精確合成北鬥終端模塊多個頻率源的裝置和方法

2023-10-26 07:47:27 1

專利名稱：精確合成北鬥終端模塊多個頻率源的裝置和方法
技術領域：
本發明屬於北鬥定位系統中的頻率合成技術領域，具體涉及北鬥終端的頻率源的產生方法。
背景技術：
現有的北鬥定位系統的終端中，大多使用16. 32MHz的參考時鐘，來合成終端系統中的頻率源，如果用16. 32MHz精確合成所需的本振頻率1615. 68MHz和863. 83MHz，在合成 863. 83MHz時就會帶來一個問題，就是此時鑑相頻率很低最高只有ΙΟΚΗζ，而如此低的鑑相頻率使得合成出的863. 83MHz本振頻率源的相位噪聲很差。嚴重影響系統的信號質量。另外方法就是合成一個863. 84MHz頻率源，即偏離了理論值ΙΟΚΗζ，由於該方法合成產生的頻率源不夠精確，與理論值有一定的偏差，此方法所帶來的問題是增加基帶系統的處理複雜度，要求基帶必須要處理IOKHz的頻率偏差。

發明內容
本發明針對現有的北鬥定位系統的終端中合成的頻率源所存在的鑑相頻率很低或頻率源不夠精確，與理論值有一定偏差等問題，而提供一種能夠精確合成北鬥終端模塊多個頻率源的裝置以及基於該裝置實施的合成方法。本發明能夠可以實現精確合成北鬥終端內的射頻發射機和接收機兩個本振頻率(1615. 68MHz和863. 83MHz)，獲得良好的相位噪聲；再使用超小封裝的數字頻率合成晶片合成基帶採樣使用的參考頻率源96MHz)。為了達到上述目的，本發明採用如下的技術方案精確合成北鬥終端模塊多個頻率源的裝置，該裝置包括合成北鬥終端內射頻發射機和接收機使用的本振頻率的本振頻率合成單元以及基帶參考時鐘合成單元，所述裝置還包括22MHz的溫補高穩定電調晶體振蕩器，所述22MHz的溫補高穩定電調晶體振蕩器分別與本振頻率合成單元和基帶參考時鐘合成單元電連接，並作為本振頻率合成單元和基帶參考時鐘合成單元合成時的參考時鐘。上述方案的優選方案中，所述本振頻率合成單元由超小型封裝晶片Si4133組成。進一步的，所述基帶參考時鐘合成單元由超小封裝晶片CY22U1組成。在上述方案的基礎上，本發明提供的精確合成北鬥終端模塊多個頻率源的方法， 該方法為利用22MHz高穩定溫補電調晶體振蕩器為北鬥終端模塊頻率源合成時的參考時鐘。進一步的，所述鬥終端模塊頻率源包括第一本振頻率1615. 68MHz和第二本振頻率863. 83MHz，在合成第一本振頻率1615. 68MHz時，選擇880K或440K或220K或IlOKHz作為鑑相頻率，此時射頻分頻器的分頻比N對應為1836、3672、7344、14688，使用25、50、100、 或200作為參考頻率的分頻比；在合成第二本振頻率863. 83MHz時，選擇IlOKHz或55KHz 作為鑑相頻率，此時中頻分頻器的分頻比N對應為7853、15706，使用200或400作為參考頻率的分頻比。進一步的，由超小封裝晶片CY22U1以22MHz高穩定溫補電調晶體振蕩器為參考時鐘合成基帶處理用的參考時鐘48. 96MHz。本發明使用22MHz高穩定溫補電調晶體振蕩器(TCVCXO)作為頻率合成器的參考時鐘，可以實現1.可以無偏差精確合成Fl (1615. 68MHz)和F2 (863. 83MHz)，分別使用880KHz (或 440KHz，或220KHz或IlOKHz)作為第一本振合成的鑑相頻率，和IlOKHz作為第二本振合成
