CN109039309A - 基于锁相环机理的高平坦度宽带梳状谱发生器及发生方法 - Google Patents

基于锁相环机理的高平坦度宽带梳状谱发生器及发生方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于锁相环机理的高平坦度宽带梳状谱发生器及发生方法，其组成包括R分频器、鉴相器PD、环路滤波LP、压控振荡器VCO、N分频器、带通滤波器，参考信号输入经过R分频器进行分频为鉴相器输入，通过程序控制使得R分频器的输出为梳状谱间隔频率，同时经过N分频器反馈的回路频率也设定为梳状谱间隔频率，当锁相环稳定锁定后，N分频器的输出一部分引出来即得到梳状谱信号，然后通过带通滤波器抑制带宽外不需要的信号得到最终输出梳状谱信号。与传统的梳状谱发生器相比，该技术具有高平坦度、间距细且可调、宽带、梳状谱零点可调等特点。

Description

基于锁相环机理的高平坦度宽带梳状谱发生器及发生方法
技术领域
本发明涉及梳状谱发生器领域，特别涉及一种基于锁相环机理的高平坦度宽带梳状谱发生器。
背景技术
梳状谱发生器是一种能够产生梳状频谱信号的模块组件，在现代通信***领域有广泛的应用。在多通道接收机中，常常采用校正源对接收机进行校准来消除通道间的相位误差或者幅度误差。如果采用常规的锁相环方式，每次只能输出单一频点信号，然后进行扫描，但是这样会使得校正的时间变得很长，影响了接收机实时性要求。为了缩短校准时间，提供接收机工作的实时性要求，采用梳状谱发生器就变得很重要。在幅度误差校准的应用场景下，对梳状谱幅度的高平坦度要求就显得很必要。
在捷变频雷达中要求同时输出几十个快速跳变的高纯谱频点的应用场景下，如果采用常规的锁相环(PLL)或者直接数字合成DDS来实现难度较大。
如今，通信行业快速发展，接收机的性能也要求越来越高，所需的带宽越来越宽，信道间隔越来越细，传统基于二极管等的模拟梳状谱发生器难以满足目前的高平坦度、宽带输出、细间距的要求。
发明内容
本发明的目的在于：提供了一种基于锁相环机理的高平坦度宽带梳状谱发生器，解决了通信行业快速发展，接收机的性能也要求越来越高，所需的带宽越来越宽，信道间隔越来越细，传统基于二极管等的模拟梳状谱发生器难以满足目前的高平坦度、宽带输出、细间距的要求的问题
本发明采用的技术方案如下：
一种基于锁相环机理的高平坦度宽带梳状谱发生器，包括R分频器、鉴相器PD、环路滤波LP、压控振荡器VCO、N分频器、带通滤波器，所述R分频器、鉴相器PD、环路滤波LP、压控振荡器VCO、N分频器、带通滤波器依次连接，R分频器的另一端为信号输入端，带通滤波器的另一端为信号输出端，还包括N分频器的输出端与鉴相器PD的输入端连接。
所述鉴相器PD、R分频器、N分频器及压控振荡器VCO封装在一个锁相环芯片PLL中。
所述锁相环芯片PLL上还连接有环路滤波器LP。
所述锁相环芯片PLL上还连接有线性稳压芯片LDO。
一种基于锁相环机理的高平坦度宽带梳状谱发生方法，所述鉴相器PD、R分频器、N分频器及压控振荡器VCO和环路滤波器LP组成了一个锁相环，利用梳状谱间距作为锁相环的鉴相频率进行高频时钟锁定和利用锁相环反馈回路的N分频器对高频时钟进行分频得到脉冲信号即梳状谱信号。
所述信号输入端的参考输入信号输入经过R分频器进行分频后输入到鉴相器输入端，同时压控振荡器VCO的输出经过N分频器处理后为鉴相器的另一输入，当锁相环稳定锁定到高频时钟频率后，N分频器的输出一部分引出来即得到梳状谱信号，然后通过带通滤波器抑制干扰信号得到最终输出梳状谱信号。
通过程序控制使R分频器的输出为梳状谱间隔频率，VCO的输出频率经过N分频器处理后的回路频率也设定为梳状谱间隔频率。
所述锁相环最终稳定锁定后的压控振荡器VCO输出频率是高频时钟信号。
所述利用锁相环反馈回路的N分频器对高频时钟进行分频得到脉冲信号作为梳状谱信号。
