專利名稱：數(shù)字精密鑒相器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎖相環(huán)電路，特別是一種數(shù)字精密鑒相器。
現(xiàn)有的鎖相環(huán)鑒相電路都起源于集成電路及計算機技術(shù)不太發(fā)展的七十年代以前，普遍存在如下缺點1、鎖相環(huán)輸出信號(即VCO輸出信號)和輸入的基準(zhǔn)信號相位關(guān)系由鑒相零點確定，不可編程改變；2、不具有多基準(zhǔn)信號處理能力，且鎖相環(huán)輸出信號在基準(zhǔn)信號切換時會發(fā)生相位抖動和漂移；3、環(huán)路特性不易做到靈活可變。
本發(fā)明的目的是提供一種可編程、具有多基準(zhǔn)信號處理能力、相位抖動小、環(huán)路特性靈活的、采用大規(guī)模集成電路技術(shù)的數(shù)字精密鑒相器。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的它是一種數(shù)字精密鑒相電路，用于檢測被測信號與基準(zhǔn)信號之間的相位差，其特征是該電路包括接受VCO振蕩器4輸出的高頻信號的可編程同步分頻器5，所述分頻器5采用遞增(或遞減)計數(shù)方式，并將VCO振蕩器4輸出的高頻振蕩信號分頻到與基準(zhǔn)信號15同頻，并在計數(shù)總線上進行輸出位累加(減)計數(shù)值，如果是N次分頻，則在計數(shù)總線上依次循環(huán)產(chǎn)生數(shù)值為0、1、2、……,N-2,N-1(或其反序)的信號，輸入的各基準(zhǔn)信號15的上升沿(或下降沿)分別在基準(zhǔn)計數(shù)值寄存器①,②,③,……，
中鎖存所述的計數(shù)總線上依次循環(huán)產(chǎn)生的數(shù)值，該鎖存的數(shù)值即為基準(zhǔn)計數(shù)值，可編程同步分頻器5的同步信號17在計數(shù)器歸零時產(chǎn)生，與VCO振蕩器4的信號同步，這樣某基準(zhǔn)信號的基準(zhǔn)計數(shù)值就是該基準(zhǔn)信號的上升沿或下降沿)相對于同步信號前沿的時間差，所述時間差的變化就反映同步信號和基準(zhǔn)信號之間的相位差漂移，利用所述的時間差控制VCO振蕩器的壓控電壓，達到一般的鎖相目的；基準(zhǔn)選擇電路13選通某一基準(zhǔn)信號送延遲鑒相器12，同時CPU2將被選擇的基準(zhǔn)信號鎖存在所述基準(zhǔn)計數(shù)寄存器的基準(zhǔn)計數(shù)值讀出并寫入粗定位寄存器10，所述的粗定位寄存器10中的數(shù)值和計數(shù)總線上的數(shù)值，通過數(shù)字比較器11進行比較，產(chǎn)生一鑒相脈沖，所述鑒相脈沖送延遲鑒相器12延遲0,D,2D,3D,……,(M-1)D個時間間隔(D為單位延遲間隔)，形成一連串的脈沖M位)，它們在不同時刻對被選擇的基準(zhǔn)信號進行采樣并鎖存，鎖存的結(jié)果送入相移字寄存器14，相移字的結(jié)構(gòu)形如0,0,…,0,1,1,…,1即為幾個連0和幾個連1，位數(shù)與延遲鑒相器12產(chǎn)生的M位脈沖相應(yīng)，從0到1的跳變處即為對應(yīng)被選擇的基準(zhǔn)信號的上升沿，因為相移字相鄰位的采樣時間差為一個單位延遲間隔DD僅為幾個nS)，由此可知，相移字的0/1位圖就表示了被選擇的基準(zhǔn)信號的上升沿(或下降沿)與同步信號前沿的精細時間差，此精細時間差及其變化，通過CPU2進行運算后，送數(shù)/模轉(zhuǎn)換器D/A，以控制VCO振蕩器4的振蕩頻率，達到精密鑒相的目的。
