锁相环设计与研究a Digital Phase-Locked Loop

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锁相环PLL(PhaseLockedLoop)

锁相环PLL(PhaseLockedLoop)

锁相环PLL(PhaseLockedLoop)锁相环PLL目前我见到的所有芯片中都含有PLL模块,而且一直不知道如何利用PLL对晶振进行倍频的,这次利用维基百科好好的学习了下PLL 的原理。

1. 时钟与振荡电路在芯片中,最重要的就是时钟,时钟就像是心脏的脉冲,如果心脏停止了跳动,那人也就死亡了,对于芯片也一样。

了解了时钟的重要性,那时钟是怎么来的呢?时钟可以看成周期性的0与1信号变化,而这种周期性的变化可以看成振荡。

因此,振荡电路成为了时钟的来源。

振荡电路的形成可以分两类:1. 石英晶体的压电效应:电导致晶片的机械变形,而晶片两侧施加机械压力又会产生电,形成振荡。

它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关,可以做得精确,因此其振荡电路可以获得很高的频率稳定度。

2. 电容Capacity的充电放电:能够存储电能,而充放电的电流方向是反的,形成振荡。

可通过电压等控制振荡电路的频率。

2. PLL与倍频由上面可以知道,晶振由于其频率的稳定性,一般作为系统的外部时钟源。

但是晶振的频率虽然稳定,但是频率无法做到很高(成本与工艺限制),因此芯片中高频时钟就需要一种叫做压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator)的东西生成了(顾名思义,VCO 就是根据电压来调整输出频率的不同)。

可压控振荡器也有问题,其频率不够稳定,而且变化时很难快速稳定频率。

哇偶,看到这种现象是不是很熟悉?嘿嘿,这就是标准开环系统所出现的问题,解决办法就是接入反馈,使开环系统变成闭环系统,并且加入稳定的基准信号,与反馈比较,以便生成正确的控制。

PLL倍频电路因此,为了将频率锁定在一个固定的期望值,锁相环PLL出现了!一个锁相环PLL电路通常由以下模块组成:·鉴相鉴频器PFD(Phase Frequency Detector):对输入的基准信号(来自频率稳定的晶振)和反馈回路的信号进行频率的比较,输出一个代表两者差异的信号·低通滤波器LPF(Low-Pass Filter):将PFD中生成的差异信号的高频成分滤除,保留直流部分·压控振荡器VCO(Voltage Controlled Oscillator):根据输入电压,输出对应频率的周期信号。

文献综述-基于VHDL的全数字锁相环的设计

文献综述-基于VHDL的全数字锁相环的设计

东海科学技术学院毕业设计(论文)文献综述题目:基于VHDL的全数字锁相环的设计系:机电工程系学生姓名:专业:班级:指导教师:起止日期:文献综述一、前言随着数字技术的不断发展和计算机的普及应用,全数字锁相环ADPLL ( All Digital Phase-Locked Loop)和电子设计自动化EDA(Electronic Design Automation)技术在通信、雷达、测量、医学、工业自动化、计算机应用、仪器仪表和自动化控制等领域得到了广泛的应用。

全数字锁相环(ADPLL),是指环路部件全部数字化,采用数字鉴相器、数字环路滤波器、数控振荡器构成锁相环路,并且系统中的信号全是数字信号。

具备可靠性高、工作稳定、调节方便等优点。

它的环路带宽和中心频率编程可调,易于构建高阶锁相环,并且应用在数字系统中时,不需A/ D 及D/ A 转换[ 1]。

电子设计自动化(EDA)是一种实现电子系统或电子产品自动化设计的技术,它与电子技术、微电子技术的发展密切相关,吸收了计算机科学领域的大多数最新研究成果,以高性能的计算机作为工作平台,是20世纪90年代初从CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)、CAT(计算机辅助测试)和CAE(计算机辅助工程)的概念发展而来的。

EDA技术就是以计算机为工具,在EDA软件平台上,根据硬件描述语言HDL完成的设计文件,自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合及优化、布局线、仿真,直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作[ 11]。

设计者的工作仅限于利用软件的方式来完成对系统硬件功能的描述,在EDA工具的帮助下和应用相应的FPG刀CPLD器件,就可以得到最后的设计结果。

尽管目标系统是硬件,但整个设计和修改过程如同完成软件设计一样方便和高效。

当然,这里的所谓EDA主要是指数字系统的自动化设计,因为这一领域的软硬件方面的技术已比较成熟,应用的普及程度也已比较大。

数字锁相环设计

数字锁相环设计

引言锁相的概念是在19世纪30年代提出的,而且很快在电子学和通信领域中获得广泛应用。

尽管基本锁相环的从开始出现几乎保持原样,但是使用不同的技术制作及满足不同的应用要求,锁相环的实现对于特定的设计还是蛮大的挑战。

锁相环在通信、雷达、测量和自动化控制等领域应用极为广泛,已经成为各种电子设备中必不可少的基本部件。

随着电子技术向数字化方向发展,需要采用数字方式实现信号的锁相处理。

锁相环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相环技术。

传统的锁相环由模拟电路实现,而全数字锁相环(DPLL)与传统的模拟电路实现的锁相环相比,具有精度高且不受温度和电压影响,环路带宽和中心频率编程可调,易于构建高阶锁相环等优点,并且应用在数字系统中时,不需A/D及D/A转换。

