一種雙路相位相關(guān)信號(hào)發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種雙路相位相關(guān)信號(hào)發(fā)生器，包括微控制器，所述微控制器與人機(jī)交互設(shè)備、第一路DDS芯片、第二路DDS芯片連接，所述第一路DDS芯片經(jīng)第一差分轉(zhuǎn)單端電路、第一低通濾波電路與第一程控放大電路連接；所述第二路DDS芯片經(jīng)第二差分轉(zhuǎn)單端電路、第二低通濾波電路與第二程控放大電路連接；所述第一路DDS芯片與第二路DDS芯片均與時(shí)鐘調(diào)理電路連接■’所述時(shí)鐘調(diào)理電路的有源晶振與單端轉(zhuǎn)差分電路連接。本實(shí)用新型解決了目前市場(chǎng)上成熟的雙通道信號(hào)源多為非相關(guān)結(jié)構(gòu)，其兩路輸出波形不相干，無(wú)法準(zhǔn)確設(shè)定兩路信號(hào)的相位差的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種雙路相位相關(guān)信號(hào)發(fā)生器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及信號(hào)源【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及雙通道信號(hào)源，具體是一種雙路相位相關(guān)信號(hào)發(fā)生器。

【背景技術(shù)】
[0002]雙路相位相關(guān)信號(hào)發(fā)生器廣泛應(yīng)用于雷達(dá)跟蹤與檢測(cè)、航空航天測(cè)控、正交調(diào)制系統(tǒng)、鎖定放大器等需要雙路同頻相位差可調(diào)的相干信號(hào)輸出的信號(hào)源的場(chǎng)合。
[0003]通常有兩種方法實(shí)現(xiàn)具有確定相位差的兩路信號(hào):一是采用傳統(tǒng)的模擬移相技術(shù)(如電感移相、阻容移相、變壓器移相等)，它直接對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行移相。采用此法制造的移相器有許多不足，如:相位差輸出波形易受輸入波形的影響、移相操作不方便、相位差角度受所接負(fù)載和時(shí)間等因素的影響而產(chǎn)生漂移、相位差精度不高；另一種是采用數(shù)字移相技術(shù)，是目前移相技術(shù)的潮流。它是先將模擬信號(hào)或相位差數(shù)字化，移相后再還原成模擬信號(hào)。
[0004]數(shù)字移相技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要有兩種方式:一是將波形的延時(shí)映射為信號(hào)間的相位差。它先將參考信號(hào)整形為方波，并以此信號(hào)為基準(zhǔn)，延時(shí)產(chǎn)生另一個(gè)同頻的方波信號(hào)，再通過(guò)波形變換電路將方波信號(hào)還原成正弦信號(hào)。以延時(shí)的長(zhǎng)短來(lái)決定兩信號(hào)間的相位值。此方法硬件電路復(fù)雜，要求有鎖相和波形變化電路，延時(shí)不好控制，相位差精度不高。二是將波形存儲(chǔ)器地址的偏移量映射為信號(hào)間的相位差。它先將正弦信號(hào)數(shù)字化，生成一張數(shù)據(jù)表并固化在ROM中，多路D/A轉(zhuǎn)換芯片在控制器的控制下連續(xù)地循環(huán)輸出該數(shù)據(jù)表，就可獲得多路正弦信號(hào)。當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換芯片所獲得的數(shù)據(jù)序列完全相同時(shí)，則轉(zhuǎn)換所得到的幾路正弦信號(hào)無(wú)相位差，稱為同相。當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換芯片所獲得的數(shù)據(jù)序列不同時(shí)，則轉(zhuǎn)換所得到的正弦信號(hào)之間就存在相位差。相位差的值與數(shù)據(jù)表中數(shù)據(jù)的總個(gè)數(shù)及數(shù)據(jù)地址的偏移量有關(guān)。此方法需要微控制器與多個(gè)D/A協(xié)同操作，且輸出信號(hào)的幅度及相位差不能任意調(diào)節(jié)。
[0005]目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上成熟的雙通道信號(hào)源多為非相關(guān)結(jié)構(gòu)，其兩路輸出波形不相干，無(wú)法準(zhǔn)確設(shè)定兩路信號(hào)的相位差。國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品在種類和技術(shù)指標(biāo)上與國(guó)外產(chǎn)品存在很大的差距，特別是在軍事、航空航天、通信等高端產(chǎn)品市場(chǎng)中無(wú)法與國(guó)外產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)。而雙路相位相關(guān)信號(hào)發(fā)生器在雷達(dá)跟蹤與檢測(cè)、航空航天測(cè)控、正交調(diào)制系統(tǒng)、鎖定放大器等應(yīng)用場(chǎng)合具有重要意義。
