CN116388751A - 一种参考信号切换电路、测试电路及测试仪表 - Google Patents

一种参考信号切换电路、测试电路及测试仪表 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种参考信号切换电路、测试电路及测试仪表，切换电路包括输入端，包括接收输入信号的通道，输入信号包括内部参考信号和外部参考信号，且每次以择一的方式将内部参考信号或外部参考信号输入至通道中；锁相环，其设置于通道的输出端口，锁相环包括环路滤波器；输出端，内部参考信号或外部参考信号经过锁相环后，从输出端输出内部基准信号；环路滤波器的输出端设置有第一恒温晶振；当通道有内部参考信号或外部参考信号输入时，经过环路滤波器后，使得第一恒温晶振产生内部基准信号。本发明既保证了使用可变外部参考信号的同步问题，又解决了使用外部参考信号时相位噪声恶化的问题。

Description

一种参考信号切换电路、测试电路及测试仪表
技术领域
本发明涉及信号测量技术领域，具体涉及一种参考信号切换电路、测试电路及测试仪表。
背景技术
随着通信行业的不断发展，信号的测试测量变得尤为重要，如何提高测试测量仪器的性能被日益关注，同时对仪器仪表的要求也更为多元化。频率源作为仪表核心部件,其功能、性能直接决定仪表质量，其中如何处理好外部参考信号和内部参考信号是其关键一环。内部参考信号由内部高稳晶振产生，外部参考信号由外部信源统一提供。目前实现内部参考信号和外部参考信号切换的方法主要有以下两种：一种是直接进行内外参考信号的开关切换，另一种是通过输入锁相的方式实现内外参考信号切换。其中第一种方法适用于频率固定的外部参考信号，第二种方法虽然扩展了外部参考信号的频率范围，但是由于外部参考信号较内部参考信号的相位噪声水平相差很大，因此仪表内部时钟的整体稳定度会被外部参考信号恶化。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的不足，提供一种参考信号切换电路、测试电路及测试仪表，其既保证了使用可变外部参考信号的同步问题，又解决了使用外部参考信号时相位噪声恶化的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种参考信号切换电路，包括：
输入端，包括接收输入信号的通道，其中所述输入信号包括内部参考信号和外部参考信号，且每次以择一的方式将内部参考信号或外部参考信号输入至所述通道中；
锁相环，其设置于所述通道的输出端口，所述锁相环包括环路滤波器；
输出端，所述内部参考信号或外部参考信号经过所述锁相环后，从所述输出端输出内部基准信号；
其中，所述环路滤波器的输出端设置有第一恒温晶振；
当通道有内部参考信号或外部参考信号输入时，所述内部参考信号或外部参考信号经过所述环路滤波器后，使得所述第一恒温晶振产生内部基准信号。
在本发明的一个实施例中，所述锁相环包括鉴相器，所述鉴相器设置于所述通道的输出端口，所述鉴相器连接所述环路滤波器。
在本发明的一个实施例中，所述鉴相器为集成R分频器、N分频器和电荷泵的鉴相器，所述鉴相器的鉴相频率设置为1MHz，N分频值为100。
在本发明的一个实施例中，所述环路滤波器的带宽为10Hz，相位裕度为60°。
在本发明的一个实施例中，还包括第二恒温晶振，所述第二恒温晶振设置于所述通道的输入端口，所述第二恒温晶振用于产生内部参考信号。
在本发明的一个实施例中，所述外部参考信号的频率为1MHz～100MHz+，频率步进1Hz。
在本发明的一个实施例中，所述输入端包括第一开关、第二开关和第三开关，所述第二开关设置于所述通道的输入端口，所述第二开关的一触点连接所述第二恒温晶振，另一触点连接所述第一开关，所述第一开关的一触点连接所述外部参考信号的低频输入端口，另一触点连接所述外部参考信号的高频输入端口，所述第三开关设置于所述通道的输出端口，所述第三开关连接所述外部参考信号的高频输出端口。
