一种锁相环频率合成器制造技术

本发明专利技术公开了一种锁相环频率合成器，属于无线电技术领域。该锁相环频率合成器包括由依次首尾相连的鉴频鉴相器、环路滤波器、压控振荡部件、分频器所构成的锁相环；所述压控振荡部件包括一组中心频率互不相同但具有相同压控增益的压控振荡器，且中心频率相邻的压控振荡器的调谐范围互有交叠；各压控振荡器的输入端通过一个切换开关与环路滤波器连接，所述切换开关用于选择压控振荡部件中的某一个压控振荡器与环路滤波器连通；各压控振荡器的输出端均与所述分频器的输入端连接。相比现有技术，本发明专利技术在宽调谐范围内均具有很好相位噪声特性，且结构简单，便于小型化、集成化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种频率合成器，尤其涉及一种锁相环频率合成器，属于无线电

技术介绍
在近现代电子产品中，频率合成技术作为一项关键技术，已在各个领域得到大量应用。频率合成器是利用一个或多个标准信号，通过各种技术途径产生大量离散频率信号的设备。频率合成器的实现方法有3种：直接模拟频率合成、间接频率合成和直接数字频率合成。直接模拟频率合成技术。利用一个或多个不同的晶体振荡器作为基准信号源，经过倍频、分频、混频等途径直接产生许多离散频率的输出信号，称为直接式频率合成。这种方法获得的信号具有频率的长期和短期稳定度高、频率变换速度快等特点，但调试难度大，杂散抑制难。锁相频率合成技术。在20世纪50年代出现了锁相式频率合成器，也称为间接式合成器。它利用一个或者几个参考频率源，通过谐波发生器混频和分频等产生大量的谐波或组合频率，然后用锁相环(Phase-Locked Loop，PLL)，把压控振荡器的频率锁定在某一谐波或组合频率上。由压控振荡器间接产生所需频率输出。这种方法优点是由于锁相环路相当于一个窄带跟踪滤波器，因此能很好地选择所需频率的信号，抑止杂散分量，避免了大量使用滤波器，有利于集成化和小型化。直接数字频率合成技术。20世纪70年代以来，随着数字集成电路和微电子技术的发展，出现了一种新的合成方法——直接数字式频率合成(DDS)技术。它从相位的概念出发进行频率合成，采用了数字采样存储技术，具有精确的相位、频率分辨力，快速的转换时间等冲突优点。其中锁相环频率合成技术，尤其是与DDS技术相结合的DDS-PLL组合式频率合成器目前被广泛采用。锁相环频率合成器的核心是锁相环，其基本结构如图1所示，由鉴频鉴相器(Phase Frequency Detector，PFD)、环路滤波器(Loop Filter，LF)、压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)、分频器等构成。频率调谐范围是VCO的主要指标之一，与谐振器及电路的拓扑结构有关。通常，调谐范围越大，谐振器的Q值就越小，谐振器的Q值与振荡器的相位噪声也有关系，Q值越小，相位噪声性能越差。所以在宽调谐范围的锁相环频率合成应用中，要在带宽调谐范围和相位噪声之间取一个折中点，同时兼顾到二者的指标。现有技术使用一个压控振荡器来覆盖所有的频率范围，难以在整个带宽调谐范围内都实现较好的相位噪声特性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种在宽调谐范围内均具有很好相位噪声特性的锁相环频率合成器。一种锁相环频率合成器，包括由依次首尾相连的鉴频鉴相器、环路滤波器、压控振荡部件、分频器所构成的锁相环；所述压控振荡部件包括一组中心频率互不相同但具有相同压控增益的压控振荡器，且中心频率相邻的压控振荡器的调谐范围互有交叠；各压控振荡器的输入端通过一个切换开关与环路滤波器连接，所述切换开关用于选择压控振荡部件中的某一个压控振荡器与环路滤波器连通；各压控振荡器的输出端均与所述分频器的输入端连接。优选地，所述压控振荡器为LC压控振荡器。优选地，还包括分别与所述切换开关及分频器连接的控制单元。优选地，所述分频器为Σ-Δ调制器。相比现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术利用多个可切换的具有不同中心频率的压控振荡器构成压控振荡部件，可根据工作频段切换至最佳的压控振荡器，从而在获得极宽的调谐范围的同时，保证了在整个调谐范围内均可获得较佳的相位噪声特性；本专利技术结构简单，避免了使用多个锁相环频率合成芯片来合成对应频率造成的成本升高以及PCB布板难度的升高等问题，有利于设备的小型化、集成化。