一種快速鎖相低噪聲信號發(fā)生器及信號發(fā)生方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種快速鎖相低噪聲信號發(fā)生器，包括：低噪聲參考信號、鑒相器、窄帶積分器、寬帶積分器、比例加法器、壓控振蕩器和反饋網絡；所述壓控振蕩器的輸出信號經過反饋網絡與參考信號輸入鑒相器中鑒相，鑒相器的輸出信號一路送到窄帶積分器，另一路送到寬帶積分器，比例加法器將窄帶積分器和寬帶積分器輸出的電壓比例相加產生壓控振蕩器的壓控電壓。本發(fā)明采用兩個不同帶寬的積分器，構成了兩個不同的環(huán)路帶寬，大的環(huán)路帶寬提高了鎖相速度，環(huán)路最終鎖定在小帶寬上，同時實現了小帶寬與快速鎖兩個在鎖相環(huán)上相互制約的特性。
【專利說明】一種快速鎖相低噪聲信號發(fā)生器及信號發(fā)生方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及測試【技術領域】，特別涉及一種快速鎖相低噪聲信號發(fā)生器，還涉及一種快速鎖相低噪聲信號發(fā)生方法。

【背景技術】
[0002]隨著現代雷達和無線電通信等技術的發(fā)展，各種電子設備對其內部應用或系統(tǒng)測試使用的頻率合成器不斷提出更高的要求，不僅要有極低的邊帶相位噪聲，而且對鎖相時間的要求也越來越高。
[0003]目前常用的頻率合成方法主要有直接頻率合成法和間接頻率合成法。直接頻率合成即采用倍頻、混頻和分頻對一個或幾個基準頻率進行加、減、乘和除的運算，產生所需頻率信號的方法。直接合成法存在許多缺點，在對相位噪聲和雜散指標要求很高時，直接頻率合成法是難以滿足要求。間接頻率合成是利用鎖相環(huán)實現頻率合成，通常又稱為鎖相環(huán)頻率合成。
[0004]如圖1所示，鎖相環(huán)頻率合成的信號發(fā)生器主要由參考信號、鑒相器、積分器、壓控振蕩器和反饋網絡組成，其基本工作原理是:壓控振蕩器輸出一個與標定頻率非常接近的信號，該信號經過反饋網絡的整數分頻、小數分頻或其他變頻后得到與參考信號頻率接近的信號，該信號與參考信號輸入鑒相器中鑒相。由于進入鑒相器的兩個信號的頻率相差不大，誤差電壓經過積分器后能夠使壓控振蕩器鎖定。
[0005]目前采用鎖相環(huán)頻率合成的信號發(fā)生器按環(huán)路帶寬可分為窄帶和寬帶兩種。窄帶信號發(fā)生器容易做到低相位噪聲，而寬帶信號發(fā)生器容易做到更快的鎖相速度。
[0006]當信號發(fā)生器對相位噪聲要求非常高而且主要利用壓控振蕩器低噪聲特性時，需要使用鎖相環(huán)帶寬較窄的信號發(fā)生器。信號發(fā)生器的積分器選用窄帶積分器，使用低噪聲運算放大器，保證了鎖相環(huán)路不會對合成信號的相位噪聲產生惡化。但是窄帶鎖相環(huán)的環(huán)路鎖定時間比寬帶的長，因為無論是單純鑒相鎖相環(huán)還是鑒頻鑒相鎖相環(huán)，窄帶鎖相環(huán)的快捕帶都要小于寬帶鎖相環(huán)的快捕帶，頻率牽引時間長。
[0007]當信號發(fā)生器對環(huán)路的鎖定時間要求非常高時，就需要使用鎖相環(huán)帶寬較寬的信號發(fā)生器。信號發(fā)生器的積分器選用寬帶積分器，使用寬帶運算放大器，保證了鎖相環(huán)路具有較寬的帶寬。寬帶鎖相環(huán)的快捕帶也很寬，在同樣的壓控振蕩器預置頻率時，頻率牽引的過程比窄帶鎖相環(huán)短，所以鎖相時間短。但是寬帶運算放大器的相位噪聲沒有窄帶的低，而且由于帶寬較寬，信號帶內噪聲取決于參考信號，無法發(fā)揮壓控振蕩器的低噪聲特性。
[0008]現有的兩種帶寬的頻率合成技術，都有不可避免的缺點:
[0009](I)采用窄帶積分器的頻率合成技術，由于頻率牽引過程長無法實現快速鎖相，不能滿足信號發(fā)生器快速鎖相的要求；
