一种小型化锁相频率源电路的动态相位噪声补偿方法和电路与流程

本发明涉及锁相频率源电路，尤其是一种小型化锁相频率源电路的动态相位噪声补偿方法和电路。

背景技术：

随着电子技术的不断发展，锁相频率源作为频率参考源，被广泛应用于雷达、导航、通信等设备中。作为电子设备的“心脏”，其应用环境逐渐由静态平台拓展到卫星、导弹、战斗机等动态平台。频率源系统由石英晶体振荡器、锁相环、vco、环路滤波器组成。其中石英晶体振荡器是加速度敏感器件，在加速度环境下晶体的振荡频率会不稳定。在动态环境下锁相源的会受到外界振动、冲击等加速度作用力的影响，最终会造成锁相频率源输出信号相位噪声恶化。整个系统输出的频率信号在不同的振动应用环境下，其相位噪声会恶化10db到50db以上。此种量级的相位噪声恶化会造成电子系统性能下降，甚至无法工作的情况。同时随着电子设备向高集成度、小型化发展的特点，锁相频率源广泛使用的各种隔振减震器的方式极大的制约了小型化设计的要求。

技术实现要素：

本发明针对小型化锁相频率源振动条件下对相位噪声恶化的难题，提供一种小型化锁相频率源电路动态相位噪声补偿方法和电路。

本发明提供的一种小型化锁相频率源电路的动态相位噪声补偿电路，所述锁相频率源电路包括晶振、鉴相器、环路滤波器和压控振荡器；所述动态相位噪声补偿电路，包括：第一加速度传感器、第二加速度传感器、加法器和fpga；晶振、环路滤波器、加法器和压控振荡器依次连接；第一加速度传感器紧贴晶振；第二加速度传感器紧贴压控振荡器；第一加速度传感器、第二加速度传感器、加法器均连接至fpga。

本发明还提供一种小型化锁相频率源电路的动态相位噪声补偿方法，包括如下步骤：

步骤1，建立晶振的输出频率和环路带宽的关系表；

步骤2，fpga根据所述关系表修改第一加速度传感器的响应带宽；

步骤3，根据第一加速度传感器和第二加速度传感器实时采集的加速度，得到加速度灵敏度矢量与相位噪声的关系；

步骤4，根据加速度灵敏度矢量与相位噪声的关系建立相位噪声模型；

步骤5，根据相位噪声模型，分别计算晶振和压控振荡器的补偿电压；

步骤6，根据晶振和压控振荡器的补偿电压，建立电压补偿等效公式。

其中，所述步骤1的方法为：通过测量晶振的不同输出频率的环路带宽，建立晶振的输出频率和环路带宽的关系表。

其中，所述步骤2中，fpga修改的第一加速度传感器的响应带宽等于当前环路带宽。

其中，所述步骤3中，fpga根据第一加速度传感器和第二加速度传感器实时采集的加速度，得到的加速度灵敏度矢量与相位噪声的关系为：

式中，是加速度灵敏度矢量，1/g；

l(fm)为相位噪声；

是振动加速度矢量，g；

fv表示振动频率，hz；

f0是无加速度时的输出频率，hz。

其中，所述步骤4中，根据加速度灵敏度矢量与相位噪声的关系建立的相位噪声模型为：

式中，l(fm)为相位噪声；

fref是晶振的输出频率；

fvco是压控振荡器的输出频率；

fcl为环路带宽；

pn为鉴相器的基底噪声。

其中，所述步骤5中，根据相位噪声模型，分别计算晶振和压控振荡器的补偿电压的计算公式如下：

晶振的补偿电压：

压控振荡器的补偿电压：

式中，是晶振的加速度灵敏度矢量；

是压控振荡器的加速度灵敏度矢量；

是晶振的振动加速度矢量；

是压控振荡器的振动加速度矢量；

kref是晶振的压控灵敏度；

kvco是压控振荡器的压控灵敏度；

f0是无加速度时的输出频率。

其中，所述步骤6中，根据晶振和压控振荡器的补偿电压，建立的电压补偿等效公式为：

vc＝vvcocl+vrefcmn

式中，vrefc为晶振的补偿电压；

vvcoc为压控振荡器的补偿电压；

n是锁相环分频比；

l，m为加权系数。

进一步地，步骤6中加权系数的计算方法如下：

式中，n表示工况总数；

i表示第i个工况；

ci为振动频率影响因子；

γvi(a)为压控振荡器在不同振动频率下的加速度灵敏度；

γoi(a)为晶振在不同振动频率下的加速度灵敏度；

a为振动加速度值。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明通过实时读取晶振和压控振荡器的加速度值，建立电压补偿等效公式，具有相应速度快、补偿准确的优点。

