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一種新型帶寬自適應全數(shù)字鎖相環(huán)的設計方案

作者: 時間:2014-02-13 來源:摘自《電子發(fā)燒友》 收藏

  本方案采用理論分析與硬件電路設計相結合的方法進行了系統(tǒng)設計,并用予以實現(xiàn)。系統(tǒng)仿真與硬件電路測試結果證實了設計方案的正確性。該的自由振蕩頻率可隨輸入信號頻率的變化而改變,具有電路結構簡單、鎖相范圍廣、鎖定速度快和穩(wěn)態(tài)誤差小等特點。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/221496.htm

  0 引言

  是一個輸出信號能夠跟蹤輸入信號相位的閉環(huán)自動控制系統(tǒng),由于其獨特的優(yōu)良性能,在通信、雷達、測量和自動化控制等領域得到極為廣泛的應用。

  全數(shù)字(ADPLL)相對于模擬具有可靠性高、參數(shù)穩(wěn)定、易于集成等特點,因而得到了越來越廣泛的研究,成為各種電子設備中必不可少的組成部件。

  具有三個重要的性能指標:鎖相范圍、鎖相速度和穩(wěn)定性。為提高鎖相環(huán)的各項性能指標,一些學者進行了深入的分析和研究。

  本文提出了一種基于自適應比例積分的復合控制方式,來克服鎖相環(huán)所存在的鎖相范圍、鎖相速度以及穩(wěn)定性之間相互制約的問題。

  1 全數(shù)字鎖相環(huán)的結構和工作原理

  系統(tǒng)由數(shù)字鑒相器、自適應控制器、數(shù)字和數(shù)控四個模塊組成,如圖1所示。下面對各個模塊的工作原理進行詳細的介紹。

全數(shù)字鎖相環(huán)的結構圖

  該ADPLL采用雙D觸發(fā)式數(shù)字鑒相器。鑒相器對輸入信號和輸出信號的相位進行比較,輸出反應相位超前(或滯后)的信號sub(add),sub 和add 不僅反映了相位的超前滯后情況,其脈沖寬度也反映了相位誤差的大小。其結構框圖如圖2所示。

采用雙D觸發(fā)式數(shù)字鑒相器

  自適應控制器模塊主要起到調節(jié)環(huán)路帶寬的作用??刂破饕环矫鎸斎胄盘栠M行鑒頻,另一方面對鑒相誤差信號sub、add進行量化,根據(jù)量化值計算出控制參數(shù)M,如果輸入信號頻率發(fā)生較大的變化,控制器發(fā)出控制信號sig,將控制參數(shù)M 賦給,對周期性復位可逆和不復位可逆進行初始置位,以此來迅速地實現(xiàn)頻率捕捉和環(huán)路帶寬的調整。

  環(huán)路濾波器主要由周期性復位可逆和不復位可逆計數(shù)器構成,其中系統(tǒng)高頻時鐘clk為其同步時鐘信號,add和sub作為兩個計數(shù)器的加、減計數(shù)使能控制信號。計數(shù)使能信號為高電平時,兩計數(shù)器在clk時鐘上升沿到來時進行相應的加1或減1操作,計數(shù)使能為低電平時則保持計數(shù)值不變。當輸入信號fin 上升沿到來時,將兩計數(shù)器的計數(shù)值進行移位相加,相加結果送入鎖存器,作為數(shù)控的控制參數(shù)N,然后將比例計數(shù)器復位。

  數(shù)控模塊采用除N 計數(shù)器式數(shù)控振蕩器,在系統(tǒng)高頻時鐘clk的控制下工作,分頻參數(shù)N 來自環(huán)路濾波器的輸出值,如果計數(shù)器計數(shù)值小于N,每一次clk 上升沿到來時,計數(shù)器加1,計數(shù)到N 時,計數(shù)器復位,輸出fout 取反。

  2 系統(tǒng)的建模與分析

  由以上分析可知,當輸入信號在鎖頻點附近變動時,鎖相環(huán)的數(shù)學模型可以用圖3來表示。

簡化后的系統(tǒng)模型

  圖3 中,θin (s) 為輸入信號fin 的相位,θout (s) 為數(shù)字壓控振蕩器輸出信號fout 的相位;Kdpd (s)、Kdlf (s)、Kdco (s) 分別為數(shù)字鑒相器環(huán)節(jié)、數(shù)字濾波器環(huán)節(jié)、數(shù)字壓控振蕩器環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。

  2.1 系統(tǒng)數(shù)學模型

  設系統(tǒng)高頻時鐘信號為fclk,由雙D 觸發(fā)器型鑒相器的工作原理可以求出鑒相模塊的傳遞函數(shù)為:

系統(tǒng)數(shù)學建模

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