CN216699969U - 可抑制偶次谐波的脉冲发生电路及产生点频源的电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可抑制偶次谐波的脉冲发生电路及产生点频源的电路，该脉冲发生电路包括依次连接的偏压电路、低通匹配电路和脉冲波形发生电路；所述脉冲波形发生电路由谐振电路和两个型号相同且正、负极对连的阶跃恢复二极管组成，两个所述正、负极对连的阶跃恢复二极管串联或者并联在谐振电路输出端。其可有效抑制偶次谐波来实现脉冲发生电路，减轻了后级预选滤波器选频压力大的问题。

Description

可抑制偶次谐波的脉冲发生电路及产生点频源的电路

技术领域

本实用新型属于模拟射频信号上、下变频调理或ADC/DAC的采样时钟电路技术领域，具体地涉及一种可抑制偶次谐波的脉冲发生电路及产生有低相噪要求的点频源电路。

背景技术

不管是作为变频链路的本振源还是作为模数转换或者数模转换的采样时钟均是电子系统的心脏，是决定电子系统性能的关键电路模块。本振相位噪声特性在变频中直接会反映在混频之后的信号上，另外，采样时钟的相位噪声(通常在模数转换中会提时钟抖动)在ADC中极大的影响数据的有效位ENOB，在DAC中影响输出信号的频谱纯度及质量。

信号源的产生机制可分为4种：直接频率合成技术、间接频率合成技术(又称锁相式频率合成技术即PLL技术)、直接数字频率合成技术(即DDS技术)以及利用器件的非线性特性，通过前端大功率的信号驱动使其工作在非线性区，产生丰富的谐波分量，进而通过预选滤波器选出所需要的频谱成分。例如，非线性电阻倍频、非线性电抗倍频(有变容二极管、阶跃恢复二极管、雪崩二极管、肖特基二极管以及晶体三极管)均是利用上述方法实现倍频。

传统利用器件的非线性倍频通常是采用驱动“单管”的方式来实现，比如文献1，《一种超宽带脉冲信号发生器的设计》(程勇，周月臣，程崇虎通信学报Vol.26No.10)利用“单管”并联阶跃恢复二极管(SRD)产生超宽带窄脉冲信号的微带结构电路；文献2，《微波全频段低功耗梳状谱发生器研制》(张清电子科技大学硕士论文2009.06)采用“单管”阶跃恢复二极管和功放管，设计出了输出0.2～18GHz信号的梳状谱发生器；文献3，实用新型专利CN212785297U中提出了一种在SRD脉冲发生器中的阶跃恢复二极管SRD与输出端隔直电容之间串接一定长度的传输导线作为调谐网络的梳状谱信号发生器及SRD脉冲发生器。其激励起的谐波分量非常丰富，奇、偶次谐波均有，且会以等输入频率间隔的方式反映在输出端。当输入参考激励信号为Ref_in(MHz)，则其输出为RF_out＝N·Ref_in(MHz)，其中，N＝1，2，3......，例如，当Ref_in＝100MHz时，则Rfout会出现100MHz、200MHz、300MHz···1000MHz、1100MHz···5000MHz、5100MHz···等频率分量，其频率间隔为100MHz。尤其是当Ref_in更小时，其频率间隔将会更密集，对于后级的预选滤波器的选频能力有极高的要求，这极大地增加了预选滤波器的选频压力，滤波器的陡峭程度及带外抑制度将极大地影响信号的频谱纯度。通常只能选择高Q值腔体滤波器或者声表面波滤波器SAW作为输出的选频器件，而腔体滤波器虽然有较高的Q值，但其体积较大，不满足目前集成化、小型化的电路需求。另外，SAW由于其具有优良的窄带特性，通常是此电路的优选选频器件，但是其温度特性极差，对于宽温度范围的应用场合存在滤波器中心频率偏移的问题，而且，SAW的高频性能不佳。目前，针对SAW的温度特性差及高频性能不佳的特点，已有可替代其的体声波滤波器BAW，该类型的滤波器对温度变化不敏感，高频性能也更加，但其成本高，货架产品很少，极大地限制了其的广泛应用。