2、本发明由于不需要复杂的减振结构，因此可以兼顾锁相频率源小型化设计的要求，最终锁相频率源振动条件下的相位噪声恶化将大大降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的小型化锁相频率源电路的动态相位噪声补偿电路原理图。

图2为本发明的小型化锁相频率源电路的动态相位噪声补偿方法流程图。

图3为应用本发明的小型化锁相频率源电路的补偿效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例提供的一种小型化锁相频率源电路的动态相位噪声补偿电路，所述锁相频率源电路包括晶振、鉴相器、环路滤波器和压控振荡器；所述动态相位噪声补偿电路，包括：第一加速度传感器、第二加速度传感器、加法器和fpga；晶振、环路滤波器、加法器和压控振荡器依次连接；第一加速度传感器紧贴晶振；第二加速度传感器紧贴压控振荡器；第一加速度传感器、第二加速度传感器、加法器均连接至fpga。

基于上述的小型化锁相频率源电路的动态相位噪声补偿电路，本实施例还提供一种小型化锁相频率源电路的动态相位噪声补偿方法，如图2所示，包括如下步骤：

步骤1，建立晶振的输出频率和环路带宽的关系表；

锁相频率源电路在环路参数固定的情况下，当输出频率变化，相应的n分频比改变将会引起环路带宽fcl改变。因此在本实施例中，可以通过测量晶振的不同输出频率的环路带宽，建立晶振的输出频率和环路带宽的关系表。

步骤2，fpga根据所述关系表修改第一加速度传感器的响应带宽；

在本实施例中，fpga修改的第一加速度传感器的响应带宽等于当前环路带宽。fpga根据所述关系表修改第一加速度传感器的响应带宽，可以确保因锁相频率源电路的输出频率变化引起环路带宽相应变化的情况下，第一加速度传感器能够准确的测量实时加速度值。

步骤3，根据第一加速度传感器和第二加速度传感器实时采集的加速度，得到加速度灵敏度矢量与相位噪声的关系；

其中，得到的加速度灵敏度矢量与相位噪声的关系为：

式中，是加速度灵敏度矢量，1/g；

l(fm)为相位噪声；

是振动加速度矢量，g；

fv表示振动频率，hz；

f0是无加速度时的输出频率，hz。

步骤4，根据加速度灵敏度矢量与相位噪声的关系建立相位噪声模型；

其中，建立的相位噪声模型为：

式中，l(fm)为相位噪声；

fref是晶振的输出频率；

fvco是压控振荡器的输出频率；

fcl为环路带宽；

pn为鉴相器的基底噪声。

步骤5，根据相位噪声模型，分别计算晶振和压控振荡器的补偿电压；

晶振和压控振荡器的补偿电压的计算公式如下：

晶振的补偿电压：

压控振荡器的补偿电压：

式中，是晶振的加速度灵敏度矢量；

是压控振荡器的加速度灵敏度矢量；

是晶振的振动加速度矢量；

是压控振荡器的振动加速度矢量；

kref是晶振的压控灵敏度；

kvco是压控振荡器的压控灵敏度；

f0是无加速度时的输出频率。

步骤6，根据晶振和压控振荡器的补偿电压，建立电压补偿等效公式。

其中，建立的电压补偿等效公式为：

vc＝vvcocl+vrefcmn

式中，vrefc为晶振的补偿电压；

vvcoc为压控振荡器的补偿电压；

n是锁相环分频比；

l，m为加权系数。

其中，步骤6中加权系数的计算方法如下：

式中，n表示工况总数；

i表示第i个工况；

ci为振动频率影响因子；

γvi(a)为压控振荡器在不同振动频率下的加速度灵敏度；

γoi(a)为晶振在不同振动频率下的加速度灵敏度；

a为振动加速度值。

如图3所示，应用本发明的小型化锁相频率源电路的补偿效果图(振动频率为10～100hz，振动量级4g²/hz，输出频率为700mhz)，其中，深色曲线为本发明的补偿曲线，由图可知，通过实时读取晶振和压控振荡器的加速度值，利用建立的电压补偿等效公式，可以实现有效补偿。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。