CN114665870A - 一种多段式vco频率校准电路及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多段式VCO频率校准电路及校准方法，包括多段式VCO频率校准电路和锁相环电路，所述多段式VCO频率校准电路包括频率校准控制处理器、存储器、数控电压源、单刀双掷开关和频率识别装置，所述锁相环电路包括鉴相器、环路滤波器、多段式VCO、射频分路器。本发明的目的是提供一种多段式VCO频率校准电路，保证不同批次间多段式VCO、全温(高温、低温、常温)状态下同批次多段式VCO频率分段均能完全覆盖宽带频率范围。

Description

一种多段式VCO频率校准电路及校准方法

技术领域

本发明属于射频微波技术领域，具体涉及一种多段式VCO频率校准电路及校准方法。

背景技术

锁相环广泛应用于射频微波电路与系统。图1是典型单环锁相环原理框图。

锁相环电路是一个闭环系统，该系统最关键的三个器件是：鉴相器、环路滤波器、VCO。VCO是该电路的重要组成部分，通过输入端的调谐电压来控制输出合适的频率，VCO通过分路器(功分器、耦合器等)将信号分成两路，其中一路直接对外输出，另外一路反馈回鉴相器，反馈信号与参考信号同时进入鉴相器进行鉴相，鉴相器产生的输出信号通过环路滤波器产生调谐电压，继而控制VCO输出频率，直到这个反馈过程达到稳定状态，锁相环电路对外输出稳定的信号。

VCO的频率范围决定了锁相环输出信号的带宽，宽带锁相环需要选择频段较宽的VCO，传统的宽带VCO的典型型号有：HMC6380、HMC733等，其典型特征是：最大调谐电压比较高，推频系数比较高。近年来，出现并发展了一类频率多段式VCO，典型型号有SIV100SP4、SIV019SP4等，频率多段式VCO的典型特征是：将宽带VCO的频率范围通过逻辑控制，分成若干段窄带VCO，各段窄带VCO拼接且完全覆盖宽带频率范围，实现对外输出宽带VCO信号。频率多段式VCO与传统宽带VCO相比，具有更低的相位噪声。频率多段式VCO的最大特点是将频率分成若干段，因此选择合适的频段组合完全覆盖所有频段是电路设计的关键点。以SIV019SP4为例，输出频率8～16GHz，最大调谐电压5V，推频系数20MHz/V，通过控制位S、S1、S2、S3控制频率分段：频段1(7.7GHz～8.5GHz)，频段2(8.0GHz～9.3GHz)，频段3(7.4GHz～9.7GHz)，频段4(8.9GHz～10.6GHz)，频段5(9.4GHz～11.0GHz)，频段6(9.8GHz～12.1GHz)，频段7(10.4GHz～12.7GHz)，频段8(11.6GHz～14.7GHz)，频段9(13.2GHz～16.3GHz)。可以选择频段1，频段2，频段4，频段6，频段8，频段9可以完全覆盖8～16GHz宽带频率范围。

多段式VCO有它的优势，但是存在一个无法避免的缺点，由于材料、工艺等的限制，不同批次的产品的频段划分情况会有差异，因此会存在以下情况：A批次选择的频段组合可以完全覆盖A批次，但无法完全覆盖B批次的产品。同一批次的产品，在高温、低温、常温下的频段划分情况也会有漂移。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种多段式VCO频率校准电路及校准方法解决了不同批次间多段式VCO、全温(高温、低温、常温)状态下同批次多段式VCO频率分段不能完全覆盖宽带频率范围的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种多段式VCO频率校准电路，包括多段式VCO频率校准电路和锁相环电路，所述多段式VCO频率校准电路包括频率校准控制处理器、存储器、数控电压源、单刀双掷开关和频率识别装置，所述锁相环电路包括鉴相器、环路滤波器、多段式VCO、射频分路器；

