數字鎖相環（DigitalPhase-LockedLoop，簡稱DPLL）是一種基於(yu) 反饋控製的技術，用於(yu) 實現精確的時序控製和相位同步。通過相位比較、頻率差計算、頻率控製、濾波和循環控製，它能夠完成兩(liang) 個(ge) 信號相位同步、頻率自動跟蹤的功能。數字鎖相環不僅(jin) 具有可靠性好、精度高、環路帶寬和中心頻率編程可調等優(you) 點，還解決(jue) 了模擬鎖相環的直流零點漂移、器件飽和及易受電源和環境溫度變化等缺點，此外還具有對離散樣值的實時處理能力。數字鎖相環廣泛国产成人在线观看免费网站於(yu) 物理和工程領域，包括用於(yu) 測量和跟蹤信號頻率、提取原始信號的給定頻率分量並在同時消除噪聲和雜散分量，或者基於(yu) 輸入信號合成新信號。此外，數字鎖相環在調製解調、頻率合成、FM立體(ti) 聲解碼、彩色副載波同步、圖像處理等各個(ge) 方麵得到了廣泛的国产成人在线观看免费网站，已成為(wei) 鎖相技術發展的方向。
數字鎖相環技術原理
數字鎖相環（DigitalPhase-LockedLoop，簡稱DPLL）是一種基於(yu) 反饋控製的技術，用於(yu) 實現精確的時序控製和相位同步。通過相位比較、頻率差計算、頻率控製、濾波和循環控製，它能夠完成兩(liang) 個(ge) 信號相位同步、頻率自動跟蹤的功能。數字鎖相環不僅(jin) 具有可靠性好、精度高、環路帶寬和中心頻率編程可調等優(you) 點，還解決(jue) 了模擬鎖相環的直流零點漂移、器件飽和及易受電源和環境溫度變化等缺點，此外還具有對離散樣值的實時處理能力。數字鎖相環廣泛国产成人在线观看免费网站於(yu) 物理和工程領域，包括用於(yu) 測量和跟蹤信號頻率、提取原始信號的給定頻率分量並在同時消除噪聲和雜散分量，或者基於(yu) 輸入信號合成新信號。此外，數字鎖相環在調製解調、頻率合成、FM立體(ti) 聲解碼、彩色副載波同步、圖像處理等各個(ge) 方麵得到了廣泛的国产成人在线观看免费网站，已成為(wei) 鎖相技術發展的方向。
1.鎖相環基本原理
鎖相環(PLL)技術也稱自動相位控製技術,主要由鑒相器,低通濾波器(LPF),壓控振蕩器(VCO)和參考頻率源(晶體(ti) 振蕩器)組成。
當壓控振蕩器的頻率fv,由於(yu) 某種原因發生變化時,必然相應地產(chan) 生生相位變化。這個(ge) 相位變化在鑒相器中與(yu) 參考晶體(ti) 振蕩器的穩定(對應於(yu) 頻率fR)相比較,使鑒相器輸出一個(ge) 與(yu) 相位誤差成比例的誤差電壓ud(t),經過低通濾波器,取出其中緩慢變動的直流電壓分量uc(t),並加到VCO的控製端,使壓控振蕩器的輸出頻率fv不斷改變且向參考頻率fR靠攏,直至fv=fR為(wei) 止,從(cong) 而使得uv(t)、us(t)兩(liang) 信號的頻率相同而相位差保持恒定(同步),即實現頻率自動跟蹤和相位鎖定。這就是是鎖相環路的基本原理。
圖1鎖相環組成結構圖
2.全數字鎖相環的基本原理
全數字鎖相環由數字鑒相器、數字環路濾波器、數控振蕩器三部分組成。鎖相環是一個(ge) 相位反饋控製係統，而在數字鎖相環中，由於(yu) 誤差控製信號是離散的數字信號，而不是模擬電壓，因而受控的輸出電壓的改變是離散的而不是連續的;此外，全數字鎖相環的環路組成部件也全用數字電路實現。其中可逆計數器及N分頻器的時鍾由外部晶振提供。全數字鎖相環不使用VCO(電壓控製振蕩器)，同時采用係統可編程芯片實現，這大大減輕溫度及電源電壓變化對環路的影響，有利於(yu) 提高係統的集成度和可靠性。
3.全數字鎖相環的實現
全數字鎖相環是模擬鎖相環係統的數字化,全數字鎖相環的基本結構如圖2所示。主要由數字鑒相器、K變模可逆計數器構成(模數K可預置)、加減脈衝(chong) 控製器和除N計數器構成。K變模可逆計數器和加減脈衝(chong) 控製器的工作頻率分別為(wei) Mf0和2Nf0,f0為(wei) 鎖相環的中心頻率。一般情況下M和N均為(wei) 2的整數冪。時鍾2Nf0經除H(H=M/2N)計數器得到。實際国产成人在线观看免费网站中一般在壓控振蕩器與(yu) 鑒相器之間加入可控的變模分頻器,來得到固定的或是可變的輸出頻率,輸出頻率與(yu) 輸入頻率之間成比例關(guan) 係。
圖2全數字鎖相環路結構圖
3.1數字鑒相器的實現
