專利名稱：?jiǎn)我粫r(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)的大動(dòng)態(tài)數(shù)控高頻信號(hào)捕捉裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是屬于數(shù)控高頻信號(hào)捕捉裝置的制造。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)單一時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)的大動(dòng)態(tài)數(shù)控高頻信號(hào)捕捉裝置的制造尚屬空白(如10KHz-3GHz頻段，被捕捉高頻信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍大于等于130dB)，大動(dòng)態(tài)數(shù)控高頻信號(hào)捕捉裝置完全依賴進(jìn)口。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)多年的模擬高頻信號(hào)捕捉裝置一般均采用多時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)，被捕捉高頻信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍小于等于80dB。目前雖有極少數(shù)采用DDS(數(shù)字直接合成器)IC對(duì)以上裝置加以改進(jìn)，使其可以數(shù)控，但被捕捉高頻信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍仍小于等于90dB，與國(guó)外同類產(chǎn)品動(dòng)態(tài)范圍(一般均大于等于130dB)比較相去甚遠(yuǎn)，無法滿足當(dāng)今國(guó)內(nèi)用戶市場(chǎng)之需求。其產(chǎn)品內(nèi)部組成與連接如

圖1，圖1中A是裝置機(jī)殼、1是高頻信號(hào)輸入裝置、2是高頻混頻器、3是高頻帶通濾波器、4是高頻放大器、5是第一中頻混頻器、6是第一中頻帶通濾波器、7是第一中頻放大器、8是第二中頻混頻器、9是第二中頻帶通濾波器、10是第二中頻放大器、11是捕捉結(jié)果處理輸出裝置、12是CPU、13是DDS、14/21/22是(頻率分別不同的)高穩(wěn)定時(shí)鐘源、15是鑒相器、16是環(huán)路積分器、17是VCO、18是分頻器、19/20是(合成頻率分別不同的)PLL。
1-11依次相連，構(gòu)成高頻信號(hào)捕捉主通道；15、16、17、18依次環(huán)形連接，14連接13，13連接15，13-18共同構(gòu)成經(jīng)典的DDS高頻鎖相掃頻源，并由17連接2接入高頻信號(hào)捕捉主通道；21連接19組成第一點(diǎn)頻源，并由19連接5接入高頻信號(hào)捕捉主通道；22連接20組成第二點(diǎn)頻源，并由20連接8接入高頻信號(hào)捕捉主通道；12分別連接11、13，并完成對(duì)13的數(shù)控和對(duì)11捕捉結(jié)果的處理與輸出控制。因此類裝置工作原理在電子測(cè)量?jī)x器有關(guān)頻譜儀章節(jié)中多有論述，且高頻信號(hào)掃頻源中的13為DDS技術(shù)手冊(cè)推薦標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用，故在這里均不再議，下面僅就現(xiàn)有裝置的缺陷加以簡(jiǎn)要分析因現(xiàn)有元器件水平所限，低相位噪聲點(diǎn)頻源的合成目前采用整數(shù)鎖相環(huán)較為可行，再加上末級(jí)中頻多以3.58、10.7MHz為標(biāo)準(zhǔn)輸出頻率且分頻器多為2的整數(shù)倍、3、5、9、33、65、129倍等的有限離散值，當(dāng)依循現(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)計(jì)掃頻源生成高于被測(cè)頻率的整數(shù)區(qū)間高頻信號(hào)(如下一現(xiàn)有產(chǎn)品實(shí)例中的1.30001GHz-2.3GHz)，而由各點(diǎn)頻源生成對(duì)應(yīng)各中頻濾波器的頻率的差值(如下一現(xiàn)有產(chǎn)品實(shí)例中的1.270GHz、33.58MHz)，特別