一種快速鎖定的全數字鎖相環(huán)及實現方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種快速鎖定的全數字鎖相環(huán)及實現方法，通過控制鎖相環(huán)路外部時鐘信號，能在一個周期內完成鎖相環(huán)的捕獲，實現快速鎖定。本發(fā)明鎖相環(huán)包括鑒相器、相位誤差計數器、分頻器、脈沖控制器和除N計數器，鑒相器將輸入頻率和比較頻率鑒相產生的誤差信號給相位誤差計數器；相位誤差計數器將產生的誤差信號計數值給脈沖控制器；分頻器對外部時鐘2Nfc進行二分頻，產生頻率相同、相位相差180°的兩路頻率信號f1和f2也輸入給脈沖控制器；脈沖控制器根據計數值，對頻率信號f1、f2、2Nfc進行選擇性輸出，除N計數器對脈沖控制器輸出的倍頻信號fmul進行N倍分頻，產生與輸入頻率fi頻率相同、相位一致的比較頻率。
【專利說明】一種快速鎖定的全數字鎖相環(huán)及實現方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及數字電路【技術領域】，特別是涉及一種快速鎖定的全數字鎖相環(huán)及實現 方法。

【背景技術】
[0002] 鎖相環(huán)是一種能使輸出信號在頻率和相位上與輸入信號同步的電路，即系統進入 鎖定狀態(tài)后，輸出信號與輸入信號之間相差為零，或者保持為常數。傳統的鎖相環(huán)各個部件 都是由模擬電路實現的，一般包括鑒相器（PD)、環(huán)路濾波器（LF)、壓控振蕩器（VC0)三個基 本部件。隨著數字技術的發(fā)展，全數字鎖相環(huán)ADPLL(AllDigital Phase-Locked Loop)逐 步發(fā)展起來，在通信、雷達、測量和自動化控制等領域得到了廣泛的應用。所謂全數字鎖相 環(huán)，就是環(huán)路部件全部數字化，采用數字鑒相器、數字環(huán)路濾波器、數控振蕩器構成鎖相環(huán) 路，并且系統中的信號全是數字信號。全數字鎖相環(huán)與傳統的模擬電路實現的鎖相環(huán)相比， 不僅吸收了數字電路可靠性高、體積小、價格低等優(yōu)點，并且由于避免了模擬鎖相環(huán)存在的 溫度漂移和易受電壓變化影響等缺點，從而具備可靠性高、工作穩(wěn)定、調節(jié)方便等優(yōu)點。
[0003] 傳統的全數字鎖相環(huán)一般由鑒相器、K變?？赡嬗嫈灯?、加減脈沖控制器、除N計 數器等基本部件組成，原理框圖如圖1所示。輸入頻率fi與比較頻率f。經過鑒相器產生相 位誤差脈沖，經過K變?？赡嬗嫈灯?，產生兩種脈沖；加減脈沖控制器根據兩種脈沖信號， 對外部參考時鐘頻率提高或降低，再通過除N計數器，產生反饋信號f。。但隨著N值的增大， 鎖相環(huán)路的鎖定周期變長；并且，基于K變模可逆計數器的工作原理，要求輸入信號為占空 比1:1的數字信號。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明針對現有技術中存在的缺陷或不足，提供一種快速鎖定的全數字鎖相環(huán)及 實現方法，通過控制鎖相環(huán)路外部時鐘信號，可以在一個周期內完成鎖相環(huán)的捕獲，實現快 速鎖定。該全數字鎖相環(huán)可用于對頻率信號的相位鎖定和倍頻信號的產生，尤其是在對鎖 相速度要求高的電路設計中，本發(fā)明具有十分明顯的優(yōu)勢。
[0005] 本發(fā)明的技術方案如下：
[0006] -種快速鎖定的全數字鎖相環(huán)，其特征在于，所述鎖相環(huán)在一個周期內達到鎖定 狀態(tài)；包括鑒相器、相位誤差計數器、分頻器、脈沖控制器和除N計數器，所述鑒相器將輸 入頻率fi和比較頻率f_進行鑒相，將產生的誤差信號V。輸入給所述相位誤差計數器；所 述相位誤差計數器對誤差信號V。進行計數，產生計數值N x輸入給所述脈沖控制器；所述 分頻器對外部時鐘2Nf。進行二分頻，產生頻率相同、相位相差180°的兩路頻率信號和 f 2也輸入給所述脈沖控制器；所述脈沖控制器根據計數值Nx，對頻率信號f\、f2、2Nf。進行 選擇性輸出，將產生的倍頻信號f mul輸入給所述除N計數器；所述除N計數器對脈沖控制 器輸出的倍頻信號fmul進行N倍分頻，產生與輸入頻率頻率相同、相位一致的比較頻率 ;所述外部時鐘2Nf。中的N為除N計數器的分頻數，f。為環(huán)路中心頻率，且f。~ 4，

