本發(fā)明涉及通信和工控信號(hào)處理技術(shù)，尤其是一種基于脈沖中心的同步鎖相方法，可以對(duì)輸入的數(shù)字脈沖信號(hào)鎖相跟蹤并產(chǎn)生同步倍頻信號(hào)。

背景技術(shù)：

在通信、儀器儀表、自動(dòng)控制等領(lǐng)域中，各種信號(hào)處理、控制需要同步于某一輸入信號(hào)來(lái)進(jìn)行，在當(dāng)前電力線通信過(guò)程中，尤其是同一電力線介質(zhì)的多節(jié)點(diǎn)通信，時(shí)鐘信號(hào)的同步及通信窗口的精確開(kāi)啟對(duì)多通信終端節(jié)點(diǎn)的通信質(zhì)量至關(guān)重要，行業(yè)內(nèi)一般以電力線過(guò)零點(diǎn)作為同步信號(hào)。過(guò)零檢測(cè)電路廣泛應(yīng)用于電力線載波通信，此類電路絕大部分是基于光耦設(shè)計(jì)的，由于光耦中發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓隨不同器件型號(hào)、工作環(huán)境變化而變化，使得脈沖變化沿與實(shí)際對(duì)應(yīng)的正弦電壓信號(hào)相位也是變化的。

公開(kāi)號(hào)為cn1337802a的中國(guó)專利文件公開(kāi)了一種數(shù)字鎖相方法，該方法對(duì)輸入的被鎖信號(hào)進(jìn)行數(shù)字鑒相，得到相位誤差信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行處理，得到比例控制參數(shù)和積分控制參數(shù)，將兩者相加得到控制參數(shù)，在控制參數(shù)的控制下，對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行數(shù)字控制頻率合成，得到同步倍頻信號(hào)。該方法介紹了數(shù)字鎖相系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，在鎖相范圍、跟蹤速度和穩(wěn)定性上具有良好的性能，但是仍然不能消除因光耦中發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓隨不同器件型號(hào)、隨工作環(huán)境變化而變化的問(wèn)題，仍存在脈沖變化沿與實(shí)際對(duì)應(yīng)的正弦電壓信號(hào)相位不確定的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于脈沖中心的同步鎖相方法，克服現(xiàn)有數(shù)字鎖相方法的不足，利用光耦等低成本的整形電路輸出的脈沖信號(hào)中心相對(duì)原正弦信號(hào)的相位是穩(wěn)定的特性，以脈沖中心為跟蹤目標(biāo)，解決脈沖變化沿對(duì)應(yīng)信號(hào)相位的不確定問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)信號(hào)相位的準(zhǔn)確跟蹤和同步。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于脈沖中心的同步鎖相方法，包括以下步驟：

s100、對(duì)輸入的被鎖信號(hào)sig1進(jìn)行濾毛刺處理，得到平滑的整形信號(hào)sig2；

s200、對(duì)整形信號(hào)sig2和經(jīng)延時(shí)程序控制得到的鎖相延時(shí)信號(hào)spll2進(jìn)行數(shù)字鑒相處理，得到輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相位誤差信號(hào)cpd；所述數(shù)字鑒相處理包括：基于鑒相時(shí)鐘信號(hào)clk1對(duì)整形信號(hào)sig2上升沿到鎖相延時(shí)信號(hào)spll2上升沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，獲得計(jì)數(shù)值為c1(n)；基于鑒相時(shí)鐘信號(hào)clk1對(duì)鎖相延時(shí)信號(hào)spll2上升沿到整形信號(hào)sig2下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，獲得計(jì)數(shù)值為c2(n)；以(c1(n)-c2(n))作為整形信號(hào)sig2的正脈沖中心鑒相輸出；基于鑒相時(shí)鐘clk1對(duì)整形信號(hào)sig2下降沿到鎖相延時(shí)信號(hào)spll2下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，獲得計(jì)數(shù)值為c3(n)，基于鑒相時(shí)鐘信號(hào)clk1對(duì)鎖相延時(shí)信號(hào)spll2下降沿到整形信號(hào)sig2上升沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，獲得計(jì)數(shù)值為c4(n)；以(c3(n)-c4(n))作為整形信號(hào)sig2的負(fù)脈沖中心鑒相輸出，(c1(n)-c2(n))和(c3(n)-c4(n))作為鑒相誤差輸出相位誤差信號(hào)cpd；

