一种基于双鉴相器的信号发生器及信号产生方法技术

本发明专利技术提出了一种基于双鉴相器的信号发生器，包括：低噪声参考信号、鉴频鉴相器、双平衡二极管鉴相器、带宽控制电路、积分低通滤波器、宽带压控振荡器和反馈网络；所述宽带压控振荡器输出信号经过反馈网络送入鉴频鉴相器和双平衡二极管鉴相器，低噪声参考信号进入鉴频鉴相器和双平衡二极管鉴相器，鉴频鉴相器和双平衡二极管鉴相器输出的误差电压信号分别送入带宽控制电路，带宽控制电路的输出信号经过积分低通滤波器后送入宽带压控振荡器，使宽带压控振荡器锁定。本发明专利技术使两个鉴相器各自发挥自己的优势而避开不足，实现的频率合成器既具有宽频带特性，又具有很低的相位噪声。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双鉴相器的信号发生器及信号产生方法
本专利技术涉及测试
，特别涉及一种基于双鉴相器的宽带低噪声信号发生器，还涉及一种基于双鉴相器的信号产生方法。
技术介绍
随着现代雷达和无线电通信等技术的发展，各种电子设备对其内部应用或系统测试使用的频率合成器不断提出更高的要求，一是带宽越来越大，二是要有极低的边带相位噪声。目前，常用的频率合成方法主要有直接频率合成法和间接频率合成法。直接频率合成即采用倍频、混频和分频对一个或几个基准频率进行加、减、乘和除的运算，产生所需频率信号的方法。直接合成法存在许多缺点，在对相位噪声和杂散指标要求很高时，直接频率合成法难以满足要求。间接频率合成是利用锁相环实现频率合成的方法，通常又称为锁相环频率合成。采用间接频率合成的频率合成器主要有低噪声和宽带两种。当频率合成器对相位噪声要求非常高而对信号的带宽要求不高时，一般采用双平衡二极管鉴相器的锁相环电路。如图1所示，双平衡二极管鉴相器的锁相环电路主要由低噪声参考信号、双平衡二极管鉴相器、积分低通滤波器、窄带压控振荡器和反馈网络组成。基本工作原理是：窄带压控振荡器输出一个与标定频率非常接近的信号，该信号经过反馈网络的整数分频、小数分频或其他变频后得到与参考信号频率接近的信号，该信号与参考信号输入双平衡二极管鉴相器中鉴相。由于进入双平衡二极管鉴相器的两个信号的频率相差不大，误差电压经过积分低通滤波器后能够使压控振荡器锁定。如果压控振荡器不是窄带而是宽带的且预置频率偏差较大，虽然单纯具有鉴相功能的双平衡二极管鉴相器理论上可以通过非平衡性使环路锁定，但是需要的时间很长，而且实际使用时由于电路存在其他干扰不会实现环路锁定。当频率合成器对相位噪声要求不高而要产生宽带信号时，一般采用鉴频鉴相器的锁相环电路。如图2所示，鉴频鉴相器的锁相环电路主要由低噪声参考信号、鉴频鉴相器、积分低通滤波器、宽带压控振荡器和反馈网络组成。基本工作原理是：宽带压控振荡器输出一个信号，该信号经过反馈网络变频后与参考信号输入鉴频鉴相器中鉴相。由于鉴频鉴相器具有鉴频功能，当两个信号的频率相差较大时，鉴频鉴相器发挥鉴频作用，输出的电压经过积分低通滤波器后使宽带压控振荡器的输出信号频率向锁定频率靠近，当靠近锁定频率时，鉴频鉴相器发挥鉴相作用使环路锁定。对于现有的间接频率合成的两种技术，都有不可避免的缺点：采用双平衡二极管鉴相器的频率合成器只能产生带宽很窄的信号，无法对宽带压控振荡器进行锁相控制。因为单纯具有鉴相功能的鉴相器组成的锁相环路频率捕捉范围非常小，频差较大时理论可能捕捉但是时间很长，实际电路中由于存在各种干扰因素无法实现捕捉，环路不能锁定。采用鉴频鉴相器的频率合成器无法实现极低噪声的信号产生，因为鉴频鉴相器的鉴频功能是由数字逻辑器件实现的，与无源的模拟器件双平衡二极管相比低噪声特性较差。