本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點1、可以把輸出信號鎖定到與基準(zhǔn)信號任意指定的相位關(guān)系上，方法是在鎖相環(huán)進入鎖相狀態(tài)后，記錄下此時的VCO壓控電壓值，然后根據(jù)輸出信號是超前還是滯后于指定的相位關(guān)系，在VCO壓控電壓上加上或減去一個值，使輸出信號的相位向指定的相位漂移，在達到預(yù)定的相位調(diào)整；2、由于具有多個基準(zhǔn)計數(shù)器可同時容多個基準(zhǔn)信號鎖存計數(shù)總成的數(shù)值，因而可同時對多個基準(zhǔn)信號進行粗測量，所以它具有多基準(zhǔn)信號的處理能力，由于可同時對多個基準(zhǔn)信號進行粗測量，因而可無抖動或漂動地在基準(zhǔn)信號間切換；3、精測時間差可達3nS以下，可以用粗、精時間差進行各種運算，精確地實現(xiàn)各種環(huán)路特性；4、由于能控制輸出信號和基準(zhǔn)信號的相位關(guān)系，保證了備用鎖相環(huán)在切換時輸出信號抖動在3～5nS以下。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳述

圖1是本發(fā)明的方框圖。
圖中的各部件具體參數(shù)如下1、數(shù)字精密鑒相電路ACTEL的FPGA A1240-2；2、CPU采用M68Ec000,16位模式工作；3、D/A采用AD7840,14位高穩(wěn)定D/A轉(zhuǎn)換器；4、VCO采用SJS-2B,16.384MHz二級壓控晶振，輸出TTL電平，占空比50％的方波，上海郵電部第一研究所電子廠生產(chǎn)；5、可編程分頻器16位同步遞增分頻器，可由CPU預(yù)制分頻比；①、基準(zhǔn)1計數(shù)值寄存器16位寄存器，由基準(zhǔn)1正沿鎖存計數(shù)總線，可由CPU讀出；②、基準(zhǔn)2計數(shù)值寄存器16位寄存器，由基準(zhǔn)2正沿鎖存計數(shù)總線，可由CPU讀出；
、基準(zhǔn)K計數(shù)值寄存器16位寄存器，由基準(zhǔn)K正沿鎖存計數(shù)總線，可由CPU讀出；9、控制寄存器16位可由CPU讀/寫寄存器，采用位組合完成實現(xiàn)基準(zhǔn)選擇13的控制，分頻器5的復(fù)位，基準(zhǔn)計數(shù)值寄存器①,②,
的清除；10、粗定位值寄存器16位可由CPU寫入寄存器；11、數(shù)字比較器16位數(shù)字比較器；12、延遲鑒相器31段延遲線級聯(lián)形成32個抽頭，用以將數(shù)字比較器11的輸出的脈沖延遲不同的時間，把經(jīng)基準(zhǔn)選擇13選擇后的基準(zhǔn)信號鎖存在相移字寄存器14；13、基準(zhǔn)選擇多路選通，用以選擇進行延遲鑒相的基準(zhǔn)信號；14、相移字寄存器存儲延遲鑒相的結(jié)果，32位可由CPU讀的寄存器；15、1,2,…,K基準(zhǔn)輸入多個基準(zhǔn)輸入，8KHz的TTL方波；16、計數(shù)總線16位，由分頻器5輸出；17、同步信號計數(shù)總線歸0時產(chǎn)生脈沖，用以CPU2中斷產(chǎn)生。
使用時，首先CPU2進行初始化工作，初始化工作包括設(shè)置分頻器5的分頻比，解除分頻器5的復(fù)位狀態(tài)，解除基準(zhǔn)計數(shù)值寄存器①,②,
的清除狀態(tài)，選擇進行延遲鑒相的基準(zhǔn)。分頻器開始工作后，在計數(shù)總線16歸0時由同步信號17產(chǎn)生中斷。中斷處理先讀取各個基準(zhǔn)計數(shù)值寄存器①,②,
