CN205670764U - 一种利用锁相环pll和倍频的参考源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种利用锁相环PLL和倍频的参考源系统，其利用锁相环PLL电路，将内部的恒温晶振信号与外部输入的参考信号进行鉴频鉴相，直到其信号锁定输出稳定的参考信号；该信号通过功分电路分成2路输出；每路再经过三极管放大电路、一AW声表滤波器得到其他电路的参考信号；经锁定的恒温晶振信号，进入三极管倍频器、SAW声表滤波器提取倍频信号后经功分电路分为2路，每路再经功分电路分成2路，一路作为本振信号进入混频器，另一路进行分频器处理后也进入混频器，混频后再依次进入三极管放大电路、SAW声表滤波器、三极管放大电路处理后进入固定分频器、低通滤波器，产生用于第二、三本振信号的锁相环电路的鉴相参考频率。

Description

一种利用锁相环PLL和倍频的参考源系统

技术领域

本实用新型涉及一种参考源系统，尤其涉及一种利用锁相环PLL和倍频的参考源系统。

背景技术

参考源作为一个电子系统的组成部分，其技术指标决定着整个系统的指标。比如相位噪声、杂散、频率稳定性、频率可变性等技术指标。

早期的参考源主要是通过直接式频率合成来产生的，直接由一个参考晶振进行多次倍频或混频来产生所需要的射频信号，其电路级数较多且复杂，还要增加多级不必要的滤波、放大电路。在锁相环PLL技术产生之后，极大的简化了参考源电路的设计，同时也提高了整个系统的相位噪声、杂散等技术指标。在二十世纪90年代，又产生了基于数字化技术的直接数字式频率合成技术DDS，该技术可实现更精细化的频率、幅度和相位分辨率。但由于内部信号的产生使用的是数字累加技术，必然会产生杂散信号。因此此技术仅适用于对相位和杂散指标要求不高的电路设计中，或者仅为提高频率分辨率，而用于PLL电路中。

频率源的产生大部分是在参考源的基础上，在锁相环PLL电路中，通过倍频、分频、混频等方法来得到的。一般而言，倍频虽然能直接提高信号频率，但必然会造成20logN(N为倍频系数)的相位噪声的恶化，并且产生不必要的谐波信号，因此如何简化倍频电路并有效抑制不必要的谐波信号，是倍频电路所需要特别关注的。同时需要关注的是，如何将要选取的倍频信号幅度最大化，也是电路设计中一个重要的设计因素。

对于相位噪声而言，目前主要采用锁相环PLL技术来提高近频的相位噪声，因为根据锁相环的技术原理，近频的相位噪声主要取决于参考晶振的近频相位噪声。这样我们只需要选取一个近频相噪指标很好的晶振就可以了。而远频的相位噪声是由锁相环电路中的高频振荡源(如VCO、YIG等)决定的。这样就可以提高整个频段内的相位噪声指标。

实用新型内容

针对以上问题本实用新型提供了一种低相位噪声、低杂散、参考频率可变的一种利用锁相环PLL和倍频的参考源系统。同时提供内部参考信号(晶振)和外部参考信号的两种参考输入方式。本设计方案可广泛通用于参考源设计电路中。

为了解决以上问题本实用新型采取了以下技术方案：一种利用锁相环PLL和倍频的参考源系统，其特征在于，包括锁相环PLL电路、恒温控制晶体振荡器、三极管倍频器、4个LCR功分电路、可变分频器AD9514、混频器、8个三极管放大电路、5个SAW声表滤波器、2个固定分频器、2个LC LPF低通滤波器；

最初的信号来源为外部输入的参考信号，利用锁相环PLL电路，将恒温控制晶体振荡器输出的恒温晶振信号与外部输入的参考信号进行鉴频鉴相，其鉴相电压经过环路滤波器后形成控制内部恒温晶振的压控电压，控制恒温晶振信号的输出信号频率，直到其信号锁定输出稳定的参考信号；

