一种带同步信号输出的时域频率信号源的制作方法

本发明涉及一种信号源，具体涉及一种带同步信号输出的时域频率信号源。

背景技术：

由于传统频率信号产生电路中采用了变容二级管调制电路，变容二级管是温敏元件，从而环境温度变化时，不可避免地将要造成调频的幅度发生变化。显然，当调频的幅度增加时，附加频移量增加；当调频的幅度减小时，附加频移量减小。因此，传统频率信号产生电路中，将会通过调制电路给最终输出信号的频率带来温度系数。

上述问题，有待解决。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提出一种带同步信号输出的时域频率信号源。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种带同步信号输出的时域频率信号源，包括压控晶体振荡器、频率倍增模块、稳幅模块、同步检测模块、温控模块和压控模块；

所述压控晶体振荡器适于分别向所述同步检测模块和频率倍增模块输出10mhz的外源信号；

所述频率倍增模块包括dds子模块，所述频率倍增模块适于以所述10mhz的外源信号作为所述dds子模块的外源参考并经所述同步检测模块的控制产生中心频率为f的频率信号输出，并送至所述稳幅模块；

所述稳幅模块适于对所述频率信号进行幅度检测，并输出具有稳定幅值频率信号至用户；

所述同步检测模块包括mcu，所述mcu的工作时钟信号源自于所述压控晶体振荡器，所述同步检测模块适于输出两组两路同频异相的方波检测信号；

所述温控模块适于在所述检测信号的作用下，对所述压控晶体振荡器的工作环境进行温度检测，并将所述温度检测结果反馈至所述同步检测模块；

所述压控模块适于在所述检测信号的作用下，对所述同步检测模块的实际工作环境温度进行压控补偿。

进一步的，所述频率倍增模块中的dds子模块为ad98322芯片，所述ad98322芯片的mclk引脚接所述压控晶体振荡器的外源信号输出端，所述ad98322芯片的fselect为键控调频信号输入端，其连接到所述同步检测模块的调制方波信号输出端。

进一步的，温控模块中的测温桥路是由两个阻值相同的电阻、一个具有预设温度值的热敏电阻传感器及测温热敏电阻构成。

进一步的，所述压控模块包括第一电压跟随器、第二电压跟随器、差分放大模块和增益线性调节电路；

当压控晶体振荡器工作环境温度发生改变时，则所述测温桥路的两端形成电压差，通过第一电压跟随器、第二电压跟随器的传递送至差分放大模块进行差分放大，得到的压控模块电压差经所述mcu处理后送至所述压控晶体振荡器；

所述在差分放大模块的输出端设置所述增益线性调节电路。

进一步的，当压控晶体振荡器工作环境温度恒定时，即热敏电阻测量值与所述预设温度值相等，此时测温桥路的两端输出电压差为0，整个压控模块输出端的输出为0。

本发明的有益效果是：

本发明中带同步信号输出的时域频率信号源，具有温控模块可以实时采集压控晶体振荡器（vcxo）的实际工作环境温度，并根据实际工作环境温度进行实时调控，避免了温度波动对频率信号输出的影响。

附图说明

下面结合附图对本发明的带同步信号输出的时域频率信号源作进一步说明。

图1是本发明中带同步信号输出的时域频率信号源的结构框图；

图2是频率倍增模块中ad9832及外围电路图；

图3是ad9832的串行通讯时序示意图；

图4稳幅模块的电路方案图；

图5是由同步检测模块产生的一组同频异相信号相位关系波形图；

图6是温控模块和压控模块的电路图。

具体实施方式

根据图1所示，本发明中的带同步信号输出的时域频率信号源，包括压控晶体振荡器、频率倍增模块、稳幅模块、同步检测模块、温控模块和压控模块。

其中，压控晶体振荡器（vcxo）适于分别向同步检测模块和频率倍增模块输出10mhz的外源信号。

频率倍增模块包括dds子模块，频率倍增模块适于以10mhz的外源信号作为dds子模块的外源参考并经同步检测模块的控制产生中心频率为f的频率信号输出，并送至稳幅模块。可以作为优选的是：频率倍增模块中的dds子模块为ad98322芯片，ad98322芯片的mclk引脚接压控晶体振荡器的外源信号输出端，ad98322芯片的fselect为键控调频信号输入端，其连接到同步检测模块的调制方波信号输出端。

也就是图1中从同步检测模块的调制方波信号输入端，ad9832内部有两个频率控制寄存器，通过编程的方式将预先设置好的频率值f0、f1保存在寄存器中，当fselect端有有方波信号输入时(即电平上升沿或下降沿转换)，ad9832的iout端将会随之分别从频率控制寄存器中读出f1或f0的值作为输出，并且会保持信号的相位无变化。由于本专利中只涉及单频信号输出，所以我们拟将f1和f0寄存器中的值存为一致。psel0、psel1为两路信号频率f1、f0的相位调节端，在应用中，我们拟保持f1、f0在切换时的相位连续，故在设计中直接将psel0、psel1接地。ad9832与外界的主要通讯(如f1、f0值)时序是通过引脚fsync、sclk、sdata来完成的，其串行通讯的时序如图3所示。

