一種低相噪高速頻率合成系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低相噪高速頻率合成系統(tǒng)，其特征在于：設置有參考源電路、DDS頻率步進電路、小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路和射頻輸出電路；是一種先進的復合體制頻率合成技術，使小步進頻率合成器整體實現(xiàn)了低雜散、低相位噪聲和寬頻段高速頻率切換功能。其顯著效果是：在寬頻段輸出條件，保證一定的雜散電平控制指標的前提下，同時實現(xiàn)了極低相位噪聲和高速頻率切換功能，同時，由于設計方案合理，調試簡單，易于實現(xiàn)工程化生產。
【專利說明】一種低相噪高速頻率合成系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及到頻率合成技術，具體地說，是一種低相噪高速頻率合成系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]現(xiàn)有的頻率合成技術主要有三種，分別為直接頻率合成、鎖相頻率合成和直接數(shù)字頻率合成(DDS)。直接頻率合成方案復雜、合成器頻率步進較大，雜散電平較難控制，但其相位噪聲極佳、頻率切換時間極短。鎖相頻率合成器相位噪聲一般，頻率步進也不能做的太小，但其方案相對簡單，雜散電平較易控制，頻率切換時間受環(huán)路帶寬影響大。直接數(shù)字頻率合成器可以產生很小的頻率步進，相位噪聲較好，其雜散電平在一定頻帶內可以接受，但合成頻段較低，雜散電平存在一定的隨機性，不易發(fā)現(xiàn)和消除，頻率切換時間較長?？梢钥闯觯瑹o論單獨采用哪一種頻率合成技術，對于小頻率步進頻率合成器來說，極低相位噪聲和高速頻率切換兩項指標都很難兼容。


【發(fā)明內容】

[0003]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種先進的復合體制頻率合成技術，使小步進頻率合成器整體實現(xiàn)低雜散、低相位噪聲和寬頻段高速頻率切換功能。
[0004]為達到上述目的，本發(fā)明表述一種低相噪高速頻率合成系統(tǒng)，其關鍵在于:設置有參考源電路、DDS頻率步進電路、小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路和射頻輸出電路；
[0005]所述參考源電路包括用于產生參考信號的晶振單元，該晶振單元輸出的參考信號經過第一低通濾波器后送入倍頻器中，該倍頻器的輸出端經第一帶通濾波器連接第一低噪放大器，該第一低噪放大器的輸出端還連接有第二帶通濾波器，所述第二帶通濾波器輸出DDS頻率步進電路所需頻率和功率的參考源信號；
[0006]所述DDS頻率步進電路包括用于實現(xiàn)直接數(shù)字頻率合成的DDS芯片，該DDS芯片接收所述參考源電路輸出的參考源信號并輸出小步進頻率參考源，在該DDS芯片的輸出端連接有變壓器，變壓器的輸出信號依次經過第二低通濾波器、第二低噪放大器以及第一電阻衰減器后送入所述小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路中；
[0007]所述小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路包括鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器以及第二電阻衰減器，其中鑒相器接收所述DDS頻率步進電路輸出的小步進頻率參考源信號，該鑒相器的一個輸出端經環(huán)路濾波器控制所述壓控振蕩器，該壓控振蕩器輸出的一路信號經所述第二電阻衰減器送入所述鑒相器的反饋端，從而形成閉環(huán)回路；該壓控振蕩器輸出的另一路信號送入所述射頻輸出電路中；
[0008]所述射頻輸出電路包括第三低通濾波器、第三電阻衰減器和程控分頻器，第三低通濾波器將所述小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路輸出的信號濾波后經第三電阻衰減器調整信號的功率，第三電阻衰減器輸出的信號作為所述程控分頻器的本振信號，通過該程控分頻器輸出所需的射頻信號。
[0009]本方案合理采用了直接頻率合成、鎖相頻率合成和直接數(shù)字頻率合成的復合體制，此技術有效發(fā)揮了各種頻率合成方式的優(yōu)勢，并將他們有效結合，最終形成該低相噪高速頻率合成系統(tǒng)。
[0010]作為進一步描述，所述晶振單元輸出40MHz的參考信號，所述倍頻器型號為AMK-2-13+，該倍頻器將40MHz的參考信號2倍頻至80MHz并送入所述DDS頻率步進電路中，所述小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路輸出的信號頻率范圍為1.5GHz?3GHz，所述射頻輸出電路輸出的信號頻率范圍為375MHz?3GHz。
[0011]再進一步描述，所述DDS芯片采用型號為AD9854ASQ，變壓器的型號為TC2-1T+，鑒相器的型號為ADF4153BRUZ，環(huán)路濾波器主要采用AD797ARZ，壓控振蕩器的型號為R0S-3200-419+，程控分頻器采用 HMC905LP3E。
[0012]為了減少各電路之間的干擾，所述第一低通濾波器與第二低通濾波器均采用π型濾波電路，在電感的兩端分別經兩路電容接地，所述第三低通濾波器采用LFCN-3800+集成芯片。