随着通讯技术、集成电路技术的飞速发展和系统芯片(SoC)的深入研究,全数字锁相环必然会在其中得到更为广泛的应用。

因此,对全数字锁相环的研究和应用得到了越来越多的关注。

传统的数字锁相环系统是希望通过采用具有低通特性的环路滤波器,获得稳定的振荡控制数据。

对于高阶全数字锁相环,其数字滤波器常常采用基于DSP的运算电路。

这种结构的锁相环,当环路带宽很窄时,环路滤波器的实现将需要很大的电路量,这给专用集成电路的应用和片上系统SOC(system on chip )的设计带来一定困难。

另一种类型的全数字锁相环是采用脉冲序列低通滤波计数电路作为环路滤波器,如随机徘徊序列滤波器、先N后M序列滤波器等。

这些电路通过对鉴相模块产生的相位误差脉冲进行计数运算,获得可控振荡器模块的振荡控制参数。

由于脉冲序列低通滤波计数方法是一个比较复杂的非线性处理过程,难以进行线性近似,因此,无法采用系统传递函数的分析方法确定锁相环的设计参数。

不能实现对高阶数字锁相环性能指标的解藕控制和分析,无法满足较高的应用需求。

由于数字电子技术的迅速发展,尤其是数字计算和信号处理技术在多媒体、自动化、仪器仪表、通讯等领域的广泛应用,用数字电路处理模拟信号的情况日益普遍。

毕业设计(论文)-锁相环电路仿真模型的研究论文

毕业设计(论文)-锁相环电路仿真模型的研究论文

摘要:锁相环(简称PLL)是一种反馈控制系统,也是闭环跟踪系统,其输出信号的频率跟踪输入信号的频率。

本课题主要研究的是有关锁相环电路仿真模型的研究方法,深入探讨了锁相环的组成和工作原理及在各种电路中的应用,通过研究仿真模型及对锁相环的特性的分析,使我进一步掌握了锁相环的原理及在实际工作中的应用。

对锁相环仿真,使用MATLAB来实现是方便快捷的。

本课题介绍了锁相环电路的分类、工作原理、应用现状;建立了仿真锁相环电路捕捉过程的MATLAB模型,并进行了仿真,比较了不同种类锁相环电路的捕捉时间;对锁相环电路各种性能指标如同步带、捕捉带进行了分析,比较了两种锁相环电路的性能;最后提出了锁相环电路的改进方法,并对改进后的环路进行了仿真分析。

关键词:锁相环;鉴相器;滤波器;振荡器;MATLAB仿真Research of phase-locked loop circuit simulation model AbstractThe phase-locked loop (i.e. PLL) is one kind of feedback control system, is also the closed loop tracking system, its output signal frequency track input signal frequency. What this topic main research is the related phase-locked loop circuit simulation model research technique, discussed the phase-locked loop each aspect and the phase-locked loop the composition and the principle of work in depth, By studying the simulation model and analysis of the characteristics of the PLL,I further understand that the principle of phase-locked loop and the application in practical work. For phase-locked loop simulation's realization, use MATLAB to realize is the convenience quickly. Analyzed various performance indicators such as timing belt and capturing belt of the PLL circuit, comparing the performance of two phase-locked loop circuit and proposed the improvement of phase-locked loop circuit, and simulation to the Improved loop circuit.Key words: PLL; phase; filters; oscillators; MATLAB simulation目录1引言............................................ 错误!未定义书签。

全数字锁相环的设计及分析

全数字锁相环的设计及分析

全数字锁相环的设计及分析1 引言锁相环是一种能使输出信号在频率和相位上与输入信号同步的电路,即系统进入锁定状态(或同步状态)后,震荡器的输出信号与系统输入信号之间相差为零,或者保持为常数。

传统的锁相环各个部件都是由模拟电路实现的,一般包括鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)、压控振荡器(VCO)三个环路基本部件。

随着数字技术的发展,全数字锁相环ADPLL(AllDigital Phase-Locked Loop)逐步发展起来。

所谓全数字锁相环,就是环路部件全部数字化,采用数字鉴相器、数字环路滤波器、数控振荡器构成锁相环路,并且系统中的信号全是数字信号。

与传统的模拟电路实现的锁相环相比,由于避免了模拟锁相环存在的温度漂移和易受电压变化影响等缺点,从而具备可靠性高、工作稳定、调节方便等优点。

全数字锁相环的环路带宽和中心频率编程可调,易于构建高阶锁相环,并且应用在数字系统中时,不需A/D及D/A转换。

在调制解调、频率合成、FM立体声解码、图像处理等各个方面得到广泛的应用。

随着电子设计自动化(EDA)技术的发展,可以采用大规模可编程逻辑器件(如CPLD或FPGA)和VHDL语言来设计专用芯片ASIC和数字系统。

本文完成了全数字锁相环的设计,而且可以把整个系统嵌入SoC,构成片内锁相环。

2全数字锁相环的体系结构和工作原理74XX297 是出现最早,应用最为广泛的一款全数字锁相环,在本文中以该芯片为参考进行设计、分析。

ADPLL基本结构如图1所示,主要由鉴相器、K变模可逆计数器、脉冲加减电路和除N计数器4部分构成。

K变模计数器和脉冲加减电路的时钟分别为Mfc和2Nfc。

这里fc是环路中心频率,一般情况下M和N都是2的整数幂。

2.1 鉴相器常用的鉴相器有两种类型:异或门(XOR)鉴相器和边沿控制鉴相器(ECPD)。

异或门鉴相器比较输入信号Fin相位和输出信号Fout相位之间的相位差θe,并输出误差信号Se作为K变模可逆计数器的计数方向信号。

锁相环的研究与设计——用于DSP芯片时钟发生器的开题报告

锁相环的研究与设计——用于DSP芯片时钟发生器的开题报告

锁相环的研究与设计——用于DSP芯片时钟发生器
的开题报告
一、研究背景
随着现代数字信号处理技术的日益成熟,数字信号处理(DSP)芯片在通信、音视频处理、图像处理等领域得到了广泛应用。