s300、相位誤差信號(hào)cpd經(jīng)過(guò)鎖相控制得到控制信號(hào)nc；控制信號(hào)nc在可控振蕩器的控制下得到同步倍頻信號(hào)sdco，同步倍頻信號(hào)sdco的一部分作為輸出信號(hào)，另一部分反饋到m倍分頻器；

s400、同步倍頻信號(hào)sdco經(jīng)過(guò)m倍分頻器得到鎖相信號(hào)spll1；鎖相信號(hào)spll1經(jīng)過(guò)延時(shí)處理得到所述鎖相延時(shí)信號(hào)spll2；整形信號(hào)sig2的頻率和鎖相延時(shí)信號(hào)spll2的頻率相等時(shí)，環(huán)路被鎖定。

本發(fā)明提供的基于脈沖中心的同步鎖相方法還具有以下技術(shù)特征：

進(jìn)一步地，步驟s100中的所述濾毛刺處理采用延時(shí)比較法或積分法。

進(jìn)一步地，步驟s300中的所述鎖相控制采用比例積分控制，在整形信號(hào)sig2下降沿和整形信號(hào)sig2上升沿，依據(jù)相位誤差信號(hào)cpd采用比例積分控制算法獲得控制信號(hào)nc。

進(jìn)一步的，步驟s300中的所述可控振蕩器為具有小數(shù)控制位的數(shù)控振蕩器。

進(jìn)一步的，步驟s400中的所述延時(shí)處理為：通過(guò)計(jì)數(shù)器法和存儲(chǔ)器法來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖延時(shí)調(diào)控。

本發(fā)明具有如下有益效果：利用光耦等低成本的整形電路輸出的脈沖信號(hào)中心相對(duì)原正弦信號(hào)的相位是穩(wěn)定的特性，以脈沖中心為跟蹤目標(biāo)，解決了脈沖變化沿對(duì)應(yīng)信號(hào)相位的不確定問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)相位的準(zhǔn)確跟蹤和同步；在工頻過(guò)零點(diǎn)同步過(guò)程中，通過(guò)對(duì)延時(shí)處理中的延時(shí)進(jìn)行設(shè)置，將可得到實(shí)際過(guò)零點(diǎn)信號(hào)，鎖相準(zhǔn)確可靠。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中基于光耦的工頻電壓同步信號(hào)電路圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的基于脈沖中心的同步鎖相方法的原理框圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中具有小數(shù)控制位的數(shù)控振蕩器的原理圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的脈沖延時(shí)流程圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中的存儲(chǔ)器法的電路組成框圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中的同步鎖相方法的系統(tǒng)局部動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例中kp＝2¹、2^0.5，ki＝2^-1時(shí)的鎖相跟蹤相位誤差曲線圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例中kp＝2¹，ki＝2^-2、2^-3時(shí)的鎖相跟蹤相位誤差曲線圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例中kp＝1、2^0.5，ki＝2^-2時(shí)的信號(hào)波形圖及鎖相跟蹤相位誤差曲線圖；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例中kp＝1，ki＝2^-3、2^-4時(shí)的信號(hào)波形圖及鎖相跟蹤相位誤差曲線圖。

具體實(shí)施方式

下文中將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

如圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)中基于光耦的工頻電壓同步信號(hào)電路圖，當(dāng)輸入電平0-1.5v時(shí)，可視為低電平“0”，光敏三極管截止，輸出為高電平“1”；當(dāng)輸入電平3.5v-24v，可視為高電平“1”，光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平“0”，由于光耦中發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓是不能消除的，所以整形后同步信號(hào)正脈沖寬帶和負(fù)脈沖寬帶的比值不固定，同時(shí)，因?yàn)楣怦钪邪l(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓隨不同器件型號(hào)、工作環(huán)境變化而變化，使得脈沖變化沿與實(shí)際對(duì)應(yīng)的正弦電壓信號(hào)相位也是變化的。

