[发明专利]一种带频移的频率锁定环

说明书

一种带频移的频率锁定环或简称锁频环是一个控制系统或电路，其输出信号频率能跟随输入信号频率，保持频率之差不变。基本的带频移锁频环由混频器、频率‑电压幅度变换部件、检波器、调整放大器、和压控振荡器组成。适当设计电路，使得锁频环中频率‑电压幅度变换部件过渡带的频率‑电压幅度下降(上升)和压控振荡器的电压‑频率上升(下降)在某个频率‑电压点上达到平衡，即实现回路的锁定。实际的锁频环有升频式和降频式两种，它们的输出信号频率分别高于或低于输入信号频率。带频移锁频环可直接用作频移器、双频信号产生器、具自动跟踪锁定能力的锁频接收机，为雷达、通讯等系统设计提供新概念和机制。本发明整体或部分能够构成锁频环专用芯片。

技术领域

本发明涉及电子信息领域，提出一种带频移的频率锁定环(Frequency LockedLoop， FLL)。

背景技术

锁相环(Phase Locked Loop，PLL)技术是电子信息领域中应用广泛并且发展成熟的技术。但在应用中锁相环不总能符合应用需求。通常的经验是，锁相环的实现代价较高，相位或频率的捕捉范围较窄，设计和调整比较麻烦。还有一些更深度的问题。例如在雷达、通信和电子仪器设计中，常常需要参照某个给定信号频率F₁产生另一个信号频率F₂，它们之间的频率差ΔF＝F₁-F₂很小。例如对毫米波、太赫兹、直到光频的弱信号接收变换处理中，信号频率极高，希望变频到某个较低的频率上处理，人们需要的频率是差频ΔF。这时的相对频移量|ΔF/F₁|很小，例如到10^-6或更小，又要求频移量ΔF数值稳定，这就不是一个简单问题。设计人员会发现，处理这种应用使用锁相环的代价会很高，不容易被工业应用所接受。在应用中，频率为F₁的信号S₁可以是接收信号，F₁的数值可能随时间漂移。因此要有一个跟踪机制来产生F₂，才能保证ΔF数值稳定。此外，应用中的锁相环都使用大量的脉冲数字电路，造成输出频率的噪声基底高，不利于弱信号的接收变换处理；当锁相环用于产生发射信号时，噪声基底会影响发射信号的品质。

在本发明中提出的带频移的锁频环是一个控制系统或电路，它接受一个输入信号并产生一个输出信号，该输出信号的频率与输入信号频率之差是一个固定值；当输入信号频率变化，输出频率将跟随地变化，而它们频率之差保持不变。

带频移的锁频环可以称为跟踪式频移器。在音频技术中常常使用一种频移器来达到一种特别的听觉效果。这种音频频移器通常用调幅和边带提取方法来实现，和本发明的工作机制完全不同。当频率达到GHz以上且相对频移很小时，边带提取方法的实现代价会越来越高。

在通讯和控制领域，文献中报道了多种不带频移的锁频环，也称为频率跟踪器，其功能和机制与本发明不同。这些锁频环服务于指定的应用需求，例如恢复输入信号中包含的同步基频；或者作为频率变化的传感器，测量接收频率与指定频率的误差，用于反馈控制，保持频率稳定。不带频移的锁频环与锁相环的技术目标接近，只是锁频环有希望达到更宽的频率捕捉范围。在这些技术中，包含有对输入信号频率的估计环节甚至数字信号处理需求，这种技术基本上限于专用。有一种使用频率-电压转换部件的锁频环，其频率被锁定的准确度受模拟部件特性一致性和温度稳定性的限制。特别是，它不适合参照弱信号来实现频率锁定。

本发明提出的带频移锁频环既是一种频移信号产生器，也能作为一种锁频接收机。这种锁频接收机具有超外差接收机的形式，而常规超外差接收机的本振频率没有本发明提出的频率跟踪机制。因此本发明的锁频环可直接用于发射机，也能用于接收和检测微弱并带噪的信号。当用来带频移地跟踪信号同步频率时，就为提取调频、调幅、调相信息提供了不同于无频移的频率跟踪器的新机制。这意味着，本发明提出的锁频环技术是一种基本技术，可以直接应用于各种电子和光学收发系统和测量系统，会影响这些系统的设计概念和方法，衍生出新的应用发展。

发明内容