中的值，若某個基準(zhǔn)計數(shù)值寄存器的值仍是清除狀態(tài)時的值(全1)表明此基準(zhǔn)已失去，若某個基準(zhǔn)計數(shù)值寄存器的值不是全1，此計數(shù)值表明該基準(zhǔn)上升沿時計數(shù)總線16的值。CPU讀出各個基準(zhǔn)計數(shù)值寄存器(1)、(2)、(k)中的值后對各個基準(zhǔn)計數(shù)值寄存器進行清除，以備下一次測試。對于要進行延遲鑒相的基準(zhǔn)若其計數(shù)值在連續(xù)兩次中斷處理讀出時發(fā)生變化，則要把新的計數(shù)值寫入粗定位值寄存器10。讀取相移字寄存器14的值，判斷連續(xù)兩次中斷處理讀出的相移字0/1跳變點是否有變化。若有變化則可根據(jù)跳變點前移還是后移判斷出VCO振蕩頻率高于還是低于標(biāo)稱值，相應(yīng)地在D/A控制電壓上加上還是減去一個單位控制電壓，最終被跟蹤基準(zhǔn)的計數(shù)值和相移字0/1跳變點穩(wěn)定不動，即實現(xiàn)鎖定狀態(tài)。
不用延遲鑒相，只根據(jù)基準(zhǔn)計數(shù)值變化控制D/A，也可以達到鎖相的目的。
本發(fā)明是一種數(shù)字精密鑒相電路，用于檢測被測信號與基準(zhǔn)信號之間的相位差，其特征是該電路包括接受VCO振蕩器4輸出的高頻信號的可編程同步分頻器5基準(zhǔn)選擇電路13選通某一基準(zhǔn)信號送延遲鑒相器12，同時CPU2將被選擇的基準(zhǔn)信號的鎖存在所述基準(zhǔn)計數(shù)寄存器的基準(zhǔn)計數(shù)值讀出并寫入粗定位寄存器10，所述的粗定位寄存器10中的數(shù)值和計數(shù)總線上的數(shù)值，通過數(shù)字比較器11進行比較，產(chǎn)生一鑒相脈沖，所述的鑒相脈沖的前沿和被選擇的基準(zhǔn)信號的前沿有一時間差，此時間差小于VCO輸出信號的一個周期。所述脈沖送延遲鑒相器12延遲0,D,2D,3D,……,(M-1)D個時間間隔(D為單位延遲間隔)，形成一連串的脈沖M位)，它們在不同時刻對被選擇的基準(zhǔn)信號進行采樣并鎖存，鎖存的結(jié)果送入相移字寄存器14，相移字的結(jié)構(gòu)形如0,0,…,0,1,1,…,1即為幾個連0和幾個連1，位數(shù)與延遲鑒相器12產(chǎn)生的M位脈沖相應(yīng)，從0到1的跳變處即為對應(yīng)被選擇的基準(zhǔn)信號的上升沿，因為相移字相鄰位的采樣時間差為一個單位延遲間隔DD僅為幾個nS)，由此可知，相移字的0/1位圖就表示了被選擇的基準(zhǔn)信號的上升沿(或下降沿)與同步信號前沿的精細時間差，此精細時間差及其變化，通過CPU2進行運算后，送數(shù)/模轉(zhuǎn)換器D/A，以控制VCO振蕩器4的振蕩頻率，達到精密鑒相的目的。
本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點1、可以把輸出信號鎖定到與基準(zhǔn)信號任意指定的相位關(guān)系上，方法是在鎖相環(huán)進入鎖相狀態(tài)后，記錄下此時的VCO壓控電壓值，然后根據(jù)輸出信號是超前還是滯后于指定的相位關(guān)系，在VCO壓控電壓上加上或減去一個值，使輸出信號的相位向指定的相位漂移，在達到預(yù)定的相位調(diào)整；2、由于具有多個基準(zhǔn)計數(shù)器可同時容多個基準(zhǔn)信號鎖存計數(shù)總成的數(shù)值，因而可同時對多個基準(zhǔn)信號進行粗測量，所以它具有多基準(zhǔn)信號的處理能力，由于可同時對多個基準(zhǔn)信號進行粗測量，因而可無抖動或漂動地在基準(zhǔn)信號間切換；3、精測時間差可達3nS以下，可以用粗、精時間差進行各種運算，精確地實現(xiàn)各種環(huán)路特性；4、由于能控制輸出信號和基準(zhǔn)信號的相位關(guān)系，保證了備用鎖相環(huán)在切換時輸出信號抖動在3～5nS以下。