CN203827320U - 一种支持超窄带通信的快速锁相环装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种支持超窄带通信的快速锁相环装置，该快速锁相环装置的锁相环的环路带宽设计较窄，这样可以获得较低的灵敏度。为了提升锁定建立时间，本实用新型在VCO的调谐端增加了辅助扫描电路，利用锁相环锁定指示进行判断，在发现锁相环没有锁定时，通过输出扫描电压加在VCO的调谐端，帮助锁相环尽快进入捕捉带从而促进快速入锁。本实用新型通过自动增益控制电路保证锁相环芯片在最优电平值上进行工作。本实用新型通过窄带带通滤波器提纯中频信号、滤除杂散和远端噪声，提高了环路信噪比。

Description

一种支持超窄带通信的快速锁相环装置

技术领域

本实用新型属于超窄带通信领域，尤其涉及一种支持超窄带通信的快速锁相环装置。

背景技术

超窄带通信技术是一种建立在高效类正弦和非正弦无线通信体制理论上的通信技术，突出特点是具备极高的频率利用率，其核心技术包括类正弦/非正弦高效调制技术，可适应各种信道带宽、系统容量和破碎频谱；基于数字冲击滤波器的解调技术，实现在高频谱利用率时保持良好的解调性能。超窄带通信技术在变码率、抗衰落、抗脉冲干扰、抗同频干扰、抗收发频偏和高速、高机动通信等方面具有显著的性能优势和发展潜能。超窄带通信技术和现有通信技术一个重要区别是已调信号中保留载波分量，从而强化接收机的同步能力并使解调器能自动跟踪调制器的变化，这其中接收机锁相环的结构设计是其中最关键的技术之一。

现有接收机锁相环方案详见图1，该锁相环包括：天线、低噪声前置放大器、混频器、中频放大器、锁相环芯片、环路低通滤波器、压控振荡器VCO。

天线接收射频信号RF，经低噪声前置放大器放大后，再经混频器下变频到中频信号，中频信号经中频放大器放大后，分为两路，一路直接输出，提供给后端的A\D进行采样，另一路作为锁相环芯片的反馈输入信号。参考信号经锁相环芯片进行鉴相获得中频信号与参考信号之间的相位差，并产生表示该相位差的电压V，并输出；电压V通过环路低通滤波器滤除电压值中的噪声和干扰成分获得低频信号，即调谐电压，输出至压控振荡器VCO的调谐端。调谐端根据调谐电压输出本振信号至混频器。当锁相环芯片鉴相获得的相位差稳定时，锁相环入锁。锁相环的功能就是令相位差不断变化，直到稳定。相位差从初始变化状态到稳定的过程即入锁过程是渐进的，初始相位差越大，入锁时间越长。一般为30微秒以上。

对于超窄带接收机锁相环的现有方案而言，要具备快速的建立时间，如果希望提高入锁速度，则需要加大锁相环的环路带宽，而环路带宽的加大会间接地损失接收机的接收灵敏度。快速的建立时间和接收机灵敏度二者相互矛盾。所以现有方案为了兼顾接收机的灵敏度，锁相环的环路带宽不能设计的太宽，导致该结构的锁定时间较慢。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种支持超窄带通信的快速锁相环装置，其解决了锁相环快速入锁和接收机灵敏度二者之间的矛盾，在不损失灵敏度的基础上，使锁相环尽快进入捕捉带，实现了快速入锁的目的。

本实用新型的支持超窄带通信的快速锁相环装置，

一种支持超窄带通信的快速锁相环装置，包括由混频器、中频放大器、锁相环芯片、环路低通滤波器和压控振荡器VCO构成锁相环，与混频器相连的低噪声前置放大器，与低噪声前置放大器连接的天线；

该装置还包括加法电路、捕获电路和扫描电路；

加法电路设置在环路低通滤波器与压控振荡器VCO之间：加法电路的输出端接入压控振荡器VCO的调谐端，其中一个输入端连接环路低通滤波器的输出端，另一个输入端连接扫描电路的输出端；

捕获电路连接锁相环芯片的失锁指示端和扫描电路，当捕获电路接收到失锁信号，触发扫描电路工作，当接收到入锁信号，控制扫描电路停止工作；

扫描电路在被捕获电路触发进入工作状态时，输出扫描电压；其中，扫描电压的范围在压控振荡器VCO允许输入的调谐电压范围之内；扫描电压的扫描频率低于锁相环的响应频率且高于锁相环的更新频率。

优选地，还包括自动增益控制电路AGC；

该自动增益控制电路设置于中频放大器之后、锁相环芯片之前，用于调节中频信号的电平值，使其达到锁相环芯片所需的最优电平值。

优选地，还包括窄带带通滤波器BPF；

窄带带通滤波器设置于自动增益控制电路之后、锁相环芯片之前，用于滤除窄带范围之外的杂散和远端噪声，所述窄带带宽范围为5-15KHZ。

本实用新型的有益效果在于：

1.本实用新型在VCO的调谐端增加了辅助扫描电路，利用锁相环锁定指示输出进行锁环判断，当发现锁相环没有锁定时，通过输出扫描电压加在VCO的调谐端，帮助锁相环尽快进入捕捉带从而促进快速入锁，从而不需要加大锁相环的环路带宽即能快速入锁，克服了现有技术中快速的建立时间和接收机灵敏度二者相互矛盾的问题。