如圖2至圖10所示的本發(fā)明的基于脈沖中心的同步鎖相方法的實(shí)施例中，該基于脈沖中心的同步鎖相方法包括以下步驟：

s100、對(duì)輸入的被鎖信號(hào)sig1進(jìn)行濾毛刺處理，得到平滑的整形信號(hào)sig2；

s200、對(duì)整形信號(hào)sig2和經(jīng)延時(shí)程序控制得到的鎖相延時(shí)信號(hào)spll2進(jìn)行數(shù)字鑒相處理，得到輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相位誤差信號(hào)cpd；所述數(shù)字鑒相處理包括：基于鑒相時(shí)鐘信號(hào)clk1對(duì)整形信號(hào)sig2上升沿到鎖相延時(shí)信號(hào)spll2上升沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，獲得計(jì)數(shù)值為c1(n)；基于鑒相時(shí)鐘信號(hào)clk1對(duì)鎖相延時(shí)信號(hào)spll2上升沿到整形信號(hào)sig2下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，獲得計(jì)數(shù)值為c2(n)；以(c1(n)-c2(n))作為整形信號(hào)sig2的正脈沖中心鑒相輸出；基于鑒相時(shí)鐘clk1對(duì)整形信號(hào)sig2下降沿到鎖相延時(shí)信號(hào)spll2下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，獲得計(jì)數(shù)值為c3(n)，基于鑒相時(shí)鐘信號(hào)clk1對(duì)鎖相延時(shí)信號(hào)spll2下降沿到整形信號(hào)sig2上升沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，獲得計(jì)數(shù)值為c4(n)；以(c3(n)-c4(n))作為整形信號(hào)sig2的負(fù)脈沖中心鑒相輸出，(c1(n)-c2(n))和(c3(n)-c4(n))作為鑒相誤差輸出相位誤差信號(hào)cpd；

s300、相位誤差信號(hào)cpd經(jīng)過(guò)鎖相控制得到控制信號(hào)nc；控制信號(hào)nc在可控振蕩器的控制下得到同步倍頻信號(hào)sdco，同步倍頻信號(hào)sdco的一部分作為輸出信號(hào)，另一部分反饋到m倍分頻器；

s400、同步倍頻信號(hào)sdco經(jīng)過(guò)m倍分頻器得到鎖相信號(hào)spll1；鎖相信號(hào)spll1經(jīng)過(guò)延時(shí)處理得到所述鎖相延時(shí)信號(hào)spll2；整形信號(hào)sig2的頻率和鎖相延時(shí)信號(hào)spll2的頻率相等時(shí)，環(huán)路被鎖定。

上述實(shí)施例中的基于脈沖中心的同步鎖相方法，利用光耦等低成本的整形電路輸出的脈沖信號(hào)中心相對(duì)原正弦信號(hào)的相位是穩(wěn)定的特性，以脈沖中心為跟蹤目標(biāo)，解決了脈沖變化沿對(duì)應(yīng)信號(hào)相位的不確定問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)相位的準(zhǔn)確跟蹤和同步；在工頻過(guò)零點(diǎn)同步過(guò)程中，通過(guò)對(duì)延時(shí)處理中的延時(shí)進(jìn)行設(shè)置，將可得到實(shí)際過(guò)零點(diǎn)信號(hào)，鎖相準(zhǔn)確可靠。

在上述實(shí)施例中，基于脈沖中心的同步鎖相方法還具有以下技術(shù)特征：其中的所述濾毛刺處理采用延時(shí)比較法或積分法；所述鎖相控制采用比例積分控制，在整形信號(hào)sig2下降沿和整形信號(hào)sig2上升沿，依據(jù)相位誤差信號(hào)cpd采用比例積分控制算法獲得控制信號(hào)nc；所述可控振蕩器為具有小數(shù)控制位的數(shù)控振蕩器；所述延時(shí)處理為：通過(guò)計(jì)數(shù)器法和存儲(chǔ)器法來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖延時(shí)調(diào)控。

在上述實(shí)施例中，濾毛刺處理采用延時(shí)比較法或積分法，或者二者并用。比較法就是若干個(gè)時(shí)鐘周期讀取的數(shù)據(jù)相同則認(rèn)為收到了一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，否則認(rèn)為是過(guò)渡態(tài)；采用若干位的移位寄存器，當(dāng)寄存器是全“1”或全“0”時(shí)才開(kāi)始讀數(shù)。積分法就是用一個(gè)增減計(jì)數(shù)器，當(dāng)輸入信號(hào)為“1”時(shí)計(jì)數(shù)器遞增計(jì)數(shù)直到計(jì)數(shù)器全“1”停止計(jì)數(shù)、否則計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)直到全“0”停止計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的msb即為輸入信號(hào)的去抖信號(hào)。如果采用二者結(jié)合，前端用幾個(gè)比特的移位寄存器實(shí)現(xiàn)比較，比較結(jié)果作為計(jì)數(shù)使能來(lái)控制接下來(lái)的增減計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)。