是最后一級(jí)點(diǎn)頻源，要與前級(jí)中頻濾波器輸出的整數(shù)中頻進(jìn)行混頻，輸出末級(jí)中頻的3.58或10.7MHz標(biāo)準(zhǔn)輸出頻率，當(dāng)各點(diǎn)頻源采用整數(shù)鎖相環(huán)時(shí)，各點(diǎn)頻源的時(shí)鐘源難有公因子(如1.270GHz/n1≠33.58MHz/n2，其中n1、n2為2的整數(shù)倍、3、5、9、33、65、129倍等的有限離散整數(shù)值)，而不得不采用多時(shí)鐘源對(duì)高頻點(diǎn)頻源分別驅(qū)動(dòng)，這樣一來雖然解決了產(chǎn)品設(shè)計(jì)中對(duì)點(diǎn)頻值的設(shè)計(jì)要求問題，但因多時(shí)鐘源之間互不相干，使在窄帶捕捉時(shí)，高頻被捕捉信號(hào)被高頻信號(hào)掃頻源、各點(diǎn)頻源分別非相干調(diào)相，各源調(diào)相誤差的累加使高頻被捕捉信號(hào)在其真實(shí)頻點(diǎn)左右產(chǎn)生“扭動(dòng)”現(xiàn)象，使被捕捉信號(hào)精度、分辨率、動(dòng)態(tài)范圍大大降低。
再者因DDS直接接入高頻信號(hào)掃頻源，使DDS本身噪聲對(duì)高頻信號(hào)掃頻源PLL頻譜輸出產(chǎn)生直接貢獻(xiàn)，嚴(yán)重影響高頻信號(hào)掃頻源頻譜輸出純度，特別使高頻信號(hào)掃頻源相位噪聲指標(biāo)變劣，進(jìn)一步降低整機(jī)捕捉動(dòng)態(tài)范圍。
下面僅舉一現(xiàn)有產(chǎn)品實(shí)例加以說明當(dāng)被捕捉信號(hào)范圍為10KHz-1GHz時(shí)(即1至2輸入的被捕捉信號(hào)頻率范圍為10KHz-1GHz)，3的中心頻率為1.3GHz，6的中心頻率為30MHz，9的中心頻率為3.58MHz，高頻信號(hào)掃頻源17輸出1.30001GHz-2.3GHz的掃頻信號(hào)，第一點(diǎn)頻源的19輸出1.270GHz、21為15.875MHz的TCXO(PLL分頻次數(shù)為80)，第二點(diǎn)頻源20輸出為33.58MHz、22為16.790MHz的TCXO(PLL分頻次數(shù)為2)，14為10.000MHz的TCXO。雖然采用了三只價(jià)格昂貴的TCXO(且非標(biāo)的20、21需定制)、現(xiàn)代最新DDS成果，但高頻信號(hào)捕捉動(dòng)態(tài)范圍僅有90dB。
那么國(guó)產(chǎn)數(shù)控高頻信號(hào)捕捉裝置能否達(dá)到較高捕捉動(dòng)態(tài)范圍呢？答案當(dāng)然是肯定的。
實(shí)用新型的目的本實(shí)用新型的目的是提供一種新型由單一時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)的大動(dòng)態(tài)數(shù)控高頻信號(hào)捕捉裝置技術(shù)解決方案，它不僅使產(chǎn)品成本有所降低，而且極大地提高了數(shù)控高頻信號(hào)捕捉動(dòng)態(tài)范圍。
技術(shù)方案本實(shí)用新型主要由中頻頻率預(yù)生成的高頻信號(hào)捕捉主通道、DDS間接接入PLL高頻信號(hào)掃頻源、兩級(jí)(或多級(jí))點(diǎn)頻源、單一高穩(wěn)定時(shí)鐘源、輔助控制通道和裝置機(jī)殼構(gòu)成，如圖2。圖2中B為裝置機(jī)殼、23為中頻頻率預(yù)生成的高頻信號(hào)捕捉主通道、24為DDS間接接入PLL高頻信號(hào)掃頻源、25為第一點(diǎn)頻源、26為第二點(diǎn)頻源、27為輔助控制通道、28為單一高穩(wěn)定時(shí)鐘源。23分別連接24/25/26/27并共同完成被捕捉高頻信號(hào)的捕捉功能；28分別連接24/25/26完成單一時(shí)鐘源對(duì)掃頻源和各點(diǎn)頻源的統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)；27分別連接23/24并完成對(duì)其數(shù)控、數(shù)據(jù)輸出處理。本實(shí)用新型充分利用DDS這一新型器件性能優(yōu)勢(shì)，采用新型中頻頻率預(yù)生成技術(shù)，使單一時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)成為現(xiàn)實(shí)；同時(shí)采用新型DDS間接接入PLL技術(shù)，使DDS在充分發(fā)揮高頻率分辨率、高頻率精確度、高速動(dòng)態(tài)頻率生成的同時(shí)，大大抑制了DDS本身由于D/A非線性引起輸出頻譜雜散和相位累加截?cái)嘣肼晫?duì)掃頻源的不良影響。
