一種小體積、低相噪的寬帶鎖相源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于寬帶鎖相源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種小體積、低相噪的寬帶鎖相源。
【背景技術(shù)】
[0002]寬帶鎖相源是一種主要用于通信、雷達(dá)、電子對(duì)抗和制導(dǎo)儀器等電子系統(tǒng)設(shè)備中的電子部件。在微波接收前端電路中，寬帶鎖相源是其微波變頻和信號(hào)自檢的主要部件之一，描述這種產(chǎn)品性能的主要技術(shù)指標(biāo)有:1)工作頻率帶寬；2)輸出功率；3)雜散；4)相位噪聲；5)電路尺寸；6)功耗。現(xiàn)在寬帶鎖相源的同類(lèi)產(chǎn)品，一種是采取了混頻器和鎖相源混合設(shè)計(jì)方案，這種方案在10-20GHZ頻率內(nèi)的相位噪聲能做到-90dBc/HZ@lkHZ，缺點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、功耗高、成本昂貴；另外一種是用直接鎖相源方案，這種方案在10-20GHZ頻率內(nèi)的相位噪聲只能做到-80dBc/HZ@lkHZ，缺點(diǎn)是相位噪聲差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種可避免出現(xiàn)上述技術(shù)缺陷的小體積、低相噪的寬帶鎖相源。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0005]—種小體積、低相噪的寬帶鎖相源，包括參考驅(qū)動(dòng)放大電路、鑒相器、有源環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、衰減器、功分器、驅(qū)動(dòng)放大器、放大器、高通濾波器和分頻器，其中:
[0006]所述參考驅(qū)動(dòng)放大電路、鑒相器、有源環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、衰減器、功分器、高通濾波器和分頻器依次連接，且所述分頻器與所述鑒相器相連接；
[0007]所述功分器、所述驅(qū)動(dòng)放大器和所述放大器依次連接。
[0008]進(jìn)一步地，所述功分器為兩功分器。
[0009]進(jìn)一步地，所述分頻器為四分頻器。
[0010]進(jìn)一步地，所述寬帶鎖相源還包括電源控制電路。
[0011]本發(fā)明提供的小體積、低相噪的寬帶鎖相源，其顯著優(yōu)點(diǎn)是:1)輸出相位噪聲低，噪聲基底低；2)體積小，采用了直接鎖相源和裸封裝芯片的微組裝工藝；3)工作頻帶寬，輸出頻率為10-20GHZ ;4)頻率步進(jìn)小，頻率步進(jìn)為10MHz ;5)輸出功率高，采用了高增益高飽和輸出功率的放大器芯片，可以很好地滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需要。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)框圖；
[0013]圖2是參考驅(qū)動(dòng)放大電路的電路原理圖；
[0014]圖3是鑒相器的電路原理圖；
[0015]圖4是有源環(huán)路濾波器和壓控振蕩器相連接的電路原理圖；
[0016]圖5是本發(fā)明的微組裝電路原理圖；
[0017]圖6是四分頻器的電路原理圖；
[0018]圖7是電源控制電路的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]如圖1所示，一種小體積、低相噪的寬帶鎖相源，包括鑒相器、有源環(huán)路濾波器(VC0)、壓控振蕩器、衰減器、功分器、驅(qū)動(dòng)放大器、放大器、高通濾波器和分頻器，其中:所述鑒相器、有源環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、衰減器、功分器、高通濾波器和分頻器依次連接，且所述分頻器與所述鑒相器相連接；所述功分器、所述驅(qū)動(dòng)放大器和所述放大器依次連接。所述功分器為兩功分器。所述分頻器為四分頻器。所述寬帶鎖相源還包括電源控制電路。所述電源控制電路分別與鑒相器、壓控振蕩器、驅(qū)動(dòng)放大器、放大器和分頻器相連接。電源控制電路為整個(gè)寬帶鎖相源提供電能。
[0021]本發(fā)明的輸入?yún)⒖碱l率為100MHz，輸入功率為0±3dBm，輸入相位噪聲小于等于-150dBc/HZ@lkHZ ;鎖相源輸出頻率為10-20GHz，其他主要技術(shù)指標(biāo)有:1)輸出功率大于等于15dBm ；2)頻率步進(jìn)為10MHz ；3)相位噪聲小于等于-90dBc/Hz@lkHz ；4)雜散小于等于-65dBc ；5)尺寸 45.5X54.5X15 毫米。
