基于宽带VCO的低相噪频率合成模块的研究与设计

发布时间：2017-07-17 22:17

  本文关键词：基于宽带VCO的低相噪频率合成模块的研究与设计

  更多相关文章： 频率合成 VCO 低相噪 谐波混频

【摘要】：随着科技的发展,电子测量仪器对为其提供本振参考信号的频率源的要求越来越高。通常情况下,宽带的低相噪频率源都是基于YTO实现的,这种频率源有着频率切换速度慢、功耗大以及体积大的固有缺陷。而VCO具有捷变频、低功耗以及体积小的优点,所以,希望用VCO对其进行替换。然而由于宽带VCO自身的相位噪声较差,所以本文对如何基于宽带VCO实现低相噪的频率合成源进行了研究与设计。本文通过对锁相环输出信号的相位噪声进行模型化分析,以及对VCO和YTO在同参考、不同环路带宽情况下输出信号的相位噪声进行比较,得出基于宽带VCO实现低相噪频率源的设计思想:展宽锁相环环路带宽,取参考信号的相位噪声作为输出信号的相位噪声。整个频率源主要由参考模块以及主环路模块两部分构成,其中参考模块主要实现的功能是为后级电路提供高频率、低相噪以及小步进的参考信号,主环路模块主要实现的功能是通过一定结构的锁相环路完成低相位噪声信号的输出。为了实现其各自要求,参考模块采用了DDS激励PLL的方式实现,并对DDS的输出信号进行了先上混频再分频的降杂散处理。在主环路模块的设计中,锁相环反馈回路采用了多级谐波混频的结构,通过这种方法,能够将窄带的参考输入转化为宽带输出信号,并且通过展宽锁相环环路带宽实现整个系统的低相噪输出。最后完成整个频率源的设计,进行硬件电路实现。通过前期调试以及后期测试,该频率源模块能够输出5GHz~10GHz信号,并且实现1Hz的频率步进,杂散抑制度以及相位噪声信号水平都达到了指标要求。
【关键词】：频率合成 VCO 低相噪 谐波混频
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN74
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-13
• 1.1 研究背景10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.3 本文主要工作11-13
• 第二章 频率合成理论13-25
• 2.1 频率合成概念13
• 2.2 频率合成器指标13-14
• 2.3 直接数字频率合成14-17
• 2.3.1 DDS的基本原理15
• 2.3.2 DDS的性能特点15-16
• 2.3.3 DDS的杂散分析16-17
• 2.4 锁相环理论17-25
• 2.4.1 鉴相器17-20
• 2.4.2 电荷泵20-21
• 2.4.3 环路滤波器21-23
• 2.4.4 振荡器23-25
• 第三章 低相噪频率合成模块方案设计25-46
• 3.1 主要技术指标25
• 3.2 方案理论研究25-30
• 3.2.1 锁相环相位噪声分析26-27
• 3.2.2 VCO与YTO相位噪声比较27-29
• 3.2.3 总体方案设计指导思想29-30
• 3.3 频率源常用实现方案研究30-34
• 3.3.1 混频器内插锁相环电路30-31
• 3.3.2 DDS激励PLL电路31-32
• 3.3.3 多环锁相电路32-33
• 3.3.4 不同方案比较结果33-34
• 3.4 总体方案设计34-42
• 3.4.1 参考模块方案设计35-38
• 3.4.2 主环模块方案设计38-42
• 3.5 指标分解42-46
• 3.5.1 频率分辨率42-43
• 3.5.2 相位噪声43-46
• 第四章 低相噪频率合成模块实现46-68
• 4.1 参考模块实现46-56
• 4.1.1 倍频链路46-50
• 4.1.2 DDS电路50-51
• 4.1.3 DDS杂散抑制电路51-53
• 4.1.4 锁相环路53-56
• 4.2 主环路模块实现56-65
• 4.2.1 梳状谱发生器58-64
• 4.2.2 混频、滤波电路64-65
• 4.2.3 锁相环路65
• 4.3 电源模块设计65-68
• 第五章 系统调试与测试68-79
• 5.1 系统调试流程68-69
• 5.1.1 上电前检测68
• 5.1.2 上电测试68-69
• 5.2 测试平台69
• 5.3 参考环测试结果及分析69-74
• 5.3.1 DDS输出信号测试69-71
• 5.3.2 上混频输出信号测试71-72
• 5.3.3 锁相环输出信号测试72-74
• 5.4 主环路测试结果及分析74-79
• 5.4.1 梳状谱发生器测试74-75
• 5.4.2 频率输出范围测试75
• 5.4.3 频率分辨率测试75-76
• 5.4.4 非谐波杂散测试76-77
• 5.4.5 相位噪声测试77-79
• 第六章 总结79-81
• 6.1 本文主要工作79
• 6.2 本文不足之处79-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-84

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本文编号：554875