因为DSP芯片需要精确的时钟信号来同步各个模块之间的数据传输,常用的时钟发生器是基于晶振的,然而晶振的频率稳定性和精度难以满足高精度时钟信号的要求。

锁相环(PLL)是一种常用的时钟发生器,用于将一个参考时钟信号锁定到设定频率的输出时钟信号。

锁相环可以提供相对于晶振更高的频率稳定性和精度,适用于DSP芯片的时钟信号发生器。

二、研究内容
本论文将重点研究锁相环的理论原理与设计方法,并将其应用于DSP芯片的时钟发生器中。

主要研究内容包括:
1. 锁相环的基本结构和原理。

重点分析锁相环中的相位检测器、环路滤波器和控制电路等核心组成部分,并探讨其作用和影响因素。

2. 锁相环的设计方法。

基于理论分析和电路实现,设计一种高性能的锁相环,包括参数选取、电路布局和仿真验证等环节。

3. DSP芯片时钟发生器的整体设计。

将锁相环与其他电路模块相结合,构建一个完整的DSP芯片时钟发生器,并对其进行整体性能测试与验证。

三、研究意义
本论文的研究结果可以为DSP芯片时钟发生器的设计与制造提供参考,并为相关领域的进一步研究提供理论基础和实践经验。

同时,本研究探讨的锁相环设计方法可适用于其他电子设备中时钟发生器的设计与制造,具有一定的普适性和推广价值。

锁相环外文翻译

锁相环外文翻译

外文资料Phase-locked loop Technology :A phase-locked loop or phase lock loop (PLL) is a control system that generates a signal that has a fixed relation to the phase of a "reference" signal. A phase-locked loop circuit responds to both the frequency and the phase of the input signals, automatically raising or lowering the frequency of a controlled oscillator until it is matched to the reference in both frequency and phase. A phase-locked loop is an example of a control system using negative feedback. In the order of the PLL is the way of made the frequency stability in the send up wireless,include VCO and PLL integrated circuits,VCO send up a signal,some of the signal is output,and the other through the frequency division with PLL integrated circuits generate the local signal making compared.In the order to remain the same,it’s must be remain the phase displacement same.If the phase displacement have some changes,the output of the PLL integrated circuits have some changes too,to controlle VCO until phase diffe rence to restore,make both cotrolled oscillator’s frequency and phase with input signal which is close-loop electronic circuit keep firm relationship.Phase-locked loops are widely used in radio, telecommunications, computers and other electronic applications. They may generate stable frequencies, recover a signal from a noisy communication channel, or distribute clock timing pulses in digital logic designs such as microprocessors. Since a single integrated circuit can provide a complete phase-locked-loop building block, the technique is widely used in modern electronic devices, with output frequencies from a fraction of a cycle per second up to many gigahertz.Earliest research towards what became known as the phase-locked loop goes back to 1932, when British researchers developed an alternative to Edwin Armstrong's superheterodyne receiver, the Homodyne. In the homodyne or synchrodyne system, a local oscillator was tuned to the desired input frequency and multiplied with the input signal. The resulting output signal included the original audio modulation information.The intent was to develop an alternative receiver circuit that required fewer tuned circuits than the superheterodyne receiver. Since the local oscillator would rapidly drift in frequency, an automatic correction signal was applied to the oscillator, maintaining it in the same phase and frequency as the desired signal. The technique was described in 1932, in a paper by H.de Bellescise, in the French journal Onde Electrique.In analog television receivers since at least the late 1930s, phase-locked-loop horizontal and vertical sweep circuits are locked to synchronization pulses in the broadcast signal. When Signetics introduced a line of monolithic integrated circuits that were complete phase-locked loop systems on a chip in 1969, applications for the technique multiplied. A few years later RCA introduced the "CD4046" CMOS Micropower Phase-Locked Loop, which became a popular integrated circuit. Applications:Phase-locked loops are widely used for synchronization purposes; in space communications for coherent carrier tracking and threshold extension, bit synchronization, and symbol synchronization. Phase-locked loops can also be used to demodulate frequency-modulated signals. In radio transmitters, a PLL is used to synthesize new frequencies which are a multiple of a reference frequency, with the same stability as the reference frequency.Clock recovery :Some data streams, especially high-speed serial data streams (such as the raw stream of data from the magnetic head of a disk drive), are sent without an accompanying clock. The receiver generates a clock from an approximate frequency reference, and then phase-aligns to the transitions in the data stream with a PLL. This process is referred to as clock recovery. In order for this scheme to work, the data stream must have a transition frequently enough to correct any drift in the PLL's oscillator. Typically, some sort of redundant encoding is used; 8B10B is very common.Deskewing :If a clock is sent in parallel with data, that clock can be used to sample the data.Because the clock must be received and amplified before it can drive the flip-flops which sample the data, there will be a finite, and process-, temperature-, and voltage-dependent delay between the detected clock edge and the received data window. This delay limits the frequency at which data can be sent. One way of eliminating this delay is to include a deskew PLL on the receive side, so that the clock at each data flip-flop is phase-matched to the received clock. In that type of application, a special form of a PLL called a Delay-Locked Loop (DLL) is frequently used.Clock generation:Many electronic systems include processors of various sorts that operate at hundreds of megahertz. Typically, the clocks supplied to these processors come from clock generator PLLs, which multiply a lower-frequency reference clock (usually 50 or 100 MHz) up to the operating frequency of the processor. The multiplication factor can be quite large in cases where the operating frequency is multiple gigahertz and the reference crystal is just tens or hundreds of megahertz.Spread spectrum:All electronic systems emit some unwanted radio frequency energy. Various regulatory agencies (such as the FCC in the United States) put limits on the emitted energy and any interference caused by it. The emitted noise generally appears at sharp spectral peaks (usually at the operating frequency of the device, and a few harmonics).A system designer can use a spread-spectrum PLL to reduce interference with high-Q receivers by spreading the energy over a larger portion of the spectrum. For example, by changing the operating frequency up and down by a small amount (about 1%), a device running at hundreds of megahertz can spread its interference evenly over a few megahertz of spectrum, which drastically reduces the amount of noise seen by FM receivers which have a bandwidth of tens of kilohertz.中文翻译锁相环技术:锁相环或锁相回路(PLL)是一个信号控制系统,即用来锁定一系列的“参考”信号。

