一种宽带低相噪本振频率合成电路及方法技术

本发明专利技术提出了一种宽带低相噪本振频率合成电路，包括：直接数字频率合成器、倍频器、低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、正交混频器、混频器、放大器、整数分频器、鉴相器、环路滤波器、压控振荡器、耦合器。本发明专利技术首先采用高鉴相频率鉴相，减小环路的相噪恶化；其次环路采用整数分频器，消除小数分频的尾数对相噪的影响；采用直接数字频率合成器生成的基带信号进行正交上变频，产生高分辨率低相噪的高频率信号，与压控振荡器的输出进行混频下变频，使下变频之后的信号变为一个大步进的信号；压控振荡器输出与高分辨率低相噪信号下变频，降低整数分频器的输入频率，减小整数分频的分频比。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及射频和微波领域，特别涉及一种宽带低相噪本振频率合成电路，还涉及一种宽带低相噪本振频率合成方法。
技术介绍
频谱分析技术是射频和微波领域非常重要的分析方法，在现代频谱分析仪的设计中，大都采用超外差技术，因此，其本振信号，特别是第一本振信号，直接决定了频谱分析仪的性能。采用锁相环技术可以极大的改善本振信号的噪声性能，从而提高频谱分析仪的测试性能。频率合成技术的发展主要由传统模拟直接频率合成器、锁相环间接频率合成器、直接数字频率合成器三个阶段构成，其输出信号的指标越来越高，实现的技术复杂度也越来越高。现有的频率合成方式主要有直接方式、间接方式、数字方式以及将这三种方式结合起来的混合方式。传统直接频率合成，就是利用电路器件对信号频率的加、减、乘、除四则运算功能产生新的信号频率的方式。锁相环频率合成方式，通过合成鉴相信号和压控振荡器的相位噪声改善输出信号相位噪声，利用环路滤波器抑制鉴相杂散。当前的频率合成技术有双环或多环锁相频率合成器、锁相环加直接数字频率合成器的混合式频率合成器等。现有技术方案中，使用一个谐波取样混频器来降低环路分频器带来的影响；作为谐波取样混频器的本振激励信号，由于最高需要倍频到几十倍，因此基波需要极好相位噪声指标。直接数字频率合成(DDS)由于拥有极好的相噪指标(取决于输入参考信号)和非常高的频率分辨率，可以作为锁相环电路的可变参考信号，从而获得任意频率的压控振荡器(VCO)输出信号。如图1所示，整个电路可分为取样环路、DDS、预调谐环路，主锁相环路等几个部分。取样环路由取样压控振荡器、第一放大器、混频器、取样环鉴相器、取样环滤波几个主要部分组成，其功能是提供具有连续频率范围、良好相位噪声的取样混频的输入本振信号，经过第二放大器后送入主环的取样混频器。直接数字频率合成器(DDS)部分，输入的参考信号依次经过整数倍频器、第一带通滤波器、第二放大器，直接数字频率合成器、第三放大器、第二带通滤波器产生主锁相环路和预调谐环路的鉴相器输入信号。预调谐环路部分，包括第二耦合器、第二整数分频器、第四整数分频器、预置环鉴相器、预置环滤波、预置环开关，通过主环开关和预置环开关的切换，将主压控振荡器的频率预先调谐在所需要的频率附近，以免主环工作时发生失锁和错锁。主锁相环路的主压控振荡器输出频率通过第一耦合器耦合出部分功率经过第一整数分频器，再经过低通滤波器、第六放大器后进入取样混频器，与来自取样环路的信号在取样混频器中一起混频，产生的信号经过第三带通滤波器、第五放大器与来自DDS的鉴相输入信号在主环鉴相器鉴相，鉴相输出再经过主环滤波、主环开关等控制主压控振荡器。现有技术采用多环锁相频率合成器实现宽带低相噪本振频率合成，电路分为取样环路、直接数字频率合成器(DDS)、预调谐环路，主锁相环路等，电路复杂度非常高、成本高、调试难度大，且每个频率点的锁定都需要对各部分电路进行控制，并切换预调谐环路和主锁相环路，控制过于复杂。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术提出，采用单环锁相频率合成环路加直接数字频率合成器，不再需要取样本振频率合成器环路、预调谐辅助环路，电路简单、成本低、容易调试。