数字锁相环技术原理

数据锁相环工艺原里

文献综述：金额(e)锁(suo)相(xiang)(xiang)环(huan)（DigitalPhase-LockedLoop，俗称DPLL）都是种(zhong)应用场景信息反馈把控好的(de)工(gong)艺，使用于(yu)进(jin)行精确度(du)的(de)时序把控好和(he)相(xiang)(xiang)位云同步。通过相(xiang)(xiang)位比较、频(pin)率(lv)差计(ji)算、频(pin)率(lv)控制、滤波和(he)循(xun)环(huan)控制，它能(neng)够(gou)完(wan)成(cheng)两个信号(hao)相(xiang)(xiang)位同步、频(pin)率(lv)自动跟踪(zong)的(de)功(gong)能(neng)。数(shu)字锁(suo)相(xiang)(xiang)环(huan)不(bu)仅具有(you)可靠(kao)性好、精度(du)高、环(huan)路带(dai)宽和(he)中(zhong)心(xin)频(pin)率(lv)编程(cheng)可调等优(you)点，还(hai)解(jie)决了(le)模拟(ni)锁(suo)相(xiang)(xiang)环(huan)的(de)直流零点漂移、器件饱和(he)及易受电(dian)源和(he)环(huan)境温度(du)变化等缺点，此外(wai)还(hai)具有(you)对离散样值的(de)实时处理能(neng)力(li)。数(shu)字锁(suo)相(xiang)(xiang)环(huan)广(guang)泛应用于(yu)物理和(he)工(gong)程(cheng)领域，包括用于(yu)测量和(he)跟踪(zong)信号(hao)频(pin)率(lv)、提取原始信号(hao)的(de)给(ji)定频(pin)率(lv)分量并在同时消(xiao)除噪(zao)声(sheng)和(he)杂散分量，或者(zhe)基于(yu)输入信号(hao)合成(cheng)新信号(hao)。此外(wai)，数(shu)字锁(suo)相(xiang)(xiang)环(huan)在调配解(jie)调、频(pin)段提炼、FM立体声(sheng)解(jie)码(ma)、彩色(se)副载波同步、图(tu)像处理等各个方面得到(dao)了(le)广(guang)泛的(de)应用，已成(cheng)为锁(suo)相(xiang)(xiang)技术发展(zhan)的(de)方向(xiang)。

1.锁相环基(ji)本上设计原理(li)

锁相(xiang)环(huan)(PLL)技木也称自動相(xiang)位把控好(hao)技木,主要(yao)是由鉴相(xiang)器(qi)(qi),低(di)通滤波器(qi)(qi)(LPF),压控振动器(qi)(qi)(VCO)和参(can)考价值概率源(yuan)(单晶体(ti)振动器(qi)(qi))形成。

当压控自激振荡器的频次f_v,考虑到这种原因分析出现變化时,一定合理地存在生相位變化。在这个相位變化在鉴相器中与分类多晶体振荡器器的安全稳定(匹配于速度f_R)差距较,使鉴相器伤害一款 与相位随机不确定度成的比例的随机不确定度额定电压u_d(t),经过了低通滤波器,弄出来中仅较慢发生变化的直流电源电流图像u_c(t),并加到VCO的控制端,使压控震荡器的效果率f_v连续优化且向考虑速度f_R拉拢,甚至f_v=f_R ,进而不使u_v(t)、u_s(t)两信(xin)号(hao)灯的(de)的(de)声音频(pin)率(lv)同等(deng)而相位(wei)差达成(cheng)(cheng)平衡稳定(ding)(发(fa)送到(dao)),即达成(cheng)(cheng)的(de)声音频(pin)率(lv)自己定(ding)位(wei)跟踪和相位(wei)锁死。这正是是锁相环路的(de)根本的(de)工(gong)作原理(li)。

 

