專利名稱：頻率合成器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及數(shù)字鎖相頻率合成技術領域，尤其是涉及一種基于雙環(huán)的X波段低相位噪聲頻率合成器。
背景技術：
由于無線電通信和雷達技術的飛速發(fā)展，對系統(tǒng)性能提出了更高、更嚴格的要求， 系統(tǒng)相應的主要限制因素之一就是相位噪聲。相位噪聲作為頻率合成器最重要的關鍵技術指標，它直接影響現(xiàn)代電子系統(tǒng)的性能，例如影響雷達的改善因子，影響接收機的檢測能力，影響通信質(zhì)量等。傳統(tǒng)的單環(huán)技術實現(xiàn)的數(shù)字鎖相式頻率源(其原理框圖如圖1所示)，其主要優(yōu)勢在于較低的相位噪聲特性。間接數(shù)字鎖相式頻率合成器的帶內(nèi)殘留相位噪聲計算方法是PNsynth =PNtot + 10 Ig Fpfd + 20 Ig N(1)式中，PNsynth*鎖相環(huán)芯片的帶內(nèi)殘留相位噪聲，單位為dBc/Hz; PNtqt為鎖相環(huán)芯片底噪，單位為dBc/Hz; Fpfd為鑒相頻率(計算時，單位應取Hz) ；N為頻率合成器反饋分頻比。由式(1)可以看出，在PNtot不變的情況下，頻率步進越小(這里頻率步進等于鑒相頻率)則N越大，相位噪聲越差。理論上，N擴大一倍，相位噪聲惡化3dB。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術問題是針對上述存在的問題，提供一種頻率合成器， 主要是通過在副鎖相環(huán)路上加一個主鎖相環(huán)路，通過副鎖相環(huán)路的輸出與主鎖相環(huán)路反饋輸出通過混頻器混頻，得到一個頻率較低的信號反饋到主鎖相環(huán)路，降低了鎖相環(huán)芯片的反饋分頻比，使得相位噪聲得到改善。為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是一種頻率合成器，包括晶體振蕩器、副鎖相環(huán)路，所述副鎖相環(huán)路包括鑒相器、第一環(huán)路濾波器、第一壓控振蕩器、分頻器，還包括主鎖相環(huán)路，所述主鎖相環(huán)路包括鎖相環(huán)芯片、第二環(huán)路濾波器、第二壓控振蕩器、混頻器，所述鎖相環(huán)芯片、第二環(huán)路濾波器、第二壓控振蕩器、混頻器、鎖相環(huán)芯片依次連接形成環(huán)路，所述晶體振蕩器輸出端分別與副鎖相環(huán)路輸入端、鎖相環(huán)芯片的參考輸入端連接，所述副鎖相環(huán)路輸出端與混頻器另一輸入端連接。所述主鎖相環(huán)路還包括濾波器、放大器、第二耦合放大器，所述濾波器輸入端與混頻器輸出連接，所述濾波器輸出端與放大器輸入端連接，所述放大器輸出端與鎖相環(huán)芯片的反饋輸入端連接，所述第二耦合放大器輸入端與第一壓控振蕩器輸出端連接，所述第二耦合放大器輸出端與混頻器一輸入端連接。所述副鎖相環(huán)路還包括第一耦合放大器，所述第一耦合放大器輸入端與第二壓控振蕩器輸出端連接，第一耦合放大器輸出端與分頻器輸入端連接。所述鎖相環(huán)芯片是ADF4106BRU。[0012]所述第一壓控振蕩器、第二壓控振蕩器是HMC506LP4。所述鑒相器是HMC440.所述分頻器是HMC365S8G。從上述本實用新型的結構特征可以看出，其優(yōu)點是在微波頻段，利用雙環(huán)技術實現(xiàn)的鎖相式頻率源相對于傳統(tǒng)的鎖相式頻率源在低相位噪聲特性方面具有更大的優(yōu)勢，可滿足系統(tǒng)對頻率合成器要求的低相位噪聲、小頻率步進及低雜散等特性。提供一種頻率合成器，主要是通過在副鎖相環(huán)路上加一個主鎖相環(huán)路，通過副鎖相環(huán)路的輸出與主鎖相環(huán)路反饋輸出混頻，得到一個頻率較低的信號反饋到主鎖相環(huán)路，降低了鎖相環(huán)芯片的反饋分頻比，使得相位噪聲得到改善。

