本發(fā)明涉及頻譜分析領(lǐng)域，特別是涉及一種具有快速鎖相功能的頻譜分析儀。

背景技術(shù)：

頻譜分析儀是一種用來對被測信號進(jìn)行頻譜分析的接收機(jī)，可以測量未知信號的頻率、幅值、失真等相關(guān)參數(shù)，通常具有很寬的頻率和幅值測量范圍。主要應(yīng)用于基站維護(hù)、電子產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)等領(lǐng)域。

現(xiàn)有的頻譜分析儀設(shè)計(jì)中，多采用多級混頻的方案實(shí)現(xiàn)，本振頻率發(fā)生電路，它決定著頻譜分析儀的相位噪聲，掃描速度等指標(biāo)。如圖1所示，為現(xiàn)有技術(shù)中頻譜分析儀的第一本振采用的鎖相環(huán)100的結(jié)構(gòu)。該鎖相環(huán)100包括鑒相單元101，用于比較參考時(shí)鐘和分頻信號的相位，產(chǎn)生相位誤差；環(huán)路濾波器102，用于對所述的相位誤差進(jìn)行濾波，產(chǎn)生壓控電壓并輸出；壓控振蕩器103，用于依據(jù)所述壓控電壓產(chǎn)生具有鎖定頻率的壓控振蕩信號；分頻模塊104，用于對所述的壓控振蕩信號進(jìn)行分頻，產(chǎn)生所述的分頻信號。在這種方案中，鎖相環(huán)100的鎖定時(shí)間很大程度上由環(huán)路濾波器102的帶寬決定，環(huán)路帶寬越寬，鎖定時(shí)間越短；反之，環(huán)路帶寬越窄，則鎖定時(shí)間越長。并且在同樣的環(huán)路濾波器102帶寬設(shè)置下，鎖相環(huán)100中壓控振蕩器103的壓控電壓變化越大，對應(yīng)的鎖定時(shí)間也會越長。比如同樣的設(shè)置狀態(tài)下，壓控電壓從0V變化到25V一定會比從0V變化到5V需要的時(shí)間長。因?yàn)閴嚎卣袷幤?03的覆蓋范圍比較寬，所以壓控電壓的變化范圍很大，通常壓控電壓變化一般是從0V變化到30V左右。在這種設(shè)計(jì)方案中，不但環(huán)路帶寬的改變對鎖定時(shí)間變快的作用是有限的，而且環(huán)路帶寬的調(diào)整還會涉及到相位噪聲，譜線形狀等指標(biāo)，當(dāng)掃描時(shí)間要求比較快的情況下，只靠調(diào)整環(huán)路帶寬來加快鎖定時(shí)間很難實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的當(dāng)頻譜分析儀的掃描時(shí)間要求比較快的情況下，不能只靠調(diào)整環(huán)路帶寬來加快鎖定時(shí)間的問題，本發(fā)明提供了一種具有快速鎖相功能的頻譜分析儀，實(shí)現(xiàn)了對設(shè)定頻率的快速鎖定，極大地提高了鎖相環(huán)的鎖定時(shí)間，進(jìn)而滿足了頻譜分析儀對快速掃描時(shí)間的要求。

本發(fā)明提供了一種具有快速鎖相功能的頻譜分析儀，包括鎖相環(huán)，所述的鎖相環(huán)包括：

鑒相單元，用于依據(jù)參考時(shí)鐘和壓控振蕩信號產(chǎn)生相位誤差；

環(huán)路濾波器，用于對所述的相位誤差進(jìn)行濾波，產(chǎn)生一個(gè)誤差電壓；

壓控振蕩器，用于依據(jù)一個(gè)壓控電壓產(chǎn)生具有鎖定頻率的壓控振蕩信號；

電壓控制模塊，用于依據(jù)當(dāng)前的掃描頻率和預(yù)置公式產(chǎn)生一個(gè)預(yù)置電壓；

運(yùn)算器，用于將所述的誤差電壓和所述的預(yù)置電壓進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生所述的壓控電壓。