技术实现思路
为解决采用双平衡二极管鉴相器的频率合成器和采用鉴频鉴相器的频率合成器进行间接频率合成的缺点，本专利技术提出一种基于双鉴相器的信号发生器，频率合成器采用双平衡二极管鉴相器和鉴频鉴相器两个鉴相器，通过合理设计两种鉴相器的环路带宽，使两个鉴相器各自发挥自己的优势而避开不足，实现的频率合成器即具有宽频带特性，又具有很低的相位噪声。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于双鉴相器的信号发生器，包括：低噪声参考信号、鉴频鉴相器、双平衡二极管鉴相器、带宽控制电路、积分低通滤波器、宽带压控振荡器和反馈网络；所述宽带压控振荡器输出信号经过反馈网络一路送入鉴频鉴相器，另一路送入双平衡二极管鉴相器，低噪声参考信号一路进入鉴频鉴相器，另一路进入双平衡二极管鉴相器，鉴频鉴相器和双平衡二极管鉴相器输出的误差电压信号分别送入带宽控制电路，带宽控制电路的输出信号经过积分低通滤波器后送入宽带压控振荡器，使宽带压控振荡器锁定；所述带宽控制电路包括高通滤波器、低通滤波器、第一电阻、第二电阻，鉴频鉴相器输出的误差电压信号经过高通滤波器和第一电阻到积分低通滤波器，双平衡二极管鉴相器输出的误差电压信号经过低通滤波器和第二电阻到积分低通滤波器。可选地，所述高通滤波器的带宽介于鉴频鉴相器和双平衡二极管鉴相器锁相时的环路带宽。可选地，所述低通滤波器的带宽大于鉴频鉴相器的锁相带宽。可选地，所述第二电阻阻值大于第一电阻阻值。可选地，所述第二电阻阻值为第一电阻阻值的10倍。本专利技术还提出了一种基于双鉴相器的信号产生方法，包括以下步骤：步骤(a)，宽带压控振荡器的输出信号经反馈网络后分别与低噪声参考信号在鉴频鉴相器和双平衡二极管鉴相器进行鉴相操作；步骤(b)，通过带宽控制电路对鉴频鉴相器和双平衡二极管鉴相器输出的误差电压信号进行选择；步骤(c)，带宽控制电路的输出信号经过积分低通滤波器后送入宽带压控振荡器，使宽带压控振荡器锁定。可选地，所述鉴频鉴相器输出的误差电压信号在带宽控制电路内部经过高通滤波器和第一电阻到积分低通滤波器，双平衡二极管鉴相器输出的误差电压信号在带宽控制电路内部经过低通滤波器和第二电阻到积分低通滤波器；所述步骤(b)具体为：首先，环路处于未锁定状态时，宽带压控振荡器输出信号的频率与锁相频率相差较大，鉴频鉴相器的鉴频功能先发挥作用；接下来，环路仍处于未锁定状态，宽带压控振荡器输出信号的频率与锁相频率相差较小，鉴频鉴相器的鉴相功能开始发挥作用；最后，环路处于锁定状态，双平衡二极管鉴相器的鉴相功能开始发挥作用。本专利技术的有益效果是：采用双平衡二极管鉴相器和鉴频鉴相器两个鉴相器，通过合理设计两种鉴相器的环路带宽，使两个鉴相器各自发挥自己的优势而避开不足，实现的频率合成器既具有宽频带特性，又具有很低的相位噪声。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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为采用双平衡二极管鉴相器的锁相环电路图；图2为采用鉴频鉴相器的锁相环电路图；图3为本专利技术基于双鉴相器的信号发生器电路图；图4为图3中带宽控制电路的电路图；图5为本专利技术基于双鉴相器的信号产生方法的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。无源的双平衡二极管鉴相器具有接近热噪底的噪声基底，应用于低噪声频率合成电路中，但是采用单纯鉴相功能鉴相器的锁相电路的频率捕捉范围非常小，无法对宽带VCO直接锁相。