本實(shí)用新型涉及無線電通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種頻率合成器。

背景技術(shù)：

頻率合成技術(shù)是利用一個或多個高穩(wěn)定度的晶體振蕩器產(chǎn)生一系列等間隔的、離散的、高穩(wěn)定度頻率的一項(xiàng)技術(shù)。實(shí)現(xiàn)頻率合成的器件、設(shè)備等稱為頻率合成器，它是現(xiàn)代通信技術(shù)中的重要組成部分之一，可為通信設(shè)備提供大量精確且迅速轉(zhuǎn)換的載波信號和本振信號。

鎖相式頻率合成器是一種重要的頻率合成器。單環(huán)鎖相式頻率合成器的結(jié)構(gòu)模型如圖1所示，主要由基準(zhǔn)分頻器(÷R)、鑒相器(Phase Detector，PD)、環(huán)路濾波器(Loop Filter，LF)、壓控振蕩器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)和可變分頻器(÷N)組成，工作原理為：環(huán)路開始工作后，晶振產(chǎn)生的信號頻率fi經(jīng)基準(zhǔn)分頻器分頻后獲得基準(zhǔn)頻率f_R(也稱參考頻率)，壓控振蕩器輸出頻率fo經(jīng)可變分頻器進(jìn)行分頻，再將可變分頻器輸出頻率fv＝fo/N與基準(zhǔn)頻率f_R在鑒相器中進(jìn)行比較，如果二者不同，則兩個信號將存在固有的頻率差，必將產(chǎn)生一直在變化的相位差，鑒相器輸出的誤差電壓就會在一定范圍內(nèi)變化，在鑒相器輸出的誤差電壓的控制下，壓控振蕩器的頻率也隨之變化。若壓控振蕩器輸出頻率fo變化使得可變分頻器輸出頻率fv與基準(zhǔn)頻率f_R相等后，即達(dá)到滿足穩(wěn)定性的條件，壓控振蕩器輸出頻率fo也將穩(wěn)定下來，此時，晶振產(chǎn)生的輸入信號和壓控振蕩器輸出信號之間的頻差為零，相位差也將恒定，鑒相器輸出的誤差電壓保持不變，環(huán)路進(jìn)入“鎖定”狀態(tài)。

然而，單環(huán)數(shù)字鎖相式頻率合成器雖然能夠?qū)崿F(xiàn)頻率合成，但是當(dāng)可變分頻比較大時，輸出噪聲也較大。而且單環(huán)數(shù)字鎖相式頻率合成器需要靠降低參考頻率或提高分頻器的分頻比來實(shí)現(xiàn)較高的頻率分辨率，也即單環(huán)數(shù)字鎖相式頻率合成器存在高參考頻率、低分頻比與高分辨率之間的矛盾。而在頻率合成技術(shù)領(lǐng)域人們往往希望用參考頻率較高的信號和分頻比較低的分頻器來合成大帶寬、高分辨率、低相位噪聲的頻率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種頻率合成器，能夠解決現(xiàn)有單環(huán)數(shù)字鎖相式頻率合成器存在的高參考頻率、低分頻比與高分辨率間的矛盾，可以實(shí)現(xiàn)寬頻率范圍、高分辨率、低相位噪聲的本振輸出。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：

提供一種頻率合成器，包括：微控制單元MCU、高位鎖相環(huán)、低位鎖相環(huán)、混合相加鎖相環(huán)、減法器、低通濾波器、功分器以及放大電路；

其中，高位鎖相環(huán)包括一鎖相環(huán)芯片、一環(huán)路濾波器、以及三個壓控振蕩器，三個壓控振蕩器的工作頻段互不相同；鎖相環(huán)芯片的輸出端接環(huán)路濾波器的輸入端，環(huán)路濾波器的輸出端分別與三個壓控振蕩器的輸入端相連，三個壓控振蕩器的輸出端分別與鎖相環(huán)芯片的射頻信號輸入端相連，三個壓控振蕩器之一的輸出端為高位鎖相環(huán)的輸出端；MCU的VCO選通信號輸出端分別與三個壓控振蕩器的使能信號輸入端相連；低位鎖相環(huán)的輸出端接混合相加鎖相環(huán)的射頻信號輸入端；混合相加鎖相環(huán)的輸出端接功分器的輸入端；功分器的輸出端分別接減法器的正輸入端以及放大電路的輸入端，高位鎖相環(huán)的輸出端接減法器的負(fù)輸入端；減法器的輸出端接低通濾波器的輸入端；低通濾波器的輸出端接混合相加鎖相環(huán)的參考信號輸入端；放大電路的輸出端為頻率合成器的信號輸出端。

