一种调谐电路及频率合成器 |
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| 申请号 | CN201710018787.8 | 申请日 | 2017-01-10 | 公开(公告)号 | CN106888003A | 公开(公告)日 | 2017-06-23 |
| 申请人 | 四川九洲电器集团有限责任公司; | 发明人 | 任屹灏; 杨光; 孙敏; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 调谐 电路 及 频率 合成器，用于提高 晶体 振荡器 的输出 信号 的频率的精确度。其中的调谐电路包括： 晶体振荡器 ，用于产生振荡频率；电位器，所述电位器的第一端与所述晶体振荡器的参考 电压 端连接，第二端与所述晶体振荡器的接地端连接，滑片与所述晶体振荡器的电压调谐端连接；其中，通过调节所述电位器的滑片能够调节所述晶体振荡器输出的振荡频率；第一 电阻 ，所述第一电阻的一端与所述晶体振荡器的接地端连接，另一端与所述电位器的所述第二端连接，用于减小所述电位器的 输出电压 的范围。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种调谐电路，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种调谐电路及频率合成器技术领域背景技术[0002] 频率合成器主要利用晶体振荡器产生精确度较高的振荡频率，用于作为信号源提供信号。晶体振荡器所产生的输出信号的频率主要取决于输入晶体振荡器的调谐信号，理想状态下，输入晶体振荡器的调谐信号的频率与晶体振荡器所产生的输出信号的频率之间接近线性关系。但是在实际情况中，由于温度、材料或老化等因素导致晶体振荡器实际产生的输出信号的频率产生偏差，即产生频偏，这就导致输出信号的频率精确度较低，因此，需要对调谐信号进行调谐，使得输出信号的频率与目标频率尽量一致。 [0003] 目前一般采用电位器对调谐信号进行调谐。如图1中所示的电路，调节电位器的滑片以改变输入晶体振荡器的调谐信号的电压，进而对输出信号的频率进行调节，弥补频偏。然而电位器的滑片的滑动需要通过工具转动电位器上的转动扭来实现，即通过改变转动钮的角度来调整电位器的输出电压，从而改变晶体振荡器的输出信号的频率，比如电位器的转动钮的角度改变1°，电位器的输出电压可能改变0.0021V，晶体振荡器的输出信号的频率可能改变2Hz，以补偿频偏。由于频偏通常较小，就需要保证转动扭在较小的角度范围内转动，而电位器的转动钮很难保证在较小的范围内转动，这就导致在旋转转动钮时，电位器的转动钮的转动角度较大，使得电位器的输出电压的改变值较大，相应的晶体振荡器的输出信号的频率的改变值也就比较大，无法实现较为精确地调整。 发明内容[0004] 本发明实施例提供一种调谐电路及频率合成器，用于提高晶体振荡器的输出信号的频率时的精确度。 [0005] 第一方面，本发明一实施例提供了一种调谐电路，该调谐电路包括： [0006] 晶体振荡器，用于产生参考时钟频率； [0007] 电位器，所述电位器的第一端与所述晶体振荡器的参考电压端连接，第二端与所述晶体振荡器的接地端连接，滑片与所述晶体振荡器的电压调谐端连接；其中，通过调节所述电位器的滑片能够调节所述晶体振荡器输出的振荡频率； [0008] 第一电阻，所述第一电阻的一端与所述晶体振荡器的接地端连接，另一端与所述电位器的所述第二端连接，用于减小所述电位器的输出电压的范围。 [0009] 可选的，所述频率合成调谐电路还包括第二电阻，所述第二电阻的一端与所述晶体振荡器的电压调谐端连接，另一端与所述电位器的所述第一端连接，用于减小所述电位器的输出电压的范围。 [0010] 可选的，所述第一电阻的阻值及所述第二电阻的阻值根据所述电位器的电压调谐量确定，所述电压调谐量为所述电位器的输出电压的最大值和最小值之差。 [0011] 可选的，所述电位器的最大阻值位于第一阻值范围内；其中，所述第一阻值范围使得每调整所述电位器的转动扭单位刻度时，所述参考时钟频率的改变值的最大值不超过L，L为正整数。 [0012] 可选的，所述第一电阻的阻值位于第二阻值范围内，所述第二阻值范围使得每调整所述电位器的转动扭单位刻度时，所述参考时钟频率的改变值的最大值不超过L，L为正整数。 [0013] 可选的，所述第二电阻的阻值位于第三阻值范围内，所述第三阻值范围为使得每调整所述电位器的转动扭单位刻度时，所述参考时钟频率的改变值的最大值不超过L，L为正整数。 [0014] 第二方面，本发明一实施例提供了一种频率合成器，该频率合成器包括调谐电路和压控振荡器，所述调谐电路的输出端与所述压控振荡器的输入端连接，用于为所述压控振荡器提供参考时钟频率； [0015] 其中，所述频率合成调谐电路包括晶体振荡器、电位器和第一电阻，所述晶体振荡器用于产生参考时钟频率；所述电位器的第一端与所述晶体振荡器的参考电压端连接，第二端与所述晶体振荡器的接地端连接，滑片与所述晶体振荡器的电压调谐端连接，其中，通过调节所述电位器的滑片能够调节所述晶体振荡器输出的参考时钟频率；所述第一电阻的一端与所述晶体振荡器的接地端连接，另一端与所述电位器的所述第二端连接，用于减小所述电位器的输出电压的范围。 [0016] 可选的，所述调谐电路还包括第二电阻，所述第二电阻的一端与所述晶体振荡器的电压调谐端连接，另一端与所述电位器的所述第一端连接，用于减小所述电位器的输出电压的范围。 [0017] 可选的，所述频率合成器还包括鉴相器和滤波器； [0018] 其中，所述鉴相器的参考信号输入端与信号源连接，输出端与所述滤波器的输入端连接，反馈信号输入端与所述压控振荡器的输出端连接；所述鉴相器用于根据输入所述参考信号输入端的参考信号和输入所述反馈信号输入端的反馈信号之间的频率的差值和相位的差值，对所述参考信号进行调频。 [0019] 所述滤波器的输出端与所述压控振荡器的输入端连接，用于对所述鉴相器输出的信号进行滤波。 [0020] 可选的，所述频率合成器还包括分频器，所述分频器的输入端与所述压控振荡器的输出端连接，输出端与所述鉴相器的反馈信号输入端连接，用于对所述压控振荡器输出的振荡频率进行分频，并将分频频率反馈给所述鉴相器。 [0021] 本发明实施例提供了一种调谐电路，通过第一电阻能够对输入晶体振荡器的调谐电压进行分压，减小电位器的输出电压的范围，即使电位器的转动钮无法实现小角度调整，由于电位器的输出电压范围本身较小，转动电位器的转动钮，能够使得电位器的输出电压的调整值也较小，即输入到晶体振荡器的调谐电压的调整值也减小，那么晶体振荡器的输出信号的频率的调整值也相应减小，从而实现对可以对晶体振荡器的输出信号的频率进行较精确地调节。附图说明 [0022] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。 [0023] 图1是现有技术中的调谐电路的一种结构示意图； [0024] 图2是本发明实施例提供的调谐电路的一种结构示意图； [0025] 图3为本发明实施例提供的调谐电路的一种结构示意图； [0026] 图4为本发明实施例提供的频率合成器的一种结构示意图。 具体实施方式[0027] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合 [0028] 另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，在不做特别说明的情况下，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。 [0029] 本发明实施例中，输入晶体振荡器的电压调谐端的电压称为调谐电压，调谐电压的最大值一般是晶体振荡器的参考电压值。 [0030] 调节电位器的滑片的方式为转动电位器上设置的转动扭，电位器的电压调谐量为电位器的输出电压的最大值和最小值之差，电位器的电压调谐灵敏度为电压调谐量与固定系数的比值，固定系数例如为200，或者是每调整电位器单位刻度时，电位器的调谐电压的调整值。 [0031] 晶体振荡器产生的参考时钟频率的改变值指的是每调整电位器单位刻度时，晶体振荡器的输出信号的频率的改变值，晶体振荡器产生的参考时钟频率的改变值也称为晶体振荡器的输出信号的频率的调整值。 [0032] 单位刻度在本发明实施例中用于衡量指电位器的调整量。例如通过转动钮调整电位器，则单位刻度为转动钮的角度刻度，是以度为单位来衡量，一个单位刻度可以是1°，当然不限于1°。本发明实施例中，电位器的转动扭的单位刻度就以1°为例。若通过其他方式来调整电位器，则单位刻度的单位和取值可相应改变。 [0033] 下面结合附图介绍本发明实施例提供的技术方案。 [0034] 请参见图2，本发明实施例提供一种频率合成调谐电路，该频率合成调谐电路包括晶体振荡器101、电位器102和第一电阻103。其中，晶体振荡器101可以产生参考时钟频率，电位器102的第一端a可以与晶体振荡器101的参考电压端2连接，第二端b可以与晶体振荡器101的接地端7连接，滑片c与晶体振荡器101的电压调谐端1连接。调节电位器102的滑片c能够改变输入晶体振荡器101的参考电压端2的信号的电压大小，从而达到调节晶体振荡器101的输出端8输出的参考时钟频率的效果。图2中，Vcc表示电源，Vdd表示接地，Output表示晶体振荡器101的输出端8输出的信号。 [0035] 本发明实施例中，第一电阻103的一端d与晶体振荡器101的接地端7连接，另一端e与电位器102的第二端b连接。第一电阻103串联在电位器102和晶体振荡器101之间，能够对输入晶体振荡器101的参考电压进行分压，以减小电位器102的输出电压的范围，那么每调整电位器102的转动钮1°，电位器102的输出电压的调整值也将减小，即输入给晶体振荡器的调谐电压的调整值也将减小，那么晶体振荡器101的输出信号的频率的调整值也减小，从而实现对可以对晶体振荡器的输出信号的频率进行较精确地调节。 [0036] 一种实施方式下，电位器102的最大阻值R0可以位于第一阻值范围内，第一电阻103的阻值R1可以位于第二阻值范围内。第一阻值范围和第二阻值范围均可以根据晶体振荡器101的输出信号的频率的调整值的最大值进行设置，使得晶体振荡器101的输出信号的频率的调整值的最大值不超过L，L为正整数。L可以是调整晶体振荡器101的输出信号的频率需要满足的调整精度，调整精度可以理解为，每调整一次，晶体振荡器101的输出信号的频率的调整值需满足一定的范围，一般来说改变不能太大。当然，若晶体振荡器101不同，对应的L可能相同也可能不同。L可以预先设置，如200Hz，这样就可以根据小于L的频率的调整值对晶体振荡器101的输出信号的频率进行调整，使得最终晶体振荡器101的输出信号的实际频率尽量接近理想频率。理想频率为理想条件下，晶体振荡器101的输出信号的频率。 [0037] L不宜过大也不宜过小，如果L过大，那么实际频率值经过一次调整后可能比较接近理想频率值，但是继续调整可能会超过理想频率值，即调整后实际频率值偏离理想频率值。如果L过小，每次调整的范围就小，这就需要进行多次调整，比较麻烦。L可以根据实际经验设置，也可以实现通过实验测试能够使得如调整值为6MHz，调整一次后实际频率值由90MHz调整为96MHz，继续第二次调整，调整后为102MHz，显然远离了理想频率值，不能够较好地使得晶体振荡器101的输出信号的实际频率尽量接近理想频率的值，比如L可以设置为 200Hz。 [0038] L确定之后，进一步地，第一阻值范围也可以确定，例如，L为200Hz，那么晶体振荡器101的输出信号的频率的调整值的最大值不超过200Hz，如晶体振荡器101的输出信号的频率的调整值为150Hz，此时，对应的晶体振荡器101的调谐电压的调整值可以是0.02V，那么电位器的输出电压的调整值也可以是0.02V，对应地，电位器102的阻值R0的最大值可以位于第一阻值范围如[10KΩ，20KΩ]，那么电位器102的阻值R0可以是第一阻值范围内的任一阻值，比如15KΩ。 [0039] L确定之后，进一步地，第二阻值范围也可以确定，为了实现对晶体振荡器的输出信号的频率进行较精确地调节，在可能的实施方式中，第一电阻103的阻值R1可以根据电位器102的电压调谐量确定，电压调谐量为电位器102的输出电压的最大值和最小值之差，也就是第一电阻103的阻值R1可以根据电位器102的输出电压的最大值和/或最小值确定，当第一电阻103的阻值R1可以位于第二阻值范围内，使得晶体振荡器101产生的参考时钟频率的调整值的最大值小于LHz，L为正整数。第一电阻103的设置进一步使得晶体振荡器101产生的参考时钟频率的调整值的最大值减小。每次对晶体振荡器101产生的参考时钟频率的调整值越小，那么经过多次调整后，晶体振荡器101产生的参考时钟频率的频率值越接近理想频率值，因此，晶体振荡器101产生的参考时钟频率的调整值的最大值进一步减小，比如，L为200Hz，晶体振荡器101产生的参考时钟频率的调整值的最大值可以为100Hz。 [0040] 为了满足晶体振荡器101产生的参考时钟频率的调整值的最大值为100Hz，第一电阻103的阻值R1可以位于第二阻值范围内。第二阻值范围可以根据电位器102的输出电压的范围确定，例如L为200Hz，晶体振荡器101产生的参考时钟频率的调整值的最大值为100Hz，当L为200Hz，对应地，电位器102的输出电压的范围可以是[0V，3.6V]，当晶体振荡器101产生的参考时钟频率的调整值的最大值为100Hz，对应地，电位器102的输出电压的范围可以是[0V，2.4V]，可知，第一电阻103需要使得电位器102的输出电压的范围减小1.2V，由此，可以确定第二阻值范围可以是[30KΩ，40KΩ]，那么第一电阻103的阻值R1可以是第二阻值范围内的任一阻值，比如35KΩ。 [0041] 下面结合图1和图2，以晶体振荡器101是型号为VF901332-100MHz的晶体振荡器为例介绍本发明实施例提供的技术方案。 [0042] 晶体振荡器101的电源端14连接外部电源，用以提供5V的工作电压，晶体振荡器101的参考电压Vf为4.2V。在图1中，电位器102的输出电压Vt的范围可以是[0V，4.2V]，此时，若电位器102的滑片滑动到电位器102的中间，那么电位器的输出电压Vt为0.5Vf。调节电位器102的滑片，即调整电位器102上的转动扭，顺时针(或逆时针)旋转100°(一般来说，转动钮的最大旋转角是100°)，Vt＝0.5Vf±0.5Vf×θ/100。当参考电压Vf为4.2V时，电位器 102上的转动扭的转动角度改变1°，调谐电压改变0.021V，即调谐灵敏度为0.021V/度，也即输入晶体振荡器101的电压调谐端1的调谐电压改变0.021V，从而达到调节调谐电压的目的。 [0043] 在图2中，第一电阻103的阻值R1若与电位器102的阻值R0相同，当参考电压Vf为4.2V时，那么电位器102的输出电压Vt的范围可以是[0V，2.1V]，此时，若电位器102的滑片滑动到电位器102的中间，那么电位器的输出电压Vt为0.5×2.1V。调节电位器102的滑片，即调整电位器102上的转动扭，顺时针(或逆时针)旋转100°(一般来说，转动钮的最大旋转角是100°)，Vt＝0.5×2.1V±0.5×2.1V×θ/100。电位器102上的转动扭的转动角度改变 1°，调谐电压改变0.0105V，即调谐灵敏度为0.0105V/度，也即输入晶体振荡器101的电压调谐端1的调谐电压改变0.0105V，小于0.021V，可见，第一电阻103的增设，可以减小电位器 102的输出电压的范围，进而减小调谐电压的调整值。 [0044] 如果电位器102的最大阻值为10KΩ，而电位器102的输出电压Vt的最大值为2.1V，最小值为0V，即电位器102的电压调谐量位于[0V，2.1V]，那么第一电阻103的阻值R1根据公式(1)计算可以得到： [0045] Vt＝Vf×R1/(R0+R1) (1) [0046] 由公式(1)可以计算得到，当电位器102的输出电压Vt的最大值为2.1V时，第一电阻103的阻值R1为10KΩ，当电位器102的输出电压Vt的最小值为0V时，第一电阻103的阻值R1为0Ω，所以第二阻值范围可以是[0Ω，10KΩ]，第一电阻103的阻值R1可以是第二阻值范围内的任一电阻值。 [0047] 请参见图3，本发明实施例提供的频率合成调谐电路还包括第二电阻201，第二电阻201的一端f与晶体振荡器101的电压调谐端1连接，另一端g与电位器102的第一端a连接。第二电阻201同第一电阻103一样可以减小电位器102的输出电压的范围。其中，第二电阻 201和第一电阻103可以位于电位器102的两端，也可以位于电位器102的一端。在图2中，第一电阻103的阻值R1可能大于电位器102的最大阻值R0，那么电位器102的输出电压Vt的最小值大于1/2晶体振荡器101的参考电压Vf的值，使得电位器102不能够在低于1/2晶体振荡器101的参考电压Vf范围内进行调节。鉴于此，第二电阻201与第一电阻103可以分别位于电位器102的两端，以使得电位器102能够在低于1/2晶体振荡器101的参考电压Vf范围内进行调节。图3以第二电阻201与第一电阻103可以分别位于电位器102的两端为例。 [0048] 第二电阻201的设置可以进一步减小电位器102的输出电压的范围，以进一步减小晶体振荡器101产生的参考时钟频率的调整值的最大值，每次对晶体振荡器101产生的参考时钟频率的调整值越小，那么经过多次调整后，晶体振荡器101产生的参考时钟频率的频率值越接近理想频率值，以实现能够更为精确地对晶体振荡器101产生的参考时钟频率进行调整。本发明实施例中，第二电阻201的阻值R2的确定方式与第一电阻103的阻值R1的确定方式相同。第二电阻201的阻值R2也可以根据电位器102的电压调谐量确定。 [0049] 第三电阻范围同样可以根据电位器102的输出电压的范围确定。为了满足晶体振荡器101产生的参考时钟频率的调整值的最大值更加小，比如50Hz，小于第一电阻103和电位器102对应的调整值100Hz，若当晶体振荡器101产生的参考时钟频率的调整值的最大值为100Hz，对应地，电位器102的输出电压的范围可以是[0V，2.4V]，当当晶体振荡器101产生的振荡频率的调整值的最大值为50Hz，对应地，电位器102的输出电压的范围可以是[0V，1.2V]，可知，第二电阻201需要使得电位器102的输出电压的范围减小1.2V，由此，可以确定第三阻值范围可以是[30KΩ，40KΩ]，那么第二电阻201的阻值R2可以是第三阻值范围内的任一阻值，比如35KΩ。 [0050] 下面结合图3，以晶体振荡器101是型号为VF901332-100MHz的晶体振荡器为例介绍本发明实施例提供的技术方案。 [0051] 在图3中，晶体振荡器101的参考电压为4.2V，当电位器102的阻值R0为10KΩ，第一电阻103的阻值R1为10KΩ时，第二电阻201的阻值R2为0Ω时，电位器102的输出电压的范围是[2.1V，4.2V]。若要满足电位器的输出电压小于2.1V时，如电位器的输出电压的范围可以是[1.4V，2.8V]，那么第二电阻201的阻值可以根据公式(2)和公式(3)计算： [0052] Vt＝Vf×R1/(R0+R1+R2) (2) [0053] Vt＝Vf×(R0+R1)/(R0+R1+R2)。 (3) [0054] 在公式(2)和公式(3)中，Vt表示输出电压，Vf表示参考电压，由公式(2)和公式(3)可以计算得到，第二电阻201的阻值R2为10KΩ，此时，第二阻值范围可以是包括10KΩ的一个范围。 [0055] 继续结合图3，以晶体振荡器101是型号为VF901332-100MHz的晶体振荡器为例介绍本发明实施例提供的技术方案。 [0056] 若晶体振荡器101的参考电压为4.2V，当调谐电压为2.1V时，晶体振荡器101的输出信号的频率为100MHz(标称频率)，当调谐电压的范围为[0V，4.2V]，频率调节范围为[-200Hz，+200Hz]，即频率偏差范围为±200Hz，若用电位器102进行电压调谐，每调整电位器 102的转动钮1°，那么频率改变1Hz。 [0057] 当晶体振荡器101的输出信号的频率为5Ghz时，要求输出信号的频率频偏≤100Hz，那么参考频偏≤2Hz，当第一电阻103的阻值R1和第二电阻201的阻值R2均为0Ω，即图2所示的频率合成器实际上只有电位器102来调节输入晶体振荡器101的调谐电压。如果用电位器进行调谐，必须保证转动的角度在±2度的范围内，对于封装较小的电位器，通过人工手动调节的方式，是很难保证这么微小的精度的，而且即便是调好了，电位器的转动扭也会受到弹性力变和热胀冷缩、机械振动等因素的影响，而发生一定角度的偏转，最终会使输出信号的频率不能满足精度要求。 [0058] 因此，本发明实施例中，设置了第一电阻103和第二电阻201，假设电位器102的阻值R0为10kΩ，第一电阻103的阻值R1＝45kΩ，第二电阻201的阻值R2＝45kΩ，那么电位器102的输出电压的范围由[0V，4.2V]缩减为[1.9V，2.3V]，即频率偏差范围由±200Hz缩减到±20Hz。此时采用电位器102进行电压调谐，则每调整电位器102的转动钮10°，频率才改变 1Hz，从而降低了电位器102的调谐灵敏度，提高了晶体振荡器101的输出信号的频率的精确度。本发明实施例中，适当调整R0，R1，R2的值，还可以进一步降低电位器102的调谐灵敏度。 [0059] 请参见图4，本发明实施例还提供了一种频率合成器，该频率合成器包括图2或图3所示的调谐电路、压控振荡器401，调谐电路与压控振荡器401连接，用于为压控振荡器401提供参考时钟频率，以使得压控振荡器401基于该参考时钟频率产生输出频率。由于调谐电路使得参考时钟频率的精度较高，那么输入压控振荡器401的频率的精度也较高，从而导致压控振荡器401输出的频率的精度也较高。 [0060] 请继续参见图4，该频率合成器还包括鉴相器402和滤波器403，鉴相器402的参考信号输入端与信号源连接，输出端与滤波器403的输入端连接，反馈信号输入端与压控振荡器401的输出端连接。鉴相器402可以用于比较参考信号和反馈信号之间的频率和相位差别，对输入的参考信号进行调频。滤波器403的输出端与压控振荡器401的输入端连接，用于对输入的信号进行滤波。图4中，Vef表示参考信号，即经过调谐电路输出的信号，Vout表示压控振荡器401的输出信号。 [0061] 请继续参见图4，本发明实施例提供的频率合成器还包括分频器404，分频器404的输入端与压控振荡器401的输出端连接，输出端与鉴相器402的反馈信号输入端连接。该分频器404可以用于对压控振荡器401输出的振荡频率进行分频，并将分频频率反馈给鉴相器402，以使得鉴相器402根据分频频率对输入的参考信号进行调频。 [0062] 本发明实施例提供了一种频率合成器，通过第一电阻能够对输入晶体振荡器101的调谐电压进行分压，减小电位器的输出电压的范围，从而每转动电位器上的转动钮一个角度，使得电位器的输出电压的调整值也减小，即输入到晶体振荡器101的调谐电压的调整值也减小，那么晶体振荡器101的输出信号的频率的调整值也减小，从而实现对可以对晶体振荡器101的输出信号的频率进行较精确地调节。 [0063] 当然，本发明实施例所提供的调谐电路不仅可以用于频率合成器，还可以用于其他可能的电路中，对于用于哪种电路，本发明实施例不作限制。 |
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