CN209659272U - 一种隔离谐振的低噪声频率合成器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种隔离谐振的低噪声频率合成器，包括环路滤波模块和压控振荡模块。压控振荡模块包括自偏置降噪电路和隔离谐振电路；隔离谐振电路输入端与环路滤波模块连接，隔离谐振电路输出端与分频模块、自偏置降噪电路和输出连接，隔离谐振电路产生振荡信号，受控于环路滤波模块电压控制信号调频并隔离输出；自偏置降噪电路输入端与隔离谐振电路连接，自偏置降噪电路输出端接地，用于降低闪烁噪声和抑制闪烁噪声变频转化。本实用新型应用时将谐振回路与负阻管和输出隔离开来，能够获得更高的振荡频率，并且能够降低闪烁噪声和闪烁噪声的变频转化，同时提高振荡温度稳定性。

Description

一种隔离谐振的低噪声频率合成器

技术领域

本实用新型涉及频率合成器领域，具体是一种隔离谐振的低噪声频率合成器。

背景技术

频率合成器是现代电子***的重要组成部分，在通信、雷达、导航、电子对抗和测试设备中都得到了广泛的应用，特别是在电子对抗中无线电通信对抗方面。频率合成器是决定无线通信***性能的关键器件，其通过压控振荡单元为无线射频收发机提供振荡信号和频率调制，相位噪声是衡量振荡信号质量的重要指标。

闪烁噪声是电路中器件自身噪声中的一种，闪烁噪声是器件位垒不均引起的发射电子缓慢随机起伏，这种变化通常出现在较低的频率上，闪烁噪声会影响相位噪声性能。频率合成器的压控振荡单元一般设有尾电流源和负阻模块，尾电流源用于提供二次谐波高阻抗，降低功耗。负阻模块用于向谐振腔和输出负载提供能量，补偿谐振过程的正阻能量损耗，以保证振荡稳定性。有研究表明，尾电流源的闪烁噪声以及负阻模块叠加到尾电流源的闪烁噪声，它们一起上变频到相位噪声，影响频率合成器压控振荡单元的相位噪声性能。

闪烁噪声随器件尺寸减小而增加，而现代电子***趋于向高集成和小体积方向发展，这也就意味对电子器件尺寸的要求越来越高，因此频率合成器中闪烁噪声产生的影响越来越突显。此外，在高温情况下，负阻模块负阻绝对值会减小，导致其提供的能量减少，振荡稳定性降低，容易出现停振现象。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术的上述问题，提供了一种隔离谐振的低噪声频率合成器，其应用时将谐振回路与负阻管和输出隔离开来，能够获得更高的振荡频率，并且能够降低闪烁噪声和闪烁噪声的变频转化，同时提高振荡温度稳定性。

本实用新型的目的主要通过以下技术方案实现：

一种隔离谐振的低噪声频率合成器，包括鉴相模块，环路滤波模块，压控振荡模块，分频模块、供电模块和主控模块，所述压控振荡模块包括自偏置降噪电路和隔离谐振电路；所述隔离谐振电路输入端与环路滤波模块连接，隔离谐振电路输出端与分频模块、自偏置降噪电路和输出连接，隔离谐振电路产生振荡信号，受控于环路滤波模块电压控制信号调频并隔离输出；所述自偏置降噪电路输入端与隔离谐振电路连接，自偏置降噪电路输出端接地，用于降低闪烁噪声和抑制闪烁噪声变频转化。

优选地，所述隔离谐振电路包括电感L1，可变电容器C1和C2，电容C3和C4，电阻R1和R2，MOS管Q3和Q4；可变电容器C1一端与可变电容器C2一端连接后作为输入端，可变电容器C1另一端连接电阻R1一端后接电容C3一端，可变电容器C2另一端连接电阻R2一端后接电容C4一端，电阻R1另一端和电阻R2另一端均接地，电容C3一端接电感L1一端和MOS管Q3基极，电容C4另一端接电感L1另一端和MOS管Q4基极，电感L1上加有直流信号，MOS管Q3集电极和MOS管Q4集电极均接工作电压，MOS管Q3发射极和MOS管Q4发射极分别作为输出端。