所述频率校准控制处理器输出控制信号到多段式VCO、数控电压源、单刀双掷开关和鉴相器，所述数控电压源的输出端与单刀双掷开关的不动端连接，所述鉴相器的输入端连接参考信号，所述鉴相器输出信号到环路滤波器，所述环路滤波器输出调谐电压到单刀双掷开关的另一不动端，所述单刀双掷开关的动端输出调谐电压到多段式VCO，所述多段式VCO的输出端与射频分路器连接，所述射频分路器输出反馈信号到鉴相器，并输出射频信号，所述射频分路器的输出端与频率识别装置连接，所述频率识别装置输出频率信息到频率校准控制处理器。

进一步地：所述存储器与频率校准控制处理器连接。

进一步地：所述锁相环电路还包括电压源和单刀单掷开关，所述频率校准控制处理器的输出端连接单刀单掷开关，所述电压源与单刀单掷开关的一端连接，所述单刀单掷开关的另一端连接鉴相器。

一种多段式VCO频率校准方法，包括多段式VCO频率校准过程和应用多段式VCO的锁相环电路工作过程。

进一步地：所述多段式VCO频率校准过程的具体步骤为：

S11：控制单刀单掷开关处于打开状态，断开鉴相器的供电，控制单刀双掷开关处于导通状态，导通路径为数控电压源至多段式VCO，连通数控电压源与多段式VCO；

S12：频率校准控制处理器发送指令控制多段式VCO频率输出范围为频段1；

S13：频率校准控制处理器发送指令控制数控电压源输出V_{1_min}，此时多段式VCO端口B的输出频率为F_{1_min}；V_{1_min}为频段1的最低调谐电压，F_{1_min}为频段1的实际最低频率；

S14：频率识别装置把采集到的射频分路器输出的射频信号的频率信息，按一定编码方式转换成频率校准控制处理器可以识别的编码信息，并将该信息发送给频率校准控制处理器，频率校准控制处理器将该编码信息存储在存储器中；

S15：如果频率识别装置接收到的射频信号频率和多段式VCO输出的射频信号频率不相等，需要预先在存储器中存储二者的转换关系，频率校准控制处理器按该转换关系相应处理之后，存储频率编码信息在存储器中，确保存储在存储器中的频率信息与多段式VCO射频信号的输出频率一致；

S16：频率校准控制处理器发送指令控制数控电压源输出V_{1_max}，此时多段式VCO射频信号的输出频率为F_{1_max}，执行步骤S14和S15，并进入步骤S17；V_{1_max}为频段1的最高调谐电压，F_{1_max}为频段1的实际最高频率；

S17：将多段式VCO频段1的实际频率范围[F_{1_min},F_{1_max}]记录在存储器中；

S18：频率校准控制处理器发送指令依次控制多段式VCO频率输出范围为频段2，频段3，···，频段n，重复步骤S13～步骤S17，完成多段式VCO所有频段的频率校准，将多段式VCO所有频段的实际频率范围{[F_{1_min},F_{1_max}],[F_{2_min},F_{2_max}]…[F_{n_min},F_{n_max}]}记录在存储器中；F_{n_min}为频段n的实际最低频率，F_{n_max}为频段n的实际最高频率。

进一步地：所述应用多段式VCO的锁相环电路工作过程的具体步骤为：

S21：控制单刀单掷开关处于闭合状态，对鉴相器进行供电，控制单刀双掷开关处于导通状态，导通路径为环路滤波器至多段式VCO，连通环路滤波器与多段式VCO；

S22：需要对外输出的目标频率为f_target，频率校准控制处理器在存储器的频率分段表中查找f_target属于多段式VCO的频段m中，发送指令控制多段式VCO切换到频段m；

S23：频率校准控制处理器按通信协议内容发送指令控制鉴相器输出f_target；

S24：锁相环开始闭环工作并达到稳定状态，电路从射频分路器对外输出目标频率f_target。

本发明的有益效果为：

1、针对多段式VCO由于材料、工艺等因素导致的分段频率偏移，本发明提出的校准电路可以解决“A批次选择的频段组合可以完全覆盖A批次，但无法完全覆盖B批次的产品。”的问题。

