CN201382975Y - 一种相位噪声测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种相位噪声测试仪，属于电子测量技术领域。该测试仪包括：程控锁相环模块、低噪声宽频带放大模块和数据采集模块；程控锁相环模块与低噪声宽频带放大模块相连，低噪声宽频带放大模块与数据采集模块相连。本实用新型提供的相位噪声测试仪，实现了对频率从0.01Hz至100MHz相位噪声信号的放大，满足了宽频带相位噪声信号的测试要求；通过第一A/D转换单元和第二A/D转换单元，解决了大动态相位噪声信号测试中数/模转换难以兼顾的问题，电路实现容易；本实用新型提供的相位噪声测试仪造价低且容易实现，解决了精密相位噪声测试设备长期依赖进口的问题。

Description

一种相位噪声测试仪

技术领域

本实用新型涉及电子测量技术领域，特别涉及一种相位噪声测试仪。

背景技术

随着科学技术的发展，通信、雷达和高速数据传输等系统需要高稳定的信号作为基带信息载波。基带信息载波通常是正弦波，正弦波的三要素包括幅度、频率和相位。通常情况下，相位的稳定性指标用相位噪声来表示，相位噪声是衡量信号稳定性的一项重要参数。目前，信息传输多调制在载波相位上或跟相位有关的频率上，基带信号的相位噪声指标是整体系统的底线。随着电子产品性能要求的提高，对信号源和频率源性能的要求也随之提高，相位噪声被更广泛地引起重视。相位噪声的应用场合主要有：电子仪器、仪表中的基准信号、微波通讯中的载波信号、电磁波定位测距、时间频率计数和数据传输基带信号等等。

高精密电子设备的相位噪声由两部分引起：信号源和信号源以外的电干扰。信号源以外的电干扰引起的相位噪声可以通过改善外部环境解决。信号源的相位噪声是信号产生时自身携带的，反映了信号源的水平。由于相位噪声是一项信号源质量的重要指标，信号源的相位噪声在高端电子产品中都有明确的技术参数要求。国内用于测量相位噪声的设备主要依赖进口，价格昂贵，人民币高达60或70多万元，这使得很多需要测试相位噪声的场合不能配备，从而无法精确地测量相位噪声参数。在没有相位噪声专用测量设备的情况下，技术人员通常采用简单的方法进行相位噪声参数的估算，常用的主要有频谱仪测量方法，这种方法得到的测量结果的不足之处是近载波处不准确，系统本底噪声过高，无法区分幅度噪声与相位噪声、分析噪声带宽有限等，对实际相位噪声参数无法给出定量数据。

实用新型内容

为了解决目前国内相位噪声测试设备长期依赖进口，价格昂贵，以及相位噪声测量精确度低等问题，本实用新型提出了一种相位噪声测试仪，该测试仪包括：

程控锁相环模块，用于检测且提取被测信号源的相位噪声信号，并发送所述相位噪声信号；

低噪声宽频带放大模块，用于接收所述相位噪声信号，并对所述相位噪声信号进行放大，发送放大后的相位噪声信号；

数据采集模块，用于接收所述低噪声宽频带放大模块发送的相位噪声信号，并将所述相位噪声信号转换成数字信号，发送给计算机；

所述程控锁相环模块与低噪声宽频带放大模块相连，所述低噪声宽频带放大模块与数据采集模块相连。

所述程控锁相环模块包括：

低通滤波单元，用于检测且提取被测信号源的相位噪声信号，并去除所述相位噪声信号中的高频信号，发送去除高频信号的相位噪声信号；

信号放大单元，用于接收所述低通滤波单元发送的相位噪声信号，并对所述相位噪声信号进行放大，发送放大后的相位噪声信号；

直流电压调节单元，用于接收所述信号放大单元发送的相位噪声信号，并对所述相位噪声信号电压进行调节，发送调节后的相位噪声信号；

带宽选择滤波单元，用于接收所述直流电压调节单元发送的相位噪声信号，并从中选择且提取出电压控制信号，发送所述电压控制信号；

本振信号源，用于接收所述带宽选择滤波单元发送的电压控制信号，并将所述电压控制信号调节本振源频率后和被测信号源进行相乘运算，发送运算结果给所述低通滤波单元；

所述低通滤波单元分别与低噪声宽频带放大模块和信号放大单元相连，所述信号放大单元与直流电压调节单元相连，所述直流电压调节单元与带宽选择滤波单元相连，所述带宽选择滤波单元与本振信号源相连。

