一种基于可编程控制电路调节频率输出的频率源模块制造技术

本发明专利技术涉及一种基于可编程控制电路调节频率输出的频率源模块，包括：锁相环回路、控制模块、电源转换电路及背板连接器；锁相环回路包括鉴相器(PFD)、压控振荡器(VCO)、R分频器、N分频器以及环路滤波器(LF)；控制模块调节锁相环回路的R分频器、N分频器和压控振荡器的分频比，调节频率源模块的输出频率和输出功率；电源转换电路及背板连接器，电源转换电路将背板提供的供电电压转换成锁相环回路和控制模块所需的供电电压。本发明专利技术具有输出频率高，输出频率可调，依据需要进行编程控制，使得输出频点更加灵活；可与背板进行互联，为背板上其他模块提供基准信号；可依据需求与其他模块搭接成不同功能的系统，具有灵活性高、研发成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种采用锁相环技术设计的频率源模块，通过引入可编程的外置控制电路来控制锁相环的分频比、输出频点和功率，实现输出可调节的功能。并且，可以通过相关的连接器与背板实现互联。属于电子电路领域。
技术介绍
频率源是电子设备中必不可少的部分，它向其它电路或者系统提供基准信号，是重要的信号来源。频率源一般使用高精度、高稳定度的晶振作为参考信号，通过不同的频率合成方式来合成所需频率。频率合成技术归纳起来主要有四种，分别是直接频率合成技术(DS)、锁相环式频率合成技术(PLL)、直接数字频率合成技术(DDS)以及混合式频率合成技术(DDS+PLL)。随着电路系统逐渐趋向于小型化、复杂化，传统的电路设计出现了研发时间长、可移植性差、灵活性低等局限性。并且现阶段电路中的频率源多输出固定频点和功率的信号，想要随需求更改输出频点或功率具有一定困难。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题：克服现有技术的不足，提供本一种基于可编程控制电路调节频率输出的频率源模块，具有输出频率高，输出频率可调，可以依据需要进行编程控制，使得输出频点更加灵活；且输出功率高；可与背板进行互联，为背板上其他模块提供基准信号；可依据需求与其他模块搭接成不同功能的系统，具有灵活性高、研发成本低等特点。本专利技术技术解决方案：一种基于可编程控制电路调节频率输出的频率源模块，包括：锁相环回路、控制模块、电源转换电路及背板连接器；所述锁相环回路包括鉴相器(PFD)、压控振荡器(VCO)、R分频器、N分频器以及环路滤波器(LF)；从晶振输出的参考信号进入R分频器之后，频率变为之前的R分之一，再送入鉴相器；鉴相器将参考信号与经过压控振荡器输出再经N分频器分频后的信号进行相位比较后输出电流信号，电流信号的均值与参考信号和经过压控振荡器输出再经N分频器分频后的信号之间两个信号的相位差成正比，送入环路滤波器；信号在环路滤波器中经过积分后形成积分电压，送入压控振荡器；压控振荡器的输出频率与积分电压成正比，输出信号再经过N分频器，频率变成之前的N分之一，与参考输入在鉴相器中进行比较；整个环路是一个负反馈调节，最终达到鉴相器的两个输入信号相位差几乎相等，从而达到锁定状态；锁定后的信号在压控振荡器中经过分频，频率变为D分之一后输出。控制模块，调节锁相环回路的锁相环R分频器、N分频器和压控振荡器的分频比，从而调节频率源模块的输出频率，同时也通过控制模块调节频率源模块输出功率；电源转换电路及背板连接器，电源转换电路将背板提供的供电电压转换成锁相环回路和控制模块所需的供电电压，通过背板连接器可与背板其他功能模块组成功能不同的电子系统，从而简化电子系统设计难度，加大灵活性。所述控制模块主要包括单片机及其外围电路。通过对锁相环中R分频器、N分频器和压控振荡器进行编程控制改变分频比，从而调节频率源模块的输出频率。通过对压控振荡器进行编程控制改变其输出功率，从而调节频率源模块整体的输出功率。所述的R分频器的分频比R的调整范围为1至4095，N分频器的分频比N的调整范围为12至262143，通过调整N和R的取值使fVCO＝fOSC*N/R在压控振荡器允许范围内。压控振荡器的分频比D的调整范围为1至63，输出信号频率为fOUT＝fVCO/D。通过调整R、N和D的取值使频率源模块输出信号频率达到系统所需频率。所述的fOSC为晶振频率，fVCO为压控振荡器频率，fOUT为频率源模块输出频率。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)输出信号频率和功率可调，可以适应不同电子系统的要求，且只需通过控制模块调节，简单方便。(2)电路模块化，可以通过背板连接器和背板与不同功能模块任意组合实现不同功能，具有很高的灵活性，降低设计成本。(3)本专利技术采用锁相环回路，是基于自动控制原理，将输入信号的相位信息进行跟踪锁定，使得输出信号在相位上与输入信号保持一致，具有输出频率稳定、较好抑制杂散的优势，另外，锁相环回路的结构简单，也很大程度上减少了调试工作。附图说明图1为本专利技术基于可编程控制电路调节频率输出的频率源模块的原理框图；图2为本专利技术的频率源模块输出测试结果。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明。