2、针对多段式VCO由于材料、工艺等因素导致的分段频率偏移，本发明提出的校准电路可以解决“同一批次的产品，在高温、低温、常温下的频段划分情况也会有漂移。”的问题。

3、多段式VCO校准与锁相环电路分时切换工作的应用中，本发明提出的校准电路对鉴相器的要求降低，不需要鉴相器具备可输出LD等锁定状态的功能，提高了校准电路的适应范围。

4、针对多段式VCO校准应用，锁相环电路不是必需的，本发明提出的电路简化了电路方案，除了待校准的多段式VCO，其他装置可以共享复用，节约了资源。

附图说明

图1为典型单环锁相环原理框图；

图2为基于多段式VCO的锁相环频率校准电路原理框图；

图3为简化版基于多段式VCO的频率校准电路原理框图；

图4为实施实例1的电路原理框图；

图5为实施实例2的电路原理框图；

图6为实施实例3的电路原理框图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图2所示，一种多段式VCO频率校准电路，包括多段式VCO频率校准电路和锁相环电路，所述多段式VCO频率校准电路包括频率校准控制处理器、存储器、数控电压源、单刀双掷开关和频率识别装置，所述锁相环电路包括鉴相器、环路滤波器、多段式VCO、射频分路器；

所述频率校准控制处理器输出控制信号到多段式VCO、数控电压源、单刀双掷开关和鉴相器，所述数控电压源的输出端与单刀双掷开关的不动端连接，所述鉴相器的输入端连接参考信号，所述鉴相器输出信号到环路滤波器，所述环路滤波器输出调谐电压到单刀双掷开关的另一不动端，所述单刀双掷开关的动端输出调谐电压到多段式VCO，所述多段式VCO的输出端与射频分路器连接，所述射频分路器输出反馈信号到鉴相器，并输出射频信号，所述射频分路器的输出端与频率识别装置连接，所述频率识别装置输出频率信息到频率校准控制处理器。所述存储器与频率校准控制处理器连接。所述锁相环电路还包括电压源和单刀单掷开关，所述频率校准控制处理器的输出端连接单刀单掷开关，所述电压源与单刀单掷开关的一端连接，所述单刀单掷开关的另一端连接鉴相器。

图2中的虚线表示校准过程信号流，实线表示锁相环工作过程信号流，点划线表示两个过程共用的信号流。

频率校准控制处理器具有如下功能特征：1、具有可根据控制协议内容发送控制信号的控制器件；该器件具有可发送指令或接受信息的功能。2、频率校准控制处理器的物理形态不限定，可以是具有控制功能的可编程逻辑器件或者计算机等。

存储器具有如下功能特征：具有存储功能的存储器件，该存储器具有系统掉电后存储信息不清除的功能。

数控电压源具有如下功能特征：1、具有作为电压源不可删减的基本功能。2、电压源可以输出的最高电压不小于多段式VCO的最大调谐电压。3、可以通过控制器件控制电压源输出不同的电压值，包括0V。

单刀双掷开关具有如下功能特征：具有打开、闭合1和闭合2三种状态，开关打开时线路断开，闭合1时线路AB导通，闭合2时线路AC导通。可以是机械开关或数控开关，优选数控开关，数控开关会增加一个控制端口。

频率识别装置具有如下功能特征：可以准确识别某一信号的频率信息。包括但不限于：经过标校的频谱分析仪等仪器，满足精度的数字接收机等设备。

鉴相器具有如下功能特征：1、具有作为鉴相器的不可删减的基本功能。2、具有参考信号输入端口和射频反馈信号输入端口。3、具有可接受外部控制信号发送的频率码信息来控制输出频率的功能(控制协议形式不作限定)。4、可以不具有将锁相环是否锁定的状态进行上报的功能。