基于本實(shí)用新型提供的頻率合成器，高位鎖相環(huán)、低位鎖相環(huán)和混合相加鎖相環(huán)構(gòu)成三環(huán)鎖相式頻率合成器，通過高位鎖相環(huán)提供高頻率、低分辨率的輸出，低位鎖相環(huán)提供高分辨率、低頻率的輸出，再通過混合相加環(huán)將高位鎖相環(huán)和低位鎖相環(huán)輸出的分量相加，從而獲得高工作頻率、高分辨率的輸出。因此，在輸出相同的頻率時，可大幅地減小分頻比，從而減少環(huán)路的寄生輸出和相位噪聲，同時還提高了頻率捕捉性能。同時，通過將單環(huán)中較大的分頻比分裂成兩個分頻比均較小的單環(huán)，同時將兩個單環(huán)尤其是高頻率環(huán)的參考頻率大幅提高，解決了要求參考頻率高、分頻比小與分辨率高的矛盾。此外，在本實(shí)用新型提供的頻率合成器中，由于在高位鎖相環(huán)中采用了三個壓控振蕩器，且三個壓控振蕩器的工作頻段不同，MCU根據(jù)參考頻率的不同可以產(chǎn)生對應(yīng)的VCO選通信號以控制不同頻段的壓控振蕩器工作，從而實(shí)現(xiàn)較寬的頻率范圍輸出。綜上可見，基于本實(shí)用新型提供的頻率合成器，可以實(shí)現(xiàn)寬頻率范圍、高分辨率、低相位噪聲的本振輸出。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有的單環(huán)數(shù)字鎖相式頻率合成器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型提供的一種頻率合成器的結(jié)構(gòu)示意圖一；

圖3為本實(shí)用新型提供的一種頻率合成器的結(jié)構(gòu)示意圖二。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

圖2所示為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種頻率合成器的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的頻率合成器，包括：微控制單元(Micro Controller Unit，MCU)、高位鎖相環(huán)、低位鎖相環(huán)、混合相加鎖相環(huán)、減法器、低通濾波器、功分器以及放大電路。

其中，高位鎖相環(huán)包括一鎖相環(huán)芯片、一環(huán)路濾波器、以及三個壓控振蕩器，三個壓控振蕩器的工作頻段互不相同；鎖相環(huán)芯片的輸出端接環(huán)路濾波器的輸入端，環(huán)路濾波器的輸出端分別與三個壓控振蕩器的輸入端相連，三個壓控振蕩器的輸出端分別與鎖相環(huán)芯片的射頻信號輸入端相連，三個壓控振蕩器之一的輸出端為高位鎖相環(huán)的輸出端。MCU的VCO選通信號輸出端分別與三個壓控振蕩器的使能信號輸入端相連；低位鎖相環(huán)的輸出端接混合相加鎖相環(huán)的射頻信號輸入端；混合相加鎖相環(huán)的輸出端接功分器的輸入端；功分器的輸出端分別接減法器的正輸入端以及放大電路的輸入端，高位鎖相環(huán)的輸出端接減法器的負(fù)輸入端；減法器的輸出端接低通濾波器的輸入端；低通濾波器的輸出端接混合相加鎖相環(huán)的參考信號輸入端；放大電路的輸出端為頻率合成器的信號輸出端。

其中，低位鎖相環(huán)和混合相加鎖相環(huán)具體可以包括：依次電連接的鎖相環(huán)芯片、環(huán)路濾波器以及壓控振蕩器；在低位鎖相環(huán)中，壓控振蕩器的輸出端接鎖相環(huán)芯片的射頻信號輸入端。

