專利名稱：直接數(shù)字合成可控制相干頻率合成器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種頻率合成器，尤其涉及一種直接數(shù)字合成可控制相干頻 率合成器；具體地說，涉及線性調(diào)頻體制相干雷達頻率合成器。
背景技術：
頻率合成器是各種電子系統(tǒng)中重要的組成部分，在無線電的各個領域中都有 廣泛的應用，如通信、雷達、導航、偵察、干擾等領域。隨著各種頻率合成技術 的出現(xiàn)，頻率合成已經(jīng)成為一種獨立的技術科學。傳統(tǒng)雷達的分辨率一般比較低；相對于傳統(tǒng)雷達，現(xiàn)代雷達在分辨率上提出 了更高的要求。這就需要雷達發(fā)射的信號有更大的帶寬，以滿足獲取高的距離分 辨力和提取目標其他的特征。脈沖壓縮技術能讓雷達系統(tǒng)發(fā)射寬度相對較寬而峰 值功率較低的脈沖，以獲得窄脈沖、高峰值功率雷達系統(tǒng)的距離分辨率和探測性 能。線性調(diào)頻是提出最早的和發(fā)展最成熟的脈沖壓縮技術。武漢大學電波傳播實 驗室研制的地波雷達采用中斷連續(xù)波體制，屬于相干脈沖多普勒雷達，通過檢測 回波的相位變化，獲取海洋表面環(huán)境和海上目標信息。該雷達系統(tǒng)工作頻段覆蓋 高頻，甚高頻和超高頻多個頻段，并具有頻譜監(jiān)測功能，要求十分靈活的工作頻 率。直接數(shù)字頻率合成(DDS)相對于其它頻率合成技術，有相對帶寬寬、頻率 分辨率高、頻率轉換快、控制靈活等顯著優(yōu)點，己逐步替代傳統(tǒng)頻率合成方法。 且最新的通用高速直接數(shù)字頻率合成器件，其內(nèi)部時鐘可達lGHz,輸出在400MHz 范圍內(nèi)有良好性能。鎖相環(huán)(PLL)頻率合成，是另一項先進的頻率合成技術。由鎖相環(huán)構成的 倍頻器，可達到很高的輸出頻率，且頻率純度高，同樣具有很好的可控性。相干雷達系統(tǒng)頻率合成器設計，一般都是用一本振信號與接收機第一中頻信號之差產(chǎn)生發(fā)射信號。但相對而言，這種方案存在以下個弊端1、混頻電路勢 必引入噪聲，影響發(fā)射信號純度；2、混頻電路增加了系統(tǒng)的復雜程度及不穩(wěn)定 性；3、控制欠靈活。直接采取兩路相干合成源的方案可彌補此不足。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術存在的缺點和不足，提供一種直接數(shù)字合 成可控制相干頻率合成器。本實用新型結構包括六部分鎖相環(huán)電路，雙路直接數(shù)字頻率合成電路，放 大濾波及功分電路，濾波開關及放大電路，接口電路和控制電路；鎖相環(huán)電路輸出端接雙路直接數(shù)字頻率合成電路輸入端，雙路直接數(shù)字頻率 合成電路的一路輸出作為放大濾波及功分電路輸入，另一路輸出作為濾波開關及 放大電路輸入，放大濾波及功分電路及濾波開關及放大電路作為最終輸出級，另 外控制電路經(jīng)接口電路為整機提供控制信號。其工作原理如下由鎖相環(huán)電路將自帶晶振或外部提供精準基準時鐘頻率Fr倍頻到lGHz或接 近lGHz的某個頻率Fo，將該信號功分作為直接數(shù)字頻率合成(DDS)器件的參考 時鐘。在相同的參考時鐘下，由2片DDS芯片合成2路相位相干的信號Fl和F2。 Fl經(jīng)過放大、濾波及功分后輸出，F(xiàn)2經(jīng)濾波、開關及放大后輸出。控制電路在 系統(tǒng)初始化過程中配置鎖相環(huán)(PLL)調(diào)整其倍頻系數(shù)，在工作過程中給直接數(shù) 字頻率合成(DDS)芯片輸入適當控制數(shù)字改變其工作模式和輸出頻率，并且可 通過開關電路控制其中一路信號的關斷或調(diào)制。