[发明专利]一种宽带细步进频率合成电路及方法

说明书

本发明公开了一种宽带细步进频率合成电路及方法，涉及频率合成技术领域，包括基准单元、中频单元、本振单元和扩频单元。基准单元产生低噪声基准信号，输出端与中频单元信号输入端和本振单元信号输入端连接。中频单元产生细步进宽带中频信号，输出端与扩频单元的信号输入端连接。本振单元产生低相噪本振信号，输出端与扩频单元的信号输入端连接。本振信号与中频信号在扩频单元混频，扩频单元输出即所述频率合成电路输出。本发明采用梳线级联，直合实现低相噪本振；采用DDS+锁相环实现细步进宽带中频；通过混频搬移、插值填充、频段拼接等手段高效扩展工作带宽，实现跨倍频程的宽带细步进频率合成。

技术领域

本发明涉及频率合成技术领域，更为具体的，涉及一种宽带细步进频率合成电路及方法。

背景技术

频率合成技术应用广泛，是外差、超外差变频系统重要功能组成，是通信、干扰等现代电子信息系统核心单元。现代电子信息技术发展对频率源的性能指标提出更高、更全面要求，宽频带、细步进的频率合成技术成为主要研究方向和发展趋势。

频率合成技术包含锁相环频率合成技术、直接数字式频率合成技术(DDS)和直接频率合成技术。

锁相环是最广泛使用的频率合成方式，伴随数字器件更新，发展迅速。典型方案采用鉴相器、环路滤波器、压控振荡器形成锁相环，产生锁相基带。再通过倍频或分频扩展频谱。锁相环技术方案简单，易于实现宽带应用，但受限于数字器件特性，难以兼顾频率步进与杂散抑制，且相噪难以提升。

直接数字式频率合成可实现极细步进频率输出，但受限于器件最高时钟频率，输出频率低、带宽窄，难以满足宽带应用。

直接频率合成通过对参考信号的加减乘除运算，产生需求频率，无附加数字器件噪声，具备低相噪特点。但所有频点均由模拟方式产生，合成效率低，硬件占用随频点数增多成倍增长，难以兼顾宽带与细步进需求。

现有宽带频率合成电路已有报到如下：

1.2016年，罗明等人发表论文《一种小型毫米波宽带频率源设计实现》。文中方案采用鉴相器配合宽带VCO实现11GHz~20GHz的锁相环电路，通过二倍频扩展频谱至22GHz~40GHz，具备方案简单，易于实现，覆盖频带宽等优点。但该方案无法处理锁相环小数鉴相引入的小数分频杂散，在25MHz频率步进下，杂散抑制60dBc。在保证杂散抑制指标同时，频率分辨率难以进一步提升。此外，受限于鉴相器噪底，相位噪声难以改善。

2.2019年，孙科等人发表论文《宽带细步进捷变频频率合成器》。文中方案采用DDS产生细步进参考，通过锁相实现5GHz~10GHz基带信号。通过开关选通，分别对上述基带信号进行分频、倍频，将频谱扩展至2GHz~18GHz。该方案具备宽带细步进特点，但相位噪声由锁相环内鉴相器噪底决定，难以提升。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种宽带细步进频率合成电路及方法，兼顾宽带细步进与低相噪的指标需求，创新地结合锁相技术、DDS技术以及直接频率合成技术三种技术优势，采用梳线级联，直合实现低相噪本振；采用DDS+锁相环实现分辨率达1Hz的细步进中频；通过混频搬移、插值填充高效扩展频谱，实现多倍频程，频率步进达1Hz的宽带细步进频率合成电路，同时具备低相噪等优点。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

一种宽带细步进频率合成电路，包括基准单元、中频单元、本振单元和扩频单元，基准单元产生的低噪声基准信号输出至中频单元和本振单元，分别在中频单元产生细步进中频信号，在本振单元产生低相噪本振信号；扩频单元输入端连接本振单元输出、中频单元输出，扩频单元的输出端即频率合成电路输出。

进一步地，所述基准单元包括第一梳谱发生器、功分器、滤波器、滤波器；第一梳谱发生器输入晶振提供的低相噪参考信号，产生步进为的低附加噪声宽带梳谱信号，梳谱信号二功分后分别通过滤波器、滤波器，提取第一低噪声基准信号、第二低噪声基准信号。