在本发明的一个实施例中，还包括低频整形电路，所述低频整形电路设置于所述通道上。
此外，本发明还提供一种测试电路，包括上述所述的一种参考信号切换电路和测试模块，所述测试模块连接所述参考信号切换电路。
并且，本发明还提供一种测试仪表，包括上述所述的一种测试电路。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明结合了开关切换和锁相环路的设计，通过设计锁相环路参数，使得内部基准信号与外部参考信号同步，同时其100Hz及更远端相位噪声不受外部参考信号影响，始终保证内部基准信号的低相位噪声特性，因此本发明既保证了使用可变外部参考信号的同步问题，又解决了使用外部参考信号时相位噪声恶化的问题，尤其适用于对使用外部参考信号且相位噪声要求较高的场合。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种参考信号切换电路的电路结构示意图。
图2是本发明实施例一提供的环路滤波器的电路结构示意图。
图3是本发明实施例一提供的环路滤波器闭环增益曲线图。
图4是本发明实施例一提供的外部参考信号相噪仿真曲线图。
图5是本发明实施例二提供的一种参考信号切换电路的电路结构示意图。
图中标号说明：11、通道；12、第一开关；13、第二开关；14、第三开关；2、低频整形电路；31、鉴相器；32、环路滤波器；33、第一恒温晶振；4、第二恒温晶振。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例一
本发明实施例提供了一种参考信号切换电路，包括：
输入端，包括接收输入信号的通道11，其中所述输入信号包括内部参考信号和外部参考信号，且每次以择一的方式将内部参考信号或外部参考信号输入至所述通道11中；
锁相环，其设置于所述通道11的输出端口，所述锁相环包括环路滤波器32；
输出端，所述内部参考信号或外部参考信号经过所述锁相环后，从所述输出端输出内部基准信号；
其中，所述环路滤波器32的输出端设置有第一恒温晶振33；
当通道11有内部参考信号或外部参考信号输入时，所述内部参考信号或外部参考信号经过所述环路滤波器32后，使得所述第一恒温晶振33产生内部基准信号。
本发明结合了开关切换和锁相环路的设计，通过设计锁相环路参数，使得内部基准信号与外部参考信号同步，同时其100Hz及更远端相位噪声不受外部参考信号影响，始终保证内部基准信号的低相位噪声特性，因此本发明既保证了使用可变外部参考信号的同步问题，又解决了使用外部参考信号时相位噪声恶化的问题，尤其适用于对使用外部参考信号且相位噪声要求较高的场合。
其中，所述输入端包括第一开关12、第二开关13和第三开关14，所述第二开关13设置于所述通道11的输入端口，所述第二开关13的一触点连接所述第二恒温晶振4，另一触点连接所述第一开关12，所述第一开关12的一触点连接所述外部参考信号的低频输入端口，另一触点连接所述外部参考信号的高频输入端口，所述第三开关14设置于所述通道11的输出端口，所述第三开关14连接所述外部参考信号的高频输出端口。
具体地，请参照图1所示，OC2为10MHz的第二恒温晶振4，其型号为O22B-A320-10MHz，短期稳定度阿伦方差为0.01ppb，偏移1kHz相位噪声为-155dBc/Hz；OC1为带调谐端的100MHz的第一恒温晶振33，偏移1kHz的相位噪声为-165dBc/Hz,电调灵敏度约为300Hz/V；U1为低频整形电路2，型号为LTC6957IDD-3；U2为集成R分频器、N分频器和电荷泵的鉴相器31，型号为ADF4002。该参考信号切换电路可完成内部参考信号和外部参考信号的切换，其中外部参考信号可适配范围为1MHz～100MHz+，频率步进1MHz。