这个稳定的经过锁定的恒温晶振信号通过一个LCR功分电路将信号分成2路输出；每路再依次经过一个三极管放大电路、一个SAW声表滤波器进行放大和滤波处理后作为其他电路的参考信号；

经过锁定的恒温晶振信号，进入三极管倍频器；然后通过一个SAW声表滤波器，将所需要的倍频信号提取出来，该倍频信号通过一个LCR功分电路分为功能作用相同的2路，每一路再通过一个LCR功分电路分成2路，一路作为本振信号直接进入混频器，另一路进入可变分频器AD9514，进行分频处理；

分频后的信号作为RF射频信号也进入一个混频器，两路信号进入混频器后再依次进入一个三极管放大电路、一个SAW声表滤波器、一个三极管放大电路，进行二次三极管放大和一次SAW声表滤波处理；经过放大、滤波处理后的参考信号进入固定分频器，然后经过一个低通滤波器后，产生出用于第二或第三本振信号的锁相环电路的鉴相参考频率。

所述的LCR功分电路包括电容C36、C37、C38，电感L8、L9，电阻R22，电容C36对输入信号耦合接地，输入信号通过两个串联电感L8、L9分为两路输出，两路输出信号之间串联一个电阻R22，同时在两路信号的输出端都分别并联一个接地耦合电容C37、C38。电容C36主要用于输入信号的匹配作用，使选取的输入信号能顺利通过，两个串联电感L8、L9分为两路输出，电感主要用于频率的选取，两路输出信号之间的串联电阻R22用于对两路输出信号的输出幅度进行匹配调节。并联接地耦合电容C37、C38，用于对信号进行匹配作用。

所述的三极管倍频器包括：输入匹配电路、三极管谐振电路、电源滤波电路、输出匹配及滤波电路；

输入匹配电路包括电容C91～C93、电感L25；

三极管谐振电路包括三极管V6、电阻R39、电容C90、电感L27；

信号输入端连接电感L25的一端，电感L25的另一端串联一个电容C93后进入三极管V6的基极；电感L25两端还分别并联一个电容C91、C92到地；其中C91、C92、L25组成低通滤波电路，对输入信号进行滤波选取，同时防止输出端的信号反射到输入端。电容C93串联在输入信号中接入三极管的基极，进入三极管谐振电路。

三极管V6的发射极直接连接到地，三极管V6的基极并联接入一个电阻R39，电阻R39的另一端并联分为2路，一路连接电源滤波电路中，另一路连接并联的电容C90和电感C27的一端；并联的电容C90和电感C27的另一端连接到三极管V6的集电极输出；三极管选用NPN型的高频微波三极管，电容C90和电感L27并联组成谐波倍频电路，产生多谐波倍频信号。

电源滤波电路包括馈通电容FL10、电容C85～C89、磁珠E11、电感L26、电阻R38；工作电压输入端依次串联一个馈通电容FL10、一个磁珠E11、一个电感L26、一个电阻R38，电阻R38的另一端作为电源滤波电路的输出端，连接到R39、C90、C27的交汇点上；同时在馈通电容FL10和磁珠E11之间并联接入一个电容C85，电容C85另一端连接到地；在磁珠E11和电感L26之间并联接入一个电容C86，电容C86另一端连接到地；在电感L26和电阻R38之间分别并联接入两个电容C87、C88，两个电容C87、C88的另一端都连接到地；在电阻R38与电阻R39之间并联接入一个电容C89，电容C89的另一端连接到地；其中馈通电容FL10带有抗EMI电磁干扰作用，磁珠E11起到高频抑制作用，电容C86和电感L26组成LC电源滤波器，电阻R38和电容C89组成一个RC滤波器，同时R38起到分压限流作用，使三极管工作在有效放大区域。其他电容C85、C87、C88、C89主要用于信号的耦合滤波作用。

