專利名稱：一種縮短鎖相環(huán)捕獲時間的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鎖相環(huán)的捕獲方法，具體涉及一種數(shù)字式軟件鎖相環(huán)的捕獲方法，特別是一種縮短鎖相環(huán)捕獲時間的方法。
背景技術：
在通信設備中，時鐘同步系統(tǒng)是不可缺少的組成部分。通常這種時鐘同步系統(tǒng)是由一個數(shù)字式的軟件鎖相環(huán)來組成。數(shù)字式軟件鎖相環(huán)可以分為以下四個工作狀態(tài)自由運行(Free-run)、捕獲(Capture)、鎖定(Normal)、保持(Holdover)。一開始時，鎖相環(huán)處于自由運行狀態(tài)；當給鎖相環(huán)接入一個質(zhì)量良好的參考源以后，鎖相環(huán)進入捕獲狀態(tài)，這時鎖相環(huán)采用快速的調(diào)整參數(shù)來調(diào)整本振的頻率，使本振信號的頻率與參考源的頻率迅速接近；當本振信號調(diào)整到一定程度后，鎖相環(huán)進入鎖定狀態(tài)，這時會采用比較精細的調(diào)整參數(shù)來調(diào)整本振，使其輸出一個頻率和相位都比較穩(wěn)定的時鐘信號；在鎖定狀態(tài)下，當參考源丟失或降質(zhì)時，鎖相環(huán)進入保持狀態(tài)。
對于通信設備來說，只有當設備內(nèi)的這個鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)時，系統(tǒng)的其他部分才能正常工作。當本振的初始頻率跟參考源相差較大時，捕獲時間會比較長。因此，在接入一個良好的參考源后如何縮短捕獲時間，就成了讓整個通信設備盡快進入正常工作狀態(tài)的關鍵。
為了縮短捕獲時間，通常的做法是通過調(diào)整鎖相環(huán)的環(huán)路參數(shù)，使鎖相環(huán)跟蹤得更快一點。
比如一個二階鎖相環(huán)，其閉環(huán)傳遞函數(shù)是H(s)=θ0(s)θi(s)=2ζωns+ωn2s2+2ζωns+ωn2]]>其中ζ為阻尼系數(shù)，ωn為自由振蕩頻率。選擇合適的ζ和ωn參數(shù)，理論上可以得到理想的捕獲性能，使捕獲時間較短，且輸出頻率、相位穩(wěn)定。但是這個合適的參數(shù)是很難獲得的。
當捕獲時間較短時，鎖相環(huán)容易形成過調(diào)，甚至進入自激振蕩狀態(tài)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。而且對于每一組ζ和ωn參數(shù)，都需要做大量的測試才能確定是否能穩(wěn)定工作。所以通過調(diào)整鎖相環(huán)環(huán)路參數(shù)的辦法來縮短捕獲時間是一件費時費力而又難以奏效的事情。
考察一個鎖相環(huán)的捕獲過程，如圖1所示。在初始階段，本振的頻率迅速跟蹤上參考源頻率，而二者之間的相對相位則由0上升到最大值，這個相對相位的最大值跟本振和參考源之間的初始頻差有關，初始頻差越大，相對相位最大值就越大；在隨后的階段，鎖相環(huán)將相對相位又慢慢地調(diào)回到0，這個階段所耗費的時間和相對相位最大值有關，最大值越大，將相對相位調(diào)回0點的時間越長。整個捕獲過程為1084秒，第一階段耗時194秒，第二階段耗時890秒。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是在不改變鎖相環(huán)環(huán)路參數(shù)的情況下，縮短數(shù)字軟件鎖相環(huán)的捕獲時間，從而使整個設備能迅速地進入正常工作狀態(tài)。相應的本發(fā)明的目的在于提供一種縮短鎖相環(huán)捕獲時間的方法。