模拟电路锁相环设计

模拟电路锁相环设计

模拟电路锁相环设计一、引言在现代电子技术中,模拟电路锁相环(Phase-Locked Loop,简称PLL)被广泛应用于时钟同步、频率合成、信号调制和解调等领域。

本文将介绍一个基本的模拟电路锁相环的设计。

二、模拟电路锁相环概述模拟电路锁相环由相位比较器、低通滤波器、电压控制振荡器和除频器组成。

其基本工作原理是通过不断调整电压控制振荡器的频率,使其输出信号与参考信号的相位一致,实现锁相环的稳定。

三、相位比较器设计1. 按照合适的格式书写关于相位比较器的设计。

四、低通滤波器设计1. 按照合适的格式书写关于低通滤波器的设计。

五、电压控制振荡器设计1. 按照合适的格式书写关于电压控制振荡器的设计。

六、除频器设计1. 按照合适的格式书写关于除频器的设计。

七、实际电路实现在实际应用中,我们可以选择合适的电子元器件和IC芯片来实现模拟电路锁相环。

具体的电路实现细节,如元器件的选型、布局、连线等,可以根据具体的需求进行设计。

八、实验结果与分析通过对设计的模拟电路锁相环进行实验,我们可以得到相位比较器、低通滤波器、电压控制振荡器和除频器的性能参数。

在实验结果的基础上,我们可以进一步对比设计参数与实际参数,分析差异的原因,并进行优化和改进。

九、结论通过本文的模拟电路锁相环设计,我们对模拟电路锁相环的基本原理和设计方法有了更深入的了解。

同时,我们也了解到了模拟电路锁相环在时钟同步、频率合成等应用中的重要作用。

希望本文对读者在模拟电路领域的学习和研究提供一定的参考和指导。

十、参考文献[1] XXX,XXX,XXX。

XXX合同设计。

XXX出版社,20XX年。

十一、致谢感谢所有对本文撰写和完成有所帮助的人士和机构。

他们的宝贵意见和建议对本文质量的提高起到了积极的作用。

锁相环的设计

锁相环的设计

基于sopc的锁相环设计班级:XXX姓名:XXX学号:XXX目录基于sopc的锁相环设计 (3)摘要 (3)关键字:全数字锁相环、环路鉴相器、滤波器、数控振荡器 (3)1.引言 (4)2.锁相环简介 (4)2.1锁相环的工作原理: (4)2.2.锁相环的分类 (4)2.3锁相环的应用 (5)3. SOPC简介 (6)3.1 SOPC研究方向 (6)3.2 SOPC的技术内容 (6)3.3 SOPC的应用 (7)4.基于SOPC的锁相环设计 (8)4.1全数字锁相环 (8)4.2全数字锁相环工作原理 (9)4.3全数字锁相环的VHDL设计 (9)5.结语 (16)基于sopc的锁相环设计摘要本次研究的是基于sopc的锁相环设计,锁相环是指一种电路或者模块,它用于在通信的接收机中,其作用是对接收到的信号进行处理,并从其中提取某个时钟的相位信息。

或者说,对于接收到的信号,仿制一个时钟信号,使得这两个信号从某种角度来看是同步的(或者说,相干的)。

由于锁定情形下(即完成捕捉后),该仿制的时钟信号相对于接收到的信号中的时钟信号具有一定的相差,所以很形象地称其为锁相器。

锁相环最初用于改善电视接收机的行同步和帧同步,以提高抗干扰能力。

20世纪50年代后期随着空间技术的发展,锁相环用于对宇宙飞行目标的跟踪、遥测和遥控。

60年代初随着数字通信系统的发展,锁相环应用愈广,例如为相干解调提取参考载波、建立位同步等。

具有门限扩展能力的调频信号锁相鉴频器也是在60年代初发展起来的。

在电子仪器方面,锁相环在频率合成器和相位计等仪器中起了重要作用。

关键字:全数字锁相环、环路鉴相器、滤波器、数控振荡器1.引言锁相环的英文全称是Phase-Locked Loop,简称PLL。

其作用是使得电路上的时钟和某一外部时钟的相位同步。

因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪,所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。

