200Mhz带宽输入变频器的制作方法

本发明涉及变频器应用技术领域，尤其是一种200mhz带宽输入变频器。

背景技术：

现在市场上有关变频产品种类多，有关变频的设计方案也很多，具有比较广泛的应用，尤其在移动、联通、电信的有关设备上面。但是市场上的变频产品都在输出幅度随温度以及输入频率变化的影响，波动范围比较大，测试指标达不到要求。这样的情况下，影响设备之间射频信号的传输的信号完整性，对接收信号设备解码的误码率增加。在这种背景下，设计一种信噪比高、幅度稳定、频率不会温漂的变频器方案，显得非常有必要性。

随着通信产品的发展，针对信号传输的要求越来越高，需要保证信号在传输过程中的完整性以及信号的可靠性，这样接收机能够很好的接收到信号，并且解析出清晰的信号。但是目前市场上大部份工业产品变频方案都存在一些缺点，其原因在于：其一，频率源的相噪会恶化采样数据的信噪比，杂散会降低接收机灵敏度。即在信号的传输过程中，有用最大不失真的信号与实际输入的杂信号的比值，叫信噪比。所以在传输中有用信号幅度越大，杂信号越小，传输的信号越好。这样有利于接收机的解码，接收机的接收灵敏度越高，解出来的信号质量也高。但是市场上的方案在这方面有不足，这些方案的信噪比相对要低，所以接收机的解码信号质量也就一般。其二，市场上变频产品设计方案复杂且庞大，软件检测智能化低，不能实时监控模块自身的运行状况。不能让操作者随时获取设备运行参数、修改参数。市场上变频产品大部分用分立元器件来做，很少加入软件来控制，这样维护监管困难，不能够及早发现问题和解决问题，不利于维护。其三，变频范围比较单一，不能宽范围输入频率。一般的设备变频方案都是单一固定的频率输入、输出。最多两路或者三路固定的输入，单一输出。如果需要修改输入的频率，需要从新设计调试，这样增加设计成本，产品的周期也变长。可靠性也就不稳定；正是在上述背景之下，本发明结合数字变频模块，拥有业界很好的噪声性能和杂散，此发明方案具有很好的信号质量和信噪比的。其目的在于克服以上所述的缺点，本发明可以应用市场包括：宽带多载波，多标准的蜂窝基站设备中上下变频，作为低抖动的时钟本振发生器，或作为可调的参考源以取得无杂散信号；也可以用在高qam的微波点对点通讯，软件无线电及测试测量设备中。

技术实现要素：

现有技术难以人们的需要，为了解决上述存在的问题，本发明提出了一种200mhz带宽输入变频器，它采用将用信号源接上设备的输入端，频谱仪接到设备的输出端口，与pc机连接好，工人在工作时只需看pc软件端的参数以及警告，便可以实时了解和控制系统运行状况。

为实现该技术目的，本发明采用的技术方案是：一种200mhz带宽输入变频器，包括200mhz带宽输入变频器终端、和pc软件界面和pc机；所述200mhz带宽输入变频器终端包括arm芯片、a/d转换模块、pc机通信模块、基准10mhz源模块、高精度时钟源模块、变频模块、衰减器模块，检波模块，混频模块、高精度的滤波模块、温度传感器和电源模块；所述的a/d转换模块包括高精度的24位a/d转换芯片及外围电路；所述pc机通信模块包括pc机通信模块以及外围电路；所述基准10mhz源模块采用vco的压控晶振结构，通过调节vco电压，使输出的精度达到0.1hz的晶振模块；所述高精度时钟源模块包括时钟芯片以及外围的接口电路；所述变频模块包括可变频的控制芯片以及外围的控制电路；所述衰减器模块包括信号衰减芯片以及外围的电路；所述检波模块模块包括可检波的芯片以及外围的接口电路部分；所述混频模块包括混频芯片以及外围的电路部分；所述高精度的滤波模块包括720mhz滤波模块、784mhz滤波模块和64mhz滤波模块；所述温度传感器包括检测温度芯片以及外围的接口电路部分；所述的电源模块包括12v稳压电源模块、5v稳压电源模块、3.3v稳压电源模块稳和电路短路保护模块，所述a/d转换模块、pc机通信模块、基准10mhz源模块、高精度时钟源模块、变频模块两组、衰减器模块两组，检波模块两组，混频模块两组、高精度的滤波模块、温度传感器和电源模块之间通过arm芯片连接；所述720mhz滤波模块、784mhz滤波模块和64mhz滤波模块的滤波范围为自身滤波值的正负10hz。

