频率合成器的制作方法

本实用新型涉及频率合成技术，特别是涉及频率合成器。
背景技术：
：频率合成技术是雷达、通信等电子系统实现高性能指标的关键技术之一，由于频率合成器的相噪(Phasenoise)会影响到接收和发射系统的诸多指标，譬如接收的邻道选择性、发射的邻道功率比等。当接收和发射频段很宽时，频率合成部分的相噪一般会急剧恶化，这种恶化主要是压控振荡器(VoltageControlledOscillator，VCO)所带来的。对于宽频带的接收和发射本振部分的压控振荡器，主要采用国外射频IC厂商提供的单个宽带集成压控振荡器芯片或者采用多个窄带的专用集成压控振荡器进行合成设计，但是这两种集成压控振荡器的价格昂贵，一般都要几百块钱乃至上千，而且，其压控振荡器所输出的频率不可调。技术实现要素：基于此，有必要针对上述问题，提供一种低成本、可输出段频率范围可调且互不重叠无缝衔接的频率合成的频率合成器。一种频率合成器，包括：锁相环模块，接收外部控制信号，并输出调谐电压；环路滤波器，与所述锁相环模块连接，用于滤除所述锁相环模块中的交流噪声；压控振荡器模块，包括输出频率范围互不重叠的多段压控振荡单元；其中，所述压控振荡单元包括电连接的由分立器件构成的谐振电路和开关控制电路；所述谐振电路分别与所述锁相环模块、环路滤波器连接，形成锁相环；每个所述谐振电路的谐振参数不同，所述谐振电路用于根据所述调谐电压、谐振参数产生谐振频率输出；所述开关控制电路用于控制所述谐振电路的供电。上述频率合成器，包括锁相环模块、环路滤波器、压控振荡器模块，其中，压控振荡器模块包括多段压控振荡单元。所述压控振荡单元包括电连接的由多个分立电子元器件组成的谐振电路和开关控制电路。每个所述谐振电路的谐振参数不同，继而产生谐振不同频率范围的谐振频率。通过由多个分立电子元器件组成多段压控振荡单元其成本低、还可以调节谐振电路中的谐振参数，输出具有不同频段的信号。通过多段压控振荡单元实现了段频率范围互不重叠且无缝衔接的频率合成，还降低了频率合成输出信号的相噪。在其中一个实施例中，所述谐振电路包括第一电容、第二电容、第一电感和晶体管；所述第一电容、第二电容并联；所述晶体管的集电极与所述开关控制电路连接；所述晶体管的发射极接地；所述晶体管的基极与所述第一电容的第一端连接；所述第一电感的一端分别与所述第一电容的第二端、锁相环模块连接，所述第一电感的另一端接地。在其中一个实施例中，所述谐振电路包括还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；所述第一二极管的阳极分别与第二二极管的阳极、第一电感连接；所述第一二极管的阴极分别与第二二极管的阴极、第三二极管的阴极、第四二极管的阴极、锁相环模块连接；所述第三二极管的阳极、第四二极管的阳极均接地。在其中一个实施例中，所述压控振荡单元还包括滤波电路，所述滤波电路的输入端与所述锁相环模块连接；所述滤波电路的输出端与所述谐振电路连接。在其中一个实施例中，所述压控振荡单元还包括反馈电路，所述反馈电路包括第四电容、第五电容和第六电容；所述第四电容的一端与所述晶体管的基极连接，所述第四电容的另一端经所述第六电容接地；所述第五电容的一端与所述第四电容、第六电容的公共端连接，所述第五电容的另一端与所述晶体管的发射极连接。在其中一个实施例中，所述压控振荡单元还包括用于抑制低频杂散信号的第七电容，所述第七电容的一端与所述晶体管的集电极连接，所述第七电容的另一端与所述锁相环模块连接。在其中一个实施例中，所述环路滤波器为三阶无源滤波器，所述三阶无源滤波器的输入端与所述锁相环模块连接，所述三阶无源滤波器的输出端分别与多段所述压控振荡单元连接。在其中一个实施例中，还包括低通滤波器，所述低通滤波器的输入端与分别多段所述压控振荡单元连接，所述低通滤波器的输出端与所述锁相环模块连接。在其中一个实施例中，所述压控振荡单元的数量为三个。在其中一个实施例中，三个所述压控振荡单元输出的频率范围分别为720～780兆赫兹、780～840兆赫兹、840～900兆赫兹。附图说明图1为一实施例中频率合成器的结构框架图；图2为一实施例中环路滤波器的电路原理图；图3为一实施例中压控振荡单元的电路原理图；图4为一实施例中低通滤波器的电路原理图。具体实施方式为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的