锁相环在工作的过程中,当输出信号的频率与输入信号的频率相等时,输出电压与输入电压保持固定的相位差值,即输出电压与输入电压的相位被锁住,这就是锁相环名称的由来。

Matlab环境下的全数字锁相环仿真模型

Matlab环境下的全数字锁相环仿真模型

收稿日期:2007 01 24; 定稿日期:2007 03 26基金项目:国家自然科学基金资助项目(60676011)Matlab 环境下的全数字锁相环仿真模型陈 鑫,邓小莺(东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心,南京 210096)摘 要: 由于锁相环工作频率高,用SPICE 对锁相环进行仿真,数据量大,仿真时间长。

而在设计初期,往往并不需要很精确的结果。

因此,为了提高锁相环设计效率,有必要为其建立一个高效的仿真模型。

在总结前人提出的一些锁相环仿真模型的基础上,用Matlab 语言构建了一种新的适用于全数字锁相环的仿真模型;对全数字锁相环版图进行了SPICE 仿真,与该模型的仿真结果相验证。

关键词: 全数字锁相环;M atlab;仿真模型中图分类号: T N402;T N79+2文献标识码: A文章编号:1004 3365(2007)04 0489 05Behavioral Modeling of All Digital PLL in Matlab EnvironmentCH EN Xin,DENG Xiao ying(N ational A S I C S ystem Eng inee ring Re se arch Center ,S outheast Univ er sity ,N anj ing 210096,P.R.China)Abstract: In or der to r educe desig n time,a hig h efficiency mo del is needed for PL L design.Based on prev iousmodels for PL L,a new behavioral mo del fo r all digit al PL L in M atlab enviro nment is presented.A nd a SPICE simu latio n is made on lay out of the all dig ital PL L fo r compar ison.Key words: A ll digital phase locked loo p;M atlab;Behav io ral model EEACC : 1265Z1 引 言最近几年,片上系统(SOC )获得了长足的发展。

全数字锁相环的研究与设计毕业设计本科学位论文

全数字锁相环的研究与设计毕业设计本科学位论文

本科毕业论文(设计、创作)题目:全数字锁相环的研究与设计全数字锁相环的研究与设计摘要本文主要描述了一种设计一阶全数字锁相环的方法,首先分析了课题研究的意义、锁相环的发展历程研究现状,然后描述了全数字锁相环的各个组成部件,并且详细分析了锁相环鉴相器、变模可逆计数器、加减脉冲电路、除H计数器和除N计数器各个模块的工作原理。

接着我们使用了VHDL语句来完成了鉴相器、数字滤波器和数字振荡器的设计,并且分别使用仿真工具MAX+plus II逐个验证各个模块的功能。

最后,将各个模块整合起来,建立了一个一阶全数字锁相环的电路,利用仿真工具MAX+plus II 验证了它的功能的能否实现,仿真结果与理论分析基本符合。

关键词:全数字锁相环;VHDL;数字滤波器;数字振荡器;锁定时间Design and research of ALL Digital Phase-LockedLoopAbstractIn this brief, we presented a way of designing a first-order ALL Digital Phase-Locked Loop (ADPLL) first analyzes the significance of research, the development course of phase-locked loop current research status, and then describes the component parts of all digital phase-locked loop, and detailed analysis of the phase lock loop phase discriminator, reversible counter change mould, add and subtract pulse circuit, in addition to H counter and divide N working principle of each module. Then we use the VHDL statements to complete the phase discriminator, digital filter and the design of the digital oscillator, and using the simulation tool of MAX + plus II one by one to verify the function of each module. Finally, the various modules together, established a first-order digital phase-locked loop circuit, using the simulation tool of MAX + plus II verify the realization of its function, the simulation results and principleKeywords: All Digital Phase-Locked Loop; VHDL; Digital filter; Digitaloscillator, Locking time目录1 引言(绪论) (5)1.1 课题研究的目的意义 (5)1.2 锁相环到全数字锁相环的发展历程 (5)1.3现状和发展 (6)1.4设计工具及设计语言 (7)2 全数字锁相环的结构与工作原理 (7)2.1 鉴相器 (10)2.2变模可逆计数器(模数K可预置) (10)2.3加减脉冲电路 (10)2.4除H计数器 (10)2.5 除N计数器 (10)3全数字锁相环的设计与仿真 (10)3.1鉴相器的设计 (11)3.2 数字环路滤波器的设计 (12)3.3 用VHDL语言实现除H计数器 (15)3.4 用VHDL语言实现加/减脉冲控制器 (15)3.5 除N计数器(分频器)的实现 (16)4 全数字锁相环的整体仿真 (17)5 结论(结束语) (19)主要参考文献 (20)致谢 (21)1.绪论1.1 课题研究的目的意义本次进行研究的课题是全数字锁相环。

