一種基于可編程控制電路調節頻率輸出的頻率源模塊的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于可編程控制電路調節頻率輸出的頻率源模塊，包括：鎖相環回路、控制模塊、電源轉換電路及背板連接器；鎖相環回路包括鑒相器(PFD)、壓控振蕩器(VCO)、R分頻器、N分頻器以及環路濾波器(LF)；控制模塊調節鎖相環回路的R分頻器、N分頻器和壓控振蕩器的分頻比，調節頻率源模塊的輸出頻率和輸出功率；電源轉換電路及背板連接器，電源轉換電路將背板提供的供電電壓轉換成鎖相環回路和控制模塊所需的供電電壓。本發明具有輸出頻率高，輸出頻率可調，依據需要進行編程控制，使得輸出頻點更加靈活；可與背板進行互聯，為背板上其他模塊提供基準信號；可依據需求與其他模塊搭接成不同功能的系統，具有靈活性高、研發成本低等優點。
【專利說明】
一種基于可編程控制電路調節頻率輸出的頻率源模塊
技術領域
[0001]本發明是一種采用鎖相環技術設計的頻率源模塊，通過引入可編程的外置控制電路來控制鎖相環的分頻比、輸出頻點和功率，實現輸出可調節的功能。并且，可以通過相關的連接器與背板實現互聯。屬于電子電路領域。
【背景技術】
[0002]頻率源是電子設備中必不可少的部分，它向其它電路或者系統提供基準信號，是重要的信號來源。頻率源一般使用高精度、高穩定度的晶振作為參考信號，通過不同的頻率合成方式來合成所需頻率。頻率合成技術歸納起來主要有四種，分別是直接頻率合成技術(DS)、鎖相環式頻率合成技術(PLL)、直接數字頻率合成技術(DDS)以及混合式頻率合成技術(DDS+PLL)。
[0003]隨著電路系統逐漸趨向于小型化、復雜化，傳統的電路設計出現了研發時間長、可移植性差、靈活性低等局限性。并且現階段電路中的頻率源多輸出固定頻點和功率的信號，想要隨需求更改輸出頻點或功率具有一定困難。
【發明內容】
[0004]本發明技術解決問題:克服現有技術的不足，提供本一種基于可編程控制電路調節頻率輸出的頻率源模塊，具有輸出頻率高，輸出頻率可調，可以依據需要進行編程控制，使得輸出頻點更加靈活;且輸出功率高;可與背板進行互聯，為背板上其他模塊提供基準信號;可依據需求與其他模塊搭接成不同功能的系統，具有靈活性高、研發成本低等特點。
[0005]本發明技術解決方案:一種基于可編程控制電路調節頻率輸出的頻率源模塊，包括:鎖相環回路、控制模塊、電源轉換電路及背板連接器；
[0006]所述鎖相環回路包括鑒相器(PFD)、壓控振蕩器(VCO)、R分頻器、N分頻器以及環路濾波器(LF);從晶振輸出的參考信號進入R分頻器之后，頻率變為之前的R分之一，再送入鑒相器;鑒相器將參考信號與經過壓控振蕩器輸出再經N分頻器分頻后的信號進行相位比較后輸出電流信號，電流信號的均值與參考信號和經過壓控振蕩器輸出再經N分頻器分頻后的信號之間兩個信號的相位差成正比，送入環路濾波器;信號在環路濾波器中經過積分后形成積分電壓，送入壓控振蕩器;壓控振蕩器的輸出頻率與積分電壓成正比，輸出信號再經過N分頻器，頻率變成之前的N分之一，與參考輸入在鑒相器中進行比較;整個環路是一個負反饋調節，最終達到鑒相器的兩個輸入信號相位差幾乎相等，從而達到鎖定狀態;鎖定后的信號在壓控振蕩器中經過分頻，頻率變為D分之一后輸出。
[0007]控制模塊，調節鎖相環回路的鎖相環R分頻器、N分頻器和壓控振蕩器的分頻比，從而調節頻率源模塊的輸出頻率，同時也通過控制模塊調節頻率源模塊輸出功率；