优选地，所述自偏置降噪电路包括MOS管Q1和Q2、Q5和Q6，电容C5至C9，电阻R3和R4；MOS管Q1漏极与MOS管Q2栅极连接后作为输入端接MOS管Q3发射极，MOS管Q1栅极与MOS管Q2漏极连接后作为输入端接MOS管Q4发射极，MOS管Q1源极接电容C5一端和MOS管Q5漏极，MOS管Q2源极接电容C5另一端和MOS管Q6漏极，MOS管Q5源极和MOS管Q6源极分别作为输出端接地，MOS管Q5栅极接电容C6一端后接电容C7一端和电阻R3一端，MOS管Q6栅极接电容C8一端后接电容C9一端和电阻R4一端，电容C6另一端和电容C8另一端分别接周期信号，电容C7另一端和电容C9另一端均接地，电阻R3另一端与电阻R4另一端连接后接偏置信号。

优选地，所述隔离谐振电路输出端通过缓冲电路与分频模块和输出连接，用于提高振荡温度稳定性。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

1、通过MOS管Q3和Q4，将电感L1、可变电容器C1和C2、电容C3和C4组成的LC谐振电路与***电路隔离，使得LC谐振电路具有较小的等效电容，从而获得较高的振荡频率。

2、在MOS管Q5和Q6基极均接入周期信号和可调的偏置信号，使得MOS管Q5和Q6周期性导通关断，降低尾电流源MOS管Q5和Q6的闪烁噪声，相位噪声改善效果好，同时电容C5阻断负阻MOS管Q1和Q2闪烁噪声通过加至尾电流源MOS管Q5和Q6，从而抑制负阻MOS管Q1和Q2闪烁噪声参与到上变频转化，进一步提高相位噪声性能。

3、在隔离谐振电路输出端与分频模块和输出之间连接缓冲电路，随温度升高衰减量增加，回波损耗增大，使得在高温情况下，反射回隔离谐振电路的能量增加，即维持振荡的能量增加，振荡温度稳定性得到提高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型一个具体实施例的隔离谐振电路图。

图2为本实用新型一个具体实施例的自偏置降噪电路图。

图3为频率合成器的原理框图。

图4为本实用新型一个具体实施例的缓冲电路图。

具体实施方式

以下将以图式揭露本实用新型的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本实用新型。也就是说，在本实用新型的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例：

一种隔离谐振的低噪声频率合成器，包括鉴相模块，环路滤波模块，压控振荡模块，分频模块和供电模块。如图3所示，鉴相模块输入端连接参考信号输入和压控振荡模块，鉴相模块输出端连接环路滤波模块，用于比较参考信号和振荡信号的相位差，转化为电压信号输出。环路滤波模块输入端连接鉴相模块，环路滤波模块输出端连接压控振荡模块，用于滤除电压信号中的无用组合频率分量及干扰，产生一个只反映相位差大小的电压控制信号。压控振荡模块输入端连接环路滤波模块，压控振荡模块输出端连接输出和分频模块，用于产生振荡信号并根据电压控制信号调频输出。分频模块输入端压控振荡模块，分频模块输出端连接鉴相模块，用于将压控振荡模块输出振荡信号频率进行不同的分频处理。供电模块分别与鉴相模块、环路滤波模块、压控振荡模块和分频模块连接，用于提供相应的工作电压。鉴相模块、环路滤波模块和分频模块分别采用现有常用鉴相电路、现有常用环路滤波电路和现有常用分频电路实现，供电模块采用电源和常用电压变换电路，可选地，鉴相模块型号为MSPD1013-121，环路滤波模块型号为EMF035A23A，分频模块型号为CD4060BE，供电模块型号为ZXD030 S480。