输出匹配及滤波电路包括电容C94、C95、电感L28；信号从三极管V6的集电极输出后，串联一个电容C94，电容C94的另一端分为2路，一路连接到电感L28，电感L28的另一端连接到地；另一路连接到电容C95，电容C95的另一端作为输出匹配及滤波电路的输出端，连接到下一级电路中。

所述的恒温控制晶体振荡器为80MHz的恒温控制晶体振荡器。

所述的三极管倍频器为倍频N＝5的三极管倍频器。

所述的最初外部输入的参考信号为10MHz。

有益效果：

本实用新型的三极管放大电路，主要是针对1G以内的参考信号进行的幅度放大。其放大的增益系数可调。这样保证整个系统中参考信号的幅度适中，既避免信号过大，趋于饱和，导致谐波信号增大；也避免信号过小，抬高信号的底噪。

本实用新型系统采用锁相环PLL电路，因此环路带宽内的相位噪声主要由OCXO“恒温控制晶体振荡器”或外部输入的参考信号决定，因此可以保证整个参考源系统的低相位噪声。一般可达-150dBc/Hz@1kHz。

本实用新型的功分电路采用简单的元器件电路构建而成，2路功分的损耗功率只有-3.3dB。仅比理论损耗差0.3dB。而且有效工作频率可从DC～1G。其电路设计简单，成本低廉，调节方便，同时也可以进行3路功分甚至多路功分。

本实用新型的倍频电路的设计，是根据三极管PN结电容的非线性变化得到输入信号的谐波的理论基础而产生的。通过ADS仿真的调试，可将所需要的输出谐波信号的幅度最大化。然后通过后续的输出匹配电路和SAW滤波器去掉多余的谐波信号。该电路可减少常用倍频电路引入的噪声，电磁兼容性好。

本实用新型系统通过AD9514和混频电路，可实现用户所需要的多路参考频率。并且可根据外部需求，通过软件控制，实时改变输出的参考频率。

附图说明

图1为一种利用锁相环PLL和倍频的参考源系统的示意图。

图2为本实用新型的LCR功分电路的电路图。

图3为本实用新型的三极管倍频器的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种利用锁相环PLL和倍频的参考源系统，包括锁相环PLL电路、80MHz恒温控制晶体振荡器、倍频N＝5的三极管倍频器、4个LCR功分电路、可变分频器AD9514、混频器、8个三极管放大电路、5个SAW声表滤波器、2个固定分频器、2个LCLPF低通滤波器；

最初的信号来源为外部输入的10MHz参考信号，利用锁相环PLL电路，将80MHz恒温控制晶体振荡器输出的80MHz信号与外部输入的10MHz参考信号进行鉴频鉴相，其鉴相电压经过环路滤波器后形成控制内部80MHz恒温晶振的压控电压，控制80MHz晶振的输出信号频率，直到其信号锁定输出稳定的80MHz信号；

这个稳定的经过锁定的80MHz恒温晶振信号通过一个LCR功分电路将信号分成2路输出；每路再依次经过一个三极管放大电路、一个80MHz的SAW声表滤波器进行放大和滤波处理；

经过锁定的80MHz恒温晶振信号，进入倍频N＝5的三极管倍频器；然后通过一个400MHz的SAW声表滤波器，将所需要的400MHz倍频信号提取出来，倍频信号400MHz通过一1个LCR功分电路分为2路，每一路再通过一个LCR功分电路分成2路，一路作为LO本振信号直接进入混频器，另一路进入可变分频器AD9514，进行分频处理；

分频后的信号作为RF射频信号也进入混频器，混频后的信号输出频率范围为360M～380M，两路信号进入混频器后再依次进入一个三极管放大电、一个SAW声表滤波器、一三极管放大电路，进行二次三极管放大，和一次SAW声表滤波处理。经过放大、滤波处理后的参考信号进入固定分频器，然后经过一个LC LPF低通滤波器后，得到90M～95M的参考输出信号。