技术领域：
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。如图1所示的为频率合成器的结构框架图，频率合成器包括锁相环模块10、环路滤波器20、压控振荡器模块30，其中，压控振荡器模块30包括多段压控振荡单元310、320、330。所述压控振荡单元310包括电连接的由多个分立电子元器件组成的谐振电路311和开关控制电路313。所述谐振电路311分别与所述锁相环模块10、环路滤波器20连接，形成锁相环。开关控制电路313对应控制谐振电路311的供电，实现同一时间只有一段压控振荡单元310工作，互不影响。每个所述谐振电路311的谐振参数不同，所述谐振电路311可以根据所述调谐电压以及不同的谐振参数，继而产生谐振不同频率范围的谐振频率。通过由多个分立电子元器件组成多段压控振荡单元310其成本低、还可以调节谐振电路311中的谐振参数，输出具有不同频段的信号。通过多段压控振荡单元310实现了段频率范围互不重叠且无缝衔接的频率合成，还降低了频率合成输出信号的相噪。在一实施例中，锁相环模块10包括锁相环芯片、分频器、鉴相器，该锁相环芯片选用Skyworks的Sky72310为单路输出小数分配锁相环，参考时钟采用19.2MHz，泵电流1000μA，泵电压5V。锁相环模块10接收外部控制信号，并输出调谐电压经环路滤波器20滤波后输出给多段压控振荡单元310。经压控振荡单元310处理，输出射频信号反馈至锁相环芯片。锁相环芯片将接收的射频信号与参考时钟频率进行间接比较，形成锁相环，进而可以获得稳定可靠的频率信号。环路滤波器20与所述锁相环模块10连接，用于滤除所述锁相环模块10中分频器、鉴相器输出的交流噪声。在本实施中，环路滤波器20为三阶无源滤波器，参考图2，所述三阶无源滤波器的输入端与所述锁相环模块10连接，所述三阶无源滤波器的输出端分别与多段所述压控振荡单元310连接。当然，在其他实施例中，环路滤波器20还可以根据实际需求选用不同类型的滤波器，并不限于三阶无源滤波器。压控振荡器模块30，包括输出频率范围互不重叠的多段压控振荡单元310。在本实施例中，压控振荡器模块30包括三段压控振荡单元，分别为高频段压控振荡单元310、中频段压控振荡单元320以及低频段压控振荡单元330。压控振荡单元310包括电连接的谐振电路311和开关控制电路313。参考图3，谐振电路311包括第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1和晶体管Q1，其中，每个压控振荡单元310中第一电感L1的电感值不同，第一电容C1、第二电容C2的电容值也相同，也即，每个压控振荡单元310具有不同的谐振参数。压控振荡单元310中的晶体管Q1为NPN型硅外延晶体管Q1，具有宽带、低噪声的特点。其中，所述第一电容C1、第二电容C2并联。所述晶体管Q1的集电极与所述开关控制电路313连接；所述晶体管Q1的发射极接地；所述晶体管Q1的基极与所述第一电容C1的第一端连接。所述第一电感L1的一端分别与所述第一电容C1的第二端、锁相环模块10连接，所述第一电感L1的另一端接地。谐振电路311包括还包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管和第四二极管，其中，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4均为变容二极管。所述第一二极管D1的阳极分别与第二二极管D2的阳极、第一电感L1连接；所述第一二极管D1的阴极分别与第二二极管D2的阴极、第三二极管D3的阴极、第四二极管D4的阴极、锁相环模块10连接；所述第三二极管D3的阳极、第四二极管D4的阳极均接地。压控振荡单元310还包括滤波电路315，所述滤波电路315的输入端与所述锁相环模块10连接；所述滤波电路315的输出端与所述谐振电路311连接。