[0013]為了保證信號放大質量，所述第一低噪放大器與第二低噪放大器均采用型號為ΑΒΑ-32563集成運放。
[0014]本發(fā)明的顯著效果是:在寬頻段輸出條件，保證一定的雜散電平控制指標的前提下，同時實現(xiàn)了極低相位噪聲和高速頻率切換功能，同時，由于設計方案合理，調試簡單，易于實現(xiàn)工程化生產。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的電路原理框圖；
[0016]圖2是圖1中晶振單元到倍頻器之間的電路原理圖；
[0017]圖3是圖1中第一帶通濾波器到第二帶通濾波器之間的電路原理圖；
[0018]圖4是圖1中DDS芯片的管腳分布圖；
[0019]圖5是圖1中變壓器到第一電阻衰減器之間的電路原理圖；
[0020]圖6是小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路的電路原理圖；
[0021 ]圖7是射頻輸出電路的電路原理圖。

【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】以及工作原理作進一步詳細說明。
[0023]如圖1所示，一種低相噪高速頻率合成系統(tǒng)，設置有參考源電路、DDS頻率步進電路、小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路和射頻輸出電路；
[0024]所述參考源電路包括用于產生參考信號的晶振單元1，該晶振單元I輸出的參考信號經過第一低通濾波器2后送入倍頻器3中，該倍頻器3的輸出端經第一帶通濾波器4連接第一低噪放大器5，該第一低噪放大器5的輸出端還連接有第二帶通濾波器6，所述第二帶通濾波器6輸出DDS頻率步進電路所需頻率和功率的參考源信號；
[0025]所述DDS頻率步進電路包括用于實現(xiàn)直接數(shù)字頻率合成的DDS芯片7，該DDS芯片7接收所述參考源電路輸出的參考源信號并輸出小步進頻率參考源，在該DDS芯片7的輸出端連接有變壓器8，變壓器8的輸出信號依次經過第二低通濾波器9、第二低噪放大器10以及第一電阻衰減器11后送入所述小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路中；
[0026]所述小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路包括鑒相器12、環(huán)路濾波器13、壓控振蕩器14以及第二電阻衰減器15，其中鑒相器12接收所述DDS頻率步進電路輸出的小步進頻率參考源信號，該鑒相器12的一個輸出端經環(huán)路濾波器13控制所述壓控振蕩器14，該壓控振蕩器14輸出的一路信號經所述第二電阻衰減器15送入所述鑒相器12的反饋端，從而形成閉環(huán)回路；該壓控振蕩器14輸出的另一路信號送入所述射頻輸出電路中；
[0027]所述射頻輸出電路包括第三低通濾波器16、第三電阻衰減器17和程控分頻器18，第三低通濾波器16將所述小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路輸出的信號濾波后經第三電阻衰減器17調整信號的功率，第三電阻衰減器17輸出的信號作為所述程控分頻器18的本振信號，通過該程控分頻器18輸出所需的射頻信號。
[0028]如圖2，圖3所示，在本實施例中，所述晶振單元I采用高穩(wěn)晶振，圖中所示為U1，輸出40MHz的參考信號，經過π型濾波電路構成的第一低通濾波器2送入倍頻器3中，所述倍頻器3型號為ΑΜΚ-2-13+，圖中所示為U2，該倍頻器3將40MHz的參考信號2倍頻至80MHz，然后依次經過第一帶通濾波器4、第一低噪放大器5以及第二帶通濾波器6后，送入所述DDS頻率步進電路中。這里的第一帶通濾波器4和第二帶通濾波器6所采用的電路結構相同，以第一帶通濾波器4為例，電感L7與電容C8、電容C9并聯(lián)接地構成第一級濾波電路，電容C3與電感L3串聯(lián)構成第二級濾波電路，電感L5與電容C10、電容Cll并聯(lián)接地構成第三級濾波電路，將第一級濾波電路、第二級濾波電路以及第三級濾波電路聯(lián)合一起形成自制的帶通濾波器，從而得到相對干凈的信號，保證后級集成DDS芯片7的頻率和功率應用。
[0029]如圖4-圖5所示，DDS芯片7采用型號為AD9854ASQ，圖4中所示為U4，變壓器8的型號為TC2-1T+，集成DDS芯片U4輸出小步進頻率信號，為了控制信號相位偏移量在可接受范圍內，添加變壓器U5，同時，為了優(yōu)化信號得雜散電平，加入第二低通濾波器9對參考信號遠端濾波，再經第二低噪放大器10將信號功率推大，再加第一電阻衰減器11將功率調整到適合小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路的參考功率。從圖5可以看出，第二低通濾波器9與第一低通濾波器2的電路結構相同，均采用π型濾波電路，在電感的兩端分別經兩路電容接地，電路中的低噪聲放大器均采用ΑΒΑ-32563集成運放，以將信號功率推大并調整到適合后級鑒相器的功率范圍。
