一种带载波检测的八路输出10 MHz参考源设计

宋 颖，朱小流

(南京熊猫汉达科技有限公司，江苏 南京 210000)

0 引言

随着卫星通信技术发展，卫星通信系统越来越复杂庞大，各分系统之间、系统内部各模块之间的“时钟同源”的重要性越来越突出。因此，在卫星通信系统中必然需要一个高精度的时钟参考源，为各分系统提供时钟参考。在已有标准时钟参考源的卫星系统中，本设计可作为具有低噪声性能的10 MHz分路/放大器使用；在无标准时钟参考源的卫星系统，本设计可利用内部恒温晶振源，输出8路高精度10 MHz时钟参考[1-3]。

1 设计方案

本设计主要由两个分系统组成：“系统A”的输出是“系统B”的输入，可选择内部恒温晶振源或外部输入参考源作为其输出；“系统B”是采用“二叉树”原则设计的一个标准分路器。系统设计方案如图1所示。

图1 系统设计方案

当有外部参考源输入时，“系统A”的载波播检测电路将会检测到该输入信号，并切断内部恒温晶振的电源，同时，选择外部输入参考源作为后级“系统B”的输入源。当无外部输入参考接入，或外部参考输入电平不满足幅度要求时，“系统A”则打开内部恒温晶振电源，并选择其作为“系统B”的输入源。“系统B”共有8路输出：第1～7路输出具有10 dB的增益；第8路输出的增益为0 dB。本设计要求外部输入参考的电平范围满足“-3 dBm～+3 dBm”，且内部选用恒温晶振输出电平为0 dBm。因此，在有外部输入参考源和无外部输入参考源时，本设计的第1～7路输出信号的电平范围分别为“-7 dBm～+13 dBm”和+10 dBm；第8路输出信号的电平与外部输入参考源或内部恒温晶振的输出一致。本设计中内部恒温晶振的型号为“OXD14-BAFSA-10 MHz”，当选用其作为设计中“系统B”的输入时，本设计的8路10 MHz参考输出的相位噪声水平为：(1)-150 dBc/Hz@100 Hz；(2)-164 dBc/Hz@1 kHz；(3)-167 dBc/Hz@10 kHz；(4)-167 dBc/Hz@100 kHz。

本设计在硬件实现时，采用全金属密闭的腔体结构；在腔体内部，有分成8个小腔体，将8路输出通道相互隔离，最大限度地保证了腔内环境与外部环境的隔离，和通道之间的隔离。结构设计如图2所示。

图2 结构设计

2 原理实现

外部输入参考通路：通过π型可调衰减电阻网络和固定增益放大器AD-4743调整外部输入参考的至合适的电平，再经过一分二功分器分成两路“外部输入P1”H和“外部输入P2”。外部输入接入电路如图3所示。

图3 外部输入接入电路

载波检测电路：检波器AD8317和电压比较器AD8611组成检波控制电路。检波器AD8317根据 “外部输入”是否有效，输出一个“低于0.8 V”或“高于0.8 V”的电压；电压比价器AD8611根据检波器AD8317的输出电压，输出“控制信号A”和“控制信号B”。检波控制电路如图4所示。

图4 检波控制电路

选择逻辑和内部晶振源通道：“控制信号B”接至恒温晶振的电源模块的使能脚，可以切断或打开恒温晶振的供电；“控制信号A”和“控制信号B”同时与模拟开关HMC194的选择功能引脚连接，用于选择其输出来源。图3中的“外部输入2”和恒温晶振源的输出分别接至模拟开关的两个输入引脚“RF1”和“RF2”。模拟开关的输出接至由一个“一分二功器”构成的分路网络，分路网络的组成关系可参考图1中的“B”部分。输入源选择控制逻辑电路如图5所示。

图5 输入源选择控制逻辑电路

3 结语

本设计中的第8路输出的增益为“0 dB”或输出“0 dBm”，同时体积仅为100×45×28 mm。因此，在较小的空间中，通过将多个该设计级联，可以得到更多路同源的10 MHz时钟参考源。本设计预留了校准内部恒温晶振频率的接口，即图5中“外围控制电路-SPI接口”，可方便通过外部MCU电路校准内部恒温晶振源。