基于MATLAB的数字锁相环的仿真设计讲解

基于MATLAB的数字锁相环的仿真设计讲解

本科生毕业设计(申请学士学位)论文题目基于Matlab的数字锁相环的仿真设计作者姓名专业名称电子信息工程指导教师2014年5月学生:(签字)学号:答辩日期:2014 年 5 月24 日指导教师:(签字)目录摘要 (1)Abstract (1)1 绪论 (2)1.1 本文研究背景 (2)1.2 本文研究意义 (2)1.3 锁相环和仿真方式 (2)1.3.1 锁相环 (2)1.3.2 仿真方式 (2)1.4 本文研究内容 (3)2 模拟锁相环Matlab仿真 (3)2.1 模拟锁相环方案 (3)2.1.1 模拟鉴相器 (3)2.1.2 模拟低通滤波器 (6)2.1.3 模拟压控振荡器 (7)2.2 模拟锁相环仿真 (8)2.3 本章小结 (9)3 数字锁相环Matlab仿真 (10)3.1 数字锁相环方案 (10)3.1.1 数字鉴相器 (10)3.1.2 数字滤波器 (12)3.1.3 数字压控振荡器 (13)3.2 数字锁相环仿真 (14)3.3 本章小结 (15)4 总结与展望 (15)参考文献 (16)致谢 (18)基于Matlab的数字锁相环的仿真设计摘要:锁相环是一种能够自动跟踪信号相位并达到锁频目的的闭环负反馈系统。

数字锁相环在无线电领域得到较广泛的应用和发展。

而且已经成为雷达、通信、导航等各类电子信号产品不可替代的元器件之一。

锁相环的窄带跟踪性能使其得到较广泛应用。

因为锁相技术在实际应用中较为复杂,所以锁相环的设计通常采用仿真设计这种方式。

本次设计采用Matlab这一软件进行辅助仿真设计,完全能达到设计预期的目标。

Matlab中的Simulink仿真软件,具有很强的灵活性和直观性。

本次设计所采用的方法是在simulink中搭建模拟锁相的模型,并对模拟锁相环的组成、结构、设计进行不断的分析和改进。

然后根据模拟锁相环的原理进行改进,并搭建数字锁相环。

关键词:锁相环;自动跟踪;matlab;simulinkSimulative design of digital phase-locked loop based on MatlabAbstract:PLL is the automatic tracking system of close loop atracking signal phase. It is widely used in various fields of radio. It has become an irreplaceable part of radar, communication, navigation and all kinds of electronicsignal device. PLL is able to be widely used. Because, it has unique narrow-band tracking performance. However, because of the complexity of phase lock technique, for the design of PLL have brought great difficulty. This design uses Matlab, the simulative software for design assistance, can completely meet the design expectations. Simulink simulative software on Matlab, has strong flexibility and intuitive. Methods used by this project is to build the analog phase locked in the Simulink model, and the composition, structure, design of analog phase-locked loop of continuous improvement and analysis. It improved according to the principle of analog PLL, build digital phase-locked loop in Simulink, and then reach the simulation design of digitalphase-locked loop based on Matlab the design objective .Key words: PLL, Automatic tracking, Matlab, simulink1 绪论1.1 本文研究背景19世纪30年代法国H.de Bellescize首次提出同步检波这一概念,并且设计出锁相环电路这一划时代的研究成果 [1]。

数字锁相环设计

数字锁相环设计

Digital Phase Locked LoopDesign and LayoutDali Wang Fan Yang12/21/2001Contents1. Intoduction11.1Project Overview11.2Objective Of The Project21.3Table Listing Of Specifications21.3.1 The Design Specifications31.3.2The Test Specification31.4Table Of Macros41.5Table Of PinOuts51.6 Known Limitations Of Current Design52. Circuit Design 52.1 Components Description 52.1.1Phase And Frequency Detector 52.1.2Loop Filter 62.1.3 Voltage Controlled Oscillator62.2Discussion Of Tradeoffs72.3Description Of Schematics 72.3.1 Phase And Frequency Detector Schematics 72.3.2 Loop Filter Schematics 82.3.3 Voltage Controlled Oscillator Schematics 83. Circuit Performance93.1 Schematics Simulation Results 93.1.1Results For Some Important Components (Other Than Macros)93.1.2Results For Large Macros 113.1.3Entire Circuit 193.2 Discussion Of Results 234. Physical Design 254.1Description Of Components 254.2Layout Considerations 254.3Description Of Physical Layout 254.3.1Phase And Frequency Detector 254.3.2Loop Filter 26本页已使用福昕阅读器进行编辑。

基于FPGA的数字锁相环设计

基于FPGA的数字锁相环设计

基于FPGA的数字锁相环设计李小飞中国科学院国家授时中心,陕西临潼 710600摘要:本文介绍了数字锁相环的基本工作原理。

研究了在数字锁相的基础上实现获取与外标频率同相的编程可变的频率的方法。

同时,利用Verilog语言完成了该研究的基于FPGA芯片的设计实现,并对结果进行了仿真。

关键词:数字锁相环;Verilog;FPGA;同步1 前言锁相技术从30年代开始发展,至今已有半个多世纪,随着现代数字技术的发展,锁相技术也从原来的模拟锁相逐步发展到数字乃至全数字锁相,现在数字锁相环路已在信号处理、调制解调、时钟同步、倍频、频率综合等众多领域得到广泛应用。

基于FPGA的全数字锁相环,具有精度高且不受温度、电压影响,环路带宽和中心频率编程可调,易于构建高阶锁相环等优点,还可与直接数字频率合成器(DDS)相结合应用在数字通信系统中。

