频率相位微调系统技术方案

本发明专利技术涉及一种频率相位微调系统，包括：模拟倍频模块，用于接收时钟源信号，并对时钟源信号进行模拟倍频，输出倍频信号DDS模块，连接模拟倍频模块，用于基于倍频信号输出DDS信号PLL模块，包括锁相环电路和恒温晶振；其中，锁相环电路分别连接DDS模块和恒温晶振，用于根据DDS信号对恒温晶振进行锁相；恒温晶振，用于输出锁相信号。本申请采用DDS加PLL相结合的方式实现，引入自动控制的原理，既保证频率调整分辨率和输出信号的质量，又可通过合理的控制策略实现量程范围内的频率微调和相位微调。

【技术实现步骤摘要】
频率相位微调系统
本专利技术涉及时间频率
，特别是涉及一种频率相位微调系统。
技术介绍
时间是起七个基本物理量之一，时间和频率是个相对关系，目前世界上所用的时间为协调世界钟(UTC，UniversalTimeCoordinated)，其时间的计量方法主要是采用铯原子钟作为频率源，对频率源进行分频得到基本的时间计时单元。进一步地，除铯原子钟外，原子钟还可以铷原子钟和氢原子钟为主，频率的稳定度能够达到E-12至E-16的量级。但是频率稳定度和频率准确度是两个不同的指标，二者合称为精度，不同的原子钟之间的频率准确度各有差异，从而衍生出频率源驯服和频率相位微调的概念。驯服技术是对频率源的频率进行自动控制，使其调整到较为准确的频率上面。驯服技术需要一个较好的基准源，令被驯服的频率源跟着基准源跑，从而提升频率源的准确度。而频率相位微调技术是已知或者测量出频率源的固有频率或者相位偏差，采用一定的方式来改正频率源的输出频率和相位的方法，该方法简易理解，控制灵活，可应用在一些特征的场景中，例如需要某一个特定频率(或者频率偏差)的源。频率和相位微调技术通常的实现方式是DDS(DirectDigitalSynthesizer，直接数字式频率合成器)技术，通过改变DDS的频率控制字和相位控制字来实现，然而，若调整DDS输出信号的频率和相位，会导致输出信号的精度和信号频谱的纯度大打折扣，即传统技术存在无法同时兼顾实现频率相位微调和保证输出信号质量的问题。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种既可实现频率相位微调，又能保证输出信号的质量的频率相位微调系统。一种频率相位微调系统，包括：模拟倍频模块，用于接收时钟源信号，并对时钟源信号进行模拟倍频，输出倍频信号；DDS模块，连接模拟倍频模块，用于基于倍频信号输出DDS信号；PLL模块，包括锁相环电路和恒温晶振；其中，锁相环电路分别连接DDS模块和恒温晶振，用于根据DDS信号对恒温晶振进行锁相；恒温晶振，用于输出锁相信号。在其中一个实施例中，频率相位微调系统还包括连接恒温晶振的时差测量模块；时差测量模块，用于接收时钟源信号和锁相信号，并通过数字双混频时差法获取时钟源信号和锁相信号之间的相位差；DDS模块，用于根据相位差调整DDS信号的相位。在其中一个实施例中，锁相环电路包括：分频器，连接恒温晶振，用于对锁相信号进行分频，并得到分频信号；鉴频鉴相器，分别连接分频器和DDS模块，用于比较DDS信号与分频信号，得到误差电压；环路滤波器，分别连接鉴频鉴相器和恒温晶振，用于对误差电压进行过滤，并将过滤后的误差电压输出至恒温晶振。在其中一个实施例中，环路滤波器为环路带宽小于1Hz，且阻尼系数大于或等于0.7的高阶滤波器。在其中一个实施例中，环路滤波器包括隔离放大器、第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；隔离放大器的正向输入端分别连接鉴频鉴相器、第一电容的一端和第一电阻的一端；第一电容另一端连接第二电容的一端；隔离放大器的反向输入端分别连接第二电阻的一端和第三电阻的一端；第三电阻的另一端分别连接隔离放大器的输出端和第四电阻的一端；第四电阻的另一端分别连接恒温晶振和第三电容的一端；第一电容的另一端、第二电容的另一端、第二电阻的另一端和第三电容的另一端均用于接地。在其中一个实施例中，DDS模块，用于根据调整时长以及时钟源信号与锁相信号之间的相位差，确定频率调整量，并基于初始频率控制字和频率调整量调整DDS信号的频率，还用于在时钟源信号和锁相信号相位对齐时，基于初始频率控制字调整DDS信号的频率。在其中一个实施例中，频率相位微调系统还包括连接恒温晶振的频率分配放大模块；频率分配放大模块，用于对锁相信号进行滤波，并将滤波后的锁相信号分为多路信号进行隔离输出。在其中一个实施例中，频率相位微调系统还包括正弦波转差分信号模块和数模转换模块；正弦波转差分信号模块，连接在模拟倍频模块和DDS模块，用于将倍频信号转换为第一差分信号和第二差分信号；数模转换模块，连接正弦波转差分信号模块，且连接在DDS模块与锁相环电路之间；数模转换模块包括时钟输入端、数字信号输入端和模拟信号输出端；其中，时钟输入端连接正弦波转差分信号模块，用于接收第一差分信号；数字信号输入端连接DDS模块，用于接收DDS信号；模拟信号输出端连接锁相环电路，用于输出对DDS信号进行数模转换后得到的模拟信号；DDS模块，连接正弦波转差分信号模块，用于基于第二差分信号输出DDS信号。在其中一个实施例中，频率相位微调系统还包括连接在数模转换模块和锁相环电路之间的低通滤波器。在其中一个实施例中，频率相位微调系统还包括主控制器和人机接口；主控制器分别连接人机接口和DDS模块。上述频率相位微调系统，采用DDS加PLL相结合的方式实现，将时钟源信号的长稳与恒温晶振的短稳进行结合，采用DDS作为频率调整和相位调整的主要方法，并通过PLL实现频率提纯与频率稳定度提高，使得锁相信号能够具备较好的长稳和短稳，理论的频率与相位分辨率可以做得非常高。同时，引入自动控制的原理，既保证频率调整分辨率和输出信号的质量，又可通过合理的控制策略实现量程范围内的频率微调和相位微调。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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申请的一些实施例，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为一个实施例中频率相位微调系统的第一示意性结构框图；图2为一个实施例中环路滤波器的电路图；图3为一个实施例中频率相位微调系统的第二示意性结构框图；图4为一个实施例中频率相位微调系统的第三示意性结构框图；图5为一个实施例中频率相位微调系统的输出信号与相位噪声的测量结果。具体实施方式为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种频率相位微调系统，其特征在于，包括：/n模拟倍频模块，用于接收时钟源信号，并对所述时钟源信号进行模拟倍频，输出倍频信号；/nDDS模块，连接所述模拟倍频模块，用于基于所述倍频信号作为参考时钟输出DDS信号；/nPLL模块，包括锁相环电路和恒温晶振；其中，所述锁相环电路分别连接所述DDS模块和所述恒温晶振，用于根据所述DDS信号对所述恒温晶振进行锁相；所述恒温晶振，用于输出锁相信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种频率相位微调系统，其特征在于，包括：
模拟倍频模块，用于接收时钟源信号，并对所述时钟源信号进行模拟倍频，输出倍频信号；
DDS模块，连接所述模拟倍频模块，用于基于所述倍频信号作为参考时钟输出DDS信号；
PLL模块，包括锁相环电路和恒温晶振；其中，所述锁相环电路分别连接所述DDS模块和所述恒温晶振，用于根据所述DDS信号对所述恒温晶振进行锁相；所述恒温晶振，用于输出锁相信号。