[0006]因此，提供一種頻率更高，性能更穩(wěn)定，相位差可任意調(diào)節(jié)，輸出信號(hào)幅度可調(diào)的雙路相位相關(guān)信號(hào)發(fā)生器，是該領(lǐng)域技術(shù)人員需著手解決的問(wèn)題之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種雙路相位相關(guān)信號(hào)發(fā)生器，為解決傳統(tǒng)的模擬移相技術(shù)輸出波形不穩(wěn)定、移相操作不方便且相位差易漂移，數(shù)字移相技術(shù)輸出信號(hào)相位差難以任意調(diào)節(jié)，且相位差精度不高的問(wèn)題提供硬件實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。
[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種雙路相位相關(guān)信號(hào)發(fā)生器，包括微控制器，所述微控制器與人機(jī)交互設(shè)備、第一路DDS芯片、第二路DDS芯片連接，所述第一路DDS芯片經(jīng)第一差分轉(zhuǎn)單端電路、第一低通濾波電路與第一程控放大電路連接；所述第二路DDS芯片經(jīng)第二差分轉(zhuǎn)單端電路、第二低通濾波電路與第二程控放大電路連接；所述第一路DDS芯片與第二路DDS芯片均與時(shí)鐘調(diào)理電路連接；所述時(shí)鐘調(diào)理電路的有源晶振與單端轉(zhuǎn)差分電路連接。
[0009]所述程控增益放大電路包括壓控增益放大芯片、雙輸出通道DAC芯片、雙運(yùn)放芯片、全差分運(yùn)放芯片和基準(zhǔn)電壓芯片；所述壓控增益放大芯片與所述全差分運(yùn)放芯片連接，所述雙輸出通道DAC芯片B路輸出與所述雙運(yùn)放芯片A路同相輸入端連接，所述雙運(yùn)放芯片B路輸出端與所述全差分運(yùn)放芯片的共模輸入端連接，所述基準(zhǔn)電壓芯片與所述雙運(yùn)放芯片B路同相輸入端連接。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所具有的有益效果為:本實(shí)用新型通過(guò)兩路DDS產(chǎn)生兩路頻率穩(wěn)定度高、頻率范圍寬、相位可任意調(diào)節(jié)的正弦信號(hào)，為解決傳統(tǒng)的模擬移相技術(shù)輸出波形不穩(wěn)定、移相操作不方便且相位差易漂移，數(shù)字移相技術(shù)輸出信號(hào)相位差難以任意調(diào)節(jié)且相位差精度不高的問(wèn)題提供了硬件實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)；本實(shí)用新型通過(guò)差分轉(zhuǎn)單端電路將DDS的差分輸出轉(zhuǎn)換成單端輸出，能夠消除部分共模噪聲，改善信號(hào)質(zhì)量；本實(shí)用新型通過(guò)橢圓濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)低通濾波功能，它能以較低的階數(shù)獲得更窄的過(guò)渡帶寬和較小的阻帶波動(dòng)；本實(shí)用新型通過(guò)大增益變化范圍的程控放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)輸出幅值大幅度的調(diào)節(jié)，在輸出幅值較小時(shí)，能有效抑制噪聲，能保證音頻到射頻段范圍的通帶起伏；本實(shí)用新型通過(guò)時(shí)鐘調(diào)理電路將有源晶振的單端時(shí)鐘輸出調(diào)理為同步兩路DDS的差分時(shí)鐘輸出，消除部分共模噪聲，提高時(shí)鐘信號(hào)質(zhì)量。本實(shí)用新型解決了目前市場(chǎng)上成熟的雙通道信號(hào)源多為非相關(guān)結(jié)構(gòu)，其兩路輸出波形不相干，無(wú)法準(zhǔn)確設(shè)定兩路信號(hào)的相位差的問(wèn)題。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為本實(shí)用新型程控放大電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3為本實(shí)用新型一實(shí)施例時(shí)鐘調(diào)理電路圖；
[0014]圖4為本實(shí)用新型一實(shí)施例差分轉(zhuǎn)單端及低通濾波電路圖；
[0015]圖5為本實(shí)用新型一實(shí)施例前級(jí)差分放大電路圖；