[0008]電源轉換電路及背板連接器，電源轉換電路將背板提供的供電電壓轉換成鎖相環回路和控制模塊所需的供電電壓，通過背板連接器可與背板其他功能模塊組成功能不同的電子系統，從而簡化電子系統設計難度，加大靈活性。
[0009]所述控制模塊主要包括單片機及其外圍電路。通過對鎖相環中R分頻器、N分頻器和壓控振蕩器進行編程控制改變分頻比，從而調節頻率源模塊的輸出頻率。通過對壓控振蕩器進行編程控制改變其輸出功率，從而調節頻率源模塊整體的輸出功率。
[0010]所述的R分頻器的分頻比R的調整范圍為I至4095，N分頻器的分頻比N的調整范圍為12至262143，通過調整N和R的取值使fra) = fQSC*N/R在壓控振蕩器允許范圍內。壓控振蕩器的分頻比D的調整范圍為I至63，輸出信號頻率為f out = f VCQ/D。通過調整R、N和D的取值使頻率源模塊輸出信號頻率達到系統所需頻率。所述的fQSC為晶振頻率，fva)為壓控振蕩器頻率，f out為頻率源模塊輸出頻率。
[0011]本發明與現有技術相比的優點在于:
[0012](I)輸出信號頻率和功率可調，可以適應不同電子系統的要求，且只需通過控制模塊調節，簡單方便。
[0013](2)電路模塊化，可以通過背板連接器和背板與不同功能模塊任意組合實現不同功能，具有很高的靈活性，降低設計成本。
[0014](3)本發明采用鎖相環回路，是基于自動控制原理，將輸入信號的相位信息進行跟蹤鎖定，使得輸出信號在相位上與輸入信號保持一致，具有輸出頻率穩定、較好抑制雜散的優勢，另外，鎖相環回路的結構簡單，也很大程度上減少了調試工作。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明基于可編程控制電路調節頻率輸出的頻率源模塊的原理框圖；
[0016]圖2為本發明的頻率源模塊輸出測試結果。
【具體實施方式】
[0017]下面將結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明。
[0018]本發明的目的是設計一種基于可編程控制電路調節頻率輸出的頻率源模塊，并滿足以下三點要求。要求一:輸出頻率范圍。最高頻率要高于2GHz，最低頻率沒有設置下限，并且輸出頻率不是固定的，可以依據需要進行編程控制，使得輸出頻點更加靈活;要求二:輸出功率范圍。輸出功率最大值不超過5dBm，考慮到頻率源模塊可能給不同的電路提供信號，輸出功率要求不盡相同，所以輸出功率也是可以通過編程進行控制；要求三:可與背板進行互聯，為背板上其他功能模塊提供基準信號。
[0019]如圖1所示，本發明主要包括三個部分:
[0020]部分一:鎖相環回路；
[0021 ] 鎖相環回路包括鑒相器(pro)、壓控振蕩器(VCO)、1?分頻器、N分頻器以及部分環路濾波器(LF)。
[0022]鎖相環回路從頻率源模塊上的10MHz晶振輸入參考信號，參考信號進入R分頻器之后，頻率變成之前的R分之一，送入鑒相器;鑒相器將參考信號與所述的經過N分頻器分頻后的信號進行相位比較，經過電荷栗后輸出電流信號，電流的均值與兩個信號的相位差成正比，送入環路濾波器;信號在環路濾波器中經過積分后形成積分電壓，送入壓控振蕩器；壓控振蕩器的輸出頻率與積分電壓成正比，輸出頻率再次經過N分頻器，頻率變成之前的N分之一，與參考輸入在鑒相器中進行比較。由于整個環路是一個負反饋調節，所以最終能夠達到鑒相器的兩個輸入信號相位差幾乎相等，從而達到鎖定狀態。鎖定后的信號在壓控振蕩器中經過分頻，頻率變為D分之一后輸出。
[0023]部分二:控制模塊