压控振荡模块包括自偏置降噪电路和隔离谐振电路；隔离谐振电路输入端与环路滤波模块连接，隔离谐振电路输出端与分频模块、自偏置降噪电路和输出连接，隔离谐振电路产生振荡信号并受控于环路滤波模块电压控制信号，调频并隔离输出至分频模块、自偏置降噪电路和输出。

具体地，如图1所示，隔离谐振电路包括电感L1，可变电容器C1和C2，电容C3和C4，电阻R1和R2，MOS管Q3和Q4；可变电容器C1一端与可变电容器C2一端连接后作为输入端，可变电容器C1另一端连接电阻R1一端后接电容C3一端，可变电容器C2另一端连接电阻R2一端后接电容C4一端，电阻R1另一端和电阻R2另一端均接地，电容C3一端接电感L1一端和MOS管Q3基极，电容C4另一端接电感L1另一端和MOS管Q4基极，电感L1上加有直流信号，MOS管Q3集电极和MOS管Q4集电极均接工作电压，MOS管Q3发射极和MOS管Q4发射极分别作为输出端。工作电压、直流信号均由供电模块提供。

电容C3和C4与电感L1产生振荡，环路滤波模块输出电压控制信号至隔离谐振电路，通过可变电容器C1和C2进行谐振调频，调频后振荡信号加至MOS管Q3基极和MOS管Q4基极，MOS管Q3和Q4发射极再输出。由于振荡频率的大小与电感以及与电感并联的等效电容有关，且呈负相关，将LC谐振电路通过MOS管Q3和Q4与***电路隔离，等效电容只与可变电容器C1和C2，电容C3和C4相关，而与***电路的电容无关，等效电容较小，从而获得更高的振荡频率。

进一步地，隔离谐振电路的两个输出端分别通过缓冲电路连接分频模块和输出，缓冲电路用于提高振荡温度稳定性。如图4所示，缓冲电路包括电容C10和C11，MOS管Q7，电阻R5至R8，电感L2。隔离谐振电路输出端依次连接电容C11、电感L2和电阻R6后接电阻R7一端和电阻R8一端，电阻R7另一端接地，电阻R8另一端接电容C10后接MOS管Q7基极，MOS管Q7集电极接电压信号，MOS管Q7发射极接电阻R5一端后接输出，电阻R5另一端接地。

电容C10、MOS管Q7和电阻R5起到缓冲放大器的作用，提高隔离谐振电路和输出的阻抗匹配，电阻R6至R8构成衰减器，随温度变化其衰减量增加，电路回波损耗增加，负阻提供的能量反射回隔离谐振电路增多，即用于维持振荡的能量增多了，振荡温度稳定性得到提高。

自偏置降噪电路输入端与隔离谐振电路连接，自偏置降噪电路输出接地，用于降低闪烁噪声和抑制闪烁噪声变频。具体地，如图2所示，自偏置降噪电路包括MOS管Q1和Q2、Q5和Q6，电容C5至C9，电阻R3和R4；MOS管Q1漏极与MOS管Q2栅极连接后作为一个输入端接MOS管Q3发射极，MOS管Q1栅极与MOS管Q2漏极连接后作为另一个输入端接MOS管Q4发射极，MOS管Q1源极接电容C5一端和MOS管Q5漏极，MOS管Q2源极接电容C5另一端和MOS管Q6漏极，MOS管Q5源极和MOS管Q6源极均作为输出端接地，MOS管Q5栅极接电容C6一端后接电容C7一端和电阻R3一端，MOS管Q6栅极接电容C8一端后接电容C9一端和电阻R4一端，电容C6另一端和电容C8另一端分别接周期信号，电容C7另一端和电容C9另一端均接地，电阻R3另一端与电阻R4另一端连接后接偏置信号。偏置信号由供电模块提供，周期信号由缓冲电路输出提供。