在上述實(shí)施例中，鑒相的鑒相時(shí)鐘信號(hào)clk1從整形信號(hào)sig2上升沿到鎖相延時(shí)信號(hào)spll2上升沿的計(jì)數(shù)值為c1(n)，鎖相延時(shí)信號(hào)spll2上升沿到整形信號(hào)sig2下降沿的計(jì)數(shù)值為c2(n)。(c1(n)-c2(n))作為整形信號(hào)sig2正脈沖中心鑒相輸出。如果c1(n)>c2(n)，鎖相環(huán)輸出頻率增加，周期時(shí)間縮短。如果c1(n)<c2(n)，鎖相環(huán)輸出頻率降低，周期時(shí)間增長(zhǎng)。類似地，鑒相部分的鑒相時(shí)鐘clk1從整形信號(hào)sig2下降沿到鎖相延時(shí)信號(hào)spll2下降沿的計(jì)數(shù)值為c3(n)，鎖相延時(shí)信號(hào)spll2下降沿到整形信號(hào)sig2上升沿的計(jì)數(shù)值為c4(n)。(c3(n)-c4(n))作為整形信號(hào)sig2負(fù)脈沖中心鑒相輸出。如果c3(n)>c4(n)，鎖相環(huán)輸出頻率增加，周期時(shí)間縮短。如果c3(n)<c4(n)，鎖相環(huán)輸出頻率降低，周期時(shí)間增長(zhǎng)。被鎖信號(hào)和鎖相信號(hào)的相位誤差為δθ，則(c1(n)-c2(n))或(c3(n)-c4(n))作為鑒相誤差輸出cpd，等于(δθπ)·(fclk1/fsig1)。據(jù)此，如果進(jìn)行線性化近似，在每個(gè)被鎖信號(hào)變化沿單位相位誤差與鑒相誤差輸出cpd的傳遞函數(shù)關(guān)系為：

其中，fsig1是被鎖輸入信號(hào)sig1的頻率，fclk1是鑒相時(shí)鐘信號(hào)clk1的頻率。

在上述實(shí)施例中，鎖相控制采用比例積分控制方式。在整形信號(hào)sig2下降沿，或整形信號(hào)sig2上升沿，依據(jù)鑒相誤差cpd調(diào)整。采用比例積分調(diào)節(jié)，比例系數(shù)為kp，積分系數(shù)為ki。

比例輸出為：

其中，npmax是比例輸出上限閾值，npmin是比例輸出下限閾值。

積分輸出為：

其中，ni(m-1)和ni(m)分別是上一次和當(dāng)前計(jì)算的積分輸出值，nimax是比例輸出上限閾值，nimin是比例輸出下限閾值。

鎖相控制輸出nc為：

其中，nc(m)分別是上一次和當(dāng)前計(jì)算的積分輸出值，nimax是比例輸出上限閾值，nimin是比例輸出下限閾值。

鎖相控制的總傳遞函數(shù)為：

在上述實(shí)施例中，可控振蕩器采用具有小數(shù)控制位的數(shù)控振蕩器，對(duì)固定頻率的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻，其原理結(jié)構(gòu)如圖3所示。首先將輸入的控制信號(hào)nc分解為二進(jìn)制長(zhǎng)度為k的低位部分nl和其余的高位部分nh。nl輸入到一個(gè)k位加法器中，同步倍頻信號(hào)即輸出信號(hào)sdco反饋回來(lái)作為這個(gè)加法器的時(shí)鐘控制信號(hào)。在信號(hào)sdco的控制下，數(shù)據(jù)nl與加法器當(dāng)前輸出的求和數(shù)據(jù)進(jìn)行累加，并再次更新加法器的求和輸出。同時(shí)加法器依據(jù)求和計(jì)算中的數(shù)據(jù)溢出狀態(tài)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位信號(hào)。這個(gè)進(jìn)位信號(hào)將進(jìn)一步控制一個(gè)可控的計(jì)數(shù)分頻器的工作，使計(jì)數(shù)分頻器依據(jù)進(jìn)位信號(hào)選擇對(duì)固定頻率的時(shí)鐘信號(hào)clk2進(jìn)行nh倍或者nh+1倍的分頻。

