一种脉冲载波相位噪声测量装置及测量方法
【专利摘要】本发明提出了一种脉冲载波相位噪声测量装置，连接到被测源，其内部包括脉冲调整单元、鉴相器、脉冲调制器和参考源，脉冲调整单元在脉冲载波相位噪声测量装置输入端通过耦合器耦合并接收一路被测信号，在鉴相器的输入端通过耦合器分别耦合并接收一路被测信号和一路参考信号，在脉冲调整单元内部进行脉冲同步调整，同步后的被测源和参考源鉴相后输出中频信号，经过低通滤波器、PRF滤波器、环路滤波器等处理后对参考源进行调节，使参考源与被测源正交锁定，经低噪声放大单元、A/D采样单元和分析运算单元得到被测源在脉冲调制状态下的相位噪声。本发明的脉冲同步调整可由内部电路自动完成，无需人工调整和干预，设置及测试过程大幅简化。
【专利说明】一种脉冲载波相位噪声测量装置及测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测试【技术领域】，特别涉及一种脉冲载波相位噪声测量装置，还涉及一 种脉冲载波相位噪声测量方法。
【背景技术】
[0002] 相位噪声是评估信号频率短期稳定度的重要指标，相位噪声性能的好坏对电子系 统的整体性能具有重要影响，例如雷达系统的作用距离、目标分辨率，数字通信系统的误码 率、图像信号质量、卫星定位精度和接收机系统相邻信道间信号干扰度等指标都和系统频 率源的载波相位噪声有关。
[0003] 由于脉冲调制信号具有较强的通信安全性和抗干扰性，在保密通信系统和雷达设 备中得到了广泛应用，发射和接收信号多以工作于微波毫米波频段的脉冲调制载波信号为 主。在脉冲调制信号产生过程中，调制电路对信号相位噪声性能将产生不同程度的恶化，欲 对系统总体性能进行准确评估，必须在实际工作的脉冲调制状态下对输出信号近载波相位 噪声进行精确测试，以衡量相位噪声及脉冲调制过程对系统性能的综合影响。
[0004] 目前测量脉冲调制载波相位噪声主要有两种方法：
[0005] 第一种是频谱分析仪法，使用频谱分析仪的时间门功能进行测试，测试时序如图1 所不。测试的基本原理就是在产生脉冲载波的同时，输出一个触发脉冲信号，这两个信号同 时送给频谱分析仪。频谱分析仪根据信号延迟和脉冲宽度设定门延迟和门宽度，由触发信 号同步触发，产生实际的门控信号。该门控信号控制频谱分析仪在门控信号有效期间进行 扫描、采样和分析，在门控信号无效期间停止扫描和采样。对载波一定频偏处相位噪声的测 量，可以使用频谱分析仪提供的噪声频标功能直接进行，从而得到其相位噪声信息。
[0006] 频谱分析仪法典型的测试连接图如图2所示。信号发生器输出射频脉冲载波和脉 冲同步输出信号，这两个信号同时连接到频谱分析仪和宽带示波器，频谱分析仪的门控信 号通过门输出接口输出，连接到宽带示波器。测量时用宽带示波器同时监测射频脉冲载波、 脉冲同步输出和门输出信号，监测三者之间是否满足测试时序要求，如果不满足测试时序， 则可以通过信号发生器调整脉冲同步输出延迟，可以通过频谱分析仪调整门控信号宽度和 门延时，使得三者满足测试时序要求。
[0007] 该方法的缺点是不抑制载波，受中频滤波器形状的限制，无法解决中频泄露问题， 导致测量很小频偏（如频偏小于10HZ)时，测量结果偏离很大；该方法要求本振的相位噪声 要优于被测信号，其测量灵敏度受频谱分析仪本振相位噪声限制，很难测试相位噪声很低 的载波信号；另外该方法无法区分相位噪声和调幅噪声，测量的结果是相位噪声和调幅噪 声的总和。
[0008] 脉冲载波、触发脉冲和门控信号需要用宽带示波器进行监测，并且要手动调整信 号发生器和频谱分析仪的多个参数才能使三者完全同步，这种方案费时费力，而且要求被 测源要具备触发脉冲输出能力和延迟调节能力，要求频谱分析仪具有门延迟和门宽度调节 能力。测试的时间累积的一定的程度，还会导致已经同步好的信号失去同步关系，这时需要 重新调整各个参数，让系统重新进入同步状态。
