预调谐功能是必须的功能。
目前实现振荡器预调谐的方法是将一组或多组预调谐数据预先存储在可编程存储器中，在频率综合器工作时，根据目标频率输出预调谐数据，驱动DAC产生调谐电压，从而实现对振荡器的预调谐。但这种方法存在明显的缺点，主要是：1.预调谐的准确度较低。由于电子器件会受到温度、老化等因素影响，造成预先存储的预调谐数据很难保证每次预调谐的准确度和一致性；2.当频率综合器工作在比较宽的环境温度条件下时，则必须存储多组预调谐数据，存储数据量较大，环境适应性差，同时，由于频率综合器的工作环境是不断变化的，因此也不可能把每种情况的预调谐数据都提前测试获取并存储；3.预调谐数据需要提前测试获取，且经常需要修正，从而调试、生产、维护的成本很高。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种用于宽带频率合成器的阵列振荡器的预调谐电路，能够不依靠预调谐数据自动进行预调谐。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种用于宽带频率合成器的阵列振荡器的预调谐电路，包括处理器、可编程鉴频鉴相器、环路滤波器、可编程阵列振荡器和混频器，所述可编程阵列振荡器包括N个核心振荡器，每个核心振荡器分为M个子级振荡器，所述处理器存储有频率表，所述频率表包括N×M个编号以及每个编号对应的频率范围，其中，N×M个编号与N×M个子级振荡器一一对应；
所述处理器用于在频率表中查找目标频率Fout所在频率范围对应的编号，并将查找到的编号发送给可编程阵列振荡器，以及根据所述目标频率Fout设定参考频率Fref和混频频率Fmix；
所述可编程阵列振荡器用于根据接收到的编号选择对应的子级振荡器产生振荡频率Fpre，并向混频器输出振荡频率Fpre；
所述混频器用于接收混频频率Fmix，计算振荡频率Fpre和混频频率Fmix的差额频率Ffb，并向可编程鉴频鉴相器输出差额频率Ffb；
所述可编程鉴频鉴相器用于根据参考频率Fref和差额频率Ffb产生误差电流Ie，并向环路滤波器输出误差电流Ie，其中，参考频率Fref和差额频率Ffb之差的绝对值越大，误差电流Ie越大；
所述环路滤波器用于根据误差电流Ie产生积分电压Vtune，并向可编程阵列振荡器输出积分电压Vtune，使得可编程阵列振荡器根据积分电压Vtune调节振荡频率Fpre，进而完成预调谐。
优选的，所述处理器存储有误差电流表，所述误差电流表包括每个编号对应的频率范围以及每个频率范围对应的误差电流值；
所述处理器还用于在误差电流表中查找目标频率Fout所在频率范围对应的误差电流值，并将查找到的误差电流值发送给可编程鉴频鉴相器；
所述可编程鉴频鉴相器还用于根据参考频率Fref和差额频率Ffb产生误差电流Ie后，将查找到的误差电流值代替误差电流Ie的实际值。
优选的，所述处理器还用于获取差额频率Ffb，并比较差额频率Ffb和参考频率Fref，在差额频率Ffb和参考频率Fref相等时，向可编程鉴频鉴相器发送锁定指令；
所述可编程鉴频鉴相器还用于根据锁定指令将误差电流Ie恢复为实际值。
优选的，所述处理器还存储有目标频率Fout与参考频率Fref和混频频率Fmix的映射关系表，所述处理器用于根据所述映射关系表和目标频率Fout设定参考频率Fref和混频频率Fmix。
优选的，可编程阵列振荡器为宽带振荡器，频率宽跨度为一个倍频程。
优选的，N＝7，M＝256。
区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：本发明根据目标频率选择对应的振荡频率、参考频率和混频频率，根据振荡频率、参考频率和混频频率来对振荡频率进行调节，使振荡频率最终与目标频率相近或相等，从而能够不依靠预调谐数据自动进行预调谐，可以确保输出信号相位噪声处于最佳状态，简化环路滤波电路。
附图说明
图1是本发明实施例的用于宽带频率合成器的阵列振荡器的预调谐电路的原理示意图。
图2是本发明实施例的可编程阵列振荡器的示意图。
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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。