所述低噪声宽频带放大模块包括高频低噪声宽频带放大单元和低频低噪声宽频带放大单元；

所述高频低噪声宽频带放大单元包括高频前级放大子单元、高频高通滤波子单元、高频单端转差分子单元、高频程控放大子单元和高频低通滤波子单元；

所述低频低噪声宽频带放大单元包括低频前级放大子单元、低频高通滤波子单元、低频单端转差分子单元、低频程控放大子单元和低频低通滤波子单元；

所述高频前级放大子单元分别与低通滤波单元和高频高通滤波子单元相连，所述高频高通滤波子单元与高频单端转差分子单元相连，所述高频单端转差分子单元与高频程控放大子单元连接，所述高频程控放大子单元与高频低通滤波子单元相连，所述高频低通滤波子单元与数据采集模块相连；

所述低频前级放大子单元分别与低通滤波单元和低频高通滤波子单元相连，所述低频高通滤波子单元与低频单端转差分子单元相连，所述低频单端转差分子单元与低频程控放大子单元相连，所述低频程控放大子单元与低频低通滤波子单元相连，所述低频低通滤波子单元与数据采集模块相连。

所述数据采集模块包括：

第一A/D转换单元，用于接收高频低噪声宽频带放大单元输出的相位噪声信号，并将所述相位噪声信号转换为数字信号，发送所述数字信号；

存储单元，用于接收且存储所述第一A/D转换单元发送的数字信号，并将所述数字信号发送到计算机的数据总线；

第二A/D转换单元，用于接收所述低频低噪声宽频带放大单元输出的相位噪声信号，并将所述相位噪声信号转换为数字信号，发送所述数字信号到计算机的数据总线；

所述第一A/D转换单元分别与高频低噪声宽频带放大单元和存储单元相连，所述第二A/D转换单元与低频低噪声宽频带放大单元相连。

所述第一A/D转换单元由两个采样频率相同的16位A/D转换器构成，相应地，所述存储单元由两个双口随机存储器构成；所述双口随机存储器的输入端与A/D转换器的输出端相连，所述双口随机存储器的输出端与计算机的数据总线相连。

所述两个A/D转换器的采样时钟信号由频率信号分频得到，并且两路采样时钟信号的相位差为180度。

所述第二A/D转换单元为24位A/D转换器。

有益效果：本实用新型提供的相位噪声测试仪通过高频低噪声宽频带放大单元和低频低噪声宽频带放大单元，实现了对频率从0.01Hz至100MHz相位噪声信号的放大，极大地满足了宽频带相位噪声信号的测试要求；本实用新型提供的相位噪声测试仪通过第一A/D转换单元和第二A/D转换单元，解决了大动态相位噪声信号测试中数/模转换难以兼顾的问题，并且电路实现容易；本实用新型提供的相位噪声测试仪造价低且容易实现，解决了精密相位噪声测试设备长期依赖进口的问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的相位噪声测试仪的原理结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的程控锁相环模块的原理结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的低噪声宽频带放大模块的原理结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的数据采集模块的原理结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的第一A/D转换单元的原理结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的第一A/D转换单元的采样时钟信号时序图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，本实用新型实施例提供了一种相位噪声测试仪，包括程控锁相环模块101、低噪声宽频带放大模块102和数据采集模块103。程控锁相环模块101，用于检测且提取被测信号源的相位噪声信号，并将相位噪声信号发送给低噪声宽频带放大模块102；低噪声宽频带放大模块102，用于接收程控锁相环模块101发送的相位噪声信号，并对相位噪声信号进行放大，将放大后的相位噪声信号发送给数据采集模块103；数据采集模块103，用于接收低噪声宽频带放大模块102发送的相位噪声信号，并将相位噪声信号转换成数字信号，发送给计算机。程控锁相环模块101与低噪声宽频带放大模块102相连，低噪声宽频带放大模块102与数据采集模块103相连。

参见图2，程控锁相环模块101包括多个低通滤波单元1011、本振信号源1012、直流电压调节单元1013、信号放大单元1014和带宽选择滤波单元1015。低通滤波单元1011，用于检测且提取被测信号源的相位噪声信号，并去除相位噪声信号中的高频信号，将去除高频信号的相位噪声信号发送给信号放大单元1014和低噪声宽频带放大模块102；信号放大单元1014，用于接收低通滤波单元1011发送的相位噪声信号，并对相位噪声信号进行放大，将放大后的相位噪声信号发送给直流电压调节单元1013；直流电压调节单元1013，用于接收信号放大单元1014发送的相位噪声信号，并对相位噪声信号电压进行调节，将调节后的相位噪声信号发送给带宽选择滤波单元1015；带宽选择滤波单元1015，用于接收直流电压调节单元1013发送的相位噪声信号，并从中选择且提取出符合预先设定的带宽的相位噪声信号中的低频分量作电压控制信号，发送电压控制信号给本振信号源1012；本振信号源1012，用于接收带宽选择滤波单元1015发送的电压控制信号，并将电压控制信号调节本振源频率后和被测信号源进行相乘运算后，发送运算结果给低通滤波单元1011。低通滤波单元1011分别与低噪声宽频带放大模块102和信号放大单元1014相连，信号放大单元1014与直流电压调节单元1013相连，直流电压调节单元1013与带宽选择滤波单元1015相连，带宽选择滤波单元1015与本振信号源1012相连。在具体生产实践中，低通滤波单元1011可以采用现有技术中通用的低通滤波电路来实现，本振信号源1012可以采用与被测信号源同频的带电压控制的低噪声信号源来实现，直流电压调节单元1013可以采用通常的加法电路或其具有相加作用的电路来实现，信号放大单元1014可以采用具有低噪声特性的放大器来实现，带宽选择滤波单元1015可以采用低噪声多频带放大滤波器电路来实现。