环路滤波器具有如下功能特征：可以是有源或无源环路滤波器，优选无源环路滤波器。

多段式VCO具有如下功能特征：1、具有作为压控振荡器(VCO)的不可删减的基本功能。2、具有可接受外部控制信号，将宽带频率范围段划分成若干段窄带VCO，通过控制信号选择不同频段。3、各段窄带VCO拼接必须完全覆盖宽带频率范围。4、由于材料、工艺等的限制，不同批次的产品的频段划分情况会有差异，或者同一批次的产品，在高温、低温、常温下的频段划分情况会有差异。

射频分路器具有如下功能特征：1、可以将输入的射频信号至少分成3路对外输出。2、分路输出信号与输入信号的频率关系已知。3、可选择但不限于功分器、耦合器、分频器、倍频器等器件，优选功分器。

电压源具有如下功能特征：1、具有作为电压源不可删减的基本功能。2、电压源可以输出的最高电压不小于鉴相器的工作电压。

单刀单掷开关具有如下功能特征：具有打开和闭合两个状态，开关打开时线路断开，闭合时线路导通。可以是机械开关或数控开关，优选数控开关，数控开关会增加一个控制端口。

针对以上特征需要说明的是：1、所有器件的工作频率范围在同一范围之内。2、所有器件正常工作的加电、控制等，属于非本专利核心思想但属于器件正常工作的必要条件，默认正常连接，不在图2中单独标明。

图2所示的电路删减一些电路组成，也能够实现多段式VCO的校准功能，同样属于本发明保护的范围。以图3所示的电路为例，对这种情况进行说明。图3中各组成部分包括：频率校准控制处理器、存储器、数控电压源、频率识别装置、多段式VCO，所述频率校准控制处理器输出控制信号到多段式VCO和数控电压源，所述数控电压源输出调谐电压到多段式VCO，所述多段式VCO输出射频信号到频率识别装置，所述频率识别装置输出频率信息到频率校准控制处理器，所述频率校准控制器还与存储器连接。图3所示的电路可以完成多段式VCO最基本的频率校准功能，电路中多段式VCO与频率校准控制处理器、数控电压源和频率识别装置的连接可选择便于拆卸的装置，对一件多段式VCO校准完成后，可以快速更换另外一件未校准的多段式VCO进行频率校准，电路中的频率校准控制处理器、存储器、数控电压源、频率识别装置等装置可以重复利用。

结合图2，一种基于多段式VCO的锁相环频率校准电路的工作过程进行如下描述。

多段式VCO频率校准过程。

步骤S11：控制单刀单掷开关处于打开状态，断开鉴相器的供电。控制单刀双掷开关处于导通状态(导通路径为数控电压源至多段式VCO)，连通数控电压源与多段式VCO。

步骤S12：频率校准控制处理器发送指令控制多段式VCO频率输出范围为频段1。

步骤S13：频率校准控制处理器发送指令控制数控电压源输出V_{1_min}，此时多段式VCO端口B的输出频率为F_{1_min}，

步骤S14：频率识别装置把采集到的射频分路器输出的射频信号的频率信息，按一定编码方式转换成频率校准控制处理器可以识别的编码信息，并将该信息发送给频率校准控制处理器，频率校准控制处理器将该编码信息存储在存储器中。

步骤S15：如果“频率识别装置接收到的射频信号频率”和“多段式VCO输出的射频信号频率”不相等，还需要预先在存储器中存储二者的转换关系，频率校准控制处理器按该转换关系相应处理之后，存储频率编码信息在存储器中，确保存储在存储器中的频率信息与多段式VCO射频信号的输出频率一致。

步骤S16：频率校准控制处理器发送指令控制数控电压源输出V_{1_max}，此时多段式VCO射频信号的输出频率为F_{1_max}，执行步骤S14和步骤S15。

步骤S17：此时多段式VCO频段1的实际频率范围[F_{1_min},F_{1_max}]已被记录在存储器中。

步骤S18：频率校准控制处理器发送指令依次控制多段式VCO频率输出范围为频段2，频段3，···，频段n，重复步骤S13～步骤S17的主要思想，完成多段式VCO所有频段的频率校准。此时多段式VCO所有频段的实际频率范围{[F_{1_min},F_{1_max}],[F_{2_min},F_{2_max}]…[F_{n_min},F_{n_max}]}已被记录在存储器中，本申请将该信息称为频率分段表。

