CN202978895U - 一种低相噪频率合成器 - Google Patents

一种低相噪频率合成器 Download PDF

Info

Publication number
CN202978895U
CN202978895U CN 201220734093 CN201220734093U CN202978895U CN 202978895 U CN202978895 U CN 202978895U CN 201220734093 CN201220734093 CN 201220734093 CN 201220734093 U CN201220734093 U CN 201220734093U CN 202978895 U CN202978895 U CN 202978895U
Authority
CN
China
Prior art keywords
output
capacitor
switch
phase noise
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN 201220734093
Other languages
English (en)
Inventor
郄锦辉
舒燕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 54 Research Institute
Original Assignee
CETC 54 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 54 Research Institute filed Critical CETC 54 Research Institute
Priority to CN 201220734093 priority Critical patent/CN202978895U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN202978895U publication Critical patent/CN202978895U/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

本实用新型公开了一种低相噪频率合成器，它涉及通信对抗领域中的一种覆盖C频段的低相噪频率合成器产品。它由恒温晶振、鉴相器、分频器、开关、滤波器、压控振荡器、控制单元等组成。本实用新型采用可变环路带宽技术，在C频段(4GHz～7GHz)，通过使用多组经优化的环路滤波器，分别对应宽带压控振荡器的不同频段，以消除压控振荡器调谐灵敏度随频率变化大而引起的输出信号相位噪声的恶化。从而达到环路带宽与压控振荡器调谐灵敏度相适应，降低锁相环相位噪声的目的。通过试验验证，采用该技术后，在对锁相环路更改较小的情况下，可对相位噪声改善5dB～9dB。它具有结构简单、相位噪声低、低功耗、体积小等优点。特别适用于对输出信号相位噪声较低、体积小、成本低的情况。