进一步，所述200mhz带宽输入变频器终端输入信号频率范围是200mhz-400mhz。

进一步，所述变频模块、衰减器模块、检波模块和混频模块均设置有两组。

进一步，所述pc软件界面包括外部信号输入频率栏、工作模式栏、信号衰减值栏、内部频率幅度表、命令超时现实区、当前模块工作频率表、模块衰减值栏和模块当前温度栏。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该200mhz带宽输入变频器用信号源接上设备的输入端，频谱仪接到设备的输出端口，与pc机连接好，信号源从200mhz-400mhz输入，看到频谱仪上面输出的信号频率以及幅度均不会波动，相噪在-110dbm以下；输出的频率精确到0.1hz；还可将设备放置在烤温箱中，把温度设置到从-10°到85°时，看到的频谱仪上面输出的信号稳定不变以及相噪值的大小，从而保证了实际的使用过程中，传输信号的完整性；同时pc机软件能够监控模块的运行状况，了解系统的各项数据和控制系统的运行参数。这样极大地方便了设备管理和维护人员工作，他们只要看到pc软件端的参数以及警告，便可以实时了解和控制系统运行状况；如果系统设备出现故障，pc软件会产生警告信息，第一时间发出提醒，工作人员通过提醒，可以了解到设备的某些故障，极大地提高了系统维修；发明性强，易于推广使用。

附图说明

图1为本发明的硬件结构示意图；

图2为本发明的监控界面示意图；

图3为本发明的内部结构图；

图4为本发明的工作流程图；

附图标记中：101-外部信号输入的频率栏、102-工作模式栏、103-信号衰减值、104-内部频率幅度表、105-命令超时现实区、106-当前模块工作频率表、107-模块衰减值栏、108-模块当前温度栏、109-告警区域、201-信号的输出部分、202-高精度时钟源模块、203-变频模块a、204-变频模块b、205-信号输入部分、206-信号输出的衰减模块以及检波模块、207-高精度的64mhz滤波模块以及10mhz的压控晶振、208-输入部分的信号处理、209-设备电源部分、210-设备对外接口、211-arm芯片模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，一种200mhz带宽输入变频器，包括200mhz带宽输入变频器终端、和pc软件界面和pc机；所述200mhz带宽输入变频器终端包括arm芯片、a/d转换模块、pc机通信模块、基准10mhz源模块、高精度时钟源模块、变频模块、衰减器模块，检波模块，混频模块、高精度的滤波模块、温度传感器和电源模块。具体如图1所示，从设备的输入端口输入200mhz-400mhz的频率信号，幅度大小为-40dbm，经过放大器模块，把输入的信号放大，幅度值提高，再经过衰减器模块，同时检波模块对放大后的信号进行检测，输入到arm。放大后的信号经过衰减器，进入混频器，其中混频器有输入的信号，变频模块也会产生一个中频信号，一同输入到混频器，变频器输出产生中频信号的频率为为720m与输入的频率之和。即经过混频器模块输出的信号即为720mhz，720mhz的信号经过一个窄带的滤波器，滤掉输入的杂波信号以及自身干扰产生的其他频率的信号，然后再经过放大器把幅度放大，输入给下一级的混频器模块，进入这个混频器模块的信号频率为720mhz，同时有另外的一个变频模块会产生一个784mhz的频率输入到混频器，经过两者输入的频率混频之后，即可产生64mhz的输出频率，然后在经过64mhz的专门高精度的滤波器，滤去其它干扰的信号，在经过衰减器、放大器输出。同时，另外一个检波模块会对输出的信号幅度检测，检测的结果反馈给arm芯片，这样arm芯片可以检测到输出信号的值，用来调节输出信号幅度的大小。arm处理器将这些外围设备连接在一起，arm芯片通过rs485的方式接收外部实际输入的频率，然后通过算法，改变变频模块的输出频率，从而保证设备输出端口的输出频率不变，同时通过ad模块检测反馈信号的大小，通过衰减器，来调整输出频率的幅度。下面分析怎么能保证频率信号输出的精度，主要是变频模块的参考晶振源能够精确到0.1hz，这个参考频率是高精度的基准时钟模块输出，这个模块本身外部有一个51.2mhz的参考晶振，它需要一个输入的高精度的压控晶振源10mhz，输出的信号频率精度会与这个输入信号频率精度匹配。它的工作方式是通过arm芯片的spi接口设置基准时钟模块的内部寄存器，这个模块内部有pll1和pll2，然后内部分频输出，pll1的输入有外部的osc以及参考频率，通过设置内部寄存器可以让输出的频率精度与参考频率的精度一致，这样变频器模块就有精确到0.1hz的晶振源。参考晶振由vco压控晶振模块提供，压控的晶振可以通过arm的pwm信号来调整电压，改变输出频率，提高本身的精度，可以由频率计测量到精度为0.1hz。每一个压控10mhz晶振都需要校准，用频率计测到它输出的频率。外部rs485输入参数，调试到一个合适的pwm，然后保存到flash当中。

