頻率合成器的制作方法

本發明涉及頻率合成技術，特別是涉及頻率合成器。
背景技術：
：頻率合成技術是雷達、通信等電子系統實現高性能指標的關鍵技術之一，由于頻率合成器的相噪(Phasenoise)會影響到接收和發射系統的諸多指標，譬如接收的鄰道選擇性、發射的鄰道功率比等。當接收和發射頻段很寬時，頻率合成部分的相噪一般會急劇惡化，這種惡化主要是壓控振蕩器(VoltageControlledOscillator，VCO)所帶來的。對于寬頻帶的接收和發射本振部分的壓控振蕩器，主要采用國外射頻IC廠商提供的單個寬帶集成壓控振蕩器芯片或者采用多個窄帶的專用集成壓控振蕩器進行合成設計，但是這兩種集成壓控振蕩器的價格昂貴，一般都要幾百塊錢乃至上千，而且，其壓控振蕩器所輸出的頻率不可調。技術實現要素：基于此，有必要針對上述問題，提供一種低成本、可輸出段頻率范圍可調且互不重疊無縫銜接的頻率合成的頻率合成器。一種頻率合成器，包括：鎖相環模塊，接收外部控制信號，并輸出調諧電壓；環路濾波器，與所述鎖相環模塊連接，用于濾除所述鎖相環模塊中的交流噪聲；壓控振蕩器模塊，包括輸出頻率范圍互不重疊的多段壓控振蕩單元；其中，所述壓控振蕩單元包括電連接的由分立器件構成的諧振電路和開關控制電路；所述諧振電路分別與所述鎖相環模塊、環路濾波器連接，形成鎖相環；每個所述諧振電路的諧振參數不同，所述諧振電路用于根據所述調諧電壓、諧振參數產生諧振頻率輸出；所述開關控制電路用于控制所述諧振電路的供電。上述頻率合成器，包括鎖相環模塊、環路濾波器、壓控振蕩器模塊，其中，壓控振蕩器模塊包括多段壓控振蕩單元。所述壓控振蕩單元包括電連接的由多個分立電子元器件組成的諧振電路和開關控制電路。每個所述諧振電路的諧振參數不同，繼而產生諧振不同頻率范圍的諧振頻率。通過由多個分立電子元器件組成多段壓控振蕩單元其成本低、還可以調節諧振電路中的諧振參數，輸出具有不同頻段的信號。通過多段壓控振蕩單元實現了段頻率范圍互不重疊且無縫銜接的頻率合成，還降低了頻率合成輸出信號的相噪。在其中一個實施例中，所述諧振電路包括第一電容、第二電容、第一電感和晶體管；所述第一電容、第二電容并聯；所述晶體管的集電極與所述開關控制電路連接；所述晶體管的發射極接地；所述晶體管的基極與所述第一電容的第一端連接；所述第一電感的一端分別與所述第一電容的第二端、鎖相環模塊連接，所述第一電感的另一端接地。在其中一個實施例中，所述諧振電路包括還包括第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管；所述第一二極管的陽極分別與第二二極管的陽極、第一電感連接；所述第一二極管的陰極分別與第二二極管的陰極、第三二極管的陰極、第四二極管的陰極、鎖相環模塊連接；所述第三二極管的陽極、第四二極管的陽極均接地。在其中一個實施例中，所述壓控振蕩單元還包括濾波電路，所述濾波電路的輸入端與所述鎖相環模塊連接；所述濾波電路的輸出端與所述諧振電路連接。在其中一個實施例中，所述壓控振蕩單元還包括反饋電路，所述反饋電路包括第四電容、第五電容和第六電容；所述第四電容的一端與所述晶體管的基極連接，所述第四電容的另一端經所述第六電容接地；所述第五電容的一端與所述第四電容、第六電容的公共端連接，所述第五電容的另一端與所述晶體管的發射極連接。在其中一個實施例中，所述壓控振蕩單元還包括用于抑制低頻雜散信號的第七電容，所述第七電容的一端與所述晶體管的集電極連接，所述第七電容的另一端與所述鎖相環模塊連接。在其中一個實施例中，所述環路濾波器為三階無源濾波器，所述三階無源濾波器的輸入端與所述鎖相環模塊連接，所述三階無源濾波器的輸出端分別與多段所述壓控振蕩單元連接。在其中一個實施例中，還包括低通濾波器，所述低通濾波器的輸入端與分別多段所述壓控振蕩單元連接，所述低通濾波器的輸出端與所述鎖相環模塊連接。在其中一個實施例中，所述壓控振蕩單元的數量為三個。在其中一個實施例中，三個所述壓控振蕩單元輸出的頻率范圍分別為720～780兆赫茲、780～840兆赫茲、840～900兆赫茲。附圖說明圖1為一實施例中頻率合成器的結構框架圖；圖2為一實施例中環路濾波器的電路原理圖；圖3為一實施例中壓控振蕩單元的電路原理圖；圖4為一實施例中低通濾波器的電路原理圖。具體實施方式為了便于理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳實施例。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明的公開內容的理解更加透徹全面。除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發明的
