數(shù)字鎖相環(huán)設(shè)計(jì)方法[文獻(xiàn)綜述]

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)文獻(xiàn)綜述</p><p><b>　　電子信息工程</b></p><p><b>　　數(shù)字鎖相環(huán)設(shè)計(jì)方法</b></p><p>　　摘要：本文主要分析了鎖相環(huán)路的基本原理及實(shí)現(xiàn)過(guò)程，介紹了數(shù)字鎖相環(huán)和模擬鎖相環(huán)的設(shè)計(jì)方法，并且比較了數(shù)字鎖相環(huán)和模擬鎖相環(huán)的優(yōu)缺點(diǎn)。</p&

2、gt;<p>　　關(guān)鍵詞： 鎖相環(huán), 數(shù)字鎖相環(huán), 模擬鎖相環(huán), 鑒相器, 濾波器, </p><p><b>　　1引言</b></p><p>　　鎖相環(huán)是指一種電路或者模塊，它用于在通信的接收機(jī)中，其作用是對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理，并從其中提取某個(gè)時(shí)鐘的相位信息[1]。或者說(shuō)，對(duì)于接收到的信號(hào)，仿制一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，使得這兩個(gè)信號(hào)從某種角度來(lái)看是同步的（

3、或者說(shuō),相干的）。由于鎖定情形下（即完成捕捉后），該仿制的時(shí)鐘信號(hào)相對(duì)于接收到的信號(hào)中的時(shí)鐘信號(hào)具有一定的相差,所以很形象地稱其為鎖相器[2]。 </p><p>　　鎖相環(huán)的特點(diǎn)是利用外部輸入的參考信號(hào)控制環(huán)路內(nèi)部振蕩信號(hào)的頻率和相位。</p><p>　　2.鎖相環(huán)的實(shí)現(xiàn)與分類</p><p>　　鎖相環(huán)有很多種類，可以是數(shù)字的也可以是模擬的也可以是混合的，可以

4、用于恢復(fù)載波也可以用于恢復(fù)基帶信號(hào)時(shí)鐘[3]。</p><p><b>　　2.1模擬鎖相環(huán)</b></p><p>　　模擬鎖相環(huán)大多由四象限模擬乘法器構(gòu)建環(huán)路中的鑒相器，環(huán)路濾波器由低通濾波器[4]。</p><p>　　模擬鎖相環(huán)在穩(wěn)定工作時(shí)，各模塊都可以認(rèn)為是線性工作的，故也稱為線性鎖相環(huán)。</p><p>　　

5、模擬鎖相環(huán)對(duì)正弦特性信號(hào)的相位跟蹤非常好，環(huán)路特性主要由鑒相器特性來(lái)決定，主要用于對(duì)信號(hào)的調(diào)制解調(diào)[5]。</p><p>　　模擬鎖相環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單有效，低通濾波器設(shè)計(jì)良好時(shí)，輸出頻率穩(wěn)定，跟隨性能好，理想情況下輸出頻率完全等于同步頻率，對(duì)晶振壓控特性的線性要求不高。缺點(diǎn)是一旦失去基準(zhǔn)頻率輸出頻率立刻跳回晶振本身的頻率，模擬鎖相環(huán)電路適用于工作頻率較高，頻率變化范圍較小的情況[6]。</p>

6、<p><b>　　2.2 數(shù)字鎖相環(huán)</b></p><p>　　數(shù)字鎖相環(huán)的基本原理是，在接收端采用鑒相器比較接收碼元和本地產(chǎn)生得同步信號(hào)的相位,如果二者的相位不一致，那么鑒相器就會(huì)輸出誤差信號(hào)去控制本地同步信號(hào)的相位，直到本地同步信號(hào)的相位和接收信號(hào)的相位一致為止[7]。</p><p>　　數(shù)字鎖相環(huán)是具有中間模擬信號(hào)的一種鎖相環(huán)，主要由于數(shù)字鎖相環(huán)

7、中仍應(yīng)用一些像RC環(huán)路濾波器，VCO等模擬部件。數(shù)字鎖相環(huán)路的工作頻率范圍寬，若其VCO采用RC型振蕩器，則工作頻率最低可達(dá)幾HZ一下[8]。</p><p>　　優(yōu)缺點(diǎn)：由于在數(shù)字鎖相環(huán)中誤差控制信號(hào)是離散量，相位的調(diào)整也是離散的而非連續(xù)變化的，因此會(huì)存在一定的誤差，而這個(gè)相位誤差在數(shù)字濾波器K取值較小情況下不是恒定的，而是在兩個(gè)離散值之間跳躍，從而造成環(huán)路鎖定時(shí)的相位抖動(dòng)[9]。 </p>&l

8、t;p>　　電路完全數(shù)字化，使用邏輯門電路和觸發(fā)器電路，受外界和電源的干擾的可能性大大減少，易于制成全集成化的單片全數(shù)字鎖相環(huán)[10]；</p><p>　　數(shù)字鎖相環(huán)路緩和或消除了模擬鎖相環(huán)路中電壓控制振蕩器的非線性以及零點(diǎn)漂移等對(duì)環(huán)路性能的影響；</p><p>　　數(shù)字鎖相環(huán)路的部件甚至整個(gè)環(huán)路都可以直接用微處理機(jī)來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　3 數(shù)