本實用新型適合產(chǎn)生400MHz以下單頻或線性掃頻信號，2路輸出信號可保 持良好的相位一致性，工作狀態(tài)的改變速度在納秒級。本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有下列優(yōu)點和積極效果1、 兩路輸出相干性好、掃頻線性度高；2、 具有分辨率高、精度高、輸出頻帶寬、變頻時間短、節(jié)電、控制靈活、 便于擴展等優(yōu)點；3、 可作為頻率合成器，特別適合于線性調(diào)頻體制相干雷達頻率合成器。


圖1是本實用新型的結構方框圖；圖2是鎖相環(huán)電路結構方框圖；圖3是雙路直接數(shù)字頻率合成電路方框圖；圖4是接口電路示意圖。其中l(wèi)一鎖相環(huán)電路；1.1— 鎖相環(huán)芯片，1. 1. 1一R分頻器，1.1.2—鑒相器，1.1.3—電荷泵， 1. 1.4—N分頻器，1. 1.5—壓控振蕩器;1.2— 晶振器，1.3—環(huán)路濾波器， 1.4一第1電感器，1.5—第2電感器。2— 雙路直接數(shù)字頻率合成電路；2. l—第l功分器，2.2—第2功分器，2. 3—第1直接數(shù)字頻率合成芯片，2. 4_第2直接數(shù)字頻率合成芯片， 2.5—第1差分轉單端電路，2.6—第2差分轉單端電路。3— 放大濾波及功分電路；4— 濾波開關及放大電路；5— 接口電路；6— 控制電路。英譯漢DDS—直接數(shù)字頻率合成；PLL—鎖相環(huán)；VC0—壓控振蕩器；FPGA—可編程邏輯陣列。
具體實施方式

以下結合附圖和實施例詳細說明一、 總體結構如圖1，本實用新型包括鎖相環(huán)電路1、雙路直接數(shù)字頻率合成電路2、放 大濾波及功分電路3、濾波開關及放大電路4、接口電路5和控制電路6; 其連接關系是-鎖相環(huán)電路1的輸出端接雙路直接數(shù)字頻率合成電路2的輸入端；雙路直接數(shù)字頻率合成電路2的輸出端一路連接放大濾波及功分電路3的輸 入端，另一路連接濾波開關及放大電路4的輸入端，放大濾波及功分電路3及濾波開關及放大電路4作為最終輸出級；控制電路6經(jīng)接口電路5分別與鎖相環(huán)電路1、雙路直接數(shù)字頻率合成電路 2和濾波開關及放大電路4連接，為整機提供控制信號。二、 各功能塊1、鎖相環(huán)電路l如圖2，鎖相環(huán)電路l包括鎖相環(huán)芯片l. 1、晶振器1.2、環(huán)路濾波器L3、 第1電感器1.4和第2電感器1.5;其連接關系是鎖相環(huán)芯片1. 1分別與晶振器1.2、環(huán)路濾波器1.3、第1 電感器1. 4和第2電感器1. 5連接。所述的鎖相環(huán)芯片1. 1包括R分頻器1. 1. 1、鑒相器1. 1. 2、電荷泵1. 1. 3、 N分頻器1. 1. 4和壓控振蕩器1. 1. 5; R分頻器1. 1. 1、鑒相器1. 1. 2、電荷泵1. 1. 3 依次連接，壓控振蕩器1.1.5、 N分頻器1.1.4和鑒相器1.1.2依次連接；晶振 器1. 2和R分頻器1. 1. 1連接；電荷泵1. 1. 3和環(huán)路濾波器1. 3連接；壓控振蕩 器1. 1. 5分別與第1電感器1. 4和第2電感器1. 5連接。鎖相環(huán)芯片1. 1選用ADI公司提供的ADF4360-7芯片。ADF4360-7是一款高 性能PLL芯片，內(nèi)部除通常的鑒相器1. 1. 2及電荷泵1. 1. 3外，還集成了壓控振 蕩器(VC0)1.1.5，由外部電感值設定不同的工作頻段，方便了鎖相環(huán)路的設計， 其輸出頻率為350-1800MHz。