[0030]從圖6可以看出，鑒相器12的型號為ADF4153BRUZ，環(huán)路濾波器13主要采用AD797ARZ，壓控振蕩器14的型號為R0S-3200-419+，針對小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路部分而言，因其參考源是由DDS提供的小步進信號，所以通過DDS的小步進變換來實現(xiàn)最終射頻信號的小步進，這種方式對鎖相環(huán)環(huán)路濾波器的帶寬要求也很低，通過上述電路元件構建成的小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路，其輸出的信號頻率范圍為1.5GHz?3GHz。
[0031]從圖7可以看出，為了擴寬信號的輸出范圍，在射頻輸出電路中加入了第三低通濾波器16和程控分頻器18，其中第三低通濾波器16采用LFCN-3800+集成芯片，圖中所示為UlI，程控分頻器18采用HMC905LP3E，圖中所示為U12，該分程控頻器18可以實現(xiàn)1/2/4次分頻，分頻比由控制電平決定，最終實現(xiàn)的頻率輸出范圍擴展到375MHz?3GHz。
[0032]整個電路控制部分可以采用高性能FPGA，加上良好的電磁兼容性設計，使產品在相位噪聲、雜散電平控制、頻率切換時間等關鍵技術指標上均達到了預期技術要求。
【權利要求】
1.一種低相噪高速頻率合成系統(tǒng)，其特征在于:設置有參考源電路、DDS頻率步進電路、小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路和射頻輸出電路； 所述參考源電路包括用于產生參考信號的晶振單元(1)，該晶振單元(I)輸出的參考信號經過第一低通濾波器(2)后送入倍頻器(3)中，該倍頻器(3)的輸出端經第一帶通濾波器(4)連接第一低噪放大器(5)，該第一低噪放大器(5)的輸出端還連接有第二帶通濾波器(6)，所述第二帶通濾波器(6)輸出DDS頻率步進電路所需頻率和功率的參考源信號； 所述DDS頻率步進電路包括用于實現(xiàn)直接數(shù)字頻率合成的DDS芯片(7)，該DDS芯片(7)接收所述參考源電路輸出的參考源信號并輸出小步進頻率參考源，在該DDS芯片(7)的輸出端連接有變壓器(8)，變壓器(8)的輸出信號依次經過第二低通濾波器(9)、第二低噪放大器(10)以及第一電阻衰減器(11)后送入所述小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路中； 所述小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路包括鑒相器(12)、環(huán)路濾波器(13)、壓控振蕩器(14)以及第二電阻衰減器(15)，其中鑒相器(12)接收所述DDS頻率步進電路輸出的小步進頻率參考源信號，該鑒相器(12)的一個輸出端經環(huán)路濾波器(13)控制所述壓控振蕩器(14)，該壓控振蕩器(14)輸出的一路信號經所述第二電阻衰減器(15)送入所述鑒相器(12)的反饋端，從而形成閉環(huán)回路；該壓控振蕩器(14)輸出的另一路信號送入所述射頻輸出電路中； 所述射頻輸出電路包括第三低通濾波器(16)、第三電阻衰減器(17)和程控分頻器(18)，第三低通濾波器(16)將所述小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路輸出的信號濾波后經第三電阻衰減器(17)調整信號的功率，第三電阻衰減器(17)輸出的信號作為所述程控分頻器(18)的本振信號，通過該程控分頻器(18)輸出所需的射頻信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種低相噪高速頻率合成系統(tǒng)，其特征在于:所述晶振單元(I)輸出40MHz的參考信號，所述倍頻器(3)型號為AMK-2-13+，該倍頻器(3)將40MHz的參考信號2倍頻至80MHz并送入所述DDS頻率步進電路中，所述小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路輸出的信號頻率范圍為1.5GHz?3GHz，所述射頻輸出電路輸出的信號頻率范圍為375MHz?3GHz。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種低相噪高速頻率合成系統(tǒng)，其特征在于:所述DDS芯片(7)采用型號為AD9854ASQ，變壓器(8)的型號為TC2-1T+，鑒相器(12)的型號為ADF4153BRUZ，環(huán)路濾波器(13)主要采用AD797ARZ，壓控振蕩器(14)的型號為R0S-3200-419+，程控分頻器(18)采用 HMC905LP3E。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種低相噪高速頻率合成系統(tǒng)，其特征在于:所述第一低通濾波器(2)與第二低通濾波器(9)均采用π型濾波電路，在電感的兩端分別經兩路電容接地，所述第三低通濾波器(16)采用LFCN-3800+集成芯片。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的一種低相噪高速頻率合成系統(tǒng)，其特征在于:所述第一低噪放大器(5)與第二低噪放大器(10)均米用型號為ΑΒΑ-32563集成運放。
【文檔編號】H03L7/18GK104300977SQ201410579565
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月23日 優(yōu)先權日:2014年10月23日
【發(fā)明者】馮曉東 申請人:重慶會凌電子新技術有限公司