压控振荡器（VCO）频率精度的自动调试

罗兴东

摘要：

在雷达系统等微波系统中，广泛使用压控振荡器(VCO)可调谐源，通常要求在宽频带范围和宽温度范围内，保证压控振荡器输出的高频率精度要求。并且在宽频带范围和宽温度范围内对压控振荡器频率精度进行调试，其测试点通常在10万点以上，再加上数据采集和数据处理，如此大的工作量人工测试已无法胜任。本文探讨了压控振荡器频率精度的自动调试方法，既能满足压控振荡器的频率精度要求，又能保证调试过程的高效率。

关键词：压控振荡器(VCO)；可调谐源；自动调试

1  引言

在跳频雷达系统、电子战系统和无线通信系统中，都会使用压控振荡器（VCO）等可调谐源作为系统的小功率微波源。压控振荡器一般要求在宽频带上可调谐，在个别系统中频率的调谐范围要求在10GHz以上。若系统输出的频率精度要求在MHz级别，则在常温下该系统压控振荡器的测试点在1万点以上。再考虑压控振荡器在宽温度范围（如-50℃～70℃）输出的频率精度控制，按常规的10℃间隔进行测试，则压控振荡器的测试点需增加12倍，总测试点在13万个测试点以上。如此多的测试点，再加上数据采集与数据处理，必须依靠自动化测试技术才能完成系统的调试工作。

2  基于压控振荡器的可调谐源

2.1  可调谐源的组成

可调谐源由微波电路和调谐电路组成。微波电路中的重要器件是压控振荡器，当单个压控振荡器不能满足频率带宽的要求时，可以使用多个压控振荡器，并增加倍频器和微波开关，扩展微波电路部分的整体带宽输出。调谐电路部分主要由STC15W4K32S4单片机、DS18B12温度传感器、两片W27C020电可擦除存储器、AD7245数模转换器和AD845运算放大器组成。电可擦除存储器的存储容量为256K×8bit，地址位18位A0～A17，数据位8位D0～D7。其中，地址位的低14位为频率码，高4位是温度码。本文选用12位的数模转换器，电压输出（0～10）V，最小有效调谐电压为2.44mV。压控振荡器的频率调谐范围（6～12）GHz，频率稳定度小于100 PPM/℃。

2.2  可调谐源的工作原理

可调谐源的工作过程可简单描述为：将可控的数字信号转化为模拟电压，再将模拟电压转化为微波信号输出。其信号流程见图1。

图1  可调谐源的原理框图

在可调谐源的调谐电路中，单片机先通过1WIRE总线接收温度传感器实时采集的温度数据，并将温度数据转化为4位温度码；同时单片机根据工作频率范围和频率精度的要求，生成14位频率码。温度码被送入两片存储器地址位的高4位，频率码被送入存储器的低14位。两片存储器内的数据是压控振荡器的电压调谐码，其中一个存储器的输出为低8位调谐码，另外一个存储器输出高4位调谐码。调谐码是在调谐频率范围和工作温度范围内调试生成的数据，主要是对调制灵敏度的非线性和后调谐漂移的频率偏差进行补偿。在同步信号的控制下，12位调谐码被送入数模转换器转换为模拟电压输出，之后再经过运算放大器缓冲输出调谐电压，调谐电压控制压控振荡器输出设定的频率。通过增大或减小存储器内调谐码的大小，就可以控制调谐电压的大小，进而增大或减小压控制振荡器的输出频率。

3  可调谐源的调试过程

3.1  可调谐源的特性曲线

现要求可调谐源的工作频段为（6～12）GHz，输出频率与设定频率的频率偏差小于10MHz。要使可调源的频率精度在工作频段内满足要求，应考虑调制灵敏度的非线性和后调谐漂移引入的频率偏差。不同温度下的特性曲线见图2。

3.2  自动调试的硬件配置

根据可调谐源自动调试的需求，调试设备由计算机、频谱分析仪、高低温试验箱、GPIB电缆和RS232串口线等组成。按图3连接框图的要求连接调试设备和微波可调谐源，将整个可调谐源放置于高低温试验箱内。

图2  压控振荡器调谐频率的特性曲线

3.3  自动调试的软件设计

可调谐源调试设备的编程软件采用LabWindows/CVI，该编程软件基于C语言，支持丰富的I/O驱动函数库，UI界面编程便于操作，能完成GPIB总线（IEEE 488.2）、RS232总线等方式的设备自动化控制。测试软件的主要功能包括数据初始化、数据采集、数据处理、数据储存和文件生成。可调谐源调试的软件流程见图4。

数据初始化主要是对测试温度（-50～70）℃、测试频率（6～12）GHz、温度码、频率码和调谐码进行定义，并初始化存储空间。采集过程主要是通过RS232驱动程序的接口函数，接收温度数据并发送测试频点的控制命令，再通过频谱分析仪GPIB驱动程序的接口函数读取频率测量值；并将频率测量值与设定值比较，若测量值超差，则通过串口重发测试频点的控制命令，将调谐码增大或减小，直至频率测量值与设定值的偏差达到最小值，记录当前温度、当前频点的调谐码。单个频点测试完成后，会自动进入下一频点的测试，直至将设定的温度范围和频率范围全部测试完成。

4  结语

本文主要探讨了微波可调谐源的自动调试方法，介绍了编码原理和计算方法，并介绍了自动化调试设备的硬件配置和软件设计。使用LabWindows/CVI设计自动测试软件，并配合通用仪器的GPIB总线控制，实现了可调谐源的自动化调试。通过应用自动化控制技术，大大降低了调试的难度，既保证了可调谐源的频率精度要求，同时又提高了生产效率。

参考文献

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