本發(fā)明涉及微波技術領域，尤其涉及一種新型鎖相源模塊。

背景技術：

現(xiàn)有技術由鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩源（VCO）、可編程分頻器四個獨立的模塊連接而成。如圖1所示，壓控振蕩器給出一個信號,一部分作為輸出，另一部分通過分頻與鎖相芯片所產(chǎn)生的本振信號作相位比較，為了保持頻率不變，就要求相位差不發(fā)生改變，如果有相位差的變化，則鎖相芯片的電壓輸出端的電壓發(fā)生變化，去控制VCO,直到相位差恢復，達到鎖相的目的。這樣就能使受控振蕩器的頻率和相位均與輸入信號保持確定關系。

現(xiàn)有技術有如下缺點：

①鎖相源輸出功率較小，基本為5dBm左右。

②對于點頻的頻率源，由于長時間的工作、溫度環(huán)境、壓力環(huán)境、元件的老化等會導致頻率的偏移，很小的頻率內(nèi)無法實現(xiàn)自動校正。

③現(xiàn)有技術大多采用的是壓控振蕩器、鑒相器、可編程分頻器集成的鎖相芯片，但是提供便捷的同時，無法保證足夠低的相位噪聲。

④VCO輸出由于還是采用的T型功分器的結(jié)構(gòu)，造成了過大的功率損耗。

不知道鎖相源的工作狀態(tài)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種新型鎖相源模塊。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種新型鎖相源模塊，包括有鎖相芯片、控制模塊、VCO 、配置下載模塊、溫補晶振、π型網(wǎng)絡、耦合器、隔離器和功放，所述的鎖相芯片的輸出端依次與VCO 、π型網(wǎng)絡、隔離器、功放連接，功放的輸出端為整個鎖相源模塊的輸出端，所述的耦合器采用微帶耦合的形式，耦合器的輸出端與溫補晶振提供參考相位共同輸入到集成在鎖相芯片中的鑒相器中去，從而判斷相位差，以單片機為核心的控制模塊與鎖相芯片相連，所述的配置下載模塊與控制模塊相連。

所述的配置下載模塊的核心芯片采用的是MAX232芯片，所述的MAX232芯片分為三個部分，第一部分是電荷泵電路，具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，由1、2、3、4、5、6腳和5只電容C16、C17、C18、C19、C20構(gòu)成，產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要，其中電容C16的兩端分別接地和接6腳，電容C17的兩端分別連接4腳和5腳，電容C18的兩端分別連接1腳和3腳，電容C19和電容C20串聯(lián)，電容C20的另一端接地，電容C19的另一端連接2腳；第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道，由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道，其中13腳R1IN、12腳R1OUT、11腳T1IN、14腳T1OUT為第一數(shù)據(jù)通道，8腳R2IN、9腳R2OUT、10腳T2IN、7腳T2OUT為第二數(shù)據(jù)通道；TTL/CMOS數(shù)據(jù)從11引腳T1IN、10引腳T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從14腳T1OUT、7腳T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從13引腳R1IN、8引腳R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從12引腳R1OUT、9引腳R2OUT輸出；第三部分是供電，由15腳GND、16腳VCC+5v構(gòu)成。

所述的控制模塊的核心采用的是單片機STC12C4052AD。

所述的VCO包括有CVCO55BE壓控振蕩器和環(huán)路濾波器，所述的鎖相源芯片采用ADI4106芯片，內(nèi)部集成可編程分頻器及鑒相器， ADF4106芯片由一個低噪聲數(shù)字鑒相器PDF、一個精密電荷泵、一個可編程參考分頻器、可編程A6bit及B13bit分頻計數(shù)器和一個雙模分頻器P/P+1構(gòu)成的，與所述的CVCO55BE壓控振蕩器和環(huán)路濾波器構(gòu)成一個頻率合成器。