[0010](2)采用寬帶積分器的頻率合成技術，由于寬帶運算放大器低噪聲特性差，無法滿足信號發(fā)生器的低噪聲要求，尤其是帶內壓控振蕩器的噪聲優(yōu)于參考信號時，無法發(fā)揮壓控振蕩器低噪聲特性。


【發(fā)明內容】

[0011]本發(fā)明提出一種快速鎖相低噪聲信號發(fā)生器及信號發(fā)生方法，解決了現有頻率合成技術中無法將快速鎖相和低噪聲要求兼顧的問題。
[0012]本發(fā)明的技術方案是這樣實現的:
[0013]一種快速鎖相低噪聲信號發(fā)生器，包括:低噪聲參考信號、鑒相器、窄帶積分器、寬帶積分器、比例加法器、壓控振蕩器和反饋網絡；
[0014]所述壓控振蕩器的輸出信號經過反饋網絡與參考信號輸入鑒相器中鑒相，鑒相器的輸出信號一路送到窄帶積分器，另一路送到寬帶積分器，比例加法器將窄帶積分器和寬帶積分器輸出的電壓比例相加產生壓控振蕩器的壓控電壓。
[0015]可選地，所述比例加法器設置窄帶積分器和寬帶積分器輸出信號的比例系數，寬帶積分器輸出電壓的系數較聞，窄帶積分器輸出電壓的系數較低
[0016]可選地，所述窄帶積分器輸出電壓的系數與寬帶積分器輸出電壓的系數比例為I: 5 ?10。
[0017]基于上述信號發(fā)生電路，本發(fā)明還提供了一種快速鎖相低噪聲信號發(fā)生方法，包括以下步驟:
[0018]首先，壓控振蕩器被預置到一個新的頻率點；
[0019]接下來，壓控振蕩器輸出信號經過反饋網絡的整數分頻、小數分頻或變頻后與參考信號輸入鑒相器中鑒相；
[0020]然后，通過寬帶積分器和窄帶積分器分別對鑒相器輸出信號進行積分；
[0021]最后，所述寬帶積分器和窄帶積分器輸出的積分電壓進入比例加法器，比例加法器將窄帶積分器和寬帶積分器輸出的電壓比例相加產生壓控振蕩器的壓控電壓。
[0022]可選地，所述寬帶積分器輸出電壓比例系數大，窄帶積分器輸出電壓比例系數小。
[0023]可選地，所述窄帶積分器輸出電壓的系數與寬帶積分器輸出電壓的系數比例為I: 5 ?10。
[0024]本發(fā)明的有益效果是:
[0025]采用兩個不同帶寬的積分器，構成了兩個不同的環(huán)路帶寬，大的環(huán)路帶寬提高了鎖相速度，環(huán)路最終鎖定在小帶寬上，同時實現了快速鎖相和低噪聲特性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0027]圖1為現有的鎖相環(huán)頻率合成信號發(fā)生器的原理框圖；
[0028]圖2為本發(fā)明的快速鎖相低噪聲信號發(fā)生器的原理框圖。

【具體實施方式】
[0029]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0030]本發(fā)明提出了一種基于雙積分器的快速鎖相低噪聲信號發(fā)生器，該信號發(fā)生器的基本原理是利用兩個積分器實現鎖相環(huán)的快速鎖相和低噪聲特性。
[0031]如圖2所示，本發(fā)明的快速鎖相低噪聲信號發(fā)生器包括:低噪聲參考信號、鑒相器、窄帶積分器、寬帶積分器、比例加法器、壓控振蕩器和反饋網絡。
[0032]壓控振蕩器輸出一個與標定頻率非常接近的信號，該信號經過反饋網絡的整數分頻、小數分頻或其他變頻后得到與參考信號頻率接近的信號，該信號與參考信號輸入鑒相器中鑒相。鑒相器的輸出信號一路送到窄帶積分器，另一路送到寬帶積分器，比例加法器將窄帶積分器和寬帶積分器輸出的電壓按照一定比例相加產生壓控振蕩器的壓控電壓。
[0033]本發(fā)明快速鎖相低噪聲信號發(fā)生器的基本原理是利用窄帶積分器的低噪聲特性和寬帶積分器的快速鎖相特性，通過比例加法器將兩個積分器輸出的電壓按照一定比例相加產生壓控振蕩器VCO的壓控電壓，實現了一種即具有窄帶低噪聲特性又能快速鎖相的鎖相環(huán)頻率合成信號發(fā)生器。
