基于pll倍频和分频技术的低相噪小型宽带信号源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及电子通信领域，可用作宽带收发信机的本振，也可作为通用测量 信号源使用。
【背景技术】
[0002] 信号源是通信系统的心脏，无论是有线通信还是无线通信，无论是军用雷达通信 还是民用信息通信都需要用到信号源。信号源的种类有很多种，目前国内外的信号源主要 有以下几种：通用型宽带信号源，通用型信号源以成套的设备形式出现，主要为几个大的信 号源生产厂商生产，这种信号源体积比较笨重通常是以机箱的形式出现，常用来做产品的 测试；专用型窄带信号源，窄带信号源一般为专用的接收机和发射机配置的信号源，该种信 号源的特点是输出频率范围和输出型号功率固定，只能用于专用设备上，对外接口简单，不 可灵活的应用；函数发生信号源，函数发生信号源又叫函数发生器，主要产生各种函数波 形，比如正弦波、方波、三角波等，这种信号源一般采用DDS的方式实现，所以输出的频率比 较低一般在100MHz以下；专用测试信号源，这种信号源主要为某种产品配备的专用信号 源，例如CDMA手机测试信号源，电视测试信号源。
[0003] 本实用新型信号源是采用先进的宽带PLL和倍频技术实现的一种宽带小体积，低 功耗信号源，该信号源可以替代专用窄带信号源，同时也可以做通用信号源使用，最重要的 是可以为宽带的收发信机提供本振信号。
【发明内容】
[0004] 本实用新型旨在解决宽带收发信机的本振问题，研制一种宽带低噪声的小体积低 功耗信号源。
[0005] 本实用新型是通过以下技术方案实现的。
[0006] 本实用新型是由接口电路（1)、参考时钟（2)、MCU(3)、宽带PLL(4)、单刀5掷开关 (5) (19)、倍频电路（6)、2分频电路（7)、4分频电路⑶、8分频电路（9)、电调滤波器1 (10)、 电调滤波器2 (11)、电调滤波器3 (12)、电调滤波器4 (13)、放大电路0 (14)放大电路1 (15)、 放大电路2 (16)、放大电路3 (17)、放大电路4(18)和功率控制电路（20)几部分电路构成。
[0007] 接口电路⑴由RS-422专用芯片为核心，主要负责MCU和上位机的通信接口电平 转换。参考时钟⑵采用100MHz的恒温晶振，输出100MHz的正弦波信号作为宽带PLL的 参考时钟。MCU(3)采用具有哈佛结构的AVR单片机来挖成系统时序的控制和系统状态的指 示并完成与上位机的通信功能。单刀5掷开关（5) (19)完成信号的分路和合路功能。倍频 电路（6)完成对信号的倍频作用，使信号输出频率扩展到12~20GHz。2分频电路（7)完 成对信号的分频工作，使输出频率扩展到3~6GHz。同理4分频电路（8)使输出频率扩展 到1. 5~3GHz，8分频电路（9)使输出频率扩展到1~1. 5GHz。电调滤波器1 (10)、电调滤 波器2(11)、电调滤波器3(12)、电调滤波器4(13)完成倍频或分频后各路信号的滤波。放 大电路0(14)、放大电路1 (15)、放大电路2(16)、放大电路3(17)、放大电路4 (18)完成各路 信号的放大作用。功率控制电路（20)完成对输出信号功率的精确控制。
[0008] 本实用新型中的MCU采用有哈佛结构的AVR单片机来挖成系统时序的控制和系统 状态的指示，MCU负责将上位机的频率信息转换成控制数据，按照SPI协议将数据发送给鉴 相器，由鉴相器控制系统的输出频率。
[0009] 本实用新型中宽带PLL(4)由低噪声稳压电源（21)，宽带鉴相器（22)、有源环路滤 波器（23)、宽带VC0(24)和射频放大电路（25)构成。
[0010] 在本实用新型研制中采用了宽带鉴相器芯片工作频率覆盖100MHz到12GHz，鉴相 频率可达100MHz。该鉴相器芯片采用E-A小数鉴相原理，可以实现微赫兹步进。
[0011] 为了保证输出信号的带宽，选择了一款最新型的宽带VC0,该VC0的输出信号频率 范围为6到12GHz，可以满足系统的需要。由于VC0的输出信号较小，为了保证后面倍频器 和分频器的输入信号功率，VC0的后面接入了一级射频放大电路。
[0012] VC0是一种电压控制输出频率的器件，VC0输出信号的频率与加注在VC0控制端 vt上的电压成正比，Vt端的电压越大，VC0输出信号的频率就越高。由于所选宽带VC0的 输出信号频率范围很宽，其需要的vt电压的范围也很到0V到20V。一般的鉴相器的输出电 压范围为0到5V，不能满足宽带VC0的Vt电压输入范围，因此需要对鉴相器输出的控制电 压进行放大。在环路滤波器设计中采用了 3阶有源低通滤波器，这样既完成了控制电压的 放大又实现了环路滤波。
[0013] 本实用新型中的参考时钟采用100MHz的恒温晶振，晶振的输出杂散、相位噪声和 频率稳定度的指标都很好。晶振的输出信号功率为7dBm，输出杂散指标< -70dBc，输出 100MHz信号相位噪声彡-150dBc/HZ@lKHz，输出信号的频率稳定度彡10e-8。
[0014] 本实用新型中采用了一级倍频器，目的是将6-lOGHz信号倍频到12-20GHZ，在倍 频器后面接入一级电调滤波器，来滤除倍频产生的其他杂散信号，由于倍频滤波后信号功 率损失很大，所以在滤波器后面加入一级放大器对信号功率进行放大。