2.自动增益控制电路保证锁相环芯片在最优电平值上进行工作。

3.窄带带通滤波器提纯中频信号、滤除杂散和远端噪声，提高了环路信噪比。

附图说明

图1是现有技术中的支持超窄带通信的锁相环装置示意图；

图2是本实用新型实施例一的支持超窄带通信的快速锁相环装置示意图。

图3是本实用新型实施例二的支持超窄带通信的快速锁相环装置示意图。

具体实施方式

实施例一

图2是本实用新型实施例一的支持超窄带通信的快速锁相环装置示意图。如图2所示，该快速锁相环装置包括：天线、低噪声前置放大器、混频器、中频放大器、锁相环芯片、环路低通滤波器、压控振荡器VCO，还包括加法电路、捕获电路和扫描电路。

连接关系为：混频器、中频放大器、锁相环芯片、环路低通滤波器和压控振荡器VCO构成锁相环，天线通过低噪声前置放大器接入混频器。加法电路设置在环路低通滤波器与压控振荡器VCO之间，加法电路的输出端接入压控振荡器VCO的调谐端，其中一个输入端连接环路低通滤波器的输出端，另一个输入端连接扫描电路的输出端；捕获电路连接锁相环芯片的失锁指示端和扫描电路。

其中，加法电路的作用是，将环路低通滤波器的输出和扫描电路的输出相加后施加到压控振荡器VCO的调谐端。加法电路可以采用运算放大器搭建。

捕获电路的作用是，当接收到失锁信号，则触发扫描电路工作，当接收到入锁信号，则控制扫描电路停止工作。

扫描电路的作用是，当被捕获电路触发进入工作状态时，输出扫描电压；该扫描电压的范围在压控振荡器VCO允许输入的调谐电压范围之内，一般来说可以设置为调谐电压范围的两个边界向内缩一个设定阈值△，例如△=0.5V，调谐电压范围为0至5V，则扫描电压范围为0.5～4.5V。

本快速锁相环装置的工作过程为：

装置开始工作后，一般来说锁相环芯片首先进入失锁状态，假设此时经环路低通滤波器处理后，输入到加法电路的电压值V1为1.5V，同时，锁相环芯片的失锁指示端输出失效信号，此时捕获电路控制扫描电路开始在其扫描电压范围内输出扫描电压，例如扫描电压变化范围为0.5V～4.5V，当前扫描电压值为0.5V，则VCO接收到的输入调谐电压为2V（加法电路会限制输出调谐电压的最大值），VCO输出2V对应的本振信号。由于本振信号发生变化，锁相环芯片的鉴相获得的相位差得到更新。扫描电压值不断变化，当相位差稳定时，锁相环芯片入锁，输出锁定信号，捕获电路控制扫描电路停止工作。之后，只有锁相环工作，以维持相位差的稳定状态。

由于扫描电压的变化频率高于锁相环单独工作时的更新速度，因此使得锁相环快速进入锁定状态。经试验，测得入锁时间降低至十几微秒。

需要说明的是，扫描电压的扫描频率不能太高，其不能高于锁相环的响应频率，否则锁相环不能响应本振信号的变化；扫描电压的扫描频率也不能太低，其不能低于锁相环的更新频率，否则，将失去设置扫描电路的意义。

实施例二

现有接收机锁相环方案详见图1，超窄带通信现有接收机锁相环技术会导致接收机灵敏度不高，当落到天线的射频信号比较微弱时或者输入信噪比比较恶化时，信号经过上述图1的流程后会导致鉴相器无法和标准信号进行鉴相，致使锁相环失锁整个接收机无法正常工作。为解决这个问题，本发明在实施例一的基础上再增加自动增益控制电路AGC和窄带带通滤波器BPF。如图3所示，图3是本实用新型实施例二的支持超窄带通信的快速锁相环装置示意图。其中：

自动增益控制电路设置于中频放大器之后、锁相环芯片之前，用于调节中频信号的电平值，使其达到锁相环芯片所需的最优电平值；

窄带带通滤波器设置于中频放大器之后、锁相环芯片之前，用于滤除窄带范围之外的杂散和远端噪声，所述窄带范围为5-15KHZ。

当然，本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种支持超窄带通信的快速锁相环装置，该快速锁相环装置包括：混频器、中频放大器、锁相环芯片、环路低通滤波器、压控振荡器构成锁相环，锁相环芯片包括：分频器和鉴相器，与混频器相连的低噪声前置放大器，与低噪声前置放大器连接的天线；

其特征在于，还包括加法电路、捕获电路和扫描电路；

加法电路设置在环路低通滤波器与压控振荡器之间：加法电路的输出端接入压控振荡器的调谐端，其中一个输入端连接环路低通滤波器的输出端，另一个输入端连接扫描电路的输出端；

捕获电路连接锁相环芯片的失锁指示端和扫描电路，当捕获电路接收到失锁信号，触发扫描电路工作，当接收到入锁信号，控制扫描电路停止工作；

扫描电路在被捕获电路触发进入工作状态时，输出扫描电压；其中，扫描电压的范围在压控振荡器VCO允许输入的调谐电压范围之内；扫描电压的扫描频率低于锁相环的响应频率且高于锁相环的更新频率。

2.如权利要求1所述的支持超窄带通信的快速锁相环装置，其特征在于，还包括：自动增益控制电路；

该自动增益控制电路设置于中频放大器之后、锁相环芯片之前，用于调节中频信号的电平值，使其达到锁相环芯片所需的最优电平值。

3.如权利要求1所述的支持超窄带通信的快速锁相环装置，其特征在于，还包括：窄带带通滤波器；

窄带带通滤波器设置于自动增益控制电路之后、锁相环芯片之前，用于滤除窄带范围之外的杂散和远端噪声，所述窄带带宽范围为5-15KHZ。