的鑑相頻率。2.由於鑑相頻率比較高，因此可以獲得優良的相位噪聲，經過實測已經達到或優於-80dBc/HzilKHz offset ；-90dBc/Hzil0KHz offset ；-100dBc/Hzil00KHz offset。3.這樣可以使用類似Si4133等超小型封裝，價格低廉的頻率合成器晶片，從而達到縮小空間，節省成本的目的。4.這樣可以使用類似CY22U1等超小封裝，價格低廉的數字頻率合成器，可以無偏差精確合成基帶處理用的參考時鐘FM48. 96MHz)，從而幫助縮小空間，節省成本。從而幫助實現北鬥定位系統的終端設備小型化，成本降低，信號質量改善，基帶處理可以簡單化，同時也節省了功耗。
以下結合附圖和具體實施方式
來進一步說明本發明。

圖1為本發明方案的示意圖。圖2為利用本發明的北鬥定位系統終端射頻的收發信機模塊的基本工作原理圖。
具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。參見圖1，針對北鬥射頻收發信機的接收和發射共用一個本振頻率RF_L0 Fl (1615. 68MHz)，接收機的第二本振頻率IF_L0使用F2 (863. 83MHz)的頻率方案；或北鬥單收的接收機使用RF_L0 1615. 68MHz和IF_L0 863. 83MHz作為第一和第二本振頻率的方案。本發明提供的精確合成北鬥終端模塊多個頻率源的裝置主要包括合成北鬥終端內射頻發射機和接收機使用的本振頻率的本振頻率合成單元12、基帶參考時鐘合成單元13以及 22MHz的溫補高穩定電調晶體振蕩器14。其中22MHz的溫補高穩定電調晶體振蕩器14分別與本振頻率合成單元12和基帶參考時鐘合成單元13電連接，並作為本振頻率合成單元12和基帶參考時鐘合成單元13合成時的參考時鐘。基於該方案，本發明可以無偏差精確合成Fl (1615. 68MHz)和F2 (863. 83MHz)， 並分別使用880KHz (或440KHz，或220KHz或IlOKHz)作為第一本振合成的鑑相頻率，和 IlOKHz作為第二本振合成的鑑相頻率，其鑑相頻率很高。對於頻率合成器來說，相位噪聲和頻率準確度是非常重要的參數。在選擇頻率合成方案時鑑相頻率的高低會極大的影響相位噪聲，鎖相環的頻率變換原理是Fout/N = Fref/R =鑑相頻率。其中，Fout為輸出頻率，Fref為輸入的參考頻率，N為輸出頻率的分頻係數，R為輸入參考頻率的分頻係數。由等式中可以看出鑑相頻率是頻率合成的關鍵頻率。當上式得到滿足時，理論上就可準確合成出想要的輸出頻率了。對於本發明中的方案，Foutl= 1615. 68Mhz,Fref = 22Mhz，可以選擇 880K、440K、 220Κ、IlOKHz作為鑑相頻率，此時的N對應為1836、3672、7344、14688，R對應為25、50、100、 200。Fout2 = 863. 83Mhz,Fref = 22Mhz，可以選擇 110KHz、5^(Hz 作為鑑相頻率，此時的 N 對應可用7853、15706，R對應為200、400。由於用22MHz的高穩定溫補電調晶體振蕩器作為參考頻率時，可以使用的鑑相頻率和除法分頻器的分頻因子所處的範圍比較適中。本發明可使用採用超小型封裝晶片 Si4133來形成本振頻率合成單元12。Si4133是當前業內最小封裝的雙頻內置VCO的鎖相環晶片，鑑相頻率範圍是 IOKHz lMHz，RF的除法分頻器(18bit)的分頻因子N最大可以^2144，IF的除法分頻器 (16bit)的分頻因子N最大可以65536。Fref的除法分頻器(Ubit)的分頻因子R最大可以 8192.對應於現有的北鬥頻率合成方案大多使用16. 32MHz的頻率作為參考頻率，可以準確合成1615. 68Mhz。但是在合成863. 83MHz時，如果準確合成，所能用的最大鑑相頻率只有 ΙΟΚΗζ，此時 N = 863. 