如图2所示，所述的LCR功分电路包括电容C36、C37、C38，电感L8、L9，电阻R22，电容C36对输入信号耦合接地，输入信号通过两个串联电感L8、L9分为两路输出，两路输出信号之间串联一个电阻R22，同时在两路信号的输出端都分别并联一个接地耦合电容C37、C38。电容C36主要用于输入信号的匹配作用，使选取的输入信号能顺利通过，两个串联电感L8、L9分为两路输出，电感主要用于频率的选取，两路输出信号之间的串联电阻R22用于对两路输出信号的输出幅度进行匹配调节。并联接地耦合电容C37、C38，用于对信号进行匹配作用。

如图3所示，所述的三极管倍频器包括：输入匹配电路、三极管谐振电路、电源滤波电路、输出匹配及滤波电路；

输入匹配电路包括电容C91～C93、电感L25；三极管谐振电路包括三极管V6、电阻R39、电容C90、电感L27；

信号输入端连接电感L25的一端，电感L25的另一端串联一个电容C93后进入三极管V6的基极；电感L25两端还分别并联一个电容C91、C92到地；其中C91、C92、L25组成低通滤波电路，对输入信号进行滤波选取，同时防止输出端的信号反射到输入端。电容C93串联在输入信号中接入三极管的基极，进入三极管谐振电路。

三极管V6的发射极直接连接到地，三极管V6的基极并联接入一个电阻R39，电阻R39的另一端并联分为2路，一路连接电源滤波电路中，另一路连接并联的电容C90和电感C27的一端；并联的电容C90和电感C27的另一端连接到三极管V6的集电极输出；

三极管选用NPN型的高频微波三极管，电容C90和电感L27并联组成谐波倍频电路，产生多谐波倍频信号。

电源滤波电路包括馈通电容FL10、电容C85～C89、磁珠E11、电感L26、电阻R38；

工作电压输入端依次串联一个馈通电容FL10、一个磁珠E11、一个电感L26、一个电阻R38，电阻R38的另一端作为电源滤波电路的输出端，连接到R39、C90、C27的交汇点上；同时在馈通电容FL10和磁珠E11之间并联接入一个电容C85，电容C85另一端连接到地；在磁珠E11和电感L26之间并联接入一个电容C86，电容C86另一端连接到地；在电感L26和电阻R38之间分别并联接入两个电容C87、C88，两个电容C87、C88的另一端都连接到地；在电阻R38与电阻R39之间并联接入一个电容C89，电容C89的另一端连接到地；

其中馈通电容FL10带有抗EMI电磁干扰作用，磁珠E11起到高频抑制作用，电容C86和电感L26组成LC电源滤波器，电阻R38和电容C89组成一个RC滤波器，同时R38起到分压限流作用，使三极管工作在有效放大区域。其他电容C85、C87、C88、C89主要用于信号的耦合滤波作用。

输出匹配及滤波电路包括电容C94、C95、电感L28；信号从三极管V6的集电极输出后，串联一个电容C94，电容C94的另一端分为2路，一路连接到电感L28，电感L28的另一端连接到地；另一路连接到电容C95，电容C95的另一端作为输出匹配及滤波电路的输出端，连接到下一级电路中。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不限制于本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种利用锁相环PLL和倍频的参考源系统，其特征在于，包括锁相环PLL电路、恒温控制晶体振荡器、三极管倍频器、4个LCR功分电路、可变分频器AD9514、混频器、8个三极管放大电路、5个SAW声表滤波器、2个固定分频器、2个LC LPF低通滤波器；

最初的信号来源为外部输入的参考信号，利用锁相环PLL电路，将恒温控制晶体振荡器输出的恒温晶振信号与外部输入的参考信号进行鉴频鉴相，其鉴相电压经过环路滤波器后形成控制内部恒温晶振的压控电压，控制恒温晶振信号的输出信号频率，直到其信号锁定输出稳定的参考信号；

这个稳定的经过锁定的恒温晶振信号通过一个LCR功分电路将信号分成2路输出；每路再依次经过一个三极管放大电路、一个SAW声表滤波器进行放大和滤波处理后作为其他电路的参考信号；

经过锁定的恒温晶振信号，进入三极管倍频器；然后通过一个SAW声表滤波器，将所需要的倍频信号提取出来，该倍频信号通过一个LCR功分电路分为功能作用相同的2路，每一路再通过一个LCR功分电路分成2路，一路作为本振信号直接进入混频器，另一路进入可变分频器AD9514，进行分频处理；

分频后的信号作为RF射频信号也进入一个混频器，两路信号进入混频器后再依次进入一个三极管放大电路、一个SAW声表滤波器、一个三极管放大电路，进行二次三极管放大和一次SAW声表滤波处理；经过放大、滤波处理后的参考信号进入固定分频器，然后经过一个低通滤波器后，产生出用于第二或第三本振信号的锁相环电路的鉴相参考频率。

2.根据权利要求1所述的一种利用锁相环PLL和倍频的参考源系统，其特征在于，所述的LCR功分电路包括电容C36、C37、C38，电感L8、L9，电阻R22，电容C36对输入信号耦合接地，输入信号通过两个串联电感L8、L9分为两路输出，两路输出信号之间串联一个电阻R22，同时在两路信号的输出端都分别并联一个接地耦合电容C37、C38。

3.根据权利要求1所述的一种利用锁相环PLL和倍频的参考源系统，其特征在于，所述的三极管倍频器包括：输入匹配电路、三极管谐振电路、电源滤波电路、输出匹配及滤波电路；

输入匹配电路包括电容C91～C93、电感L25；三极管谐振电路包括三极管V6、电阻R39、电容C90、电感L27；

信号输入端连接电感L25的一端，电感L25的另一端串联一个电容C93后进入三极管V6的基极；电感L25两端还分别并联一个电容C91、C92到地；

三极管V6的发射极直接连接到地，三极管V6的基极并联接入一个电阻R39，电阻R39的另一端并联分为2路，一路连接电源滤波电路中，另一路连接并联的电容C90和电感C27的一端；并联的电容C90和电感C27的另一端连接到三极管V6的集电极输出；

电源滤波电路包括馈通电容FL10、电容C85～C89、磁珠E11、电感L26、电阻R38；

工作电压输入端依次串联一个馈通电容FL10、一个磁珠E11、一个电感L26、一个电阻R38，电阻R38的另一端作为电源滤波电路的输出端，连接到R39、C90、C27的交汇点上；同时在馈通电容FL10和磁珠E11之间并联接入一个电容C85，电容C85另一端连接到地；在磁珠E11和电感L26之间并联接入一个电容C86，电容C86另一端连接到地；在电感L26和电阻R38之间分别并联接入两个电容C87、C88，两个电容C87、C88的另一端都连接到地；在电阻R38与电阻R39之间并联接入一个电容C89，电容C89的另一端连接到地；

输出匹配及滤波电路包括电容C94、C95、电感L28；信号从三极管V6的集电极输出后，串联一个电容C94，电容C94的另一端分为2路，一路连接到电感L28，电感L28的另一端连接到地；另一路连接到电容C95，电容C95的另一端作为输出匹配及滤波电路的输出端。

4.根据权利要求1所述的一种利用锁相环PLL和倍频的参考源系统，其特征在于，所述的恒温控制晶体振荡器为80MHz的恒温控制晶体振荡器。

5.根据权利要求1所述的一种利用锁相环PLL和倍频的参考源系统，其特征在于，所述的三极管倍频器为倍频N＝5的三极管倍频器。

6.根据权利要求1所述的一种利用锁相环PLL和倍频的参考源系统，其特征在于，所述的最初外部输入的参考信号为10MHz。