一種超短波跳頻電臺(tái)用頻率合成器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及頻率合成器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及一種超短波跳頻電臺(tái)用頻率合成器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，適用于換頻速率快，低雜散低相噪等技術(shù)指標(biāo)要求下的小型通信設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著通信技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)通信設(shè)備無(wú)論是在性能與便攜性上都有越來(lái)越高的要求，因此人們對(duì)頻率源的要求也越來(lái)越高，需要實(shí)現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換速度快、低雜散低相噪、集成度高的頻率合成器，但是，目前的頻率合成器還難以滿(mǎn)足上述需求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提出一種超短波跳頻電臺(tái)用頻率合成器，本實(shí)用新型在154?212MHz的頻帶內(nèi)具有高跳速和良好的相位噪聲和雜散性能，并適用于在一 IC上實(shí)現(xiàn)集成。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0005]一種超短波跳頻電臺(tái)用頻率合成器，包括:晶振、R分頻器、鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、K分頻器、以及分?jǐn)?shù)分頻器，R和K分別為大于O的自然數(shù)；所述晶振的輸出端電連接R分頻器的輸入端，所述R分頻器的輸出端電連接鑒相器的第一輸入端，所述鑒相器的輸出端電連接電荷泵的輸入端；所述電荷泵的輸出端電連接環(huán)路濾波器的輸入端，所述環(huán)路濾波器的輸出端電連接壓控振蕩器的輸入端；所述壓控振蕩器的輸出端分別電連接K分頻器的輸入端和分?jǐn)?shù)分頻器的輸入端，所述分?jǐn)?shù)分頻器的輸出端電連接所述鑒相器的第二輸入端，所述分?jǐn)?shù)分頻器的輸出信號(hào)頻率為其輸入信號(hào)頻率的P倍，P大于I ;所述K分頻器的輸出端輸出的信號(hào)的頻率為所述頻率合成器輸出頻率。
[0006]本實(shí)用新型的特點(diǎn)和進(jìn)一步改進(jìn)在于:
[0007]所述壓控振蕩器的兩端并聯(lián)有開(kāi)關(guān)電容陣列。
[0008]所述開(kāi)關(guān)電容陣列由多個(gè)并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電容支路組成，每個(gè)開(kāi)關(guān)電容支路并聯(lián)接在所述壓控振蕩器的兩端，所述每個(gè)開(kāi)關(guān)電容支路由一個(gè)電容和一個(gè)開(kāi)關(guān)串接而成；
[0009]所述超短波跳頻電臺(tái)用頻率合成器還包括FPGA、以及用于控制開(kāi)關(guān)電容陣列的每個(gè)開(kāi)關(guān)的通斷的數(shù)字寄存器，所述FPGA的時(shí)鐘輸入端電連接所述晶振的輸出端，所述FPGA的寄存器控制信號(hào)輸出端電連接所述數(shù)字寄存器的控制端。
[0010]所述R分頻器、鑒相器、電荷泵、壓控振蕩器、K分頻器和分?jǐn)?shù)分頻器集成在同一個(gè)IC芯片上。
[0011]所述晶振為溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，所述環(huán)路濾波器為低通濾波器。
[0012]所述晶振的頻率為50MHz，對(duì)于所述分?jǐn)?shù)分頻器，P的整數(shù)部分的取值范圍為20至524284 ;對(duì)于所述K分頻器，K = I或K = 2，4，6，…62。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果為:本實(shí)用新型的高集成性鎖相環(huán)可以大大提升超短波設(shè)備的便攜性。同時(shí)，具有更好的相噪與雜散指標(biāo)；對(duì)集成壓控的改進(jìn)提升了寬頻段內(nèi)的頻率鎖定時(shí)間，更適用于快速跳頻系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的一種超短波跳頻電臺(tái)用頻率合成器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本實(shí)用新型的電荷泵的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為本實(shí)用新型的壓控振蕩器的外部連接示意圖；
[0017]圖4為本實(shí)用新型中FPGA控制數(shù)字寄存器的配置時(shí)序圖；
[0018]圖5a為本實(shí)用新型在頻率跨度為IMHz時(shí)的輸出頻譜測(cè)試圖；