本實用新型將通過例子并參照附圖的方式說明，其中圖1是現(xiàn)有技術原理框圖；圖2是本裝置原理框圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。在微波頻段，利用雙環(huán)技術實現(xiàn)的鎖相式頻率源相對于傳統(tǒng)的鎖相式頻率源在低相位噪聲特性方面具有更大的優(yōu)勢，可滿足系統(tǒng)對頻率合成器要求的低相位噪聲、小頻率步進及低雜散等特性。如圖1所示，本設計基于鎖相環(huán)技術，鎖相環(huán)是頻率合成技術的基礎。鎖相環(huán)路 (本設計中是副鎖相環(huán)路)包括鑒相器(PD)、第一環(huán)路濾波器(LP)、第一壓控振蕩器(VCO) 和分頻器組成。鑒相器又稱比相器，對輸入信號與環(huán)路輸出信號的相位進行比較，產(chǎn)生誤差控制電壓；第一環(huán)路濾波器濾除誤差電壓中的高頻分量和噪聲，以保證環(huán)路所要求的性能，增加環(huán)路的穩(wěn)定性；第一壓控振蕩器的振蕩頻率受第一環(huán)路濾波器輸出電壓的控制，使第一壓控振蕩器輸出信號頻率向輸入信號頻率靠攏，兩個信號間的相位差減小。分頻器的作用是使第一壓控振蕩器的輸出頻率經(jīng)分頻后再與參考頻率進行相位比較，從而產(chǎn)生誤差控制電壓，并以誤差控制電壓來調(diào)整第一壓控振蕩器的輸出頻率。設計原理該方案包括兩個相關聯(lián)的鎖相環(huán)路。這兩個相關聯(lián)的鎖相環(huán)路，一個是輔助環(huán)路，其輸出信號不直接輸出，在這里我們稱之為副鎖相環(huán)路。另一個鎖相環(huán)路產(chǎn)生頻率合成器的輸出信號，其反饋支路插入(通過混頻方式)副鎖相環(huán)路的輸出信號，在這里我們稱之為主鎖相環(huán)。副鎖相環(huán)輸出信號與主鎖相環(huán)輸出的反饋信號進行混頻，混頻后的信號經(jīng)過濾波放大后送到主鎖相環(huán)的鎖相環(huán)芯片，進行分頻、鑒相后實現(xiàn)主鎖相環(huán)的鎖相。組成如圖2所示，一種頻率合成器，包括晶體振蕩器、副鎖相環(huán)路、主鎖相環(huán)路， 副鎖相環(huán)包括鑒相器(HMC440)、第一環(huán)路濾波器、第一壓控振蕩器、分頻器、第一耦合放大器，主鎖相環(huán)路包括鎖相環(huán)芯片(型號為ADF4106BRU)、第二環(huán)路濾波器、第二壓控振蕩器、 第二耦合放大器、混頻器、放大器；鎖相環(huán)芯片、第二環(huán)路濾波器、第二壓控振蕩器、第二耦合放大器、混頻器、濾波器、放大器、鎖相環(huán)芯片依次連接形成環(huán)路，所述晶體振蕩器輸出端分別與副鎖相環(huán)路鑒相器輸入端、鎖相環(huán)芯片的參考輸入端連接，所述副鎖相環(huán)路(第一壓控振蕩器)輸出端與混頻器另一輸入端連接。所述第一耦合放大器輸入端與第一壓控振蕩器輸出端連接，所述第一耦合放大器輸出端與混頻器一輸入端連接；晶體振蕩器輸出的參考頻率與ADF4106BRU的REFin端(參考輸入端)連接，放大器處理后的反饋頻率與ADF4106的RFinA端(反饋輸入端)連接，RFinB端口通過電容接地。 ADF4106的CP端口(輸出端)與第二環(huán)路濾波器輸入端口連接，第二環(huán)路濾波器輸出端口輸出電壓值控制第二壓控振蕩器輸出i^out頻率值。1.相位噪聲的計算由圖2可以看出，副鎖相環(huán)通過高鑒相頻率(晶體振蕩器產(chǎn)生的IOOMHz作為鑒相頻率)獲得8GHz低相位噪聲輸出信號；副鎖相環(huán)輸出的8GHz信號與主鎖相環(huán)反饋信號混頻，使主鎖相環(huán)反饋到其鎖相環(huán)芯片的頻率降低到了 550MHz 650MHz，進而降低了主鎖相環(huán)的反饋分頻比，從而可以在滿足小頻率步進的情況下獲得低相位噪聲的目的。