参见图3，低噪声宽频带放大模块102包括高频低噪声宽频带放大单元1021和低频低噪声宽频带放大单元1022。高频低噪声宽频带放大单元1021包括高频前级放大子单元10211、高频高通滤波子单元10212、高频单端转差分子单元10213、高频程控放大子单元10214和高频低通滤波子单元10215；低频低噪声宽频带放大单元1022包括低频前级放大子单元10221、低频高通滤波子单元10222、低频单端转差分子单元10223、低频程控放大子单元10224和低频低通滤波子单元10225。高频前级放大子单元10211分别与低通滤波单元1011和高频高通滤波子单元10212相连，高频高通滤波子单元10212与高频单端转差分子单元10213相连，高频单端转差分子单元10213与高频程控放大子单元10214连接，高频程控放大子单元10214与高频低通滤波子单元10215相连，高频低通滤波子单元10215与数据采集模块103相连。低频前级放大子单元10221分别与低通滤波单元1011和低频高通滤波子单元10222相连，低频高通滤波子单元10222与低频单端转差分子单元10223相连，低频单端转差分子单元10223与低频程控放大子单元10224相连，低频程控放大子单元10224与低频低通滤波子单元10225相连，低频低通滤波子单元10225与数据采集模块103相连。在具体生产实践中，高频前级放大子单元10211可以采用TSH300器件或其他具有相同功能的器件来实现，高频高通滤波子单元10212可以采用LTC6404器件或其他具有相同功能的器件来实现，高频单端转差分子单元10213可以采用LTC6401器件或其他具有相同功能的器件来实现，高频程控放大子单元10214可以采用LTC6404器件或其他具有相同功能的器件来实现，高频低通滤波子单元10215可以采用LTC6404器件或其他具有相同功能的器件来实现；低频前级放大子单元10221可以采用LT1028器件或其他具有相同功能的器件来实现，低频高通滤波子单元10222可以采用OPA1632器件或其他具有相同功能的器件来实现，低频单端转差分子单元10223可以采用OPA1632器件或其他具有相同功能的器件来实现，低频程控放大子单元10224可以采用OPA1632器件或其他具有相同功能的器件来实现，低频低通滤波子单元10225可以采用OPA1632器件或其他具有相同功能的器件来实现。

参见图4，数据采集模块103包括第一A/D转换单元1031、第二A/D转换单元1032和存储单元1033。第一A/D转换单元1031，用于接收高频低噪声宽频带放大单元1021输出的相位噪声信号，并将相位噪声信号转换为数字信号，发送给存储单元1033；存储单元1033，用于接收且存储第一A/D转换单元1031发送的数字信号，并将数字信号发送到计算机的数据总线；第二A/D转换单元1032，用于接收低频低噪声宽频带放大单元1022输出的相位噪声信号，并将相位噪声信号转换为数字信号，发送到计算机的数据总线。第一A/D转换单元1031分别与高频低噪声宽频带放大单元1021和存储单元1033相连，第二A/D转换单元1032与低频低噪声宽频带放大单元1022相连。在具体生产实践中，第一A/D转换单元1031由两个采样频率都为105MHz的16位A/D转换器构成，相应地，存储单元1033由两个双口RAM(Random Access Memory，随机存储器)构成，如图5所示；两个A/D转换器的采样时钟信号由210MHz频率信号分频得到，并且两路采样时钟信号的相位差为180度(如图6所示)，两个A/D转换器交替工作得到采样频率为210MHz的采样结果，A/D转换器可以采用AD9460器件或其他公司具有相同功能的A/D转换器来实现；双口RAM的输入端与A/D转换器的输出端相连，双口RAM的输出端与计算机的数据总线相连。在具体生产实践中，第二A/D转换单元1032为采样频率为50KHz的24位A/D转换器，该A/D转换器可以采用ADS1271器件或其他公司具有相同功能的A/D转换器来实现。

