一种小体积、低相噪的宽带锁相源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于宽带锁相源技术领域，具体涉及一种小体积、低相噪的宽带锁相源。
【背景技术】
[0002]宽带锁相源是一种主要用于通信、雷达、电子对抗和制导仪器等电子系统设备中的电子部件。在微波接收前端电路中，宽带锁相源是其微波变频和信号自检的主要部件之一，描述这种产品性能的主要技术指标有:1)工作频率带宽；2)输出功率；3)杂散；4)相位噪声；5)电路尺寸；6)功耗。现在宽带锁相源的同类产品，一种是采取了混频器和锁相源混合设计方案，这种方案在10-20GHZ频率内的相位噪声能做到-90dBc/HZ@lkHZ，缺点是电路结构复杂、体积大、功耗高、成本昂贵；另外一种是用直接锁相源方案，这种方案在10-20GHZ频率内的相位噪声只能做到-80dBc/HZ@lkHZ，缺点是相位噪声差。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可避免出现上述技术缺陷的小体积、低相噪的宽带锁相源。
[0004]为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下:
[0005]—种小体积、低相噪的宽带锁相源，包括参考驱动放大电路、鉴相器、有源环路滤波器、压控振荡器、衰减器、功分器、驱动放大器、放大器、高通滤波器和分频器，其中:
[0006]所述参考驱动放大电路、鉴相器、有源环路滤波器、压控振荡器、衰减器、功分器、高通滤波器和分频器依次连接，且所述分频器与所述鉴相器相连接；
[0007]所述功分器、所述驱动放大器和所述放大器依次连接。
[0008]进一步地，所述功分器为两功分器。
[0009]进一步地，所述分频器为四分频器。
[0010]进一步地，所述宽带锁相源还包括电源控制电路。
[0011]本发明提供的小体积、低相噪的宽带锁相源，其显著优点是:1)输出相位噪声低，噪声基底低；2)体积小，采用了直接锁相源和裸封装芯片的微组装工艺；3)工作频带宽，输出频率为10-20GHZ ;4)频率步进小，频率步进为10MHz ;5)输出功率高，采用了高增益高饱和输出功率的放大器芯片，可以很好地满足实际应用的需要。
【附图说明】
[0012]图1是本发明的电路结构框图；
[0013]图2是参考驱动放大电路的电路原理图；
[0014]图3是鉴相器的电路原理图；
[0015]图4是有源环路滤波器和压控振荡器相连接的电路原理图；
[0016]图5是本发明的微组装电路原理图；
[0017]图6是四分频器的电路原理图；
[0018]图7是电源控制电路的电路原理图。
【具体实施方式】
[0019]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。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。
[0020]如图1所示，一种小体积、低相噪的宽带锁相源，包括鉴相器、有源环路滤波器(VC0)、压控振荡器、衰减器、功分器、驱动放大器、放大器、高通滤波器和分频器，其中:所述鉴相器、有源环路滤波器、压控振荡器、衰减器、功分器、高通滤波器和分频器依次连接，且所述分频器与所述鉴相器相连接；所述功分器、所述驱动放大器和所述放大器依次连接。所述功分器为两功分器。所述分频器为四分频器。所述宽带锁相源还包括电源控制电路。所述电源控制电路分别与鉴相器、压控振荡器、驱动放大器、放大器和分频器相连接。电源控制电路为整个宽带锁相源提供电能。
[0021]本发明的输入参考频率为100MHz，输入功率为0±3dBm，输入相位噪声小于等于-150dBc/HZ@lkHZ ;锁相源输出频率为10-20GHz，其他主要技术指标有:1)输出功率大于等于15dBm ；2)频率步进为10MHz ；3)相位噪声小于等于-90dBc/Hz@lkHz ；4)杂散小于等于-65dBc ；5)尺寸 45.5X54.5X15 毫米。