輸出的同步倍頻信號(hào)sdco的頻率fsdco與固定時(shí)鐘信號(hào)clk2的頻率fclk2的關(guān)系是：

由于相位是頻率的積分，所以信號(hào)sdco的相位θsdco(s)可以表達(dá)為：

m倍分頻器的傳遞函數(shù)為：

延時(shí)處理是可控的，通過(guò)計(jì)數(shù)器法和存儲(chǔ)器法來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖延時(shí)調(diào)控。計(jì)數(shù)器法通過(guò)設(shè)定計(jì)數(shù)器的預(yù)置數(shù)，調(diào)節(jié)計(jì)數(shù)時(shí)間，使計(jì)數(shù)時(shí)間等于延時(shí)時(shí)間，從而達(dá)到脈沖延時(shí)。預(yù)置數(shù)設(shè)置，根據(jù)需要延時(shí)的時(shí)間和系統(tǒng)時(shí)鐘頻率計(jì)算出計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)并加載到計(jì)數(shù)器中，預(yù)置數(shù)的計(jì)算公式為：

d＝t×f；

式中，d—預(yù)置數(shù)；

t—需要延時(shí)的時(shí)間；

f—系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。

脈沖延時(shí)流程圖如圖4所示，首先把預(yù)置數(shù)加載到計(jì)數(shù)器內(nèi)，將需要延時(shí)的鎖相信號(hào)spll1作為觸發(fā)脈沖，當(dāng)觸發(fā)脈沖上升沿到達(dá)時(shí)，計(jì)數(shù)器清零，開(kāi)始計(jì)數(shù)。時(shí)鐘頻率為計(jì)數(shù)器提供計(jì)數(shù)脈沖，根據(jù)程序可以選擇加法或減法計(jì)數(shù)器，若為加法計(jì)數(shù)器，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)置數(shù)值，輸出與原始信號(hào)對(duì)應(yīng)的一個(gè)時(shí)鐘周期寬度的正脈沖后，停止計(jì)數(shù)，而后計(jì)數(shù)器復(fù)位，直到被下一個(gè)觸發(fā)脈沖上升沿清零，進(jìn)入下一輪計(jì)數(shù)，如此循環(huán)計(jì)數(shù)，輸出脈沖。

存儲(chǔ)器法通過(guò)高速時(shí)鐘對(duì)鎖相信號(hào)spll1進(jìn)行采樣，并把采樣結(jié)果存入fifo中，同時(shí)通過(guò)延時(shí)控制模塊對(duì)fifo的輸出進(jìn)行控制，生成鎖相延時(shí)信號(hào)spll2，存儲(chǔ)器法的電路組成框圖如圖5所示。延時(shí)控制模塊，當(dāng)寫(xiě)入fifo的數(shù)據(jù)時(shí)間長(zhǎng)度等于延時(shí)值時(shí)，開(kāi)始使fifo讀信號(hào)，直到fifo中的數(shù)據(jù)被讀空，fifo的輸出即為鎖相延時(shí)信號(hào)spll2。若要實(shí)現(xiàn)延時(shí)值連續(xù)可變的脈沖延時(shí)控制，應(yīng)采用兩路fifo輪流對(duì)鎖相信號(hào)spll1進(jìn)行延時(shí)，當(dāng)延時(shí)值更新時(shí)，切換fifo，且兩路fifo的輸出相或后作為最終輸出脈沖即鎖相延時(shí)信號(hào)spll2。

忽略濾毛刺處理，對(duì)鎖相輸出信號(hào)spll1的延時(shí)設(shè)置為0，θsig1(s)是輸入被鎖脈沖信號(hào)sig1的相位，θsdco(s)是鎖相環(huán)輸出的同步倍頻信號(hào)sdco的相位，θspll(s)是信號(hào)sdco經(jīng)m倍分頻后得到的鎖相輸出信號(hào)spll1的相位，δθsig1(s)、δθsdco(s)和δθspll1(s)為相應(yīng)的局部擾動(dòng)量，kpd、kc、kdco和km分別是鑒相部分、鎖相控制部分、可控振蕩部分和分頻部分的傳遞函數(shù)。該系統(tǒng)的局部動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型如圖6所示。數(shù)控振蕩部分的傳遞函數(shù)等于相位θsdco(s)關(guān)于nc的變化率，