【權利要求】
1. 一種快速鎖定的全數字鎖相環(huán)，其特征在于，所述鎖相環(huán)在一個周期內達到鎖定狀 態(tài)；包括鑒相器、相位誤差計數器、分頻器、脈沖控制器和除N計數器，所述鑒相器將輸入 頻率fi和比較頻率f_進行鑒相，將產生的誤差信號V。輸入給所述相位誤差計數器；所 述相位誤差計數器對誤差信號v。進行計數，產生計數值Nx輸入給所述脈沖控制器；所述 分頻器對外部時鐘2Nf。進行二分頻，產生頻率相同、相位相差180°的兩路頻率信號和 f2也輸入給所述脈沖控制器；所述脈沖控制器根據計數值Nx，對頻率信號f\、f2、2Nf。進行 選擇性輸出，將產生的倍頻信號fmul輸入給所述除N計數器；所述除N計數器對脈沖控制 器輸出的倍頻信號fmul進行N倍分頻，產生與輸入頻率頻率相同、相位一致的比較頻率 ;所述外部時鐘2Nf。中的N為除N計數器的分頻數，f。為環(huán)路中心頻率，且

2. -種快速鎖定的全數字鎖相環(huán)的實現方法，其特征在于，通過持續(xù)插入外部時鐘脈 沖來改變比較頻率的相位大小，包括以下步驟： 1) 通過鑒相器對輸入頻率A和比較頻率進行鑒相，產生誤差信號V。； 2) 再通過相位誤差計數器對誤差信號V。進行計數，產生計數值Nx ; 3) 通過分頻器對外部時鐘2Nf。進行二分頻，產生頻率相同、相位相差180°的兩路頻 率信號和f2 ; 4) 脈沖控制器根據計數值Nx的大小和奇偶性，對頻率信號f\、f2、2Nf。選擇性輸出，控 制脈沖控制器輸出的倍頻信號fmul的輸出狀態(tài)，改變倍頻信號fmul的頻率大小，從而使分頻 后比較頻率f_的相位與輸入頻率fi一致； 5) 除N計數器對脈沖控制器輸出的倍頻信號fmul進行N倍分頻，產生與輸入頻率&頻 率相同、相位一致的比較頻率; 所述外部時鐘2Nf。中的N為環(huán)路中除N計數器的分頻數，f。為環(huán)路中心頻率，且
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3. 根據權利要求2所述的快速鎖定的全數字鎖相環(huán)的實現方法，其特征在于，對輸入 頻率和比較頻率進行鑒相。所述步驟1)中，使用邊沿觸發(fā)鑒相器對輸入頻率fi與比較頻率 進行鑒相，產生誤差信號v。；所述誤差信號v。為上升沿觸發(fā)信號，在輸入頻率A與比較 頻率的上升沿進行觸發(fā)，即當輸入頻率A為上升沿時置位、比較頻率為上升沿時復 位，否則其輸出狀態(tài)保持不變。
4. 根據權利要求3所述的快速鎖定的全數字鎖相環(huán)的實現方法，其特征在于，對輸入 頻率和比較頻率的相位差進行量化。所述步驟2)中，通過外部時鐘2Nf。對誤差信號V。的 置位電平進行計數，得到計數值Nx，其范圍為0 <NX〈2N，即當環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時，計數值 Nx = 0,當環(huán)路失鎖時，計數值Nx為一個不超過相位誤差容值2N的正整數；并且通過計數值 Nx，可得輸入頻率與比較頻率的相位差為Nx/N。
5. 根據權利要求4所述的快速鎖定的全數字鎖相環(huán)的實現方法，其特征在于，通過插 入脈沖信號改變比較頻率的相位和頻率大小。所述步驟4)中，環(huán)路為鎖定狀態(tài)時，NX = 0， 脈沖控制器的輸出波形，即倍頻信號fmul為或者是與反相的f2;環(huán)路失鎖后，計數值Nx 為一個正整數，脈沖控制器的輸出狀態(tài)發(fā)生改變，輸出脈沖信號2Nf。；當輸出Nx個脈沖信號 后，判斷Nx的奇偶性：NX為偶數時，fmul為失鎖前的輸出波形，Nx為奇數時，fmul輸出與失鎖 前反相的輸出波形。
6.根據權利要求5所述的快速鎖定的全數字鎖相環(huán)的實現方法，其特征在于，分頻后 的比較頻率的相位與輸入頻率一致。所述步驟5)中，所述步驟5)中，當輸出波形fmul插入 Nx個脈沖信號后，經過N分頻，比較頻率f_的相位提前了 Nx/N。
【文檔編號】H03L7/18GK104242931SQ201410469836
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權日:2014年9月15日
【發(fā)明者】顏曉軍, 李亞碌, 游立, 劉民, 吳康, 李君
申請人:北京東方計量測試研究所