[0009] 第二种脉冲调制载波相位噪声测试的方法是鉴相法，测试原理框图如图3所示， 该方法的基本工作过程是：被测源与参考源混频鉴相，经过鉴相器和低通滤波器输出瞬时 电压起伏与输入信号的瞬时相位起伏呈线性关系，对相位噪声的测量可以转化为对输出电 压起伏测量。鉴相输出信号经低通滤波器、PRF滤波器和低噪声放大单元处理后，一路经环 路滤波器处理后反馈给参考源，组成闭环锁相环路，保持参考源与被测源频率相等且相位 正交，另一路送到ADC进行数字采样，经FFT变换转化成功率谱密度信息，进而分析运算得 到被测信号的相位噪声值。
[0010] 鉴相器一般采用高性能双平衡混频器，其中频与本振和射频之间虽有一定隔离， 但脉冲调制信号的PRF馈通也是不可避免的，它与鉴相器输出的相位噪声信号混叠在一 起，而且其绝对量值要远远大于相位噪声信号幅度，所以中频通道中PRF滤波器的设置是 非常必要的，将有效滤除PRF馈通信号而保留相位噪声信号。
[0011] 如果参考源为连续波信号，输入被测信号为脉冲调制载波，在脉冲开期间二者同 频、相位正交，此时被测信号载波的相位噪声将被有效提取；而在脉冲关期间，由于鉴相器 本振端连续波参考源的单独存在，中频端口将产生较大的直流偏置电压。这一电压如无法 消除将使后端放大器迅速进入饱和状态，造成系统灵敏度下降。参考源为连续波时还将把 本振端信号的调幅噪声全部转移到中频端口，而只把部分相位噪声转入，虽然通常情况下 参考源的调幅噪声比相位噪声要低很多，但随着脉冲调制信号占空比的降低，二者将逐渐 趋于接近并最终影响相位噪声的测量。为消除连续波鉴相给相位噪声测量带来的不利因 素，通常采用脉冲参考源做本振，可有效抑制直流偏置和调幅噪声的恶化，但仍需要解决被 测信号与参考源之间的脉冲同步问题。
[0012] 为解决被测信号与参考源之间的脉冲同步问题，现有的测试装置使用一台双通道 脉冲发生器产生两路脉冲信号，同时对参考源和被测源进行脉冲调制。测量连接图和测量 原理图如图4和图5所示，脉冲载波相位噪声测量装置提供脉冲载波输入接口、脉冲调制信 号输入接口和鉴相中频输出监测接口。对被测源测试时还要提供一台双通道脉冲发生器和 一台宽带示波器。双通道脉冲发生器输出两路同步的脉冲调制信号，一路接到被测源对其 进行脉冲调制，使施加脉冲调制后的被测源接到脉冲载波相位噪声测量装置的载波输入接 口，另一路接到脉冲载波相位噪声测量装置的脉冲调制信号输入接口，通过脉冲调制器对 参考源进行脉冲调制。双通道脉冲发生器的同步输出信号接到宽带示波器上，作为触发信 号，对鉴相输出的中频输出信号进行同步监测。通过宽带示波器，就可以观察到被测源和参 考源的脉冲调制载波信号是否同步，如果不同步，就可以调节双通道脉冲信号发生器两路 脉冲信号的相对延迟，使被测源和参考源的脉冲载波完全同步。同步后的被测源和参考源 鉴相后输出中频信号，经过低通滤波器、PRF滤波器、环路滤波器等处理后对参考源进行调 节，最终使参考源与被测源正交锁定。被测源和参考源正交锁定后，经低噪声放大单元、A/ D采样单元和分析运算单元后，即可得到被测源在脉冲调制状态下的相位噪声。
[0013] 两路脉冲信号的相对延迟需要用宽带示波器在鉴相输出中频端口进行观察调节， 这种方案不但费时费力，而且要求被测源要具备接收外部脉冲调制信号的能力，同时要求 双通道脉冲发生器具有同步输出能力，并且可以调节两路脉冲信号之间的相对延迟。
【发明内容】
[0014] 本发明提出一种脉冲载波相位噪声测量装置及测量方法，采用脉冲同步检测及动 态调整技术，实现了脉冲调制参数实时提取和同步，解决了参考源与被测源的脉冲调制同 步问题。
[0015] 本发明的技术方案是这样实现的：
