一種基于可編程控制電路調(diào)節(jié)頻率輸出的頻率源模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于可編程控制電路調(diào)節(jié)頻率輸出的頻率源模塊，包括：鎖相環(huán)回路、控制模塊、電源轉(zhuǎn)換電路及背板連接器；鎖相環(huán)回路包括鑒相器(PFD)、壓控振蕩器(VCO)、R分頻器、N分頻器以及環(huán)路濾波器(LF)；控制模塊調(diào)節(jié)鎖相環(huán)回路的R分頻器、N分頻器和壓控振蕩器的分頻比，調(diào)節(jié)頻率源模塊的輸出頻率和輸出功率；電源轉(zhuǎn)換電路及背板連接器，電源轉(zhuǎn)換電路將背板提供的供電電壓轉(zhuǎn)換成鎖相環(huán)回路和控制模塊所需的供電電壓。本發(fā)明具有輸出頻率高，輸出頻率可調(diào)，依據(jù)需要進(jìn)行編程控制，使得輸出頻點(diǎn)更加靈活；可與背板進(jìn)行互聯(lián)，為背板上其他模塊提供基準(zhǔn)信號(hào)；可依據(jù)需求與其他模塊搭接成不同功能的系統(tǒng)，具有靈活性高、研發(fā)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種基于可編程控制電路調(diào)節(jié)頻率輸出的頻率源模塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明是一種采用鎖相環(huán)技術(shù)設(shè)計(jì)的頻率源模塊，通過引入可編程的外置控制電路來控制鎖相環(huán)的分頻比、輸出頻點(diǎn)和功率，實(shí)現(xiàn)輸出可調(diào)節(jié)的功能。并且，可以通過相關(guān)的連接器與背板實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。屬于電子電路領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]頻率源是電子設(shè)備中必不可少的部分，它向其它電路或者系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號(hào)，是重要的信號(hào)來源。頻率源一般使用高精度、高穩(wěn)定度的晶振作為參考信號(hào)，通過不同的頻率合成方式來合成所需頻率。頻率合成技術(shù)歸納起來主要有四種，分別是直接頻率合成技術(shù)(DS)、鎖相環(huán)式頻率合成技術(shù)(PLL)、直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(DDS)以及混合式頻率合成技術(shù)(DDS+PLL)。
[0003]隨著電路系統(tǒng)逐漸趨向于小型化、復(fù)雜化，傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)出現(xiàn)了研發(fā)時(shí)間長、可移植性差、靈活性低等局限性。并且現(xiàn)階段電路中的頻率源多輸出固定頻點(diǎn)和功率的信號(hào)，想要隨需求更改輸出頻點(diǎn)或功率具有一定困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明技術(shù)解決問題:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供本一種基于可編程控制電路調(diào)節(jié)頻率輸出的頻率源模塊，具有輸出頻率高，輸出頻率可調(diào)，可以依據(jù)需要進(jìn)行編程控制，使得輸出頻點(diǎn)更加靈活;且輸出功率高;可與背板進(jìn)行互聯(lián)，為背板上其他模塊提供基準(zhǔn)信號(hào);可依據(jù)需求與其他模塊搭接成不同功能的系統(tǒng)，具有靈活性高、研發(fā)成本低等特點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明技術(shù)解決方案:一種基于可編程控制電路調(diào)節(jié)頻率輸出的頻率源模塊，包括:鎖相環(huán)回路、控制模塊、電源轉(zhuǎn)換電路及背板連接器；
[0006]所述鎖相環(huán)回路包括鑒相器(PFD)、壓控振蕩器(VCO)、R分頻器、N分頻器以及環(huán)路濾波器(LF);從晶振輸出的參考信號(hào)進(jìn)入R分頻器之后，頻率變?yōu)橹暗腞分之一，再送入鑒相器;鑒相器將參考信號(hào)與經(jīng)過壓控振蕩器輸出再經(jīng)N分頻器分頻后的信號(hào)進(jìn)行相位比較后輸出電流信號(hào)，電流信號(hào)的均值與參考信號(hào)和經(jīng)過壓控振蕩器輸出再經(jīng)N分頻器分頻后的信號(hào)之間兩個(gè)信號(hào)的相位差成正比，送入環(huán)路濾波器;信號(hào)在環(huán)路濾波器中經(jīng)過積分后形成積分電壓，送入壓控振蕩器;壓控振蕩器的輸出頻率與積分電壓成正比，輸出信號(hào)再經(jīng)過N分頻器，頻率變成之前的N分之一，與參考輸入在鑒相器中進(jìn)行比較;整個(gè)環(huán)路是一個(gè)負(fù)反饋調(diào)節(jié)，最終達(dá)到鑒相器的兩個(gè)輸入信號(hào)相位差幾乎相等，從而達(dá)到鎖定狀態(tài);鎖定后的信號(hào)在壓控振蕩器中經(jīng)過分頻，頻率變?yōu)镈分之一后輸出。