芯片內(nèi)部還集成了R分頻器1. 1. l和N分頻器l. 1.4， 可通過串口控制分頻系數(shù)R與N。鎖相環(huán)芯片1. 1與外部環(huán)路濾波器1. 3共同構成倍頻鎖相環(huán)(PLL)，通過配 置R與N寄存器可改變其倍頻系數(shù)，其值滿足Fr/R=Fo/N，其中Fr為輸入基準時鐘頻率，F(xiàn)o為輸出合成頻率。環(huán)路濾波器1.3帶寬根據(jù)鑒相頻率Fr/R和實際 干擾情況設計，壓控振蕩器(VC0) 1.1.5的2個外接電感值由輸出頻率范圍決 定。這里Fr為40MHz， Fo為lGHz， Fo作為直接數(shù)字頻率合成(DDS)的輸入。2、 雙路直接數(shù)字頻率合成電路2如圖3，雙路直接數(shù)字頻率合成電路2包括第1功分器2. 1、第2功分器 2. 2、第1直接數(shù)字頻率合成芯片2. 3、第2直接數(shù)字頻率合成芯片2. 4、第i差 分轉單端電路2. 5和第2差分轉單端電路2. 6;其連接關系是第1功分器2. 1的第1輸出端和第2功分器2. 2的第1輸出 端與第1直接數(shù)字頻率合成芯片2. 3連接，第1功分器2. 1的第2輸出端和第2 功分器2. 2的第2輸出端與第2直接數(shù)字頻率合成芯片2. 4連接，第1直接數(shù)字 頻率合成芯片2. 3與第1差分轉單端電路2. 5連接，第2直接數(shù)字頻率合成芯片 2. 4與第2差分轉單端電路2. 6連接。其工作原理是差分輸入?yún)⒖紩r鐘Fo功分后分別作為第1、 2直接數(shù)字頻率合成芯片2. 3、 2.4的參考時鐘，均選用ADI公司提供的AD9910芯片，這是該公司首款速度達 到1GSPS的低功耗DDS芯片。由于上述兩個芯片采用同一個時鐘信號作為參考時 鐘，故其具有良好的相位一致性。AD9910芯片的輸出為差分信號，經(jīng)過第l、 2 差分轉單端電路2.5、 2.6后，再提供給后續(xù)電路。AD9910芯片，也是由串口控 制。實際應用中可將一路作為本振， 一路作為發(fā)射信號。本實施方式中將F1作 為雷達本振，F(xiàn)2作為雷達發(fā)射信號(以下簡稱射頻)。第1、 2功分器2. 1、 2. 2是一種常用元器件，其功能是將一路信號轉換為兩 路，輸出信號能量各為輸入的一半，其余信號特征不變。第l、 2差分轉單端電路2.5、 2.6是一種常用元器件，其功能是將差分信號 轉化為單端信號。3、 放大濾波及功分電路3放大濾波及功分電路3是一種常用電路，其功能是放大、濾波及功分。4、 濾波開關及放大電路4濾波開關及放大電路4是一種常用電路，其功能是濾波、射頻開關及放大。5、 接口電路5如圖4， CLK為PLL的串口時鐘輸入，DATA為PLL的串口數(shù)據(jù)輸入，LE為 PLL的配置使能信號輸入，REF為外部基準時鐘輸入；SCLK為DDS的串口時鐘輸 入，SDIO為DDS的串口數(shù)據(jù)接口， L0_0E為本振配置使能信號輸入，RF—0E為射 頻配置使能信號輸入，LO一DRCTL為本振掃頻方向控制信號輸入，RF—DRCTL為射 頻掃頻方向控制信號輸入，LO—UPDATA為本振觸發(fā)信號輸入，RF—UPDATA為射頻 觸發(fā)信號輸入，TP為發(fā)射脈沖信號輸入，LO—RST為本振復位信號輸入，RF_RST 為射頻復位信號輸入。6、控制電路6控制電路6選用Cypress公司提供的EZ-USB FX2芯片，使用了其內(nèi)部的一 種增強8051單片機的處理器作為整機控制。實際使用過程中可將其嵌入到應用 系統(tǒng)(如雷達系統(tǒng))之中，也可采用可編程邏輯陣列(FPGA)等其它控制器件。