方法优化微波信号频率上限扩展

由式f0=Nfr可知，单环倍频式锁相环在基准频率fr一定的情况下，可以用增加分频系数N的方法提高输出频率上限。但是，在信号源中N是由程序设定的（该分频器有时称程序分频器或程控分频器），目前程序分频器的最高工作频率达1 GHz。为了进一步提高信号源输出频率上限，就必须在锁相环中加入有关电路，通常有如下三种方法。

1）前置分频法

前置分频法是在程序分频器之前设置一个固定分频器，如图2-22所示。图中D为固定分频器，其分频系数为D。因此，其输出频率f0为：

目前固定分频器的工作频率可以高达（6～8）GHz以上。因此，采用前置分频法可以提高信号源的输出频率上限，而且电路结构亦很简单；但是这种锁相环的频率分辨率将降低，因为这时Δf=Dfr为fr的D倍。

图2-22　采用固定前置分频器的锁相环

图2-23　倍频一混频环

2）倍频混频法

如图2-23所示，压控振荡VCO的输出f0在和fr2进行差频混频得到较低的频率后，再进行N分频，以降低对程序分频器的要求。这时输出频率f0为

由式（2-23）可见，由于fr2的加入提高了输出频率的上限，其提高的多少取决于fr2的大小，而且其频率分辨率仍和单环倍频式锁相环一样Δf=fr1。但是由于混频器引入寄生信号将要影响频谱纯度；虽然其后接带通滤波器（BPF）对寄生信号有抑制作用，但是滤波器的延迟又将对环路带来不利的影响。(www.xing528.com)

3）吞脉冲分频法

吞脉冲分频法是在锁相环的反馈支路中加入吞脉冲分频器，这时锁相环的组成如图2-24所示。吞脉冲分频器主要由双模分频器和吞食计数器组成。双模分频器作为前置分频器，其分频系数有P和（P+1）两种模式。例如P=10，则P+1=11，因此分频系数的控制十分简单。在该图中当“模式控制”信号为“0”时P=10，当其为“1”时，P+1=11，比一般程序分频器要简单得多，因而双模分频器的工作频率可做得很高。

图2-24　采用吞脉冲分频器的频率合成器框图

图2-24的N分频器由N1和N2组成。N2为低位计数单元，N1为高位计数单元，都是程序分频器。N2还用于发出“模式控制”信号，例如当N2进行计数时控制信号为“1”，当计数溢出时则控制信号为“0”。因此，吞脉冲分频器的工作过程为：在一次计数循环开始时，计数器开始计数，“模式控制”信号为“1”，双模分频器分频系数为11；当N2计数溢出后“模式控制”信号就扩“0”，双模分频器分频数为100。例如设N2=4，则双模分频器分频系数有4次为11，而后为10，直至N1，计数结束，控制信号再恢复为“1”。由于在N2计数期间双模分频器要多计一个脉冲，就认为由于N2而吞食了一个被计数的脉冲，因此称N2为吞食计数器。

在一次计数循环中，双模分频器的输入信号的周期数N（即吞脉冲分频器的分频系数）的表示式为：

在前述讨论中，P=10，因此得：

通过上述分析，对吞脉冲分频器小结如下：

（1）双模分频器的分频系数为P/（P+1），对于N1和N2两个分频器，分频系数的设置必须N1＞N2，例如，N2=0～9，那么N1至少为10；

（2）由N1和N2可以求得Nmin和Nmax的范围。