[0016]圖6為本實(shí)用新型一實(shí)施例程控增益放大電路圖；
[0017]圖7為本實(shí)用新型一實(shí)施例數(shù)字衰減器電路圖；
[0018]圖8為本實(shí)用新型一實(shí)施例中間固定增益放大電路圖；
[0019]圖9為本實(shí)用新型一實(shí)施例后級(jí)功率放大電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1所示，本實(shí)用新型一實(shí)施例包括用于配置兩片DDS芯片以及處理人機(jī)交互任務(wù)的微控制器；兩路用于產(chǎn)生頻率和相位可調(diào)的信號(hào)的DDS ;用于消除DDS輸出中的部分共模噪聲的差分轉(zhuǎn)單端電路；用于濾除雜波與減小失真的低通濾波器；用于大幅度調(diào)節(jié)信號(hào)輸出幅值的程控放大電路；用于同步兩路DDS的差分時(shí)鐘輸出的時(shí)鐘調(diào)理電路；用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能的鍵盤(pán)及IXD液晶顯示屏。其中時(shí)鐘調(diào)理電路包括用于產(chǎn)生高精度和高穩(wěn)定度的時(shí)鐘信號(hào)的有源晶振及用于消除時(shí)鐘信號(hào)中部分共模噪聲的單端轉(zhuǎn)差分電路，鍵盤(pán)用于設(shè)置兩路信號(hào)的頻率、相位差及幅度。
[0021]如圖2所示，本實(shí)用新型程控放大器一實(shí)施例由前級(jí)差分放大、程控增益放大、數(shù)字衰減器、中間固定增益放大、后級(jí)功率放大電路依次連接而成。其中程控增益放大由可變?cè)鲆娣糯笈c直流偏置補(bǔ)償連接而成，由DAC給可變?cè)鲆娣糯蠹爸绷髌醚a(bǔ)償提供控制信號(hào)。
[0022]如圖3所示，本實(shí)用新型一實(shí)施例時(shí)鐘調(diào)理電路包括有源晶振Ul、TTL轉(zhuǎn)LVPECL的單端轉(zhuǎn)差分時(shí)鐘分配芯片U2及外圍電路。有源晶振Ul的單端時(shí)鐘輸出分為兩路作為單端轉(zhuǎn)差分時(shí)鐘分配芯片U2的輸入，單端轉(zhuǎn)差分時(shí)鐘分配芯片U2的兩路差分時(shí)鐘輸出作為參考時(shí)鐘提供給兩路DDS。為使兩路DDS的參考時(shí)鐘嚴(yán)格同步，在PCB布局布線時(shí)，兩路參考時(shí)鐘需盡量走等長(zhǎng)線。外圍電路中R1、R2為0Ω的電阻，C1、C2、C3、C4均為電源濾波電容，需盡量靠近芯片的電源引腳，其中Cl、C3為1uF，C2、C4為0.0luF。
[0023]如圖4所示，本實(shí)用新型一實(shí)施例差分轉(zhuǎn)單端及低通濾波電路包括差分接收芯片U3及7階橢圓低通濾波器。DDS的差分輸出作為差分接收芯片U3的輸入信號(hào)，差分接收芯片U3將差分輸入信號(hào)轉(zhuǎn)為單端信號(hào)輸出，然后經(jīng)過(guò)50 Ω的阻抗匹配電阻R3與7階橢圓低通濾波器連接。為保證質(zhì)量，組成7階橢圓低通濾波器的元器件均是高精度的電感電容，L1、L2、L3 的電感值分別為 39nH、39nH、47nH, C5?C15 的電容值分別為 4.7pF、6.8pF、l.5pF、30pF、l.5pF、39pF、2.2pF、39pF、4.7pF、33pF、l.5pF。
[0024]如圖5所示，本實(shí)用新型一實(shí)施例前級(jí)差分放大電路包括全差分運(yùn)放U4及其外圍電路。7階橢圓低通濾波器的輸出通過(guò)50 Ω的匹配電阻R4與前級(jí)差分放大電路相連，全差分運(yùn)放U4將單端信號(hào)轉(zhuǎn)為差分信號(hào)，此差分信號(hào)作為壓控增益放大芯片U5的差分輸入信號(hào)。全差分運(yùn)放U4外圍電路元器件的取值參考芯片手冊(cè)典型應(yīng)用，R5、RlO為68.1 Ω，R6、R9 為 127Ω，R7、R8 為 274 Ω，Rll 為 49.9 Ω，C16 為 0.1uF。
[0025]如圖6所示，本實(shí)用新型一實(shí)施例程控增益放大電路包括DAC控制的可變?cè)鲆娣糯箅娐芳爸绷髌醚a(bǔ)償電路?？勺?cè)鲆娣糯箅娐钒▔嚎卦鲆娣糯笮酒琔5、雙輸出通道DAC芯片U7及外圍電路，壓控增益放大芯片U5的控制電壓由雙輸出通道DAC芯片U7的A路輸出提供；直流偏置補(bǔ)償電路由雙輸出通道DAC芯片U7、低直流輸入偏置電壓的雙運(yùn)放U8、全差分運(yùn)放U6、基準(zhǔn)電壓芯片U9及外圍電路共同實(shí)現(xiàn)。低直流輸入偏置電壓的雙運(yùn)放U8的A路運(yùn)放對(duì)雙輸出通道DAC芯片U7的B路輸出進(jìn)行跟隨，其B路運(yùn)放對(duì)跟隨后的電壓進(jìn)行反相放大，以滿足壓控增益放大芯片U5的放大倍數(shù)改變，其直流偏置會(huì)正負(fù)變化的要求，反相放大后的電壓值作為全差分運(yùn)放U6的共模輸入，抵消壓控增益放大芯片U5的部分直流偏置?；鶞?zhǔn)電壓芯片給低直流輸入偏置電壓的雙運(yùn)放U8提供基準(zhǔn)電壓。