MOS管Q1和Q2提供负阻，MOS管Q5和Q6提供尾电流偏置，并由供电模块提供可调的偏置信号匹配电路。电容C6和C8提供交流通路，供周期信号即缓冲电路输出的频率信号，耦合到MOS管Q5和Q6的栅极，随频率周期性地导通和关断MOS管Q5和Q6，以减小MOS管Q5和Q6的时间常数，从而减小MOS管Q5和Q6的闪烁噪声，相位噪声改善效果好。同时电容C7和电阻R3、电容C9和电阻R4构成滤波器，滤除偏置信号的噪声，以减少尾电流源噪声对相位噪声的影响。电容C5能够抑制MOS管Q1和Q2闪烁噪声变频转化，周期信号V1和V2一个为高一个为低，MOS管Q1和Q6导通时，MOS管Q2和Q5关断，反之，MOS管Q2和Q5导通时，MOS管Q1和Q6关断，电流从MOS管Q1/Q2经电容C5流入MOS管Q6/Q5，电容C5对低频信号呈高阻态，因此MOS管Q1和Q2的低频闪烁噪声不能通过加至MOS管Q5和Q6，从而抑制了其变频转化，进一步提高了相位噪声性能。

上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种隔离谐振的低噪声频率合成器，包括鉴相模块，环路滤波模块，压控振荡模块，分频模块、供电模块和主控模块，其特征在于：所述压控振荡模块包括自偏置降噪电路和隔离谐振电路；所述隔离谐振电路输入端与环路滤波模块连接，隔离谐振电路输出端与分频模块、自偏置降噪电路和输出连接，隔离谐振电路产生振荡信号，受控于环路滤波模块电压控制信号调频并隔离输出；所述自偏置降噪电路输入端与隔离谐振电路连接，自偏置降噪电路输出端接地，用于降低闪烁噪声和抑制闪烁噪声变频转化。

2.根据权利要求1所述的一种隔离谐振的低噪声频率合成器，其特征在于：所述隔离谐振电路包括电感L1，可变电容器C1和C2，电容C3和C4，电阻R1和R2，MOS管Q3和Q4；可变电容器C1一端与可变电容器C2一端连接后作为输入端，可变电容器C1另一端连接电阻R1一端后接电容C3一端，可变电容器C2另一端连接电阻R2一端后接电容C4一端，电阻R1另一端和电阻R2另一端均接地，电容C3一端接电感L1一端和MOS管Q3基极，电容C4另一端接电感L1另一端和MOS管Q4基极，电感L1上加有直流信号，MOS管Q3集电极和MOS管Q4集电极均接工作电压，MOS管Q3发射极和MOS管Q4发射极分别作为输出端。

3.根据权利要求1所述的一种隔离谐振的低噪声频率合成器，其特征在于：所述自偏置降噪电路包括MOS管Q1和Q2、Q5和Q6，电容C5至C9，电阻R3和R4；MOS管Q1漏极与MOS管Q2栅极连接后作为输入端接MOS管Q3发射极，MOS管Q1栅极与MOS管Q2漏极连接后作为输入端接MOS管Q4发射极，MOS管Q1源极接电容C5一端和MOS管Q5漏极，MOS管Q2源极接电容C5另一端和MOS管Q6漏极，MOS管Q5源极和MOS管Q6源极分别作为输出端接地，MOS管Q5栅极接电容C6一端后接电容C7一端和电阻R3一端，MOS管Q6栅极接电容C8一端后接电容C9一端和电阻R4一端，电容C6另一端和电容C8另一端分别接周期信号，电容C7另一端和电容C9另一端均接地，电阻R3另一端与电阻R4另一端连接后接偏置信号。

4.根据权利要求1所述的一种隔离谐振的低噪声频率合成器，其特征在于：所述隔离谐振电路输出端通过缓冲电路与分频模块和输出连接，用于提高振荡温度稳定性。