技術領域：
的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在限制本發明。本文所使用的術語“和/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。如圖1所示的為頻率合成器的結構框架圖，頻率合成器包括鎖相環模塊10、環路濾波器20、壓控振蕩器模塊30，其中，壓控振蕩器模塊30包括多段壓控振蕩單元310、320、330。所述壓控振蕩單元310包括電連接的由多個分立電子元器件組成的諧振電路311和開關控制電路313。所述諧振電路311分別與所述鎖相環模塊10、環路濾波器20連接，形成鎖相環。開關控制電路313對應控制諧振電路311的供電，實現同一時間只有一段壓控振蕩單元310工作，互不影響。每個所述諧振電路311的諧振參數不同，所述諧振電路311可以根據所述調諧電壓以及不同的諧振參數，繼而產生諧振不同頻率范圍的諧振頻率。通過由多個分立電子元器件組成多段壓控振蕩單元310其成本低、還可以調節諧振電路311中的諧振參數，輸出具有不同頻段的信號。通過多段壓控振蕩單元310實現了段頻率范圍互不重疊且無縫銜接的頻率合成，還降低了頻率合成輸出信號的相噪。在一實施例中，鎖相環模塊10包括鎖相環芯片、分頻器、鑒相器，該鎖相環芯片選用Skyworks的Sky72310為單路輸出小數分配鎖相環，參考時鐘采用19.2MHz，泵電流1000μA，泵電壓5V。鎖相環模塊10接收外部控制信號，并輸出調諧電壓經環路濾波器20濾波后輸出給多段壓控振蕩單元310。經壓控振蕩單元310處理，輸出射頻信號反饋至鎖相環芯片。鎖相環芯片將接收的射頻信號與參考時鐘頻率進行間接比較，形成鎖相環，進而可以獲得穩定可靠的頻率信號。環路濾波器20與所述鎖相環模塊10連接，用于濾除所述鎖相環模塊10中分頻器、鑒相器輸出的交流噪聲。在本實施中，環路濾波器20為三階無源濾波器，參考圖2，所述三階無源濾波器的輸入端與所述鎖相環模塊10連接，所述三階無源濾波器的輸出端分別與多段所述壓控振蕩單元310連接。當然，在其他實施例中，環路濾波器20還可以根據實際需求選用不同類型的濾波器，并不限于三階無源濾波器。壓控振蕩器模塊30，包括輸出頻率范圍互不重疊的多段壓控振蕩單元310。在本實施例中，壓控振蕩器模塊30包括三段壓控振蕩單元，分別為高頻段壓控振蕩單元310、中頻段壓控振蕩單元320以及低頻段壓控振蕩單元330。壓控振蕩單元310包括電連接的諧振電路311和開關控制電路313。參考圖3，諧振電路311包括第一電容C1、第二電容C2、第一電感L1和晶體管Q1，其中，每個壓控振蕩單元310中第一電感L1的電感值不同，第一電容C1、第二電容C2的電容值也相同，也即，每個壓控振蕩單元310具有不同的諧振參數。壓控振蕩單元310中的晶體管Q1為NPN型硅外延晶體管Q1，具有寬帶、低噪聲的特點。其中，所述第一電容C1、第二電容C2并聯。所述晶體管Q1的集電極與所述開關控制電路313連接；所述晶體管Q1的發射極接地；所述晶體管Q1的基極與所述第一電容C1的第一端連接。所述第一電感L1的一端分別與所述第一電容C1的第二端、鎖相環模塊10連接，所述第一電感L1的另一端接地。諧振電路311包括還包括第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管和第四二極管，其中，第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3和第四二極管D4均為變容二極管。所述第一二極管D1的陽極分別與第二二極管D2的陽極、第一電感L1連接；所述第一二極管D1的陰極分別與第二二極管D2的陰極、第三二極管D3的陰極、第四二極管D4的陰極、鎖相環模塊10連接；所述第三二極管D3的陽極、第四二極管D4的陽極均接地。