[发明专利]一种具有锁相环的测量装置

说明书

本发明涉及一种具有锁相环的测量装置，包括参考信号产生单元、鉴相单元、压控振荡器、分频器、第一整形钳位电路、第二整形钳位电路、加减运算单元、检波比较电路，第一整形钳位电路的输入端连接到参考信号产生单元的输出端和鉴相单元的第一输入端之间，第二整形钳位电路连接到分频器的输出端和鉴相单元的第二输入端之间，加减运算单元的两个输入端分别连接到两个整形钳位电路的输出端，且两个整形钳位电路输出相同形状的信号，检波比较电路将加减运算单元输出的信号与一个阈值电压进行比较，输出比较结果。本发明通过将相位差通过整形钳位转换为幅度差、再进行检波比较，最终得到锁相环的工作状态，检测结果准确、快速。

技术领域

本发明涉及测量、测试技术领域，特别是涉及一种具有锁相环的测量装置。

背景技术

在测量、测试领域中，锁相环（PLL，Phase Locked Loop）是很多测量仪器中重要的组成部分，比如射频信号源、频谱分析仪、矢量信号发生器等测量装置中均用到了锁相环。

在射频信号源中，例如专利号为US8044725的美国专利“Signal generator withdirectly-extractable DDS signal source”就公开了一种射频信号源，其中锁相环用于产生一定频率范围的射频信号，然后再进行倍频/分频而最终作为输出射频信号。

在频谱分析仪中，通常第一本振均采用锁相环构成，以产生一定频率范围的射频信号，与频谱分析仪输入端输入的被测信号进行混频，得到中频信号。例如专利申请号为201210428646.0的中国公开专利申请文件中，就公开了一种频谱分析仪，它的第一本振采用锁相环实现，它的输出信号范围覆盖频谱分析仪的射频信号输入范围。

锁相环具有固定的电路结构，例如专利申请号为201110431516.8、201110431636.8等中国公开专利申请文件中就公开了关于锁相环的电路结构。参考附图1，示出了一种锁相环100的电路结构，锁相环100包括一个参考信号产生单元101、一个鉴相单元102、一个压控振荡器103、一个分频器104，还可以包括一个控制单元106，在所述鉴相单元102和压控振荡器103之间还可以设置有环路滤波器105。

其中，所述参考信号产生单元101的输出端与所述鉴相单元102的第一输入端连接，所述鉴相单元102的第二输入端与所述分频器104的输出端连接，所述鉴相单元102的输入端与所述环路滤波器105的输入端连接，所述环路滤波器105的输出端与压控振荡器103的输入端连接，所述压控振荡器103的输出端与所述分频器104的输入端连接，控制单元106则分别控制所述参考信号产生单元101和分频器104，所述压控振荡器103的输出端还作为锁相环100的输出端输出信号。

当所述锁相环工作时，所述控制单元106控制参考信号产生单元101产生一路参考信号，并配置给分频器104具体的分频比，鉴相单元102则实现参考信号和分频器104的输出信号的鉴相，并根据鉴相结果输出信号，环路滤波器105进行滤波，最终输出给压控振荡器103，压控振荡器103根据输入信号幅度的不同而输出不同频率的信号。

但是，当测量装置需要锁相环100输出的信号由一个频率切换到另一个频率时，锁相环并不能立刻实现该切换步骤，这是因为锁相环100的压控振荡器103输出的信号受鉴相单元102的鉴相结果的控制，而在频率切换时，分频器104输出的信号并不能立刻符合要求，鉴相单元102的两路输入信号之间的相位是逐渐收敛的，最终鉴相单元102才能输出符合要求的鉴相信号给压控振荡器103，压控振荡器103才能输出指定频率的信号，此时锁相环100才能正常工作。

锁相环100的这种在频率切换时逐渐收敛的过程也是测量装置的一个指标，被称为频率切换时间，具体定义是频率稳定到预设频率的某个范围内所需的时间。测量装置为了更准确的获得测量数据，一般都会标注该频率切换时间，或者检测锁相环100是否正常工作，并输出一个正常工作的信号，通常是一个脉冲，告知用户此时测量装置已经正常工作。