[终稿]全数字锁相环原理及应用

《[终稿]全数字锁相环原理及应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、全数字锁相环原理及应用摘要：首先介绍全数字锁相环的结构，及各个模块的作用，接着讲述全数字锁相环的工作原理，然后介绍在全数字锁相环在调频和解调电路、频率合成器中的应用。关键字：全数字锁相环数字环路鉴相器数字环路滤波器数字压控振荡器1•前言锁相环(PLL,PhaseLockedLoop)技术在众多领域得到了广泛的应用。如信号处理，调制解调，时钟同步，倍频，频率综合等都应用到了锁和环技术。传统的锁相环由模拟电路实现，而全数字锁相环(ADPLL,AllDigitalPhaseLockedLoop)与传统的模拟电路实现的PLL相比，具冇精度高冃不受温度和电压影响，环路带宽和中心频率编程可调，易

2、于构建高阶锁相环等优点，并且应用在数字系统屮时，不需A/D及D/A转换。随着通讯技术、集成电路技术的0速发展和系统芯片的深入研究，全数字锁相环将会在其屮得到更为广泛的应用。2•全数字锁相环结构及原理数字锁相环的结构数字锁相环的一般组成如下图1所示，由数字鉴相器(DPD,DigitalPhaseDetector)、数字环路滤波器(DLF,DigitalLoopFilter)数字压控振荡器(DCO,DigitaiControlOsci1lator)三部分组成。图1数字锁相环路的基本结构⑴数字环路鉴相器(DPD)数字鉴相器也称采样鉴相器，是用来比较输入信号与压控振荡器输出信号的相位，它的输

3、出电压是对应于这两个信号相位差的函数。它是锁相环路中的关键部件，数字鉴相器的形式可分为：过零采样鉴相器、触发器型数字鉴相器、超前一滞后型数字鉴相器和奈奎斯特速率取样鉴相器。(2)数字环路滤波器(DLF)数字环路滤波器在环路中对输入噪声起抑止作用，并且对环路的校正速度起调节作用。数字滤波器是一种专门的技术，有各种各样的结构形式和设计方法。引入数字环路滤波器和模拟锁相环路引入环路滤波器的口的一样，是作为校正网络引入环路的。因此，合理的设计数字环路滤波器和选取合适的数字滤波器结构就能使DPLL满足预定的系统性能耍求。⑶数字压控振荡器(DCO)数控振荡器，又称为数字钟。它在数字环路中所处的地

4、位相当于模拟锁相环中的压控振荡器(VCO)。但是，它的输出是一个脉冲序列，而该输出脉冲序列的周期受数字环路滤波器送来的校正信号的控制。其控制特点是：前一采样吋刻得到的校正信号将改变下一个采样时刻的脉冲时间位置。全数字锁相环工作原理全数字锁相环的基本工作过程如下：(1)设输入信号u.(t)和木振信号(数字压控振荡器输出信号)u,t)分别是正弦和余弦信号，他们在数字鉴相器内进行比较，数字鉴相器的输出是一个与两者间的相位差成比例的屯压uXt)o(2)数字环路滤波器除数字鉴相器输岀中的高频分量，然后把输出电压ur(t)加到数字压控振荡器的输出端，数字压控振荡器的木振信号频率随着输入电压的变化

5、而变化。如果两者频率不一致，则数字鉴相器的输出将产生低频变化分量，并通过低通滤波器使DCO的频率发生变化。只耍环路设计恰当，则这种变化将使木振信号uo(t)的频率与数字鉴相器输入信号u.(t)的频率一致。(3)最后，如果本振信号的频率和输入信号的频率完全一•致，两者的相位差将保持某一个恒定值，则数字鉴相器的输出将是一个恒定直流电压(忽略高频分量)，数字环路滤波器的输出也是一个直流电压，DCO的频率也将停止变化，这吋，环路处丁“锁定状态”。3•全数字锁相环的特点及应用全数字化锁相环的共同特点(1)电路完全数字化，使用逻辑门电路和触发器电路。系统屮只有“导通诩“截止"两种工作状态，受外界

6、和电源的干扰的可能性大大减小，电路容易集成，易丁制成全集成化的单片全数字锁相环路。因而系统的可靠性大大提高。(2)全数字锁相环路还缓和英至消除了模拟锁相环路中电压控制振荡器(VCO)的非线性以及环路中使用运算放人器和品体管后而出现的饱和及运算放大器和鉴相器的零漂等对环路性能的影响。(3)数字锁相环路的环路部件其至整个环路都可以直接用微处理机來模拟而实现。(4)全数字锁相环路屮，因模拟量转变为数字量所引入的量化误差和离散控制造成的误差，只要系统设计得当，均口J以被忽略。全数字化锁相坏的在实际工程中的应用廿前，全数字锁相环路(ADPLL)已在数字通信、无线电电子学及电力系统口动化等领域中

7、得到了极为广泛的应用。ADPLL具有精度高、不受温度和电压影响、坏路带宽和中心编程频率可调、易于构建高阶锁相坏等优点。随着集成电路技术的发展，不仅能够制成频率较高的单片集成锁相环路，而且可以把整个系统集成到一个芯片上去。全数字锁相坏在调频和解调电路中的应用调频波的特点是频率随调制信号幅度的变化而变化，压控振荡器的振荡频率取决丁•输入电压的幅度。当载波信号的频率与锁相环的固有振荡频率so相等时，压控振荡器输出信号的频率将保持0)0不变。若压控振荡器的输入信号