壓控振蕩單元310還包括濾波電路315，所述濾波電路315的輸入端與所述鎖相環模塊10連接；所述濾波電路315的輸出端與所述諧振電路311連接。由鎖相環模塊10發出的調諧電壓信號，經過環路濾波器20濾波、電感L3濾波后分別輸送至高頻段壓控振蕩單元310、中頻段壓控振蕩單元310以及低頻段壓控振蕩單元310。壓控振蕩單元310包括諧振電路311和開關控制電路313，其開關控制電路313控制外圍電路給諧振電路311供電，使壓控振蕩單元310開始工作，實現同一時間只有一段壓控振蕩單元310工作。調諧電壓信號經過濾波電路315濾波后輸送至諧振電路311，其中，調諧電壓的范圍為0-5V。諧振電路311中的變容二極管(D1、D2、D3、D4)PN結電容值會隨著加在其兩端的電壓值的變化而變化。其電壓值的不同就會引起諧振頻率的改變。為了防止高溫、低溫等情況導致調諧電壓發生漂移，高頻段壓控振蕩單元310、中頻段壓控振蕩單元310以及低頻段壓控振蕩單元310的調諧電壓都工作在1.5～3.5V的范圍內，電壓上下兩端都留有余量，確保高低溫等情況下調諧電壓不會超出0-5V的范圍內，保證100％鎖定。以高頻壓控振蕩單元310為例進行說明，當調諧電壓為1.5V時，通過調整諧振部分的第一電容C1、第二電容C2、第一電感L1的值使高頻壓控振蕩單元310輸出的頻率為840MHz；當調諧電壓為3.5V時，使其高頻壓控振蕩單元310輸出頻率為900MHz，從而實現調諧電壓在1.5～3.5V的范圍內變化時，其頻壓控振蕩單元310輸出頻率為在840MHz～900MHz的范圍內變化。正因為諧振電路311中第一電容C1、第二電容C2、第一電感L1的諧振參數可以調整，使其壓控振蕩單元310可以輸出不同頻段的頻率，使得頻率合成更具靈活性，適應不同的頻段要求。相應的，通過設置中頻壓控振蕩單元320、低頻壓控振蕩單元330諧振電路311中第一電容、第二電容、第一電感的諧振參數(電容、電感值)可以，即可保證中頻壓控振蕩單元320、低頻壓控振蕩單元330的諧振點不重疊且無縫銜接。在本實施例中，中頻壓控振蕩單元320輸出的頻率范圍為780～840兆赫茲；低頻壓控振蕩單元330輸出的頻率范圍為720～780兆赫茲。每個壓控振蕩單元輸出的頻率的帶寬只有60MHz，大大地減小壓控振蕩單元的相噪壓力。表1-1壓控振蕩器頻率分配表VCO頻率范圍VCO_H(高段)840～900MHzVCO_M(中段)780～840MHzVCO_L(低段)720～780MHz通過上述采用多段式分立器件組合而成的頻率合成器可以實現頻段寬帶為180MHz，中心頻點在810MHz，相對帶寬為22.22％的超寬帶的頻率合成，其成本低，同時也能滿足其相噪的要求。在一實施例中，壓控振蕩單元310還包括反饋電路317，所述反饋電路317包括第四電容C4、第五電容C5和第六電容C6。所述第四電容C4的一端與所述晶體管Q1的基極連接，所述第四電容C4的另一端經所述第六電容C6接地；所述第五電容C5的一端與所述第四電容C4、第六電容C6的公共端連接，所述第五電容C5的另一端與所述晶體管Q1的發射極連接。通過上述反饋電路317的電容，輔助調節諧振電路311的諧振條件，進而影響輸出信號的幅度值和相噪。在一實施例中，壓控振蕩單元310還包括第七電容C7，所述第七電容C7用于抑制低頻雜散。所述第七電容C7的一端與所述晶體管Q1的集電極連接，所述第七電容C7的另一端與所述鎖相環模塊10連接。在實際應用中，在該頻率合成器后面會外接運算放大器對輸出信號進行放大，通過設置第七電容C7(2pF)可以對低頻雜散信號具有抑制作用，防止運算放大器對低頻信號進行放大。頻率合成器還包括低通濾波器40，參考圖4，所述低通濾波器40的輸入端與分別多段所述壓控振蕩單元310連接，所述低通濾波器40的輸出端與所述鎖相環模塊10連接。多段壓控振蕩單元310的輸出信號均經該低通濾波器40對輸出信號進行濾波處理后，輸入至鎖相環模塊10，進而形成環路。以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。當前第1頁1 2 3