本實(shí)用新型提供頻率合成器的工作原理如下：

MCU接收到設(shè)置命令后，根據(jù)參考頻率fosc計(jì)算出頻率合成器參數(shù)，送出時鐘信號(CLK)、鎖相環(huán)芯片數(shù)據(jù)信號(DATA1、DATA2、DATA3)、使能信號(LE)三路鎖相環(huán)芯片的控制信號以及VCO選通信號。低位鎖相環(huán)中的鎖相環(huán)芯片根據(jù)接收到時鐘信號CLK、數(shù)據(jù)信號DATA1、使能信號LE，將環(huán)路反饋回來的射頻信號RF1進(jìn)行分頻后，與參考頻率分頻后產(chǎn)生的參考頻率鑒相，將產(chǎn)生電荷泵電流，產(chǎn)生的電荷泵電流進(jìn)入到環(huán)路濾波器，形成環(huán)路電壓，此環(huán)路電壓加在壓控振蕩器的輸入端，控制壓控振蕩器的輸出頻率，同時低位鎖相環(huán)中的鎖相環(huán)芯片將環(huán)路鎖定檢測信號LD1上報給MCU，以供MCU根據(jù)環(huán)路鎖定檢測信號LD1控制低位鎖相環(huán)工作。高位鎖相環(huán)中的鎖相環(huán)芯片根據(jù)接收到時鐘信號CLK、數(shù)據(jù)信號DATA2、使能信號LE，將環(huán)路反饋回來的射頻信號RF2進(jìn)行分頻后，與參考頻率分頻后產(chǎn)生的參考頻率鑒相，將產(chǎn)生電荷泵電流，產(chǎn)生的電荷泵電流進(jìn)入到環(huán)路濾波器，形成環(huán)路電壓，此環(huán)路電壓加在壓控振蕩器的輸入端，控制壓控振蕩器的頻率的輸出，同時高位鎖相環(huán)中的鎖相環(huán)芯片將環(huán)路鎖定檢測信號LD2上報給MCU，以供MCU根據(jù)環(huán)路鎖定檢測信號LD2控制高位鎖相環(huán)工作。高位鎖相環(huán)的輸出與混合相加鎖相環(huán)的輸出經(jīng)減法器混頻后經(jīng)低通濾波器濾波，低通濾波器輸出的信號作為混合相加鎖相環(huán)中鎖相環(huán)芯片的參考頻率，同時低位鎖相環(huán)的輸出作為混合相加鎖相環(huán)的射頻信號RF3輸入，混合相加鎖相環(huán)根據(jù)接收到信號CLK、數(shù)據(jù)信號DATA1、使能信號LE，將射頻信號RF3進(jìn)行分頻后，與射頻信號R3分頻后的參考頻率進(jìn)行鑒相，將產(chǎn)生電荷泵電流，所產(chǎn)生的電荷泵電流進(jìn)入到環(huán)路濾波器，形成環(huán)路電壓，此環(huán)路電壓加在壓控振蕩器的輸入端，控制壓控振蕩器的頻率的輸出，同時高位鎖相環(huán)中的鎖相環(huán)芯片將環(huán)路鎖定檢測信號LD3上報給MCU，以供MCU根據(jù)環(huán)路鎖定檢測信號LD3控制混合相加鎖相環(huán)工作。

在本實(shí)用新型實(shí)施例提供的頻率合成器中，高位鎖相環(huán)、低位鎖相環(huán)和混合相加鎖相環(huán)構(gòu)成三環(huán)鎖相式頻率合成器，通過高位鎖相環(huán)提供高頻率、低分辨率的輸出，低位鎖相環(huán)提供高分辨率、低頻率的輸出，再通過混合相加環(huán)將高位鎖相環(huán)和低位鎖相環(huán)輸出的分量相加，從而獲得高工作頻率、高分辨率的輸出。因此，在輸出相同的頻率時，可大幅地減小分頻比，從而減少環(huán)路的寄生輸出和相位噪聲，同時還提高了頻率捕捉性能。同時，通過將單環(huán)中較大的分頻比分裂成兩個分頻比均較小的單環(huán)，同時將兩個單環(huán)尤其是高頻率環(huán)的參考頻率大幅提高，解決了要求參考頻率高、分頻比小與分辨率高的矛盾。此外，在本實(shí)用新型提供的頻率合成器中，由于在高位鎖相環(huán)中采用了三個壓控振蕩器，且三個壓控振蕩器的工作頻段不同，MCU根據(jù)參考頻率的不同可以產(chǎn)生對應(yīng)的VCO選通信號以控制不同頻段的壓控振蕩器工作，從而實(shí)現(xiàn)較寬的頻率范圍輸出。

綜上可見，基于本實(shí)用新型提供的頻率合成器，可以實(shí)現(xiàn)寬頻率范圍、高分辨率、低相位噪聲的本振輸出。

優(yōu)選的，在本實(shí)用新型提供的頻率合成器中，混合相加鎖相環(huán)中的三個壓控振蕩器的工作頻段分別為：1235.7MHz-1390.5MHz，1391.4MHz-1529.1MHz，1530MHz-1717.2MHz。

進(jìn)一步的，如圖3所示，本實(shí)用新型提供的頻率合成器還可以包括：與MCU電連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，以及與數(shù)模轉(zhuǎn)換器電連接的控制開關(guān)。其中，控制開關(guān)與混合相加鎖相環(huán)中的壓控振蕩器電連接。

這樣一來，MCU即可根據(jù)參考頻率信息輸出串行數(shù)據(jù)，并送入數(shù)模轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器通過運(yùn)算后，送入控制開關(guān)，得到預(yù)置電壓，加在混合相加鎖相環(huán)中的壓控振蕩器上，從而實(shí)現(xiàn)快速頻率鎖定。

優(yōu)選的，在本實(shí)用新型提供的頻率合成器中，低位鎖相環(huán)中的鎖相環(huán)芯片的型號為LMX2316，環(huán)路濾波器為三階無源環(huán)路濾波器，壓控振蕩器的型號為MAX2620，MCU的型號為ATMEGA128L-8AU，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的型號為LTC1660。

當(dāng)然，以上所述僅為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，本實(shí)用新型并不限于此。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：實(shí)現(xiàn)上述方法實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述方法實(shí)施例的步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括：ROM、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

以上所述，僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。