<p>1、 自我/团队介绍：</p> <p>前嵌入式硬件工程师，现射频初学者。</p> <hr> <p>2、 简要介绍项目</p> <p>射频信号源是射频研发中不可或缺的仪器，在变频电路中充当本振，在调制中充当载波或者直接输出调制信号，可以给高速ADC/DAC提供高速参考时钟等等等等，但一个好的射频信号源价格不菲，尤其是带宽较高的信号源，价格不是一般的初学者可以负担。</p> <p>射频信号源的整体架构非常复杂，但基本可以分为射频、DSP和主控三大部分，其中射频部分主要包括基带、混频，本地振荡器，幅度控制四大部分。DSP主要包括基带信号调制、载波配置、自动幅度控制算法(以下简称ALC)三大部分，主控包括UI、电源管理和远程接口三大部分，其中当属射频部分和DSP部分最为复杂。</p> <p>本设计旨在提供一个简易但具备一定实用价值的射频信号源，和简易的射频信号源相比，本设计特点包括带宽较高、谐波分量少、非谐波杂散低、频率分辨率高、快速的跳频以及幅度较大范围可控。并且在幅度适当的情况下，可以达到-50dBc以上的二三次谐波抑制，达到真正的单音输出而无需外接特定的低通滤波器。此时外接一个宽带检波器，就可以实现一个宽带扫频仪的功能。取舍之下，本设计放弃了调制功能，实用性降低不少，实在是非常遗憾。</p> <hr> <p>3、 项目详情</p> <p>一个完整的射频信号源太过复杂，所以本次设计的射频信号源指标肯定有所侧重。经过权衡，此信号源的指标暂定如下：</p> <p>(1) 频率部分</p> <p>频率范围：        1MHz ~ 7.1GHz</p> <p>频率分辨率：    1Hz</p> <p>参考频率:          50MHz飞秒晶振，稳定度 < 3ppm @ 1年</p> <p>频谱纯度： 下变频模式</p> <p>谐波    ：  < -30dBc</p> <p>次谐波  ：  < -45dBc</p> <p>非谐波  ：  < -70dBc</p> <p>相位噪声：  < -98dBc@10KHz  6GHz</p> <p>(2) 幅度部分</p> <p>设置范围：    最大输出电平：+7dBm@1GHz</p> <p>最小输出电平： -80dBm</p> <p>设置分辨率  ： 0.1dB</p> <p>电平不确定度： ±2dB校准后</p> <p>(3) 其它：</p> <p>电源：         12V供电，功耗< 20W</p> <p>显示：       3.12寸兰色OLED</p> <hr> <p>4、 整体架构</p> <p>（1）直接输出模式</p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/8Vs2kQKvgKKxaErl9DrWphvPmw6h6LNRVC3BhUq7.png" alt="image.png"></p> <p>（2）下变频输出模式 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/Be12w1YIaI3zDLZVpRqpxERVvlC6hLraVep6mt9t.png" alt="image.png"> （3）主控部分</p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/ozByawZrO0r39DN2O1TaqXVEQx4k3nV1htj1J0Oc.png" alt="image.png"></p> <hr> <p>5、核心器件方案选型</p> <p>参考源 ：      CVHD-950-50.000</p> <p>锁相环振荡器：  LMX2582 + LMX2592</p> <p>DDS    ：      AD9912</p> <p>混频器 ：      HMC219</p> <p>LNA    ：      PMA3-83LN+ ，ERA-2SM+，HMC589</p> <p>衰减器   ：     PE4302</p> <p>SP4T   ：      ADRF5040</p> <p>主控   ：      STM32F103RCT6</p> <p>显示   ：      3.12寸蓝色OLED，分辨率256 x 64</p> <hr> <p>6、项目所面临的挑战：</p> <p>（1）  点频输出的近端杂散</p> <p>挑战：近端杂散通常是分两种，一种是来自器件的架构本身，如小数分频杂散、整数边界杂散，参考频率泄露和电荷泵泄露等等。另一种来自外部干扰，包括控制线干扰，电源波动（开关电源的纹波）等传导干扰和 各种频率（包括wifi，基站信号）等等的空间辐射干扰。这些干扰往往离中心频率比较近，很难简单通过滤波器的手段来抑制。</p> <p>解决： 通过DDS+PLL的架构，避开了小数分频杂散和整数边界杂散两大难题。采用超低噪声LDO以及磁珠、三端滤波器等额外的滤波器件来降低开关电源的纹波。使用屏蔽壳、吸波材料降低辐射等等等等。</p> <p>（2）  点频输出端宽带杂散</p> <p>挑战：宽带杂散往往是锁相环器件本身，或是参考源本身。如果输出端还有非线性器件（如混频器），也会造成宽带杂散数量和幅度增加。</p> <p>解决：采用优质的锁相环芯片，低杂散的DDS芯片、低噪声的飞秒晶振以及 高线性度的无源双平衡混频器。</p> <p>（3）  点频输出的谐波抑制</p> <p>挑战：谐波通常起源于VCO输出的非线性，此时谐波幅度一般不高，通常二三次谐波小于-30dBc。但是现代锁相环为了扩展低频输出范围，通常内置多级分频器，这样导致低频输出波形接近于方波，谐波可能高到-10dBc甚至更高，此时通常可以增加低通滤波器来抑制。同时，为了对频率的幅度进行控制，如采用放大器增加输出幅度，此时放大器的非线性会额外增加谐波的幅度，此时也必须增加低通滤波器来抑制。</p> <p>解决：在满足输出幅度的同时，采用下变频的架构来抑制谐波幅度。</p> <p>（4）  功率计的设计</p> <p>挑战：  宽带小体积。</p> <p>解决： 采用集成的宽带检波器，相比传统的二极管架构检波型功率计，集成芯片简化了使用并提升了温度稳定性。