在背景技術中曾經(jīng)提到，捕獲階段的主要任務是讓本振的頻率盡量接近參考源頻率，而對二者之間的相對相位沒有要求。對比這個捕獲過程，可以得出第二階段將相位差調(diào)回絕對的0點是沒有必要的。因此可以在軟件中進行判斷，當本振頻率接近參考源頻率時，也就是在第一階段即將結束時，將相對相位重新設置為0，重新開始一次新的捕獲過程。在這個新的捕獲過程中，由于一開始本振和參考源之間的頻差就很小，所以相對相位最大值比較小，這樣就使得將這個相位調(diào)回新的相對0點所耗費的時間也比較短，從而縮短整個捕獲時間。
本發(fā)明為解決上述技術問題所采用的技術方案是捕獲過程中，對本振跟參考源的頻率差進行判斷，當頻率差已經(jīng)調(diào)整得比較小時，重新設立相位基準。
本發(fā)明具體是這樣實現(xiàn)的一種縮短鎖相環(huán)捕獲時間的方法，進行初次傳統(tǒng)捕獲過程之前，其特征在于，執(zhí)行如下處理步驟步驟一在進入捕獲狀態(tài)時，設置表示初次進入捕獲狀態(tài)的有效標志；步驟二進行初次傳統(tǒng)捕獲過程，并判斷本振跟參考源之間的頻差；步驟三當本振跟參考源之間的頻差小于一定的閾值時，重新設置參考相位，清除相對相位，并將有效標志清除；步驟四進行再次傳統(tǒng)的捕獲過程。
所述步驟一，將當前相位設置為參考相位，清除相位積分值。
所述步驟二，根據(jù)鑒相器輸出的鑒相值和步驟一設置的參考相位之間的相位差以及該相位差的積分，計算出本振頻率調(diào)整量，據(jù)此重復執(zhí)行調(diào)整本振頻率，使本振頻率跟蹤上參考源頻率。
所述步驟三，相位積分值則由當前本振頻率調(diào)整量反算出來，以便使后續(xù)的捕獲過程有一個連續(xù)的調(diào)整量。
所述步驟四，根據(jù)鑒相值和步驟三設置的參考相位之間的相位差以及該相位差的積分，計算出本振頻率調(diào)整量，繼續(xù)精細地調(diào)整本振頻率，直到滿足進入鎖定狀態(tài)的條件，轉入正常跟蹤狀態(tài)。
本發(fā)明所述方法，跟傳統(tǒng)的捕獲方法相比，對捕獲的過程進行了優(yōu)化，在不改變環(huán)路參數(shù)的情況下，縮短了捕獲時間，減小了整個系統(tǒng)的準備時間。尤其是當本振與參考源之間的初始頻差比較大，而且不允許在開始捕獲時一步到位調(diào)整頻率時，改善的效果特別明顯。圖2是同一個鎖相環(huán)在同樣的初始頻差下，經(jīng)過本發(fā)明優(yōu)化后的捕獲過程，捕獲時間縮短到360秒，對比優(yōu)化前的1084秒，減小到原來的33％。


圖1是傳統(tǒng)鎖相環(huán)捕獲過程；圖2是本發(fā)明所述方法的捕獲過程；圖3是本發(fā)明所述縮短鎖相環(huán)捕獲方法實施流程圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發(fā)明所述方法的流程作進一步詳細說明如圖3所示首先，在數(shù)字式軟件鎖相環(huán)程序判斷當前參考源可用時，會進入初次捕獲狀態(tài)，設置初次捕獲有效標志bCaptureFirstTime。同時，將當前相位設置為參考相位，即將與本振和參考源之間初始頻差對應的相對相位的值，設置為參考相位，清除相位積分值，這些對應于本發(fā)明步驟一進行初始化處理的一些參數(shù)。
然后，根據(jù)鑒相器輸出的鑒相值和參考相位之間的相位差以及該相位差的積分，計算出DA轉換器的控制電壓Vctl，(對于采用DDS芯片來調(diào)整本振頻率的鎖相環(huán)，可以計算DDS器件的調(diào)整量)，據(jù)此調(diào)整本振頻率，使本振頻率跟蹤上參考源頻率，重復執(zhí)行這一步驟直到滿足下一條件。
