本發(fā)明涉及電磁波能量的測試技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有輸入頻率自動識別功能的參考環(huán)電路及實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

隨著微波集成電路和數(shù)字芯片技術(shù)的發(fā)展，手持式頻譜分析儀的工作頻段越來越高、體積比之前的產(chǎn)品更加小巧，重量更輕，功能指標(biāo)更加強(qiáng)大，目前手持式頻譜分析儀廣泛應(yīng)用于無線通信設(shè)備安裝調(diào)試、干擾信號分析、國防軍工設(shè)備現(xiàn)場維護(hù)以及實驗室通用頻譜測量等領(lǐng)域。部分測試場合下，要求被測試信號與手持式頻譜分析儀共參考時鐘，以便準(zhǔn)確地測試信號的頻率信息，兩者之間的同步參考時鐘頻率通常為10MHz，而在某些測試場合下，比如通信機(jī)房內(nèi)的參考時鐘頻率是1.544MHz(T1)或2.048MHz(E1)，此時由于頻譜分析儀的參考環(huán)未提供相關(guān)頻率接口，被測信號與頻譜分析儀之間無法實現(xiàn)頻率的同步。

目前頻譜分析儀的參考環(huán)主要有兩種方案，其中方案一是采用10MHz恒溫或溫補(bǔ)晶振作為主時鐘，100MHz或其它頻率的VCXO通過鎖相的方式鎖定到機(jī)內(nèi)10MHz晶振上，有外參考信號輸入時，通過手動切換的方式鎖定至外參考時鐘。

方案二的參考環(huán)是采用100MHz恒溫晶振、DAC及鎖相時鐘芯片構(gòu)成一個環(huán)路，無外參考輸入時，由DAC控制恒溫晶振的頻率，有外參考輸入時，DAC不起作用，由恒溫晶振、鎖相時鐘芯片和外圍相關(guān)電路構(gòu)成鎖相環(huán)，此時外參考輸入頻率可以為1MHz、5MHz、10MHz或其他頻率點(diǎn)，主機(jī)不能自動判定輸入?yún)⒖夹盘柕念l率信息，需要用戶在主機(jī)程序界面選定具體的頻率值使參考環(huán)鎖定。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提供了一種具有輸入頻率自動識別功能的參考環(huán)電路及實現(xiàn)方法。

為解決上述問題，本發(fā)明提出的一種具有輸入頻率自動識別功能的參考環(huán)電路包括：開關(guān)S1、開關(guān)S2、時鐘管理芯片、環(huán)路濾波器、100MHz晶振、限幅放大器、反相器、CPLD以及DAC，所述時鐘管理芯片、環(huán)路濾波器依次串聯(lián)，所述限幅放大器、反相器、CPLD、數(shù)模轉(zhuǎn)換器即DAC依次串聯(lián)，所述開關(guān)S1的一端分別連接時鐘管理芯片和限幅放大器，所述開關(guān)S2的一端分別連接環(huán)路濾波器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，另一端與所述100MHz晶振相連。

上述技術(shù)方案中，所述100MHz晶振為恒溫晶振或溫補(bǔ)晶振。

上述技術(shù)方案中，所述開關(guān)S1和開關(guān)S2均為單刀雙擲模擬開關(guān)。

上述技術(shù)方案中，所述CPLD內(nèi)部預(yù)定義了所有可識別的參考頻率點(diǎn)對應(yīng)的計數(shù)值中心及誤差范圍。

上述技術(shù)方案中，所述時鐘管理芯片內(nèi)部集成了參考分頻器R、反饋分頻器N、鑒頻鑒相器、電荷泵以及時鐘輸出分頻器。當(dāng)經(jīng)過CPLD識別判定的外參考頻率為1MHz的整數(shù)倍時，時鐘管理芯片中的R分頻器、N分頻器、鑒頻鑒相器、電荷泵及外部的環(huán)路濾波器、100MHz晶振組成一個鎖相環(huán)(相位負(fù)反饋系統(tǒng))，由CPLD輸出鎖相所需要的控制參數(shù)如分頻比、電荷泵增益、電荷泵極性等至?xí)r鐘管理芯片內(nèi)的寄存器，寄存器完成初始化后開始鎖相動作。鎖相環(huán)的基本工作原理是：100MHz晶振輸出信號至?xí)r鐘管理芯片后功分為兩路，一路進(jìn)入時鐘分配電路中，經(jīng)分頻產(chǎn)生參考輸出信號，另外一路進(jìn)入反饋通道分頻器N產(chǎn)生約1MHz的鑒相頻率，與外參考頻率經(jīng)參考分頻器R分頻產(chǎn)生的1MHz信號在鑒頻鑒相器內(nèi)進(jìn)行頻率/相位比較，經(jīng)電荷泵轉(zhuǎn)換成電流后控制恒溫晶振的瞬時相位(或頻率)自動跟蹤輸入?yún)⒖夹盘柕南辔?或頻率)，從而實現(xiàn)鎖相環(huán)的自動鎖定。