Description

一种低相噪频率合成器
技术领域
本实用新型涉及通信对抗领域中的频率合成器，特别适用于通信对抗领域中C频段低相噪频率合成器。 
技术背景
目前无线通信领域中使用的接收机、发射机中使用的频率合成器均是采用频率合成方式实现的。频率合成器信号的频谱纯度，直接关系到接收机的动态范围和发射机的频谱纯度。并且，随着通信***工作频带的增加，所需的频率合成器的工作频带也在相应的增加。 
常规频率合成方式分别为：直接模拟合成法、锁相环合成法和直接数字合成法。直接模拟合成法频率转换时间快、相位噪声好，但是体积、功耗较大。 
锁相环合成法通过锁相环完成频率的加、减、乘、除运算。该方法结构简化、体积小。解决高分辨率和快转换速度之间的矛盾可以调整环路带宽，带宽越大则锁定的时间越短，但环路的杂散恶化较大；另外，锁相环合成法的相位噪声除受到参考信号的影响外，还与鉴相器及分频比有关，最终相位噪声与直接模拟合成法相比差一些。 
用直接数字频率合成(DDS)的方法转换速度很快，但是，直接数字频率合成(DDS)受到数模转换器(DAC)的工作频率的限制，其输出频率也受到了限制。另外，直接数字频率合成方式输出信号杂散有时比较大。 
综合考虑相位噪声、杂散、频率范围、实现的难易程度、体积/功耗大小等因素，锁相环合成法具有比较优势，在体积、功耗比较小的情况下，可以在相对较窄的频率范围内，可以达到较好的相位噪声和杂散指标。 
锁相环合成方式中，通常包括鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和分频器。目前大量应用的锁相环频率合成方式中，存在以下问题：受压控振荡器输出频率限制，导致频率范围窄；随着压控振荡器输出频率范围的增加，压控振荡器调谐灵敏度变化增大，导致环路滤波器与压控振荡器不适应，最终导致输出信号相位噪声急剧恶化。如压控振荡器输出频率范围为4GHz～7GHz时，在输出信号频率范围为5.1GHz～5.3GHz内，相位噪声可达-90dBc/Hz10kHz；而在输出频率的高端，6.9GHz～7.0GHz范围内，相位噪声只能达到-85dBc/Hz10kHz。 
随着通信技术的发展，对频率合成器信号的输出频率范围，越来越宽，相位噪声的要求越来越高，常规的锁相环频率合成方式在有些情况下，已经不能满足要求。 
实用新型内容
为解决上述背景技术中的问题，本实用新型提供了一种满足宽带低相噪要求的低相噪频率合成器，输出频率为4GHz～7GHz，频率步进为10MHz，相位噪声达到-94dBc/Hz10kHz。 
本实用新型所采取的技术方案为： 
一种低相噪频率合成器，其特征在于：包括恒温晶振1、可变分频鉴相器2、环路滤波器组3、压控振荡器4和控制单元5； 
恒温晶振输出的信号作为参考信号；压控振荡器输出的一路信号进入可变分频鉴相器，在可变分频鉴相器中，经可变分频器分频后得到的信号，与恒温晶振输出的参考信号，在可变分频鉴相器中的鉴相器中进行频率和相位比较，鉴相器输出频率或相位误差信号，经环路滤波器组进行滤波后，进入压控振荡器的控制端，控制压控振荡器的输出频率；可变分频鉴相器、环路滤波器组均由控制单元进行控制。 
其中，所述的环路滤波器组包括：第一开关6、第一环路滤波器7、第二环路滤波器8和第二开关9；来自可变分频鉴相器的信号，进入第一开关6的输入端，根据控制策略控制第一开关6；经第一开关6进行选通后的信号，通过第一环路滤波器7或第二环路滤波器8中的一个进行滤波后，进入第二开关9的输入端，并在第二开关9的输出端输出，作为压控振荡器的控制信号。 
其中，第一环路滤波器包括：电容C1、电阻R1、电容C2和第一运放；电容C1、电阻R1的输入端并联连接在第一运放的反相输入端，并与第一开关的一个输出端相连，相应的参考电压连接在第一运放的同相输入端，电阻R1、电容C1的输出端连接在电容C2的输入端，电容C2的输出端与第一运放的输出端及第二开关的一个输入端相连。 
其中，第二环路滤波器包括电容C3、电阻R2、电容C4和第二运放；电容C3、电阻R2的输入端并联连接在第二运放的反相输入端，并与第一开关的另一个输出端相连。相应的参考电压连接在第二运放的同相输入端，电容C3、电阻R2的输出端连接在电容C4的输入端，电容C4的输出端与第二运放的输出端及第二开关的另一个输入端相连。 
其中，所述的晶体振荡器，采用恒温晶体振荡器；所述鉴相器、分频器，采用ADF4106；所述压控振荡器，采用宽带集成压控振荡器；所述开关，采用高电压，低噪声电子开关；所述环路滤波器，采用三阶有源环路滤波器；所述控制单元，采用FPGA进行控制，并且输出端加光电耦合器进行隔离。 
本实用新型与现有技术相比，所取得的有益效果为： 
采用本实用新型所述低相噪频率合成器，在相位噪声指标上有显著改善，在4GHz～7GHz范围内，频率步进10MHz情况下，在全频段范围内，相位噪声最差值可达-94dBc/Hz10kHz，较常规方案优化4dB～9dB以上。 
附图说明
图1是本实用新型的锁相式频率合成器的电原理框图； 
图2是环路滤波器组的电原理方框图。 
具体实施方式
结合图1和图2，对本实用新型所述低相噪频率合成器进行进一步的详细描述。 
本实用新型的技术方案是采用可变环路带宽技术，在C频段(4GHz～7GHz)，通过使用多组经优化的环路滤波器，实现低相噪的频率合成器。 
参照图1本实用新型具体包括：恒温晶振1，可变分频鉴相器2，第环路滤波器组3，压控振荡器4，控制单元5。 
恒温晶振输出的信号作为参考信号；压控振荡器输出的一路信号进入可变分频鉴相器，在可变分频鉴相器中，经可变分频器分频后得到的信号，与恒温晶振输出的参考信号，在可变分频鉴相器中的鉴相器中进行频率和相位比较，鉴相器输出频率或相位误差信号，经环路滤波器组进行滤波后，进入压控振荡器的控制端，控制压控振荡器的输出频率，从而使锁相环进入锁定状态。可变分频鉴相器、环路滤波器组均由控制单元进行控制。 
图2中，环路滤波器组包括：第一开关6、第一环路滤波器7、第二环路滤波器8和第二开关9。 
来自可变分频鉴相器的信号，进入第一开关6的输入端，根据控制策略控制第一开关6；经第一开关6进行选通后的信号，通过第一环路滤波器7或第二环路滤波器8中的一个进行滤波后，进入第二开关9的输入端，并在第二开关9的输出端输出，作为压控振荡器的控制信号。 
在第一环路滤波器中，包括：电容C1、电阻R1、电容C2和第一运放；在第二环路滤波器中，包括：电容C3、电阻R2、电容C4和第二运放。 
在第一环路滤波器中，电容C1、电阻R1的输入端连接在第一运放的反相输入端，并与第一开关的一个输出端相连。相应的参考电压连接在第一运放的同相输入端，电阻R1、电容C1的输出端连接在电容C2的输入端，电容C2的输出端与第一运放的输出端及第二开关的一个输入端相连。在第二环路滤波器中，电容C3、电阻R2的输入端连接在第二运放的反相输入端，并与第一开关的另一个输出端相连。相应的参考电压连接在第二 运放的同相输入端，电容C3、电阻R2的输出端连接在电容C4的输入端，电容C4的输出端与第二运放的输出端及第二开关的另一个输入端相连。 
可以通过测试数据进行比较。表1为常规单环普通方案和本实用新型所述的方案测试数据比较。 
表1 
Figure BSA00000831502800041
测试条件 
频谱仪：Agilent E4440A 
参考源：100MHz恒温晶体振荡器(≤-155dBc/Hz10kHz) 
通过上述数据对比，很清晰的看出，本实用新型所述的方案在相位噪声指标有明显改善。在偏离载波10kHz和100kHz处相位噪声低于常规单环方案9dB。 
采用该实用新型方案研制的频率合成器最终实现指标如下。 
工作频率：fo＝4000MHz～7000MHz； 
相位噪声：≤-94dBc/Hz10kHz； 
≤-94dBc/Hz100kHz； 
杂散抑制：优于75dBc； 
恒温晶体振荡器选用13所型号为OX204D-S-JT-R100M的恒温晶体振荡器，可变分频鉴相器选用ADI公司的ADF4106，环路滤波器组设计为三阶有源滤波器，第一运放和第二运放均为ADI公司的AD820，电容C1为120pF，电容C2为2nF，电容C3为820pF，电容C4为0.01μF，电阻R1为1.3kΩ，电阻R2为620Ω，集成宽带压控振荡器选用十三所HEM102。 
采用某射频软件分析，工作频率为4000MHz～7000MHz，环路带宽分别为80kHz、180kHz，整个锁相环中的环路滤波器组的元件如图2所示。相位噪声仿真数据和试验测试数据见表2。 
需要说明的是表2中的记录结果为整个频率范围4000MHz～7000MHz最差点fo＝7000MHz的测试数据，该频段范围内的其他点的测试值均优于表2中测试结果。 
表2 
Figure BSA00000831502800051
从表2可以看出，相位噪声指标和杂散指标均优于采用常规单环方案研制频率合成器的指标，表明本实用新型提出的频率合成器地相位噪声的方法是有效的。 