[0034]在本發(fā)明的信號發(fā)生器中，寬帶積分器使用了高速的寬帶運算放大器，保證了鎖相環(huán)路具有很寬的帶寬，也就有了很寬的快捕帶，減少了頻率牽引時間，使環(huán)路能夠快速鎖定。窄帶積分器使用了低噪聲的運算放大器，雖然速度不高，鎖相環(huán)路帶寬較窄，卻保證了帶內參考信號噪聲不惡化，在帶外充分發(fā)揮了壓控振蕩器的低噪聲特性，實現了能夠快速鎖相的窄帶低噪聲信號發(fā)生器。
[0035]本發(fā)明的信號發(fā)生器在比例加法器設置窄帶積分器和寬帶積分器輸出信號的比例系數，根據需要，優(yōu)選地，快速鎖相積分器即寬帶積分器輸出電壓的系數較高，而低噪聲積分器即窄帶積分器輸出電壓的系數較低，這樣設置更易于實現兩個不同的環(huán)路帶寬，優(yōu)選地，窄帶積分器輸出電壓的系數與寬帶積分器輸出電壓的系數比例為1: 5?10。
[0036]由于低噪聲積分器的帶寬小于快速鎖相積分器的帶寬，當低噪聲積分器實現鎖相時，快速鎖相積分器保持在鎖相狀態(tài)，不用通過開關關閉，而且環(huán)路帶寬和噪聲由帶寬較窄的低噪聲積分器決定。
[0037]下面對本發(fā)明的信號發(fā)生器的工作原理進行詳細說明:
[0038]首先，壓控振蕩器被預置到一個新的頻率點時，環(huán)路處于未鎖定狀態(tài)，壓控振蕩器輸出信號的頻率與目標頻率具有一定的頻率差。對于具有鑒頻功能的鎖相環(huán)電路，頻率差可以較大，首先啟動鑒頻功能將頻率差減小，之后進入鑒相功能產生的頻率牽引過程。對于只有鑒相功能的鎖相環(huán)電路，預置的頻率差不能太大，要能夠直接進入鑒相功能產生的頻率牽引過程。
[0039]其次，頻率牽引使壓控振蕩器輸出頻率與鎖相目標頻率的差進一步減小。寬帶積分器和窄帶積分器輸出的積分電壓進入比例加法器，寬帶積分器輸出的積分電壓比例系數大而窄帶積分電器的小，這樣窄帶積分器輸出電壓的變化對壓控振蕩器輸出頻率的影響小而寬帶積分器輸出電壓的變化影響大。環(huán)路首先達到寬帶積分器決定的環(huán)路帶寬的快捕帶，環(huán)路迅速鎖定于帶寬積分器決定的環(huán)路帶寬。
[0040]最后，環(huán)路鎖定在寬帶積分器的環(huán)路帶寬時，鑒相器輸出的誤差信號的頻率小于寬帶積分器的環(huán)路帶寬，即誤差信號為環(huán)路帶寬內信號，對于寬帶積分器，環(huán)路處于穩(wěn)定狀態(tài)，積分器輸出電壓穩(wěn)定，所以此時窄帶積分器輸出的電壓開始對壓控振蕩器的頻率起主要作用。對于窄帶積分器，環(huán)路剛好進入快捕帶，鎖相環(huán)路會被進一步縮小帶寬，直到鎖定于窄帶積分器的環(huán)路帶寬。
[0041]本發(fā)明的快速鎖相低噪聲信號發(fā)生器可用于信號發(fā)生器、頻譜儀、接收機以及其它設備中的低噪本振頻率合成器。
[0042]基于上述快速鎖相低噪聲信號發(fā)生器，本發(fā)明還提供了一種快速鎖相低噪聲信號發(fā)生方法，包括以下步驟:
[0043]首先，壓控振蕩器被預置到一個新的頻率點。此時，環(huán)路處于未鎖定狀態(tài)，壓控振蕩器輸出信號的頻率與目標頻率具有一定的頻率差。
[0044]接下來，壓控振蕩器輸出信號經過反饋網絡的整數分頻、小數分頻或其他變頻后與參考信號輸入鑒相器中鑒相。
[0045]對于具有鑒頻功能的鎖相環(huán)電路，頻率差可以較大，首先啟動鑒頻功能將頻率差減小，之后進入鑒相功能產生的頻率牽引過程。對于只有鑒相功能的鎖相環(huán)電路，預置的頻率差不能太大，要能夠直接進入鑒相功能產生的頻率牽引過程。頻率牽引使壓控振蕩器輸出頻率與鎖相目標頻率的差進一步減小。