实用新型内容

为了解决现有采用驱动“单管”的方式带来的奇、偶次谐波均存在，频谱分量随着输入频率的减小，间隔越密集的问题，本实用新型提供可抑制偶次谐波的脉冲发生电路及产生点频源的电路，其可有效抑制偶次谐波来实现脉冲发生电路，减轻了后级预选滤波器选频压力大的问题。

本实用新型通过以下技术方案实现：

本实用新型第一方面提供可抑制偶次谐波的脉冲发生电路，包括依次连接的耦合电容、偏压电路、低通匹配电路和脉冲波形发生电路；

所述偏压电路包括串联的第一电感和第一电阻，所述第一电阻的非公共端接地；

所述脉冲波形发生电路由谐振电路和两个型号相同且正、负极对连的阶跃恢复二极管组成，两个所述正、负极对连的阶跃恢复二极管串联或者并联在谐振电路输出端。

在一种可能的设计中，所述谐振电路包括第一电容和第二电感，所述谐振电路的第二电感串联在低通匹配电路与脉冲波形发生电路之间，所述谐振电路的第一电容一端接地且另一端与所述低通匹配电路输出端连接。。

本实用新型第二方面提供一种产生点频源的电路，包括依次连接的参考时钟驱动电路、脉冲发生电路、选频及调理电路和信号放大与调理电路，

所述脉冲发生电路为第一方面及其任一种可能中所述的一种可抑制偶次谐波的脉冲发生电路；

所述参考时钟驱动电路用于产生所述脉冲发生电路所需的功率信号；

所述选频及调理电路用于提取所述脉冲发生电路输出的频率分量；

所述信号放大与调理电路用于将所述频率分量放大到所需的功率范围。

在一种可能的设计中，所述参考时钟驱动电路包括依次连接的第一低噪声放大器、带通滤波器、第一衰减器和驱动放大器。

在一种可能的设计中，所述参考时钟驱动电路还包括连接在驱动放大器输出端的第二衰减器。

在一种可能的设计中，所述第一低噪声放大器的输入端还连接有防静电电路。

在一种可能的设计中，所述选频及调理电路包括依次连接的前级窄带介质滤波器、第二低噪声放大器和后级窄带介质滤波器。

在一种可能的设计中，所述信号放大与调理电路包括依次连接的增益放大器、第一低通滤波电路、第三衰减器和第二低通滤波电路。

本实用新型与现有技术相比，至少具有以下优点和有益效果：

本实用新型采用两个正、负极对连的SRD，串接/并接于电路中，可有效抑制偶次谐波来实现脉冲发生电路，减轻了后级预选滤波器选频压力大的问题，滤波器的过渡带可较传统电路结构放宽2倍，可以更好的实现带外抑制度，改善信号的频谱纯度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型脉冲发生电路的一电路原理图，其中，两个正、负极对连的阶跃恢复二极管并联在脉冲发生电路的链路中；

图2是本实用新型脉冲发生电路的另一电路原理图，其中，两个正、负极对连的阶跃恢复二极管串联在脉冲发生电路的链路中；

图3是现有的“单管”倍频电路的输出频谱图；

图4是本实用新型采用图1的电路结构，其输出的频谱图；

图5是本实用新型采用图2的电路结构，其输出的频谱图；

图6是本实用新型产生点频源的电路的一原理框图；

图7是本实用新型参考时钟驱动电路的部分电路图，即第一低噪声放大器、带通滤波器的一具体电路图；

图8是本实用新型参考时钟驱动电路的部分电路图，即第一衰减器和驱动放大器的一具体电路图；

图9是本实用新型采用图1所示的脉冲发生电路时，选频及调理电路的一具体电路图；

图10是本实用新型采用图1所示的脉冲发生电路时，信号放大与调理电路的一具体电路图；

图11是本实用新型LDO电路的一具体电路图；

图12是本实用新型采用图2所示的脉冲发生电路时，选频及调理电路的一具体电路图；

图13是本实用新型采用图2所示的脉冲发生电路时，信号放大与调理电路的一具体电路图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本实用新型作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本实用新型的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本实用新型，并且不应当理解为本实用新型限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以非必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例不清楚。