[0016] 一种脉冲载波相位噪声测量装置，连接到被测源，其内部包括脉冲调整单元、鉴相 器、脉冲调制器和参考源，脉冲调整单元在脉冲载波相位噪声测量装置输入端通过耦合器 耦合并接收一路被测信号，在鉴相器的输入端通过耦合器分别耦合并接收一路被测信号和 一路参考信号，在脉冲调整单元内部进行脉冲同步调整，同步后的被测源和参考源在所述 鉴相器鉴相后输出中频信号，经过低通滤波器、PRF滤波器、环路滤波器处理后对参考源进 行调节，使参考源与被测源正交锁定，经低噪声放大单元、A/D采样单元和分析运算单元得 到被测源在脉冲调制状态下的相位噪声；
[0017] 所述调整单元包括检波整形单元、比相器、时间精密测量单元和数控精密延迟单 元，被测信号在脉冲载波相位噪声测量装置输入端被耦合器耦合出一路到脉冲调整单元， 经过脉冲调整单元内部检波整形单元检波、放大、整形后作为前馈信号对参考源进行超前 脉冲调制；在鉴相器的输入端，被测信号和参考信号分别被耦合器耦合出一路到脉冲调整 单元，两路耦合信号分别进入脉冲调整单元内部检波整形单元，经检波整形单元检波、放 大、整形后送入比相器；比相器取出两路信号的检波沿的时间误差，以脉冲形式输出，该时 间误差脉冲的宽度代表参考源脉冲调制超前于被测源脉冲调制的时间；时间精密测量单元 对所述时间误差脉冲进行时间精密测量；数控精密延迟单元以时间精密测量单元测量得到 时间差为依据，调整数控精密延迟单元对前馈到所述脉冲调制器的调制脉冲进行延迟，调 整参考源脉冲调制与被测信号脉冲调制同步。
[0018] 可选地，所述时间精密测量单元采用精密数字延迟内插进行时间精密测量。
[0019] 可选地，所述耦合器采用Mini-Circuits公司型号为SYD-20-33+定向耦合器。 [0020] 可选地，所述检波整形单元包括检波器、放大器和比较器，所述检波器对输入信号 进行包络检波，所述放大器对检波后的信号进行放大处理，然后经所述比较器整形处理并 输出。
[0021] 可选地，所述数控精密延迟单元采用3D3418-0. 25集成芯片。
[0022] 可选地，所述鉴相器采用高性能双平衡混频器。
[0023] 本发明还提出了一种脉冲载波相位噪声测量方法，包括以下步骤：
[0024] 首先，被测信号在输入端被耦合器耦合出一路，经过检波整形后作为前馈信号对 参考源进行超前脉冲调制；
[0025] 然后，在鉴相器的输入端，被测信号和参考信号分别被耦合器耦合出一路，两路耦 合信号分别进入内部检波整形单元，经检波整形单元检波、放大、整形后送入比相器，取出 两路信号的检波沿的时间误差，以脉冲形式输出，该时间误差脉冲宽度代表参考源脉冲调 制超前于被测源脉冲调制的时间；
[0026] 再然后，时间误差脉冲经时间精密测量单元量化后，以量化值作为数控精密延迟 单元调整的依据，调整数控精密延迟单元对前馈到脉冲调制器的调制脉冲进行延迟，调整 参考源脉冲调制完全与被测信号脉冲调制同步；
[0027] 接下来，同步后的被测源和参考源鉴相后输出中频信号，经过低通滤波器、PRF滤 波器、环路滤波器处理后对参考源进行调节，使参考源与被测源正交锁定，经低噪声放大单 元、A/D采样单元和分析运算单元得到被测源在脉冲调制状态下的相位噪声。
[0028] 可选地，测量前,先把数控精密延迟单元的延迟量设置为不延迟。
[0029] 可选地，所述时间精密测量单元采用精密数字延迟内插方法进行时间精密测量。
[0030] 可选地，所述精密数字延迟内插方法具体包括以下步骤：使用一组传播延时相等 的延时单元构成延时链，当时间脉冲前沿到来时刻，启动延时链工作，误差脉冲开始在延时 链中传输，随后的标准时钟上升沿到来时刻，对延迟链的状态进行锁存，误差脉冲传输经过 的延迟单元，状态为高，误差脉冲没有经过的延迟单元，状态为低，根据锁存单元的状态，计 算出误差脉冲的宽度。
[0031] 本发明的有益效果是：
