CN105553468A - 一种低相位噪声的参考源 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种低相位噪声的参考源，包括锁相式100MHz信号源、第一倍频器、第一混频器、第一环路滤波器和特高频压控声表振荡器；第一倍频器，对锁相式100MHz信号源生成的稳定的100MHz信号进行倍频，生成与特高频压控声表振荡器输出信号频率相同的特高频信号；第一混频器，将第一倍频器生成的特高频信号与特高频压控声表振荡器的辅路信号输出端输出的信号进行鉴相，生成第一鉴相电压；第一环路滤波器，对第一鉴相电压进行滤波，生成第一压控电压；特高频压控声表振荡器，根据第一压控电压的控制由主路信号输出端输出稳定的特高频信号，作为低相位噪声的参考源的输出信号。本发明实现了参考源在较高频率上相位噪声指标的改善。

Description

一种低相位噪声的参考源

技术领域

本发明涉及频率合成及频率源相位噪声性能技术领域。更具体地，涉及一种低相位噪声的参考源。

背景技术

相位噪声是一种随机性的相位起伏，使频率源相位的线性变化趋势发生畸变，是雷达、无线电通信、导航定位等应用领域的重要性能参数，对通信***、武器装备的性能有重大影响，往往成为***性能的限制性因素。为了保证和提高通信***及武器装备的性能，降低频率源的相位噪声成为当前频率源设计的一个重点方向。

当前，频率源主要有以下几种实现方式：直接式频率合成、锁相式频率合成、直接数字式频率合成以及以上三种方式的组合实现方式。但是，无论哪种实现方式，频率源都是在参考源的基础上产生的，参考源的相位噪声对频率源的相位噪声起着决定性作用。在直接式频率合成方式中，频率源主要是在参考源的基础上，通过倍频、分频、混频等手段得到，在不考虑元器件噪声低的情况下，频率源与参考源的相位噪声满足20LogN(N为频率源与参考源频率的倍数)的关系；在锁相式频率合成中，在不考虑鉴相器噪声低的情况下，频率源近载频的相位噪声与参考源近载频的相位噪声一致，其频偏宽度由环路带宽决定；在直接数字式频率合成方式中，在不考虑元器件噪声低的情况下，频率源的相位噪声由时钟信号即参考源的相位噪声决定。因此，具有超低相位噪声的参考源是频率源获取良好相位噪声指标的前提。

在频率源研制过程中，参考源一般由10MHz、100MHz等频率的晶体振荡器产生，这种产生方式只能够满足频率源的一般相位噪声指标要求，对相位噪声指标要求较高的应用场合则不能够满足。主要有两个原因：一方面，受元器件自身特性、工艺水平、技术水平等条件的限制，晶体振荡器的相位噪声指标几乎达到了极限；另一方面，不同类型、不同频率的振荡器在不同频偏处具有不同的相位噪声特性，单一使用某一类型或某一频率的振荡器时，参考源只能在某一频偏范围内取得最佳的相位噪声，而不能在各个频偏处都取得最佳的相位噪声。

为了获取频率源更高的相位噪声指标，出现了另外一种低相位噪声参考源的获取方式：即采用锁相式频率合成的方式，通过低频段晶体振荡器和高频段晶体振荡器互锁的方法，将参考源的频率提高到高频段晶体振荡器的振荡频率上。由锁相环的工作原理可知，参考源的近载频相位噪声与低频段晶体振荡器的近载频相位噪声一致，参考源的远载频相位噪声与高频段晶体振荡器的远载频相位噪声一致，这样就实现了参考源频率的提高和相位噪声的改善。比如为了获得具有较低相位噪声的100MHz参考源，可以采用10MHz晶体振荡器和100MHz压控晶体振荡器互锁的方法，将100MHz压控晶体振荡器的输出信号锁定到10MHz晶体振荡器的振荡信号上，所得到的100MHz参考源相位噪声指标是10MHz晶体振荡器近载频相位噪声和100MHz压控晶体振荡器远载频相位噪声在环路带宽频偏处的最佳拼接，从而使100MHz参考源具有最佳的相位噪声指标。