如图1、2所示，本实用新型第一方面公开了可抑制偶次谐波的脉冲发生电路，包括依次连接的耦合电容、偏压电路、低通匹配电路和脉冲波形发生电路；低通匹配电路使激励信号更多的注入到阶跃恢复二极管SRD上。偏压电路包括串联的第一电感和第一电阻，所述第一电阻的非公共端接地。第一电感和第一电阻串联后，第一电感和第一电阻连接的一端为公共端，非连接端为非公共端。

所述脉冲波形发生电路由谐振电路和两个型号相同且正、负极对连的阶跃恢复二极管SRD组成，两个所述正、负极对连的阶跃恢复二极管串联或者并联在谐振电路输出端。

脉冲波形发生电路的两个阶跃恢复二极管型号相同，根据具体使用情况，需注意该阶跃恢复二极管的少数载流子的寿命τ和阶跃恢复时间Tt，τ决定了二极管的最低输入频率，Tt决定了输出脉冲宽度。

本方案采用两个正、负极对连的SRD,两个正、负极对连的SRD的具体连接电路如图1中SRD1和SRD2的电路连接结构，或者图2中的SRD3和SRD4的电路连接结构，针对同一连接点，两SRD连接的电极极性不同。

所述谐振电路包括第一电容和第二电感，所述谐振电路的第二电感串联在低通匹配电路与脉冲波形发生电路之间，所述谐振电路的第一电容一端接地且另一端与所述低通匹配电路输出端连接。

本实用新型第一方面公开的脉冲发生电路，其具有两种实现方式：

其一，如图1所示，SRD1和SRD2的正、负极对连后并联在电路中，电容C1作为耦合电容，第一电感和第一电阻分别为L71、R213，共同构成后级阶跃恢复二极管SRD的自给偏压电路，C433、L69构成低通匹配电路，是使激励信号功率更多地注入到SRD上，当然，低通匹配电路也可采用其他现有的电路结构；第二电感L70作为激励电感和电容C434谐振在输出信号频率上，谐振电路的第二电感串联在低通匹配电路与脉冲波形发生电路之间，所述第一电容一端接地且另一端与所述低通匹配电路输出端连接。

其二,如图2所示，SRD3和SRD4的正、负极对连后串联在电路中；电容C2作为耦合电容，第一电感和第一电阻分别为L88、R276，共同构成后级阶跃恢复二极管SRD的自给偏压电路；C478、L86构成低通匹配电路，是使激励信号功率更多地注入到SRD上，当然，低通匹配电路也可采用其他现有的电路结构；第二电感L87作为激励电感和电容C479谐振在输出信号频率上。

采用现有的“单管”倍频电路其频谱如图3所示。

采用本实施例中图1的脉冲发生电路，当参考信号为100MHz时，输入功率为+18dBm，经过脉冲发生器后的频谱如图4所示。

采用本实施例中图2的脉冲发生电路，当参考信号为100MHz时，输入功率为+18dBm，经过脉冲发生器后的频谱如图5所示。

本方案采用两个SRD的正、负极对连，串接或者并接于电路中，外部参考信号驱动“双管”有效抑制偶次谐波来实现脉冲发生电路，改善了传统的“单管”倍频输出谐波丰富的问题。通过该电路可减小选频滤波器的压力，滤波器的过渡带可较传统电路结构放宽2倍，可以更好的实现带外抑制度，改善信号的频谱纯度。在射频信号上、下变频调理或ADC/DAC的采样时钟电路中，具有可操作性、实用性。