[0032] (1)具有高速智能测量和动态跟踪被测信号的能力，测试时可以快速跟踪被测信 号，自动实现同步，即使被测信号存在漂移，也不用担心已经同步好的信号失去同步关系的 现象，可以使正交鉴相环路工作更加稳定可靠；
[0033] (2)不需要额外宽带示波器、双通道脉冲发生器等测试仪器，也省掉了多根测试电 缆，大幅度降低了测试成本；
[0034] (3)减少了所需的测试仪器和电缆的数量，大幅度简化了测量连接的复杂度，简化 了测量步骤，降低了测试难度；
[0035] (4)脉冲同步调整可由内部电路自动完成，无需人工调整和干预，解决了手动调整 多台仪器以保证信号之间相互同步的繁琐的设置问题；
[0036] (5)整个测试过程省时省力，设置及测试过程大幅简化，降低了测试难度，节省了 人力成本，大幅度提高了测试效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0037] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0038] 图1为频谱分析仪时间门测试时序图；
[0039] 图2为频谱分析仪法典型的测试连接图；
[0040] 图3为鉴相法测量相位噪声的原理框图；
[0041] 图4为采用双通道脉冲发生器、宽带示波器和脉冲载波相位噪声测量装置相结合 的鉴相法测量相位噪声的测试连接图；
[0042] 图5为采用双通道脉冲发生器、宽带示波器和脉冲载波相位噪声测量装置相结合 的鉴相法测量相位噪声的原理框图；
[0043] 图6为本发明的脉冲载波相位噪声测量装置的测量连接图；
[0044] 图7为本发明的脉冲载波相位噪声测量装置的测量原理图；
[0045] 图8为本发明的脉冲载波相位噪声测量装置的时间精密测量单元的工作原理时 序图；
[0046] 图9为本发明的脉冲载波相位噪声测量装置的时间精密测量单元的延时内插实 现原理图。
【具体实施方式】
[0047] 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他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048]目前测量脉冲调制载波相位噪声主要有两种方法：第一种方法是频谱分析仪法， 第二种方法是采用双通道脉冲发生器、宽带示波器和脉冲载波相位噪声测量装置相结合的 鉴相法测试。
[0049] 频谱分析仪法要求脉冲调制载波与频谱分析仪采样和分析完全同步，为了保证它 们之间的同步，需要手动调整信号发生器和频谱分析仪的多个参数，要求被测源具备触发 脉冲输出能力和延迟调节能力，要求频谱分析仪具有门延迟和门宽度调节能力。这种方案 需要额外的宽带示波器并需要连接多根电缆，如果被测脉冲载波信号、触发脉冲信号、门控 信号及频谱分析仪的本振信号存在漂移，即使之前已经调节好各个参数使整个系统进入同 步状态，测试的时间累积的一定的程度，还会导致已经同步好的信号失去同步关系，这时需 要进一步调整各个参数，让系统重新进入同步状态，整个测试过程费时费力，设置也比较繁 琐。
[0050] 采用双通道脉冲发生器、宽带示波器和脉冲载波相位噪声测量装置相结合的鉴相 法测试，使用双通道脉冲发生器同时对被测源和脉冲载波相位噪声测量装置的参考源进行 脉冲调制，同时用双通道脉冲发生器的同步输出信号触发宽带示波器，对鉴相中频进行监 测。被测源与参考源正交锁相后，若鉴相中频的脉冲调制宽度与双通道脉冲发生器的输出 脉冲宽度一致，则表示被测源与参考源完全同步了，若不一致，则需要调整双通道脉冲发生 器两路脉冲输出信号之间的相对延迟，使鉴相环路进入同步状态。这种方法要求脉冲调制 载波与脉冲载波相位噪声测量装置的参考源完全同步，为了保证它们之间的同步，需要手 动调整双通道脉冲发生器两路脉冲输出信号之间的相对延迟。这种方案也需要额外的宽带 示波器并连接多根电缆。整个测试过程费时费力，设置也比较繁琐。