83/0. 01 = 86383，R = 16. 32/0. 01 = 1632。由此可以看到雖然 N和R都在Si4133的參數範圍之內，但是鑑相頻率IOKHz已經是晶片能工作的參數的邊緣了。更加重要的是，相位噪聲是頻率合成器的重要參數。根據理論的公式，鑑相頻率對相位噪聲影響的因子是20*logN，其中N是輸出頻率和鑑相頻率的比值，N愈大，相位噪聲的惡化愈大，反之，相位噪聲越好。相比22MHz的做參考頻率的方案，用16. 32Mhz時N已經增大到 11 倍，llOKHz/lOKHz = 11。那麼相位噪聲就會惡化 20. 8dBQ0*logll)。20dB的惡化是非常可觀的。這個惡化帶來結果就是系統的信噪比，和誤碼率的變差。所以使用16. 32MHz的頻率作為參考頻率的方案要想獲得較好的相位噪聲，是沒有辦法使用Si4133晶片。對於基帶參考時鐘時，現有技術中使用16. 32MHz的頻率作為參考頻率來合成 48. 96MHz基帶參考時鐘，一般是使用16. 32MHz的3倍頻濾波後再放大的方法。倍頻、濾波、 放大，所帶來的是電路複雜化，增加空間的要求。而在本發明中，採用超小封裝晶片CY22U1來形成基帶參考時鐘合成單元13， CY22U1系列是高精度的數字頻率合成晶片。並且使用22MHz的參考時鐘，CY22U1晶片可以準確合成48. 96MHz基帶參考時鐘。由此，基於22MHz的頻率使用數字頻率合成晶片CY22U1相對於現有技術可以節省倍頻，放大等電路的空間，CY22U1隻需要1. 7mm* 1. 7mm的空間。在上述方案的基礎上，本發明提供的精確合成北鬥終端模塊多個頻率源的方法， 該方法為利用22MHz高穩定溫補電調晶體振蕩器為北鬥終端模塊頻率源合成時的參考時鐘。
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根據上述方案得到的本發明的具體實施如下參見圖2，接收部分北鬥定位系統的衛星信號Fl (2491. 75MHz 士4. 08MHz)經由天線10送到高增益低噪聲放大器1放大後，再送入第一級變頻單元2進行頻率變換，其本振頻率為 F4 (1615. 68MHz)，輸出第一中頻為F2 (876. 07MHz)，第一中頻在第二級變頻單元3中和第二本振頻率F5 (863. 83MHz)混頻後輸出中頻F3 (12. 24MHz 士4. 08MHz)。中頻F3送給基帶處理模塊。發射部分從基帶處理模塊來的基帶信號經過整形後送入調製器8，在調製器中，使用本振頻率F4(1615. 68MHz)直接調製到發射頻段，再經過功率放大單元9把信號放大，經由天線11 發射出去，由衛星來接收。基帶模塊需要端射頻的收發信機模塊提供參考時鐘頻率F7 (48. 96MHz)作為採樣的頻率。其中，第一本振頻率F4和第二本振頻率F5是由Silicon Lab公司的Si4133系列的雙頻率合成器形成的第一本振頻率合成單元4和第一本振頻率合成單元5產生，所採用的參考時鐘F6是22MHz。使用22MHz的溫補高穩定電調晶體振蕩器(TCVCXO) 7作為參考可以精確的合成1615. 68MHz和863. 83MHz。在合成1615. 68MHz時，頻率合成器4內的參考分頻器可以使用25，50，100，200等分頻比，這樣可以獲得比較高的鑑相頻率分別為880KHz，440KHz，220KHz，1 IOKHz等，對應的射頻分頻比為1836，3672，7344，14688等，從而可以獲得相位噪聲優良的本振頻率輸出。同樣對於第二本振頻率F5 (863. 