本实用新型第二方面公开一种产生点频源的电路，即其是第一方面中公开的脉冲发生电路的具体应用。该点频源电路包括依次连接的参考时钟驱动电路、脉冲发生电路、选频及调理电路和信号放大与调理电路，所述脉冲发生电路为第一方面中任一所述的脉冲发生器；参考时钟驱动电路用于产生所述脉冲发生电路所需的功率信号；选频及调理电路用于提取所述脉冲发生电路输出的频率分量；信号放大与调理电路用于将所述频率分量放大到所需的功率范围。

具体的，参考时钟驱动电路可以采用如图6所示的电路原理实现，即包括依次连接的第一低噪声放大器、带通滤波器、第一衰减器和驱动放大器。若输入功率过大，可在驱动放大器输出端再连接一第二衰减器。第一衰减器、第二衰减器可以选择π型衰减器，第一衰减器实现功率调节，使后级的驱动放大器工作在线性区，并改善后级驱动放大器输入驻波比。

还可再第一低噪声放大器的输入端连接一防静电电路，实现静电防护。

选频及调理电路可以采用如图6所示的电路原理实现，即包括依次连接的前级窄带介质滤波器、第二低噪声放大器和后级窄带介质滤波器。所述信号放大与调理电路包括依次连接的增益放大器、第一低通滤波电路、第三衰减器和第二低通滤波电路。

参照图1、7、8、9和10，现结合一具体实施电路对本方案的点频源电路进行说明，上述电路可用于输出频率较高的应用中。

二极管CR3构成防静电电路；U15为100MHz激励信号的低噪声放大器，C130、C134为隔直电容，L52、C119、C112、C106、R56、R80、FL9、E20构成该放大器的直流偏置电路；L64、C283、C288、L61、C128、C143、L65、C289、C294、C279、L62、C295、C425、L66、C129、C280、L63、C426、C427、L67共同组成该激励信号带宽为40MHz的Chebyshev I带通滤波器，以滤除放大器带来的非线性产生的谐波或者杂波信号；R85、R167、R169组成π型衰减器；U42为100MHz激励信号的驱动放大器，C281、C282为隔直电容，L53、C126、C125、C120、R58、R81、FL39、E41构成该放大器的直流偏置电路。

脉冲发生电路采用图1所示的脉冲发生电路，耦合电容C1可以与驱动放大器输出端的隔直电容C282合并，两正、负极对连的阶跃恢复二极管并联在链路中。L71、R213构成后级阶跃恢复二极管SRD的自给偏压电路；C433、L69构成匹配低通网络，是使激励信号功率更多地注入到SRD上；激励电感L70和电容C434谐振在输出信号频率上，SRD1和SRD2为正、负极对连的阶跃恢复二极管，并联在链路中。

FL47为窄带介质滤波器，对脉冲发生电路激励起来丰富的奇次谐波信号进行一次滤波；U45为2500MHz输出信号的低噪声放大器，C431、C432为隔直电容，L68、C430、C429、R172、R175、E67、C428、FL44构成该放大器的直流偏置电路；FL49与FL47同型号的窄带介质滤波器，对脉冲发生电路激励起来丰富的奇次谐波信号进行二次滤波和对放大器激励起的非线性成分进行滤波，以增加输出信号的频谱纯度；U66为2500MHz输出信号的高线性增益放大器，C438、C439为隔直电容，L73、C436、C437、R219、R228、E68、C435、FL54构成该放大器的直流偏置电路；FL55为截止频率高于2500MHz低通LTCC滤波器，目的是为了抑制FL49与FL47两个带通滤波器产生的寄生通带抑制较弱的情况，可满足宽频带优良的的输出信号特性；R85、R167、R169组成π型衰减器，目的一方面是为了功率调理，另一方面改善两个对连的滤波器的驻波特性；FL56为截止频率高于FL55的低通LTCC滤波器，目的同FL55一致；如图8所示的电源电路，U12及其外围电路是LDO电路，其提供整个链路的电源。