有益效果由于采用上述方案，從本質(zhì)上改進(jìn)了現(xiàn)有裝置的不足，達(dá)到了提高國(guó)產(chǎn)高頻信號(hào)捕捉裝置動(dòng)態(tài)范圍的目的。從而使國(guó)產(chǎn)高頻信號(hào)捕捉裝置動(dòng)態(tài)指標(biāo)在本質(zhì)上得以飛躍。
圖面說明本實(shí)用新型實(shí)用內(nèi)部結(jié)構(gòu)與相互連結(jié)圖如圖3，圖3中C為裝置機(jī)殼、31為高頻信號(hào)輸入裝置、32是高頻混頻器、33是高頻帶通濾波器、34是高頻放大器、35是第一中頻混頻器、36是第一中頻帶通濾波器、37是第一中頻放大器、38是第二中頻混頻器、39是第二中頻帶通濾波器、40是第二中頻放大器、41是捕捉結(jié)果處理輸出裝置、42是CPU、43是DDS、44是TCXO或VCXO、45是鑒相器、46是環(huán)路積分器、47是VCO、48是分頻器、49/50是(合成頻率分別不同的)PLL(其中49構(gòu)成第一點(diǎn)頻源、50構(gòu)成第二點(diǎn)頻源)、51是混頻器、52是低通濾波器、53是時(shí)基分頻器。
31-41依次相連，構(gòu)成中頻頻率預(yù)生成的高頻信號(hào)捕捉主通道，以下簡(jiǎn)稱主通道；45連接46、46連接47、47連接48、48連接51、51連接52、52連接45、53連接45、43連接51，即43、45、46、47、48、51、52、53共同組成DDS間接接入PLL高頻信號(hào)掃頻源，以下簡(jiǎn)稱掃頻源，并由47連接32接入主通道；44構(gòu)成單一高穩(wěn)定時(shí)鐘源并分別連接49/50/43/53，為其提供統(tǒng)一時(shí)鐘基準(zhǔn)，49構(gòu)成第一點(diǎn)頻源并由49連接35接入主通道，50構(gòu)成第二點(diǎn)頻源并由50連接38接入主通道；42構(gòu)成輔助控制通道并分別連接41/43，完成對(duì)43的數(shù)控和對(duì)41捕捉結(jié)果的處理與輸出控制。
本實(shí)用新型雖在整機(jī)總體高頻信號(hào)捕捉機(jī)理上相同于現(xiàn)有裝置，但在主通道、掃頻源和各點(diǎn)頻源驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘基準(zhǔn)之內(nèi)部結(jié)構(gòu)與連接上與現(xiàn)有裝置存在本質(zhì)區(qū)別首先本實(shí)用新型拋棄了現(xiàn)有產(chǎn)品的設(shè)計(jì)技術(shù)方案混頻后的差(中)頻由點(diǎn)頻源生成(如前述一現(xiàn)有產(chǎn)品實(shí)例中的第二中頻3.58MHz，是由第二點(diǎn)頻源33.58MHz與第一中頻放大器輸出30MHz混頻后的差得出，即3.58MHz是在設(shè)計(jì)第二點(diǎn)頻源的33.58MHz時(shí)，由高頻信號(hào)捕捉主通道的后級(jí)點(diǎn)頻源生成)，而采用混頻后的差(中)頻由相對(duì)各級(jí)點(diǎn)頻源的前級(jí)高頻信號(hào)捕捉主通道中的高頻信號(hào)攜帶或預(yù)生成(如本實(shí)用新型運(yùn)用于國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品實(shí)例中的第二中頻3.58MHz，是由第二點(diǎn)頻源30MHz與第一中頻放大器輸出33.58MHz混頻后的差得出，即3.58MHz是由相對(duì)第二點(diǎn)頻源的前級(jí)高頻信號(hào)捕捉主通道中的高頻信號(hào)33.58MHz攜帶或預(yù)生成)，各中頻在高頻信號(hào)捕捉主通道中逐級(jí)預(yù)生成的累加包括所需的所有中頻的小數(shù)部分，最終全部歸結(jié)為由前級(jí)DDS的頻率設(shè)計(jì)數(shù)控47預(yù)先生成，即——使主通道中各中頻信號(hào)于掃頻源信號(hào)生成之初即預(yù)先生成，在與單一高穩(wěn)定時(shí)鐘源成整數(shù)倍的各點(diǎn)頻源分別混頻進(jìn)行頻域相減后直接得到最終設(shè)計(jì)中頻信號(hào)輸出。即f47-f31＝f33f33-f49＝f36f36-f50＝f39f47＝f39+f50+f49+f31f49＝n*f44f50＝m*f44上等式組中f31為被捕捉高頻信號(hào)頻率；f47為掃頻源輸出頻率；f33為高頻帶通濾波器中心頻率；f49為第一點(diǎn)頻源信號(hào)頻率；f36為第一中頻帶通濾波器中心頻率；f50為第二點(diǎn)頻源信號(hào)頻率；f39為第二中頻帶通濾波器中心頻率；f44為單一高穩(wěn)定時(shí)鐘源信號(hào)頻率；n、m為正整數(shù)。
