一種寬帶低相噪本振頻率合成電路及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻和微波領(lǐng)域，特別涉及一種寬帶低相噪本振頻率合成電路，還涉及一種寬帶低相噪本振頻率合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]頻譜分析技術(shù)是射頻和微波領(lǐng)域非常重要的分析方法，在現(xiàn)代頻譜分析儀的設(shè)計中，大都采用超外差技術(shù)，因此，其本振信號，特別是第一本振信號，直接決定了頻譜分析儀的性能。采用鎖相環(huán)技術(shù)可以極大的改善本振信號的噪聲性能，從而提高頻譜分析儀的測試性能。
[0003]頻率合成技術(shù)的發(fā)展主要由傳統(tǒng)模擬直接頻率合成器、鎖相環(huán)間接頻率合成器、直接數(shù)字頻率合成器三個階段構(gòu)成，其輸出信號的指標(biāo)越來越高，實現(xiàn)的技術(shù)復(fù)雜度也越來越高?，F(xiàn)有的頻率合成方式主要有直接方式、間接方式、數(shù)字方式以及將這三種方式結(jié)合起來的混合方式。
[0004]傳統(tǒng)直接頻率合成，就是利用電路器件對信號頻率的加、減、乘、除四則運算功能產(chǎn)生新的信號頻率的方式。
[0005]鎖相環(huán)頻率合成方式，通過合成鑒相信號和壓控振蕩器的相位噪聲改善輸出信號相位噪聲，利用環(huán)路濾波器抑制鑒相雜散。
[0006]當(dāng)前的頻率合成技術(shù)有雙環(huán)或多環(huán)鎖相頻率合成器、鎖相環(huán)加直接數(shù)字頻率合成器的混合式頻率合成器等。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)方案中，使用一個諧波取樣混頻器來降低環(huán)路分頻器帶來的影響；作為諧波取樣混頻器的本振激勵信號，由于最高需要倍頻到幾十倍，因此基波需要極好相位噪聲指標(biāo)。直接數(shù)字頻率合成(DDS)由于擁有極好的相噪指標(biāo)(取決于輸入?yún)⒖夹盘?和非常高的頻率分辨率，可以作為鎖相環(huán)電路的可變參考信號，從而獲得任意頻率的壓控振蕩器(VCO)輸出信號。
[0008]如圖1所示，整個電路可分為取樣環(huán)路、DDS、預(yù)調(diào)諧環(huán)路，主鎖相環(huán)路等幾個部分。
[0009]取樣環(huán)路由取樣壓控振蕩器、第一放大器、混頻器、取樣環(huán)鑒相器、取樣環(huán)濾波幾個主要部分組成，其功能是提供具有連續(xù)頻率范圍、良好相位噪聲的取樣混頻的輸入本振信號，經(jīng)過第二放大器后送入主環(huán)的取樣混頻器。
[0010]直接數(shù)字頻率合成器(DDS)部分，輸入的參考信號依次經(jīng)過整數(shù)倍頻器、第一帶通濾波器、第二放大器，直接數(shù)字頻率合成器、第三放大器、第二帶通濾波器產(chǎn)生主鎖相環(huán)路和預(yù)調(diào)諧環(huán)路的鑒相器輸入信號。
[0011]預(yù)調(diào)諧環(huán)路部分，包括第二耦合器、第二整數(shù)分頻器、第四整數(shù)分頻器、預(yù)置環(huán)鑒相器、預(yù)置環(huán)濾波、預(yù)置環(huán)開關(guān)，通過主環(huán)開關(guān)和預(yù)置環(huán)開關(guān)的切換，將主壓控振蕩器的頻率預(yù)先調(diào)諧在所需要的頻率附近，以免主環(huán)工作時發(fā)生失鎖和錯鎖。
[0012]主鎖相環(huán)路的主壓控振蕩器輸出頻率通過第一耦合器耦合出部分功率經(jīng)過第一整數(shù)分頻器，再經(jīng)過低通濾波器、第六放大器后進入取樣混頻器，與來自取樣環(huán)路的信號在取樣混頻器中一起混頻，產(chǎn)生的信號經(jīng)過第三帶通濾波器、第五放大器與來自DDS的鑒相輸入信號在主環(huán)鑒相器鑒相，鑒相輸出再經(jīng)過主環(huán)濾波、主環(huán)開關(guān)等控制主壓控振蕩器。