参照图2、7、8、12和13，现再结合一具体实施电路对本方案的点频源电路进行说明，上述电路可用于输出频率较低的应用中。

参考时钟驱动电路详见上一实例，在此不做赘述。

脉冲发生电路采用图2所示的脉冲发生电路，两正、负极对连的阶跃恢复二极管串联在链路中，同样的，耦合电容C1可以与驱动放大器输出端的隔直电容C282合并。

FL61为窄带介质滤波器，目的是对脉冲发生电路激励起来丰富的奇次谐波信号进行一次滤波；U70为500MHz输出信号的低噪声放大器，C476、C477为隔直电容，L85、C475、C474、C473、R274、R275、FL60、E73构成该放大器的直流偏置电路；FL62与FL61同型号的窄带介质滤波器，目的是对脉冲发生电路激励起来丰富的奇次谐波信号进行二次滤波和对放大器激励起的非线性成分进行滤波，以增加输出信号的频谱纯度；U71为500MHz输出信号的高线性增益放大器，C483、C484为隔直电容，L89、C480、C481、C482、R277、R278、FL54、E74构成该放大器的直流偏置电路；FL64为截止频率高于500MHz低通LTCC滤波器，目的是为了抑制FL49与FL47两个带通滤波器产生的寄生通带抑制较弱的情况，可满足宽频带优良的的输出信号特性；R279、R280、R281组成π型衰减器，目的一方面是为了功率调理，另一方面改善两个对连的滤波器的驻波特性；FL65为截止频率高于FL64的低通LTCC滤波器，目的同FL64一致；同样可采用U67及其外围电路构成的LDO电路为整个链路提供电源。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种可抑制偶次谐波的脉冲发生电路，其特征在于，包括依次连接的耦合电容、偏压电路、低通匹配电路和脉冲波形发生电路；

所述偏压电路包括串联的第一电感和第一电阻，所述第一电阻的非公共端接地；

所述脉冲波形发生电路由谐振电路和两个型号相同且正、负极对连的阶跃恢复二极管组成，两个所述正、负极对连的阶跃恢复二极管串联或者并联在谐振电路输出端。

2.根据权利要求1所述的一种可抑制偶次谐波的脉冲发生电路，其特征在于，所述谐振电路包括第一电容和第二电感，所述谐振电路的第二电感串联在低通匹配电路与脉冲波形发生电路之间，所述谐振电路的第一电容一端接地且另一端与所述低通匹配电路输出端连接。

3.一种产生点频源的电路，其特征在于，包括依次连接的参考时钟驱动电路、脉冲发生电路、选频及调理电路和信号放大与调理电路，

所述脉冲发生电路为权利要求1至2中任一所述的一种可抑制偶次谐波的脉冲发生电路；

所述参考时钟驱动电路用于产生所述脉冲发生电路所需的功率信号；

所述选频及调理电路用于提取所述脉冲发生电路输出的频率分量；

所述信号放大与调理电路用于将所述频率分量放大到所需的功率范围。

4.根据权利要求3所述的一种产生点频源的电路，其特征在于，所述参考时钟驱动电路包括依次连接的第一低噪声放大器、带通滤波器、第一衰减器和驱动放大器。

5.根据权利要求4所述的一种产生点频源的电路，其特征在于，所述参考时钟驱动电路还包括连接在驱动放大器输出端的第二衰减器。

6.根据权利要求4所述的一种产生点频源的电路，其特征在于，所述第一低噪声放大器的输入端还连接有防静电电路。

7.根据权利要求3所述的一种产生点频源的电路，其特征在于，所述选频及调理电路包括依次连接的前级窄带介质滤波器、第二低噪声放大器和后级窄带介质滤波器。

8.根据权利要求3所述的一种产生点频源的电路，其特征在于，所述信号放大与调理电路包括依次连接的增益放大器、第一低通滤波电路、第三衰减器和第二低通滤波电路。

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