进一步地，梳状谱发生器包括R分频器、鉴相器(PD)、环路滤波(LP)、压控振荡器VCO、N分频器、带通滤波器。外部参考输入信号输入经过R分频器进行分频为鉴相器输入，通过程序控制使得R分频器的输出为梳状谱间隔频率，同时VCO输出频率经过N分频器反馈的回路频率也设定为梳状谱间隔频率为鉴相器的另一输入，当锁相环稳定锁定到高频时钟频率后，N分频器的输出一部分引出来即得到梳状谱信号，然后通过带通滤波器抑制带宽外不需要的信号得到最终输出梳状谱信号。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明一种基于锁相环机理的高平坦度宽带梳状谱发生器及发生方法，由于利用锁相环可以方便锁到高频范围，这样可以得到高频时钟信号，然后该信号经过反馈支路的N分频器后，会得到时域上脉宽很窄的脉冲，准确来说脉冲宽度就是时钟频率。时域上脉冲越窄，频域上梳状谱的零点越远，从而得到的谱线在宽带范围内平坦度越好。相对传统利用二极管模拟电路对参考信号进行倍频的方式，这种基于锁相环机理，利用梳状谱间距为鉴相频率锁定高频时钟的方式得到的梳状谱信号具备宽带高平坦的优点。
2.本发明一种基于锁相环机理的高平坦度宽带梳状谱发生器及发生方法，鉴相器可以实现较低频率的输入，这样可以实现梳状谱线细间距要求。利用谱线间距进行频率锁定，最终梳状谱的间距取决于设定的鉴相频率，因此可以灵活进行间距调整。只要在软件程序对R分频器及N分频器设定不同的值，就可以设定不同的鉴相器输入频率，从而达到改变梳状谱间距的功能，而不需要重新对进行硬件设计，相对来说传统的模拟梳状谱发生器难以做到谱线间距软件可控的功能。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明的高平坦度宽带梳状谱发生器实现电路原理图；
图2为本发明的高平坦度宽带梳状谱发生器的实际测试曲线a；
图3为本发明的高平坦度宽带梳状谱发生器的实际测试曲线b；
图4为本发明的高平坦度宽带梳状谱发生器的实际测试曲线c；
图5为本发明的高平坦度宽带梳状谱发生器实现电路原理图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面结合图1至图4对本发明作详细说明。
实施例1
一种基于锁相环机理的高平坦度宽带梳状谱发生器，包括R分频器、鉴相器PD、环路滤波LP、压控振荡器VCO、N分频器、带通滤波器，所述R分频器、鉴相器PD、环路滤波LP、压控振荡器VCO、N分频器、带通滤波器依次连接，R分频器的另一端为信号输入端，带通滤波器的另一端为信号输出端，还包括N分频器的输出端与鉴相器PD的输入端连接。
所述鉴相器PD、R分频器、N分频器及压控振荡器VCO封装在一个锁相环芯片PLL中。
所述锁相环芯片PLL上还连接有环路滤波器LP。
所述锁相环芯片PLL上还连接有线性稳压芯片LDO。
本实施例中的高平坦度宽带梳状谱发生器电路包括锁相环芯片PLL、线性稳压芯片LDO、LC带通滤波器。该芯片集成了锁相环中的鉴相器PD、R分频器、N分频器及压控振荡器VCO，而环路滤波器LP在芯片外部根据需求修改。该芯片VCO基频为3400MHz～6800MHz，这么高的频率输出覆盖范围能很好满足高频时钟要求，而且该芯片还具备一个特别的MUXOUT输出口功能，该输出口可以把N分频器输出一部分引出芯片外，从而得到梳状谱输出，而后MUXOUT输出经过LC带通滤波器进行滤波得到最终的输出。在本实施例中该滤波器的中心频率设置为150MHz，采用四阶椭圆滤波器结构，为了不恶化平坦度，此滤波器的带内波动确保在0.5dB内，为了更好地抑制带外信号，滤波器带外抑制设计为60dBc。线性稳压芯片LDO主要为锁相芯片供电，同时减少电源噪声，确保锁相环能正常工作。整个电路的工作如下：首先，本实施例中，参考信号为100MHz，经过锁相环芯片参考输入口进入，程序上把芯片内部的R分频器值设置为200即经过R分频器后可得到500kHz的参考信号为芯片内部的鉴相器一端输入，同时把反馈支路的N分频器设置为6800，也就是预设要锁定的高频时钟频率为3400MHz。环路滤波器的环路带宽设置为20kHz，相位裕度60°。然后等环路稳定锁定后，通过程序把MUXOUT的功能设置为N分频器输出，即可得到谱线间隔为500kHz梳状谱信号。
