专利名称：微波雷达系统可变时钟源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种在微波雷达系统中的时钟源装置，尤其是能根据不同频段雷达系统的需要通改变频率的时钟源装置。
技术背景目前，在微波段的雷达系统中，时钟源主要通过分频器和压控振荡器构成的锁相环方式实现。当锁相环的环路锁定时，时钟源可以输出一个高精度、高稳定度的时钟信号，作为整个雷达系统的基准时钟。但是对于工作在不同频段的雷达系统而言，其时钟源的频率也不同。传统的锁相环设计只能产生单一的频率，不适合在多种雷达系统中使用；特别是在研制雷达系统时，会涉及不同频段的雷达系统，不能用一台已有的雷达系统的时钟源作为研制工具。所以要根据雷达系统的要求设计不同的时钟源，容易造成设计困难和设备浪费。
发明内容
为了克服传统的锁相环时钟源不能在多种微波雷达系统中应用的缺点，本实用新型提供一种微波雷达系统可变时钟源，该时钟源可以根据微波雷达系统的需要，提供不同频率的高精度、高稳定度的时钟源，而且能够方便的改变时钟源频率，以达到在多种微波雷达系统中使用的目的。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是微波雷达系统可变时钟源，它包括分频器与压控振荡器构成的锁相环，锁相环的参考时钟和环路滤波器，锁相环、参考时钟和环路滤波器依次电连接，其特征在于所述的锁相环为超宽带集成分频器和压控振荡器的锁相环芯片ADF4360-7，单片机通过电平转换器与集成锁相环芯片ADF4360-7相连接，锁相环芯片的参考时钟和外部电感为常量。
如上所述的微波雷达系统可变时钟源，其特征在于锁相环芯片的外部电感器件直接为导线。
如上所述的微波雷达系统可变时钟源，其特征在于鉴相频率为1MHz。
如上所述的微波雷达系统可变时钟源，其特征在于单片机的P0的I/O口设有两个寄存器接地开关按键。
本实用新型采用超宽带集成分频器和压控振荡器的锁相环芯片使电路简单、工作可靠；选用固定鉴相频率和外部电感的方法以达到硬件电路固定的目的；通过运行不同频率输出的程序段，以达到可变频率输出的目的。
选用美国模拟器件公司推出的超宽带集成分频器和压控振荡器的锁相环芯片ADF4360-7，其输出频率可以通过外部电感和单片机内部程序控制，输出频率范围为350～1800MHz。因为ADF4360-7在高频端工作时，其外部电感小于3.3nH，此时的电感可以用导线来代替。为了让该芯片可以工作在我们选定的微波频段，我们采用内部2分频设置，并且选用固定鉴相频率的方法以达到硬件电路固定的目的。通过外部按键控制的方式来运行不同频率输出的程序段，以达到可变频率输出的目的。外部按键由两个按键组成，分别接控制芯片单片机的P0的I/O口，设定一个寄存器记录按键，按下一个键，时钟源输出频率增加一个步进频率，按下另一个键，时钟源输出减少一个步进频率，从而达到输出可变时钟源的目的。
本实用新型的技术解决方案中，如我们设置的输出频率范围为550MHz-1.8GHz，可以满足从米波雷达到分米波雷达系统对时钟源的要求。在此频率范围内，对于低于1GHz的输出频率，我们在内部程序中采用2分频设置，对于高于1GHz的输出频率，我们在内部程序中采用直接输出方式，这样我们的外接电感值都小于3.3nH，直接用导线代替。此外，在锁相环时钟源的设计中，对于固定的鉴相频率而言，其环路滤波器的设计也是固定的。如果环路的鉴相频率太低，输出信号的相位噪声也相应较差。我们选用固定1MHz的鉴相频率可以满足多种雷达系统对时钟源相位噪声的要求，并且可以固定我们的硬件电路设计，更方便的实现可变时钟源设计。
本实用新型的技术解决方案中，输出时钟源频率的改变通过按键来触发产生相应频率的不同的程序段。按键分别接时钟源的控制芯片单片机的P0 I/O口，在程序内部设定一个寄存器记录按键，按下一个键，程序执行相应的程序段，输出的时钟频率可以根据程序控制进行改变，以达到多种雷达系统中可变时钟源的目的。
本实用新型的有益效果是，可以在微波雷达系统中提供高精度、高稳定度时钟源的同时，方便地改变时钟源工作频率以满足多种微波雷达系统的需求，可变控制中仅采用按键的方式，结构简单。
图1是本实用新型实施例的整体电路结构图。
图2是本实用新型实施例的锁相环电路的线路图。
图3是实施例的软件控制可变时钟源输出的程序框图。
图4是基于图1产生的时钟频率为1GHz的时钟源信号；图4.a为输出信号时频图，图4.b为输出信号相位噪声图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进一步说明。