通過本發(fā)明，將電壓控制模塊產(chǎn)生的預(yù)置電壓和通過環(huán)路濾波器的誤差電壓進(jìn)行運(yùn)算，得到壓控振蕩器的壓控電壓，使得誤差電壓保持在一個(gè)較小的變化范圍，實(shí)現(xiàn)了對壓控振蕩器輸出頻率的快速鎖定，極大地提高了鎖相環(huán)的鎖定時(shí)間，進(jìn)而滿足了頻譜分析儀對快速掃描時(shí)間的要求。

作為一個(gè)舉例說明，所述的電壓控制模塊包括：控制單元，用于依據(jù)當(dāng)前的掃描頻率獲取鎖定頻率，并依據(jù)鎖定頻率和預(yù)置公式計(jì)算出數(shù)字預(yù)置電壓；電壓預(yù)置模塊，用于將所述的數(shù)字預(yù)置電壓進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生預(yù)置電壓。

作為一個(gè)舉例說明，所述的預(yù)置公式是依據(jù)壓控振蕩器的理想靈敏度曲線計(jì)算出的鎖定頻率、所述的預(yù)置電壓和預(yù)置誤差電壓之間的關(guān)系式，其中，所述的預(yù)置誤差電壓為一個(gè)常量。

作為一個(gè)舉例說明，所述的控制單元為DSP。

作為一個(gè)舉例說明，所述的電壓預(yù)制模塊為DAC。

作為一個(gè)舉例說明，所述的運(yùn)算器由加法器構(gòu)成。

作為一個(gè)舉例說明，所述的鑒相單元包括：分頻器，用于對壓控震蕩信號進(jìn)行分頻，產(chǎn)生分頻信號；鑒相器，用于比較參考時(shí)鐘和分頻信號的相位，產(chǎn)生所述的相位誤差。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)公開的頻譜分析儀采用的鎖相環(huán)100的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的頻譜分析儀采用的鎖相環(huán)200的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例壓控電壓與壓控振蕩器203輸出頻率的曲線示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例運(yùn)算器205的一個(gè)舉例說明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

參照圖2，示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的具有快速鎖相功能的頻譜分析儀采用的鎖相環(huán)200的結(jié)構(gòu)示意圖，鎖相環(huán)200包括：鑒相單元201，用于依據(jù)參考時(shí)鐘和壓控振蕩信號產(chǎn)生相位誤差；環(huán)路濾波器202，用于對相位誤差進(jìn)行濾波，產(chǎn)生一個(gè)誤差電壓V1；壓控振蕩器203，用于依據(jù)一個(gè)壓控電壓V3產(chǎn)生具有鎖定頻率的壓控振蕩信號；電壓控制模塊204，用于依據(jù)當(dāng)前的掃描頻率和預(yù)置公式產(chǎn)生一個(gè)預(yù)置電壓V2；運(yùn)算器205，用于將所述的誤差電壓V1和所述的預(yù)置電壓V2進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生所述的壓控電壓V3。

作為一個(gè)舉例說明，如圖2所示，鑒相單元201包括：鑒相器2021、分頻器2022，分頻器2022用于對壓控震蕩信號進(jìn)行分頻，產(chǎn)生分頻信號；鑒相器2021，用于比較參考時(shí)鐘和分頻信號的相位，產(chǎn)生相位誤差。

作為另外一個(gè)舉例說明，鑒相單元201中的鑒相器2021還可以替換為集成頻率合成器。

作為一個(gè)舉例說明，如圖2所示，本優(yōu)選實(shí)施例中，電壓控制模塊204包括：控制單元2041和電壓預(yù)制模塊2042，控制單元2041用于依據(jù)當(dāng)前的掃描頻率獲取鎖定頻率，并依據(jù)鎖定頻率和預(yù)置公式計(jì)算出數(shù)字預(yù)置電壓；電壓預(yù)制模塊2042用于將所述的數(shù)字預(yù)置電壓進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生預(yù)置電壓V2。

作為一個(gè)舉例說明，電壓預(yù)置模塊2042為DAC，控制單元2041為DSP。

作為一個(gè)舉例說明，本實(shí)施例中，運(yùn)算器205由加法器構(gòu)成，如圖4所示，通過該加法器，將環(huán)路濾波器202輸出的誤差電壓V1和電壓控制模塊204輸出的預(yù)置電壓V2進(jìn)行運(yùn)算，得到壓控振蕩器203的壓控電壓V3。