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字精密鑒相電路，用于檢測被測信號與基準(zhǔn)信號之間的相位差，其特征是該電路包括接受VCO振蕩器(4)輸出的高頻信號的可編程同步分頻器(5)，所述分頻器(5)采用遞增(或遞減)計數(shù)方式，并將VCO振蕩器(4)輸出的高頻振蕩信號分頻到與基準(zhǔn)信號(15)同頻，并在計數(shù)總線上進行輸出位累加(減)計數(shù)值，如果是N次分頻，則在計數(shù)總線上依次循環(huán)產(chǎn)生數(shù)值為0、1、2、……,N-2,N-1(或其反序)的信號，輸入的各基準(zhǔn)信號(15)的上升沿(或下降沿)分別在基準(zhǔn)計數(shù)值寄存器①,②,③,……,
中鎖存所述的計數(shù)總線上依次循環(huán)產(chǎn)生的數(shù)值，該鎖存的數(shù)值即為基準(zhǔn)計數(shù)值，可編程同步分頻器(5)的同步信號(17)在計數(shù)器歸零時產(chǎn)生，與VCO振蕩器(4)的信號同步，這樣某基準(zhǔn)信號的基準(zhǔn)計數(shù)值就是該基準(zhǔn)信號的上升沿(或下降沿)相對于同步信號前沿的時間差，所述時間差的變化就反映同步信號和基準(zhǔn)信號之間的相位差漂移，利用所述的時間差控制VCO振蕩器(4)的壓控電壓，達到一般的鎖相目的；基準(zhǔn)選擇電路(13)選通某一基準(zhǔn)信號送延遲鑒相器(12)，同時CPU(2)將被選擇的基準(zhǔn)信號鎖存在所述基準(zhǔn)計數(shù)寄存器的基準(zhǔn)計數(shù)值讀出并寫入粗定位寄存器(10)，所述的粗定位寄存器(10)中的數(shù)值和計數(shù)總線上的數(shù)值，通過數(shù)字比較器(11)進行比較，產(chǎn)生一鑒相脈沖，所述鑒相脈沖送延遲鑒相器(12)延遲0,D,2D,3D,……,(M-1)D個時間間隔(D為單位延遲間隔)，形成一連串的脈沖(M位)，它們在不同時刻對被選擇的基準(zhǔn)信號進行采樣并鎖存，鎖存的結(jié)果送入相移字寄存器(14)，相移字的結(jié)構(gòu)形如0,0,…,0,1,1,…,1即為幾個連0和幾個連1，位數(shù)與延遲鑒相器(12)產(chǎn)生的M位脈沖相應(yīng)，從0到1的跳變處即為對應(yīng)被選擇的基準(zhǔn)信號的上升沿，因為相移字相鄰位的采樣時間差為一個單位延遲間隔D(D僅為幾個nS)，由此可知，相移字的0/1位圖就表示了被選擇的基準(zhǔn)信號的上升沿(或下降沿)與同步信號前沿的精細時間差，此精細時間差及其變化，通過CPU(2)進行運算后，送數(shù)/模轉(zhuǎn)換器D/A，以控制VCO振蕩器(4)的振蕩頻率，達到精密鑒相的目的。
全文摘要
一種數(shù)字精密鑒相器,用對基準(zhǔn)信號和振蕩信號的時間差進行粗、精測完成鑒相。粗測用遞增(或遞減)計數(shù)器將振蕩信號分頻到基準(zhǔn)信號頻率,基準(zhǔn)信號上升(或下降沿),對分頻器總線進行鎖存,鎖存值的變化反映振蕩信號偏離標(biāo)稱頻率的大小和方向;精測是把粗測值同分頻器總線上的數(shù)字比較產(chǎn)生一鑒相脈沖,該鑒相脈沖送入延遲鑒相器延遲0,1D,2D…,(M－1)D產(chǎn)生一串脈沖,它們依次對基準(zhǔn)信號采樣并鎖存,此采樣結(jié)果即反映基準(zhǔn)信號與振蕩信號的精細時間差。
文檔編號H03L7/08GK1237041SQ98108650
公開日1999年12月1日 申請日期1998年5月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月22日
發(fā)明者賈學(xué)卿 申請人:南方通信(惠州)實業(yè)有限公司, 北京郵電大學(xué)