即：

該系統(tǒng)的局部動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的傳遞函數(shù)hdpll(s)，鎖相輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)被鎖信號(hào)的正峰和負(fù)峰，所以系統(tǒng)在鎖相穩(wěn)定時(shí)鎖相輸出信號(hào)頻率fspll1是被鎖信號(hào)頻率fsig1的一倍，即：即fclk2＝m·nc·fsig1/2k-1，化簡(jiǎn)傳遞函數(shù)hdpll(s)，最終可以得到：

其中，

hdpll(s)是一個(gè)二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)形式，而且具有兩個(gè)負(fù)實(shí)極點(diǎn)，所以該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。hdpll(s)的分母部分決定了該系統(tǒng)的局部性能，將其分母表示為：

其中，二階系統(tǒng)的自然頻率ωn為：

二階系統(tǒng)的阻尼系數(shù)ξ為：

振蕩頻率ωd為：

根據(jù)自然頻率ωn和阻尼系數(shù)ξ的形式，若設(shè)計(jì)參數(shù)k12、m、k、kp和ki都確定后，則自然頻率ωn將與被鎖信號(hào)頻率fsig1成正比，而阻尼系數(shù)ξ具有確定的數(shù)值，即ξ與被鎖信號(hào)狀態(tài)無(wú)關(guān)。另一方面，依據(jù)自動(dòng)控制理論，二階系統(tǒng)的阻尼系數(shù)ξ決定了系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的響應(yīng)形式；而當(dāng)阻尼系數(shù)ξ固定后，二階系統(tǒng)的自然頻率ωn決定了系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的速度。據(jù)此，由于本鎖相系統(tǒng)在不同的被鎖頻點(diǎn)具有相同的阻尼系數(shù)，所以在被鎖頻點(diǎn)的局部范圍內(nèi)鎖相跟蹤過(guò)程將以相同的形式達(dá)到穩(wěn)定。另一方面，由于自然頻率ωn與被鎖信號(hào)頻率fsig1成正比，這說(shuō)明本鎖相環(huán)從被鎖信號(hào)頻率附近出發(fā)鎖定被鎖信號(hào)時(shí)，鎖相趨于穩(wěn)定所需的時(shí)間與被鎖信號(hào)的周期成正比。所以可以得出結(jié)論，當(dāng)被鎖信號(hào)的頻率范圍較寬時(shí)，該系統(tǒng)在不同的被鎖頻點(diǎn)的局部范圍內(nèi)都具有一致的鎖相速度和穩(wěn)定特性。

本發(fā)明鎖相控制部分采用具有快速變化能力的積分環(huán)節(jié)，即使當(dāng)鎖相信號(hào)和被鎖信號(hào)之間的頻率差別比較大時(shí)，積分環(huán)節(jié)的作用將提高控制信號(hào)nc的調(diào)整速度，使系統(tǒng)能夠快速鎖相跟蹤上輸入的被鎖信號(hào)，所以本發(fā)明在寬的頻率范圍內(nèi)鎖定輸入信號(hào)時(shí)，也具有快速的響應(yīng)速度。

此外，如果鎖相啟動(dòng)剛開(kāi)始，則處于鎖相失鎖；未等到本地鎖相輸出脈沖，出現(xiàn)新的輸入信號(hào)變化沿；或者本地鎖相輸出脈沖產(chǎn)生后未出現(xiàn)新的輸入信號(hào)變化沿；如果|c1(n)-c2(n)|或|c3(n)-c4(n)|大于失鎖閾值cth_unlocked，則判斷失鎖。如果判斷失鎖，則鎖相環(huán)重新啟動(dòng)同步跟蹤。鑒相時(shí)鐘信號(hào)clk1記錄整形信號(hào)sig2的第一個(gè)變化沿(上升沿/下降沿)到第二個(gè)變化沿(下降沿/上升沿)的時(shí)間cab，整形信號(hào)sig2的第二個(gè)變化沿(上升沿/下降沿)到第三個(gè)變化沿(下降沿/上升沿)的時(shí)間cbc，由此設(shè)置鎖相控制參數(shù)：

