锁相技术第7章

1、锁相技术第7章 数字锁相环 第七章第七章 数字锁相环数字锁相环 模拟锁相环和全数字锁相环（模拟锁相环和全数字锁相环（DPLL）的比较）的比较模拟环模拟环数字环数字环构成环路构成环路的部件的部件PD、LF、VCO模拟电路或部分模拟电路或部分是数字电路是数字电路DPD、DLF、DCO都是数字电路或可都是数字电路或可以用微处理器实现以用微处理器实现环路瞬时环路瞬时相差相差 是连续变是连续变化的模拟信号化的模拟信号 是离散的是离散的数字信号数字信号)(te)(ke输出相位输出相位的调整的调整连续变化连续变化离散调整离散调整数字锁相环是相干数字通信系统中的重要部件，主数字锁相环是相干数字通信系统中的重要

2、部件，主要应用于数字解调、载波同步、位同步等方面。要应用于数字解调、载波同步、位同步等方面。锁相技术第7章 数字锁相环 7.1 全数字环概述全数字环概述 一、一般构成与分类一、一般构成与分类 1. 构成构成2. 分类分类一般按照数字鉴相器的实现方式对数字锁相环分类一般按照数字鉴相器的实现方式对数字锁相环分类FFDPLL 触发器型数字锁相环触发器型数字锁相环NRDPLL 奈奎斯特型数字锁相环奈奎斯特型数字锁相环ZCDPLL 过零检测型数字锁相环过零检测型数字锁相环LLDPLL 超前滞后型数字锁相环超前滞后型数字锁相环锁相技术第7章 数字锁相环 二、数字环部件电路与原理二、数字环部件电路与原理1.

3、 数字鉴相器数字鉴相器触发器型鉴相器触发器型鉴相器触发器的输出是触发器的输出是 区间内区间内的相位误差。的相位误差。2通过计数器获得两个信号之间相差的数字量。通过计数器获得两个信号之间相差的数字量。计数时钟：计数时钟： , 是输入信号的中心频率。是输入信号的中心频率。omff 2of锁相技术第7章 数字锁相环 ； 是是 相差区间内的计相差区间内的计数值，也称为相位误差在数值，也称为相位误差在 区间内的状态数。区间内的状态数。TTffmoom22m2221222mm计数准确度为：计数准确度为：奈奎斯特速率抽样鉴相器奈奎斯特速率抽样鉴相器sf)(tu)(ku)(kx带通滤波器限制输入信号的带宽为带

4、通滤波器限制输入信号的带宽为 mf抽样频率抽样频率 msff2数字相乘器可用微处理器实现数字相乘器可用微处理器实现锁相技术第7章 数字锁相环 应用：利用应用：利用NRDPLL实现实现FM解调解调锁相技术第7章 数字锁相环 过零取样鉴相器过零取样鉴相器取样脉冲是本地参考脉冲经取样脉冲是本地参考脉冲经“上跳沿检测电路上跳沿检测电路”获得获得每个取样值的大小取决于输入信号正向过零点与每个取样值的大小取决于输入信号正向过零点与本地参考信号上跳沿之间的时间间隔，它反映了两本地参考信号上跳沿之间的时间间隔，它反映了两信号的相位误差（有正、负之分），在一个信号的相位误差（有正、负之分），在一个 周期周期内取

5、样一次。内取样一次。2正向过正向过零检测零检测锁相技术第7章 数字锁相环 双向过零取样鉴相器双向过零取样鉴相器 取样脉冲是本地参考经取样脉冲是本地参考经“上、下跳沿检测电路上、下跳沿检测电路”获得获得在一个在一个 周期内取样两次。周期内取样两次。2锁相技术第7章 数字锁相环 超前滞后取样鉴相器超前滞后取样鉴相器每个超前或滞后脉冲对每个超前或滞后脉冲对DCO的调整量是的调整量是 通过输入信号与本地参考信号之间比相，形成超通过输入信号与本地参考信号之间比相，形成超前或滞后脉冲输出。超前脉冲意味着本地参考信号前或滞后脉冲输出。超前脉冲意味着本地参考信号相位落后，相位落后， ，故超前脉冲作用将使本地参

6、考信，故超前脉冲作用将使本地参考信号相位提前；滞后脉冲表示号相位提前；滞后脉冲表示 ，其作，其作用是使本用是使本地参考信号相位推后。地参考信号相位推后。 0e0e序列滤波器消除噪声对环路造成的误动作。序列滤波器消除噪声对环路造成的误动作。序列滤波器序列滤波器超前超前滞后滞后锁相技术第7章 数字锁相环 2. 数字环路滤波器（数字环路滤波器（DLF）作用：对噪声和高频分量起抑制作用，并且控制着作用：对噪声和高频分量起抑制作用，并且控制着环路相位较正的速度和精度。（和模拟环路一样）环路相位较正的速度和精度。（和模拟环路一样）实现：实现：（一般形式）（一般形式）要求：数字运算满足环路低通滤波要求；满足