[0051] 脉冲调制载波与脉冲载波相位噪声测量装置的参考源完全同步可以使正交鉴相 更稳定，并能有效抑制直流偏置和调幅噪声的恶化。为了解决参考源与被测源的脉冲调制 同步问题，本发明采用脉冲同步检测及动态调整技术，实现了脉冲调制参数实时提取和同 步。脉冲同步调整可由内部电路自动完成，无需人工调整和干预，具有高速智能测量和动态 跟踪被测信号的能力，可以使正交鉴相环路工作更稳定可靠。
[0052] 由于鉴相法通过正交鉴相，抑制了载波，中频输出的瞬时电压起伏与输入信号的 瞬时相位起伏呈线性关系，解决了中频泄露导致测量很小频偏时测量结果偏离大的问题； 结合低噪声放大器，可充分利用A/D采样的动态范围，可提供大动态范围的相位噪声测量； 可明确区分相位噪声和调幅噪声。本发明仍然采用鉴相法进行脉冲调制信号相位噪声测 试。
[0053] 本发明的脉冲载波相位噪声测量装置的测量连接图如图6所示，信号发生器作为 被测源，输出射频脉冲调制信号，该射频脉冲调制信号作为被测信号直接与脉冲载波相位 噪声测量装置相连接，不需要额外宽带示波器、双通道脉冲发生器等测试仪器，也省掉了多 根测试电缆，大幅度简化了测量连接的复杂度，简化了测量步骤，降低了测试难度，同时也 大幅度降低了测试成本。
[0054] 如图7所示，本发明的脉冲载波相位噪声测量装置连接到被测源，其内部包括脉 冲调整单元，脉冲调整单元在脉冲载波相位噪声测量装置输入端通过耦合器耦合并接收 一路被测信号，在鉴相器的输入端通过耦合器分别耦合并接收一路被测信号和一路参考信 号，在脉冲调整单元内部自动完成脉冲同步调整，同步后的被测源和参考源在鉴相器鉴相 后输出中频信号，经过低通滤波器、PRF滤波器、环路滤波器处理后对参考源进行调节，最终 使参考源与被测源正交锁定。被测源和参考源正交锁定后，经低噪声放大单元、A/D采样单 元和分析运算单元后，即可得到被测源在脉冲调制状态下的相位噪声。优选地，上述鉴相器 采用高性能双平衡混频器。
[0055] 下面结合图7对脉冲调整单元自动完成脉冲同步调整的过程进行详细说明。
[0056] 脉冲调整单元包括检波整形单元、比相器、时间精密测量单元和数控精密延迟单 元，被测信号在脉冲载波相位噪声测量装置输入端被耦合器耦合出一路到脉冲调整单元， 经过脉冲调整单元内部检波整形单元检波、放大、整形后作为前馈信号对参考源进行超前 脉冲调制。
[0057] 在鉴相器的输入端，被测信号和参考信号分别被耦合器耦合出一路到脉冲调整单 元，两路耦合信号分别进入脉冲调整单元内部检波整形单元，经检波整形单元检波、放大、 整形后送入比相器，比相器取出两路信号的检波沿的时间误差，以脉冲形式输出，该时间误 差脉冲的宽度代表参考源脉冲调制超前于被测源脉冲调制的时间。
[0058] 时间精密测量单元对上述时间误差脉冲进行时间精密测量。优选地，时间精密测 量单元采用精密数字延迟内插技术进行时间精密测量。
[0059] 数控精密延迟单元以时间精密测量单元测量得到时间差为依据，调整数控精密延 迟单元对前馈到脉冲调制器的调制脉冲进行延迟，调整参考源脉冲调制完全与被测信号脉 冲调制同步。
[0060] 脉冲调整单元内部能够自动完成脉冲同步调整，无需人工调整和干预，解决了手 动调整多台仪器以保证信号之间相互同步的繁琐的设置问题。
[0061] 测量前，先把数控精密延迟单元的延迟量设置为不延迟，被测信号在输入端被耦 合器耦合出一路，经过检波整形后作为前馈信号对参考源进行超前脉冲调制。在鉴相器的 输入端，被测信号和参考信号分别被耦合器耦合出一路，两路耦合信号分别进入内部检波 整形单元，经检波整形单元检波、放大、整形后送入比相器，取出两路信号的检波沿的时间 误差，以脉冲形式输出，该时间误差脉冲宽度代表参考源脉冲调制超前于被测源脉冲调制 的时间。时间误差脉冲经时间精密测量单元量化后，以量化值作为数控精密延迟单元调整 的依据，调整数控精密延迟单元对前馈到本振调制器的调制脉冲进行延迟，调整参考源脉 冲调制完全与被测信号脉冲调制同步。