[0024]所述的控制模塊主要包括單片機及其外圍電路。通過對鎖相環中R分頻器、N分頻器和壓控振蕩器進行編程控制改變分頻比，從而調節頻率源模塊的輸出頻率。通過對壓控振蕩器進行編程控制改變其輸出功率，從而調節頻率源模塊整體的輸出功率。
[0025]通過控制模塊調節鎖相環R分頻器分頻值比32，調節N分頻器分頻比為770，調節壓控振蕩器分頻比為I，從而調節頻率源模塊的輸出頻率為2406.25MHz，同時也可以通過控制模塊調節頻率源模塊輸出功率為OdBm左右。
[0026]部分三:電源轉換電路及背板連接器。
[0027]電源轉換電路主要用于將背板提供的5V電壓轉換為鎖相環和控制模塊所需的3.3V供電電壓。
[0028]在設置完畢后，進行電路實際輸出信號測量，利用安捷倫的N9918A頻譜儀進行信號測量，測量的結果如下圖2所示，由圖2可以看出，頻率源模塊最終輸出信號頻率為2406.25MHz，輸出功率為0.0062dBm。
[0029]從測量結果可知，頻率源模塊輸出頻率與設計參數一致。
[0030]由以上數據可知，設計加工制作的頻率源模塊功能正常，輸出的相位噪聲以及雜散性能滿足設計指標要求；同時，頻率源模塊的輸出頻率、輸出功率編程可調，具有較好的靈活性。
【主權項】
1.一種基于可編程控制電路調節頻率輸出的頻率源模塊，其特征在于:包括鎖相環回路、控制模塊、電源轉換電路及背板連接器； 所述鎖相環回路包括鑒相器(Pro)、壓控振蕩器(VCO)、R分頻器、N分頻器以及環路濾波器(LF);從晶振輸出的參考信號進入R分頻器之后，頻率變為之前的R分之一，再送入鑒相器;鑒相器將參考信號與經過壓控振蕩器輸出再經N分頻器分頻后的信號進行相位比較后輸出電流信號，電流信號的均值與參考信號和經過壓控振蕩器輸出再經N分頻器分頻后的信號之間的相位差成正比，送入環路濾波器;信號在環路濾波器中經過積分后形成積分電壓，送入壓控振蕩器;壓控振蕩器的輸出頻率與積分電壓成正比，輸出信號再經過N分頻器，頻率變成之前的N分之一，與參考輸入在鑒相器中進行比較;整個環路是一個負反饋調節，最終達到鑒相器的兩個輸入信號相位差幾乎相等，從而達到鎖定狀態;鎖定后的信號在壓控振蕩器中經過分頻，頻率變為D分之一后輸出。 控制模塊，調節鎖相環回路的鎖相環R分頻器、N分頻器和壓控振蕩器的分頻比，從而調節頻率源模塊的輸出頻率，同時也通過控制模塊調節頻率源模塊輸出功率； 電源轉換電路及背板連接器，電源轉換電路將背板提供的供電電壓轉換成鎖相環回路和控制模塊所需的供電電壓，通過背板連接器可與背板其他功能模塊組成功能不同的電子系統，從而簡化電子系統設計難度，加大靈活性。2.根據權利要求1所述的基于可編程控制電路調節頻率輸出的頻率源模塊，其特征在于:所述控制模塊包括單片機及其外圍電路，通過對鎖相環中R分頻器、N分頻器和壓控振蕩器進行編程控制改變分頻比，從而調節頻率源模塊的輸出頻率;通過對壓控振蕩器進行編程控制改變其輸出功率，從而調節頻率源模塊整體的輸出功率。3.根據權利要求1所述的基于可編程控制電路調節頻率輸出的頻率源模塊，其特征在于:所述的R分頻器的分頻比的調整范圍為I至4095，N分頻器的分頻比的調整范圍為12至.262143，壓控振蕩器的分頻比的調整范圍為I至63。
【文檔編號】H03L7/099GK106059572SQ201610344262
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月23日
【發明人】陳愛新, 趙越, 應小俊, 吳文斌
【申請人】北京航空航天大學