</p> <p>（5）  幅度控制的设计</p> <p>挑战：  幅度控制一般由 射频多通道开关、固定衰减器、可变衰减器（或可变增益放大器）、LNA组成。固定衰减器用于大范围的调整，可变衰减器（或可变增益放大器）用于微调幅度，LNA用于扩展更高的输出幅度，射频开关对信号的输出路径进行合理的规划。对于高精度的幅度控制，必须使用自动电平控制（ALC）来补偿 宽带器件（如LNA）的幅度不平坦 以及 温度影响，以及考虑输出故障的特殊情况，此时控制环路为闭环架构，采用定向耦合器和检波器组合，将输出幅度线性负反馈给可变衰减器（或可变增益放大器），从而实现自动电平控制，定向耦合器的还可以对负载的匹配情况进行监控，并且在反射过大时可以关闭信号输出，保护信号源。</p> <p>解决： 没能解决宽带下的幅度稳定，因为只做了开环控制。</p> <p>（6）  FR4板材的损耗</p> <p>挑战：高于3GHz的频率下，FR4的介质损耗将大大增加，远超了趋肤效应产生的损耗。在这种情况下，微带滤波器的高频指标比较难实现。</p> <p>解决：尽量缩短高频走线，并且尽量使用MMIC集成电路和 集成的滤波器。</p> <hr> <p>7、描述项目硬件、软件部分涉及到的关键点</p> <p>（1）  宽带</p> <p>选用集成7个VCO的锁相环芯片LMX2592来实现超宽带的输出。相比传统YIG振荡器复杂的驱动电路，集成VCO的锁相环的外围电路比较简洁。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/vaOSuibHUMu7DHq80Px2pRr2AbuoEmqbc96MVzYC.png" alt="image.png"></p> <p><strong>图表 1       LMX2592锁相环参数</strong></p> <p>（2）  低杂散</p> <p>低杂散是本型号的核心指标，尤其是近端杂散，采用低杂散的AD9912作为LMX2592的锁相环参考源。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/9lJQCdm7CGBrYUeCAPvNdd7z6bVmgVgIqJ2ziwg0.png" alt="image.png"></p> <p><strong>图表 2     AD9912直接数字频率合成器参数</strong></p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/cJlX6ZMEoyZsvjupIjDN86fvv02ZcbCbfXyr4hf5.png" alt="image.png"></p> <p><strong>图表 3  AD9912输出杂散</strong></p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/wzyeXfQ2hSjnI01F4V3EOcxovbO3umXAoH1U2JWN.png" alt="image.png"></p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/q8G5kbpKc1ELyUYxyVc76W8x8bh10a1b78cY2lIP.png" alt="image.png"></p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/3DPPjxEk4UdTjycB3Lgd95S8wdeclO7bBGdeIK5f.png" alt="image.png"></p> <p><strong>图表 4  信号源最终输出的杂散和相位噪声</strong></p> <hr> <p>（3）  低谐波</p> <p>通过下变频+低通滤波器的架构抑制谐波的幅度，这种架构的核心是各种滤波器的设计和使用。<img src="//image.lceda.cn/pullimage/gmhHixdFGs6peXrgJpsyDU71MZMToX2qRyaA59Zl.png" alt="image.png"> <strong>图表 5  抑制后谐波幅度下降很多</strong></p> <hr> <p>8、项目材料清单展示</p> <p><strong>见附件</strong></p> <hr> <p>9、项目图片上传</p> <hr> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/CCihw5YifSxDwFidT4prCb2ogUrWvQ4ZMOk6cFuu.png" alt="image.png"></p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/48BUqa0gp1pmnX1gTaDlcIhprCmhKCDUhkDSzWrP.png" alt="image.png"></p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/D03SrEwXgqFbuEpzlGKu2kS5lpVDgGGC7vzDclk3.png" alt="image.png"> <strong>图表 6/7/8  4GHz信号发生器</strong></p> <hr> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/Qzw7wVRTnsdhj7iuEbIB9iscQY5XBMUxLd6u9Ge5.png" alt="image.png"> <strong>图表 9  幅度控制</strong></p> <hr> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/RAsdVwvjWMmR1Y0TRBmTbfJyx4NyZ0hJuGrBWcH1.png" alt="image.png"></p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/nA7hY289y9FkGvsg2FvzcKNieYjKXNWMq8ltxtFr.png" alt="image.png"></p> <p><strong>图表 