参阅图1，是本发明实施例的用于宽带频率合成器的阵列振荡器的预调谐电路的原理示意图。预调谐电路包括处理器1、可编程鉴频鉴相器2、环路滤波器3、可编程阵列振荡器4和混频器5。
如图2所示，可编程阵列振荡器4包括N个核心振荡器41，每个核心振荡器41分为M个子级振荡器42。在本实施例中，可编程阵列振荡器4可以为宽带振荡器，频率宽跨度为一个倍频程(比如5～10GHz)。核心振荡器41的数量和每个核心振荡器41的子级振荡器42的数量可以根据实际需要设定，例如，N＝7，M＝256。这样，每个核心振荡器41的频率宽跨度相对于可编程阵列振荡器4的频率范围在15％～20％之间，每个子级振荡器42的频率宽跨度相对于可编程阵列振荡器4的频率范围大约在0.06％～0.1％之间，如果倍频程为5～10GHz，那么每个子级振荡器42的频率宽跨度大约为3～5MHz。
处理器1存储有频率表，频率表包括N×M个编号以及每个编号对应的频率范围，其中，N×M个编号与N×M个子级振荡器一一对应；
处理器1用于在频率表中查找目标频率Fout所在频率范围对应的编号，并将查找到的编号发送给可编程阵列振荡器4，以及根据目标频率Fout设定参考频率Fref和混频频率Fmix。在本实施例中，处理器1还存储有目标频率Fout与参考频率Fref和混频频率Fmix的映射关系表，处理器1用于根据映射关系表和目标频率Fout设定参考频率Fref和混频频率Fmix。
可编程阵列振荡器4用于根据接收到的编号选择对应的子级振荡器42产生振荡频率Fpre，并向混频器5输出振荡频率Fpre。
混频器5用于接收混频频率Fmix，计算振荡频率Fpre和混频频率Fmix的差额频率Ffb，并向可编程鉴频鉴相器2输出差额频率Ffb；
可编程鉴频鉴相器2用于根据参考频率Fref和差额频率Ffb产生误差电流Ie，并向环路滤波器3输出误差电流Ie，其中，参考频率Fref和差额频率Ffb之差的绝对值越大，误差电流Ie越大。
环路滤波器3用于根据误差电流Ie产生积分电压Vtune，并向可编程阵列振荡器4输出积分电压Vtune，使得可编程阵列振荡器4根据积分电压Vtune调节振荡频率Fpre，进而完成预调谐。
具体而言，预调谐的具体过程如下：
步骤一，用户向处理器1输入一个目标频率Fout，目标频率Fout也就是预调谐电路最终期望的输出频率。处理器1在频率表中查找目标频率Fout对应的编号，并将编号发送给可编程阵列振荡器4，以及根据目标频率Fout设定参考频率Fref和混频频率Fmix。
步骤二，可编程阵列振荡器4接收到编号，进而产生振荡频率Fpre，振荡频率Fpre具体的数值是未知的，接近但不一定等于目标频率Fout。
步骤三，混频器5计算振荡频率Fpre和混频频率Fmix的差额频率Ffb，并向可编程鉴频鉴相器2输出差额频率Ffb。Ffb＝|Fmix–Fpre|。
步骤四，可编程鉴频鉴相器2根据参考频率Fref和差额频率Ffb产生误差电流Ie，并向环路滤波器3输出误差电流Ie。|Fref–Ffb|越大，Ie越大，|Fref–Ffb|为0时，Ie为0。
步骤五，环路滤波器3接收到误差电流Ie后，会产生一个积分电压Vtune。积分电压Vtune与误差电流Ie也是正相关的。
步骤六，可编程阵列振荡器4接收到积分电压Vtune后，从而调节输出频率Fpre。其中，可编程阵列振荡器4调节输出频率Fpre时，如果调节量超过当前子级振荡器42的频率范围，则切换到下一个子级振荡器42输出振荡频率Fpre。
由于输出频率Fpre改变，导致|Fmix–Fpre|＝Ffb变化，Ffb变化，又导致|Fref–Ffb|变化，|Fref–Ffb|变化又导致Ie变化，最终导致Vtune变化，形成循环，也就是说，步骤二到步骤六会进行循环，直到最后产生一个合适的Vtune，使得|Fmix–Fpre|＝Ffb＝Fref，即|Fref–Ffb|＝0，从而完成预调谐，此时振荡频率Fpre等于目标频率Fout。
