一种采用全分频的1MHz‑6GHz信号产生电路及方法与流程

本发明涉及信号发生器领域，特别涉及一种采用全分频的1mhz-6ghz信号产生电路，还涉及一种采用全分频的1mhz-6ghz信号产生方法。

背景技术：

射频信号发生器是重要的微波测量仪器之一，随着现代通信技术、电子对抗、雷达系统等的发展，对信号发生器产生的信号质量也提出了越来越高的要求，特别是信号的相位噪声和谐波指标。如何使信号在宽频带内，特别是当信号频率低至1mhz时，同时保证低相噪和低谐波输出，是目前射频信号发生器所面临的一个难题。

现有的射频信号发生器大多是250mhz以上信号采用分频加开关滤波的方案实现低相噪低谐波输出，250mhz以下信号采用混频的方式输出，如图1所示，现有技术方案的信号发生器包括可变分频比的分频器电路1-1，并联式的多路开关滤波电路1-2，开关电路1-3和1-4，混频器电路1-5。按照分频的原理，信号每经过一次二分频，相噪都会优化6db。上述250mhz以下信号没有进行分频滤波，信号的相噪和谐波没有进行优化，无法输出250mhz以下的低相噪低谐波信号。因此该方案无法实现覆盖全频段1mhz-6ghz的低相噪低谐波信号输出。

现有技术方案中，1mhz-250mhz信号由混频产生，没有经过分频滤波，因此其相噪和谐波没有进行优化，无法得到覆盖1mhz-6ghz全频段的低相噪低谐波信号输出；而且，现有方案的开关滤波组件采用的是并联式的开关滤波方式，由于滤波器数量较多，导致电路复杂而且占用大量印制板面积。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明提出了一种采用全分频的1mhz-6ghz信号产生电路及方法，采用全频段分频滤波方案实现覆盖全频段1mhz-6ghz的低相噪低谐波输出；在低频段，利用d型触发器的噪声优势进行分频，得到良好的相噪指标；针对开关滤波电路形式复杂和占用尺寸大问题，本发明提出了一种串并联混合式开关滤波方案，对部分滤波器进行了复用，降低了电路复杂度和电路面积；而且由于滤波器的串联形式，能更好的抑制信号的高次谐波，解决了由滤波器寄生通带特性带来的谐波抑制降低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种采用全分频的1mhz-6ghz信号产生电路，包括：

第一可变分频比分频器和第二可变分频比分频器、第一开关单元和第二开关单元、第一串并联多路开关滤波单元和第二串并联多路开关滤波单元、以及由多级d型触发器级联构成的分频单元；

输入的3ghz-6ghz信号经过两级1/2/4/8可变分频比分频器之后，产生46.875mhz-6ghz的低相噪信号；其中，187.5mhz-6ghz频段的信号通过第一开关单元进入第一串并联多路开关滤波单元，后经过第二开关单元后输出；46.875mhz-187.5mhz频段的信号经过第一开关单元后进入分频单元，产生1mhz-187.5mhz的超低相噪信号，然后进入第二串并联多路开关滤波单元，最后经过第二开关单元后与187.5mhz-6ghz低相噪低谐波信号合并构成1mhz-6ghz超低相噪超低谐波信号输出。

可选地，所述分频单元由6级d型触发器串联构成，每一级d型触发器实现一次二分频，通过开关阵列对d型触发器级联电路进行控制，分别实现1/2/4/8/16/32/64七种分频比模式，对输入的46.875mhz-187.5mhz信号进行相应分频，最终产生1mhz-187.5mhz的超低相噪信号输出。

可选地，所述第一串并联多路开关滤波单元和第二串并联多路开关滤波单元由四组并联的串行滤波器组通过开关选择构成，其中每组串行滤波器组又由若干个不同滤波频段的滤波器串联构成，通过开关阵列对滤波器串联电路进行控制，通过开关选择信号所经过的通路，实现各滤波器间并行连接，从而实现不同频段的滤波串行实现。

可选地，187.5mhz-6ghz频段的信号进入第一串并联多路开关滤波单元，第一串并联多路开关滤波单元包括两路并联的串行滤波器组，通过开关选择其中一路串行滤波器组，并通过开关阵列选择该路串行滤波器组中相应的低通滤波器，进而组合成不同滤波频段；

1mhz-187.5mhz的超低相噪信号进入第二串并联多路开关滤波单元，第二串并联多路开关滤波单元包括两路并联的串行滤波器组，通过开关选择其中一路串行滤波器组，并通过开关阵列选择该路串行滤波器组中相应的低通滤波器，进而组合成不同滤波频段。

可选地，每一个串行滤波器组中滤波器的排列顺序都是按照滤波频段由高到低排列，低频段的信号先经过高频段滤波器后再经过对应频段的滤波器。

本发明还提出了一种采用全分频的1mhz-6ghz信号产生方法，输入的3ghz-6ghz信号经过两级1/2/4/8可变分频比分频器之后，产生46.875mhz-6ghz的低相噪信号；其中，187.5mhz-6ghz频段的信号通过第一开关单元进入第一串并联多路开关滤波单元，后经过第二开关单元后输出；46.875mhz-187.5mhz频段的信号经过第一开关单元后进入分频单元，产生1mhz-187.5mhz的超低相噪信号，然后进入第二串并联多路开关滤波单元，最后经过第二开关单元后与187.5mhz-6ghz低相噪低谐波信号合并构成1mhz-6ghz超低相噪超低谐波信号输出。

可选地，所述分频单元由6级d型触发器串联构成，每一级d型触发器实现一次二分频，通过开关阵列对d型触发器级联电路进行控制，分别实现1/2/4/8/16/32/64七种分频比模式，对输入的46.875mhz-187.5mhz信号进行相应分频，最终产生1mhz-187.5mhz的超低相噪信号输出。

可选地，所述第一串并联多路开关滤波单元和第二串并联多路开关滤波单元由四组并联的串行滤波器组通过开关选择构成，其中每组串行滤波器组又由若干个不同滤波频段的滤波器串联构成，通过开关阵列对滤波器串联电路进行控制，通过开关选择信号所经过的通路，实现各滤波器间并行连接，从而实现不同频段的滤波串行实现。

可选地，187.5mhz-6ghz频段的信号进入第一串并联多路开关滤波单元，第一串并联多路开关滤波单元包括两路并联的串行滤波器组，通过开关选择其中一路串行滤波器组，并通过开关选择该路串行滤波器组中相应的低通滤波器，进而组合成不同滤波频段；

1mhz-187.5mhz的超低相噪信号进入第二串并联多路开关滤波单元，第二串并联多路开关滤波单元包括两路并联的串行滤波器组，通过开关选择其中一路串行滤波器组，并通过开关选择该路串行滤波器组中相应的低通滤波器，进而组合成不同滤波频段。

可选地，每一个串行滤波器组中滤波器的排列顺序都是按照滤波频段由高到低排列，低频段的信号先经过高频段滤波器后再经过对应频段的滤波器。

本发明的有益效果是：

(1)采用全频段分频滤波的方式实现了覆盖1mhz-6ghz的超低相噪超低谐波信号输出；

(2)利用d型触发器的相噪优势采用多级级联的形式对低频段信号进行多次分频，从而得到了1mhz起的超低相噪信号输出；

(3)设计了一种新型的串并联混合式开关滤波组件，不但减小了开关滤波电路的面积，而且可以使输出信号拥有更好的谐波指标。

附图说明

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。

图1为现有信号发生电路的原理图；

图2为本发明的信号发生电路的原理图；

图3为本发明的串并联混合式开关滤波单元和d型触发器分频电路的原理图。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有主流商业信号发生器250mhz-6ghz低相噪低谐波信号产生多采用分频加并联开关滤波方案实现，在宽带信号产生的应用背景下，要获得低谐波的信号，需要划分多个波段进行开关滤波，考虑到不同形式滤波器寄生通带特点，各个波段还需要采用多种滤波器级联组合才能实现，因此并联型开关滤波方案电路复杂，占用空间尺寸大，不利于仪器设备小型化发展。而250mhz以下信号是通过混频方式产生，没有经过分频和滤波，因此250mhz以下信号的相噪和谐波没有近一步优化，不能满足用户某些特殊场合的应用。

为了解决上述现有技术中存在的问题，获得低相噪和低谐波信号，本发明提出了一种采用全频段分频滤波方案，特别是在低频段，利用d型触发器的噪声优势进行分频，得到良好的相噪指标。针对开关滤波电路形式复杂和占用尺寸大问题，本发明提出了一种串并联混合式开关滤波方案，对部分滤波器进行了复用，降低了电路复杂度和电路面积。而且由于滤波器的串联形式，能更好的抑制信号的高次谐波，解决了由滤波器寄生通带特性带来的谐波抑制降低的问题。

本发明提出了一种采用全分频的1mhz-6ghz信号产生电路及方法，对低频段信号利用d型触发器进行多次分频到1mhz，从而产生1mhz-6ghz全频段的超低相噪信号，并对全频段信号进行分频段滤波。另外为了改善传统并联多路开关滤波电路电路复杂，占用印制板面积大的缺点，本发明提出一种新型的串并联混合式多路开关滤波电路，有效地简化了滤波通路，减小了电路面积。

如图2所示，本发明提出的采用全分频的1mhz-6ghz信号产生电路包括：第一可变分频比分频器2-1和第二可变分频比分频器2-2、第一开关单元2-3和第二开关单元2-4、第一串并联多路开关滤波单元2-5和第二串并联多路开关滤波单元2-7、以及由多级d型触发器级联构成的分频单元2-6。输入的3ghz-6ghz信号经过两级1/2/4/8可变分频比分频器2-1和2-2之后，产生46.875mhz-6ghz的低相噪信号。其中，187.5mhz-6ghz频段的信号通过第一开关单元2-3进入第一串并联多路开关滤波单元2-5，后经过第二开关单元2-4后输出；46.875mhz-187.5mhz频段的信号经过第一开关单元2-3后进入分频单元2-6，产生1mhz-187.5mhz的超低相噪信号，然后进入第二串并联多路开关滤波单元2-7，最后经过第二开关单元2-4后与187.5mhz-6ghz低相噪低谐波信号合并构成1mhz-6ghz超低相噪超低谐波信号输出。

其中，由d型触发器构成的多级分频电路2-6如图3所示，电路由6级d型触发器构成，每一级d型触发器可实现一次二分频，通过开关阵列对级联电路进行控制，可分别实现1/2/4/8/16/32/64等七种分频比模式，对输入的46.875mhz-187.5mhz信号进行相应分频，最终产生1mhz-187.5mhz的超低相噪信号输出。

本发明设计的新型串并联混合式开关滤波电路如图3所示，第一串并联多路开关滤波单元2-5和第二串并联多路开关滤波单元2-7由四组并联的串行滤波器组通过开关选择构成，其中每组串行滤波器组又由若干个不同滤波频段的低通滤波器和多个开关串联构成，通过开关选择信号所经过的通路，实现各滤波器间并行连接，从而实现不同频段的滤波能串行实现。

187.5mhz-6ghz频段的信号进入第一串并联多路开关滤波单元2-5，第一串并联多路开关滤波单元2-5包括两路并联的串行滤波器组，通过开关选择其中一路串行滤波器组，并通过开关选择该路串行滤波器组中相应的低通滤波器，进而组合成不同滤波频段。同样，1mhz-187.5mhz的超低相噪信号进入第二串并联多路开关滤波单元2-7，第二串并联多路开关滤波单元2-7包括两路并联的串行滤波器组，通过开关选择其中一路串行滤波器组，并通过开关选择该路串行滤波器组中相应的低通滤波器，进而组合成不同滤波频段。