[0026]如圖7所示，本實(shí)用新型一實(shí)施例數(shù)字衰減器電路由數(shù)字隔離器U10、數(shù)字衰減器Ul I及外圍電路組成。數(shù)字隔離器UlO實(shí)現(xiàn)正負(fù)控制電平的轉(zhuǎn)換，數(shù)字衰減器Ul I工作在負(fù)電平模式，對(duì)其輸入信號(hào)衰減15dB。
[0027]如圖8所示，本實(shí)用新型一實(shí)施例中間固定增益放大電路包括電流反饋型運(yùn)放U12及其外圍電路。電流反饋運(yùn)放U12實(shí)現(xiàn)同相放大功能，參考芯片手冊(cè)與實(shí)測(cè)帶寬數(shù)據(jù)，其增益電阻R28取200 Ω，反饋電阻R29取560 Ω。
[0028]如圖9所示，本實(shí)用新型一實(shí)施例后級(jí)功率放大電路由高壓擺率、大輸出電流的運(yùn)放芯片U13及其外圍電路組成。同相放大約4.5倍，增益電阻R31取200 Ω，反饋電阻R32取680 Ω，輸入輸出阻抗匹配電阻R33、R34均取51 Ω。
[0029]本發(fā)明實(shí)施例中，芯片U2-U13的型號(hào)分別為:SN65LVELT22、AD8130、LMH6552、VCA821、LMH6552、TLV5638、0PA2188、LM4040、IS07240、MAADSS0008、0PA695、THS3201。
【權(quán)利要求】
1.一種雙路相位相關(guān)信號(hào)發(fā)生器，包括微控制器，其特征在于，所述微控制器與人機(jī)交互設(shè)備、第一路DDS芯片、第二路DDS芯片連接，所述第一路DDS芯片經(jīng)第一差分轉(zhuǎn)單端電路、第一低通濾波電路與第一程控放大電路連接；所述第二路DDS芯片經(jīng)第二差分轉(zhuǎn)單端電路、第二低通濾波電路與第二程控放大電路連接；所述第一路DDS芯片與第二路DDS芯片均與時(shí)鐘調(diào)理電路連接；所述時(shí)鐘調(diào)理電路的有源晶振與單端轉(zhuǎn)差分電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙路相位相關(guān)信號(hào)發(fā)生器，其特征在于，所述第一、第二差分轉(zhuǎn)單端電路均采用差分接收芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙路相位相關(guān)信號(hào)發(fā)生器，其特征在于，所述第一、第二低通濾波電路均采用橢圓低通濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙路相位相關(guān)信號(hào)發(fā)生器，其特征在于，所述橢圓低通濾波器為7階橢圓低通濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙路相位相關(guān)信號(hào)發(fā)生器，其特征在于，所述第一、第二程控放大電路結(jié)構(gòu)相同；所述第一程控放大電路包括依次連接的前級(jí)差分放大電路、程控增益放大電路、第一數(shù)字衰減器、中間固定增益放大電路、第二數(shù)字衰減器、后級(jí)功率放大電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙路相位相關(guān)信號(hào)發(fā)生器，其特征在于，所述前級(jí)差分放大電路采用全差分運(yùn)放芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙路相位相關(guān)信號(hào)發(fā)生器，其特征在于，所述程控增益放大電路包括壓控增益放大芯片、雙輸出通道DAC芯片、雙運(yùn)放芯片、全差分運(yùn)放芯片和基準(zhǔn)電壓芯片；所述壓控增益放大芯片與所述全差分運(yùn)放芯片連接，所述雙輸出通道DAC芯片B路輸出與所述雙運(yùn)放芯片A路同相輸入端連接，所述雙運(yùn)放芯片B路輸出端與所述全差分運(yùn)放芯片的共模輸入端連接，所述基準(zhǔn)電壓芯片與所述雙運(yùn)放芯片B路同相輸入端連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙路相位相關(guān)信號(hào)發(fā)生器，其特征在于，所述時(shí)鐘調(diào)理電路包括有源晶振和與所述有源晶振連接的單端轉(zhuǎn)差分時(shí)鐘分配芯片。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK204028623SQ201420481247
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】唐立軍, 彭艷云, 鄭隆浩, 溫可游, 賀慧勇, 張春熹 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙理工大學(xué)