当使用内部参考信号时，首先通过第二开关SW2将第二恒温晶振4产生的10MHz的内部参考信号输入通道11上的低频整形电路2，以调整内部参考信号的压摆率，再通过第三开关SW3将调整后的内部参考信号切入锁相环中；当使用的是外部低频参考信号(小于20MHz)时，首先通过第一开关SW1和第二开关SW2将外部低频参考信号输入通道11上的低频整形电路2，以调整外部低频参考信号的压摆率，再通过第三开关SW3将调整后的外部低频参考信号切入锁相环中；当使用的是外部高频参考信号(20MHz～100MHz)时，通过第一开关SW1和第三开关SW3将外部高频参考信号切入锁相环中。
上述锁相环路参数配置如下：鉴相频率设置为1MHz、R由具体参考信号频率计算得到(内参考时为10)、N分频值为100、环路滤波器32的带宽为10Hz、相位裕度为60°。作为优选地，环路滤波器32选择四阶无源环路滤波器32，其电路结构及元器件的型号如图2所示，C1-5.6uF、C2-150uF、C3-1.5uF、R1-430Ω、R2-1.8kΩ；其锁定时间约为60ms，相对仪器仪表启动、配置时间可以忽略不计，能够满足绝大部分仪表使用要求。
上述环路滤波器32的闭环增益曲线和外部参考信号相噪仿真曲线分别如图3和图4所示，由图3中曲线(phase)可知，环路滤波器32对外部参考型号产生很大的噪声隔离，其中100Hz以及更远端位置更是达到了近乎完全隔离，可以有效避免外部参考信号的噪声引入系统，使得整机相位噪声指标始终处于高性能状态。由图4可知，当外部参考信号质量较差时，内部100MHz时钟基准依然保留有非常好的相位噪声，在偏移1kHz时相位噪声依然为内部恒温晶振的值-165dBc/Hz。
上述选用两个恒温晶振作为基准源：其中第二恒温晶振4用于产生10MHz的内部参考信号，其优点是具有很好的长期、短期稳定度和较好的相位噪声；100MHz的第二恒温晶振4带有调谐管脚，锁相时可以与内部参考信号或者外部参考信号同步，其具有超低相噪，通常偏移1kHz可达到-165dBc/Hz。本发明通过开关选定参考信号来源后，该信号进入锁相环进行鉴相、滤波和锁定输出100MHz基准信号，其中滤波器环路带宽选择为极窄的10Hz左右，既保证了使用可变外部参考信号的同步问题，又解决了使用外部参考信号时相位噪声恶化的问题，尤其适用于对使用外部参考信号且相位噪声要求较高的场合。
综上，本发明将锁相环的环路滤波器32的带宽设计为10Hz，可得锁相环输出100MHz基准信号近端10Hz及以内相位噪声主要由10MHz参考信号(或外部参考信号)相噪决定，10Hz～50Hz范围内相位噪声主要由低通滤波器决定,而50Hz及远端相位噪声主要是100MHz的晶振本身相噪不随任何参考信号的变化而变化。特殊的当使用可变外部参考信号时，可以通过参考R分频器、环路N分频器将外参考信号和100MHz的OCXO信号分到同频送入鉴相器31鉴相并完成锁定，使内部100MHz和外部参考信号相参，环路滤波器32将外部参考信号远端噪声做了很大程度滤除，很大程度上减小外部信号相位噪声对环路的贡献，保留上述相位噪声特性。因此本发明设计既保证了使用可变外部参考信号的同步问题，又解决了使用外部参考时相位噪声恶化的问题。
实施例二
相应于上述实施例一提供的一种参考信号切换电路，本发明实施例二还提供一种参考信号切换电路。请参照图5所示，OC2为10MHz的第二恒温晶振4，型号为O22B-A320-10MHz，短期稳定度阿伦方差为0.01ppb，偏移1kHz相位噪声为-150dBc/Hz；OC1为带调谐端的100MHz的第一恒温晶振33，偏移1kHz的相位噪声为-165dBc/Hz,电调灵敏度约为300Hz/V；U1为低频整形电路2，型号为LTC6957IDD-3；U2为集成R分频器、N分频器和电荷泵的鉴相器31，型号为HMC704。该电路可完成内部参考信号和外部参考信号的切换，其中外部参考信号可适配范围为1MHz～100MHz+，频率步进1Hz。