应用多段式VCO的锁相环电路工作过程。

步骤S21：控制单刀单掷开关处于闭合状态，对鉴相器进行供电。控制单刀双掷开关处于导通状态(导通路径为环路滤波器至多段式VCO)，连通环路滤波器与多段式VCO。

步骤S22：需要对外输出的目标频率为f_target，频率校准控制处理器在存储器的频率分段表中查找f_target属于多段式VCO的频段m中，发送指令控制多段式VCO切换到频段m。

步骤S23：频率校准控制处理器按通信协议内容发送指令控制鉴相器输出f_target。

步骤S24：锁相环开始闭环工作并达到稳定状态，电路从射频分路器对外输出目标频率f_target。

步骤S18中“重复步骤S13～步骤S17的主要思想”，具体实施时需要对步骤S13～步骤S17过程中的符号、变量根据情况调整。针对图3所示的电路，只需要按步骤S1执行多段式VCO频率校准过程。

实施实例1

图4所示的实施实例1的电路组成部分包括：频率校准控制处理器、存储器、数控电压源、单刀双掷开关、频率识别装置、鉴相器、环路滤波器、多段式VCO、射频分路器、电压源和单刀单掷开关。对图4中的各组成部分的端口特征进行如下说明。

图4中的虚线表示校准过程信号流，实线表示锁相环工作过程信号流，点划线表示两个过程共用的信号流。

频率校准控制处理器的端口特征如下：端口A和端口E可以接受外部传递的信息，属于输入端口；端口B、端口C、端口D、端口F、端口G和端口H可以发送控制指令，属于输出端口。

存储器的端口特征如下：端口A可以被频率校准控制处理器读取数据，属于输出端口；端口B可以被频率校准控制处理器写入数据，属于输入端口。

数控电压源的端口特征如下：端口A是控制端口，属于输入端口；端口B是电压输出端口，属于输出端口。

单刀双掷开关的端口特征如下：端口A可以对外提供直流电压，属于输出端口；端口B可以连接外部供给的直流电压，属于输入端口；端口C可以连接外部供给的直流电压，属于输入端口；端口D表示控制端口，可以用来控制开关的状态，属于输入端口。

频率识别装置的端口特征如下：端口A可以将识别到的频率信息对外输出，属于输出端口；端口B为射频信号端口，属于输入端口。

鉴相器的端口特征如下：端口A为参考端口，属于输入端口；端口B为反馈信号端口，属于输入端口；端口C为鉴相信号端口，属于输出端口；端口D为供电端口，属于输入端口；端口E为控制端口，属于输入端口。

环路滤波器的端口特征如下：端口A为滤波器输入端口，属于输入端口；端口B为滤波器输出端口，属于输出端口。

多段式VCO的端口特征如下：端口A表示调谐端口，外部输入调谐电压到该端口，多段式VCO可以输出射频信号，属于输入端口；端口B表示射频信号端口，属于输出端口；端口C表示控制端口，不同的控制位可以控制端口C输出不同“频段”的射频信号，属于输入端口。

射频分路器的端口特征如下：端口A可以输入射频信号，属于输入端口；端口B、端口C和端口D可以对外输出与输入信号频率关系已知的射频信号，属于输出端口。

电压源的端口特征如下：端口A表示电压端口，属于输出端口。

单刀单掷开关的端口特征如下：端口A可以连接外部供给的直流电压，属于输入端口；端口B可以对外提供直流电压，属于输出端口；端口C表示控制端口，可以用来控制开关的导通或者关断，属于输入端口。需要说明的是：电压源和单刀单掷开关的组合构成了输出可控电压源，该电路组合不仅限于这一种组合，也可以使用数控电压源等电路替代。