[0062] 耦合器作用是实现信号的分离，同时尽量降低信号的损耗，优选地，本发明采用 Mini-Circuits公司型号为SYD-20-33+定向耦合器，在30MHz?3GHz范围内，耦合度可以 达到21±1. 5dB，方向性彡15,直通损耗彡2dB。
[0063] 上述检波整形单元包括检波器、放大器和比较器，其作用是对耦合器分离出来的 脉冲调制载波信号进行包络检波及整形，输出逻辑电平的脉冲调制信号。实现方案是先用 检波器对脉冲调制载波信号进行包络检波，得到低频的脉冲调制信号。由于耦合输出的脉 冲调制载波信号幅度较小，包络检波输出的低频的脉冲调制信号的幅度也比较小，因此检 波后还需通过放大器对脉冲调制信号进行放大处理，然后经比较器整形处理后，即可得到 输出电平为逻辑电平的脉冲调制信号。现在已经有集成检波和放大的芯片，可以简化该部 分电路的设计。例如采用集成芯片AD8317检波放大，工作范围可以覆盖1MHz?10GHz，具 有55dB动态范围。采用集成芯片AD8318检波，工作范围可以覆盖1MHz?8GHz，具有70dB 动态范围。
[0064] 比相器的作用是检测两个输入脉冲信号的上升沿的时间差，将该时间差以时间误 差脉冲的形式输出。
[0065] 时间精密测量单元对比相器输出的时间脉冲进行精密测量，采用了精密数字延迟 内插测量技术，时间精密测量单元工作原理如图8所示。由于标准时基信号与时间脉冲不 同步，因此测量时存在±1个标准时基误差。为了提高测量分辨率，需要对标准时基与时 间脉冲前沿和时间脉冲后沿的计数误差进行精密数字延迟内插测量，测量结果满足如下关 系：
[0066] T = (Τ1+ΔΤ1-ΔΤ2) (1)
[0067] 其中：T是精确时间，T1根据标准时基计数值计算得到，Λ T1和Λ T2是前后沿精 密数字延迟内插测量值。
[0068] 精密数字延迟内插法使用一组在理论上传播延时相等的延时单元构成延时链，采 用"串行延时、并行计数"的方法，实现高精度时间测量。数字延时内插实现原理如图9所 示。当时间脉冲前沿到来时刻，启动延时链工作，误差脉冲开始在延时链中传输，随后的标 准时钟上升沿到来时刻，对延迟链的状态进行锁存，误差脉冲传输经过的延迟单元，状态为 高，误差脉冲没有经过的延迟单元，状态为低，根据锁存单元的状态，即可计算出误差脉冲 的宽度。数字延时内插法的分辨率取决于单位延时单元的延迟时间，延迟时间越小，测量分 辨率越高，本方案实现了优于l〇〇ps的测量分辨率。
[0069] 数控精密延迟单元以时间精密测量单元测量得到时间差为依据，调整数控精密延 迟单元对前馈到本振调制器的调制脉冲进行延迟，调整参考源脉冲调制完全与被测信号脉 冲调制同步。优选地，本发明的数控精密延迟单元采用3D3418-0. 25集成芯片，延迟步进可 以精确250ps，延迟范围可以覆盖19. 5ns?83. 25ns的范围。
[0070] 本发明的脉冲载波相位噪声测量装置具有高速智能测量和动态跟踪被测信号的 能力，测试时可以快速跟踪被测信号，自动实现同步，即使被测信号存在漂移，也不用担心 已经同步好的信号失去同步关系的现象，可以使正交鉴相环路工作更加稳定可靠。
[0071] 基于上述对脉冲载波相位噪声测量装置的描述，本发明还提供了一种脉冲载波相 位噪声测量方法，下面结合图7对本发明的脉冲载波相位噪声测量方法进行详细描述。
[0072] 本发明的脉冲载波相位噪声测量方法，包括以下步骤：
[0073] 首先，被测信号在输入端被耦合器耦合出一路，经过检波整形后作为前馈信号对 参考源进行超前脉冲调制；