随着频率合成技术尤其是直接式频率合成技术的发展，对参考源频率和相位噪声的要求越来越高，比如利用谐波产生器产生梳状谱时，梳状谱信号的相位噪声除受谐波产生器的噪声底部限制外，主要由激励信号的相位噪声决定，激励信号的频率一般为400MHz、1GHz甚至更高；另外，随着集成电路技术的发展，对数字电路时钟信号频率和相位噪声的要求也越来越高，比如时钟信号的频率可达1GHz、5GHz甚至更高。因此，研制具有更高相位噪声指标的特高频率参考源十分必要。

因此，需要提供一种输出信号频率在特高频频段的低相位噪声的参考源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低相位噪声的参考源，解决现有参考源在较高频率上相位噪声指标难以改善的问题。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种低相位噪声的参考源，该参考源包括：锁相式100MHz信号源、第一倍频器、第一混频器、第一环路滤波器和特高频压控声表振荡器；

所述锁相式100MHz信号源，生成稳定的100MHz信号；

所述第一倍频器，对所述稳定的100MHz信号进行倍频，生成与所述特高频压控声表振荡器输出信号频率相同的特高频信号；

所述第一混频器，将所述第一倍频器生成的特高频信号与特高频压控声表振荡器的辅路信号输出端输出的信号进行鉴相，生成第一鉴相电压；

所述第一环路滤波器，对所述第一鉴相电压进行滤波，生成第一压控电压；

所述特高频压控声表振荡器，根据所述第一压控电压的控制由主路信号输出端输出稳定的特高频信号，作为低相位噪声的参考源的输出信号。

优选地，所述特高频压控声表振荡器的输出信号频率为：300～3000MHz。

优选地，所述锁相式100MHz信号源包括：10MHz晶体振荡器、第二倍频器、第二混频器、第二环路滤波器和100MHz压控晶体振荡器；

所述10MHz晶体振荡器，生成10MHz信号；

所述第二倍频器，对所述10MHz信号进行10倍频，生成100MHz信号；

所述第二混频器，将所述第二倍频器生成的100MHz信号与100MHz压控晶体振荡器的辅路信号输出端输出的100MHz信号进行鉴相，生成第二鉴相电压；

所述第二环路滤波器，对所述第二鉴相电压进行滤波，生成第二压控电压；

所述100MHz压控晶体振荡器，根据所述第二压控电压的控制由主路信号输出端输出稳定的100MHz信号。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明实现了参考源在较高频率上相位噪声指标的改善。本发明充分利用压控声表振荡器在较高振荡频率上具有优异远载频相位噪声的特点，使最终输出的参考源在保持近载频优异相位噪声指标的前提下，远载频相位噪声得到明显改善，改善量约为4dB，最终实现了参考源在较高频率上整个频偏范围内相位噪声的优异指标。可实现的1000MHz参考源相位噪声指标为：≤-95dBc/Hz10Hz，≤-110dBc/Hz100Hz，≤-142dBc/Hz1kHz，≤-152dBc/Hz10kHz，≤-155dBc/Hz100kHz，≤-160dBc/Hz1MHz，≤-170dBc/Hz10MHz；

(2)本发明采用无源器件混频器作鉴相器，突破了常规有源数字鉴相器对噪声底部的限制，从而保证了参考源的低噪声输出。参考源相位噪声底可优于-180dBc/Hz，与现有参考源相比提高约6dB；

(3)本发明采用锁相环参考信号倍频的方式进行鉴相，改变了锁相环压控振荡器信号分频鉴相的传统方式，避免了分频后鉴相信号对输出信号频谱纯度的影响，改善了参考信号的杂散水平，杂散抑制比优于80dBc，与现有参考源相比提高约5dB。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出低相位噪声的参考源的示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例提供的低相位噪声的参考源包括：10MHz晶体振荡器、倍频次数为10的10倍频器A、混频器A、环路滤波器A、100MHz压控晶体振荡器、倍频器B、混频器B、环路滤波器B和特高频压控声表振荡器；