2.根据权利要求1所述的频率相位微调系统，其特征在于，所述频率相位微调系统还包括连接所述恒温晶振的时差测量模块；
所述时差测量模块，用于接收所述时钟源信号和所述锁相信号，并通过数字双混频时差法获取所述时钟源信号和所述锁相信号之间的相位差；
所述DDS模块，用于根据所述相位差调整所述DDS信号的相位。


3.根据权利要求1所述的频率相位微调系统，其特征在于，所述锁相环电路包括：
分频器，连接所述恒温晶振，用于对所述锁相信号进行分频，并得到分频信号；
鉴频鉴相器，分别连接所述分频器和所述DDS模块，用于比较所述DDS信号与所述分频信号，得到误差电压；
环路滤波器，分别连接所述鉴频鉴相器和所述恒温晶振，用于对所述误差电压进行过滤，并将过滤后的所述误差电压输出至所述恒温晶振。


4.根据权利要求3所述的频率相位微调系统，其特征在于，所述环路滤波器为环路带宽小于1Hz，且阻尼系数大于或等于0.7的高阶滤波器。


5.根据权利要求4所述的频率相位微调系统，其特征在于，所述环路滤波器包括隔离放大器、第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；
所述隔离放大器的正向输入端分别连接所述鉴频鉴相器、所述第一电容的一端和所述第一电阻的一端；所述第一电容另一端连接所述第二电容的一端；
所述隔离放大器的反向输入端分别连接所述第二电阻的一端和所述第三电阻的一端；所述第三电阻的另一端分别连接所述隔离放大器的输出端和所述第四电阻的一端；所述第四电阻的另一端分别连接所述恒温晶振和所述第三电容的一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊跃军，刘阳琦，邓黠，李大志，杨育，
申请(专利权)人：长沙学院，
类型：发明
国别省市：湖南;43