一種具有輸入頻率自動識別功能的參考環(huán)電路的實現(xiàn)方法，包括以下步驟：

步驟一、外參考信號初次接入整機(jī)的參考輸入端口時，開關(guān)S1切向通道B，經(jīng)過限幅放大器和反相器后將輸入信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字方波信號后進(jìn)入CPLD；

步驟二、在CPLD內(nèi)部首先進(jìn)行2^M分頻，使計數(shù)脈沖周期在50ms以上；

步驟三、由待調(diào)諧鎖定的100MHz時鐘信號對分頻后的數(shù)字脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，得到單個周期內(nèi)的計數(shù)值及計數(shù)誤差，根據(jù)CPLD程序中預(yù)定義的與每一個已知參考頻率值相對應(yīng)的計數(shù)值中心和誤差范圍來比較確定外參考輸入信號的頻率；由恒溫晶振輸出頻率f1(中心頻率100MHz，調(diào)諧范圍假定±2ppm(1ppm＝10^-6)，即晶振輸出頻率范圍100MHz±200Hz，待調(diào)諧鎖定至外參考)對分頻后的數(shù)字方波信號進(jìn)行周期計數(shù)，得到單個周期內(nèi)的計數(shù)值及計數(shù)誤差，假設(shè)外參考輸入頻率為f0(MHz)，經(jīng)分頻后產(chǎn)生的數(shù)字方波信號周期應(yīng)為2^M/f0(μs)，則f1對單個周期方波的計數(shù)結(jié)果為2^M*f1/f0，恒溫晶振無誤差輸出100MHz時，計數(shù)值應(yīng)為2^M*100/f0，而實際上晶振輸出頻率f1未鎖定時存在最大±200Hz的頻率誤差，即計數(shù)誤差為±200*2^M*10^-6/f0，程序中應(yīng)預(yù)先定義分頻值M，假定M值為17，則參考輸入頻率1MHz時的計數(shù)值中心應(yīng)為13107200，計數(shù)誤差范圍±2621，同理1.544MHz參考頻率對應(yīng)計數(shù)值中心8489119，計數(shù)誤差±1698，2MHz參考頻率對應(yīng)計數(shù)值中心6553600，計數(shù)誤差±1311，2.048MHz參考頻率對應(yīng)計數(shù)值中心6400000，計數(shù)誤差1280…，CPLD程序內(nèi)預(yù)先存儲定義所有可識別外參考頻率對應(yīng)的計數(shù)值中心及誤差范圍，程序?qū)ν鈪⒖驾斎胄盘?^M分頻后的方波信號初次周期計數(shù)即可通過預(yù)定義的計數(shù)值區(qū)間確定外參考頻率；

步驟四、在計算得到的頻率值為1MHz的非整數(shù)倍數(shù)值時，將開關(guān)S1和開關(guān)S2保持切換在B通道，CPLD程序比較現(xiàn)有的計數(shù)值與機(jī)內(nèi)存儲的已知參考頻率對應(yīng)計數(shù)值中心的誤差，如誤差范圍在±1以內(nèi)，則認(rèn)為環(huán)路鎖定，否則，CPLD調(diào)整DAC數(shù)值，當(dāng)計數(shù)值比實際值偏大時調(diào)高DAC數(shù)值，反之則調(diào)低DAC數(shù)值，直至計數(shù)誤差在±1范圍以內(nèi)，在計算得到的頻率值為1MHz整數(shù)倍時，CPLD控制開關(guān)S1和S2切換至通道A，由時鐘管理芯片、環(huán)路濾波器、100MHz晶振構(gòu)成鎖相環(huán)，CPLD輸出對應(yīng)頻率預(yù)設(shè)的鎖相控制字分頻比R和N至?xí)r鐘管理芯片，完成外參考頻率的鎖相功能；在計算得到的頻率值為1MHz整數(shù)倍時，CPLD控制開關(guān)S1和S2切換至通道A，由時鐘管理芯片、環(huán)路濾波器、100MHz晶振構(gòu)成鎖相環(huán)，由于CPLD程序通過計算確定外參考輸入頻率值，如鑒相頻率為1MHz，則反饋分頻比N為100，參考分頻比R為f0(MHz)，開關(guān)切換完成后CPLD輸出鎖相控制字分頻比R和N至?xí)r鐘管理芯片內(nèi)部寄存器，使恒溫晶振輸出頻率鎖相至外部參考頻率上；

