[发明专利]变频域全数字锁相环及锁相控制方法

摘要

变频域全数字锁相环及锁相控制方法，数字鉴相器模块ua信号输出端与相位自动测控模块输入端相接，ah、be信号输出端分别与可变模可逆计数器模块第一、第二信号输入端相接，相位自动测控模块的m信号输出端与可变模可逆计数器模块第三输信号入端相接，可变模可逆计数器模块的inc、dec信号输出端分别与增减脉冲控制电路模块两个信号输入端相接，增减脉冲控制电路模块IDout信号输出端与可控分频器模块第一信号输入端相接，频率自动测控模块N信号输出端与可控分频器模块第二输入端相接，可控分频器模块fout信号输出端与数字鉴相器模块fout信号输入端相接。通过对锁相环系统参数的动态调节与控制，在较宽的输入信号频率范围内实现自动跟踪与快速锁定。

主权项

1.变频域全数字锁相环，其特征是：包括数字鉴相模块、可变模可逆计数器模块、增减脉冲控制电路模块、可控分频器模块、相位自动测控模块和频率自动测控模块，利用电子设计自动化技术完成各个模块电路的设计；数字鉴相器模块有两个信号输入端及三个信号输出端，两个信号输入端分别为fin信号输入端及fout信号输入端，数字鉴相器模块通过检测变频域全数字锁相环输入信号fin与输出信号fout的上升沿，判断其相位误差和极性，并生成反映输入与输出信号之间超前相差极性信号ah、滞后相差极性信号be及相差与频差信号ua；可变模可逆计数器模块计数方向的控制信号来自数字鉴相器模块的输出信号ah和be，其数模值m的大小是由相位自动测控模块来控制；数字鉴相器模块的输出的超前相差极性信号ah为可变模可逆计数器模块的加控制信号，数字鉴相器模块的输出的滞后相差极性信号be为可变模可逆计数器模块的减控制信号，可变模可逆计数器模块分别输出进位脉冲信号inc及借位脉冲信号dec，它们分别作为增减脉冲控制电路模块的控制信号，不同的模数值m表示可变模可逆计数器模块不同的计数深度，模数值m的取值影响着锁相环的锁相速度和稳定性，当输入信号与输出信号的相位误差较大时，若模数值m取较小值，能提高增减脉冲控制信号的频率，锁相速度就会加快，而当环路锁定后，若模数值m取较大值，能降低增减脉冲控制信号的频率，故使锁相环的相位抖动减小，稳定性提高，当可变模可逆计数器模块的模数值分别为2、4、8、16、32时，增减脉冲控制信号inc或dec的频率逐渐减小；增减脉冲控制电路模块的输入信号分别是进位脉冲信号inc和借位脉冲信号dec，它们是增减脉冲控制电路模块控制信号，其输出信号为IDout，当进位脉冲信号inc为高电平时，锁相环在增减脉冲控制电路模块输出信号IDout的下一个周期增加一个时钟脉冲，使得输出信号IDout的相位提前；当借位脉冲信号dec为高电平时，锁相环在增减脉冲控制电路模块输出信号IDout的下一个周期减去一个时钟脉冲，使得输出信号IDout的相位延后；当进位脉冲信号inc与借位脉冲信号dec都为低电平时，增减脉冲控制电路模块只对锁相环时钟信号进行二分频；可控分频器模块的第一输入端与增减脉冲控制电路模块的IDout信号输出端相接，可控分频器模块中的计数器对增减脉冲控制电路模块输出信号IDout的序列脉冲进行计数，可控分频器模块的第二输入端与频率自动测控模块频率控制字N输出端相接，频率自动测控模块为可控分频器模块中的计数器提供频率控制字N，频率自动测控模块根据输入信号fin的频率变化，确定相应的频率控制字N，能够实时调节可控分频器模块的输出频率fout，从而扩展了锁相环的锁频范围；相位自动测控模块由时间数字转换电路、比较电路和模数控制电路组成，时间数字转换电路输出端与比较电路的输入端相接，比较电路的输出端与模数控制电路的输入端相接；时间数字转换电路的作用是把锁相环输入信号fin与输出信号fout的相差与频差信号ua量化成数字信号，比较电路对前一周期与后一周期相差与频差信号ua的量化数字信号的大小进行比较，以判别锁相环处于哪一个锁相阶段，并产生相应的切换信号，模数控制电路根据锁相环所处的工作阶段，生成相应的模数值m，并将其送入可变模可逆计数器模块，并实时调整模数值m；频率自动检测模块由频率检测电路和频率控制字生成电路组成，频率检测电路输出端与频率控制字生成电路的输入端相接；频率检测电路的作用是对输入信号fin的频率进行检测和存储，频率控制字生成电路的作用是根据输入信号fin频率的检测值，生成相应的频率控制字N，当输入信号fin的频率不变时，保持相应的频率控制字N恒定，而当输入信号fin的频率发生变化时，立即改变频率控制字N，通过频率控制字N能够实时调节可控分频器模块输出信号fout的频率，实现对锁相环中心频率的动态调节；数字鉴相器模块三个信号输出端中的ua信号输出端与相位自动测控模块的输入端相接，ah信号输出端、be信号输出端分别与可变模可逆计数器模块的第一信号输入端及第二信号输入端相接，相位自动测控模块的m信号输出端与可变模可逆计数器模块的第三输信号入端相接，可变模可逆计数器模块的inc信号输出端和dec信号输出端分别与增减脉冲控制电路模块的两个信号输入端相接，增减脉冲控制电路模块的IDout信号输出端与可控分频器模块的第一信号输入端相接，频率自动测控模块的N信号输出端与可控分频器模块的第二输入端相接，可控分频器模块的 fout信号输出端为锁相环输出信号，且与数字鉴相器模块的fout信号输入端相接。