具體的，由圖4可以得出，加法器的輸出電壓V3＝V1+(V1–V2)×(R2/R1)(公式1)，本實(shí)施例中，假設(shè)V1為一個(gè)常量，該常量值的大小接近V1，即本發(fā)明中所述的預(yù)置誤差電壓V1’，V3即為輸入至壓控振蕩器203的壓控電壓。

在本實(shí)施例中，輸入至壓控振蕩器203的壓控電壓V3是由電壓控制模塊204輸出的預(yù)置電壓V2和環(huán)路濾波器202產(chǎn)生的誤差電壓V1通過運(yùn)算得到的。預(yù)置電壓V2是由電壓控制模塊204依據(jù)當(dāng)前的掃描頻率和預(yù)置公式產(chǎn)生的，預(yù)置公式是依據(jù)壓控振蕩器203的理想靈敏度曲線計(jì)算出的鎖定頻率、所述的預(yù)置電壓V2和預(yù)置誤差電壓V1’之間的關(guān)系式，其中，預(yù)置誤差電壓V1’為一個(gè)常量。該預(yù)置電壓V2接近要鎖定的頻率點(diǎn)(即，鎖定頻率)對應(yīng)的壓控電 壓V3。當(dāng)前的鎖定頻率是由頻譜分析儀屏幕上當(dāng)前的掃描頻率決定的，已知當(dāng)前的掃描頻率，可以準(zhǔn)確計(jì)算出當(dāng)前的鎖定頻率，當(dāng)前的掃描頻率是由軟件控制的。

作為一個(gè)舉例說明，本實(shí)施例中采用的壓控振蕩器203的頻率變化范圍為5.9GHz至7.5GHz，壓控電壓V3的變化范圍為0V至25V，壓控電壓V3與壓控振蕩器203的輸出頻率之間的關(guān)系曲線可以通過壓控振蕩器203的數(shù)據(jù)手冊得到，或者通過測試得到。本實(shí)施例中采用的壓控振蕩器203的靈敏度曲線如圖3中曲線1所示，曲線2為壓控振蕩器203的理想靈敏度曲線，由此可知，該壓控振蕩器203的靈敏度曲線并不是理想線性的。

本實(shí)施例中，根據(jù)壓控振蕩器203理想靈敏度曲線，可以得出，壓控振蕩器203的輸出頻率fo(即，鎖定頻率)與壓控電壓V3之間的關(guān)系式為fo＝64.34×V3+5936(公式2)。

在上述公式1中，假設(shè)V1＝V1’(即，預(yù)置誤差電壓V1’)，則可以結(jié)合公式1和公式2，可以得到，V2＝-(fo/64.34)R1/R2+(1+R1/R2)V1’+92.26R1/R2(公式3)。當(dāng)加法器電路確定后，R1/R2就是一個(gè)常量，V1’也為一個(gè)常量，記((1+R1/R2)V1’+92.26R1/R2)為A，則，V2＝-(fo/64.34)R1/R2+A(公式4)，即為上述的預(yù)置公式。

作為另一個(gè)舉例說明，運(yùn)算器205還可以是其他運(yùn)算，例如減法器等。

由上述預(yù)置公式可知，該公式是依據(jù)壓控振蕩器203的理想靈敏度曲線計(jì)算出的鎖定頻率fo、所述的預(yù)置電壓V2和預(yù)置誤差電壓V1’之間的關(guān)系式，其中，預(yù)置誤差電壓V1’為接近誤差電壓V1的常量。因?yàn)閷?shí)際的壓控振蕩器203的靈敏度曲線并非理想線性的，所以該預(yù)置電壓V2與鎖定頻率fo對應(yīng)的準(zhǔn)確的壓控電壓V3之間存在一定的差異，該差異一般較小，環(huán)路濾波器202輸出的誤差電壓V1就是該差值，該誤差電壓V1的大小取決于壓控振蕩器203的線性度以及電壓控制模塊204中的預(yù)置公式。