步驟五、在環(huán)路鎖定后，CPLD發(fā)送當(dāng)前參考頻率值至主機(jī)并在程序顯示界面上輸出當(dāng)前參考信號的頻率值。

上述技術(shù)方案中，所述步驟二中M取16以上的數(shù)字。

上述技術(shù)方案中，所述步驟四中設(shè)定晶振的調(diào)諧增益為正。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)方案相比具有以下有益效果和優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提出的具有輸入頻率自動識別功能的參考環(huán)電路通過CPLD的計數(shù)功能實現(xiàn)外參考輸入頻率的自動識別，由軟件確定外參考頻率值并自動執(zhí)行鎖相或鎖頻功能，具有電路設(shè)計簡單、編程靈活方便、可識別任意參考頻率值(通過預(yù)編程)、電路體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于多種射頻微波測試儀器的參考環(huán)設(shè)計，具有輸入頻率自動識別功能的參考環(huán)電路的實現(xiàn)方法簡單高效，值得推廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提出的具有輸入頻率自動識別功能的參考環(huán)電路的原理框圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述：

本實施例中，本發(fā)明提出的一種具有輸入頻率自動識別功能的參考環(huán)電路包括：開關(guān)S1、開關(guān)S2、時鐘管理芯片、環(huán)路濾波器、100MHz晶振、限幅放大器、反相器、CPLD以及DAC，所述時鐘管理芯片、環(huán)路濾波器依次串聯(lián)，所述限幅放大器、反相器、CPLD、數(shù)模轉(zhuǎn)換器即DAC依次串聯(lián)，所述開關(guān)S1的一端分別連接時鐘管理芯片和限幅放大器，所述開關(guān)S2的一端分別連接環(huán)路濾波器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，另一端與所述100MHz晶振相連。

100MHz晶振為恒溫晶振或溫補(bǔ)晶振。

開關(guān)S1和開關(guān)S2均為單刀雙擲模擬開關(guān)。

CPLD內(nèi)部預(yù)定義了所有可識別的參考頻率點(diǎn)對應(yīng)的計數(shù)值中心與誤差范圍，以外參考信號經(jīng)過131072(2¹⁷)分頻為例，分頻后經(jīng)過待調(diào)諧的100MHz恒溫晶振(輸出中心頻率為100MHz，頻率可調(diào)諧范圍±2ppm，即恒溫晶振的輸出頻率范圍是100MHz±200Hz)進(jìn)行頻率計數(shù)，1MHz對應(yīng)的計數(shù)值范圍為13107200±2621，誤差2.048MHz對應(yīng)的計數(shù)值范圍為6400000±1280，10MHz對應(yīng)的計數(shù)值范圍為1310720±262…。參考信號分頻之后的計數(shù)值與CPLD內(nèi)存儲的參考頻率對應(yīng)的上述預(yù)定義值進(jìn)行比較，由此可確定外參考輸入信號的頻率值。

時鐘管理芯片內(nèi)部集成了參考分頻器R、反饋分頻器N、鑒頻鑒相器、電荷泵以及時鐘輸出分頻器，是參考環(huán)鎖相功能的核心。當(dāng)經(jīng)過CPLD識別判定的外參考頻率為1MHz的整數(shù)倍時，時鐘管理芯片中的R分頻器、N分頻器、鑒頻鑒相器、電荷泵及外部的環(huán)路濾波器、100MHz晶振組成一個鎖相環(huán)(相位負(fù)反饋系統(tǒng))，由CPLD輸出鎖相所需要的控制參數(shù)如分頻比、電荷泵增益、電荷泵極性等至?xí)r鐘管理芯片內(nèi)的寄存器，寄存器完成初始化后開始鎖相動作。鎖相環(huán)的基本工作原理是：100MHz晶振輸出信號至?xí)r鐘管理芯片后功分為兩路，一路進(jìn)入時鐘分配電路中，經(jīng)分頻產(chǎn)生參考輸出信號，另外一路進(jìn)入反饋通道分頻器N產(chǎn)生約1MHz的鑒相頻率，與外參考頻率經(jīng)參考分頻器R分頻產(chǎn)生的1MHz信號在鑒頻鑒相器內(nèi)進(jìn)行頻率/相位比較，經(jīng)電荷泵轉(zhuǎn)換成電流后控制恒溫晶振的瞬時相位(或頻率)自動跟蹤輸入?yún)⒖夹盘柕南辔?或頻率)，從而實現(xiàn)鎖相環(huán)的自動鎖定。