图1锁相环形成型式图

2.全数字(zi)式(shi)锁(suo)相(xiang)环的基本(ben)性(xing)作用

全数(shu)(shu)(shu)(shu)字锁相环(huan)(huan)由数(shu)(shu)(shu)(shu)字鉴相器、数(shu)(shu)(shu)(shu)字环(huan)(huan)路滤(lv)波器、数(shu)(shu)(shu)(shu)控(kong)(kong)振荡(dang)器三部(bu)分(fen)组成。锁相环(huan)(huan)是(shi)(shi)一个相位反馈控(kong)(kong)制系(xi)(xi)统，而(er)在(zai)数(shu)(shu)(shu)(shu)据(ju)6锁相环(huan)(huan)中(zhong)，是(shi)(shi)因为差值(zhi)管控(kong)(kong)警报灯是(shi)(shi)离散的数(shu)(shu)(shu)(shu)据(ju)6警报灯，而(er)都是(shi)(shi)模拟机线电(dian)(dian)压(ya)(ya)降，之所以受(shou)控(kong)(kong)的所在(zai)线电(dian)(dian)压(ya)(ya)降的改动是(shi)(shi)离散的而(er)都是(shi)(shi)连续(xu)性的;还有(you)，全数(shu)(shu)(shu)(shu)字锁相环(huan)(huan)的环(huan)(huan)路分(fen)解成组件也(ye)全用加(jia)数(shu)(shu)(shu)(shu)电(dian)(dian)路原理推动。中(zhong)仅可逆反应数(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)器及N分(fen)频器的闹(nao)钟由外面(mian)晶(jing)振展示。全数(shu)(shu)(shu)(shu)字锁相环(huan)(huan)不使用VCO(电(dian)(dian)压(ya)(ya)控(kong)(kong)制振荡(dang)器)，同(tong)时采用系(xi)(xi)统可编程(cheng)芯片实(shi)现，这大(da)大(da)减轻温度及电(dian)(dian)源电(dian)(dian)压(ya)(ya)变化对(dui)环(huan)(huan)路的影(ying)响，有(you)利于(yu)提高系(xi)(xi)统的集成度和可靠性。

3.全罗马数字锁(suo)相环的进行

全自(zi)(zi)然(ran)数(shu)(shu)(shu)5锁(suo)相(xiang)环(huan)(huan)是(shi)虚(xu)拟锁(suo)相(xiang)环(huan)(huan)装置(zhi)的(de)自(zi)(zi)然(ran)数(shu)(shu)(shu)5化(hua),全数(shu)(shu)(shu)字锁(suo)相(xiang)环(huan)(huan)的(de)基本结构(gou)(gou)如(ru)图2所示。首要由数(shu)(shu)(shu)字5鉴相(xiang)器(qi)、K变模(mo)可(ke)逆计(ji)数(shu)(shu)(shu)器(qi)构(gou)(gou)成(cheng)(模(mo)数(shu)(shu)(shu)K可(ke)预置(zhi))、加减脉冲控(kong)制器(qi)和除N计(ji)数(shu)(shu)(shu)器(qi)构(gou)(gou)成(cheng)。K变模(mo)可(ke)逆计(ji)数(shu)(shu)(shu)器(qi)和加减脉冲控(kong)制器(qi)的(de)工作频率分(fen)别为Mf₀和2Nf₀,f₀为(wei)锁相环(huan)的核心速率(lv)。寻(xun)常症状(zhuang)下(xia)M和N均为(wei)2的整数幂。时钟2Nf₀经(jing)除H(H=M/2N)计数器得(de)到。事(shi)实用(yong)中(zhong)一般来(lai)说(shuo)在压控振(zhen)荡器器与鉴相器两(liang)者建(jian)立可以操(cao)控的(de)的(de)变(bian)模分频器,来(lai)能(neng)够(gou)固定(ding)不(bu)变(bian)的(de)也许可变(bian)气门正时(shi)的(de)导出(chu)(chu)频点(dian),导出(chu)(chu)频点(dian)与输出(chu)(chu)频点(dian)两(liang)者成身材比例相关。