[0022]如圖2所示，輸入功率0±3dBm的參考頻率100MHz通過(guò)放大器U1進(jìn)行放大，U1選用NBB300，增益多13dB，保證參考頻率的輸出多8dBm，這是鑒相器相位噪聲對(duì)參考頻率功率的最小值，參考頻率從A點(diǎn)輸出。
[0023]如圖3所示，圖3中的A點(diǎn)與圖2中的A點(diǎn)相連接，鑒相器U4選用ANALOG公司的HMC704LP4E，該芯片工作頻率最高達(dá)8GHz，小數(shù)模式下歸一化噪聲基底為-230dBc/Hz，鑒相頻率最高為100MHz，鑒相器的輸出的近端相位噪聲由歸一化噪聲基底、鑒相頻率、輸出頻率決定，在輸出頻率固定的條件下，歸一化噪聲基底越低鑒相頻率越高，輸出的相位噪聲就越小，在本發(fā)明中，鑒相器的鑒相頻率用100MHz，控制鑒相器工作在小數(shù)模式的B模式(鑒相器在小數(shù)模式分A模式和B模式)。理論計(jì)算鑒相器在輸出20GHz時(shí)的相位噪聲輸出為:
[0024]Fpll= F fn+201ogl0 (fvco) -lOloglO (fpd) = -230+206-80 = 104dBc/Hz@lkHz，
[0025]其中，F(xiàn)Pa為鑒相器的相位噪聲，F(xiàn) fni為HMC704LP4E歸一化噪聲基底，f vJi控振蕩器的輸出頻率，fpd鑒相器的參考頻率。
[0026]鑒相器的參考頻率輸入端用100歐姆的匹配電阻R3匹配到地，鑒相器把從圖6中反饋的頻率N(反向信號(hào))和P(正向信號(hào))與鑒相頻率比較產(chǎn)生鑒相電流從圖3的CP端流出。
[0027]圖3的CP端連接圖4的CP輸入端，圖4中的電阻R4、R5、R6、電容C6、C7、C9、C10和運(yùn)算放大器U2組成有源環(huán)路濾波器，其作用一是濾掉鑒相器輸出上產(chǎn)生的寄生雜散，二是將CP端輸出的鑒相電流轉(zhuǎn)換為調(diào)諧電壓控制壓控振蕩器U3的調(diào)諧端，兼顧10kHz和100kHz的相位噪聲有源環(huán)路濾波器環(huán)路帶寬設(shè)計(jì)為300kHz，運(yùn)算放大器U2用噪聲低的0P284ESZ，U2的供電為-5V和+24V，圖4中R1 = R2 = 1000 Ω，給運(yùn)算放大器U2提供基準(zhǔn)電壓，R4 為 1000 Ω，R5 為 180 Ω，R6 為 240 Ω，C7 為 100Pf，C9 為 6.8nF，C10 為 200pF，C6為180pF。圖4中壓控振蕩器U3為HMC733LC4B，工作頻率10_20GHz，工作電壓+5V，調(diào)諧電壓范圍-2?+24V，壓控振蕩器U3的頻率從圖4中VCO端輸出。
[0028]圖4中VC0端輸出連接圖5的VC0端，圖5的器件選用小尺寸的裸封裝芯片，有效的減小了寬帶鎖相源的尺寸，圖5中VC0端接U5衰減器，衰減器的型號(hào)為ATN3590-2，尺寸為0.686 X 0.737毫米，其作用是匹配圖4中壓控振蕩器U3的輸出駐波。圖5中U5輸出連接U9功分器，型號(hào)是BW494，尺寸為l.0lx 0.8x 0.1mm，工作頻率為6_20GHz，隔離度彡15dB，其作用是將VC0輸出信號(hào)功分兩路輸出，一路信號(hào)進(jìn)反饋支路圖5中U6輸入端，U6為高通濾波器，型號(hào)是BWHF-8G，其性能特點(diǎn)為:1)通帶頻率是8?20GHz ;2)通帶插損3.0dB ;3)阻帶衰減:^ 20dBi6.8GHz ；^40dBi6.2GHz ；4)駐波比..( 1.5。高通濾波器的輸出連接圖6中的四分頻器，工作頻率是10-20GHZ，經(jīng)過(guò)四分頻后輸出2.5_5GHz，高通濾波器的作用是濾掉分頻器反向泄露的2.5-5GHZ的雜散。功分器另外一路信號(hào)進(jìn)入圖5中的U7輸入端，U7型號(hào)為HMC462放大器，尺寸3.0x 1.3x 0.1mm，增益15dB，飽和功率15dBm，作用是將信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大，是最后一級(jí)放大器U8進(jìn)入飽和功率輸出。放大后的信號(hào)進(jìn)圖5中的U8，U8型號(hào)為HMC451放大器，尺寸為1.35x 1.35x 0.1mm，增益為20dB，飽和輸出功率為22dBm，VC0的輸出經(jīng)過(guò)U9功分器后輸出功率為_(kāi)6dBm，經(jīng)過(guò)U7放大后輸出9dBm，所以放大器U8飽和22dBm輸出，大于要求的15dBm輸出。
[0029]圖5中高通濾波器U6濾波后從B端輸出，連接到圖6的B端，圖6的U10為四分頻器，型號(hào)是ADF5001BCPZ，信號(hào)單端輸入差分輸出，輸入功率要求-lOdBm?+10dBm，差分輸出功率彡-lOdBm，滿(mǎn)足圖3中鑒相器U4的差分反饋輸入功率要求。ADF5001BCPZ的反向泄露是_60dBm，經(jīng)過(guò)圖5中U6高通濾波后輸出-lOOdBm，再經(jīng)圖5中U9功分器隔離變?yōu)?115dBm，在經(jīng)圖5中U7、U8放大35dB后輸出-80dBm，四分頻的雜散泄露到鎖相源輸出端功率為-80dBm，滿(mǎn)足雜散指標(biāo)要求。圖6的U10的差分信號(hào)N端和P端分別對(duì)應(yīng)圖3中N端和P端，使分頻后的信號(hào)輸入到鑒相器的射頻反饋輸入端。