副鎖相環(huán)的輸出信號頻率為8GHz，采用的鎖相環(huán)芯片是Hittite公司的數(shù)字鎖相環(huán)HMC440 (鑒相器)，鑒相頻率取100MHz，反饋分頻比N = 80 (HMC440數(shù)字分頻比為20，外置分頻器分頻比為4是通過分頻器HMC365S8G產(chǎn)生)。HMC440在其鑒相頻率為IOOMHz時， 其鑒相器底噪為一 153dBc/Hz@10kHz (即偏離載波 IOkHz 處 PNtqt + 10 IgFpro =— 153dBc/ Hz)。根據(jù)公式(1)，副鎖相環(huán)能夠獲得的帶內(nèi)殘留相位噪聲是(離載波IOkHz處)PNsynth =- 153dBc/Hz + 201g80 =一 115dBc/Hz主鎖相環(huán)的輸出頻率為8550MHz 8650MHz，采用的鎖相環(huán)芯片是AD公司的 ADF4106，鑒相頻率取2MHz(內(nèi)部的參考分頻器的固定分頻比取50)，反饋到ADF4106的反饋頻率為550MHz 650MHz (主鎖相環(huán)輸出頻率值是8550 8650MHz，副鎖相環(huán)輸出頻率值是8GHz，則通過混頻器采用減法方式得到反饋頻率為550MHz 650MHz )，相應的反饋分頻比 N=RF0UT/FREF，所述 RFPUT 是參考頻率，F(xiàn)REF 鑒相頻率，是 N = 275 325。ADF4106BRU 的芯片底噪為一 219dBc/Hz。根據(jù)公式(1)，主鎖相環(huán)能夠獲得的帶內(nèi)殘留相位噪聲是(不考慮混頻對相位噪聲的影響，按反饋分頻比最高N= 325計算)PNsynth =— 219dBc/Hz + 10 Ig (2X IO6) + 20 Ig 325 =— 108. 5dBc/Hz而若采用圖1所示的傳統(tǒng)單環(huán)鎖相的方案，經(jīng)計算此時N=4275 4325，按N=4325 并采用ADF4106BRU作為鎖相環(huán)芯片來計算，鎖相環(huán)的帶內(nèi)殘留相位噪聲為PNsynth =— 219dBc/Hz + 10 Ig (2X IO6) + 20 Ig 4325 =— 86. OdBc/Hz可見，本設計與傳統(tǒng)方案相比，相位噪聲理論上改善了 22. 5dB。2.關鍵技術1)頻率錯鎖的避免本文介紹的基于雙環(huán)的X波段低相位噪聲頻率合成技術對主鎖相環(huán)路的第一壓控振蕩器工作頻段有一定的要求。我們以圖2中的工程實例做說明，主鎖相環(huán)路的反饋信號與副鎖相環(huán)路產(chǎn)生的8GHz固定信號混頻產(chǎn)生中頻信號時，主鎖相環(huán)路輸出反饋信號高于或低于8GHz時都可得到要求的中頻信號。即主鎖相環(huán)路輸出信號在8550MHz 8650MHz 或7350MHz 7450MHz該雙環(huán)頻率合成器都可以鎖定。為了避免頻率錯鎖，主鎖相環(huán)路需要選擇工作頻率高于7450MHz的壓控振蕩器，比如選擇工作頻率為8GHz IOGHz的壓控振蕩器。2)低雜散的實現(xiàn)本文介紹的基于雙環(huán)的X波段低相位噪聲頻率合成器實現(xiàn)過程中需要使用到外置分頻器、混頻器。除了環(huán)路濾波器可改善的近端雜散信號外，設計過程中還需要做好射頻反饋支路的隔離。副鎖相環(huán)路輸出頻率為8GHz，其射頻反饋支路需經(jīng)過除4分頻。為降低分頻后的信號泄露到輸出信號端所產(chǎn)生的雜散電平(如除4分頻產(chǎn)生的2GHz與輸出信號進行混頻產(chǎn)生6GHz及IOGHz雜散信號)，可以在副鎖相環(huán)路的射頻反饋支路采取耦合、衰減、高通濾波及放大等處理，可以將副鎖相環(huán)路輸出端與其射頻反饋端的隔離度提高到70dB以上。同樣，主鎖相環(huán)路壓控振蕩器的輸出端和射頻反饋支路間可以采取耦合、衰減及放大等處理提高其隔離度，改善雜散抑制。此外，合理的電磁兼容設計也很重要?？梢酝ㄟ^分腔、加強電源隔離等措施降低信號串擾引起的雜散信號。本說明書中公開的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