本专利技术的技术方案是这样实现的:—种宽带低相噪本振频率合成电路，将输入信号分成三路，分别传送到第一倍频器、第二倍频器和直接数字频率合成器；传送到第一倍频器的一路信号经过第一倍频器、第一放大器、第一高通滤波器、第二放大器之后作为正交混频器的本振信号；传送到第二倍频器的一路信号，经过倍频之后再经过第二高通滤波器生成锁相环的鉴相参考频率信号；传送到直接数字频率合成器的参考频率信号在直接数字频率合成器内部倍频后作为直接数字频率合成器的参考时钟，生成两路频率相同相位差为90度的正交基带信号，两路基带信号分别经过第一低通滤波器和第二低通滤波器滤除参考时钟信号后，输入至正交混频器的I路和Q路输入，正交混频器的输出信号经过带通滤波器后输入至混频器；压控振荡器的输出信号通过耦合器耦合出部分功率，经过第三放大器后作为混频器的本振信号，与来自带通滤波器的射频信号下变频，混频器输出的中频信号经过第四放大器、第三低通滤波器、整数分频器后进入鉴相器，与来自第二高通滤波器的鉴相参考频率信号鉴相后经过环路滤波器来调谐压控振荡器，使压控振荡器的频率锁定在设置的频率上。可选地，传送到第一倍频器的一路信号，经过倍频、滤波、放大之后，与直接数字频率合成器生成的两路相互正交的基带信号在正交混频器进行混频，经过正交混频器本振频率正交上变频之后，输出信号的频率范围为以正交混频器本振频率为中心频率、带宽为2倍最大基带信号频率。可选地，所述正交混频器输出信号的频率分辨率取决于直接数字频率合成器输出的基带信号频率分辨率。可选地，压控振荡器的输出信号先与正交混频器的输出信号下变频，变频之后频率步进为2倍的最大基带信号频率，混频器下变频之后的信号经过整数分频器之后得到固定的2倍的最大基带信号频率，鉴相器的参考频率为2倍的最大基带信号频率，由鉴相器的参考频率得到第二倍频器的倍频倍数。可选地，设参考频率为FR，第一倍频器的倍频倍数为整数D1，第二倍频器的倍频倍数为整数D2，直接数字频率合成器的输出频率为FBB，整数分频器的分频比为整数N，压控振荡器的锁定输出频率为F，则:F = FR*D1+FR*D2*N±FBB为了实现压控振荡器的锁定输出频率在压控振荡器振荡范围内以最小频率分辨率连续覆盖，FBB的频率范围为O?(FR*D2)/2。本专利技术还提供了一种宽带低相噪本振频率合成方法，将输入信号分成三路，分别传送到第一倍频器、第二倍频器和直接数字频率合成器；传送到第一倍频器的一路信号，经过倍频、滤波、放大之后，与直接数字频率合成器生成的两路相互正交的基带信号在正交混频器进行混频，经过正交混频器本振频率正交上变频之后输入至带通滤波器；传送到第二倍频器的一路信号，经过倍频之后再经过第二高通滤波器生成锁相环的鉴相参考频率信号；传送到直接数字频率合成器的参考频率信号在直接数字频率合成器内部倍频后作为直接数字频率合成器的参考时钟，生产两路频率相同相位差为90度的正交基带信号，两路基带信号分别经过第一低通滤波器和第二低通滤波器滤除参考时钟信号后，输入至正交混频器的I路和Q路输入，正交当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽带低相噪本振频率合成电路，其特征在于，将输入信号分成三路，分别传送到第一倍频器、第二倍频器和直接数字频率合成器；传送到第一倍频器的一路信号经过第一倍频器、第一放大器、第一高通滤波器、第二放大器之后作为正交混频器的本振信号；传送到第二倍频器的一路信号，经过倍频之后再经过第二高通滤波器生成锁相环的鉴相参考频率信号；传送到直接数字频率合成器的参考频率信号在直接数字频率合成器内部倍频后作为直接数字频率合成器的参考时钟，生成两路频率相同相位差为90度的正交基带信号，两路基带信号分别经过第一低通滤波器和第二低通滤波器滤除参考时钟信号后，输入至正交混频器的I路和Q路输入，正交混频器的输出信号经过带通滤波器后输入至混频器；压控振荡器的输出信号通过耦合器耦合出部分功率，经过第三放大器后作为混频器的本振信号，与来自带通滤波器的射频信号下变频，混频器输出的中频信号经过第四放大器、第三低通滤波器、整数分频器后进入鉴相器，与来自第二高通滤波器的鉴相参考频率信号鉴相后经过环路滤波器来调谐压控振荡器，使压控振荡器的频率锁定在设置的频率上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾军，朱卫国，李晓慧，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37