由锁相环模块10发出的调谐电压信号，经过环路滤波器20滤波、电感L3滤波后分别输送至高频段压控振荡单元310、中频段压控振荡单元310以及低频段压控振荡单元310。压控振荡单元310包括谐振电路311和开关控制电路313，其开关控制电路313控制外围电路给谐振电路311供电，使压控振荡单元310开始工作，实现同一时间只有一段压控振荡单元310工作。调谐电压信号经过滤波电路315滤波后输送至谐振电路311，其中，调谐电压的范围为0-5V。谐振电路311中的变容二极管(D1、D2、D3、D4)PN结电容值会随着加在其两端的电压值的变化而变化。其电压值的不同就会引起谐振频率的改变。为了防止高温、低温等情况导致调谐电压发生漂移，高频段压控振荡单元310、中频段压控振荡单元310以及低频段压控振荡单元310的调谐电压都工作在1.5～3.5V的范围内，电压上下两端都留有余量，确保高低温等情况下调谐电压不会超出0-5V的范围内，保证100％锁定。以高频压控振荡单元310为例进行说明，当调谐电压为1.5V时，通过调整谐振部分的第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1的值使高频压控振荡单元310输出的频率为840MHz；当调谐电压为3.5V时，使其高频压控振荡单元310输出频率为900MHz，从而实现调谐电压在1.5～3.5V的范围内变化时，其频压控振荡单元310输出频率为在840MHz～900MHz的范围内变化。正因为谐振电路311中第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1的谐振参数可以调整，使其压控振荡单元310可以输出不同频段的频率，使得频率合成更具灵活性，适应不同的频段要求。相应的，通过设置中频压控振荡单元320、低频压控振荡单元330谐振电路311中第一电容、第二电容、第一电感的谐振参数(电容、电感值)可以，即可保证中频压控振荡单元320、低频压控振荡单元330的谐振点不重叠且无缝衔接。在本实施例中，中频压控振荡单元320输出的频率范围为780～840兆赫兹；低频压控振荡单元330输出的频率范围为720～780兆赫兹。每个压控振荡单元输出的频率的带宽只有60MHz，大大地减小压控振荡单元的相噪压力。表1-1压控振荡器频率分配表VCO频率范围VCO_H(高段)840～900MHzVCO_M(中段)780～840MHzVCO_L(低段)720～780MHz通过上述采用多段式分立器件组合而成的频率合成器可以实现频段宽带为180MHz，中心频点在810MHz，相对带宽为22.22％的超宽带的频率合成，其成本低，同时也能满足其相噪的要求。在一实施例中，压控振荡单元310还包括反馈电路317，所述反馈电路317包括第四电容C4、第五电容C5和第六电容C6。所述第四电容C4的一端与所述晶体管Q1的基极连接，所述第四电容C4的另一端经所述第六电容C6接地；所述第五电容C5的一端与所述第四电容C4、第六电容C6的公共端连接，所述第五电容C5的另一端与所述晶体管Q1的发射极连接。通过上述反馈电路317的电容，辅助调节谐振电路311的谐振条件，进而影响输出信号的幅度值和相噪。在一实施例中，压控振荡单元310还包括第七电容C7，所述第七电容C7用于抑制低频杂散。所述第七电容C7的一端与所述晶体管Q1的集电极连接，所述第七电容C7的另一端与所述锁相环模块10连接。在实际应用中，在该频率合成器后面会外接运算放大器对输出信号进行放大，通过设置第七电容C7(2pF)可以对低频杂散信号具有抑制作用，防止运算放大器对低频信号进行放大。频率合成器还包括低通滤波器40，参考图4，所述低通滤波器40的输入端与分别多段所述压控振荡单元310连接，所述低通滤波器40的输出端与所述锁相环模块10连接。多段压控振荡单元310的输出信号均经该低通滤波器40对输出信号进行滤波处理后，输入至锁相环模块10，进而形成环路。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页1 2 3