[0046]然后，通過寬帶積分器和窄帶積分器分別對鑒相器輸出信號進行積分。
[0047]最后，上述寬帶積分器和窄帶積分器輸出的積分電壓進入比例加法器，比例加法器將窄帶積分器和寬帶積分器輸出的電壓按照一定比例相加產生壓控振蕩器的壓控電壓。
[0048]優(yōu)選地，寬帶積分器輸出的積分電壓比例系數大而窄帶積分電器的比例系數小，這樣窄帶積分器輸出電壓的變化對壓控振蕩器輸出頻率的影響小而寬帶積分器輸出電壓的變化影響大。環(huán)路首先達到寬帶積分器決定的環(huán)路帶寬的快捕帶，環(huán)路迅速鎖定于帶寬積分器決定的環(huán)路帶寬。環(huán)路鎖定在寬帶積分器的環(huán)路帶寬時，鑒相器輸出的誤差信號的頻率小于寬帶積分器的環(huán)路帶寬，即誤差信號為環(huán)路帶寬內信號，對于寬帶積分器，環(huán)路處于穩(wěn)定狀態(tài)，積分器輸出電壓穩(wěn)定，所以此時窄帶積分器輸出的電壓開始對壓控振蕩器的頻率起主要作用。對于窄帶積分器，環(huán)路剛好進入快捕帶，鎖相環(huán)路會被進一步縮小帶寬，直到鎖定于窄帶積分器的環(huán)路帶寬。
[0049]優(yōu)選地，窄帶積分器輸出電壓的系數與寬帶積分器輸出電壓的系數比例為I: 5 ?10。
[0050]本發(fā)明的快速鎖相低噪聲信號發(fā)生器及信號發(fā)生方法，采用兩個不同帶寬的積分器，構成了兩個不同的環(huán)路帶寬，大的環(huán)路帶寬提高了鎖相速度，環(huán)路最終鎖定在小帶寬上，同時實現了小帶寬與快速鎖兩個在鎖相環(huán)上相互制約的特性。
[0051]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種快速鎖相低噪聲信號發(fā)生器,其特征在于,包括:低噪聲參考信號、鑒相器、窄帶積分器、寬帶積分器、比例加法器、壓控振蕩器和反饋網絡； 所述壓控振蕩器的輸出信號經過反饋網絡與參考信號輸入鑒相器中鑒相，鑒相器的輸出信號一路送到窄帶積分器，另一路送到寬帶積分器，比例加法器將窄帶積分器和寬帶積分器輸出的電壓比例相加產生壓控振蕩器的壓控電壓。
2.如權利要求1所述的快速鎖相低噪聲信號發(fā)生器，其特征在于，所述比例加法器設置窄帶積分器和寬帶積分器輸出信號的比例系數，寬帶積分器輸出電壓的系數較高，窄帶積分器輸出電壓的系數較低。
3.如權利要求2所述的快速鎖相低噪聲信號發(fā)生器，其特征在于，所述窄帶積分器輸出電壓的系數與寬帶積分器輸出電壓的系數比例為1: 5?10。
4.一種快速鎖相低噪聲信號發(fā)生方法，其特征在于，包括以下步驟: 首先，壓控振蕩器被預置到一個新的頻率點； 接下來，壓控振蕩器輸出信號經過反饋網絡的整數分頻、小數分頻或變頻后與參考信號輸入鑒相器中鑒相； 然后，通過寬帶積分器和窄帶積分器分別對鑒相器輸出信號進行積分； 最后，所述寬帶積分器和窄帶積分器輸出的積分電壓進入比例加法器，比例加法器將窄帶積分器和寬帶積分器輸出的電壓比例相加產生壓控振蕩器的壓控電壓。
5.如權利要求4所述的快速鎖相低噪聲信號發(fā)生方法，其特征在于，所述寬帶積分器輸出電壓比例系數大，窄帶積分器輸出電壓比例系數小。
6.如權利要求5所述的快速鎖相低噪聲信號發(fā)生方法，其特征在于，所述窄帶積分器輸出電壓的系數與寬帶積分器輸出電壓的系數比例為1: 5?10。
【文檔編號】H03L7/099GK104333378SQ201410529011
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權日:2014年9月25日
【發(fā)明者】劉亮, 樊曉騰, 劉青松, 范吉偉, 王令, 鄭賢, 周玉勇, 周帥 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所