本實(shí)用新型拋棄了現(xiàn)有裝置的中頻信號(hào)頻率由點(diǎn)頻源“生成”之設(shè)計(jì)方法，改為DDS數(shù)控由47預(yù)先生成，這樣保證47在同樣的頻率分辨率情況下，實(shí)現(xiàn)了43、49、50、53共用44-單一高穩(wěn)定時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)，因同一時(shí)鐘源產(chǎn)生的調(diào)相誤差累加相互抵消，便根除了窄帶捕捉時(shí)因采用多時(shí)鐘源而產(chǎn)生的高頻被捕捉信號(hào)“扭動(dòng)”現(xiàn)象，使被捕捉高頻信號(hào)的捕捉動(dòng)態(tài)范圍等指標(biāo)大大得以提高。
同時(shí)本實(shí)用新型采用新型DDS間接接入PLL技術(shù)，即47通過48進(jìn)行分頻后與43的輸出信號(hào)在51中混頻，進(jìn)行頻譜向下搬移，即因DDS輸出頻率除所需基頻外，噪聲功率譜密度一般集中于高于所需基頻的高頻頻譜中，在知曉DDS所有掃頻源合成過程中噪聲頻譜與混頻后各噪聲頻譜高頻區(qū)間的情況下，只要選取與整機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)相適應(yīng)的頻譜向下(向低)搬移量，并兼顧保持45鑒相器較高的鑒相工作頻率，以減少48分頻器的分頻次數(shù)，利于掃頻源的相位噪聲指標(biāo)，符合整機(jī)設(shè)計(jì)要求濾除帶外噪聲即可，并通過低通濾波器52進(jìn)一步濾除帶外噪聲后(當(dāng)然此低通濾波器的設(shè)計(jì)應(yīng)兼顧掃頻源合成響應(yīng)速度整機(jī)設(shè)計(jì)要求統(tǒng)籌考慮)，再與高穩(wěn)定時(shí)鐘分頻信號(hào)-53的輸出在45中完成鑒相，從而構(gòu)成新型DDS間接接入PLL高頻信號(hào)掃頻源，而避免了現(xiàn)有裝置DDS直接接入PLL帶來的不利影響，大大改善了掃頻源頻譜純度，特別使掃頻源相位噪聲指標(biāo)得以提高。(此掃頻源其它部分按經(jīng)典掃頻源設(shè)計(jì)即可，這里不再重復(fù)。)兩項(xiàng)新型技術(shù)的綜合運(yùn)用，從本質(zhì)上改進(jìn)了現(xiàn)有裝置的不足，達(dá)到了提高國(guó)產(chǎn)高頻信號(hào)捕捉裝置動(dòng)態(tài)范圍的目的。
實(shí)現(xiàn)實(shí)用新型方式本實(shí)用新型在具體實(shí)施中為獲得更高動(dòng)態(tài)范圍，某些部件可相應(yīng)增加或替換 .點(diǎn)頻源個(gè)數(shù)可視實(shí)際具體情況之要求選擇2級(jí)或多級(jí)，當(dāng)選擇多級(jí)時(shí)，只要遵循本實(shí)用新型之2級(jí)點(diǎn)頻源設(shè)計(jì)公式依此類推并兼顧通用高頻信號(hào)捕捉裝置點(diǎn)頻源設(shè)計(jì)方法即可。
.為獲得更好點(diǎn)頻源相位噪聲指標(biāo)進(jìn)一步提高整機(jī)捕捉動(dòng)態(tài)范圍，當(dāng)末級(jí)點(diǎn)頻源頻率相對(duì)較低時(shí)，可用較高頻率的高穩(wěn)定時(shí)鐘源直接代替或通過對(duì)較高頻率的高穩(wěn)定時(shí)鐘源分頻代替后級(jí)PLL點(diǎn)頻源，此時(shí)要兼顧前級(jí)掃頻源、點(diǎn)頻源可用此較高頻率的高穩(wěn)定時(shí)鐘源方便實(shí)現(xiàn)即可。
.本實(shí)用新型中42亦可由MCU、DSP、FPGA、PLD、或CPLD等構(gòu)成。
