频谱分析仪中小数环的一点改进

2010-07-12 12:30向志南邹丹

电子测试 2010年4期

向志南，邹丹

（中国电子科技集团公司第41研究所）

0 引言

AV4033频谱分析仪是中电41所研制的扫频超外差式宽带接收机，具有高分辨率，低相噪等特性。AV4033频谱仪采用扫频本振方案，本振频率合成部分由参考环、取样环、YTO环、小数分频环等组成，原理框图如图1所示。

3～6.8GHz的本振信号进入取样器，由取样环提供285～297MHz信号作为取样本振。60～96MHz的取样器中频输出和小数环输出进行鉴相，误差信号送至YTO的FM线圈，调整YTO频率，直到取样器中频输出等于小数环输出为止。锁相合成大大提高了本振批率的稳定度，小数环输出的微步距实现了本振以1mHz步进，使1Hz分辨带宽的实现成为可能。

图1 本振原理框图

因此小数环的设计非常重要，它的性能直接影响着整机的关键性能。在AV4033频谱分析仪中小数环的原理框图如图2所示。

图2 小数分频锁相环原理框图

小数环主要由高稳定度与准确度的参考频率源、鉴相器、环路滤波器、可变程序分频器及压控振荡器等部分构成。小数环的主要性能指标由频率覆盖范围、即小数环的带宽、频率转换时间、频率准确度与稳定度、频率间隔、寄生输出和相位噪声等。它们与电路结构、器件性能、环路参数、调试状态及采取的技术措施等都有关。在设计、调试小数环中，都想方设法来改善其性能，以满足技术要求。

1 小数分频器

以AV4033频谱分析仪为例讲述小数分频器的工作原理及应用。

普通锁相环原理框图如图3所示。

图3 锁相环原理框图

如果锁相环示意图3中反馈网络为分频器，分频比为N，则：

只需简单地改变分频比N，就可以得到一系列N*Fr的输出频率，即环路构成一个锁相倍频器。上述公式只满足于锁定状态。当环路反馈改变时，环路需经过一个暂态的频率捕捉过程，所需时间即为频率切换时间。它反比于参考频率和环路滤波器的通频带。Fo的最小分辨率为Fr，但为了加快捕捉速度，抑制高频相噪等改善环路性能的要求，要提高参考频率，这与提高分辨率发生矛盾即分辨率与频率切换速度之间的矛盾。为了解决这一困难,采用小数分频。即：

但一般的数字分频器只能进行整数分频，无法实现小数分频。从平均频率的观点出发，小数分频是可以实现的，即分频比是一段时间内被分频的脉冲数与分频后的脉冲数之比。例如作6次八分频，4次九分频，有6*8+4*9=84个脉冲参与分频，而输出10个脉冲，故平均为N.F=84/10=8.4分频。

具体电路一般是采用程控变模分频器和累加器相结合实现小数分频的。由程控变模分频器实现N/N+1分频，相位累加器控制分频比N及N+1的切换。

图4 小数分频示意图

由图4可看出，累加器每次累加后都存在余量即分频输出脉冲的相位误差。对于N.F分频来说，每次N分频使输出脉冲相位超前2π(F/N.F)，而N+△N分频使相位滞后2π(△N -.F/N.F)。经鉴相器输出误差电压，滤波后加到VCO上造成调相。称为尾数调制。

采用“∑-△调制”技术，可彻底根除尾数调制。其基本原理是利用相位频谱搬移的方式，借助锁相环的低通特性来实现的。环路采用三级累加器及一系列延时和求和网络，对分频比进行调制。其中，一级累加器已实现了小数分频如图4所示，但存在尾数调制，二级累加器可去毛刺，但抬高噪声，三级累加器降低噪声，最终实现完美的小数分频。