采用鉴频鉴相器的锁相电路具有理论上无限大的频率捕捉范围，可用于对宽带VCO锁相，但是鉴频电路是由数字逻辑电路实现，与无源模拟电路相比具有噪声差的缺点，所以无法用于对噪声要求高的频率合成电路中。本专利技术的信号发生器采用两种鉴相器相结合使用的电路及方法，鉴频鉴相器实现宽带捕捉，双平衡二极管鉴相器实现低噪声特性，实现宽带低噪声的信号发生器。该信号发生器可用于高性能信号发生器、频谱仪、接收机以及其它设备中的低噪本振频率合成器。如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双鉴相器的信号发生器，其特征在于，包括：低噪声参考信号、鉴频鉴相器、双平衡二极管鉴相器、带宽控制电路、积分低通滤波器、宽带压控振荡器和反馈网络；所述宽带压控振荡器输出信号经过反馈网络一路送入鉴频鉴相器，另一路送入双平衡二极管鉴相器，低噪声参考信号一路进入鉴频鉴相器，另一路进入双平衡二极管鉴相器，鉴频鉴相器和双平衡二极管鉴相器输出的误差电压信号分别送入带宽控制电路，带宽控制电路的输出信号经过积分低通滤波器后送入宽带压控振荡器，使宽带压控振荡器锁定；所述带宽控制电路包括高通滤波器、低通滤波器、第一电阻、第二电阻，鉴频鉴相器输出的误差电压信号经过高通滤波器和第一电阻到积分低通滤波器，双平衡二极管鉴相器输出的误差电压信号经过低通滤波器和第二电阻到积分低通滤波器。

【技术特征摘要】
1.一种基于双鉴相器的信号发生器，其特征在于，包括：低噪声参考信号、鉴频鉴相器、双平衡二极管鉴相器、带宽控制电路、积分低通滤波器、宽带压控振荡器和反馈网络；所述宽带压控振荡器输出信号经过反馈网络一路送入鉴频鉴相器，另一路送入双平衡二极管鉴相器，低噪声参考信号一路进入鉴频鉴相器，另一路进入双平衡二极管鉴相器，鉴频鉴相器和双平衡二极管鉴相器输出的误差电压信号分别送入带宽控制电路，带宽控制电路的输出信号经过积分低通滤波器后送入宽带压控振荡器，使宽带压控振荡器锁定；所述带宽控制电路包括高通滤波器、低通滤波器、第一电阻、第二电阻，鉴频鉴相器输出的误差电压信号经过高通滤波器和第一电阻到积分低通滤波器，双平衡二极管鉴相器输出的误差电压信号经过低通滤波器和第二电阻到积分低通滤波器；所述高通滤波器的带宽介于鉴频鉴相器和双平衡二极管鉴相器锁相时的环路带宽，高通滤波器不影响鉴频鉴相器的锁相，当双平衡二极管鉴相器将环路锁定在较小带宽时，鉴频鉴相器的输出不会对环路造成干扰；所述低通滤波器的带宽略大于鉴频鉴相器的锁相带宽，保证双平衡二极管鉴相器的捕捉带宽大于鉴频鉴相器使环路锁定的环路带宽，双平衡二极管鉴相器将环路进一步锁定在小带宽上；首先，环路处于未锁定状态时，宽带压控振荡器输出信号的频率与锁相频率相差较大，鉴频鉴相器的鉴频功能先发挥作用；宽带压控振荡器输出信号经过反馈网络整数分频、小数分频或其它变频后与低噪声参考信号进入鉴频鉴相器，鉴频鉴相器发挥鉴频功能产生负反馈电压，该电压通过带宽控制电路、积分低通滤波器后最终控制宽带压控振荡器输出信号的频率靠近锁相频率；接下来，环路仍处于未锁定状态，但宽带压控振荡器输出信号的频率与锁相频率相差较小，鉴频鉴相器的鉴相功能开始发挥作用；宽带压控振荡器输出信号经过反馈网络与低噪声参考信号进入鉴频鉴相器，鉴频鉴相器发挥鉴相功...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘青松，樊晓腾，刘亮，范吉伟，何攀峰，周俊杰，王琨，周玉勇，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37