2 锁相环基本原理2.1 锁相环原理锁相环(PLL)技术也称自动相位控制技术,主要由相位比较器(PD 鉴相器),低通滤波器(LPF),压控振荡器(VCO)组成。

图1锁相环原理图其基本原理如下:PD将Vi(t)与V o(t)的相位进行比较,产生一个与二者相位差成正比的误差电压VΦ(t),VΦ(t)再经由LPF滤波(滤除高频分量),得到控制电压VdΦ(t),并加到VCO的控制端使VCO压控振荡器输出频率f2向f1靠拢,直至Δf=f2-f1=0,即f2=f1,从而使得Vi(t)、Vo (t)两信号的频率相同而相位差保持恒定(同步),即实现频率自动跟踪和相位锁定。

实际应用中一般在压控振荡器与鉴相器之间加入可控的变模分频器,来得到固定的或是可变的输出频率,输出频率与输入频率之间成比例关系.2.2 全数字锁相环的设计思路:2Nfcf图2 数字锁相环结构图数字锁相环模型是模拟锁相环系统的数字化,一阶数字锁相环的基本结构如图2所示。

主要由鉴相器、K 变模可逆计数器、加减脉冲电路和N 模分频器构成。

基于Matlab的数字锁相环的仿真设计_毕业论文设计

基于Matlab的数字锁相环的仿真设计_毕业论文设计

毕业论文设计基于Matlab的数字锁相环的仿真设计摘要:锁相环是一个能够跟踪输入信号相位变化的闭环自动跟踪系统。

它广泛应用于无线电的各个领域,并且,现在已成为通信、雷达、导航、电子仪器等设备中不可缺少的一部分。

然而由于锁相环设计的复杂性,用SPICE对锁相环进行仿真,数据量大,仿真时间长,而且需进行多次仿真以提取设计参数,设计周期长。

本文借助于Matlab中Simulink仿真软件的灵活性、直观性,在Simulink中利用仿真模块搭建了全数字锁相环的仿真模型。

先借助模拟锁相环直观形象、易于理解的特点,通过锁相环在频率合成方面的应用,先对模拟锁相环进行了仿真,对锁相环的工作原理进行了形象的说明。

在模拟锁相环的基础上,重新利用仿真模块搭建了全数字锁相环的仿真模型,通过仿真达到了设计的目的,验证了此全数字锁相环完全能达到模拟锁相环的各项功能要求。

关键词:锁相环,压控振荡器,锁定,Simulink,频率合成,仿真模块1引言1932年法国的H.de Bellescize提出同步捡波的理论,首次公开发表了对锁相环路的描述。

到1947年,锁相环路第一次应用于电视接收机的水平和垂直扫描的同步。

到70年代,随着集成电路技术的发展,逐渐出现集成的环路部件、通用单片集成锁相环路以及多种专用集成锁相环路,锁相环路逐渐变成了一个成本低、使用简便的多功能组件,为锁相技术在更广泛的领域应用提供了条件。

锁相环独特的优良性能使其得到了广泛的应用,其被普遍应用于调制解调、频率合成、电视机彩色副载波提取、FM立体声解码等。

随着数字技术的发展,相应出现了各种数字锁相环,它们在数字信号传输的载波同步、位同步、相干解调等方面发挥了重要的作用。

而Matlab强大的数据处理和图形显示功能以及简单易学的语言形式使Matlab在工程领域得到了非常广泛的应用,特别是在系统建模与仿真方面,Matlab已成为应用最广泛的动态系统仿真软件。

利用MATLAB建模可以快速地对锁相环进行仿真进而缩短开发时间。

数字锁相环的相位噪声分析

数字锁相环的相位噪声分析

电气传动2021年第51卷第11期摘要:随着信息化社会的发展,数字锁相环越发受研发人员的重视。

而相位噪声是衡量数字锁相环性能的关键技术,更是研究的重点。

介绍数字锁相环的组成结构和工作原理,建立环路各个模块的相位噪声模型,从闪烁噪声和白噪声的特性入手,定性分析相位噪声的影响因素,并针对电荷泵增益和环路滤波器阻抗对锁相环电路相位噪声的影响进行了仿真,进一步验证了分析结果,为设计高性能的数字锁相环提供理论基础。

关键词:数字锁相环;相位噪声;振荡器;电荷泵;环路滤波器中图分类号:TM28文献标识码:ADOI :10.19457/j.1001-2095.dqcd21463Analysis of Phase Noise in Digital Phase -locked Loop ZHANG Zhanrong 1,WANG Yunfei 2,QU Meixia 2,ZHAO Li 3(1.Department of Mechanical and Electrical Engineering ,Ordos Vocational College ofEco-environment ,Ordos 017010,Nei Moggol ,China ;2.Basic Department ,Ordos Vocational College of Eco-environment ,Ordos 017010,Nei Moggol ,China ;3.School of Software ,Shanxi University ,Taiyuan 030013,Shanxi ,China )Abstract:With the development of information society ,digital phase-locked loop (DPLL )attracts more and more attention of researchers.As the key technology to evaluate the performance of DPLL ,phase noise becomes the key point of the study.The structure and work principle of DPLL were introduced ,the phase noise model of each module of the loop was established.Starting from the characteristics of flicker noise and white noise ,the influence factors of phase noise were analyzed qualitatively ,and the influence of charge pump gain and loop filter impedance on phase noise of PLL circuit was simulated to further verify the analysis results.The theoretical basis was provided for improving the phase noise performance of DPLL.Key words:digital phase-locked loop (DPLL );phase noise ;oscillator ;charge pump ;loop filter基金项目:山西省科技厅基础研究计划项目—青年科技研究基金(2014021039-6)作者简介:张占荣(1969—),男,本科,副教授,Email :131****************数字锁相环的相位噪声分析张占荣1,王云飞2,屈美霞2,赵丽3(1.鄂尔多斯生态环境职业学院机电工程系,内蒙古鄂尔多斯017010;2.鄂尔多斯生态环境职业学院基础部,内蒙古鄂尔多斯017010;3.山西大学软件学院,山西太原030013)现代频率源一般是由直接频率合成、间接频率合成和直接数字频率合成这三种合成技术实现的[1]。