一種具有輸入頻率自動識別功能的參考環(huán)電路的實現(xiàn)方法，包括以下步驟：

步驟一、外參考信號初次接入整機(jī)的參考輸入端口時，開關(guān)S1切向通道B，經(jīng)過限幅放大器和反相器后將輸入信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字方波信號后進(jìn)入CPLD；

步驟二、在CPLD內(nèi)部首先進(jìn)行2^M分頻，使計數(shù)脈沖周期在50ms以上；

步驟三、由待調(diào)諧鎖定的100MHz時鐘信號對分頻后的數(shù)字脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，得到單個周期內(nèi)的計數(shù)值及計數(shù)誤差，根據(jù)CPLD程序中預(yù)定義的與每一個已知參考頻率值相對應(yīng)的計數(shù)值中心和誤差范圍來比較確定外參考輸入信號的頻率；由恒溫晶振輸出頻率f1(中心頻率100MHz，調(diào)諧范圍假定±2ppm(1ppm＝10^-6)，即晶振輸出頻率范圍100MHz±200Hz，待調(diào)諧鎖定至外參考)對分頻后的數(shù)字方波信號進(jìn)行周期計數(shù)，得到單個周期內(nèi)的計數(shù)值及計數(shù)誤差，假設(shè)外參考輸入頻率為f0(MHz)，經(jīng)分頻后產(chǎn)生的數(shù)字方波信號周期應(yīng)為2^M/f0(μs)，則f1對單個周期方波的計數(shù)結(jié)果為2^M*f1/f0，恒溫晶振無誤差輸出100MHz時，計數(shù)值應(yīng)為2^M*100/f0，而實際上晶振輸出頻率f1未鎖定時存在最大±200Hz的頻率誤差，即計數(shù)誤差為±200*2^M*10^-6/f0，程序中應(yīng)預(yù)先定義分頻值M，假定M值為17，則參考輸入頻率1MHz時的計數(shù)值中心應(yīng)為13107200，計數(shù)誤差范圍±2621，同理1.544MHz參考頻率對應(yīng)計數(shù)值中心8489119，計數(shù)誤差±1698，2MHz參考頻率對應(yīng)計數(shù)值中心6553600，計數(shù)誤差±1311，2.048MHz參考頻率對應(yīng)計數(shù)值中心6400000，計數(shù)誤差1280…，CPLD程序內(nèi)預(yù)先存儲定義所有可識別外參考頻率對應(yīng)的計數(shù)值中心及誤差范圍，程序?qū)ν鈪⒖驾斎胄盘?^M分頻后的方波信號初次周期計數(shù)即可通過預(yù)定義的計數(shù)值區(qū)間確定外參考頻率；

步驟四、在計算得到的頻率值為1MHz的非整數(shù)倍數(shù)值時，將開關(guān)S1和開關(guān)S2保持切換在B通道，CPLD程序比較現(xiàn)有的計數(shù)值與機(jī)內(nèi)存儲的已知參考頻率對應(yīng)計數(shù)值中心的誤差，如誤差范圍在±1以內(nèi)，則認(rèn)為環(huán)路鎖定，否則，CPLD調(diào)整DAC數(shù)值，當(dāng)計數(shù)值比實際值偏大時調(diào)高DAC數(shù)值，反之則調(diào)低DAC數(shù)值，直至計數(shù)誤差在±1范圍以內(nèi)，在計算得到的頻率值為1MHz整數(shù)倍時，CPLD控制開關(guān)S1和S2切換至通道A，由時鐘管理芯片、環(huán)路濾波器、100MHz晶振構(gòu)成鎖相環(huán)，CPLD輸出對應(yīng)頻率預(yù)設(shè)的鎖相控制字分頻比R和N至?xí)r鐘管理芯片，完成外參考頻率的鎖相功能；在計算得到的頻率值為1MHz整數(shù)倍時，CPLD控制開關(guān)S1和S2切換至通道A，由時鐘管理芯片、環(huán)路濾波器、100MHz晶振構(gòu)成鎖相環(huán)，由于CPLD程序通過計算確定外參考輸入頻率值，如鑒相頻率為1MHz，則反饋分頻比N為100，參考分頻比R為f0(MHz)，開關(guān)切換完成后CPLD輸出鎖相控制字分頻比R和N至?xí)r鐘管理芯片內(nèi)部寄存器，使恒溫晶振輸出頻率鎖相至外部參考頻率上；

步驟五、在環(huán)路鎖定后，CPLD發(fā)送當(dāng)前參考頻率值至主機(jī)并在程序顯示界面上輸出當(dāng)前參考信號的頻率值。

步驟二中M取16以上的數(shù)字。

在步驟四中設(shè)定晶振的調(diào)諧增益為正。