10/11 5.4GHz低通滤波器</strong></p> <hr> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/wlV5SHtCVB2ylL0lnaCYgSWlbAvHqd07GeGBHKJV.png" alt="image.png"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/0u4rbkoA3GyccYvncrwaF7aTopCKkpjvFq6GdIWa.png" alt="image.png"> <strong>图表 12/13  2.8GHz低通滤波器</strong></p> <hr> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/ojxlkSUg8K6Kr6gTWqcWR5Jk2gFcDsbSR2LBB9E6.png" alt="image.png"> <strong>图表 14  4.1GHz带通滤波器</strong></p> <hr> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/iUrcOWel4ZSb8B5GMXmUT9ZjvQpMuSP49TddwuqS.png" alt="image.png"></p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/YvlfKzfouzca8L541k1vvGTcvOZMeLTuCDDiCKWk.png" alt="image.png"></p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/ESSbuoDcagdRImMGWldVhpHpP9HDf4JfvdYUiwzO.png" alt="image.png"> <strong>图表 15/16/17  4.1GHz带通滤波器</strong></p> <hr> <p>10、演示您的项目并录制成视频上传</p> <p>B站视频标题和链接，官网因为视频大小限制，上传的为剪辑版，B站的为完整版。</p> <p>完整版有较为详细的分析。</p> <p><a href="https://www.bilibili.com/video/BV1uz4y1Z7cj/" target="_blank">https://www.bilibili.com/video/BV1uz4y1Z7cj/</a> 《前言》</p> <p><a href="https://www.bilibili.com/video/BV1xv411C7HD/" target="_blank">https://www.bilibili.com/video/BV1xv411C7HD/</a> 《接口和基本功能介绍》</p> <p><a href="https://www.bilibili.com/video/BV1MZ4y1N7Zh/" target="_blank">https://www.bilibili.com/video/BV1MZ4y1N7Zh/</a> 《PCB布局介绍》</p> <p><a href="https://www.bilibili.com/video/BV1Xt4y1S7NN/" target="_blank">https://www.bilibili.com/video/BV1Xt4y1S7NN/</a> 《功率计功能演示》</p> <p><a href="https://www.bilibili.com/video/BV1XZ4y1N7zE/" target="_blank">https://www.bilibili.com/video/BV1XZ4y1N7zE/</a> 《射频信号直接输出功能演示》</p> <p><a href="https://www.bilibili.com/video/BV1wa4y1j7mP/" target="_blank">https://www.bilibili.com/video/BV1wa4y1j7mP/</a> 《外部滤波器性能演示》</p> <p><a href="https://www.bilibili.com/video/BV1Sz4y1Z7cz/" target="_blank">https://www.bilibili.com/video/BV1Sz4y1Z7cz/</a> 《定频信号输出功能演示》</p> <p><a href="https://www.bilibili.com/video/BV1ap4y1e7GV/" target="_blank">https://www.bilibili.com/video/BV1ap4y1e7GV/</a> 《信号源谐波滤除功能演示》</p> <p><a href="https://www.bilibili.com/video/BV15v411y7ZX/" target="_blank">https://www.bilibili.com/video/BV15v411y7ZX/</a> 《输出幅度调整功能演示》</p> <p>以上都是作品的演示视频，下面是常见的廉价CMU200综测仪的信号源输出测试，便于对比。</p> <p><a href="https://www.bilibili.com/video/BV1Rz4y1o7ih/" target="_blank">https://www.bilibili.com/video/BV1Rz4y1o7ih/</a></p> <hr> <p>11、是否首次公开发布</p> <p>是。</p> <hr> <p>12、开源文档</p> <p>见附件。</p> <hr> <p>13、参考文献</p> <hr> <p>暂无</p> <pre><code></code></pre>