[0074] 然后，在鉴相器的输入端，被测信号和参考信号分别被耦合器耦合出一路，两路耦 合信号分别进入内部检波整形单元，经检波整形单元检波、放大、整形后送入比相器，取出 两路信号的检波沿的时间误差，以脉冲形式输出，该时间误差脉冲宽度代表参考源脉冲调 制超前于被测源脉冲调制的时间；
[0075] 再然后，时间误差脉冲经时间精密测量单元量化后，以量化值作为数控精密延迟 单元调整的依据，调整数控精密延迟单元对前馈到本振调制器的调制脉冲进行延迟，调整 参考源脉冲调制完全与被测信号脉冲调制同步；
[0076] 接下来，同步后的被测源和参考源鉴相后输出中频信号，经过低通滤波器、PRF滤 波器、环路滤波器处理后对参考源进行调节，使参考源与被测源正交锁定，经低噪声放大单 元、A/D采样单元和分析运算单元得到被测源在脉冲调制状态下的相位噪声。
[0077] 上述脉冲载波相位噪声测量方法，测量前，先把数控精密延迟单元的延迟量设置 为不延迟。
[0078] 上述脉冲载波相位噪声测量方法中，优选地，时间精密测量单元采用精密数字延 迟内插方法进行时间精密测量。下面结合图8和图9对精密数字延迟内插方法进行详细说 明。
[0079] 由于标准时基信号与时间脉冲不同步，因此测量时存在±1个标准时基误差。为 了提高测量分辨率，需要对标准时基与时间脉冲前沿和时间脉冲后沿的计数误差进行精密 数字延迟内插测量，测量结果满足如下关系：
[0080] T = (Τ1+ΔΤ1-ΔΤ2) (1)
[0081] 其中：T是精确时间，T1根据标准时基计数值计算得到，Λ T1和Λ T2是前后沿精 密数字延迟内插测量值。
[0082] 精密数字延迟内插法使用一组在理论上传播延时相等的延时单元构成延时链，采 用"串行延时、并行计数"的方法，实现高精度时间测量，具体包括以下步骤：当时间脉冲前 沿到来时刻，启动延时链工作，误差脉冲开始在延时链中传输，随后的标准时钟上升沿到来 时刻，对延迟链的状态进行锁存，误差脉冲传输经过的延迟单元，状态为高，误差脉冲没有 经过的延迟单元，状态为低，根据锁存单元的状态，计算出误差脉冲的宽度。
[0083] 本发明的脉冲载波相位噪声测量装置及测量方法，具有高速智能测量和动态跟踪 被测信号的能力，测试时可以快速跟踪被测信号，自动实现同步，即使被测信号存在漂移， 也不用担心已经同步好的信号失去同步关系的现象，可以使正交鉴相环路工作更加稳定可 靠；不需要额外宽带示波器、双通道脉冲发生器等测试仪器，也省掉了多根测试电缆，大幅 度降低了测试成本；减少了所需的测试仪器和电缆的数量，大幅度简化了测量连接的复杂 度，简化了测量步骤，降低了测试难度；脉冲同步调整可由内部电路自动完成，无需人工调 整和干预，解决了手动调整多台仪器以保证信号之间相互同步的繁琐的设置问题；整个测 试过程省时省力，设置及测试过程大幅简化，降低了测试难度，节省了人力成本，大幅度提 高了测试效率。
[〇〇84] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种脉冲载波相位噪声测量装置，连接到被测源，其特征在于，其内部包括脉冲调整 单元、鉴相器、脉冲调制器和参考源，脉冲调整单元在脉冲载波相位噪声测量装置输入端通 过耦合器耦合并接收一路被测信号，在鉴相器的输入端通过耦合器分别耦合并接收一路被 测信号和一路参考信号，在脉冲调整单元内部进行脉冲同步调整，同步后的被测源和参考 源在所述鉴相器鉴相后输出中频信号，经过低通滤波器、PRF滤波器、环路滤波器处理后对 参考源进行调节，使参考源与被测源正交锁定，经低噪声放大单元、A/D采样单元和分析运 算单元得到被测源在脉冲调制状态下的相位噪声； 所述调整单元包括检波整形单元、比相器、时间精密测量单元和数控精密延迟单元，被 