所述的π型網(wǎng)絡由兩個對地電容C21、C22和一個串聯(lián)電感L7組成。

所述的功放采用的型號是MMG15241H。

鎖相芯片采用的是鎖相芯片采用的是ADI公司的ADF4106，該鎖相芯片內(nèi)部集成可編程分頻器及鑒相器，具有很高的頻率分辨率，該鎖相源電路設置有單片機接口，可以實現(xiàn)很小頻率偏移內(nèi)的自動校正。本鎖相環(huán)采用外置獨立VCO搭建, 以降低相位噪聲 。在2.45GHz時，VCO的相位噪聲大約為-120dBc@100KHz，鎖相芯片的相位噪聲大約為 -92.5dBc@100KHz ，因此總的相位噪聲為-92.5@100KHz，具有較低的相位噪聲，為下一級提供更加純凈的譜源。鎖相芯片和控制模塊、VCO以及溫補晶振同時連接，配置下載模塊同控制模塊單獨連接?？刂颇K以單片機為核心，單片機是STC公司的STC12C4052AD，VCO 為CRYSTEK公司的CVCO55BE，配置下載模塊采用的是MAX232芯片。將程序配置到單片機中，單片機以串行通信的方式配置鎖相芯片 ADF4106，由端口REFINA輸入溫補晶振提供的高穩(wěn)定信號，由RFINA端口輸入VCO輸出的信號，經(jīng)過鎖相芯片內(nèi)部鑒相器的作用，輸出誤差電壓。經(jīng)低通環(huán)路濾波器后，將直流分量和高階分量濾掉,將此電壓作為VCO的調(diào)諧電壓。為了進一步減少功率損耗，VCO輸出的信號經(jīng)過微帶耦合到鎖相芯片的鑒相輸入端，相比傳統(tǒng)的T型功分器，用微帶耦合可以減小能量損耗，提升VCO的輸出功率。并設定了一個觀察鎖定狀態(tài)的指示燈，當鎖相環(huán)鎖定時，穩(wěn)定輸出2.45GHz的信號，會有信號燈D1亮起提示；出現(xiàn)問題時，不能鎖定，信號燈D1不亮。

為了使該鎖相源輸出大于10dBm的功率，在末級添加了MMG15241H低噪聲高增益的芯片，放大由VCO輸出的功率。在末級功放后邊跟一個π型網(wǎng)絡，實現(xiàn)阻抗變換，使末級輸出匹配到50Ω，為了防止回音信號造成的影響，需要在VCO的輸出和放大器之間加一級隔離器。

本發(fā)明的優(yōu)點是：本發(fā)明充分利用了鎖相芯片的高分辨率，搭配單片機的程序的可開發(fā)和靈活性，實現(xiàn)了在較小偏移頻率范圍內(nèi)自動校正的目標。通過采用外置獨立的VCO，實現(xiàn)了較小的相位噪聲，為下一級提供更純凈的譜源。在鑒相環(huán)節(jié)采用的是能耗更低的微帶耦合方式，這樣可以極大的減小功率損耗，同時增加了觀察鎖相狀態(tài)的指示燈。為了解決鎖相源輸出功率過小的問題，增加了一級功放，可以實現(xiàn)大于10dBm的穩(wěn)定輸出。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為配置下載模塊電路原理圖。

圖4為控制模塊原理圖。

圖5為鎖相芯片原理圖。

圖6為VCO電路連接圖。

圖7為π型網(wǎng)絡和耦合器原理圖。

圖8為隔離器和功放原理圖。

圖9為單片機程序流程圖。

具體實施方式

如圖2所示，一種新型鎖相源模塊，包括有鎖相芯片、控制模塊、VCO 、配置下載模塊、溫補晶振、π型網(wǎng)絡、耦合器、隔離器和功放，所述的鎖相芯片的輸出端依次與VCO 、π型網(wǎng)絡、隔離器、功放連接，功放的輸出端為整個鎖相源模塊的輸出端，所述的耦合器采用微帶耦合的形式，耦合器的輸出端與溫補晶振提供參考相位共同輸入到集成在鎖相芯片中的鑒相器中去，從而判斷相位差，以單片機為核心的控制模塊與鎖相芯片相連，在軟件上可以實現(xiàn)頻率偏差的自校正，所述的配置下載模塊與控制模塊相連，負責向控制模塊中下載程序，程序可以隨時更改，在線調(diào)試。