本實(shí)用新型運(yùn)用于前述同類國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品實(shí)例如下當(dāng)被捕捉信號(hào)范圍仍為10KHz-1GHz時(shí)(即31至32輸入的被捕捉信號(hào)范圍為10KHz-1GHz)，33的中心頻率為1.31358GHz，36的中心頻率為33.58MHz，39的中心頻率為3.58MHz，掃頻源47輸出1.31359GHz-2.31358GHz的掃頻信號(hào)，49的輸出頻率為1.28GHz(n＝128)、50的輸出頻率為30MHz(m＝3)、44為10.000MHz的單一TCXO，整機(jī)高頻信號(hào)捕捉裝置動(dòng)態(tài)范圍大于等于130dB。
權(quán)利要求1.一種單一時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)的大動(dòng)態(tài)數(shù)控高頻信號(hào)捕捉裝置，其特征是它主要由中頻頻率預(yù)生成的高頻信號(hào)捕捉主通道、DDS間接接入PLL高頻信號(hào)掃頻源、兩級(jí)或多級(jí)點(diǎn)頻源、單一高穩(wěn)定時(shí)鐘源、輔助控制通道和裝置機(jī)殼構(gòu)成；中頻頻率預(yù)生成的高頻信號(hào)捕捉主通道分別連接DDS間接接入PLL高頻信號(hào)掃頻源、兩級(jí)或多級(jí) 點(diǎn)頻源、輔助控制通道；單一高穩(wěn)定時(shí)鐘源分別連接DDS間接接入PLL高頻信號(hào)掃頻源、兩級(jí)或多級(jí)點(diǎn)頻源；輔助控制通道分別連接中頻頻率預(yù)生成的高頻信號(hào)捕捉主通道、DDS間接接入PLL高頻信號(hào)掃頻源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單一時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)的大動(dòng)態(tài)數(shù)控高頻信號(hào)捕捉裝置，其特征是中頻頻率預(yù)生成的高頻信號(hào)捕捉主通道主要包括高頻信號(hào)輸入裝置、高頻混頻器、高頻帶通濾波器、高頻放大器、第一中頻混頻器、第一中頻帶通濾波器、第一中頻放大器、第中頻混頻器、第中頻帶通濾波器、第二中頻放大器、捕捉結(jié)果處理輸出裝置，并依次連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單一時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)的大動(dòng)態(tài)數(shù)控高頻信號(hào)捕捉裝置，其特征是DDS間接接入PLL高頻信號(hào)掃頻源主要包括鑒相器、環(huán)路積分器、VCO、分頻器、混頻器、DDS、低通濾波器、時(shí)基分頻器；鑒相器分別連接環(huán)路積分器/低通濾波器/時(shí)基分頻器、環(huán)路積分器連接VCO、VCO連接分頻器、混頻器分別連接分頻器/低通濾波器/DDS。
專利摘要本實(shí)用新型屬于單一時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)的大動(dòng)態(tài)數(shù)控高頻信號(hào)捕捉裝置的制造。它主要由中頻頻率預(yù)生成的高頻信號(hào)捕捉主通道、DDS間接接入PLL高頻信號(hào)掃頻源、兩級(jí)(或多級(jí))點(diǎn)頻源、單一高穩(wěn)定時(shí)鐘源、輔助控制通道和裝置機(jī)殼構(gòu)成。在充分利用DDS數(shù)控性能優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，使中頻頻率預(yù)生成技術(shù)與DDS間接接入PLL技術(shù)相結(jié)合，現(xiàn)實(shí)了單一時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)；從本質(zhì)上解決了多時(shí)鐘源窄帶捕捉時(shí)高頻被捕捉信號(hào)產(chǎn)生的“扭動(dòng)”現(xiàn)象，有效抑制了DDS本身噪聲對(duì)掃頻源的不良影響，大大提高了國(guó)產(chǎn)高頻信號(hào)捕捉裝置的信號(hào)捕捉動(dòng)態(tài)范圍等性能指標(biāo)。
文檔編號(hào)H03L7/00GK2545755SQ0122078
公開日2003年4月16日 申請(qǐng)日期2001年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月7日
發(fā)明者符雪濤 申請(qǐng)人:符雪濤