当fsync为高电平时，sclk，sdata引脚为高阻状态。当fsync为低电平时，ad9832将处于通讯状态，此时引脚sclk有一下降沿的脉冲时，将使挂在数据总线sdata上的data写入ad9832数据缓冲区，直至最终一个data写入时，ad9832将根据引脚fselect上的状态选择f1或f0作为iout端的输出。

ad9832内部无pll倍频模块，故引脚mclk输入的外部时钟频率即为系统的时钟频率，以输出5.3125mhz频率信号为例，mclk的时钟输入端信号频率为10mhz。ad9832内部有2个32位频率控制寄存器（f0、f1），故在图3的串行通讯时，data位应该是32位。由此可知，在此mclk外部输入时钟频率10mhz时，ad9832的最小的频率分辨率为：

iout输出10mhz时，对应的32位频率控制寄存器的值全为1；输出5.3125mhz时，对应的数值为（5.3125mhz/10mhz）*232，将所得到的十进制值转化为二进制对应32位频率控制寄存器的值。根据图3的串行时序，通过mcu将相应的32位值写入ad9832缓冲区中。

稳幅模块适于对频率信号进行幅度检测，并输出具有稳定幅值频率信号至用户。具体的如图4所示，频率倍增信号分别输至运放a1和a3，并且频率倍增信号经a3后送至a2。a4和a5是电压跟随器，其输出端v11和v12电压幅值与电容c1和c2上的电压相同（加一级跟随的作用是用这个跟随器提供电流支持）。v11和v12分别送至a6的反相端和同相端，完成n（v12-v11）运算。

其中a1和a4完成频率倍增信号最大峰值的检测：

当频率倍增信号电压大于电容c1电压时，电阻rf上产生压降，电流从左到右。根据运放的虚断法则d11不会导通。这时充电电流经过d12对c1进行。当频率倍增信号的电压低于电容c1电压时，电阻r2上产生压降，电流从右到左。根据运放的虚断法则d12不会导通，这时电流只有经过d11进入a1。由于电压跟随器a4输出电压与电容c1上的电压相同，二极管d11截止，电容不能导过d11放电，电压得到保护，即电容c1与a4输出v11记录了频率倍增信号的最大峰值。电容c1有一个放电电阻r1，rc的放电时间常数τ根据实际的频率倍增信号的周期来设定，比如说频率倍增信号的频率为79hz，则τ取1s即可。同时v11输送至a/d采样1获得对应的电压值传递至mcu。

a3完成频率倍增信号反相：

运放a3先给其输入的频率倍增信号进行反相，再叠加一个负幅度直流电平vref，最终完成频率倍增信号高、低电平的转换，得到信号输出至运放a2。

a2和a5完成频率倍增信号最小峰值的检测：

频率倍增信号经过a3处理后，并送至运放a2的同相端。其中a2和a5原理如上述a1和a3，只不过此时刻由于频率倍增信号已经经过运放a3处理，a2和a5完成的是频率倍增信号最小值的检测。同时v12输送至a/d采样2获得对应的电压值传递至mcu。

a6完成峰峰值的检测：

经前述处理后的频率倍增信号高电平v11与低电平v12分别送入差分放大器a6，通过调节ry与rx的比值，输出（v12-v11）*(ry/rx)。同时输送至a/d采样3获得对应的电压值传递至mcu。

通过上述a/d采1、2、3获得的电压值可以判断频率倍增模块输出的频率信号的幅值特征，这些信号通过mcu反馈至频率倍增模块中去，按照传统的频率信号产生电路的技术方案对其信号的幅度进行相应的调整进而达到稳幅的目的。

同步检测模块包括mcu，mcu的工作时钟信号源自于压控晶体振荡器。为了图1中的各模块协调工作，同步检测模块需要产生相互之间相位关系明确可调的两组同频异相信号f1（f3）和f2（f4），如图5所示。这些信号的产生由mcu通过相应的时钟中断或硬件分频技术来实现的。

在设计时，采用mcu内部16位定时器实现上述各路信号，实际选用的mcu的机器周期为0.2ms。对于16位定时器来说，最大定时时长为，定义一个变量t、进行循环来实现。

其中f1和f2为一组信号，另一组信号是f3和f4。

f1为一个低电平直流信号，它直接作用于图2中dds芯片的psel0和psel1端。

f2为一个方波交流信号，它直接作用于图2中的fselect端。

f4为一个方波交流信号，它与f2同频同相，作用于图1中的温控模块。

f3为一个方波交流信号，它与f2同频异相，作用于图1中的压控模块。

温控模块适于在检测信号f4的作用下，对压控晶体振荡器的工作环境进行温度检测，并将温度检测结果反馈至同步检测模块。

压控模块适于在检测信号f3的作用下，对同步检测模块的实际工作环境温度进行压控补偿。

可以作为优选的是：温控模块中的测温桥路是由两个阻值相同的电阻、一个具有预设温度值的热敏电阻传感器及测温热敏电阻构成。

进一步的可以作为优选的是：压控模块包括第一电压跟随器a1、第二电压跟随器a2、差分放大模块a3和增益线性调节电路a4。当压控晶体振荡器工作环境温度发生改变时，则测温桥路的两端形成电压差，通过第一电压跟随器、第二电压跟随器的传递送至差分放大模块进行差分放大，得到的压控模块电压差经mcu处理后送至压控晶体振荡器。在差分放大模块的输出端设置增益线性调节电路。

当压控晶体振荡器工作环境温度恒定时，即热敏电阻测量值与预设温度值相等，此时测温桥路的两端输出电压差为0，整个压控模块输出端的输出为0。

本发明的不局限于上述实施例，本发明的上述各个实施例的技术方案彼此可以交叉组合形成新的技术方案，另外凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。