本专利技术的目的是设计一种基于可编程控制电路调节频率输出的频率源模块，并满足以下三点要求。要求一：输出频率范围。最高频率要高于2GHz，最低频率没有设置下限，并且输出频率不是固定的，可以依据需要进行编程控制，使得输出频点更加灵活；要求二：输出功率范围。输出功率最大值不超过5dBm，考虑到频率源模块可能给不同的电路提供信号，输出功率要求不尽相同，所以输出功率也是可以通过编程进行控制；要求三：可与背板进行互联，为背板上其他功能模块提供基准信号。如图1所示，本专利技术主要包括三个部分：部分一：锁相环回路；锁相环回路包括鉴相器(PFD)、压控振荡器(VCO)、R分频器、N分频器以及部分环路滤波器(LF)。锁相环回路从频率源模块上的100MHz晶振输入参考信号，参考信号进入R分频器之后，频率变成之前的R分之一，送入鉴相器；鉴相器将参考信号与所述的经过N分频器分频后的信号进行相位比较，经过电荷泵后输出电流信号，电流的均值与两个信号的相位差成正比，送入环路滤波器；信号在环路滤波器中经过积分后形成积分电压，送入压控振荡器；压控振荡器的输出频率与积分电压成正比，输出频率再次经过N分频器，频率变成之前的N分之一，与参考输入在鉴相器中进行比较。由于整个环路是一个负反馈调节，所以最终能够达到鉴相器的两个输入信号相位差几乎相等，从而达到锁定状态。锁定后的信号在压控振荡器中经过分频，频率变为D分之一后输出。部分二：控制模块所述的控制模块主要包括单片机及其外围电路。通过对锁相环中R分频器、N分频器和压控振荡器进行编程控制改变分频比，从而调节频率源模块的输出频率。通过对压控振荡器进行编程控制改变其输出功率，从而调节频率源模块整体的输出功率。通过控制模块调节锁相环R分频器分频值比32，调节N分频器分频比为770，调节压控振荡器分频比为1，从而调节频率源模块的输出频率为2406.25MHz，同时也可以通过控制模块调节频率源模块输出功率为0dBm左右。部分三：电源转换电路及背板连接器。电源转换电路主要用于将背板提供的5V电压转换为锁相环和控制模块所需的3.3V供电电压。在设置完毕后，进行电路实际输出信号测量，利用安捷伦的N9918A频谱仪进行信号测量，测量的结果如下图2所示，由图2可以看出，频率源模块最终输出信号频率为2406.25MHz，输出功率为0.0062dBm。从测量结果可知，频率源模块输出频率与设计参数一致。由以上数据可知，设计加工制作的频率源模块功能正常，输出的相位噪声以及杂散性能满足设计指标要求；同时，频率源模块的输出频率、输出功率编程可调，具有较好的灵活性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可编程控制电路调节频率输出的频率源模块，其特征在于：包括锁相环回路、控制模块、电源转换电路及背板连接器；所述锁相环回路包括鉴相器(PFD)、压控振荡器(VCO)、R分频器、N分频器以及环路滤波器(LF)；从晶振输出的参考信号进入R分频器之后，频率变为之前的R分之一，再送入鉴相器；鉴相器将参考信号与经过压控振荡器输出再经N分频器分频后的信号进行相位比较后输出电流信号，电流信号的均值与参考信号和经过压控振荡器输出再经N分频器分频后的信号之间的相位差成正比，送入环路滤波器；信号在环路滤波器中经过积分后形成积分电压，送入压控振荡器；压控振荡器的输出频率与积分电压成正比，输出信号再经过N分频器，频率变成之前的N分之一，与参考输入在鉴相器中进行比较；整个环路是一个负反馈调节，最终达到鉴相器的两个输入信号相位差几乎相等，从而达到锁定状态；锁定后的信号在压控振荡器中经过分频，频率变为D分之一后输出。控制模块，调节锁相环回路的锁相环R分频器、N分频器和压控振荡器的分频比，从而调节频率源模块的输出频率，同时也通过控制模块调节频率源模块输出功率；电源转换电路及背板连接器，电源转换电路将背板提供的供电电压转换成锁相环回路和控制模块所需的供电电压，通过背板连接器可与背板其他功能模块组成功能不同的电子系统，从而简化电子系统设计难度，加大灵活性。...

【技术特征摘要】
1.一种基于可编程控制电路调节频率输出的频率源模块，其特征在于：包括锁相环回路、控制模块、电源转换电路及背板连接器；所述锁相环回路包括鉴相器(PFD)、压控振荡器(VCO)、R分频器、N分频器以及环路滤波器(LF)；从晶振输出的参考信号进入R分频器之后，频率变为之前的R分之一，再送入鉴相器；鉴相器将参考信号与经过压控振荡器输出再经N分频器分频后的信号进行相位比较后输出电流信号，电流信号的均值与参考信号和经过压控振荡器输出再经N分频器分频后的信号之间的相位差成正比，送入环路滤波器；信号在环路滤波器中经过积分后形成积分电压，送入压控振荡器；压控振荡器的输出频率与积分电压成正比，输出信号再经过N分频器，频率变成之前的N分之一，与参考输入在鉴相器中进行比较；整个环路是一个负反馈调节，最终达到鉴相器的两个输入信号相位差几乎相等，从而达到锁定状态；锁定后的信号在压控振荡器中经过分频，频率变为D分之一后输出。控制模块，调节锁相环...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈爱新，赵越，应小俊，吴文斌，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11