针对以上特征需要说明的是：1、某一端口可以是一个或者一组具有相同或相似功能的端口。2、某一器件端口的输入输出特性是针对该器件信号(控制信号、射频信号、电压信号等)的流向来确定的。

一种基于多段式VCO的锁相环频率校准电路的实施实例的连接关系如下：

频率校准控制处理器的端口A与频率识别装置的端口A连接，频率校准控制处理器的端口B与鉴相器的端口E连接，频率校准控制处理器的端口C与单刀双掷开关的端口C连接，频率校准控制处理器的端口D存储器的端口D连接，频率校准控制处理器的端口E与存储器的端口B连接，频率校准控制处理器的端口F与单刀双掷开关的端口D连接，频率校准控制处理器的端口G与数控电压源的端口A连接，频率校准控制处理器的端口H与多段式VCO的端口C连接，数控电压源的端口B与单刀双掷开关的端口B连接，电压源的端口A与单刀单掷开关的端口A连接，单刀单掷开关的端口B与鉴相器的端口D连接，鉴相器的端口A外部提供参考信号，鉴相器的端口B与射频分路器的端口B连接，鉴相器的端口C与环路滤波器的端口A连接，环路滤波器的端口B与单刀双掷开关的端口C连接，单刀双掷开关的端口A与多段式VCO的端口A连接，多段式VCO的端口B与射频分路器的端口A连接，射频分路器的端口C与频率识别装置的端口B连接，射频分路器的端口D向外部输出射频信号。

图4所示的实施实例1可以完成多段式VCO频率校准过程和锁相环电路分时切换工作。锁相环电路工作时，如果电路工作时间过长或者某些特殊条件下(例如高温、低温等)判断多段式VCO频率异常，可以切换到校准电路对多段式VCO进行校准，校准完成后，锁相环电路继续工作。

实施实例2

图5所示的实施实例2的电路组成部分包括：频率校准控制处理器、存储器、数控电压源、频率识别装置和多段式VCO。对图5中的各组成部分的端口特征进行如下说明。

频率校准控制处理器的端口特征如下：端口A和端口E可以接受外部传递的信息，属于输入端口；端口D、端口G和端口H可以发送控制指令，属于输出端口。

存储器的端口特征如下：端口A可以被频率校准控制处理器读取数据，属于输出端口；端口B可以被频率校准控制处理器写入数据，属于输入端口。

数控电压源的端口特征如下：端口A是控制端口，属于输入端口；端口B是电压输出端口，属于输出端口。

频率识别装置的端口特征如下：端口A可以将识别到的频率信息对外输出，属于输出端口；端口B为射频信号端口，属于输入端口。

多段式VCO的端口特征如下：端口A表示调谐端口，外部输入调谐电压到该端口，多段式VCO可以输出射频信号，属于输入端口；端口B表示射频信号端口，属于输出端口；端口C表示控制端口，不同的控制位可以控制端口C输出不同“频段”的射频信号，属于输入端口。

各组成的连接关系如下：频率校准控制处理器的端口A与频率识别装置的端口A连接，频率校准控制处理器的端口D存储器的端口A连接，频率校准控制处理器的端口E与存储器的端口B连接，频率校准控制处理器的端口G与数控电压源的端口A连接，频率校准控制处理器的端口H与多段式VCO的端口C连接，数控电压源的端口B与多段式VCO的端口A连接，多段式VCO的端口B与频率识别装置的端口B连接。

图5所示的实施实例2可以完成多段式VCO频率校准过程，多段式VCO与频率校准控制处理器、数控电压源和频率识别装置的连接可选择便于拆卸的装置，对一件多段式VCO校准完成后，可以快速更换另外一件未校准的多段式VCO进行频率校准，电路中的频率校准控制处理器、存储器、数控电压源、频率识别装置等装置可以重复利用。

实施实例3

有厂家已推出一种具有分频输出功能多段式VCO产品，该产品集成了分频器的功能，对外可以输出射频信号和该信号的分频信号，将实施实例1中的多段式VCO使用具有分频输出功能的多段式VCO代替，可以节省电路中的射频分路器。将实施实例1中的电压源和单刀单掷开关使用数控电压源代替，可以得到实施实例3，如图6所示。