如图2所示，在这个发送命令的界面上，设置外部信号输入的频率101、工作模式低噪声模式与正常模式102、设置信号输出的衰减值103、校准内部频率幅度表104、发送命令超时现实区105、查询当前模块的工作频率106、查询模块的衰减值107、查询模块当前的温度108、告警区域109；这个界面可以设置模块的工作状态，也可以查询到模块的工作频率、衰减值、温度等信息，还可以现实出模块的告警信息，这样极大地方便了设备管理和维护人员工作，他们只要看到pc软件端的参数以及警告，便可以实时了解和控制系统运行状况；如果系统设备出现故障，有利于及时的修复，让其正常工作。

如图3所示本发明内部布局的方案结构示意图，由于本发明涉及到射频方面的问题，模块的布局对设计指标有很大的影响，模块之间的互相干扰。每一个独立的模块都需要屏蔽盒，不然会产生自激，影响输出的信号指标。

如图4所示本发明有一个独立的工作流程，主要核心为arm芯片，它承担信号的检测、处理工作。给这个200mhz带宽输入的变频器接上外部电源，arm芯片就会自动初始化每一个模块的相关参数以及需要用到的接口设置部分。

本发明工作原理：当设备在输入端口连接好信号源，输出的端口连接频谱仪，rs485端口连接好pc机；在开机的时候，arm芯片会有一个默认的输入频率，一般为输入的中间频率，即为300mhz；这样arm芯片会对第一级变频器模块进行初始化参数设置，让变频模块的输出中频为1020mhz，依据混频器的原理，中频频率p0＝p1+p2，其中p0为变频器模块输出的中频，p1为混频器的输入频率，p2为混频器的输出频率。要设置好变频器模块的参数，让它输出需要的中频频率，需要设置两个很重要的寄存器，根据变频模块原理，它是把输入的频率计算成为小数部分与整数部分，然后把计算的值写入内部寄存存器。根据原理公式n_int＝freq_khz/ref_freq_khz，n_frac(freqkhz％ref_freq_khz_)*1024/ref_freq_khz。其中n_int为整数部分、freq_khz输入的频率、ref_freq_khz为变频模块的参考频率、n_frac小数部分。由于器件的离散型，电阻、电容的差别，对每一个输入频率的特性都不一样，以及随着设备模块长时间的正常工作，温度会升高；也可能设备处在室外，地点的不同，可能在高温或者低温下工作，器件的随温度的特性变化明显体现出来，通过高低温测试，设备输出的频率幅度会有6dbm上下的误差，这个就需要软件通过衰减器的校准，由于本方案中使用了2个衰减器模块，一共可以有62dbm的调节范围，但是外部设置衰减器需要31dbm的衰减值。所以预留31dbm用来调节输出幅度。通过arm的软件查询到模块的工作温度，对应来弥补器件不一致性所带来的误差。设备输出的频率经过检波模块ad8362把输出的信号幅度通过ad转化为对应的信号强度，依据原理s_amp＝ad_value*v_ref/ad_bit/step+offset，其中s_amp为信号的输出强度、ad_value为检波模块把模拟信号转为数字信号的值、v_ref为ad模块的参考电压，本方案取3300mv、ad_bit为ad模块的转换位数、step为1dbm对应1mv的步进，本方案取33mv/dbm、offset为模块校准的值。这样就可以知道输出的信号幅度大小，与0dbm比较，来控制衰减器的工作方式。在arm软件在还有一个二维表，查找当前设备模块自身的温度、输入的频率对应的幅度修正值，这个值需要实际的测试，通过rs485写入到arm中，保存在arm的flash中。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。