锁相环原理及应用

锁相环原理及应用

锁相环原理及应用锁相环(Phase-Locked Loop,PLL)是一种电子电路,主要用于调整频率和相位,使其与输入信号同步,并用来提供高精度的时钟和频率合成。

锁相环的原理是通过不断比较参考信号和输出信号的相位差,并通过反馈控制来调整输出信号的频率和相位,使输出信号与参考信号保持稳定的相位关系。

锁相环通常由相位比较器、低通滤波器、控制电压发生器、振荡器等组成。

锁相环的工作过程可以简单描述为以下几个步骤:1.相位比较:输入信号与参考信号经过相位比较器,比较它们之间的相位差。

2.滤波调整:比较结果经过低通滤波器,得到一个控制电压,该控制电压用于调整振荡器的频率和相位。

3.振荡器反馈:通过控制电压调整振荡器的频率和相位,使输出信号与参考信号保持稳定的相位关系。

4.输出信号:输出信号作为锁相环的输出,可以用于时钟同步、频率合成等应用。

锁相环具有许多应用。

以下是一些常见的应用案例:1.时钟同步:在数字系统中,锁相环常用于同步时钟信号,确保各个子系统的时钟一致,避免数据传输错误和时序问题。

2.频率合成:通过锁相环可以将一个低频信号合成为一个高频信号,常用于通信系统、雷达、音视频处理等领域。

3.相位调制和解调:锁相环可以用于实现相位调制和解调,常用于无线通信系统和调制解调器等。

4.频率跟踪和捕获:锁相环可以自动跟踪输入信号的频率变化并调整输出信号的频率,用于跟踪和捕获频率变化较快的信号。

锁相环的优点是可以实现高精度的频率和相位调整,对于精密测量、通信系统等需要高稳定性、高精度的应用非常重要。

然而,锁相环也存在一些局限性,比如锁定时间相对较长,对噪声和干扰较敏感,需要合适的滤波器和设计来提高性能。

综上所述,锁相环是一种基于反馈控制的电子电路,通过比较输入信号和参考信号的相位差来调整输出信号的频率和相位。

它在时钟同步、频率合成、相位调制解调、频率跟踪捕获等应用中起到重要作用。

锁相环的原理和应用对于理解和设计高精度的电子系统非常关键。

一种基于锁相环的时钟数据恢复电路的设计与实现的开题报告

一种基于锁相环的时钟数据恢复电路的设计与实现的开题报告

一种基于锁相环的时钟数据恢复电路的设计与实现的开题报告一、研究背景在数字电路中,时钟信号的稳定性至关重要。

时钟信号不稳定会导致各种问题,例如数据采样偏移、时序不准确等。

锁相环(Phase-Locked Loop,PLL)是一种重要的时钟同步电路技术,广泛应用于数字电路和通信系统中。

时钟恢复电路也是亚毫秒级别同步的必要手段。

近年来,随着现代通信系统的应用和计算机网络的快速发展,时钟数据恢复电路的需求不断增长。

二、研究内容和目标本研究的主要内容是设计和实现一种基于锁相环的时钟数据恢复电路。

具体来说,研究将包含以下方面:1. 基于现有的PLL结构,设计一种适用于时钟数据恢复的PLL电路;2. 计算和分析PLL电路的电路参数,包括追踪带宽、稳态误差等;3. 在现有的射频集成电路技术基础上,设计和实现PLL电路;4. 对实现的电路进行测试和优化,分析其性能参数和应用场景。

本研究的目标是提供一种可用于时钟数据恢复的低功耗、高性能的PLL电路设计方案,为数字电路和通信系统的应用提供技术支持。

三、研究方法和技术路线本研究的方法是基于基于锁相环的时钟数据恢复电路设计,并在射频集成电路技术上实现其电路原型,为其进行测试和优化。

技术路线:1. 研究锁相环基本原理和特性,选择合适的PLL电路结构,包括电荷泵、相位检测器、低通滤波器等;2. 对PLL电路的参数进行计算和优化,包括增益、追踪带宽、锁定范围、稳态误差等;3. 基于计算和优化的结果,设计和实现时钟数据恢复电路的原型;4. 对原型电路进行测试和优化,优化电路性能参数和应用场景。

四、论文结构本文将依次介绍锁相环的基本原理和特性、PLL电路设计的重点和方法、时钟数据恢复电路的实现和测试,最后进行总结和展望。

具体结构如下:第一章:绪论第二章:锁相环基本原理和特性第三章:PLL电路设计第四章:时钟数据恢复电路实现第五章:测试和分析第六章:总结与展望五、预期研究结果本研究的预期结果包括:1. 设计和实现一种基于锁相环的时钟数据恢复电路;2. 通过测试和分析,优化电路性能参数和应用场景;3. 对时钟数据恢复电路的设计和实现方法提出新的思路和见解;4. 为数字电路和通信系统的应用提供技术支持。

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