图6中的虚线表示校准过程信号流，实线表示锁相环工作过程信号流，点划线表示两个过程共用的信号流。

图6所示的实施实例3的电路组成部分包括：频率校准控制处理器、存储器、数控电压源、单刀双掷开关、频率识别装置、鉴相器、环路滤波器、具有分频输出功能的多段式VCO、数控电压源2。其中频率校准控制处理器、存储器、数控电压源、单刀双掷开关、频率识别装置、鉴相器、环路滤波器的端口特性与实施实例1中的端口特性相同，仅对具有分频输出功能的多段式VCO和数控电压源2的端口特性进行说明。

具有分频输出功能的多段式VCO的端口特征如下：端口A表示调谐端口，外部输入调谐电压到该端口，多段式VCO可以输出射频信号，属于输入端口；端口B表示射频信号端口，属于输出端口；端口C表示控制端口，不同的控制位可以控制端口C输出不同“频段”的射频信号，属于输入端口。端口D和端口E表示分频输出端口，属于输出端口。

数控电压源2的端口特征如下：端口A是控制端口，属于输入端口；端口B是电压输出端口，属于输出端口。

各组成的连接关系参见实施实例1的连接关系，下面仅说明与实施实例1有区别的连接关系：数控电压源2的端口A与频率校准控制处理器的端口C连接，数控电压源2的端口B与鉴相器的端口D连接，具有分频输出功能的多段式VCO的端口A与单刀双掷开关的端口A连接，具有分频输出功能的多段式VCO的端口C与频率校准控制处理器的端口H连接，具有分频输出功能的多段式VCO的端口D与鉴相器的端口B连接，具有分频输出功能的多段式VCO的端口E与频率识别装置的端口B连接，具有分频输出功能的多段式VCO的端口B向外部输出射频信号。

图6所示的实施实例3中具有分频输出功能的多段式VCO的端口D和端口E表示分频输出端口，本实例选择端口D为二分频，端口E为四分频，具有分频输出功能的多段式VCO的端口B的射频信号输出频率为f_target，如果不作处理则频率识别装置输出的频率信息为f_target/4，此时频率校准控制处理器在把数据写入存储器前，必须先作“乘法”转换，将f_target/4乘以4，然后将得到的结果写入存储器中。此处理过程也可以在频率识别装置中完成，前提是需要将频率转换关系提前存储在频率识别装置中，这样会造成硬件资源的开销，不建议此方式。

图6所示的实施实例3可以完成多段式VCO频率校准过程和锁相环电路分时切换工作，并且节省了射频分路器的硬件资源。实施实例3看似电路硬件资源减少，实则是多段式VCO集成了分频器(即射频分路器)的功能导致的，本质上与本发明的核心思想是一致的，类似此种形式的新电路(如多段式VCO集成存储器、频率校准控制处理器集成存储器等)亦属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种多段式VCO频率校准电路，其特征在于，包括多段式VCO频率校准电路和锁相环电路，所述多段式VCO频率校准电路包括频率校准控制处理器、存储器、数控电压源、单刀双掷开关和频率识别装置，所述锁相环电路包括鉴相器、环路滤波器、多段式VCO、射频分路器；

所述频率校准控制处理器输出控制信号到多段式VCO、数控电压源、单刀双掷开关和鉴相器，所述数控电压源的输出端与单刀双掷开关的不动端连接，所述鉴相器的输入端连接参考信号，所述鉴相器输出信号到环路滤波器，所述环路滤波器输出调谐电压到单刀双掷开关的另一不动端，所述单刀双掷开关的动端输出调谐电压到多段式VCO，所述多段式VCO的输出端与射频分路器连接，所述射频分路器输出反馈信号到鉴相器，并输出射频信号，所述射频分路器的输出端与频率识别装置连接，所述频率识别装置输出频率信息到频率校准控制处理器。

