[发明专利]一种快速锁相低噪声信号发生器及信号发生方法

说明书

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种快速锁相低噪声信号发生器，还涉及一种快速锁相低噪声信号发生方法。

背景技术

随着现代雷达和无线电通信等技术的发展，各种电子设备对其内部应用或系统测试使用的频率合成器不断提出更高的要求，不仅要有极低的边带相位噪声，而且对锁相时间的要求也越来越高。

目前常用的频率合成方法主要有直接频率合成法和间接频率合成法。直接频率合成即采用倍频、混频和分频对一个或几个基准频率进行加、减、乘和除的运算，产生所需频率信号的方法。直接合成法存在许多缺点，在对相位噪声和杂散指标要求很高时，直接频率合成法是难以满足要求。间接频率合成是利用锁相环实现频率合成，通常又称为锁相环频率合成。

如图1所示，锁相环频率合成的信号发生器主要由参考信号、鉴相器、积分器、压控振荡器和反馈网络组成，其基本工作原理是：压控振荡器输出一个与标定频率非常接近的信号，该信号经过反馈网络的整数分频、小数分频或其他变频后得到与参考信号频率接近的信号，该信号与参考信号输入鉴相器中鉴相。由于进入鉴相器的两个信号的频率相差不大，误差电压经过积分器后能够使压控振荡器锁定。

目前采用锁相环频率合成的信号发生器按环路带宽可分为窄带和宽带两种。窄带信号发生器容易做到低相位噪声，而宽带信号发生器容易做到更快的锁相速度。

当信号发生器对相位噪声要求非常高而且主要利用压控振荡器低噪声特性时，需要使用锁相环带宽较窄的信号发生器。信号发生器的积分器选用窄带积分器，使用低噪声运算放大器，保证了锁相环路不会对合成信号的相位噪声产生恶化。但是窄带锁相环的环路锁定时间比宽带的长，因为无论是单纯鉴相锁相环还是鉴频鉴相锁相环，窄带锁相环的快捕带都要小于宽带锁相环的快捕带，频率牵引时间长。

当信号发生器对环路的锁定时间要求非常高时，就需要使用锁相环带宽较宽的信号发生器。信号发生器的积分器选用宽带积分器，使用宽带运算放大器，保证了锁相环路具有较宽的带宽。宽带锁相环的快捕带也很宽，在同样的压控振荡器预置频率时，频率牵引的过程比窄带锁相环短，所以锁相时间短。但是宽带运算放大器的相位噪声没有窄带的低，而且由于带宽较宽，信号带内噪声取决于参考信号，无法发挥压控振荡器的低噪声特性。

现有的两种带宽的频率合成技术，都有不可避免的缺点：

(1)采用窄带积分器的频率合成技术，由于频率牵引过程长无法实现快速锁相，不能满足信号发生器快速锁相的要求；

(2)采用宽带积分器的频率合成技术，由于宽带运算放大器低噪声特性差，无法满足信号发生器的低噪声要求，尤其是带内压控振荡器的噪声优于参考信号时，无法发挥压控振荡器低噪声特性。

发明内容

本发明提出一种快速锁相低噪声信号发生器及信号发生方法，解决了现有频率合成技术中无法将快速锁相和低噪声要求兼顾的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种快速锁相低噪声信号发生器，包括：低噪声参考信号、鉴相器、窄带积分器、宽带积分器、比例加法器、压控振荡器和反馈网络；

所述压控振荡器的输出信号经过反馈网络与参考信号输入鉴相器中鉴相，鉴相器的输出信号一路送到窄带积分器，另一路送到宽带积分器，比例加法器将窄带积分器和宽带积分器输出的电压比例相加产生压控振荡器的压控电压。

可选地，所述比例加法器设置窄带积分器和宽带积分器输出信号的比例系数，宽带积分器输出电压的系数较高，窄带积分器输出电压的系数较低。

可选地，所述窄带积分器输出电压的系数与宽带积分器输出电压的系数比例为1∶5～10。

基于上述信号发生电路，本发明还提供了一种快速锁相低噪声信号发生方法，包括以下步骤：

首先，压控振荡器被预置到一个新的频率点；

接下来，压控振荡器输出信号经过反馈网络的整数分频、小数分频或变频后与参考信号输入鉴相器中鉴相；

然后，通过宽带积分器和窄带积分器分别对鉴相器输出信号进行积分；

最后，所述宽带积分器和窄带积分器输出的积分电压进入比例加法器，比例加法器将窄带积分器和宽带积分器输出的电压比例相加产生压控振荡器的压控电压。

可选地，所述宽带积分器输出电压比例系数大，窄带积分器输出电压比例系数小。

可选地，所述窄带积分器输出电压的系数与宽带积分器输出电压的系数比例为1∶5～10。

本发明的有益效果是：