Claims (5)

1.一种低相噪频率合成器，其特征在于：包括恒温晶振(1)、可变分频鉴相器(2)、环路滤波器组(3)、压控振荡器(4)和控制单元(5)； 
恒温晶振输出的信号作为参考信号；压控振荡器输出的一路信号进入可变分频鉴相器，在可变分频鉴相器中，经可变分频器分频后得到的信号，与恒温晶振输出的参考信号，在可变分频鉴相器中的鉴相器中进行频率和相位比较，鉴相器输出频率或相位误差信号，经环路滤波器组进行滤波后，进入压控振荡器的控制端，控制压控振荡器的输出频率；可变分频鉴相器、环路滤波器组均由控制单元进行控制。 
2.根据权利要求1所述的一种低相噪频率合成器，其特征在于：所述的环路滤波器组包括：第一开关(6)、第一环路滤波器(7)、第二环路滤波器(8)和第二开关(9)； 
来自可变分频鉴相器的信号，进入第一开关(6)的输入端，根据控制策略控制第一开关(6)；经第一开关(6)进行选通后的信号，通过第一环路滤波器(7)或第二环路滤波器(8)中的一个进行滤波后，进入第二开关(9)的输入端，并在第二开关(9)的输出端输出，作为压控振荡器的控制信号。 
3.根据权利要求2所述的一种低相噪频率合成器，其特征在于：第一环路滤波器包括：电容C1、电阻R1、电容C2和第一运放；电容C1、电阻R1的输入端并联连接在第一运放的反相输入端，并与第一开关的一个输出端相连，相应的参考电压连接在第一运放的同相输入端，电阻R1、电容C1的输出端连接在电容C2的输入端，电容C2的输出端与第一运放的输出端及第二开关的一个输入端相连。 
4.根据权利要求2所述的一种低相噪频率合成器，其特征在于：第二环路滤波器包括电容C3、电阻R2、电容C4和第二运放；电容C3、电阻R2的输入端并联连接在第二运放的反相输入端，并与第一开关的另一个输出端相连，相应的参考电压连接在第二运放的同相输入端，电容C3、电阻R2的输出端连接在电容C4的输入端，电容C4的输出端与第二运放的输出端及第二开关的另一个输入端相连。 
5.如权利要求1所述的低相噪频率合成器，其特征在于：所述的晶体振荡器，采用恒温晶体振荡器；所述鉴相器、分频器，采用ADF4106；所述压控振荡器，采用宽带集成压控振荡器；所述开关，采用高电压，低噪声电子开关；所述环路滤波器，采用三阶有源环路滤波器；所述控制单元，采用FPGA进行控制，并且输出端加光电耦合器进行隔离。 
CN 201220734093 2012-12-28 2012-12-28 一种低相噪频率合成器 Expired - Fee Related CN202978895U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201220734093 CN202978895U (zh) 2012-12-28 2012-12-28 一种低相噪频率合成器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201220734093 CN202978895U (zh) 2012-12-28 2012-12-28 一种低相噪频率合成器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN202978895U true CN202978895U (zh) 2013-06-05

