CN214101354U

CN214101354U - K波段微型化宽带低相噪频率源

Info

Publication number: CN214101354U
Application number: CN202121742504.2U
Authority: CN
Inventors: 廖成龙; 胡明武
Original assignee: Chengdu Ren Jian Microwave Technology Co ltd
Current assignee: Chengdu Ren Jian Microwave Technology Co ltd
Priority date: 2021-07-29
Filing date: 2021-07-29
Publication date: 2021-08-31
Anticipated expiration: 2031-07-29

Abstract

本实用新型提供一种K波段微型化宽带低相噪频率源，该频率源包括分频器电路、功分器、压控振荡器、环路滤波器、单片机、鉴相器、放大器、稳压块和锁相环，分频器电路与鉴相器连接，鉴相器依次连接环路滤波器、压控振荡器、功分器和放大器，所述单片机与分频器电路连接，锁相环与单片机连接，稳压块与单片机连接，所述鉴相器的VDDCP引脚通过电容C5接地，鉴相器的ACVV引脚通过电容C8接地，鉴相器的VCCPS引脚通过电容C12接地。本实用新型的体积仅9mm*9mm*2.6mm，不仅体积大大小于传统频率源，而且具有相位噪声低、杂散抑制好、频率步进小及防尘防水的优点。

Description

K波段微型化宽带低相噪频率源

技术领域

本实用新型涉及频率源领域，尤其是涉及一种K波段微型化宽带低相噪频率源。

背景技术

随着通信需求的逐渐增长和通信技术的不断发展，传统的频率源和无线传输标准已经无法满足未来通信系统的需求。在无线通信领域范围内，频率源是不可或缺的关键部件，其性能的好坏直接决定了整个系统的性能高低，因此它被称为通信系统的“心脏”。在收发机、雷达、电子对抗、广播电视、家用电器等领域中都有广泛的应用，正因为如此广泛的需求，当今在电子领域范围对频率源的性能要求越来越高，在对性能要求不断提高的同时，对频率源的体积有一定要求。

目前常规频率源的各组成器件及外围电路全部贴装在PCB上，用螺钉固定PCB板在腔体内，再封盖安装需要的连接器。这样加工材料多，生产复杂，体积大，互连麻烦，成本高，且在K波段无法实现低相噪、宽带与小体积兼容。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种K波段微型化宽带低相噪频率源，解决现有频率源在K波段无法实现低相噪、宽带与小体积兼容的问题。

本实用新型的发明目的通过以下技术方案来实现：

一种K波段微型化宽带低相噪频率源，其特征在于，该频率源包括分频器电路、功分器、压控振荡器、环路滤波器、单片机、鉴相器、放大器、稳压块和锁相环，分频器电路与鉴相器连接，鉴相器依次连接环路滤波器、压控振荡器、功分器和放大器，所述单片机与分频器电路连接，锁相环与单片机连接，稳压块与单片机连接，所述鉴相器的VDDCP引脚（VDDCP：电荷泵电路电源）通过电容C5接地，鉴相器的ACVV引脚（AVCC：预分频器BUFFER电源）通过电容C8接地，鉴相器的VCCPS引脚（VCCPS：预分频器电路电源）通过电容C12接地。

作为进一步的技术方案，所述分频器电路包括R分频器和N分频器（参考信号分频器），R分频器（射频反馈信号分频器）的输出端连接鉴相器，N分频器的一个输入端连接功分器，N分频器的输出端连接鉴相器，单片机分别连接R分频器和N分频器。

作为进一步的技术方案，分频器电路、功分器、压控振荡器、环路滤波器、单片机、鉴相器、放大器、稳压块和锁相环直接贴装PCB板上，并集成于陶瓷封装腔内。

作为进一步的技术方案，陶瓷封装腔的尺寸为9mm*9mm*2.6mm。

作为进一步的技术方案，压控振荡器为没有封装的裸片，锁相环为没有封装的裸片，频率源所含的所有电阻、电容使用0201封装，鉴相器的封装尺寸为2mm*2mm，分频器电路的封装尺寸为1mm*0.8mm，稳压块的封装尺寸为1mm*1mm，放大器的封装尺寸为1mm*1.5mm。

作为进一步的技术方案，频率源需要引出的功能接口埋置在陶瓷封装腔底部。

作为进一步的技术方案，分频器电路设置于PCB板右下方，功分器设置于分频器电路上方，压控振荡器设置于功分器上方，环路滤波器设置于压控振荡器上方，稳压块设置于分频器电路左方，单片机设置于稳压块左方，锁相环设置于单片机上方。

与现有技术相比，本实用新型将锁相环、环路滤波器、压控振荡器、功分器、分频器电路、单片机、稳压块及外围电路集成于9mm*9mm*2.6mm的陶瓷封装腔内，不仅大大缩小体，同时还具有相位噪声低、杂散抑制好、频率步进小及防尘防水的优点。

附图说明

图1为本实用新型的布局结构示意图；

图2为图1的左视结构示意图；

图3为图1的后视结构示意图；

图4为本实用新型的电路结构示意图；

图5为本实用新型鉴相器部分电容配置图。

附图标记说明：

1为分频器电路、2为功分器、3为压控振荡器、4为环路滤波器、5为单片机、6为稳压块、7为锁相环、8为PCB板、9为功能接口、10为陶瓷封装腔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

如图4和图5所示，一种K波段微型化宽带低相噪频率源，该频率源包括分频器电路1、功分器2、压控振荡器3、环路滤波器4、单片机5、鉴相器、放大器、稳压块6和锁相环7，分频器电路1与鉴相器连接，鉴相器依次连接环路滤波器4、压控振荡器3、功分器2和放大器。单片机5与分频器电路1连接，锁相环7与单片机5连接，稳压块6与单片机5连接。鉴相器的VDDCP引脚通过电容C5接地，鉴相器的ACVV引脚通过电容C8接地，鉴相器的VCCPS引脚通过电容C12接地。

分频器电路包括R分频器和N分频器，R分频器的输出端连接鉴相器，N分频器的一个输入端连接功分器，N分频器的输出端连接鉴相器，单片机分别连接R分频器和N分频器。

R分频器的输入端连接参考100MHz信号输入源。

本实施例经过反复试验和优化，减少鉴相器的外围电阻电容数量，进而使得整个频率源的体积大大缩小成为可能。

进一步，如图1~图3所示，分频器电路1、功分器2、压控振荡器3、环路滤波器4、单片机5、鉴相器、放大器、稳压块6和锁相环7直接贴装PCB板8上，并集成于陶瓷封装腔10内。陶瓷封装腔10的尺寸为9mm*9mm*2.6mm。本频率源的各组成元件直接贴装在PCB板上，省去复杂的互连接插件，提高产品的集成度，降低生产成本和周期，形成标准化实现批量生产。极大改善客户互连空间，对行业应用具有非常大的推进作用。

为了进一步缩小体积，频率源所有要用到的器件都选择最小体积的封装，比如压控振荡器选择没有封装的裸片，体积从原来4*4*1.5mm³缩小为2*2*0.1mm³，锁相环芯片选择没有封装的裸片，从原来4*4*2mm³缩小为2*2*0.3mm³，电阻电容由原来0402封装大小的改为使用更小的0201封装。鉴相器的封装尺寸为2mm*2mm，分频器电路的封装尺寸为1mm*0.8mm，稳压块的封装尺寸为1mm*1mm，放大器的封装尺寸为1mm*1.5mm。（名词解释：贴片电容常用封装有0805，0603，0402：如0402封装，是以英寸为单位来表示，04 表示长度是0.04 英寸，02 表示宽度0.02 英寸；0201封装，02表示长度是0.02英寸，01表示宽度0.01英寸。）

为了进一步缩小体积，频率源在进行印制线路设计时，调整各器件的摆放位置，让每个器件及接口都用最短的线来连接，减少线路消耗的空间。具体的，分频器电路设置于PCB板右下方，功分器设置于分频器电路上方，压控振荡器设置于功分器上方，环路滤波器设置于压控振荡器上方，稳压块设置于分频器电路左方，单片机设置于稳压块左方，锁相环设置于单片机上方。

此外，本实用新型采用类似芯片结构设计，将需要引出的功能接口9埋置在产品底部（即频率源需要引出的功能接口埋置在陶瓷封装腔底部），这种立体连接方式不仅减小实际尺寸还有利于产品焊接。同时新结构引出的端口更多，可扩展功能更多。

本实用新型使用了PLL技术，再结合宽带VCO技术、HTCC技术，不仅成功实现了输出频率带宽宽（0.25GHz-21GHz），低相位噪声(-91dBc/Hz@1k@21GHz)的频谱输出的特点，也为后续的超宽带低相噪小型化频率源的扩展打下了坚实的基础。该产品具有宽带、低相位噪声、体积小等技术指标特点。PLL技术特征在于：参考信号的输入、PLL芯片输出、放大输出。

如图4所示，K波段微型化宽带低相噪频率源主要将参考信号合成为0.25GHz -21GHz的宽带、低相位噪声的信号源，控制电路还可进行输出频谱的扩展，可扩展为2.5MHz频率步进。

在K波段小型化宽带频率源的实现过程中，参考100MHz信号给鉴相器提供参考频率，鉴相器将R分频器分频后的信号与输入参考频率比较，将频率差信号转变为输出电流i以及高频谐波。输出电流i与高频谐波经过环路滤波器滤除杂波以及积分之后转化为电压信号V，电压信号V的大小直接控制压控振荡器输出频率的频率值。压控振荡器输出频率经功分器功分后一路经放大器放大后直接输出；另一路经过N分频器分频后返回鉴相器。外部控制芯片单片机通过改变R分频器与N分频器的分频数实现输出频率步进与输出频率值的控制。

本产品将频率源的各组成元件集成于9mm*9mm*2.6mm的陶瓷封装腔内。在实现技术指标的同时比上一代体积更小，结构更稳定，使用更方便，可扩展功能更多。

各指标如下：

1）输出信号频率：0.25GHz-21GHz

2）频率分辨率：1MHz

3）杂散抑制：≥ 65dBc

4）相噪：≤-91dBc/Hz@1KHz

5）体积： 9*9*2.6mm³。

K波段小型化宽带频率源是将参考信号合成为0.25GHz-21GHz的宽带、低相位噪声、小型化的信号源产品，在公司的试验中，其能满足一般的系统级要求，能为系统提供本振信号，也可作为自检信号源进行使用，广泛用于对相位噪声要求较高、体积小的产品上。

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

Claims

1.一种K波段微型化宽带低相噪频率源，其特征在于，该频率源包括分频器电路、功分器、压控振荡器、环路滤波器、单片机、鉴相器、放大器、稳压块和锁相环，分频器电路与鉴相器连接，鉴相器依次连接环路滤波器、压控振荡器、功分器和放大器，所述单片机与分频器电路连接，锁相环与单片机连接，稳压块与单片机连接，所述鉴相器的VDDCP引脚通过电容C5接地，鉴相器的ACVV引脚通过电容C8接地，鉴相器的VCCPS引脚通过电容C12接地。

2.根据权利要求1所述的一种K波段微型化宽带低相噪频率源，其特征在于，所述分频器电路包括R分频器和N分频器，R分频器的输出端连接鉴相器，N分频器的一个输入端连接功分器，N分频器的输出端连接鉴相器，单片机分别连接R分频器和N分频器。

3.根据权利要求1所述的一种K波段微型化宽带低相噪频率源，其特征在于，分频器电路、功分器、压控振荡器、环路滤波器、单片机、鉴相器、放大器、稳压块和锁相环直接贴装PCB板上，并集成于陶瓷封装腔内。

4.根据权利要求3所述的一种K波段微型化宽带低相噪频率源，其特征在于，陶瓷封装腔的尺寸为9mm*9mm*2.6mm。

5.根据权利要求1所述的一种K波段微型化宽带低相噪频率源，其特征在于，压控振荡器为没有封装的裸片，锁相环为没有封装的裸片，频率源所含的所有电阻、电容使用0201封装，鉴相器的封装尺寸为2mm*2mm，分频器电路的封装尺寸为1mm*0.8mm，稳压块的封装尺寸为1mm*1mm，放大器的封装尺寸为1mm*1.5mm。

6.根据权利要求3所述的一种K波段微型化宽带低相噪频率源，其特征在于，频率源需要引出的功能接口埋置在陶瓷封装腔底部。

7.根据权利要求1所述的一种K波段微型化宽带低相噪频率源，其特征在于，分频器电路设置于PCB板右下方，功分器设置于分频器电路上方，压控振荡器设置于功分器上方，环路滤波器设置于压控振荡器上方，稳压块设置于分频器电路左方，单片机设置于稳压块左方，锁相环设置于单片机上方。