便攜式功率分析儀設(shè)計(jì)-----頻率部分電路設(shè)計(jì)（一）

3.5.3預(yù)分頻模塊設(shè)計(jì)

在頻率測(cè)量模塊中，由于計(jì)數(shù)部分是由FPGA實(shí)現(xiàn)，而整形電路現(xiàn)在的分頻器往往都將其集成在其中，所以分頻器的選擇直接影響頻率測(cè)量模塊的性能。由于根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)輸入頻率范圍要求10MHz～6GHz，常用高分頻比的微波分頻器不能滿足如此高頻率輸入信號(hào)的要求;同時(shí)在保證分頻精度的前提下，工作頻率在3GHz以上的微波分頻器一般都采用1：2、1：4或1：8的較低的分頻系數(shù)。所以設(shè)計(jì)采用2級(jí)分頻方法，將分頻器級(jí)聯(lián)以滿足對(duì)輸入信號(hào)在3GHz以上信號(hào)頻率的測(cè)量。

一級(jí)分頻器采用HJ-DYF104，分頻比為1：4的微波分頻器，工作頻率范圍10MHz～8GHz，輸入電平范圍-12～+12dBm，輸出電平范圍-3±1dBm，其設(shè)計(jì)還具有以下特點(diǎn)：

1)單片芯片混合微組裝工藝集成;

2)系列化設(shè)計(jì)，內(nèi)置耦合及電流退耦電容，在設(shè)計(jì)中可以直接接入微波信號(hào)，不需要再進(jìn)行信號(hào)耦合;

3)其輸入輸出端均50電阻匹配，這一特點(diǎn)也為分頻器的級(jí)聯(lián)提供便利;

4)標(biāo)準(zhǔn)全密封金屬外殼封裝，封閉式封裝很大程度減小了微波信號(hào)對(duì)后級(jí)信號(hào)傳輸?shù)母蓴_;

5)滿足軍用環(huán)境工作條件：工作溫度范圍：-55℃～+85℃，存儲(chǔ)溫度范圍：-65℃～+125℃。符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體要求。

由于實(shí)行分頻器級(jí)聯(lián)，所以兩級(jí)分頻器之間阻抗匹配以及輸入輸出電平轉(zhuǎn)換，將直接影響分頻器的工作質(zhì)量。

所以設(shè)計(jì)中二級(jí)分頻器選用了MB506.芯片輸入信號(hào)幅值-4～5.5dbm，一級(jí)分頻器HJ-DYF104輸出電平范圍滿足MB506的輸入要求;并且MB506輸入阻抗為50，這使得兩級(jí)分頻器間的連接變得十分簡(jiǎn)單。這個(gè)芯片最大輸入頻率支持2.4GHz.功耗較低90mW，工作環(huán)境溫度要求不高-40℃～85℃，價(jià)格低廉，并且芯片內(nèi)部集成放大，整形電路。其應(yīng)用電路極為簡(jiǎn)單，在設(shè)計(jì)中就可以直接省去整形電路。其輸出為1.6V峰峰值的ECL電平，只需要經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的電平轉(zhuǎn)換就可以直接送入FPGA實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量功能。芯片設(shè)計(jì)有64、128、256三種分頻比，通過(guò)改變其SW1、SW2腳的接法，可得到不同分頻比。

該芯片被現(xiàn)在市場(chǎng)上許多民用頻率計(jì)所采用，通用性好。并且MB506自帶整形功能且為ECL標(biāo)準(zhǔn)輸出電平，所以只需要在后端加入簡(jiǎn)單的電平轉(zhuǎn)換電路，獲得滿足TTL電平的方波信號(hào)即可直接送入FPGA進(jìn)行計(jì)數(shù)，也簡(jiǎn)化了電路。

如圖3-23所示，按圖中連接方式，實(shí)現(xiàn)可變分頻比的，射頻級(jí)的載波信號(hào)(10MHz～6GHz)分頻功能。而我們頻率測(cè)量的方法既是通過(guò)多周期同步測(cè)量方法測(cè)量得到分頻后中低頻信號(hào)頻率f s，則實(shí)際輸入信號(hào)頻率fo為：

其中N為分頻比例。那么由于多周期同步測(cè)量方法頻率計(jì)數(shù)誤差是一個(gè)分頻后的信號(hào)時(shí)鐘周期，因此當(dāng)送入分頻器的信號(hào)頻率較低時(shí)，如果采用固定128或者256等更高的分頻比例，就會(huì)造成頻率測(cè)量誤差的增大。所以采用FPGA控制分頻比例，當(dāng)信號(hào)頻率在10MHz～100MHz范圍時(shí)，如上圖所示，通過(guò)控制單刀雙擲開關(guān)，讓信號(hào)經(jīng)4分頻后就直接送入后段，這樣通過(guò)控制動(dòng)態(tài)改變分頻比例，實(shí)現(xiàn)更高精度的頻率測(cè)量。