Family

ID=48519912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201220734093 Expired - Fee Related CN202978895U (zh) 2012-12-28 2012-12-28 一种低相噪频率合成器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN202978895U (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016112719A1 (zh) * 2015-01-13 2016-07-21 合肥工业大学 一种集成于射频识别标签的温度传感器
CN105959002A (zh) * 2016-05-18 2016-09-21 成都福兰特电子技术股份有限公司 一种航空通信的无线信号发射***
CN106549665A (zh) * 2015-09-16 2017-03-29 华为技术有限公司 锁相环电路、数据恢复电路及锁相环电路的控制方法
CN109450445A (zh) * 2018-10-26 2019-03-08 中国电子科技集团公司第四十研究所 一种可变环路带宽频率合成装置、***及方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016112719A1 (zh) * 2015-01-13 2016-07-21 合肥工业大学 一种集成于射频识别标签的温度传感器
CN106549665A (zh) * 2015-09-16 2017-03-29 华为技术有限公司 锁相环电路、数据恢复电路及锁相环电路的控制方法
CN106549665B (zh) * 2015-09-16 2019-09-03 华为技术有限公司 锁相环电路、数据恢复电路及锁相环电路的控制方法
CN105959002A (zh) * 2016-05-18 2016-09-21 成都福兰特电子技术股份有限公司 一种航空通信的无线信号发射***
CN109450445A (zh) * 2018-10-26 2019-03-08 中国电子科技集团公司第四十研究所 一种可变环路带宽频率合成装置、***及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN204180052U (zh) 一种x波段移频锁相跳频合成器
CN104320137B (zh) 一种锁相环频率合成器
CN102201819B (zh) 采用cpld设计的dds短波发射机用频率合成源
CN204131498U (zh) 一种锁相环频率合成器
CN202978895U (zh) 一种低相噪频率合成器
CN205584178U (zh) 一种实现频率捷变的宽带微波频率合成器
CN103490777A (zh) 低杂散频率合成器
CN201328110Y (zh) 锁相式频率跟踪装置
CN103762979B (zh) 一种应用于lte信道模拟器的宽带频率源
CN204633753U (zh) 基于hmc835宽带低相噪低杂散跳频源
CN103647553A (zh) 一种宽带超低相位噪声的可直流调频参考源电路
CN202949409U (zh) 基于双vco的超宽带频率合成器
CN105262486A (zh) 一种x波段频率合成器
CN202231696U (zh) 低杂散捷变频频率合成器
CN204376871U (zh) 基于多环锁相的频率合成器
CN103178840A (zh) 一种锁相环电路及其工作方法
CN102340308B (zh) 一种小数分频频率合成器
CN205123709U (zh) 一种多环路下变频型锁相高速跳频合成器
CN204103898U (zh) 一种频率合成器
CN101834620B (zh) 带锁相环本振电路的宽带接收机
CN203219288U (zh) 三级超外差接收机及其本地振荡电路
CN205092849U (zh) 一种x波段频率合成器
CN203352563U (zh) 一种低相位噪声频率合成器
CN103439690B (zh) 一种超宽带雷达频率综合器装置
CN202978896U (zh) 组合宽带快速跳频源

Legal Events

Date Code Title Description
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130605

Termination date: 20211228

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee