一种锁相源和电子设备的制作方法

1.本发明涉及锁相源技术领域，尤其涉及一种锁相源和电子设备。


背景技术：

2.锁相源作为频率源的一种，是电子设备如雷达、通讯设备等的基本信号来源，为了解决输出各种频率的需求，导致设计出的锁相源具有结构复杂的技术问题。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种锁相源和电子设备。
4.本发明的一种锁相源的技术方案如下：
5.包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器，所述鉴相器、所述环路滤波器和所述压控振荡器依次连接；
6.所述鉴相器用于：接收并对参考信号进行r分频，得到鉴相信号，接收并对所述压控振荡器的输出信号进行n分频，得到射频信号，并对所述鉴相信号和所述射频信号进行鉴相，当鉴相结果为所述鉴相信号和射频信号的相位差值不在预设相位差值范围内时，根据所述鉴相信号和所述射频信号的相位差值生成误差信号，并将所述误差信号输入所述环路滤波器，以调谐所述压控振荡器的振荡频率，直至所述鉴相结果为所述鉴相信号和所述射频信号的相位差值在预设相位差值范围内。
7.本发明的一种锁相源的有益效果如下：
8.当鉴相结果为鉴相信号和射频信号的相位差值不在预设相位差值范围内时，说明鉴相信号的频率与参考信号的频率不在预设相位差值范围内，通过调谐即调整压控振荡器的振荡频率，直至鉴相结果为鉴相信号和射频信号的相位差值在预设相位差值范围内，说明鉴相信号的频率与参考信号的频率在预设相位差值范围内，达到锁相的目的，且通过更换或安装具有不同带宽的压控振荡器，能够达到输出各种频率的需求，且结构简单。
9.在上述方案的基础上，本发明的一种锁相源还可以做如下改进。
10.进一步，还包括功分器，所述功分器分别连接所述压控振荡器和所述鉴相器，所述功分器用于：将所述压控振荡器的输出信号发送至所述鉴相器，以使所述鉴相器对所述压控振荡器的输出信号进行n分频；
11.所述功分器还用于输出所述压控振荡器的输出信号。
12.进一步，通过sip技术将所述鉴相器、所述环路滤波器、所述压控振荡器和所述功分器集成在互连基板上。
13.采用上述进一步方案的有益效果是：通过sip技术将所述鉴相器、所述环路滤波器、所述压控振荡器和所述功分器集成到一块互连基板上，使本技术的锁相源具有体积小、封装灵活、可靠性高、集成度高等特点。
14.进一步，压控振荡器的数量为多个，根据用户要求选取用于与所述环路滤波器导
通的压控振荡器。
15.采用上述进一步方案的有益效果是：便于用户灵活选取用于与环路滤波器导通的压控振荡器，更便于达到输出各种频率的需求，且结构简单。
16.进一步，所述环路滤波器为低通滤波器。
17.进一步，所述鉴相器包括寄存器，所述寄存器用于：接收用户输入的输出频率配置参数信息，并根据所述输出频率配置参数信息控制所述鉴相器。
18.本发明的一种电子设备的技术方案为：包括上述任一项所述的一种锁相源。
附图说明
19.图1为本发明实施例的一种锁相源的结构示意图之一；
20.图2为有源四阶滤波器的电路结构；
21.图3为本发明实施例的一种锁相源的结构示意图之二；
22.图4为将鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和功分器集成在互连基板上的结构示意图；
23.图5为互连基板的底面的示意图。
24.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
25.1、鉴相器；2、环路滤波器；3、压控振荡器；4、功分器；5、参考信号源；6、第一压控振荡器；7、第二压控振荡器；8、电荷泵；9、第一触点；10、第二触点；11、第三触点；12、第四触点；13、互连基板；14、围框回流区域；15、预设区域；16、封装引脚。
具体实施方式
26.如图1所示，本发明实施例的一种锁相源，包括鉴相器1、环路滤波器2和压控振荡器3，所述鉴相器1、所述环路滤波器2和所述压控振荡器3依次连接；
27.包括鉴相器1、环路滤波器2和压控振荡器3，所述鉴相器1、所述环路滤波器2和所述压控振荡器3依次连接；
28.所述鉴相器1用于：接收并对参考信号进行r分频，得到鉴相信号，接收并对所述压控振荡器3的输出信号进行n分频，得到射频信号，并对所述鉴相信号和所述射频信号进行鉴相，当鉴相结果为所述鉴相信号和射频信号的相位差值不在预设相位差值范围内时，根据所述鉴相信号和所述射频信号的相位差值生成误差信号，并将所述误差信号输入所述环路滤波器2，以调谐所述压控振荡器3的振荡频率，直至所述鉴相结果为所述鉴相信号和所述射频信号的相位差值在预设相位差值范围内。
29.其中，鉴相器1对鉴相信号和射频信号进行鉴相，即对判断鉴相信号和射频信号相位进行比较，理想情况下，当其相位差值是一个固定值时，则说明鉴相信号的频率和射频信号的频率相同，当其相位差值不是一个固定值时，则说明鉴相信号的频率和射频信号的频率不相同。
30.但在实际情况下，鉴相器1进行鉴相时，一般认为鉴相信号的相位和射频信号的相位差值在一个范围内波动，则认为鉴相信号的相位和射频信号的相位差是一个固定值，由于鉴相信号的相位和射频信号的相位的相位差在一个范围内波动，则所述鉴相信号的频率与所述射频信号的频率也是在预设频率误差范围内进行波动，此时已经达到了锁相的目
的。
31.其中，可预先设置鉴相信号的相位和射频信号的相位之间的相位差值以及预设相位差值范围的具体值，由此可计算得到预设频率误差范围的具体值，也可根据预设频率误差范围反推鉴相信号的相位和射频信号的相位之间的相位差值以及预设相位差值范围的具体值。
32.当本技术的锁相环刚开始工作时，一般都处于失锁状态，由于鉴相信号的相位和射频信号的相位之间存在着相位差值，且该相位差值不是固定值，此时鉴相器1将根据该相位差值输出误差信号，并将所述误差信号输入所述环路滤波器2，以调谐即调整压控振荡器3的振荡频率，直至使鉴相信号和射频信号的相位差值在预设相位差值范围内，由此达到锁相的目的。
33.当锁相锁定后，由于某些原因引起输入的参考信号或压控振荡器3频率发生变化，本技术的锁相源可以通过自身的反馈迅速进行调节，具体参考上述过程，最终结果是：使压控振荡器3即vco的输出信号的频率、相位又被锁定在参考信号的频率上，从而又维持了锁相。这个过程被称跟踪过程。锁相源能保持跟踪的最大频率范围或最大固有频带称为同步带或同步范围，或称锁定范围。
34.其中，参考信号可由参考信号源5输出。
35.其中，环路滤波器2可选用有源四阶滤波器，也可选用有源二阶滤波器等，有源四阶滤波器的电路如图2所示。
36.本技术的一种锁相源，当鉴相结果为鉴相信号和射频信号的相位差值不在预设相位差值范围内时，说明鉴相信号的频率与参考信号的频率不在预设相位差值范围内，通过调谐即调整压控振荡器3的振荡频率，直至鉴相结果为鉴相信号和射频信号的相位差值在预设相位差值范围内，说明鉴相信号的频率与参考信号的频率在预设相位差值范围内，达到锁相的目的，且通过更换或安装具有不同带宽的压控振荡器3，能够达到输出各种频率的需求，且结构简单。
37.较优地，如图3所示，在上述技术方案中，还包括功分器4，所述功分器4分别连接所述压控振荡器3和所述鉴相器1，所述功分器4用于：将所述压控振荡器3的输出信号发送至所述鉴相器1，以使所述鉴相器1对所述压控振荡器3的输出信号进行n分频；
38.所述功分器4还用于输出所述压控振荡器3的输出信号，通过功分器4输出压控振荡器3的输出信号，为电子设备提供信号。
39.图3中，/r表示对原始信号进行r分频，/n表示对压控振荡器3的输出信号进行n分频，pd表示对鉴相信号和射频信号进行鉴相；其中，鉴相器1包括电荷泵8，通过电荷泵8输出误差信号，由于该误差信号为交流电压信号，并不能直接控制压控振荡器3，因此，鉴相器1输出的误差信号必须经过环路滤波器2平滑滤波后，才能用于控制压控振荡器3。
40.较优地，在上述技术方案中，通过sip技术将所述鉴相器1、所述环路滤波器2、所述压控振荡器3和所述功分器4集成在互连基板13上。
41.采用上述进一步方案的有益效果是：通过sip技术将所述鉴相器1、所述环路滤波器2、所述压控振荡器3和所述功分器4集成到一块互连基板13上，使本技术的锁相源具有体积小、封装灵活、可靠性高、集成度高等特点。
42.通过sip技术将鉴相器11、所述环路滤波器2、所述压控振荡器3和所述功分器4集
成在一起，实现了大小为9
×
9mm、锁定范围为10
‑
20ghz的微型化宽带跳频锁相源的设计，实现输出频率的控制，本技术的锁相源能够输出10ghz
‑
20ghz的频率输出，频率覆盖范围大；性能较好，杂散抑制：≤
‑
55dbc；相噪：≤
‑
90dbc/hz@1khz@20ghz；谐波：≤
‑
20dbc@20ghz的二次谐波；频率步进：50mhz；跳频时间优于200μs。具体地：
43.互连基板13上鉴相器1、所述环路滤波器2、所述压控振荡器3和所述功分器4的位置关系如图4所示，也可根据实际情况进行调整，且互连基板13设有多个封装引脚16，包括供电引脚、控制、输入引脚和输出引脚等，可设置个封装引脚16，也可根据实际情况调整封装引脚16的数量。互连基板13的周边还设有围框回流区域14。
44.如图5所示，在互连基板13的底面上，在预设区域15内覆盖热的良导体，以便于进行散热，预设区域15可根据实际情况设置，该预设区域15的面积越大，越有助于散热。
45.进一步，压控振荡器3的数量为多个，根据用户要求选取用于与所述环路滤波器2导通的压控振荡器3。
46.具体可选用不同带宽的压控振荡器3，例如，第一压控振荡器6的带宽为0ghz
‑
5ghz、第二压控振荡器7的带宽为5ghz
‑
10ghz、第三压控振荡器的带宽为10ghz
‑
20ghz等，不同的压控振荡器3的带宽可部分重叠，例如，第一压控振荡器6的带宽为0ghz
‑
6ghz、第二压控振荡器7的带宽为5ghz
‑
10ghz、第三压控振荡器的带宽为8ghz
‑
20ghz等。
47.以第一压控振荡器6和第二压控振荡器7为例对导通过程进行说明，具体地：
48.第一压控振荡器6的接入端连接第一触点9，第一压控振荡器6的输出端连接第三触点11，第二压控振荡器7的接入端连接第二触点10，第一压控振荡器6的输出端连接第四触点12，环路滤波器2连接第一触点9和第二触点10，那么，使第一触点9和第三触点11闭合时，导通第一压控振荡器6，使第一压控振荡器6参与锁相；使第二触点10和第四触点12闭合时，导通第一压控振荡器6，使第二压控振荡器7参与锁相。
49.其中，各触点的闭合可通过开关实现，例如第一触点9和第二触点10之间可设置一个单刀双掷开关，第三触点11和第四触点12之间可设置一个单刀双掷开关。
50.便于用户灵活选取用于与环路滤波器2导通的压控振荡器3，更便于达到输出各种频率的需求，且结构简单。
51.较优地，在上述技术方案中，所述环路滤波器2为低通滤波器。
52.较优地，在上述技术方案中，所述鉴相器1包括寄存器，所述寄存器用于：接收用户输入的输出频率配置参数信息，并根据所述输出频率配置参数信息控制所述鉴相器1。
53.输出频率配置参数信息包括：r分频的参数、n分频的参数、整数部分、小数部分等参数。
54.本技术的一种基于sip技术的宽带跳频锁相源，通过sip技术，将国产的裸芯器件如鉴相器1、环路滤波器2、压控振荡器3、功分器4等高度集成在一起，实现了大小为9
×
9mm、锁定范围为10
‑
20ghz的微型化宽带跳频锁相源的设计，本发明预设有spi串口通信接口，鉴相器11通过spi端口直接配置寄存器，设置r分频、n分频、整数部分、小数部分等参数，实现输出频率控制。本发明可输出10ghz
‑
20ghz的频率输出，频率覆盖范围大；性能较好，杂散抑制:≤
‑
55dbc；相噪：≤
‑
90dbc/hz@1khz@20ghz；谐波：≤
‑
20dbc@20ghz的二次谐波；频率步进：50mhz；跳频时间优于200μs。
55.sip技术是近年来为适应模块组件系统微小型化和低功耗等需求而出现的封装技
术。sip技术将两个及以上的集成电路裸芯片或微组件集成到一块互连基板13上，具有体积小、封装灵活、可靠性高、集成度高等特点。目前基于sip技术设计的频率源已慢慢进入大家的视野，市面上常见的sip频率源要么频率低、带宽窄；要么不是全国产化设计。在国际形势这个大环境驱使下，对全国产化、高频率、高宽带、性能优良的sip频率源需求愈来愈大。本技术的一种基于sip技术的宽带跳频锁相源能够很好地满足需要。具体地：
56.本技术的一种锁相源中，鉴相器1通过spi端口直接配置寄存器，设置r分频、n分频、整数部分、小数部分等鉴相器1控制参数。环路滤波器2滤除相位误差信号的高频分量和噪声，用以调谐压控振荡器3的输出频率。功分器4输出一路用以直接输出频率，另外一路通过n分频器反馈鉴相使用，鉴相器1对参考信号和反馈信号鉴相处理，输出一个相位误差信号到环路滤波器2中，如此形成频率自动控制。环路滤波器2分为有源环路和无源环路，鉴相器1输出的压控振荡器3的调谐电压受限于电荷泵8供电电压。当调谐电压足够调谐vco的输出频率时，滤波环路选择无源环路；
57.当调谐电压不够时，应当选择有源环路，因为有源环路不仅可以滤除鉴相误差信号的高频分量，还能对误差信号进行放大。
58.本技术选用的压控振荡器3的调谐电压高达16v，而电荷泵8的供电电压是3.3v，鉴相器1的输出误差信号远远达不到压控振荡器3的调谐电压，所以选择使用有源环路滤波器2。通过sip技术把本设计封装成了9mm
×
9mm标准的qfn封装，如图4和图5所示。
59.本发明实施例的一种电子设备，包括上述任一项所述的一种锁相源。
60.在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
61.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
62.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。