测信号在脉冲载波相位噪声测量装置输入端被耦合器耦合出一路到脉冲调整单元，经过脉 冲调整单元内部检波整形单元检波、放大、整形后作为前馈信号对参考源进行超前脉冲调 制；在鉴相器的输入端，被测信号和参考信号分别被耦合器耦合出一路到脉冲调整单元，两 路耦合信号分别进入脉冲调整单元内部检波整形单元，经检波整形单元检波、放大、整形后 送入比相器；比相器取出两路信号的检波沿的时间误差，以脉冲形式输出，该时间误差脉冲 的宽度代表参考源脉冲调制超前于被测源脉冲调制的时间；时间精密测量单元对所述时间 误差脉冲进行时间精密测量；数控精密延迟单元以时间精密测量单元测量得到时间差为依 据，调整数控精密延迟单元对前馈到所述脉冲调制器的调制脉冲进行延迟，调整参考源脉 冲调制与被测信号脉冲调制同步。
2. 如权利要求1所述的一种脉冲载波相位噪声测量装置，其特征在于，所述时间精密 测量单元采用精密数字延迟内插进行时间精密测量。
3. 如权利要求1所述的一种脉冲载波相位噪声测量装置，其特征在于，所述耦合器采 用Mini-Circuits公司型号为SYD-20-33+定向耦合器。
4. 如权利要求1所述的一种脉冲载波相位噪声测量装置，其特征在于，所述检波整形 单元包括检波器、放大器和比较器，所述检波器对输入信号进行包络检波，所述放大器对检 波后的信号进行放大处理，然后经所述比较器整形处理并输出。
5. 如权利要求1所述的一种脉冲载波相位噪声测量装置，其特征在于，所述数控精密 延迟单元采用3D3418-0. 25集成芯片。
6. 如权利要求1所述的一种脉冲载波相位噪声测量装置，其特征在于，所述鉴相器采 用高性能双平衡混频器。
7. -种脉冲载波相位噪声测量方法，其特征在于，包括以下步骤： 首先，被测信号在输入端被耦合器耦合出一路，经过检波整形后作为前馈信号对参考 源进行超前脉冲调制； 然后，在鉴相器的输入端，被测信号和参考信号分别被耦合器耦合出一路，两路耦合信 号分别进入内部检波整形单元，经检波整形单元检波、放大、整形后送入比相器，取出两路 信号的检波沿的时间误差，以脉冲形式输出，该时间误差脉冲宽度代表参考源脉冲调制超 前于被测源脉冲调制的时间； 再然后，时间误差脉冲经时间精密测量单元量化后，以量化值作为数控精密延迟单元 调整的依据，调整数控精密延迟单元对前馈到脉冲调制器的调制脉冲进行延迟，调整参考 源脉冲调制完全与被测信号脉冲调制同步； 接下来，同步后的被测源和参考源鉴相后输出中频信号，经过低通滤波器、PRF滤波器、 环路滤波器处理后对参考源进行调节，使参考源与被测源正交锁定，经低噪声放大单元、A/ D采样单元和分析运算单元得到被测源在脉冲调制状态下的相位噪声。
8. 如权利要求7所述的一种脉冲载波相位噪声测量方法，其特征在于，测量前，先把数 控精密延迟单元的延迟量设置为不延迟。
9. 如权利要求7所述的一种脉冲载波相位噪声测量方法，其特征在于，所述时间精密 测量单元采用精密数字延迟内插方法进行时间精密测量。
10. 如权利要求9所述的一种脉冲载波相位噪声测量方法，其特征在于，所述精密数字 延迟内插方法具体包括以下步骤：使用一组传播延时相等的延时单元构成延时链，当时间 脉冲前沿到来时刻，启动延时链工作，误差脉冲开始在延时链中传输，随后的标准时钟上升 沿到来时刻，对延迟链的状态进行锁存，误差脉冲传输经过的延迟单元，状态为高，误差脉 冲没有经过的延迟单元，状态为低，根据锁存单元的状态，计算出误差脉冲的宽度。
【文档编号】G01R29/26GK104062514SQ201410324539
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】杜念文, 朱伟, 凌伟, 刘强, 辛义磊 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所