此時(shí)，對(duì)應(yīng)第三個(gè)變化沿，可控振蕩器輸出脈沖倒計(jì)數(shù)預(yù)設(shè)為：floor((cab/(2k12·m)-1)*2^k)。

m倍分頻器倒計(jì)數(shù)預(yù)設(shè)為：(m-1)。

等運(yùn)行到可控振蕩器輸出脈沖倒計(jì)數(shù)為0，m倍分頻器倒計(jì)數(shù)為0時(shí)，可控振蕩器發(fā)出第一個(gè)脈沖，失鎖標(biāo)志取消。并且如果則繼續(xù)；否則仍判斷失鎖。

繼續(xù)運(yùn)行初始設(shè)置：

np＝0

可控振蕩器依據(jù)nc，開(kāi)始正常運(yùn)行。

本發(fā)明的實(shí)施例1基于以下參數(shù)設(shè)置：

1)被鎖信號(hào)的輸入頻率范圍是從40hz到70hz；

2)鎖相環(huán)中的分頻倍數(shù)m＝2；

3)鑒相器的固定時(shí)鐘信號(hào)clk1的頻率fclk1為1000khz；

4)數(shù)字控制振蕩部分的二進(jìn)制小數(shù)分頻控制位數(shù)k等于4；

5)數(shù)控振蕩部分的工作時(shí)鐘clk2的頻率fclk2也選擇1000khz，k12等于1；

6)比例增減計(jì)數(shù)的最大閾值取npmax＝8000，最小閾值取npmin＝-8000；

7)積分增減計(jì)數(shù)的最大閾值取nimax＝102400，最小閾值取nimin＝56000。

8)失鎖判斷nc向右移位值ksht_lck＝3，相位差閾值δθpll＝11.25°。

9)延時(shí)處理中的延時(shí)設(shè)置為0。

圖7給出了kp分別為2¹和2^0.5，ki為2^-1時(shí)的鎖相跟蹤相位誤差曲線。自然頻率ωn、阻尼系數(shù)ξ與參數(shù)kp、ki對(duì)應(yīng)的關(guān)系為：

kp＝2¹，ki＝2^-1，自然頻率ωn＝1fsig1，阻尼系數(shù)ξ＝0.5，振蕩頻率ωd＝0.866fsig1；

kp＝2^0.5，ki＝2^-1，自然頻率ωn＝1fsig1，阻尼系數(shù)ξ＝0.354，振蕩頻率ωd＝0.935fsig1。

圖8給出了kp為2¹，ki分別為2^-2和2^-3時(shí)的鎖相跟蹤相位誤差曲線。自然頻率ωn、阻尼系數(shù)ξ與參數(shù)kp、ki對(duì)應(yīng)的關(guān)系為：

kp＝2¹，ki＝2^-2，自然頻率ωn＝0.707fsig1，阻尼系數(shù)ξ＝0.707，振蕩頻率ωd＝0.5fsig1；

kp＝2¹，ki＝2^-3，自然頻率ωn＝0.5fsig1，阻尼系數(shù)ξ＝1。

本發(fā)明的實(shí)施例2基于實(shí)施例1所設(shè)參數(shù)，鎖相環(huán)中的分頻倍數(shù)m改為4，延遲處理中的延時(shí)設(shè)置為(c1(n)+c2(n)+c3(n)+c4(n))/4。

圖9給出了kp分別為1和2^-0.5，ki為2^-2時(shí)的鎖相跟蹤相位誤差曲線。自然頻率ωn、阻尼系數(shù)ξ與參數(shù)kp、ki對(duì)應(yīng)的關(guān)系為：

kp＝1，ki＝2^-2，自然頻率ωn＝1fsig1，阻尼系數(shù)ξ＝0.5，振蕩頻率ωd＝0.866fsig1；

kp＝2^-0.5，ki＝2^-2，自然頻率ωn＝1fsig1，阻尼系數(shù)ξ＝0.354，振蕩頻率ωd＝0.935fsig1。

圖10給出了kp為1，ki分別為2^-3和2^-4時(shí)的鎖相跟蹤相位誤差曲線。自然頻率ωn、阻尼系數(shù)ξ與參數(shù)kp、ki對(duì)應(yīng)的關(guān)系為：

kp＝1，ki＝2^-3，自然頻率ωn＝0.707fsig1，阻尼系數(shù)ξ＝0.707，振蕩頻率ωd＝0.5fsig1；

kp＝1，ki＝2^-4，自然頻率ωn＝0.5fsig1，阻尼系數(shù)ξ＝1。

由波形可見(jiàn)，鎖相信號(hào)spll1與原始信號(hào)過(guò)零點(diǎn)同步。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。