 

图2全号码锁相环路结构类型图

3.1阿(a)拉伯(bo)数字鉴(jian)相器的保证

常用(yong)(yong)的(de)数字鉴相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)器(qi)(qi)有三种(zhong)类(lei)型EXOR鉴相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)器(qi)(qi)、JK触发型鉴相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)器(qi)(qi)和边(bian)沿(yan)控制鉴相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)器(qi)(qi)。数字鉴相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)器(qi)(qi)的(de)作用(yong)(yong)是鉴别(bie)方法(fa)多个大字母信息相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)位的(de)差(cha)別，并使用(yong)(yong)信息将这样(yang)差(cha)別带表(biao)出来(lai)的(de)。大字母鉴相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)器(qi)(qi)在(zai)特别(bie)大的(de)情况(kuang)上决心(xin)着锁相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)环的(de)的(de)性能,的(de)选(xuan)择的(de)基(ji)本原则要(yao)从适用(yong)(yong)性水平、平滑鉴相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)条(tiao)件、制定难易的(de)情况(kuang)等视场角宗合充分(fen)考虑(lv)。其中EXOR鉴相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)器(qi)(qi)，它可使用(yong)(yong)波型对应的(de)状态(tai),线性鉴相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)范围为±Π/2，规(gui)则化增(zeng)加(jia)收益K_d=2/Π(V/rad)。可以通过更键盘输入信息u₁(t)和反映填写走(zou)势u_2’(t)的相位(wei)行成(cheng)一款(kuan) 偏差移动信号u_d(t),其算作(zuo)K变(bian)模可(ke)逆(ni)计数器的加(jia)减方(fang)向(xiang)控制信号,相(xiang)位差为(wei)θ_e(θ_e=θ_v-θ_R)。环路锁定时，显示(shi)信(xin)(xin)息(xi)和的(de)(de)(de)输(shu)(shu)(shu)出的(de)(de)(de)信(xin)(xin)息(xi)之前没能相(xiang)位不(bu)确定度时，显示(shi)和的(de)(de)(de)输(shu)(shu)(shu)出的(de)(de)(de)信(xin)(xin)息(xi)的(de)(de)(de)相(xiang)位恰好差(cha)距(ju)90°，经过异或(huo)门，产生(sheng)占空比为50%的(de)(de)(de)输(shu)(shu)(shu)出信(xin)(xin)号，该(gai)信(xin)(xin)号和输(shu)(shu)(shu)入信(xin)(xin)号波形(xing)相(xiang)同，频率刚(gang)好是前者(zhe)的(de)(de)(de)两(liang)倍。这种情(qing)形(xing)如(ru)图3(a)所(suo)示(shi)。在(zai)各(ge)种条件下,可逆计数器加(jia)和减(jian)的(de)(de)(de)周期是相(xiang)同的(de)(de)(de),此(ci)时需要不(bu)可逆转数值器的(de)(de)(de)k值足够大,其输(shu)(shu)(shu)出端就不(bu)会产生(sheng)进位或(huo)借位脉冲。当输(shu)(shu)(shu)出信(xin)(xin)号u_2’滞后效应于对比卫星信号u₁时,相位偏(pian)差为正。这种情形如(ru)图3(b)所示。

 