[0030]圖2到圖6的供電和圖3中鑒相器的串行加載都是由圖7控制電路完成的，寬帶鎖相源模塊由+6V、-5V、+25V供電，結(jié)合圖7，圖7中+25V輸入經(jīng)過(guò)L2的磁珠濾電源上的紋波，輸入低壓差穩(wěn)壓器U14，U14型號(hào)LT3060LTS，輸出紋波小、噪聲低，穩(wěn)壓到+24V輸出，給圖4中的U2供電。圖7中+6V輸入經(jīng)過(guò)L1的磁珠濾電源上的紋波，輸入到U12穩(wěn)壓到+5V輸出，U12型號(hào)為ADM7150ARDZ-5.0-R7，輸出紋波小、噪聲低，模塊內(nèi)所有+5V都是從這里給出的。U11穩(wěn)壓器ADP150AUJZ-3.3-R7把+5V穩(wěn)壓到3.3V輸出給圖3中的3.3V供電。圖7中的微控制器U13采用ATMEGA8L-8AU，一是通過(guò)SPI (串行控制總線)接收外部的頻率控制碼；二是通過(guò)LE、DATA、CLK連接圖3中對(duì)應(yīng)的LE、DATA、CLK，加載圖3中U4的寄存器來(lái)控制輸出頻率。
[0031]本發(fā)明提供的小體積、低相噪的寬帶鎖相源，其顯著優(yōu)點(diǎn)是:1)輸出相位噪聲低，噪聲基底低；2)體積小，采用了直接鎖相源和裸封裝芯片的微組裝工藝；3)工作頻帶寬，輸出頻率為10-20GHZ ;4)頻率步進(jìn)小，頻率步進(jìn)為10MHz ;5)輸出功率高，采用了高增益高飽和輸出功率的放大器芯片，可以很好地滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需要。
[0032]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種小體積、低相噪的寬帶鎖相源，其特征在于，包括參考驅(qū)動(dòng)放大電路、鑒相器、有源環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、衰減器、功分器、驅(qū)動(dòng)放大器、放大器、高通濾波器和分頻器，其中: 所述參考驅(qū)動(dòng)放大電路、鑒相器、有源環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、衰減器、功分器、高通濾波器和分頻器依次連接，且所述分頻器與所述鑒相器相連接。 所述功分器、所述驅(qū)動(dòng)大器和所述放大器依次連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小體積的鎖相源，其特征在于，所述功分器為兩功分器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小體積的鎖相源，其特征在于，所述分頻器為四分頻器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小體積的鎖相源，其特征在于，所述寬帶鎖相源還包括電源控制電路。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種小體積、低相噪的寬帶鎖相源，包括參考驅(qū)動(dòng)放大電路、鑒相器、有源環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、衰減器、功分器、驅(qū)動(dòng)放大器、放大器、高通濾波器和分頻器，其中：參考驅(qū)動(dòng)放大電路、鑒相器、有源環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、衰減器、功分器、高通濾波器和分頻器依次連接，且分頻器與鑒相器相連接；功分器、驅(qū)動(dòng)放大器和放大器依次連接。本發(fā)明提供的小體積、低相噪的寬帶鎖相源，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：1)輸出相位噪聲低，噪聲基底低；2)體積小，采用了直接鎖相源和裸封裝芯片的微組裝工藝；3)工作頻帶寬；4)頻率步進(jìn)??；5)輸出功率高，采用了高增益高飽和輸出功率的放大器芯片，可以很好地滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需要。
【IPC分類(lèi)】H03L7/099, H03L7/08
【公開(kāi)號(hào)】CN105306051
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510814279
【發(fā)明人】李希密, 尹紅波
【申請(qǐng)人】揚(yáng)州?？齐娮涌萍加邢薰?br>【公開(kāi)日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年11月21日