图1所描述的是微波雷达系统可变时钟源的实现框图。包括锁相环芯片、参考时钟、电平转换器、按键和控制单片机。其工作过程为利用美国模拟器件公司的集成分频器和压控振荡器的锁相环芯片ADF4360-7所具有的宽频带输出范围，通过外部按键K1、K2以及通过单片机控制内部程序来改变时钟源的输出。图中单片机和锁相环芯片通过电平转换器HC245相连接，使单片机的控制信号和锁相环芯片电平相匹配。锁相环路的参考时钟由外部参考时钟提供。按键K1和K2直接连接到控制单片机上。每次按键后，原先的高电平都变为低电平，以此计数来控制相应程序段以达到改变时钟源输出的目的。
图2所描述的锁相环电路包括美国模拟器件公司的集成分频器和压控振荡器的锁相环芯片ADF4360-7、锁相环的外部参考时钟和环路滤波器。因为ADF4360-7集成了分频器和压控振荡器，所以无需像传统的锁相环电路中外加压控振荡器，只需接外部参考时钟提供锁相所需的鉴相频率并根据鉴相频率设置相应的环路滤波器即可达到高稳定、高精度的时钟源输出频率。在图2中，我们通过电感L1和L2改变输出频率。但是如果我们设定的输出范围是550MHz～1.8GHz，其电感值都小于3.3nH，可以统一用导线代替。
图2中锁相环路的外部参考时钟我们统一采用温度补偿晶体振荡器，其工作频率为10MHz。鉴相频率通过外部参考时钟在ADF4360-7中进行10分频得到，实现方式简单。
图2中的环路滤波器需要根据鉴相频率的大小来设计。在这里，我们的鉴相频率设为1MHz，在此鉴相频率下，C1、C2、C3分别为26.1pF、355pF和11.9pF；R1和R2分别为12.5KΩ和25.6KΩ。
图2中芯片ADF4360-7的24脚CP为锁相环的电荷泵输出管脚。24脚输出通过相应的环路滤波器以得到一个稳定的调制电压通过ADF4360-7的7脚V tune反馈到整个锁相环路中，通过这个调制电压控制芯片内部集成的压控振荡器。在芯片ADF4360-7的输出20脚就可以得到一个高精度、高稳定度的时钟频率。
图2中AVdd、DVdd和Gnd分别接模拟电源3.3v、数字电源3.3v和地。其他17、18和19脚接单片机相应控制信号。
图3所描述的是用来产生不同输出频率的程序框图。程序开始后，首先进行初始化，将系统置为原始状态，此时输出固定频率600MHz。等待是否有按键产生的触发信号。如果没有按键，系统继续等待。当外部有按键触发即要求频率改变时，判断时钟源增加频率还是降低频率。如果需要增加输出频率，计数器累加直至按键停止。此时计数器值对应的程序段控制相应的频率输出，以达到增加频率输出的目的。如果判断需要减少输出频率，计数器累减直至按键停止。此时计数器值对应的程序段控制相应的频率输出，以达到较少频率输出的目的。
图4.a描述的是可变时钟源输出1GHz时的时频图。图中可以看出，整个时钟电路的稳定时间为10us，10us后输出频率可以稳定在1GHz。
图4.b描述的是可变时钟源输出1GHz时的相位噪声图。图中可以看出，整个时钟源信号的相位噪声小于-90dBc/Hz，当频率偏移大于490KHz时，相位噪声小于-110dBc/Hz，可以满足多种雷达系统对时钟源的要求。
权利要求1.微波雷达系统可变时钟源，它包括分频器与压控振荡器构成的锁相环，锁相环的参考时钟和环路滤波器，锁相环、参考时钟和环路滤波器依次电连接，其特征在于所述的锁相环为超宽带集成分频器和压控振荡器的锁相环芯片ADF4360-7，单片机通过电平转换器与集成锁相环芯片ADF4360-7相连接，锁相环芯片的参考时钟和外部电感为常量。
2.如权利要求1所述的微波雷达系统可变时钟源，其特征在于锁相环芯片的外部电感器件直接为导线。
3.如权利要求1或2所述的微波雷达系统可变时钟源，其特征在于鉴相频率为1MHz。
4.如权利要求1或2所述的微波雷达系统可变时钟源，其特征在于单片机的P0的I/O口设有两个寄存器接地开关按键。
5.如权利要求3所述的微波雷达系统可变时钟源，其特征在于单片机的P0的I/O口设有两个寄存器接地开关按键。
专利摘要微波雷达系统可变时钟源，它包括分频器与压控振荡器构成的锁相环，锁相环的参考时钟和环路滤波器，锁相环、参考时钟和环路滤波器依次电连接，所述的锁相环为超宽带集成分频器和压控振荡器的锁相环芯片ADF4360－7，单片机通过电平转换器与集成锁相环芯片ADF4360－7相连接，锁相环芯片的参考时钟和外部电感为常量。电路简单、工作可靠，可以根据微波雷达系统的需要，提供不同频率的高精度、高稳定度的时钟源，而且能够方便的改变时钟源频率，在多种微波雷达系统中使用。
文档编号G01S7/28GK2762153SQ20042011178
公开日2006年3月1日 申请日期2004年12月2日 优先权日2004年12月2日
发明者文必洋, 马志刚, 沈伟, 严卫东, 王才军 申请人:武汉大学