常用的數字鑒相器有三種類型EXOR鑒相器、JK觸發型鑒相器和邊沿控製鑒相器。數字鑒相器的作用是鑒別兩(liang) 個(ge) 數字信號相位的差別，並通過信號將這種差別表示出來。數字鑒相器在很大程度上決(jue) 定著鎖相環的性能,選擇的原則要從(cong) 適用條件、線性鑒相範圍、設計難易程度等角度綜合考慮。其中EXOR鑒相器，它適用於(yu) 波形對稱的情況,線性鑒相範圍為(wei) ±Π/2，線性增益Kd=2/Π(V/rad)。通過比較輸入信號u1(t)和反饋輸入信號u2’(t)的相位產(chan) 生一個(ge) 誤差信號ud(t),其作為(wei) K變模可逆計數器的加減方向控製信號,相位差為(wei) θe(θe=θv-θR)。環路鎖定時，輸入信號和輸出信號之間沒有相位誤差時，輸入和輸出信號的相位剛好相差90°，經過異或門，產(chan) 生占空比為(wei) 50%的輸出信號，該信號和輸入信號波形相同，頻率剛好是前者的兩(liang) 倍。這種情形如圖3(a)所示。在這種情況下,可逆計數器加和減的周期是相同的,此時隻要可逆計數器的k值足夠大,其輸出端就不會(hui) 產(chan) 生進位或借位脈衝(chong) 。當輸出信號u2’滯後於(yu) 參考信號u1時,相位誤差為(wei) 正。這種情形如圖3(b)所示。
圖3 EXOR鑒相器的波形圖（a）零相位誤差（θe=0時波形）
（b）零相位誤差（θe>0時波形）
3.2數字環路濾波器的實現
K變模可逆計數器是zui重要的數字環路濾波器之一。這種環路濾波器通常和EXOR或者JK觸發鑒相器一起工作,它由兩(liang) 個(ge) 互相獨立的計數器組成,這兩(liang) 個(ge) 計數器通常被稱之為(wei) 加(UP)計數器和減(DN)計數器。實際国产成人在线观看免费网站中,這兩(liang) 個(ge) 計數器總是向上計數的,K為(wei) 這兩(liang) 個(ge) 計數器的模,也就是說,這兩(liang) 個(ge) 計數器的計數範圍都是[0,K-1],其中K是由模K控製輸入端控製,而且,一般是2的整數次冪。時鍾信號(K時鍾)的頻率定義(yi) 為(wei) ADPLL中心頻率fo的M倍,M通常取8、16、32等。它對數字鑒相器輸出的相位差信號進行加減運算,當運算結果達到由模值控製器所預設的模值時,計數器輸出一個(ge) 溢出信號,加減溢出判斷電路對溢出信號進行判斷:若是加溢出則輸出進位脈衝(chong) ;若是減溢出則輸出借位脈衝(chong) 。進位和借位脈衝(chong) 可用來控製DCO(數控振蕩器),使得DCO輸出的脈衝(chong) 數根據進位和借位來加上或者是刪除一些脈衝(chong) ,實際上也就改變了DCO的輸出頻率。可逆計數器的模值由K模值控製器控製,一般為(wei) 2的整數冪,當模值控製器變化範圍為(wei) 4b0001~4b1111時,對應的模值的變化範圍為(wei) 23~217。即可根據模值的大小調整可逆計數器的長度來實現數字編程控製。
3.3數字振蕩器的實現
數控振蕩器由加減脈衝(chong) 控製器和除N計數器組成。加減脈衝(chong) 控製器的作用是實現對輸入信號頻率和相位的跟蹤和調整,zui終使得輸出信號鎖定在輸入信號的頻率和相位上,它是由D觸發器和JK觸發器組合實現的。當沒有進位脈衝(chong) 和借位脈衝(chong) 輸入時,即鎖相環路穩定時,加減脈衝(chong) 控製器對輸入時鍾進行二分頻後輸出,從(cong) 而保持u1(t)和u2’(t)的正交;當有進位脈衝(chong) 時,加減脈衝(chong) 控製器除了將信號2分頻,還會(hui) 在2分頻的過程中加入半個(ge) 時鍾周期,當有借位脈衝(chong) 輸入時,則是減去半個(ge) 時鍾周期,這個(ge) 過程是連續發生的。由於(yu) 實際門電路中延遲的影響,有可能在邏輯輸出的信號中存在毛刺,從(cong) 而產(chan) 生不可預知的問題,所以可以通過時鍾控製的D觸發器來消除這些毛刺所帶來的隱患。由此可見,加減脈衝(chong) 控製器就是通過這種方式來調節相位以使閉環係統zui終達到鎖定狀態。
Moku:Pro的PID/PLL
Moku:Pro的PID/PLL(相對於(yu) 參考時鍾)多達四個(ge) 輸入信號，從(cong) 1 kHz到300 MHz的精度優(you) 於(yu) 6 μ弧度。基於(yu) 數字實現的鎖相環架構，Moku:Pro的PID/PLL提供了卓越的動態範圍、零死區和測量精度，超過了傳(chuan) 統鎖相放大器和頻率計數器的性能。
Moku:Pro的PID/PLL特征
•四個(ge) 獨立的相位計通道輸出選項，跟蹤和記錄兩(liang) 個(ge) 獨立信號的相位，頻率和幅度。
•鎖相輸出選項，使您可以產(chan) 生正弦波鎖相輸入。
•使用相位計的集成頻譜分析工具包在頻域觀察測量數據。
•鎖相環跟蹤帶寬從(cong) 10hz到10khz。
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