每改變一次鎖定頻率fo值時(shí)，電壓控制模塊204就要計(jì)算出一個(gè)預(yù)置電壓V2并輸出，壓控振蕩器203輸出的鎖定頻率fo也很快由當(dāng)前頻率改變?yōu)橄乱粋€(gè)鎖定頻率fo附近，但因?yàn)閴嚎卣袷幤?03真實(shí)靈敏度曲線并不是理想的線性，所以根據(jù)預(yù)置公式得到的預(yù)置電壓V2并不能使壓控振蕩器203的輸出頻率精確等于鎖定頻率fo，若精確鎖定還需要鎖相環(huán)200的捕獲跟蹤作用。

壓控振蕩器203的靈敏度曲線越接近理想線性，誤差電壓V1的變化范圍 就越小，可以通過校準(zhǔn)得到比較準(zhǔn)確的壓控振蕩器203的靈敏度曲線，并寫入控制程序中，以保證誤差電壓V1保持較小的變化范圍。這樣通過預(yù)先運(yùn)算出預(yù)置電壓V2的方法，即使當(dāng)前環(huán)路帶寬比較窄時(shí)，也可以使得鎖相環(huán)200的鎖定時(shí)間比較短，進(jìn)而滿足了頻譜分析儀對快速掃描時(shí)間的要求。

作為一個(gè)舉例說明，結(jié)合圖2，以上述壓控振蕩器203為例，當(dāng)前加法器中R1/R2為1。假設(shè)首先需要鎖定的輸出頻率fo為6500MHz，當(dāng)設(shè)置了該頻率值后，控制單元2041依據(jù)預(yù)置公式計(jì)算得到預(yù)置電壓V2的值為-6.766V，同時(shí)配置給電壓預(yù)置模塊2042，將其轉(zhuǎn)換為模擬電壓并輸出，壓控振蕩器203的輸出頻率值從前一個(gè)頻率很快變化至6500MHz左右，并經(jīng)過鎖相環(huán)200的捕獲跟蹤，使得壓控振蕩器203準(zhǔn)確鎖定至6500MHz，測試此時(shí)的誤差電壓V1為0.95V；若又需要改變鎖定的輸出頻率fo為7000MHz，當(dāng)設(shè)置了該頻率值后，控制單元2041根據(jù)預(yù)置公式計(jì)算得到預(yù)置電壓V2的值為-14.54V，同時(shí)配置給電壓預(yù)置模塊2042，將其轉(zhuǎn)換為模擬電壓并輸出，壓控振蕩器203的輸出頻率值從6500MHz很快變化至7000MHz左右，并經(jīng)過鎖相環(huán)200的捕獲跟蹤，使得壓控振蕩器203準(zhǔn)確鎖定至7000MHz，測試此時(shí)誤差電壓V1為1.13V。通過上述的方法，在這兩個(gè)頻率點(diǎn)之間切換時(shí)，鎖相環(huán)200輸出的誤差電壓V1變化量只有0.18V，若采用現(xiàn)有技術(shù)中的方法，在這兩個(gè)頻率點(diǎn)間切換時(shí)，鎖相環(huán)200輸出的誤差電壓V1變化量約7.8V(即上述兩個(gè)頻段對應(yīng)的誤差電壓值V1的差，可測通過試得到)。因此，當(dāng)鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬一定時(shí)，誤差電壓V1的變化量越小，對應(yīng)的鎖定時(shí)間也會越短，所以我們希望誤差電壓V1在比較小的范圍內(nèi)變化，比如希望V1輸出的電壓值一直保持在1V左右。即使當(dāng)前環(huán)路帶寬比較窄時(shí)，也可以使得鎖相環(huán)200的鎖定時(shí)間比較短，進(jìn)而滿足了頻譜分析儀對快速掃描時(shí)間的要求。

作為一個(gè)舉例說明，壓控振蕩器203與鑒相單元201之間還可以連接放大器，定向耦合器等。

以上所述的僅為本發(fā)明的實(shí)施例，所應(yīng)理解的是，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的思想和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換等等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。