数字锁相环
第7章 数字锁相环
第7章 数字锁相环
第1节 全数字环概述 第2节 位同步数字环实例 第3节 ZC1—DPLL的原理与性能 第4节 单片集成全数字锁相环
《锁相技术》
第7章 数字锁相环
第1节 全数字环概述
一、一般构成与分类 全数字环一般组成如图7-1所示。 它由数字鉴相器、 数字滤波器与数字压控振荡器(DCO)三个数字电路部 件组成。其中数字鉴相器有多种样式，样式不同对环 路性能有很大影响。
《锁相技术》
第7章 数字锁相环
3.过零检测式数字锁相环(ZC-DPLL)环路用本地受 控时钟脉冲对输入信号的过零点抽样，非零的实际抽 样值大小就反映着相位误差，用该相位误差来调节本 地时钟信号的相位。
4.超前滞后型数字锁相环(LL-DPLL)这种锁相环的 鉴相器将逐周地比较输入信号与本地时钟信号的相位， 根据相位的超前或滞后输出相应的超前或滞后脉冲， 用变换成加脉冲或减脉冲,对应地调节本地时钟相位。
(7-3)
《锁相技术》
第7章 数字锁相环
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-2 触发器型鉴相器
第7章 数字锁相环
(2) 奈奎斯特速率抽样鉴相器。该型鉴相器组成如 图7-3所示。模数变换器(A/D)的抽样率按带通信号的取 样定理选择，以使取样后信号含有充分的输入信号相 位信息。
《锁相技术》
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-3 奈奎斯特速率抽样鉴相器
《锁相技术》
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-1 数字锁相环一般组成
第7章 数字锁相环
1. 触发器型数字锁相环(FF—DPLL)该环路利用一双 稳态触发器作数字鉴相器，其状态分别受输入信号与本 地受控时钟信号的正向过零点触发,产生的置位与复位脉 冲状态变化之间间隔就反映着两信号之间相位误差。
2. 奈奎斯特型数字锁相环(NR—DPLL)在输入信号进 入数字鉴相器之前，先以奈奎斯特速率(固定速率的时钟 脉冲)进行抽样，然后再与本地受控时钟信号进行数字相 乘，产生数字式相位误差。
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-5 正过零取样鉴相器
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-6 双向过零取样鉴相器
第7章 数字锁相环
(4)超前滞后取样鉴相器。图7-7是用一个简单二元 鉴相器表的这种鉴相器。通过输入信号与本地参考 信号(或受控钟脉冲信号)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相位落后,θe＞0, 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θe＜0,其作用是使本地参考信号相位推后。
第7章 数字锁相环
(3) 过零取样鉴相器。这种鉴相器有两种形式，一 种是正过零点取样，如图7-5所示。这种正过零点取样 鉴相器是所有数字鉴相器中最简单的,而且易于实现。 另一种则在正负过零点都取样，如图7-6所示。
《锁相技术》
第7章 数字锁相环
图7-4 用于FM解调的NR-DPLL组成方案 《锁相技术》
2 (rad )
(7-2)
N
《锁相技术》
第7章 数字锁相环
所以N是表示2π弧度内相位受控变化大小的一个量, 也叫做模2π内状态数。这就是说,数字压控振荡器输出 脉冲的瞬时相位θo(k),在2π弧度内只能以Δ或其倍数离 散地变化。显然,在这里To/N=Tc,Tc为信号钟的周期。 因此有
N To Tc
《锁相技术》
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-11 数字环路滤波器一般形式
第7章 数字锁相环
3. 数字压控振荡器(DCO)数字压控振荡器的基本组 成如图7-13所示。它由频率稳定的信号钟、计数器与 比较器组成,其输出是一取样脉冲序列,脉冲周期受数字 环路滤波器送来的校正电压控制。前一个取样时刻的 校正电压将改变下一个取样时刻的脉冲时间的位置。 DCO在环路中又被称为本地受控时钟或本地参考时钟 信号。
《锁相技术》
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-7 简单二元鉴相器
第7章 数字锁相环
图 7-8 上 的 中 相 积 分 — 抽 样 — 清 除 电 路 是 用 来 判 断 DCO输出与码元转换边沿之间相位关系的。例如,中相 积分区间跨在从正到负的两个码元之间,而积分结果为 正,说明DCO时钟超前;积分结果为负,说明DCO时钟滞 后;积分结果为零,相位准确对准。
《锁相技术》
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-12 数字环路滤波器的模拟实现形式
第7章 数字锁相环
图7-13 数字压控振荡器的基本组成方案 《锁相技术》
第7章 数字锁相环
数字压控振荡器的含义可用数学式子表示。对于
第k个取样周期Tk,有
Tk
To
To N
yk 1
(7-1)
式中T０/N为DCO周期相对于中心周期To变化的最 小 单 位 。当无控制时 ,y k-1=0,Tk=To;有控制时周期以 ±To/N 或 其 倍 数 的 量 相 对 于 T 。 作 阶 跃 式 的 改 变 。 与 To/N相对应的相位改变量为
《锁相技术》
图7-9 “N先于M”序列滤波器
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-10 随机徘徊序列滤波器
第7章 数字锁相环
2. 数字环路滤波器数字环中使用的数字环路滤波 器与模拟环中使用的环路滤波器作用一样，都对噪声 及高频分量起抑制作用，并且控制着环路相位校正的 速度与精度。适当选择滤波器参数，可以改善环路的 性能。一般构成形式如图7-11所示，它由A/D、数字计 算器和D/A三部分组成。
《锁相技术》
第7章 数字锁相环
二、数字环部件电路与原理 下面介绍上述4类数字环中比较典型的部件电路及 其工作原理。 1. 数字鉴相器 (1)触发器型鉴相器。图7-2是该型鉴相器的组成示 意图。当检测到输入信号正向过零点时，触发器置 “1”，而本地参考信号的正向过零点使触发器置“0” 复位。
《锁相技术》
《锁相技术》
第7章 数字锁相环 《锁相技术》
第7章 数字锁相环
由于鉴相器输出是二值脉冲,常后接一种序列滤波 器来平滑其中的起伏,消除噪声起伏造成的环路误动作 比较方便。有两种形式序列滤波器,一种叫“N先于M” 滤波器。如图7-9所示;另一种叫“随机徘徊”滤波器, 如图7-10所示。
《锁相技术》
第7章 数字锁相环