用本次鑒相值和上一次鑒相值的差來計算本振和參考源之間的頻差。當本振頻率跟參考源頻率之間的差小于閾值FREQ_STABLE，閾值FREQ_STABLE是自行設置的經(jīng)驗值，并且初次捕獲標志bCaptureFirstTime有效時，重新設置當前相位為參考相位，即將在本振頻率和參考源頻率之間的頻差小于閾值時的相對相位的最大值設置為重新設置的新的參考相位，使得相對相位為0，結束初次的捕獲過程。相位積分值則由當前DA轉換器的控制電壓Vctl反算出來，以便使后續(xù)的調(diào)整過程有一個連續(xù)的調(diào)整量。同時將初次捕獲標志bCaptureFirstTime清除，轉入再次的傳統(tǒng)捕獲過程。
在傳統(tǒng)的捕獲過程中，同樣是根據(jù)鑒相值和新的參考相位之間的相位差以及該相位差的積分，計算出DA轉換器控制電壓Vctl，繼續(xù)精細地調(diào)整本振頻率，直到程序判斷滿足進入鎖定狀態(tài)的條件，轉入正常跟蹤狀態(tài)。
權利要求
1.一種縮短鎖相環(huán)捕獲時間的方法，進行初次傳統(tǒng)捕獲過程之前，其特征在于，執(zhí)行如下處理步驟步驟一在進入捕獲狀態(tài)時，設置表示初次進入捕獲狀態(tài)的有效標志；步驟二進行初次傳統(tǒng)捕獲過程，并判斷本振跟參考源之間的頻差；步驟三當本振跟參考源之間的頻差小于一定的閾值時，重新設置參考相位，清除相對相位，并將有效標志清除；步驟四進行再次傳統(tǒng)的捕獲過程。
2.如權利1所述的一種縮短鎖相環(huán)捕獲時間的方法，其特征在于所述步驟一，將當前相位設置為參考相位，清除相位積分值。
3.如權利1所述的一種縮短鎖相環(huán)捕獲時間的方法，其特征在于所述步驟二，根據(jù)鑒相器輸出的鑒相值和步驟一設置的參考相位之間的相位差以及該相位差的積分，計算出本振頻率的調(diào)整量，據(jù)此重復執(zhí)行調(diào)整本振頻率，使本振頻率跟蹤上參考源頻率。
4.如權利1所述的一種縮短鎖相環(huán)捕獲時間的方法，其特征在于所述步驟三，相位積分值則由當前本振頻率調(diào)整量反算出來，以便使后續(xù)的捕獲過程有一個連續(xù)的調(diào)整量。
5.如權利1所述的一種縮短鎖相環(huán)捕獲時間的方法，其特征在于所述步驟四，根據(jù)鑒相值和步驟三設置的參考相位之間的相位差以及該相位差的積分，計算出本振頻率調(diào)整量，繼續(xù)精細地調(diào)整本振頻率，直到滿足進入鎖定狀態(tài)的條件，轉入正常跟蹤狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種縮短鎖相環(huán)捕獲時間的方法，具體執(zhí)行如下步驟，步驟一在進入捕獲狀態(tài)時，設置表示初次進入捕獲狀態(tài)的有效標志；步驟二進行初次傳統(tǒng)捕獲過程，并判斷本振跟參考源之間的頻差；步驟三當本振跟參考源之間的頻差小于一定的閾值時，重新設置參考相位，清除相對相位，并將有效標志清除；步驟四進行再次傳統(tǒng)的捕獲過程。采用本發(fā)明所述的方法，對捕獲的過程進行了優(yōu)化，在不改變環(huán)路參數(shù)的情況下，縮短了捕獲時間，減小了整個系統(tǒng)的準備時間。尤其是當本振與參考源之間的初始頻差比較大，而且不允許在開始捕獲時一步到位調(diào)整頻率時，改善的效果特別明顯。
文檔編號H04L7/033GK1960241SQ200510117180
公開日2007年5月9日 申請日期2005年11月3日 優(yōu)先權日2005年11月3日
發(fā)明者李學煥, 邱文才, 趙亞鋒 申請人:中興通訊股份有限公司