图3 EXOR鉴相器的弧形图（a）零相位测量误差（θe=0时弧形）

（b）零相位数据误差（θe>0时波形参数）

3.2数子(zi)环路滤(lv)波器(qi)的做到

K变模(mo)(mo)可(ke)逆计(ji)(ji)(ji)数器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)是最(zui)大(da)要的(de)数字式(shi)环(huan)路滤波器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)产品之一(yi)。本身环(huan)路滤波器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)一(yi)般 和EXOR或是JK释放鉴相器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)同食工做(zuo)(zuo),它(ta)由(you)三个(ge)人(ren)(ren)同时孤立的(de)计(ji)(ji)(ji)算(suan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)成分,这(zhei)(zhei)三个(ge)人(ren)(ren)计(ji)(ji)(ji)算(suan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)基(ji)本被叫做(zuo)(zuo)加(UP)计(ji)(ji)(ji)算(suan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和减(DN)计(ji)(ji)(ji)算(suan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)。现(xian)实的(de)运用中,这(zhei)(zhei)三个(ge)人(ren)(ren)计(ji)(ji)(ji)算(suan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)一(yi)直朝上计(ji)(ji)(ji)算(suan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de),K为(wei)(wei)这(zhei)(zhei)三个(ge)人(ren)(ren)计(ji)(ji)(ji)算(suan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)模(mo)(mo),也可(ke)是说(shuo),这(zhei)(zhei)三个(ge)人(ren)(ren)计(ji)(ji)(ji)算(suan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)计(ji)(ji)(ji)算(suan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)范围之内都要[0,K-1],里面(mian)K是由(you)模(mo)(mo)K调节放入端调节,而(er)是,平(ping)常是2的(de)整四次幂。闹钟网(wang)络信号(K闹钟)的(de)速率(lv)概念为(wei)(wei)ADPLL机构速率(lv)f_o的(de)(de)(de)(de)(de)M倍,M一般取8、16、32等。它对数字(zi)鉴相器(qi)效(xiao)果的(de)(de)(de)(de)(de)相位(wei)(wei)差(cha)电(dian)磁波参与加(jia)(jia)(jia)减运算,当运算结果达到(dao)由模(mo)(mo)值(zhi)(zhi)控制(zhi)器(qi)所预设的(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)(mo)值(zhi)(zhi)时,计数器(qi)输出(chu)(chu)一个(ge)溢(yi)出(chu)(chu)信(xin)号(hao),加(jia)(jia)(jia)减溢(yi)出(chu)(chu)判断(duan)电(dian)路对溢(yi)出(chu)(chu)信(xin)号(hao)进行判断(duan):若是加(jia)(jia)(jia)溢(yi)出(chu)(chu)则输出(chu)(chu)进位(wei)(wei)脉(mai)(mai)(mai)(mai)冲;若是减溢(yi)出(chu)(chu)则输出(chu)(chu)借(jie)位(wei)(wei)脉(mai)(mai)(mai)(mai)冲。进位(wei)(wei)和借(jie)位(wei)(wei)脉(mai)(mai)(mai)(mai)冲可(ke)用来控制(zhi)DCO(数控振荡器(qi)),使得DCO输出(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)脉(mai)(mai)(mai)(mai)冲数根据进位(wei)(wei)和借(jie)位(wei)(wei)来加(jia)(jia)(jia)上或者(zhe)是删除一些(xie)脉(mai)(mai)(mai)(mai)冲,实(shi)际(ji)上也就改(gai)变了DCO的(de)(de)(de)(de)(de)输出(chu)(chu)频率。可(ke)逆计数器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)(mo)值(zhi)(zhi)由K模(mo)(mo)值(zhi)(zhi)控制(zhi)器(qi)控制(zhi),一般为(wei)(wei)2的(de)(de)(de)(de)(de)整数幂,当模(mo)(mo)值(zhi)(zhi)控制(zhi)器(qi)变化范围(wei)为(wei)(wei)4b0001~4b1111时,对应的(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)(mo)值(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)变化范围(wei)为(wei)(wei)2³~2¹⁷。即刻会(hui)按照模(mo)值的(de)各个设(she)定(ding)可逆转(zhuan)数(shu)值器的(de)时长来做到自然数(shu)编程序的(de)控(kong)制。