倍频器B为倍频次数为10的10倍频器B，特高频压控声表振荡器为1000MHz压控声表振荡器；

其连接关系为：

10MHz晶体振荡器的输出端与10倍频器A的输入端连接，10倍频器A的输出端与混频器A的射频输入端连接，混频器A的中频输出端与环路滤波器A的输入端连接，环路滤波器A的输出端与100MHz压控晶体振荡器的输入端连接，100MHz压控晶体振荡器的辅路信号输出端与混频器A的本振输入端连接，100MHz压控晶体振荡器的主路信号输出端与10倍频器B的输入端连接，10倍频器B的输出端与混频器B的射频输入端连接，混频器B的中频输出端与环路滤波器B的输入端连接，环路滤波器B的输出端与1000MHz压控声表振荡器的输入端连接，1000MHz压控声表振荡器的辅路信号输出端与混频器B的本振输入端连接，1000MHz压控声表振荡器的主路信号输出端作为低相位噪声的参考源的输出端。

其信号走向为：

10MHz晶体振荡器产生的10MHz信号送至10倍频器A，10倍频器A进行10倍频后生成100MHz信号，送至混频器A与100MHz压控晶体振荡器输出的辅路信号进行鉴相，鉴相电压经过环路滤波器A后形成100MHz压控晶体振荡器的压控电压，控制100MHz压控晶体振荡器的输出信号频率，直至锁定输出稳定的100MHz信号；稳定的100MHz信号送至10倍频器B，10倍频器B进行10倍频后生成1000MHz信号，送至混频器B与1000MHz压控声表振荡器输出的辅路信号进行鉴相，鉴相电压经过环路滤波器B后形成1000MHz压控声表振荡器的压控电压，控制1000MHz压控声表振荡器的输出信号频率，直至锁定输出稳定的1000MHz信号。

本实施例采用锁相式频率合成的方式，综合运用晶体振荡器、压控晶体振荡器和压控声表振荡器，选取不同振荡器在各自的最佳相位噪声段拼接，进行优势互补，组成具有超低相位噪声的参考链路，使参考源最终输出参考信号的在不同频偏上的相位噪声是不同类型振荡器中的最佳值，从而实现参考源相位噪声的最优控制。在输出频率为1000MHz的参考源的实现过程中，10MHz晶体振荡器提供频偏1Hz到100Hz范围内(或者说小于频偏100Hz)的最佳相位噪声；100MHz压控晶体振荡器提供频偏100Hz到10kHz范围内的最佳相位噪声；1000MHz压控声表振荡器提供频偏10kHz以上范围内的最佳相位噪声。

本实施例提供的低相位噪声的参考源，通过信号分析仪E5052B的测试，输出信号的相位噪声性能达到超低相位噪声，性能优于现有的参考源，且信号杂散也达到先进水平。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (3)

1.一种低相位噪声的参考源，其特征在于，该参考源包括：锁相式100MHz信号源、第一倍频器、第一混频器、第一环路滤波器和特高频压控声表振荡器；

所述锁相式100MHz信号源，生成稳定的100MHz信号；

所述第一倍频器，对所述稳定的100MHz信号进行倍频，生成与所述特高频压控声表振荡器输出信号频率相同的特高频信号；

所述第一混频器，将所述第一倍频器生成的特高频信号与特高频压控声表振荡器的辅路信号输出端输出的信号进行鉴相，生成第一鉴相电压；

所述第一环路滤波器，对所述第一鉴相电压进行滤波，生成第一压控电压；

所述特高频压控声表振荡器，根据所述第一压控电压的控制由主路信号输出端输出稳定的特高频信号，作为低相位噪声的参考源的输出信号。

2.根据权利要求1所述的低相位噪声的参考源，其特征在于，所述特高频压控声表振荡器的输出信号频率为：300～3000MHz。

3.根据权利要求1所述的低相位噪声的参考源，其特征在于，所述锁相式100MHz信号源包括：10MHz晶体振荡器、第二倍频器、第二混频器、第二环路滤波器和100MHz压控晶体振荡器；

所述10MHz晶体振荡器，生成10MHz信号；

所述第二倍频器，对所述10MHz信号进行10倍频，生成100MHz信号；

所述第二混频器，将所述第二倍频器生成的100MHz信号与100MHz压控晶体振荡器的辅路信号输出端输出的100MHz信号进行鉴相，生成第二鉴相电压；

所述第二环路滤波器，对所述第二鉴相电压进行滤波，生成第二压控电压；

所述100MHz压控晶体振荡器，根据所述第二压控电压的控制由主路信号输出端输出稳定的100MHz信号。