附图说明图1为现有锁相环频率合成器的基本结构示意图；图2为本专利技术锁相环频率合成器的基本结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明：本专利技术针对现有技术采用单一压控振荡器所带来的无法在宽调谐范围内获得较佳相位噪声特性的问题，利用一组并联的具有不同中心频率的压控振荡器取代现有技术所采用的单一的压控振荡器，根据频率合成器的工作频率从中选取最佳的压控振荡器接入锁相环路，从而获得更好的相位噪声特性；当工作频率发生变化，则可相应地切换所接入的压控振荡器。这样，整个频率合成器可在获得极宽的调谐范围的同时，在整个调谐范围内均可获得较佳的相位噪声特性。本专利技术锁相环频率合成器一个优选方案如图1所示，其锁相环部分包括鉴频鉴相器、环路滤波器、压控振荡部件、分频器，其中压控振荡部件包括多个中心频率互不相同的压控振荡器，且中心频率相邻的压控振荡器的调谐范围互有交叠；各压控振荡器通过一个切换开关与环路滤波器连接，该切换开关用于选择压控振荡部件中的某一个压控振荡器与环路滤波器连通。由于多个压控振荡器要共用环路中的鉴频鉴相器、环路滤波器，因此压控振荡部件中的各压控振荡器应具有相同的压控增益Kv值，这样，各压控振荡器均可与锁相环中的其他部件协同工作。本实施例中的分频器为小数分频器，采用Σ-Δ调制器实现。为了实现自动控制，如图2所示，本实施例中的锁相环频率合成器还包括微控制器所构成的控制单元，其分别与切换开关及分频器连接。控制单元可根据实际工作频率按照预设的对应关系从压控振荡选择相应的压控振荡器接入环路。现有压控振荡器从电路结构来分，主要有两类：环路振荡器和LC振荡器。环路振荡器具有大的调谐范围，可做的体积比较小，容易做成集成电路，但是其相位噪声性能不如LC振荡器。LC振荡器在采用比值Cmax/Cmin大的MOS变容管后，其调谐范围可以变得比较大，能够供宽频率范围使用；与此同时其Q值也比较高，其相位噪声也较好。因此，本专利技术优选采用LC振荡器。为了便于公众更清楚了解本专利技术技术方案，下面通过一个应用实例来说明本专利技术这种多VCO设计的优越性。本实例中设计的宽调谐范围为1800MHz到3600MHz，频率合成器选用的是HMC703LP4E。为了提高其性能把频率范围分为四段，分别选择4个压控振荡器，分别让它们工作在：(1)1800MHz到2050MHz；VCO选用DCRO170230-10(2)2040MHz到2500MHz；VCO选用ROS-2490C+(3)2450MHz到2980MHz；VCO选用ROS-2960-119+(4)2962MHz到3388MHz，VCO选用ROS-3600-619+压控振荡器的选取和使用它们各自的频段是要考虑整个锁相环的工作情本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锁相环频率合成器，包括由依次首尾相连的鉴频鉴相器、环路滤波器、压控振荡部件、分频器所构成的锁相环；其特征在于，所述压控振荡部件包括一组中心频率互不相同但具有相同压控增益的压控振荡器，且中心频率相邻的压控振荡器的调谐范围互有交叠；各压控振荡器的输入端通过一个切换开关与环路滤波器连接，所述切换开关用于选择压控振荡部件中的某一个压控振荡器与环路滤波器连通；各压控振荡器的输出端均与所述分频器的输入端连接。

【技术特征摘要】
1.一种锁相环频率合成器，包括由依次首尾相连的鉴频鉴相器、环路滤波器、
压控振荡部件、分频器所构成的锁相环；其特征在于，所述压控振荡部件包括一
组中心频率互不相同但具有相同压控增益的压控振荡器，且中心频率相邻的压控
振荡器的调谐范围互有交叠；各压控振荡器的输入端通过一个切换开关与环路滤
波器连接，所述切换开关用于选择压控振荡部件中的某一个压控振荡器与环路...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴文江，何旭，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32