一种小型化信号发生器的制作方法

1.本实用新型属于信号发生器电路设计技术领域，尤其涉及一种小型化信号发生器。


背景技术：

2.信号发生器在生产实践和科技领域中有着广泛的应用，且6ghz-18ghz为常用频段，通常也对输出功率和功率动态要求较高。现有的信号发生器电路中，对于功率控制大都采用“放大器+衰减器”的实现方式为主，尤其对于输出功率较高且衰减动态范围较大的应用场合，常常需要多级“放大器+衰减器”电路来实现，上述现有方案在一定程度上增加了器件成本和结构尺寸，尤其在一些需要外场测试或者复杂测试环境搭建的情况下，对信号发生设备的体积要求更高。例如：“放大器+衰减器”方案如果要覆盖至少6ghz-18ghz，这种宽带器件成本都较高，如果采用数控衰减器，则控制方式相对较复杂，且无法实现很小步进的衰减量；如果采用模拟压控衰减器，则还是必须搭配放大器来满足输出功率的要求，且有些衰减芯片还需要为其提供两路模拟控制电压，一定程度上增加了控制电路的复杂度，如何设计一种新型低成本、小型化的信号发生器成为该领域的技术难题。


技术实现要素：

3.针对上述技术问题，本实用新型提供了一种小型化信号发生器，该信号发生器采用宽带可变增益放大器的功率控制方案，通过调节可变增益放大器的控制电压即可同时实现“放大”和“衰减”功能，保证链路的增益控制动态，具有器件成本低、宽带平坦度好、控制方式简单等优点。
4.本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：
5.一种小型化信号发生器，其特征在于，包括参考锁相晶振电路、主锁相环电路和功率控制电路，其中：
6.所述参考锁相晶振电路基于外部时钟信号和/或内部晶振信号产生主锁相环电路所需的参考频率信号；
7.所述主锁相环电路基于参考锁相晶振电路的参考频率信号向功率控制电路提供6ghz-18ghz的工作信号；
8.所述功率控制电路包括单片机、数模转换器和三级可变增益放大器，所述单片机控制数模转换器产生三级可变增益放大器所需的控制电压，三级可变增益放大器基于不同的控制电压产生相应的输出功率。
9.优选的，所述参考锁相晶振电路包括第一鉴频鉴相器、第一环路滤波器、晶振、以及第一可编程分频器，外部时钟信号依次经过第一鉴频鉴相器、和第一环路滤波器传输至晶振，所述第一可编程分频器接收单片机的控制并将晶振产生的信号反馈至第一鉴频鉴相器。
10.优选的，所述主锁相环电路包括第二鉴频鉴相器、第二环路滤波器、vco电路、以及
第二可编程分频器，晶振产生的频率信号依次经过第二鉴频鉴相器和第二环路滤波器传输至vco电路，所述第二可编程分频器接收单片机的控制并将vco电路的信号反馈至第二鉴频鉴相器。
11.优选的，所述功率控制电路中的数模转换器为16位数模转换器。
12.优选的，所述功率控制电路中的可变增益放大器为ava-0233ln+型放大器。
13.优选的，所述功率控制电路中的数模转换器包括dac8550idgki型数模转换芯片和opa703na运算放大芯片。
14.本实用新型的一种小型化信号发生器具有以下有益效果：
15.该信号发生器用vga方案代替“放大器+衰减器”的功能，可简化电路，减少器件个数，从而降低器件成本和电路尺寸。通过单片机控制数模转换器产生控制电压对vga进行功率控制，搭配高分辨率的dac，可实现较高的功率控制精度，三级vga可通过一路控制电压一起控制，既简化了控制电路，也减少了信号发生器的校准工作量，通过调节可变增益放大器的控制电压即可同时实现“放大”和“衰减”功能，保证链路的增益控制动态，具有器件成本低、宽带平坦度好、控制方式简单等优点。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本实用新型的技术方案示意图；
18.图2是本实用新型的三级可变增益放大器电路示意图；
19.图3是本实用新型的数模转换电路示意图。
具体实施方式
20.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
21.以下将结合附图对本实用新型进行详细说明。
22.如图1至图3所示，该小型化信号发生器包括参考锁相晶振电路a、主锁相环电路b和功率控制电路c，图中，参考锁相晶振电路a基于外部时钟信号和/或内部晶振信号产生主锁相环电路b所需的参考频率信号，具体的，参考锁相晶振电路a包括第一鉴频鉴相器01、第一环路滤波器02、晶振03、以及第一可编程分频器04，外部时钟信号依次经过第一鉴频鉴相器01、和第一环路滤波器02传输至晶振03，第一可编程分频器04接收单片机的控制并将晶
振03产生的信号反馈至第一鉴频鉴相器01。
23.需要说明的是，锁相环电路中，当需要与外部时钟共参时，外部10mhz信号进入鉴相器pfd，与晶振产生的经过可编程分频器分频后的低相噪信号进行鉴频鉴相，产生稳定的参考信号输出给主锁相环电路b。而当不需要外参考时，晶振输出的信号即作为整个信号发生器的参考信号。
24.图中，主锁相环电路b基于参考锁相晶振电路a的参考频率信号向功率控制电路c提供6ghz-18ghz的工作信号；具体的，主锁相环电路b包括第二鉴频鉴相器05、第二环路滤波器06、vco电路07、以及第二可编程分频器08，晶振03产生的频率信号依次经过第二鉴频鉴相器05和第二环路滤波器06传输至vco电路07，第二可编程分频器08接收单片机的控制并将vco电路07的信号反馈至第二鉴频鉴相器05。需要说明的是，该锁相环电路用于产生最终需要的6ghz-18ghz的信号，其工作原理与参考锁相晶振电路a近似。