7、实时要求：数字运算满足环路低通滤波要求；满足实时处理的要求。处理的要求。 锁相技术第7章 数字锁相环 3. 数字压控振荡器数字压控振荡器(DCO)实现方案一：实现方案一： 为控制电压，其中为控制电压，其中 为为DLF送来的校正送来的校正电压，电压， 为固定偏压，即当为固定偏压，即当 时，输出信号时，输出信号周期为周期为 。okEy kyoE0kyoT信号时钟：频率信号时钟：频率 ，周期为，周期为 。cfcT锁相技术第7章 数字锁相环 DCO输出的取样脉冲周期输出的取样脉冲周期1kookyNTTTcoTTN 一个采样周期中对时钟周期的计数值一个采样周期中对时钟周期的计数值当当 时：无控制时：无控

8、制01kyokTT 当当 时：有控制时：有控制01ky 相对于相对于 的改变量为的改变量为 ，相对应，相对应的输出相位的输出相位 的最小改变量为的最小改变量为 ，DCO输出输出的瞬时相位的瞬时相位 在在 弧度内只能以弧度内只能以 或其整数倍或其整数倍离散的变化。离散的变化。2kToT11kckoyTyNT)(2kN2)(2kN 模模 内的状态数内的状态数2锁相技术第7章 数字锁相环 实现方案二：实现方案二：时钟：频率时钟：频率 ，周期为，周期为 。输出信号频率输出信号频率 ，周期为，周期为 。cfcTofoTmffco有推后脉冲时，输入信号比有推后脉冲时，输入信号比DCO信号相位滞后，控信号相

9、位滞后，控制器扣除一个制器扣除一个 的周期，使的周期，使DCO输出信号滞后。输出信号滞后。)(tuc有提前脉冲时，输入信号比有提前脉冲时，输入信号比DCO信号相位超前，控信号相位超前，控制器添加一个制器添加一个 的周期，使的周期，使DCO输出信号超前。输出信号超前。)(tuc无控制时无控制时coTT5)5(moucoTT5cucuououcucT锁相技术第7章 数字锁相环 三、数字环的工作速率三、数字环的工作速率 若要设计一个受若要设计一个受350MHz时钟控制的时钟控制的DCO， 为得为得到小于到小于7.5的环路量化相差，输入信号最高工作频的环路量化相差，输入信号最高工作频率率 应按下式计算

10、：应按下式计算：ofN2coocooffTT360360o5 . 7MHzffoocooo29. 73503605 . 73605 . 7锁相技术第7章 数字锁相环 7.2 位同步数字环实例位同步数字环实例超前超前滞后型数字锁相环实现位同步提取滞后型数字锁相环实现位同步提取超前超前滞后型数字锁相环基本组成：滞后型数字锁相环基本组成：输出输出信号信号锁相技术第7章 数字锁相环 h一、电路组成一、电路组成超前超前脉冲脉冲滞后滞后脉冲脉冲极性相反的极性相反的位同步信号位同步信号相互错开的相互错开的时钟信号时钟信号决定添加、决定添加、扣除脉冲扣除脉冲e没有序列没有序列滤波器滤波器锁相技术第7章 数字锁

11、相环 efghicd二、环路位同步原理二、环路位同步原理abcd1. 无控制时，无控制时， 信号通过信号通过（常开门）（常开门） 经经 次分频次分频后输出位同步信号后输出位同步信号 。b3Amc2. 位同步信号超前时，位同步信号超前时， 输出超前脉冲输出超前脉冲 ，通过控，通过控制器产生的制器产生的 信号扣除信号扣除 信号中的一个周期，使得信号中的一个周期，使得同步脉冲的前沿向第二个同步脉冲的前沿向第二个输入信号靠近。依次类推。输入信号靠近。依次类推。1Afhb3. 位同步信号滞后时，添加一个信号周期。位同步信号滞后时，添加一个信号周期。comTT cT锁相技术第7章 数字锁相环 3. 相位校正总是阶跃式的，所以在相位校正总是阶跃式的，所以在“扣除扣除”或或“添添加加”几个脉冲后，稳态相差不等于零，而是围绕零几个脉冲后，稳态相差不等于零，而是围绕零点在点在“超前超前”、“滞后滞后”之间来回摆动。之间来回摆动。4. 在锁定状态下，稳态量化相差在锁定状态下，稳态量化相差 mmTToc2相对误差：相对误差：mTmToo1三、性能分析（略）三、性能分析（略） 采用不同鉴相器的数字锁相环的性能分