[0019]圖5b為本實(shí)用新型在頻率跨度為200KHZ時(shí)的輸出頻譜測(cè)試圖；
[0020]圖5c為本實(shí)用新型在頻率跨度為50KHz時(shí)的輸出頻譜測(cè)試圖；
[0021]圖6為本實(shí)用新型的相位噪聲測(cè)試結(jié)果示意圖；
[0022]圖7a為本實(shí)用新型的壓控振蕩器采用手動(dòng)校準(zhǔn)方式時(shí)頻率合成器的鎖定時(shí)間的第一測(cè)試示意圖；
[0023]圖7b為本實(shí)用新型的壓控振蕩器采用自動(dòng)校準(zhǔn)方式時(shí)頻率合成器的鎖定時(shí)間的測(cè)試示意圖；
[0024]圖7c為本實(shí)用新型的壓控振蕩器采用手動(dòng)校準(zhǔn)方式時(shí)頻率合成器的鎖定時(shí)間的第二測(cè)試示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0026]參照?qǐng)D1，為本實(shí)用新型的一種超短波跳頻電臺(tái)用頻率合成器的結(jié)構(gòu)示意圖。該超短波跳頻電臺(tái)用頻率合成器包括晶振，晶振選用50MHz溫度補(bǔ)償晶體振蕩器。對(duì)于超短波跳頻系統(tǒng)，高精度、高穩(wěn)定度的頻率源的選擇是非常重要的，決定了跳頻的同步能力，因此本實(shí)用新型選擇帶有熱敏電阻補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的溫補(bǔ)振蕩器以提高晶振的溫度穩(wěn)定度。同時(shí)為了保證鎖相環(huán)的相噪指標(biāo)，要求所選晶振相噪指標(biāo)不大于-158dBc/HZ@10kHZ。
[0027]本實(shí)用新型實(shí)施例中，上述超短波跳頻電臺(tái)用頻率合成器還包括R分頻器，R為大于O的自然數(shù)，R分頻器的輸入端電連接所述晶振的輸出端。R分頻器用于對(duì)晶振輸出的信號(hào)進(jìn)行分頻，將晶振輸出信號(hào)的頻率表示為fMf，將R分頻器輸出信號(hào)的頻率表示為fpd，則fpd= fref/Ro R分頻器由除法器實(shí)現(xiàn)，R分頻器由14位寄存器控制，寄存器數(shù)值可在I?16383范圍內(nèi)變化，因此R分頻器可以輸出多種不同的頻率。
[0028]本實(shí)用新型實(shí)施例中，上述超短波跳頻電臺(tái)用頻率合成器還包括鑒相器(ro)，鑒相器具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，鑒相器的第一輸入端電連接上述R分頻器的輸出端(R分頻器的輸出端輸出信號(hào)的頻率耦合到鑒相器)，R分頻器的輸出端用于提供鎖相環(huán)的比較頻率。上述超短波跳頻電臺(tái)用頻率合成器還包括電荷泵，鑒相器的輸出端電連接電荷泵的輸入端。參照?qǐng)D2，為本實(shí)用新型的電荷泵的結(jié)構(gòu)示意圖。電荷泵由4個(gè)可編程電流源組成(圖2中帶箭頭的圓圈)，其中兩個(gè)可編程電流源用于控制電荷泵增益，另外兩個(gè)可編程電流源用于控制電荷泵增益補(bǔ)償。電荷泵增益和電荷泵增益補(bǔ)償由24bit寄存器控制。由于R分頻器由除法器實(shí)現(xiàn)，因此在需要分?jǐn)?shù)分頻時(shí)電荷泵電流補(bǔ)償控制功能起作用。同時(shí)通過(guò)寄存器控制，電荷泵增益以20uA步進(jìn)在0-2.54mA范圍內(nèi)變化，典型增益選擇在2-2.54mA,若電流增益小于1mA，將會(huì)降低集成鎖相環(huán)的相位噪聲。在分?jǐn)?shù)分頻模式，電流增益的非線性會(huì)降低集成鎖相環(huán)的相噪和雜散性能，因此需要通過(guò)電荷泵補(bǔ)償電流源來(lái)消除這種非線性特征。
[0029]本實(shí)用新型實(shí)施例中，電荷泵的輸出端電連接有環(huán)路濾波器，環(huán)路濾波器為低通濾波器，環(huán)路濾波器用于對(duì)電荷泵的輸出信號(hào)進(jìn)行低通濾波。本實(shí)用新型實(shí)施例還設(shè)置有壓控振蕩器、K分頻器、以及分?jǐn)?shù)分頻器，其中，K為大于I的自然數(shù)；環(huán)路濾波器的輸出端電連接壓控振蕩器的輸入端。壓控振蕩器為可控分段調(diào)節(jié)型壓控振蕩器，可控分段調(diào)節(jié)型壓控振蕩器是一個(gè)帶有數(shù)字可選電容組的壓控振蕩器，這實(shí)現(xiàn)了通過(guò)切換電容來(lái)調(diào)節(jié)壓控指定的中心頻率。具體地說(shuō)，參照?qǐng)D3，為本實(shí)用新型的壓控振蕩器的外部連接示意圖。壓控振蕩器的兩端并聯(lián)有開(kāi)關(guān)電容陣列，開(kāi)關(guān)電容陣列由多個(gè)并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電容支路組成(在圖3中畫(huà)出了 4個(gè)并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電容支路)，每個(gè)開(kāi)關(guān)電容支路并聯(lián)接在所述壓控振蕩器的兩端，所述每個(gè)開(kāi)關(guān)電容支路由一個(gè)電容和一個(gè)開(kāi)關(guān)串接而成。