25.图中，功率控制电路c包括单片机、数模转换器和三级可变增益放大器，单片机控制数模转换器产生三级可变增益放大器所需的控制电压，三级可变增益放大器基于不同的控制电压产生相应的输出功率。具体的，三级可变增益放大器使用的vga芯片只需一路控制输入，单片机mcu控制数模转换器dac用以产生可变增益放大器vga所需的控制电压，通过调节可变增益放大器vga的控制电压，可以实现一级约40db的功率调整范围，即最大15db增益和至少25db衰减不同频率下最大衰减量有差异。
26.需要说明的是，数模转换器dac的分辨率决定控制电压的最小步进量，进而决定可变增益放大器vga增益的调整精度，本方案选用的dac器件是16位的，理论计算的电压变化精度可达0.00015v，可以控制链路功率的精细调节。此外，为实现要求的输出功率，可以提前将不同频率的功率-电压拟合曲线存储在mcu中，在使用中通过调用相应频点的校准数据，使dac输出所需电压，从而控制vga增益衰减量使链路输出所需的功率值，上述曲线存储手段均采用现有技术方案。
27.需要说明的是，单片机mcu作为整个信号发生器的控制核心，不光用于产生控制电压、存储调用功率补偿校准数据，还要负责a、b锁相电路的控制。此外，因为链路选用三级可变增益放大器，为了避免电路自激以及实现输出小功率下的大衰减量，在结构设计时需要给三级可变增益放大器分别单独设计屏蔽腔，避免信号之间的串扰。
28.具体实施时，功率控制电路c中的可变增益放大器可以为ava-0233ln+型或adi公司的hmc996lp4e型等常见芯片，功率控制电路c中的数模转换器可以为ti公司的dac8550idgki型或adi公司的ad5449yruz型芯片，运算放大器可以为ti公司的opa703na型、或adi公司的ad8065arz型等常见芯片。
29.该信号发生器用vga方案代替“放大器+衰减器”的功能，可简化电路，减少器件个数，从而降低器件成本和电路尺寸。通过单片机控制数模转换器产生控制电压对vga进行功率控制，搭配高分辨率的dac，可实现较高的功率控制精度，三级vga可通过一路控制电压一起控制，既简化了控制电路，也减少了信号发生器的校准工作量，通过调节可变增益放大器的控制电压即可同时实现“放大”和“衰减”功能，保证链路的增益控制动态，具有器件成本低、宽带平坦度好、控制方式简单等优点。
30.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：
其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种小型化信号发生器，其特征在于，包括参考锁相晶振电路(a)、主锁相环电路(b)和功率控制电路(c)，其中：所述参考锁相晶振电路(a)基于外部时钟信号和/或内部晶振信号产生主锁相环电路(b)所需的参考频率信号；所述主锁相环电路(b)基于参考锁相晶振电路(a)的参考频率信号向功率控制电路(c)提供6ghz-18ghz的工作信号；所述功率控制电路(c)包括单片机、数模转换器和三级可变增益放大器，所述单片机控制数模转换器产生三级可变增益放大器所需的控制电压，三级可变增益放大器基于不同的控制电压产生相应的输出功率。2.根据权利要求1所述的小型化信号发生器，其特征在于，所述参考锁相晶振电路(a)包括第一鉴频鉴相器(01)、第一环路滤波器(02)、晶振(03)、以及第一可编程分频器(04)，外部时钟信号依次经过第一鉴频鉴相器(01)、和第一环路滤波器(02)传输至晶振(03)，所述第一可编程分频器(04)接收单片机的控制并将晶振(03)产生的信号反馈至第一鉴频鉴相器(01)。3.根据权利要求2所述的小型化信号发生器，其特征在于，所述主锁相环电路(b)包括第二鉴频鉴相器(05)、第二环路滤波器(06)、vco电路(07)、以及第二可编程分频器(08)，晶振(03)产生的频率信号依次经过第二鉴频鉴相器(05)和第二环路滤波器(06)传输至vco电路(07)，所述第二可编程分频器(08)接收单片机的控制并将vco电路(07)的信号反馈至第二鉴频鉴相器(05)。4.根据权利要求3所述的小型化信号发生器，其特征在于，所述功率控制电路(c)中的数模转换器为16位数模转换器。5.根据权利要求4所述的小型化信号发生器，其特征在于，所述功率控制电路(c)中的可变增益放大器为ava-0233ln+型放大器。6.根据权利要求5所述的小型化信号发生器，其特征在于，所述功率控制电路(c)中的数模转换器包括dac8550idgki型数模转换芯片和opa703na运算放大芯片。

技术总结
本实用新型公开了一种小型化信号发生器，属于信号发生器电路设计技术领域，该信号发生器的参考锁相晶振电路产生主锁相环电路所需的参考频率信号，主锁相环电路基于参考频率信号向功率控制电路提供6GHz-18GHz的工作信号；功率控制电路包括单片机、数模转换器和三级可变增益放大器，单片机控制数模转换器产生三级可变增益放大器所需的控制电压，三级可变增益放大器基于不同的控制电压产生相应的输出功率。与现有技术相比，该信号发生器采用宽带可变增益放大器的功率控制方案，通过调节可变增益放大器的控制电压即可同时实现“放大”和“衰减”功能，保证链路的增益控制动态，具有器件成本低、宽带平坦度好、控制方式简单等优点。控制方式简单等优点。控制方式简单等优点。


技术研发人员：卓普 王卫涛 赵婧
受保护的技术使用者：西安豹斐电子科技有限公司
技术研发日：2023.05.28
技术公布日：2023/9/23