[0013]現(xiàn)有技術(shù)采用多環(huán)鎖相頻率合成器實現(xiàn)寬帶低相噪本振頻率合成，電路分為取樣環(huán)路、直接數(shù)字頻率合成器(DDS)、預(yù)調(diào)諧環(huán)路，主鎖相環(huán)路等，電路復(fù)雜度非常高、成本高、調(diào)試難度大，且每個頻率點的鎖定都需要對各部分電路進行控制，并切換預(yù)調(diào)諧環(huán)路和主鎖相環(huán)路，控制過于復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種寬帶低相噪本振頻率合成電路及方法，采用單環(huán)鎖相頻率合成環(huán)路加直接數(shù)字頻率合成器，不再需要取樣本振頻率合成器環(huán)路、預(yù)調(diào)諧輔助環(huán)路，電路簡單、成本低、容易調(diào)試。
[0015]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0016]—種寬帶低相噪本振頻率合成電路，將輸入信號分成三路，分別傳送到第一倍頻器、第二倍頻器和直接數(shù)字頻率合成器；
[0017]傳送到第一倍頻器的一路信號經(jīng)過第一倍頻器、第一放大器、第一高通濾波器、第二放大器之后作為正交混頻器的本振信號；
[0018]傳送到第二倍頻器的一路信號，經(jīng)過倍頻之后再經(jīng)過第二高通濾波器生成鎖相環(huán)的鑒相參考頻率信號；
[0019]傳送到直接數(shù)字頻率合成器的參考頻率信號在直接數(shù)字頻率合成器內(nèi)部倍頻后作為直接數(shù)字頻率合成器的參考時鐘，生成兩路頻率相同相位差為90度的正交基帶信號，兩路基帶信號分別經(jīng)過第一低通濾波器和第二低通濾波器濾除參考時鐘信號后，輸入至正交混頻器的I路和Q路輸入，正交混頻器的輸出信號經(jīng)過帶通濾波器后輸入至混頻器；
[0020]壓控振蕩器的輸出信號通過耦合器耦合出部分功率，經(jīng)過第三放大器后作為混頻器的本振信號，與來自帶通濾波器的射頻信號下變頻，混頻器輸出的中頻信號經(jīng)過第四放大器、第三低通濾波器、整數(shù)分頻器后進入鑒相器，與來自第二高通濾波器的鑒相參考頻率信號鑒相后經(jīng)過環(huán)路濾波器來調(diào)諧壓控振蕩器，使壓控振蕩器的頻率鎖定在設(shè)置的頻率上。
[0021]可選地，傳送到第一倍頻器的一路信號，經(jīng)過倍頻、濾波、放大之后，與直接數(shù)字頻率合成器生成的兩路相互正交的基帶信號在正交混頻器進行混頻，經(jīng)過正交混頻器本振頻率正交上變頻之后，輸出信號的頻率范圍為以正交混頻器本振頻率為中心頻率、帶寬為2倍最大基帶信號頻率。
[0022]可選地，所述正交混頻器輸出信號的頻率分辨率取決于直接數(shù)字頻率合成器輸出的基帶信號頻率分辨率。
[0023]可選地，壓控振蕩器的輸出信號先與正交混頻器的輸出信號下變頻，變頻之后頻率步進為2倍的最大基帶信號頻率，混頻器下變頻之后的信號經(jīng)過整數(shù)分頻器之后得到固定的2倍的最大基帶信號頻率，鑒相器的參考頻率為2倍的最大基帶信號頻率，由鑒相器的參考頻率得到第二倍頻器的倍頻倍數(shù)。
[0024]可選地，設(shè)參考頻率為FR，第一倍頻器的倍頻倍數(shù)為整數(shù)D1，第二倍頻器的倍頻倍數(shù)為整數(shù)D2，直接數(shù)字頻率合成器的輸出頻率為FBB，整數(shù)分頻器的分頻比為整數(shù)N，壓控振蕩器的鎖定輸出頻率為F，則:
[0025]F = FR*D1+FR*D2*N±FBB
[0026]為了實現(xiàn)壓控振蕩器的鎖定輸出頻率在壓控振蕩器振蕩范圍內(nèi)以最小頻率分辨率連續(xù)覆蓋，F(xiàn)BB的頻率范圍為O?(FR*D2)/2。
[0027]本發(fā)明還提供了一種寬帶低相噪本振頻率合成方法，將輸入信號分成三路，分別傳送到第一倍頻器、第二倍頻器和直接數(shù)字頻率合成器；
[0028]傳送到第一倍頻器的一路信號，經(jīng)過倍頻、濾波、放大之后，與直接數(shù)字頻率合成器生成的兩路相互正交的基帶信號在正交混頻器進行混頻，經(jīng)過正交混頻器本振頻率正交上變頻之后輸入至帶通濾波器；
[0029]傳送到第二倍頻器的一路信號，經(jīng)過倍頻之后再經(jīng)過第二高通濾波器生成鎖相環(huán)的鑒相參考頻率信號；
[0030]傳送到直接數(shù)字頻率合成器的參考頻率信號在直接數(shù)字頻率合成器內(nèi)部倍頻后作為直接數(shù)字頻率合成器的參考時鐘，生產(chǎn)兩路頻率相同相位差為90度的正交基帶信號，兩路基帶信號分別經(jīng)過第一低通濾波器和第二低通濾波器濾除參考時鐘信號后，輸入至正交混頻器的I路和Q路輸入，正交