3、印刷板設計在本實用新型電路中，數(shù)字與模擬電路并存，且2路輸出之間也要求有很高 的隔離度，倍頻鎖相環(huán)(PLL)對外部噪聲干擾較為敏感并直接影響到頻率合成 (DDS)輸出質(zhì)量。故在電路板布局上應慎重考慮。 主要是① 整體布局，2路合成信號走向垂直，2路輸出相隔盡量遠；Fo信號走線盡 量短，鎖相環(huán)電路l盡量遠離數(shù)字信號及輸出級強信號；② 接地，數(shù)字地與模擬地分離，2路頻率合成信號的各自相關電路接地分離， 鎖相環(huán)電路l單獨鋪地；③ 供電，各模塊采用單獨的供電芯片；④ 將控制電路6分開制板。
權利要求1、一種直接數(shù)字合成可控制相干頻率合成器，其特征在于包括鎖相環(huán)電路(1)、雙路直接數(shù)字頻率合成電路(2)、放大濾波及功分電路(3)、濾波開關及放大電路(4)、接口電路(5)和控制電路(6)；其連接關系是鎖相環(huán)電路(1)的輸出端接雙路直接數(shù)字頻率合成電路(2)的輸入端；雙路直接數(shù)字頻率合成電路(2)的輸出端一路連接放大濾波及功分電路(3)的輸入端，另一路連接濾波開關及放大電路(4)的輸入端，放大濾波及功分電路(3)及濾波開關及放大電路(4)作為最終輸出級；為整機提供控制信號的控制電路(6)經(jīng)接口電路(5)分別與鎖相環(huán)電路(1)、雙路直接數(shù)字頻率合成電路(2)和濾波開關及放大電路(4)連接。
2、 根據(jù)權利要求1所述頻率合成器，其特征在于鎖相環(huán)電路(l)包括鎖相環(huán)芯片(l.l)、晶振器(1.2)、環(huán)路濾波器(1.3)、第 1電感器(1.4)和第2電感器(1.5);鎖相環(huán)芯片(1.1)分別與晶振器(1.2)、環(huán)路濾波器(1.3)、第l電感器(1.4) 和第2電感器(1.5)連接。
3、 根據(jù)權利要求1所述頻率合成器，其特征在于雙路直接數(shù)字頻率合成電路(2)包括第l、 2功分器(2.1、 2.2)、第l、 2 直接數(shù)字頻率合成芯片(2.3、 2.4)和第l、 2差分轉單端電路(2.5、 2.6);第l功分器(2.1)的第1輸出端和第2功分器(2.2)的第l輸出端與第l 直接數(shù)字頻率合成芯片(2. 3)連接，第1功分器(2. 1)的第2輸出端和第2功 分器(2. 2)的第2輸出端與第2直接數(shù)字頻率合成芯片(2. 4)連接，第1直接 數(shù)字頻率合成芯片(2. 3)與第1差分轉單端電路(2. 5)連接，第2直接數(shù)字頻 率合成芯片(2.4)與第2差分轉單端電路(2.6)連接。
專利摘要本實用新型公開了一種直接數(shù)字合成可控制相干頻率合成器，涉及一種頻率合成器。本實用新型的結構是鎖相環(huán)電路(1)的輸出端接雙路直接數(shù)字頻率合成電路(2)的輸入端；雙路直接數(shù)字頻率合成電路(2)的輸出端一路連接放大濾波及功分電路(3)的輸入端，另一路連接濾波開關及放大電路(4)的輸入端；控制電路(6)經(jīng)接口電路(5)分別與鎖相環(huán)電路(1)、雙路直接數(shù)字頻率合成電路(2)和濾波開關及放大電路(4)連接。本實用新型具有兩路輸出相干性好、掃頻線性度高、分辨率高、精度高、輸出頻帶寬、變頻時間短、節(jié)電、控制靈活、便于擴展等優(yōu)點；可作為頻率合成器，特別適合于線性調(diào)頻體制相干雷達頻率合成器。
文檔編號H03L7/00GK201218844SQ20082006818
公開日2009年4月8日 申請日期2008年6月30日 優(yōu)先權日2008年6月30日
發(fā)明者文必洋, 靜 楊, 王才軍, 豪 陳, 黃曉靜 申請人:武漢大學