如圖3所示，所述的配置下載模塊的核心芯片采用的是MAX232芯片，這是一種雙組驅(qū)動器/接收器，片內(nèi)含有一個電容性電壓發(fā)生器以便在單5V電源供電時提供EIA/TIA-232-E電平，當用單片機和PC機通過串口進行通信，盡管單片機有串行通信的功能，但單片機提供的信號電平和RS232的標準不一樣，因此要通過MAX232芯片進行電平轉(zhuǎn)換，所述的MAX232芯片分為三個部分，第一部分是電荷泵電路，具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，由1、2、3、4、5、6腳和5只電容C16、C17、C18、C19、C20構(gòu)成，產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要，其中電容C16的兩端分別接地和接6腳，電容C17的兩端分別連接4腳和5腳，電容C18的兩端分別連接1腳和3腳，電容C19和電容C20串聯(lián)，電容C20的另一端接地，電容C19的另一端連接2腳；第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道，由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道，其中13腳R1IN、12腳R1OUT、11腳T1IN、14腳T1OUT為第一數(shù)據(jù)通道，8腳R2IN、9腳R2OUT、10腳T2IN、7腳T2OUT為第二數(shù)據(jù)通道；TTL/CMOS數(shù)據(jù)從11引腳T1IN、10引腳T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從14腳T1OUT、7腳T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從13引腳R1IN、8引腳R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從12引腳R1OUT、9引腳R2OUT輸出；第三部分是供電，由15腳GND、16腳VCC+5v構(gòu)成。

如圖4所示，所述的控制模塊的核心采用的是單片機STC12C4052AD，這款芯片是1個時鐘/機器周期的單片機，速度比普通的8051單片機快8-12倍，有20個引腳而且小巧封裝。該單片機具有超強抗干擾、抗靜電的特點，能輕松通過4KV的快速脈沖干擾，在工作模式下功耗僅為2.7- 7mA,芯片自帶硬件看門狗，具有高速SPI通信端口，8通道A/D轉(zhuǎn)換，2路PWM輸出，4KB容量的FLASH存儲器，256B容量的SRAM，4個定時器，1個雙工串行通信口，由于單片機內(nèi)部的資源豐富，性價比高，能夠滿足設計的要求，而且減少了硬件電路的設計，提高了工作效率。

如圖5、6所示，所述的VCO包括有CVCO55BE壓控振蕩器和環(huán)路濾波器，所述的鎖相源芯片采用ADI4106芯片，它是一種頻率上限高、性能好的集成數(shù)字鎖相環(huán)頻率合成器芯片，在一塊很小的芯片中集成了鎖相環(huán)頻率合成器的多種重要部件，設計應用簡單靈活，且易于減小系統(tǒng)體積。ADF4106主要由一個低噪聲數(shù)字鑒相器（PDF）、一個精密電荷泵、一個可編程參考分頻器、可編程A（6bit）及B（13bit）分頻計數(shù)器和一個雙模分頻器（P/P+1）構(gòu)成與圖6中的CVCO55BE壓控振蕩器和環(huán)路濾波器構(gòu)成一個完整的低噪聲、低功耗、高穩(wěn)定度的可靠性很高的頻率合成器。外部高精度高穩(wěn)定的參考時鐘經(jīng)50Ω的匹配電阻，接到ADF4106的參考時鐘輸入端（REFin），經(jīng)內(nèi)部參考分頻器（除10）后得到1MHz的參考頻率間隔。ADF4106內(nèi)部電荷泵的輸出驅(qū)動環(huán)路濾波器采用三階無源低通濾波器，環(huán)路濾波器的輸出去驅(qū)動壓控振蕩器。

如圖7所示，所述的π型網(wǎng)絡由兩個對地電容C21、C22和一個串聯(lián)電感L7組成，其數(shù)值的大小主要取決于濾除幾次諧波；耦合器采用的是微帶耦合的形式，其耦合長度以及耦合距離的多少決定了耦合度的大小。

如圖8所示，隔離器的作用是防止反射的功率對前級的損害，功放采用的型號是MMG15241H,其最大輸出可以到達24dbm。后面R15、R16、R17一方面起到了衰減器的作用，另一方面同時起到了隔離器的作用。

如圖9所示，為單片機程序流程圖，首先要完成單片機的上電初始化，再進行PLL初始化，接著由計數(shù)器完成數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)如果沒有完成傳輸，返回上一層，完成傳輸進入下一層C鎖存器控制，同樣C鎖存器控制數(shù)據(jù)傳輸不完成接著進行鎖存器控制數(shù)據(jù)的傳輸，完成的話進入傳輸延時，最后數(shù)據(jù)經(jīng)過N計數(shù)鎖存器，直到數(shù)據(jù)傳輸完成，否則數(shù)據(jù)再進過N計數(shù)鎖存器循環(huán)。