9、字鎖相環(huán)的實(shí)現(xiàn)方法</p><p>　　數(shù)字鎖相環(huán)主要包括以下三個(gè)部分： </p><p>　　1 鑒相器：用于判斷鎖相器所輸出的時(shí)鐘信號(hào)和接收信號(hào)中的時(shí)鐘的相差的幅度； </p><p>　　2 可調(diào)相/調(diào)頻的時(shí)鐘發(fā)生器：用于根據(jù)鑒相器所輸出的信號(hào)來(lái)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)鎖相器，內(nèi)部的時(shí)鐘輸出信號(hào)的頻率或者相位,使得鎖相器完成上述的固定相差功能；</p><

10、;p>　　3 環(huán)路濾波器：用于對(duì)鑒相器的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波和平滑,大多數(shù)情形下是一個(gè)低通濾波器,用于濾除由于數(shù)據(jù)的變化和其他不穩(wěn)定因素對(duì)整個(gè)模塊的影響[11]。</p><p>　　其原理圖如圖1所示。 </p><p>　　圖1 數(shù)字鎖相環(huán)原理圖</p><p>　　工作過(guò)程：數(shù)字鑒相器在每一個(gè)周期內(nèi)將輸入信號(hào)與本地估算信號(hào)進(jìn)行異或，得出相位差，然后將相位差信

11、號(hào)送入數(shù)字濾波器產(chǎn)生進(jìn)位脈沖和借位脈沖用于改變數(shù)控振動(dòng)器的相位和周期。當(dāng)環(huán)路達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，鎖定環(huán)路,輸出信號(hào)與輸入信號(hào)頻差為0相位差恒定，即實(shí)現(xiàn)了鎖相的功能[12]。</p><p><b>　　3.1 數(shù)字鑒相器</b></p><p>　　數(shù)字鑒相器也可稱為采樣鑒相器，用于檢測(cè)出兩個(gè)輸入信號(hào)的相位差，它在很大程度上決定著鎖相環(huán)的性能.數(shù)字鑒相器的四種形式分別為過(guò)零點(diǎn)

12、取樣鑒相器，觸發(fā)器型數(shù)字鑒相器,超前滯后性數(shù)字鑒相器和奈奎斯特速率取樣鑒相器[13]。</p><p><b>　　3.2環(huán)路濾波器</b></p><p>　　數(shù)字環(huán)中使用的數(shù)字環(huán)路濾波器與模擬環(huán)中使用的環(huán)路濾波器作用一樣，都對(duì)噪聲及高頻分量起抑制作用，并且控制著環(huán)路相位校正的速度和精度.適當(dāng)選擇濾波器參數(shù)，可以改善環(huán)路的性能.一般構(gòu)成形式由A/D，數(shù)字計(jì)數(shù)器和D/

13、A三部分組成[13]。</p><p>　　3．3受控可調(diào)時(shí)鐘發(fā)生器</p><p>　　受控可調(diào)時(shí)鐘發(fā)生器就是一個(gè)可逆計(jì)數(shù)器，可以進(jìn)行減法/加法運(yùn)算。根據(jù)前級(jí)信號(hào)，進(jìn)行加法或者減法，當(dāng)加法或者減法計(jì)數(shù)器溢出時(shí)產(chǎn)生溢出時(shí)鐘，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)整輸出信號(hào)相位的目的[14]。</p><p><b>　　4.總結(jié)</b></p><p&

14、gt;　　鎖相環(huán)是一種反饋控制電路，作用是實(shí)現(xiàn)設(shè)備外部的輸入信號(hào)與內(nèi)部的振蕩信號(hào)同步[15]。目前鎖相環(huán)應(yīng)用廣泛，比如：在通信中應(yīng)用于調(diào)制解調(diào)自動(dòng)頻率微調(diào)等系統(tǒng)；在雷達(dá)中應(yīng)用于天線自動(dòng)跟蹤與精密輔角偏轉(zhuǎn)測(cè)量等系統(tǒng)；在空間技術(shù)中主要應(yīng)用于測(cè)速定軌、測(cè)距與遙測(cè)數(shù)據(jù)獲取等系統(tǒng)；在電視機(jī)中應(yīng)用于電視機(jī)同步、門限擴(kuò)展解調(diào)的同步檢波。傳統(tǒng)的模擬鎖相環(huán)有較短的鎖定時(shí)間，可以保證參考時(shí)鐘源和輸出時(shí)鐘的穩(wěn)態(tài)相差[4]。但其中心頻點(diǎn)受VCO的限制而范圍較小

15、，環(huán)路帶寬較寬；當(dāng)參考源出現(xiàn)瞬斷或者參考時(shí)鐘源切換時(shí)， VCO輸出時(shí)鐘頻率會(huì)出現(xiàn)較大的相位瞬變[3]。全數(shù)字鎖相環(huán)(DPLL)與傳統(tǒng)的模擬電路實(shí)現(xiàn)的PLL相比，具有精度高且不受溫度和電壓影響，環(huán)路帶寬和中心頻率編程可調(diào)，并且應(yīng)用在數(shù)字系統(tǒng)中時(shí)，不需A/D及D/A轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 加德納Floyd M.

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