为了在预调谐初期扩大环路捕获带宽，在本实施例中，处理器1存储有误差电流表，误差电流表包括每个编号对应的频率范围以及每个频率范围对应的误差电流值。处理器1还用于在误差电流表中查找目标频率Fout所在频率范围对应的误差电流值，并将查找到的误差电流值发送给可编程鉴频鉴相器2；可编程鉴频鉴相器2还用于根据参考频率Fref和差额频率Ffb产生误差电流Ie后，将查找到的误差电流值代替误差电流Ie的实际值。具体而言，处理器1在获取到目标频率Fout后，查找误差电流表得到目标频率Fout对应的误差电流值，可编程鉴频鉴相器2在根据根据参考频率Fref和差额频率Ffb产生误差电流Ie时，此时得到误差电流Ie的实际值，但是可编程鉴频鉴相器2输出的误差电流Ie不是实际值，而是输出目标频率Fout对应的误差电流值，这样可编程鉴频鉴相器2可以让锁相环的捕捉带大于子级振荡器42的频率宽跨度，从而获得最大的环路带宽，提高锁相环路捕获带宽，让锁相环正确入锁，以确保顺利锁定目标频率Fout。
进一步地，处理器1还用于获取差额频率Ffb，并比较差额频率Ffb和参考频率Fref，在差额频率Ffb和参考频率Fref相等时，向可编程鉴频鉴相器2发送锁定指令；
可编程鉴频鉴相器2还用于根据锁定指令将误差电流Ie恢复为实际值。
其中，差额频率Ffb与参考频率Fref相等，表示环路入锁，此时处理器1对可编程鉴频鉴相器2进行控制，使误差电流Ie恢复为实际值，以获得输出目标频率Fout时的最佳输出性能。
通过上述方式，本发明实施例的用于宽带频率合成器的阵列振荡器的预调谐电路根据所需要输出的目标频率，选定可编程阵列振荡器的子级振荡器，以将输出的振荡频率预置在目标频率附近，然后通过混频器、可编程鉴频鉴相器、环路滤波器控制可编程阵列振荡器调节振荡频率，使得振荡频率等于目标频率，从而能够自动进行预调谐，预调谐过程无需使用预调谐数据。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于宽带频率合成器的阵列振荡器的预调谐电路，其特征在于，包括处理器、可编程鉴频鉴相器、环路滤波器、可编程阵列振荡器和混频器，所述可编程阵列振荡器包括N个核心振荡器，每个核心振荡器分为M个子级振荡器，所述处理器存储有频率表，所述频率表包括N×M个编号以及每个编号对应的频率范围，其中，N×M个编号与N×M个子级振荡器一一对应；
所述处理器用于在频率表中查找目标频率Fout所在频率范围对应的编号，并将查找到的编号发送给可编程阵列振荡器，以及根据所述目标频率Fout设定参考频率Fref和混频频率Fmix；
所述可编程阵列振荡器用于根据接收到的编号选择对应的子级振荡器产生振荡频率Fpre，并向混频器输出振荡频率Fpre；
所述混频器用于接收混频频率Fmix，计算振荡频率Fpre和混频频率Fmix的差额频率Ffb，并向可编程鉴频鉴相器输出差额频率Ffb；
所述可编程鉴频鉴相器用于根据参考频率Fref和差额频率Ffb产生误差电流Ie，并向环路滤波器输出误差电流Ie，其中，参考频率Fref和差额频率Ffb之差的绝对值越大，误差电流Ie越大；
所述环路滤波器用于根据误差电流Ie产生积分电压Vtune，并向可编程阵列振荡器输出积分电压Vtune，使得可编程阵列振荡器根据积分电压Vtune调节振荡频率Fpre，进而完成预调谐；
所述处理器存储有误差电流表，所述误差电流表包括每个编号对应的频率范围以及每个频率范围对应的误差电流值；
所述处理器还用于在误差电流表中查找目标频率Fout所在频率范围对应的误差电流值，并将查找到的误差电流值发送给可编程鉴频鉴相器；
所述可编程鉴频鉴相器还用于根据参考频率Fref和差额频率Ffb产生误差电流Ie后，将查找到的误差电流值代替误差电流Ie的实际值。
2.根据权利要求1所述的用于宽带频率合成器的阵列振荡器的预调谐电路，其特征在于，所述处理器还用于获取差额频率Ffb，并比较差额频率Ffb和参考频率Fref，在差额频率Ffb和参考频率Fref相等时，向可编程鉴频鉴相器发送锁定指令；
所述可编程鉴频鉴相器还用于根据锁定指令将误差电流Ie恢复为实际值。
3.根据权利要求1所述的用于宽带频率合成器的阵列振荡器的预调谐电路，其特征在于，所述处理器还存储有目标频率Fout与参考频率Fref和混频频率Fmix的映射关系表，所述处理器用于根据所述映射关系表和目标频率Fout设定参考频率Fref和混频频率Fmix。
4.根据权利要求1所述的用于宽带频率合成器的阵列振荡器的预调谐电路，其特征在于，所述可编程阵列振荡器为宽带振荡器，频率宽跨度为一个倍频程。
5.根据权利要求4所述的用于宽带频率合成器的阵列振荡器的预调谐电路，其特征在于，N＝7，M＝256。
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