權利要求1.一種頻率合成器，包括晶體振蕩器、副鎖相環(huán)路，所述副鎖相環(huán)路包括鑒相器、第一環(huán)路濾波器、第一壓控振蕩器、分頻器，其特征在于還包括主鎖相環(huán)路，所述主鎖相環(huán)路包括鎖相環(huán)芯片、第二環(huán)路濾波器、第二壓控振蕩器、混頻器，所述鎖相環(huán)芯片、第二環(huán)路濾波器、第二壓控振蕩器、混頻器、鎖相環(huán)芯片依次連接形成環(huán)路，所述晶體振蕩器輸出端分別與副鎖相環(huán)路參考輸入端、鎖相環(huán)芯片的參考輸入端連接，所述副鎖相環(huán)路輸出端與混頻器另一輸入端連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的頻率合成器，其特征在于所述主鎖相環(huán)路還包括濾波器、放大器、第二耦合放大器，所述濾波器輸入端與混頻器輸出連接，所述濾波器輸出端與放大器輸入端連接，所述放大器輸出端與鎖相環(huán)芯片的反饋輸入端連接，所述第二耦合放大器輸入端與第一壓控振蕩器輸出端連接，所述第二耦合放大器輸出端與混頻器一輸入端連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的頻率合成器，其特征在于所述副鎖相環(huán)路還包括第一耦合放大器，所述第一耦合放大器輸入端與第二壓控振蕩器輸出端連接，第一耦合放大器輸出端與分頻器輸入端連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的頻率合成器，其特征在于所述鎖相環(huán)芯片是ADF4106BRU。
5.根據(jù)權利要求1所述的頻率合成器，其特征在于所述第一壓控振蕩器、第二壓控振蕩器是 HMC506LP4。
6.根據(jù)權利要求1所述的頻率合成器，其特征在于所述鑒相器是HMC440。
7.根據(jù)權利要求1所述的頻率合成器，其特征在于所述分頻器是HMC365S8G。
專利摘要本實用新型涉及數(shù)字鎖相頻率合成技術領域，尤其是涉及一種基于雙環(huán)的X波段低相位噪聲頻率合成器。本實用新型所要解決的技術問題針對現(xiàn)有技術中的問題，提供一種頻率合成器，通過兩個相關主鎖相環(huán)和副鎖相環(huán)，其中副鎖相環(huán)路的輸出與主鎖相環(huán)路反饋輸出混頻器混頻，得到一個頻率較低的信號反饋到主鎖相環(huán)路，降低了主鎖相環(huán)芯片的反饋分頻比，使得相位噪聲得到改善。一種頻率合成器，包括晶體振蕩器、副鎖相環(huán)路、主鎖相環(huán)路，晶體振蕩器輸出端分別與副鎖相環(huán)路、主鎖相環(huán)路連接，副鎖相環(huán)路輸出端與主鎖相環(huán)路反饋端經(jīng)過處理后，送入主鎖相環(huán)路射頻輸入端，自動調(diào)節(jié)主鎖相環(huán)路輸出端信號。本實用新型主要應用于數(shù)字鎖相頻率合成技術領域。
文檔編號H03L7/099GK202334492SQ20112037553
公開日2012年7月11日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權日2011年9月28日
發(fā)明者孫敏, 宋燁曦, 楊光 申請人:四川九洲電器集團有限責任公司