[0007]控制模塊，調(diào)節(jié)鎖相環(huán)回路的鎖相環(huán)R分頻器、N分頻器和壓控振蕩器的分頻比，從而調(diào)節(jié)頻率源模塊的輸出頻率，同時(shí)也通過控制模塊調(diào)節(jié)頻率源模塊輸出功率；
[0008]電源轉(zhuǎn)換電路及背板連接器，電源轉(zhuǎn)換電路將背板提供的供電電壓轉(zhuǎn)換成鎖相環(huán)回路和控制模塊所需的供電電壓，通過背板連接器可與背板其他功能模塊組成功能不同的電子系統(tǒng)，從而簡化電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度，加大靈活性。
[0009]所述控制模塊主要包括單片機(jī)及其外圍電路。通過對鎖相環(huán)中R分頻器、N分頻器和壓控振蕩器進(jìn)行編程控制改變分頻比，從而調(diào)節(jié)頻率源模塊的輸出頻率。通過對壓控振蕩器進(jìn)行編程控制改變其輸出功率，從而調(diào)節(jié)頻率源模塊整體的輸出功率。
[0010]所述的R分頻器的分頻比R的調(diào)整范圍為I至4095，N分頻器的分頻比N的調(diào)整范圍為12至262143，通過調(diào)整N和R的取值使fra) = fQSC*N/R在壓控振蕩器允許范圍內(nèi)。壓控振蕩器的分頻比D的調(diào)整范圍為I至63，輸出信號(hào)頻率為f out = f VCQ/D。通過調(diào)整R、N和D的取值使頻率源模塊輸出信號(hào)頻率達(dá)到系統(tǒng)所需頻率。所述的fQSC為晶振頻率，fva)為壓控振蕩器頻率，f out為頻率源模塊輸出頻率。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0012](I)輸出信號(hào)頻率和功率可調(diào)，可以適應(yīng)不同電子系統(tǒng)的要求，且只需通過控制模塊調(diào)節(jié)，簡單方便。
[0013](2)電路模塊化，可以通過背板連接器和背板與不同功能模塊任意組合實(shí)現(xiàn)不同功能，具有很高的靈活性，降低設(shè)計(jì)成本。
[0014](3)本發(fā)明采用鎖相環(huán)回路，是基于自動(dòng)控制原理，將輸入信號(hào)的相位信息進(jìn)行跟蹤鎖定，使得輸出信號(hào)在相位上與輸入信號(hào)保持一致，具有輸出頻率穩(wěn)定、較好抑制雜散的優(yōu)勢，另外，鎖相環(huán)回路的結(jié)構(gòu)簡單，也很大程度上減少了調(diào)試工作。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明基于可編程控制電路調(diào)節(jié)頻率輸出的頻率源模塊的原理框圖；
[0016]圖2為本發(fā)明的頻率源模塊輸出測試結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0018]本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種基于可編程控制電路調(diào)節(jié)頻率輸出的頻率源模塊，并滿足以下三點(diǎn)要求。要求一:輸出頻率范圍。最高頻率要高于2GHz，最低頻率沒有設(shè)置下限，并且輸出頻率不是固定的，可以依據(jù)需要進(jìn)行編程控制，使得輸出頻點(diǎn)更加靈活;要求二:輸出功率范圍。輸出功率最大值不超過5dBm，考慮到頻率源模塊可能給不同的電路提供信號(hào)，輸出功率要求不盡相同，所以輸出功率也是可以通過編程進(jìn)行控制；要求三:可與背板進(jìn)行互聯(lián)，為背板上其他功能模塊提供基準(zhǔn)信號(hào)。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明主要包括三個(gè)部分:
[0020]部分一:鎖相環(huán)回路；
[0021 ] 鎖相環(huán)回路包括鑒相器(pro)、壓控振蕩器(VCO)、1?分頻器、N分頻器以及部分環(huán)路濾波器(LF)。
[0022]鎖相環(huán)回路從頻率源模塊上的10MHz晶振輸入?yún)⒖夹盘?hào)，參考信號(hào)進(jìn)入R分頻器之后，頻率變成之前的R分之一，送入鑒相器;鑒相器將參考信號(hào)與所述的經(jīng)過N分頻器分頻后的信號(hào)進(jìn)行相位比較，經(jīng)過電荷栗后輸出電流信號(hào)，電流的均值與兩個(gè)信號(hào)的相位差成正比，送入環(huán)路濾波器;信號(hào)在環(huán)路濾波器中經(jīng)過積分后形成積分電壓，送入壓控振蕩器；壓控振蕩器的輸出頻率與積分電壓成正比，輸出頻率再次經(jīng)過N分頻器，頻率變成之前的N分之一，與參考輸入在鑒相器中進(jìn)行比較。由于整個(gè)環(huán)路是一個(gè)負(fù)反饋調(diào)節(jié)，所以最終能夠達(dá)到鑒相器的兩個(gè)輸入信號(hào)相位差幾乎相等，從而達(dá)到鎖定狀態(tài)。鎖定后的信號(hào)在壓控振蕩器中經(jīng)過分頻，頻率變?yōu)镈分之一后輸出。