其中，内部参考信号和外部参考信号的切换原理与实施例一相同，不同的是将100MHz恒温晶振信号经过谐波发生器倍频到2GHz后返回鉴相器31HMC704进行分频并鉴相。鉴相器31HMC704内部集成有小数N分频器，最低分频比为20，可使频率分频率达到0.1Hz，因此可以通过鉴相器31合适的R分频值和N-Nfr分频值使锁相环完成高分辨率鉴相工作，可以满足外部参考频率1Hz步进适配。其相位噪声仿真曲线同图2。该实施例的一种参考信号切换电路可以满足大多数高端仪表对外部参考的使用要求，同时也可以根据以上设计思路完成其他特殊场合电路设计，本发明不以此为限制。
实施例三
相应于实施例一和实施例二提供的一种参考信号切换电路，本发明实施例三还提供一种测试电路，该测试电路包括上述实施例一或实施例二所述的一种参考信号切换电路和测试模块，所述测试模块连接所述参考信号切换电路。其中关于参考信号切换电路的具体电路及其电路原理详见实施例一和实施例二，本实施例不做赘述。
实施例四
相应于实施例三提供的一种测试电路，本发明实施例四提供一种测试仪表，该测试仪表包括上述实施例三所述的一种测试电路，该测试电路包括上述实施例一或实施例二所述的一种参考信号切换电路和测试模块，所述测试模块连接所述参考信号切换电路。其中关于参考信号切换电路的具体电路及其电路原理详见实施例一和实施例二，本实施例不做赘述。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种参考信号切换电路，其特征在于：包括：
输入端，包括接收输入信号的通道，其中所述输入信号包括内部参考信号和外部参考信号，且每次以择一的方式将内部参考信号或外部参考信号输入至所述通道中；
锁相环，其设置于所述通道的输出端口，所述锁相环包括环路滤波器；
输出端，所述内部参考信号或外部参考信号经过所述锁相环后，从所述输出端输出内部基准信号；
其中，所述环路滤波器的输出端设置有第一恒温晶振；
当通道有内部参考信号或外部参考信号输入时，所述内部参考信号或外部参考信号经过所述环路滤波器后，使得所述第一恒温晶振产生内部基准信号。
2.如权利要求1所述的一种参考信号切换电路，其特征在于：所述锁相环包括鉴相器，所述鉴相器设置于所述通道的输出端口，所述鉴相器连接所述环路滤波器。
3.如权利要求2所述的一种参考信号切换电路，其特征在于：所述鉴相器为集成R分频器、N分频器和电荷泵的鉴相器，所述鉴相器的鉴相频率设置为1MHz，N分频值为100。
4.如权利要求1或2或3所述的一种参考信号切换电路，其特征在于：所述环路滤波器的带宽为10Hz，相位裕度为60°。
5.如权利要求4所述的一种参考信号切换电路，其特征在于：还包括第二恒温晶振，所述第二恒温晶振设置于所述通道的输入端口，所述第二恒温晶振用于产生内部参考信号。
6.如权利要求5所述的一种参考信号切换电路，其特征在于：所述外部参考信号的频率为1MHz～100MHz+，频率步进1Hz。
7.如权利要求6所述的一种参考信号切换电路，其特征在于：所述输入端包括第一开关、第二开关和第三开关，所述第二开关设置于所述通道的输入端口，所述第二开关的一触点连接所述第二恒温晶振，另一触点连接所述第一开关，所述第一开关的一触点连接所述外部参考信号的低频输入端口，另一触点连接所述外部参考信号的高频输入端口，所述第三开关设置于所述通道的输出端口，所述第三开关连接所述外部参考信号的高频输出端口。
8.如权利要求7所述的一种参考信号切换电路，其特征在于：还包括低频整形电路，所述低频整形电路设置于所述通道上。
9.一种测试电路，其特征在于：包括如权利要求1至8中任一项所述的一种参考信号切换电路和测试模块，所述测试模块连接所述参考信号切换电路。
10.一种测试仪表，其特征在于：包括如权利要求9所述的一种测试电路。
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