锁相环论文锁相环论文.doc

毕 业 设 计（论文） 论文题目： 锁相环设计 学生姓名： 何宝园 学 号： 082006008 专 业： 电子信息工程 指导教师： 程伟 第1章 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。锁相环路是一种反馈电路，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。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，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。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。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 锁相环技术的产生背景 锁相环路诞生于20世纪30年代。在40年代开始在电视接收技术中得到广泛应用。此后空间技术的发展又极大的促进了锁相技术的发展，现已广泛应用于电子技术的各个领域。随着数字电路技术的发展，数字锁相环在调制解调、频率合成、FM 立体声解码、彩色副载波同步、图象处理等各个方面得到了广泛的应用。数字锁相环不仅吸收了数字电路可靠性高、体积小、价格低等优点，还解决了模拟锁相环的直流零点漂移、器件饱和及易受电源和环境温度变化等缺点，此外还具有对离散样值的实时处理能力，已成为锁相技术发展的方向。锁相环是一个相位反馈控制系统，在数字锁相环中，由于误差控制信号是离散的数字信号，而不是模拟电压，因而受控的输出电压的改变是离散的而不是连续的；此外，环路组成部件也全用数字电路实现，故而这种锁相环就称之为全数字锁相环（简称DPLL）。 近年来，锁相技术在通信、航天、测量、电视、原子能、电机控制等领域，能够高性能地完成信号的提取、信号的跟踪与同步，模拟和数字通信的调制与解调、频率合成、滤波等功能，已经成为电子设备中常用的基本部件之一。特别是在数字通信的调制解调、位同步、频率合成中常常要用到各种各样的锁相环。锁相环是一个相位误差控制系统，它比较输入信号和振荡器输出信号之间的相位差，从而产生误差控制信号来调整振荡器的频率，以达到与输入信号同频同相的目的。锁相技术的核心是锁相环路，所谓的锁相环路是一个实现相位自动锁定的控制系统[1]。 1.2.2 现状和发展 目前，已有单片集成全数字锁相环的商用产品，但作为某一个实际项目设计，需要的锁相电路特性不尽相同，有些现成的产品，不是成本高、体积大、资源浪费多，就是不能完全满足设计性能的要求。根据位移检测的特点，采用高密度可编程逻辑器件，可根据实际要求，充分利用器件资源，同时把一些相关的数字电路组合在一起，不仅提高了系统的集成度和可靠性，降低了功耗，降低了成本，而且使电路性能得到明显改善[2]。 1.3 论文研究内容 进行毕业设计之前，首先我们要学习VHDL语言，了解锁相环的基本原理，及其各种实现方案，然后通过VHDL语言设计程序来实现全数字锁相环。再根据设计的程序实现各个模块，同时通过MAX＋plus II 软件进行仿真检验，应用EDA 技术设计该系统，并用FPGA实现了其硬件电路。仿真和硬件测试结果证实了该设计的正确性。 第2章 设计