下面以第一串并联多路开关滤波单元2-5中的一路串行滤波器组为例，对串并联多路开关滤波单元的工作原理进行说明。

如图3所示，1ghz-6ghz的串并联滤波通路由4ghz-6ghz低通滤波器3-1、3ghz-4ghz低通滤波器3-3、2ghz-3ghz低通滤波器3-6、1.5ghz-2ghz低通滤波器3-9、1ghz-1.5ghz低通滤波器3-12和单刀双掷开关(3-2、3-4、3-5、3-7、3-8、3-10、3-11、3-13)组成。4ghz-6ghz低通滤波器3-1的输出端连接单刀双掷开关3-2的公共端，单刀双掷开关3-2的一个非公共端口连接3ghz-4ghz低通滤波器3-3的输入端，3ghz-4ghz低通滤波器3-3的输出端连接单刀双掷开关3-4的公共端，单刀双掷开关3-4的一个非公共端口连接2ghz-3ghz低通滤波器3-6的输入端，2ghz-3ghz低通滤波器3-6的输出端连接单刀双掷开关3-7的公共端，单刀双掷开关3-7的一个非公共端口连接1.5ghz-2ghz低通滤波器3-9的输入端，1.5ghz-2ghz低通滤波器3-9的输出端连接单刀双掷开关3-10的公共端，单刀双掷开关3-10的一个非公共端口连接1ghz-1.5ghz低通滤波器3-12的输入端，1ghz-1.5ghz低通滤波器3-12的输出端连接单刀双掷开关3-13的一个非公共端口，这样就构成了各滤波器的串联通路。另外，单刀双掷开关(3-2、3-4、3-7、3-10、3-13)的另一个非公共端与单刀双掷开关(3-5、3-8、3-11)通过开关切换控制实现各滤波器间并行连接。

例如一个5ghz的信号经过该通路时，首先经过4ghz-6ghz低通滤波器3-1，然后经过单刀双掷开关3-2之后进入并联通道，依次经过单刀双掷开关3-5、单刀双掷开关3-8和单刀双掷开关3-11之后最后经过单刀双掷开关3-13输出到后级电路；当一个1.8ghz信号经过通路时，通过对各开关进行相应控制，使信号依次经过4ghz-6ghz低通滤波器3-1、单刀双掷开关3-2、3ghz-4ghz低通滤波器3-3、单刀双掷开关3-4、2ghz-3ghz低通滤波器3-6、单刀双掷开关3-7之后进入1.5ghz-2ghz低通滤波器3-9，然后进入单刀双掷开关3-10，通过对单刀双掷开关3-10进行开关选择控制，使信号进入单刀双掷开关3-11，最后经过单刀双掷开关3-13后输出到后级电路。这种串并联混合式的开关滤波方式相比于传统的滤波器单纯并联的开关滤波方式能有效地减少电路面积。而且每一个串行滤波器组中滤波器的排列顺序都是按照滤波频段由高到低排列的，这样低频段的信号可以先经过高频段滤波器后再经过对应频段的滤波器，从而可以更好的抑制输出信号的高次谐波，解决了由滤波器寄生通带特性带来的谐波抑制降低的问题。

本发明在原有的信号产生方案的基础上摒弃了混频的方式产生低频信号，引入了针对低频段信号的多级d型触发器分频方案和新型的串并联混合式开关滤波组件，从而实现了覆盖1mhz-6ghz的全频段范围内的超低相噪超低谐波信号输出。

与现有技术相比，本发明将低相噪信号的输出范围向下扩展到了1mhz，实现了覆盖全频段1mhz-6ghz的超低相噪输出；本发明设计的新型串并联混合式开关滤波组件与原有并联式的开关滤波组件相比拥有更小的电路面积以及更好地谐波输出指标，有利于促进仪器设备的小型化。

本发明还提出了一种采用全分频的1mhz-6ghz信号产生方法，其实现原理与上述全分频的1mhz-6ghz信号产生电路相同，这里不再赘述。

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。