[0022]如图2所示，输入功率0±3dBm的参考频率100MHz通过放大器U1进行放大，U1选用NBB300，增益多13dB，保证参考频率的输出多8dBm，这是鉴相器相位噪声对参考频率功率的最小值，参考频率从A点输出。
[0023]如图3所示，图3中的A点与图2中的A点相连接，鉴相器U4选用ANALOG公司的HMC704LP4E，该芯片工作频率最高达8GHz，小数模式下归一化噪声基底为-230dBc/Hz，鉴相频率最高为100MHz，鉴相器的输出的近端相位噪声由归一化噪声基底、鉴相频率、输出频率决定，在输出频率固定的条件下，归一化噪声基底越低鉴相频率越高，输出的相位噪声就越小，在本发明中，鉴相器的鉴相频率用100MHz，控制鉴相器工作在小数模式的B模式(鉴相器在小数模式分A模式和B模式)。理论计算鉴相器在输出20GHz时的相位噪声输出为:
[0024]Fpll= F fn+201ogl0 (fvco) -lOloglO (fpd) = -230+206-80 = 104dBc/Hz@lkHz，
[0025]其中，FPa为鉴相器的相位噪声，F fni为HMC704LP4E归一化噪声基底，f vJi控振荡器的输出频率，fpd鉴相器的参考频率。
[0026]鉴相器的参考频率输入端用100欧姆的匹配电阻R3匹配到地，鉴相器把从图6中反馈的频率N(反向信号)和P(正向信号)与鉴相频率比较产生鉴相电流从图3的CP端流出。
[0027]图3的CP端连接图4的CP输入端，图4中的电阻R4、R5、R6、电容C6、C7、C9、C10和运算放大器U2组成有源环路滤波器，其作用一是滤掉鉴相器输出上产生的寄生杂散，二是将CP端输出的鉴相电流转换为调谐电压控制压控振荡器U3的调谐端，兼顾10kHz和100kHz的相位噪声有源环路滤波器环路带宽设计为300kHz，运算放大器U2用噪声低的0P284ESZ，U2的供电为-5V和+24V，图4中R1 = R2 = 1000 Ω，给运算放大器U2提供基准电压，R4 为 1000 Ω，R5 为 180 Ω，R6 为 240 Ω，C7 为 100Pf，C9 为 6.8nF，C10 为 200pF，C6为180pF。图4中压控振荡器U3为HMC733LC4B，工作频率10_20GHz，工作电压+5V，调谐电压范围-2?+24V，压控振荡器U3的频率从图4中VCO端输出。
[0028]图4中VC0端输出连接图5的VC0端，图5的器件选用小尺寸的裸封装芯片，有效的减小了宽带锁相源的尺寸，图5中VC0端接U5衰减器，衰减器的型号为ATN3590-2，尺寸为0.686 X 0.737毫米，其作用是匹配图4中压控振荡器U3的输出驻波。图5中U5输出连接U9功分器，型号是BW494，尺寸为l.0lx 0.8x 0.1mm，工作频率为6_20GHz，隔离度彡15dB，其作用是将VC0输出信号功分两路输出，一路信号进反馈支路图5中U6输入端，U6为高通滤波器，型号是BWHF-8G，其性能特点为:1)通带频率是8?20GHz ;2)通带插损3.0dB ;3)阻带衰减:^ 20dBi6.8GHz ；^40dBi6.2GHz ；4)驻波比..( 1.5。高通滤波器的输出连接图6中的四分频器，工作频率是10-20GHZ，经过四分频后输出2.5_5GHz，高通滤波器的作用是滤掉分频器反向泄露的2.5-5GHZ的杂散。功分器另外一路信号进入图5中的U7输入端，U7型号为HMC462放大器，尺寸3.0x 1.3x 0.1mm，增益15dB，饱和功率15dBm，作用是将信号驱动放大，是最后一级放大器U8进入饱和功率输出。放大后的信号进图5中的U8，U8型号为HMC451放大器，尺寸为1.35x 1.35x 0.1mm，增益为20dB，饱和输出功率为22dBm，VC0的输出经过U9功分器后输出功率为_6dBm，经过U7放大后输出9dBm，所以放大器U8饱和22dBm输出，大于要求的15dBm输出。