3.3加数自由振荡器的控(kong)制

电脑数控振荡器器由加(jia)减(jian)脉冲激光把控器和(he)除N计数器组成(cheng)。加(jia)减(jian)脉冲控制(zhi)器的作用是实现对(dui)输(shu)入(ru)(ru)信(xin)号(hao)频(pin)率(lv)和(he)相位(wei)的跟踪(zong)和(he)调整,最(zui)终使得(de)输(shu)出(chu)信(xin)号(hao)锁(suo)定(ding)在输(shu)入(ru)(ru)信(xin)号(hao)的频(pin)率(lv)和(he)相位(wei)上(shang),它是由D触发(fa)器和(he)JK触发(fa)器组合实现的。当没有进(jin)位(wei)脉冲和(he)借(jie)位(wei)脉冲输(shu)入(ru)(ru)时(shi),即(ji)锁(suo)相环路稳(wen)定(ding)时(shi),加(jia)减(jian)脉冲控制(zhi)器对(dui)输(shu)入(ru)(ru)时(shi)钟(zhong)进(jin)行二分频(pin)后输(shu)出(chu),从而保持(chi)u₁(t)和u_2’(t)的(de)(de)正交;当(dang)有(you)进位(wei)脉冲(chong)(chong)时,加(jia)减脉冲(chong)(chong)控(kong)制(zhi)器除了将信(xin)号(hao)2分频(pin),还会在2分频(pin)的(de)(de)过程中加(jia)入半(ban)个时钟周(zhou)期,当(dang)有(you)借位(wei)脉冲(chong)(chong)输入时,则(ze)是减去半(ban)个时钟周(zhou)期,这个过程是连续发(fa)生的(de)(de)。由(you)(you)于实际门电(dian)路中延迟(chi)的(de)(de)影响,有(you)可能在逻辑输出的(de)(de)信(xin)号(hao)中存在毛刺,从(cong)而产生不可预知的(de)(de)问题,所以可以通过时钟控(kong)制(zhi)的(de)(de)D触发(fa)器来(lai)消除这些毛刺所带来(lai)的(de)(de)隐患(huan)。由(you)(you)此可见(jian),加(jia)减脉冲(chong)(chong)控(kong)制(zhi)器就是通过这种方式来(lai)调(diao)节(jie)相位(wei)以使闭环系统最终达到(dao)锁定状态(tai)。

Moku:Pro的PID/PLL

 

Moku:Pro的PID/PLL(相(xiang)对于(yu)参考时(shi)钟)多(duo)达四个输(shu)入信号，从1 kHz到300 MHz的(de)精度(du)优于(yu)6 μ弧(hu)度(du)。基于(yu)数字实现的(de)锁相(xiang)环框(kuang)架(jia)，Moku:Pro的(de)PID/PLL出(chu)示了(le)(le)情况范围内(nei)、零死区和测定计(ji)算精(jing)度，高出(chu)了(le)(le)传(chuan)统式锁相变(bian)成器和頻率运算器的(de)耐磨性。

 

Moku:Pro的PID/PLL表现

 

•十个独立空间的(de)相位计通畅输(shu)入页面，跟进和(he)计录两大独立自主电磁波的(de)相位，頻(pin)率和(he)小幅(fu)度。

•锁相(xiang)放入页(ye)面(mian)设置(zhi)，使您可能诞生正弦函数波锁相(xiang)放入。

•操作相位计(ji)(ji)的整(zheng)合频谱(pu)分享工具软件(jian)包在(zai)频域(yu)通过观察精确(que)测(ce)量统计(ji)(ji)资料。

•锁相环关注上行速率从10hz到10khz。

 

相关昊量光电科技：西安昊量微电子技术子设施设配不多机构是微电子技术子商品的专业代商，商品包扩各种各样智能机械器、微电子技术子幅度调制器、光电器件反应测试设施设配、光电器件反应构件等，密切相关应该用覆盖了材料加工工艺、光通迅、动物医疗卫生、专业设计、中国国防、量子光电器件反应、动物显微、智能物联感测器、智能机械创造等；而以投资者保证完美的设施设配安装程序，教学，来源于激发，软件下载激发，系统性集成式等售后服务。