[0015] 本实用新型中采用了一级2分频器，目的是将6-12GHZ信号分频到3-6GHZ，在2分 频器后面接入一级电调滤波器，来滤除分频产生的其他杂散信号，由于分频滤波后信号功 率损失很大，所以在滤波器后面加入一级放大器对信号功率进行放大。
[0016] 本实用新型中还采用了一级4分频器和一级8分频器。4分频器将6-12GHZ信号 分频到1. 5-3GHz，8分频器将8-12GHZ信号分频到1-1. 5GHz。为了消除杂散信号在每路分 频后面接入一级电调滤波器，来滤除分频产生的其他杂散信号，由于分频滤波后信号功率 损失很大，所以在滤波器后面加入一级放大器对信号功率进行放大。
[0017] 为了保证输出信号功率的可控，在信号的输出端加入了一级功率控制电路。功率 控制电路是由一个可变衰减器和一个脉冲调制器组成的，单片机通过控制脉冲调制器，可 使信号源产生脉冲调制信号。同时单片机通过控制可变衰减器可控制信号的输出功率。
【附图说明】
[0018] 图1是基于PLL倍频和分频技术的宽带模拟信号源宽带原理图。
[0019] 图2是宽带PLL原理图。
【具体实施方式】
[0020] 本实用新型设计指标如下：
[0021] 参考时钟频率：100MHz;
[0022] 输出信号功率可调范围：_45到15dBm;
[0023] 输出信号中心频率可调范围：1GHz到20GHz;
[0024] 频率步进：0? 1MHz;
[0025] 输出脉宽范围：0? 5us~900us;
[0026] 输出信号脉冲周期：〇. 1~50ms;
[0027] 输出信号平坦度（100MHz):彡ldB;
[0028] 输出信号杂散：彡-50dBc ;
[0029] 输出信号相位噪声OlKHz:彡-80dBc/Hz;
[0030] 输出信号相位噪声OlOKHz:彡-90dBc/Hz;
[0031] 输出信号相位噪声@100KHz :彡-100dBc/Hz ;
[0032] 输出信号相位噪声01MHz:彡_120dBc/Hz。
[0033] 经测试本实用新型电气特性指标要求与实际测试达到的指标对比如下表所示：
[0036] -本实用新型与其它信号源指标对比
如下表所示：^ '
[0037]
[0038] 由以上可见本实用新型具有很低的相位噪声和杂散，输出功率、频率和均可调，而 且体积小，重量轻实用方便灵活，弥补了通用设备体积大重量大的弊端，同时也兼备了频率 宽带，功率可调等特点，可以在通信设备生产中得到广泛的应用。
【主权项】
1. 一种低相位噪声宽带信号源，其特征在于：由接口电路（I)、参考时钟（2)、MCU(3)、 宽带PLL(4)、单刀5掷开关（5,19)、倍频电路（6)、2分频电路（7)、4分频电路⑶、8分频 电路（9)、电调滤波器I(10)、电调滤波器2 (11)、电调滤波器3 (12)、电调滤波器4 (13)、放大 电路0 (14)、放大电路1 (15)、放大电路2 (16)、放大电路3 (17)、放大电路4 (18)和功率控制 电路（20)几部分电路构成；其中， 所述接口电路（1)由RS-422专用芯片为核心，负责MCU和上位机的通信接口电平转 换，参考时钟（2)采用IOOMHz的恒温晶振，输出IOOMHz的正弦波信号作为宽带PLL的参考 时钟，MCU(3)采用具有哈佛结构的AVR单片机来完成系统时序的控制和系统状态的指示并 完成与上位机的通信功能，单刀5掷开关（5,19)完成信号的分路和合路功能，倍频电路（6) 完成对信号的倍频作用，使输出频率扩展到12~20GHz，2分频电路（7)完成对信号的分频 工作，使输出频率扩展到3~66Hz，4分频电路（8)使输出频率扩展到1. 5~3GHz，8分频 电路（9)使输出频率扩展到1~I. 5GHz，电调滤波器1 (10)、电调滤波器2 (11)、电调滤波 器3(12)、电调滤波器4(13)、完成倍频或分频后各路信号的滤波，放大电路0(14)、放大电 路1(15)、放大电路2 (16)、放大电路3 (17)、放大电路4(18)完成各路信号的放大作用，功率 控制电路（20)完成对输出信号功率的精确控制； 宽带PLL(4)由低噪声稳压电源（21)，宽带鉴相器（22)、有源环路滤波器（23)、宽带VCO(24)和射频放大电路（25)构成； 宽带PLL(4)的有源环路滤波器（23)采用3阶有源低通滤波器。
【专利摘要】本实用新型涉及一种适用于宽带收发信机的特种信号源，主要采用宽带PLL技术，产生6-12GHz信号，然后采用倍频和分频技术产生1-20GHz的宽带本振信号源。该信号源不仅相位噪声低、输出频率范围宽、输出功率精确可控，而且体积小、造价低、使用非常灵活。通过简单的上位机软件就可以对信号源内部的状态进行监控，而且还可以对信号源的输出信号参数进行配置，本信号源不仅适用于宽带收发信机，也适用于各种其他通信设备，同时也可以作为一种单独的信号源用于测量工作。
【IPC分类】H03L7/18
【公开号】CN204669342
【申请号】CN201420135623
【发明人】贾光玉
【申请人】北京立日通科技有限公司
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2014年3月25日