83MHz)，頻率合成器5內的參考分頻器可以使用 200,400等分頻比，這樣可以獲得比較高的鑑相頻率分別為110KHz，55KHz等，對應的射頻分頻比為7853，15706等，從而可以獲得相位噪聲優良的本振頻率輸出。根據實測結果，以上兩個本振頻率源的相位噪聲都已經達到或優於-80dBc/HzilKHz offset-90dBc/Hzil0KHz offset-100dBc/Hzil00KHz offset而這個指標已經遠超出了北鬥定位系統對本振頻率源的相位噪聲的要求，大大的減少批量生產中的對本振頻率源的調試工作。對於基帶採樣用的參考時鐘F7 96MHz)使用了 Cypress公司的CY22U1系列的超小封裝的數字頻率合成器，並由其形成基帶參考時鐘合成單元6。由於22MHz和48. 96MHz 的最大公約數是80KHz，除法器的分頻比分別為275和612，可以使用類似CY22U1分頻比很高，並且超小封裝的數字頻率合成器。以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.精確合成北鬥終端模塊多個頻率源的裝置，該裝置包括合成北鬥終端內射頻發射機和接收機使用的本振頻率的本振頻率合成單元以及基帶參考時鐘合成單元，其特徵在於， 所述裝置還包括22MHZ的溫補高穩定電調晶體振蕩器，所述22MHz的溫補高穩定電調晶體振蕩器分別與本振頻率合成單元和基帶參考時鐘合成單元電連接，並作為本振頻率合成單元和基帶參考時鐘合成單元合成時的參考時鐘。
2.根據權利要求1所述的精確合成北鬥終端模塊多個頻率源的裝置，其特徵在於，所述本振頻率合成單元由超小型封裝晶片Si4133組成。
3.根據權利要求1所述的精確合成北鬥終端模塊多個頻率源的裝置，其特徵在於，所述基帶參考時鐘合成單元由超小封裝晶片CY22U1組成。
4.精確合成北鬥終端模塊多個頻率源的方法，其特徵在於，所述方法為利用22MHz高穩定溫補電調晶體振蕩器為北鬥終端模塊頻率源合成時的參考時鐘。
5.根據權利要求4所述的精確合成北鬥終端模塊多個頻率源的方法，其特徵在於，所述鬥終端模塊頻率源包括第一本振頻率1615. 68MHz和第二本振頻率863. 83MHz，在合成第一本振頻率1615. 68MHz時，選擇880K或440K或220K或IlOKHz作為鑑相頻率，此時射頻分頻器的分頻比N對應為1836、3672、7344、14688，使用25、50、100、或200作為參考頻率的分頻比；在合成第二本振頻率863. 83MHz時，選擇IlOKHz或55KHz作為鑑相頻率，此時中頻分頻器的分頻比N對應為7853、15706，使用200或400作為參考頻率的分頻比。
6.根據權利要求4所述的精確合成北鬥終端模塊多個頻率源的方法，其特徵在於，由超小封裝晶片CY22U1以22MHz高穩定溫補電調晶體振蕩器為參考時鐘合成基帶處理用的參考時鐘48. 96MHz ο
全文摘要
本發明公開了精確合成北鬥終端模塊多個頻率源的裝置和方法，屬於北鬥定位系統中的頻率合成技術領域，本發明使用22MHz的溫補高穩定電調晶體振蕩器(TCVCXO)，可以實現精確合成北鬥終端內的射頻發射機和接收機兩個本振頻率(1615.68MHz和863.83MHz)，獲得良好的相位噪聲；再使用超小封裝的數字頻率合成晶片合成基帶採樣使用的參考頻率源(48.96MHz)。
文檔編號H03L7/18GK102427366SQ201110421148
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月15日 優先權日2011年12月15日
發明者陳井玉 申請人:上海唯星通信技術有限公司