本实用新型实施例提供的相位噪声测试仪通过高频低噪声宽频带放大单元和低频低噪声宽频带放大单元，实现了对频率从0.01Hz至100MHz相位噪声信号的放大，极大地满足了宽频带相位噪声信号的测试要求；本实用新型实施例通过第一A/D转换单元和第二A/D转换单元，解决了大动态相位噪声信号测试中数/模转换难以兼顾的问题，并且电路实现容易；本实用新型实施例提供的相位噪声测试仪造价低且容易实现，解决了精密相位噪声测试设备长期依赖进口的问题。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种相位噪声测试仪，其特征在于，所述测试仪包括：

程控锁相环模块，用于检测且提取被测信号源的相位噪声信号，并发送所述相位噪声信号；

低噪声宽频带放大模块，用于接收所述相位噪声信号，并对所述相位噪声信号进行放大，发送放大后的相位噪声信号；

数据采集模块，用于接收所述低噪声宽频带放大模块发送的相位噪声信号，并将所述相位噪声信号转换成数字信号，发送给计算机；

所述程控锁相环模块与低噪声宽频带放大模块相连，所述低噪声宽频带放大模块与数据采集模块相连。

2.如权利要求1所述的相位噪声测试仪，其特征在于，所述程控锁相环模块包括：

低通滤波单元，用于检测且提取被测信号源的相位噪声信号，并去除所述相位噪声信号中的高频信号，发送去除高频信号的相位噪声信号；

信号放大单元，用于接收所述低通滤波单元发送的相位噪声信号，并对所述相位噪声信号进行放大，发送放大后的相位噪声信号；

直流电压调节单元，用于接收所述信号放大单元发送的相位噪声信号，并对所述相位噪声信号电压进行调节，发送调节后的相位噪声信号；

带宽选择滤波单元，用于接收所述直流电压调节单元发送的相位噪声信号，并从中选择且提取出电压控制信号，发送所述电压控制信号；

本振信号源，用于接收所述带宽选择滤波单元发送的电压控制信号，并将所述电压控制信号调节本振源频率后和被测信号源进行相乘运算，发送运算结果给所述低通滤波单元；

所述低通滤波单元分别与低噪声宽频带放大模块和信号放大单元相连，所述信号放大单元与直流电压调节单元相连，所述直流电压调节单元与带宽选择滤波单元相连，所述带宽选择滤波单元与本振信号源相连。

3.如权利要求1或2所述的相位噪声测试仪，其特征在于，所述低噪声宽频带放大模块包括高频低噪声宽频带放大单元和低频低噪声宽频带放大单元；

所述高频低噪声宽频带放大单元包括高频前级放大子单元、高频高通滤波子单元、高频单端转差分子单元、高频程控放大子单元和高频低通滤波子单元；

所述低频低噪声宽频带放大单元包括低频前级放大子单元、低频高通滤波子单元、低频单端转差分子单元、低频程控放大子单元和低频低通滤波子单元；

所述高频前级放大子单元分别与低通滤波单元和高频高通滤波子单元相连，所述高频高通滤波子单元与高频单端转差分子单元相连，所述高频单端转差分子单元与高频程控放大子单元连接，所述高频程控放大子单元与高频低通滤波子单元相连，所述高频低通滤波子单元与数据采集模块相连；

所述低频前级放大子单元分别与低通滤波单元和低频高通滤波子单元相连，所述低频高通滤波子单元与低频单端转差分子单元相连，所述低频单端转差分子单元与低频程控放大子单元相连，所述低频程控放大子单元与低频低通滤波子单元相连，所述低频低通滤波子单元与数据采集模块相连。

4.如权利要求3所述的相位噪声测试仪，其特征在于，所述数据采集模块包括：

第一A/D转换单元，用于接收高频低噪声宽频带放大单元输出的相位噪声信号，并将所述相位噪声信号转换为数字信号，发送所述数字信号；

存储单元，用于接收且存储所述第一A/D转换单元发送的数字信号，并将所述数字信号发送到计算机的数据总线；

第二A/D转换单元，用于接收所述低频低噪声宽频带放大单元输出的相位噪声信号，并将所述相位噪声信号转换为数字信号，发送所述数字信号到计算机的数据总线；

所述第一A/D转换单元分别与高频低噪声宽频带放大单元和存储单元相连，所述第二A/D转换单元与低频低噪声宽频带放大单元相连。

5.如权利要求4所述的相位噪声测试仪，其特征在于，所述第一A/D转换单元由两个采样频率相同的16位A/D转换器构成，相应地，所述存储单元由两个双口随机存储器构成；所述双口随机存储器的输入端与A/D转换器的输出端相连，所述双口随机存储器的输出端与计算机的数据总线相连。

6.如权利要求5所述的相位噪声测试仪，其特征在于，所述两个A/D转换器的采样时钟信号由频率信号分频得到，并且两路采样时钟信号的相位差为180度。

7.如权利要求4所述的相位噪声测试仪，其特征在于，所述第二A/D转换单元为24位A/D转换器。

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