本发明的工作原理/工作过程为：
实施例2
如图5所示，一种基于锁相环机理的高平坦度宽带梳状谱发生方法，所述鉴相器PD、R分频器、N分频器及压控振荡器VCO和环路滤波器LP组成了一个锁相环PLL，利用梳状谱间距作为锁相环的鉴相频率进行高频时钟锁定和利用锁相环反馈回路的N分频器对高频时钟进行分频得到脉冲信号即梳状谱信号。
所述信号输入端的参考输入信号输入经过R分频器进行分频后输入到鉴相器输入端，同时压控振荡器VCO的输出经过N分频器处理后为鉴相器的另一输入，当锁相环稳定锁定到高频时钟频率后，N分频器的输出一部分引出来即得到梳状谱信号，然后通过带通滤波器抑制干扰信号得到最终输出梳状谱信号。
通过程序控制使R分频器的输出为梳状谱间隔频率，VCO的输出频率经过N分频器处理后的回路频率也设定为梳状谱间隔频率。
所述锁相环最终稳定锁定后的压控振荡器VCO输出频率是高频时钟信号。
所述利用锁相环反馈回路的N分频器对高频时钟进行分频得到脉冲信号作为梳状谱信号。
本实施例中的高平坦度宽带梳状谱发生器在实际测试中得到的测试曲线a如图2所示。图2测试的是在80MHz的带宽范围内，输出谱线的幅度变化曲线，从图中2可以看出所得的梳状谱线平坦度很高，进一步调整频谱仪，同时把频谱仪的幅度刻度设置每格为1dB如图3所示，可以看到在60MHz带宽范围内，幅度平坦度限制在1dB范围内，实现宽带高平坦度要求。再进一步调整频谱仪得到测试如图4所示，可以看到梳状谱的间距实500kHz，实现了细间距谱线功能。
以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (9)

1.基于锁相环机理的高平坦度宽带梳状谱发生器，包括R分频器、鉴相器PD、环路滤波LP、压控振荡器VCO、N分频器、带通滤波器，其特征在于：所述R分频器、鉴相器PD、环路滤波LP、压控振荡器VCO、N分频器、带通滤波器依次连接，R分频器的另一端为信号输入端，带通滤波器的另一端为信号输出端，还包括N分频器的输出端与鉴相器PD的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的基于锁相环机理的高平坦度宽带梳状谱发生器，其特征在于：所述鉴相器PD、R分频器、N分频器及压控振荡器VCO封装在一个锁相环芯片PLL中。
3.根据权利要求2所述的基于锁相环机理的高平坦度宽带梳状谱发生器，其特征在于：还包括与锁相环芯片PLL连接的环路滤波器LP。
4.根据权利要求2所述的基于锁相环机理的高平坦度宽带梳状谱发生器，其特征在于：所述锁相环芯片PLL上还连接有线性稳压芯片LDO。
5.根据权利要求1所述的基于锁相环机理的高平坦度宽带梳状谱发生方法，其特征在于：所述鉴相器PD、R分频器、N分频器及压控振荡器VCO和环路滤波器LP组成了一个锁相环，利用梳状谱间距作为锁相环的鉴相频率进行高频时钟锁定和利用锁相环反馈回路的N分频器对高频时钟进行分频得到脉冲信号即梳状谱信号。
6.根据权利要求5所述的基于锁相环机理的高平坦度宽带梳状谱发生方法，其特征在于：所述信号输入端的参考输入信号输入经过R分频器进行分频后输入到鉴相器输入端，同时压控振荡器VCO的输出经过N分频器处理后为鉴相器的另一输入，当锁相环稳定锁定到高频时钟频率后，N分频器的输出一部分引出来即得到梳状谱信号，然后通过带通滤波器抑制干扰信号得到最终输出梳状谱信号。
7.根据权利要求6所述的基于锁相环机理的高平坦度宽带梳状谱发生方法，其特征在于：通过程序控制使R分频器的输出为梳状谱间隔频率，VCO的输出频率经过N分频器处理后的回路频率也设定为梳状谱间隔频率。
8.根据权利要求6所述的基于锁相环机理的高平坦度宽带梳状谱发生方法，其特征在于：所述锁相环最终稳定锁定后的压控振荡器VCO输出频率是高频时钟信号。
9.根据权利要求8所述的基于锁相环机理的高平坦度宽带梳状谱发生方法，其特征在于：所述利用锁相环反馈回路的N分频器对高频时钟进行分频得到脉冲信号作为梳状谱信号。
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