開(kāi)關(guān)電容陣列中每個(gè)開(kāi)關(guān)的通斷可由數(shù)字寄存器實(shí)現(xiàn)。圖3中的開(kāi)關(guān)電容陣列包括第一電容Cl至第四電容C4、以及第一開(kāi)關(guān)Kl至第四開(kāi)關(guān)K4。壓控振蕩器并聯(lián)接有振蕩回路；所述振蕩回路包括第一變?nèi)荻O管V1、第二變?nèi)荻O管V2、第五電容C5、第六電容C6、第一電感LI組成，第一電感LI并聯(lián)接在壓控振蕩器的兩端，第五電容C5、第一變?nèi)荻O管V1、第二變?nèi)荻O管V2以及第六電容C6依次串接后并聯(lián)接在壓控振蕩器的兩端，第一變?nèi)荻O管Vl的陽(yáng)極電連接第五電容C5，第一變?nèi)荻O管Vl的陰極電連接第二變?nèi)荻O管V2的陰極，第二變?nèi)荻O管V2的陽(yáng)極電連接第六電容C6。此時(shí)，環(huán)路濾波器的輸出端電連接第一變?nèi)荻O管Vl的陰極和第二變?nèi)荻O管V2的陰極的公共節(jié)點(diǎn)。
[0030]本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述壓控振蕩器為分段可調(diào)壓控，如圖3所示，開(kāi)關(guān)電容陣列中每個(gè)開(kāi)關(guān)的通斷由數(shù)字寄存器(即圖3中的分段控制寄存器)實(shí)現(xiàn)，數(shù)字寄存器控制對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)通斷，從而可以控制對(duì)應(yīng)電容的接入和移除，以此來(lái)改變?cè)谕豢刂齐妷合碌逆i定頻率段，實(shí)現(xiàn)寬頻段的快速鎖定，滿(mǎn)足設(shè)備的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間要求。分段可調(diào)壓控是帶有數(shù)字可控電容組的壓控振蕩器，通過(guò)調(diào)節(jié)電容的接入和斷開(kāi)來(lái)調(diào)節(jié)常規(guī)壓控的中心頻率。分段可調(diào)壓控技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)將所要的輸出頻率設(shè)置為壓控的中心頻率，同時(shí)保證變?nèi)荻O管的調(diào)節(jié)電壓優(yōu)先選擇電荷泵1/2最大電壓附近的電壓值。這使得鎖相環(huán)電荷泵在低調(diào)節(jié)電壓和低調(diào)制靈敏度的的情況下可調(diào)節(jié)壓控的全段，從而實(shí)現(xiàn)全段頻率的快速跳變。電容組的接入和斷開(kāi)可由寄存器控制。
[0031]本實(shí)用新型中，上述超短波跳頻電臺(tái)用頻率合成器還包括FPGA，F(xiàn)PGA的時(shí)鐘輸入端電連接所述晶振的輸出端，這樣，晶振為FPGA提供50MHz的工作時(shí)鐘。上述R分頻器、鑒相器、電荷泵、壓控振蕩器、K分頻器和分?jǐn)?shù)分頻器集成在同一個(gè)IC芯片上，有助于減小頻率合成器的體積，環(huán)路濾波器位于該IC芯片外。FPGA用于控制IC芯片的數(shù)字寄存器。通過(guò)外部主控模塊控制FPGA輸入頻率字，F(xiàn)PGA根據(jù)輸入頻率字計(jì)算出不同頻率鎖相環(huán)所需要的寄存器值，通過(guò)SPI 口送入IC芯片的數(shù)字寄存器中。選擇FPGA控制寄存器是因?yàn)镕PGA運(yùn)行速度快，編程簡(jiǎn)易，1 口多，芯片內(nèi)部集成了很多有用的模塊，可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，這些特點(diǎn)使得使用FPGA不但能完成寄存器的控制功能，同時(shí)還可以完成許多復(fù)雜功能，比如高速調(diào)頻，從而有益于擴(kuò)展設(shè)計(jì)功能。
[0032]本實(shí)用新型實(shí)施例中，第五電容C5、第一電感LI和壓控振蕩器的公共節(jié)點(diǎn)分別電連接K分頻器的輸入端和分?jǐn)?shù)分頻器的輸入端，分?jǐn)?shù)分頻器的輸出端電連接所述鑒相器的第二輸入端，分?jǐn)?shù)分頻器的輸入信號(hào)頻率為其輸出信號(hào)頻率的P倍，P大于I且P可以是分?jǐn)?shù)；1(分頻器的輸出端輸出的信號(hào)的頻率為所述頻率合成器輸出頻率。K分頻器用于將鎖定高頻分頻得到寬頻段頻率范圍，實(shí)現(xiàn)降低相位噪聲，擴(kuò)寬頻段的目的。分?jǐn)?shù)分頻器通過(guò)集成芯片的數(shù)字寄存器控制其系數(shù)可變，用于控制可變頻率。本實(shí)用新型實(shí)施例中，壓控振蕩器的輸出信號(hào)分為兩路輸出，其中一路送入分?jǐn)?shù)分頻器進(jìn)行非整數(shù)分頻處理，經(jīng)分?jǐn)?shù)分頻器處理后的信號(hào)送入鑒相器的第二輸入端，鑒相器完成鑒相比