2.根据权利要求1所述的多段式VCO频率校准电路，其特征在于，所述存储器与频率校准控制处理器连接。

3.根据权利要求1所述的多段式VCO频率校准电路，其特征在于，所述锁相环电路还包括电压源和单刀单掷开关，所述频率校准控制处理器的输出端连接单刀单掷开关，所述电压源与单刀单掷开关的一端连接，所述单刀单掷开关的另一端连接鉴相器。

4.根据权利要求1所述的多段式VCO频率校准电路，其特征在于，包括频率校准控制处理器、存储器、数控电压源、频率识别装置和多段式VCO，所述频率校准控制处理器输出控制信号到多段式VCO和数控电压源，所述数控电压源输出调谐电压到多段式VCO，所述多段式VCO输出射频信号到频率识别装置，所述频率识别装置输出频率信息到频率校准控制处理器，所述频率校准控制器还与存储器连接。

5.一种多段式VCO频率校准方法，其特征在于，包括多段式VCO频率校准过程和应用多段式VCO的锁相环电路工作过程。

6.根据权利要求5所述的多段式VCO频率校准方法，其特征在于，所述多段式VCO频率校准过程的具体步骤为：

S11：控制单刀单掷开关处于打开状态，断开鉴相器的供电，控制单刀双掷开关处于导通状态，导通路径为数控电压源至多段式VCO，连通数控电压源与多段式VCO；

S12：频率校准控制处理器发送指令控制多段式VCO频率输出范围为频段1；

S13：频率校准控制处理器发送指令控制数控电压源输出V_{1_min}，此时多段式VCO端口B的输出频率为F_{1_min}；V_{1_min}为频段1的最低调谐电压，F_{1_min}为频段1的实际最低频率；

S14：频率识别装置把采集到的射频分路器输出的射频信号的频率信息，按一定编码方式转换成频率校准控制处理器可以识别的编码信息，并将该信息发送给频率校准控制处理器，频率校准控制处理器将该编码信息存储在存储器中；

S15：如果频率识别装置接收到的射频信号频率和多段式VCO输出的射频信号频率不相等，需要预先在存储器中存储二者的转换关系，频率校准控制处理器按该转换关系相应处理之后，存储频率编码信息在存储器中，确保存储在存储器中的频率信息与多段式VCO射频信号的输出频率一致；

S16：频率校准控制处理器发送指令控制数控电压源输出V_{1_max}，此时多段式VCO射频信号的输出频率为F_{1_max}，执行步骤S14和S15，并进入步骤S17；V_{1_max}为频段1的最高调谐电压，F_{1_max}为频段1的实际最高频率；

S17：将多段式VCO频段1的实际频率范围[F_{1_min},F_{1_max}]记录在存储器中；

S18：频率校准控制处理器发送指令依次控制多段式VCO频率输出范围为频段2，频段3，···，频段n，重复步骤S13～步骤S17，完成多段式VCO所有频段的频率校准，将多段式VCO所有频段的实际频率范围{[F_{1_min},F_{1_max}],[F_{2_min},F_{2_max}]…[F_{n_min},F_{n_max}]}记录在存储器中；F_{n_min}为频段n的实际最低频率，F_{n_max}为频段n的实际最高频率。

7.根据权利要求5所述的多段式VCO频率校准方法，其特征在于，所述应用多段式VCO的锁相环电路工作过程的具体步骤为：

S21：控制单刀单掷开关处于闭合状态，对鉴相器进行供电，控制单刀双掷开关处于导通状态，导通路径为环路滤波器至多段式VCO，连通环路滤波器与多段式VCO；

S22：需要对外输出的目标频率为f_target，频率校准控制处理器在存储器的频率分段表中查找f_target属于多段式VCO的频段m中，发送指令控制多段式VCO切换到频段m；

S23：频率校准控制处理器按通信协议内容发送指令控制鉴相器输出f_target；

S24：锁相环开始闭环工作并达到稳定状态，电路从射频分路器对外输出目标频率f_target。

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