[0023]部分二:控制模塊
[0024]所述的控制模塊主要包括單片機(jī)及其外圍電路。通過對鎖相環(huán)中R分頻器、N分頻器和壓控振蕩器進(jìn)行編程控制改變分頻比，從而調(diào)節(jié)頻率源模塊的輸出頻率。通過對壓控振蕩器進(jìn)行編程控制改變其輸出功率，從而調(diào)節(jié)頻率源模塊整體的輸出功率。
[0025]通過控制模塊調(diào)節(jié)鎖相環(huán)R分頻器分頻值比32，調(diào)節(jié)N分頻器分頻比為770，調(diào)節(jié)壓控振蕩器分頻比為I，從而調(diào)節(jié)頻率源模塊的輸出頻率為2406.25MHz，同時(shí)也可以通過控制模塊調(diào)節(jié)頻率源模塊輸出功率為OdBm左右。
[0026]部分三:電源轉(zhuǎn)換電路及背板連接器。
[0027]電源轉(zhuǎn)換電路主要用于將背板提供的5V電壓轉(zhuǎn)換為鎖相環(huán)和控制模塊所需的3.3V供電電壓。
[0028]在設(shè)置完畢后，進(jìn)行電路實(shí)際輸出信號(hào)測量，利用安捷倫的N9918A頻譜儀進(jìn)行信號(hào)測量，測量的結(jié)果如下圖2所示，由圖2可以看出，頻率源模塊最終輸出信號(hào)頻率為2406.25MHz，輸出功率為0.0062dBm。
[0029]從測量結(jié)果可知，頻率源模塊輸出頻率與設(shè)計(jì)參數(shù)一致。
[0030]由以上數(shù)據(jù)可知，設(shè)計(jì)加工制作的頻率源模塊功能正常，輸出的相位噪聲以及雜散性能滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求；同時(shí)，頻率源模塊的輸出頻率、輸出功率編程可調(diào)，具有較好的靈活性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于可編程控制電路調(diào)節(jié)頻率輸出的頻率源模塊，其特征在于:包括鎖相環(huán)回路、控制模塊、電源轉(zhuǎn)換電路及背板連接器； 所述鎖相環(huán)回路包括鑒相器(Pro)、壓控振蕩器(VCO)、R分頻器、N分頻器以及環(huán)路濾波器(LF);從晶振輸出的參考信號(hào)進(jìn)入R分頻器之后，頻率變?yōu)橹暗腞分之一，再送入鑒相器;鑒相器將參考信號(hào)與經(jīng)過壓控振蕩器輸出再經(jīng)N分頻器分頻后的信號(hào)進(jìn)行相位比較后輸出電流信號(hào)，電流信號(hào)的均值與參考信號(hào)和經(jīng)過壓控振蕩器輸出再經(jīng)N分頻器分頻后的信號(hào)之間的相位差成正比，送入環(huán)路濾波器;信號(hào)在環(huán)路濾波器中經(jīng)過積分后形成積分電壓，送入壓控振蕩器;壓控振蕩器的輸出頻率與積分電壓成正比，輸出信號(hào)再經(jīng)過N分頻器，頻率變成之前的N分之一，與參考輸入在鑒相器中進(jìn)行比較;整個(gè)環(huán)路是一個(gè)負(fù)反饋調(diào)節(jié)，最終達(dá)到鑒相器的兩個(gè)輸入信號(hào)相位差幾乎相等，從而達(dá)到鎖定狀態(tài);鎖定后的信號(hào)在壓控振蕩器中經(jīng)過分頻，頻率變?yōu)镈分之一后輸出。 控制模塊，調(diào)節(jié)鎖相環(huán)回路的鎖相環(huán)R分頻器、N分頻器和壓控振蕩器的分頻比，從而調(diào)節(jié)頻率源模塊的輸出頻率，同時(shí)也通過控制模塊調(diào)節(jié)頻率源模塊輸出功率； 電源轉(zhuǎn)換電路及背板連接器，電源轉(zhuǎn)換電路將背板提供的供電電壓轉(zhuǎn)換成鎖相環(huán)回路和控制模塊所需的供電電壓，通過背板連接器可與背板其他功能模塊組成功能不同的電子系統(tǒng)，從而簡化電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度，加大靈活性。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可編程控制電路調(diào)節(jié)頻率輸出的頻率源模塊，其特征在于:所述控制模塊包括單片機(jī)及其外圍電路，通過對鎖相環(huán)中R分頻器、N分頻器和壓控振蕩器進(jìn)行編程控制改變分頻比，從而調(diào)節(jié)頻率源模塊的輸出頻率;通過對壓控振蕩器進(jìn)行編程控制改變其輸出功率，從而調(diào)節(jié)頻率源模塊整體的輸出功率。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可編程控制電路調(diào)節(jié)頻率輸出的頻率源模塊，其特征在于:所述的R分頻器的分頻比的調(diào)整范圍為I至4095，N分頻器的分頻比的調(diào)整范圍為12至.262143，壓控振蕩器的分頻比的調(diào)整范圍為I至63。
【文檔編號(hào)】H03L7/099GK106059572SQ201610344262
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】陳愛新, 趙越, 應(yīng)小俊, 吳文斌
【申請人】北京航空航天大學(xué)