[0029]图5中高通滤波器U6滤波后从B端输出，连接到图6的B端，图6的U10为四分频器，型号是ADF5001BCPZ，信号单端输入差分输出，输入功率要求-lOdBm?+10dBm，差分输出功率彡-lOdBm，满足图3中鉴相器U4的差分反馈输入功率要求。ADF5001BCPZ的反向泄露是_60dBm，经过图5中U6高通滤波后输出-lOOdBm，再经图5中U9功分器隔离变为-115dBm，在经图5中U7、U8放大35dB后输出-80dBm，四分频的杂散泄露到锁相源输出端功率为-80dBm，满足杂散指标要求。图6的U10的差分信号N端和P端分别对应图3中N端和P端，使分频后的信号输入到鉴相器的射频反馈输入端。
[0030]图2到图6的供电和图3中鉴相器的串行加载都是由图7控制电路完成的，宽带锁相源模块由+6V、-5V、+25V供电，结合图7，图7中+25V输入经过L2的磁珠滤电源上的纹波，输入低压差稳压器U14，U14型号LT3060LTS，输出纹波小、噪声低，稳压到+24V输出，给图4中的U2供电。图7中+6V输入经过L1的磁珠滤电源上的纹波，输入到U12稳压到+5V输出，U12型号为ADM7150ARDZ-5.0-R7，输出纹波小、噪声低，模块内所有+5V都是从这里给出的。U11稳压器ADP150AUJZ-3.3-R7把+5V稳压到3.3V输出给图3中的3.3V供电。图7中的微控制器U13采用ATMEGA8L-8AU，一是通过SPI (串行控制总线)接收外部的频率控制码；二是通过LE、DATA、CLK连接图3中对应的LE、DATA、CLK，加载图3中U4的寄存器来控制输出频率。
[0031]本发明提供的小体积、低相噪的宽带锁相源，其显著优点是:1)输出相位噪声低，噪声基底低；2)体积小，采用了直接锁相源和裸封装芯片的微组装工艺；3)工作频带宽，输出频率为10-20GHZ ;4)频率步进小，频率步进为10MHz ;5)输出功率高，采用了高增益高饱和输出功率的放大器芯片，可以很好地满足实际应用的需要。
[0032]以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种小体积、低相噪的宽带锁相源，其特征在于，包括参考驱动放大电路、鉴相器、有源环路滤波器、压控振荡器、衰减器、功分器、驱动放大器、放大器、高通滤波器和分频器，其中: 所述参考驱动放大电路、鉴相器、有源环路滤波器、压控振荡器、衰减器、功分器、高通滤波器和分频器依次连接，且所述分频器与所述鉴相器相连接。 所述功分器、所述驱动大器和所述放大器依次连接。2.根据权利要求1所述的小体积的锁相源，其特征在于，所述功分器为两功分器。3.根据权利要求1所述的小体积的锁相源，其特征在于，所述分频器为四分频器。4.根据权利要求1所述的小体积的锁相源，其特征在于，所述宽带锁相源还包括电源控制电路。
【专利摘要】本发明涉及一种小体积、低相噪的宽带锁相源，包括参考驱动放大电路、鉴相器、有源环路滤波器、压控振荡器、衰减器、功分器、驱动放大器、放大器、高通滤波器和分频器，其中：参考驱动放大电路、鉴相器、有源环路滤波器、压控振荡器、衰减器、功分器、高通滤波器和分频器依次连接，且分频器与鉴相器相连接；功分器、驱动放大器和放大器依次连接。本发明提供的小体积、低相噪的宽带锁相源，其显著优点是：1)输出相位噪声低，噪声基底低；2)体积小，采用了直接锁相源和裸封装芯片的微组装工艺；3)工作频带宽；4)频率步进小；5)输出功率高，采用了高增益高饱和输出功率的放大器芯片，可以很好地满足实际应用的需要。
【IPC分类】H03L7/099, H03L7/08
【公开号】CN105306051
【申请号】CN201510814279
【发明人】李希密, 尹红波
【申请人】扬州海科电子科技有限公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年11月21日