一種新型寬頻域全數字鎖相環的研究與設計

摘 "要： 針對傳統鎖相環研究中電路結構復雜、鑒相精度不高、鎖相范圍窄等問題，提出一種新型全數字鎖相環。與傳統鎖相環相比，鑒相模塊中的時間數字轉換電路能將鑒相誤差轉換為高精度數字信號，一種雙邊沿觸發的數字環路濾波器取代了傳統的數字環路濾波器的電路結構，采用可變模分頻器來替換傳統的固定模分頻器。 應用EDA技術完成了系統設計，并采用 QuartusⅡ軟件進行了系統仿真驗證。仿真結果表明：該鎖相環鎖相范圍約為800 Hz～1 MHz，系統鎖定時間最快為10個左右輸入信號周期，且具有鎖相范圍大、精度高、電路結構簡單和易于集成等特點。

關鍵字： 全數字鎖相環; 時間數字轉換電路; 雙邊沿觸發數字環路濾波器; 系統仿真

中圖分類號： TN710?34 " " " " " " " " " 文獻標識碼： A " " " " " " " " " " " " " "文章編號： 1004?373X（2015）02?0118?03

Research and design of a novel all?digital phase?locked loop working in broadband domain

LIU Dan?dan， SHAN Chang?hong， SHENG Zhen， LI Feng?hua

（ College of Electrical Engineering， University of South China， Hengyang 421001， China）

Abstract： In view of complex circuit structure， inaccurate phase detection precision and narrow phase?locked range of the traditional phase?locked loops （PLL）， a new type of all?digital phase?locked loop is proposed in this paper. Compared with the conventional ones， the time?to?digital conversion circuit in the phase detection module can transform the phase detection error to high?precision digital signal. Therefore， the traditional digital filter with loop structure is replaced by the double?edge triggered digital loop filter， and a variable modulus frequency divider is adopted to take the place of the classic fixed mode frequency divider. The system design is fulfilled by means of EDA technology while its simulation verification is implemented with QuartusⅡ software. The simulation results show that the locking range of the phase?locked loop is within the frequency from 800 HZ to 1 MHZ， and the lock?in time is about 10 times of the input signal cycles. In addition， it has the characteristics of broad phase?locked range， high accuracy， simple circuit structure and easy integration.

Keywords： all?digital phase?locked loop; time?to?digital conversion circuit; double?edge triggered DLF; system simulation

0 "引 "言

鎖相環電路是一個使輸出信號與輸入信號在頻率和相位上同步的電路，它是一個閉環控制系統。由于鎖相環的優良性能，它已成為各類電子系統中不可缺少的基本部件。全數字鎖相環與相比模擬鎖相環，其具有一切數字電路特有的顯著優點，即參數穩定，抗干擾能力強，集成度高。全數字鎖相環還解決了模擬鎖相環中VCO的非線性，鑒相器不精確，部件易飽和以及高階環不穩定等難題[1?2]，因此全數字鎖相環得到了越來越多的應用。

對數字鎖相環而言，隨著設計方法的不同，其性能差別很大。文獻[3?4]提出一種具有自動變模控制的快速全數字鎖相環，其數字濾波器模數可以根據鑒相誤差的大小進行自動調節，不但提高了鎖相速度，也很好的克服了捕捉速度與抗噪聲性能之間的矛盾。……