1、全數字鎖相環原理及應用摘要： 首先介紹全數字鎖相環的結構，及各個模塊的作用，接著講述全數字鎖相環的工作原理，然后介紹在全數字鎖相環在調頻和解調電路、頻率合成器中的應用。關鍵字：全數字鎖相環 數字環路鑒相器 數字環路濾波器 數字壓控振蕩器1. 前言鎖相環(PLL，Phase Locked Loop 技術在眾多領域得到了廣泛的應用。如信號處理，調制解調，時鐘同步，倍頻，頻率綜合等都應用到了鎖相環技術。傳統的鎖相環由模擬電路實現，而全數字鎖相環(ADPLL，All Digital Phase Locked Loop 與傳統的模擬電路實現的PLL 相比，具有精度高且不受溫度和電壓影響，環路帶寬和中心頻

2、率編程可調，易于構建高階鎖相環等優點，并且應用在數字系統中時，不需A/D及D/A轉換。隨著通訊技術、集成電路技術的飛速發展和系統芯片的深入研究，全數字鎖相環將會在其中得到更為廣泛的應用。2. 全數字鎖相環結構及原理 圖1 數字鎖相環路的基本結構(1數字環路鑒相器（DPD ）數字鑒相器也稱采樣鑒相器，是用來比較輸入信號與壓控振蕩器輸出信號的相位，它的輸出電壓是 對應于這兩個信號相位差的函數。它是鎖相環路中的關鍵部件，數字鑒相器的形式可分為：過零采樣鑒相器、觸發器型數字鑒相器、超前滯后型數字鑒相器和奈奎斯特速率取樣鑒相器。(2數字環路濾波器（DLF ）數字環路濾波器在環路中對輸入噪聲起抑止作用，并

3、且對環路的校正速度起調節作用。數字濾波器是一種專門的技術，有各種各樣的結構形式和設計方法。引入數字環路濾波器和模擬鎖相環路引入環路濾波器的目的一樣，是作為校正網絡引入環路的。因此，合理的設計數字環路濾波器和選取合適的數字濾波器結構就能使DPLL 滿足預定的系統性能要求。(3 數字壓控振蕩器（DCO ）數控振蕩器，又稱為數字鐘。它在數字環路中所處的地位相當于模擬鎖相環中的壓控振蕩器（VCO ）。但是，它的輸出是一個脈沖序列，而該輸出脈沖序列的周期受數字環路濾波器送來的校正信號的控制。其控制特點是：前一采樣時刻得到的校正信號將改變下一個采樣時刻的脈沖時間位置。全數字鎖相環工作原理全數字鎖相環的基本

4、工作過程如下：(1 設輸入信號 ui (t 和本振信號（數字壓控振蕩器輸出信號）u o (t 分別是正弦和余弦信號，他們在數字鑒相器內進行比較，數字鑒相器的輸出是一個與兩者間的相位差成比例的電壓u d (t。(2 數字環路濾波器除數字鑒相器輸出中的高頻分量，然后把輸出電壓u c (t 加到數字壓控振蕩器的輸出端，數字壓控振蕩器的本振信號頻率隨著輸入電壓的變化而變化。如果兩者頻率不一致，則數字鑒相器的輸出將產生低頻變化分量，并通過低通濾波器使DCO 的頻率發生變化。只要環路設計恰當，則這種變化將使本振信號u o (t 的頻率與數字鑒相器輸入信號u i (t 的頻率一致。(3最后，如果本振信號的頻

5、率和輸入信號的頻率完全一致，兩者的相位差將保持某一個恒定值，則數字鑒相器的輸出將是一個恒定直流電壓 （忽略高頻分量），數字環路濾波器的輸出也是一個直流電壓，DCO 的頻率也將停止變化，這時，環路處于“鎖定狀態”。3. 全數字鎖相環的特點及應用全數字化鎖相環的共同特點(1電路完全數字化，使用邏輯門電路和觸發器電路。系統中只有“導通”和“截止”兩種工作狀態，受外界和電源的干擾的可能性大大減小，電路容易集成，易于制成全集成化的單片全數字鎖相環路。因而系統的可靠性大大提高。(2全數字鎖相環路還緩和甚至消除了模擬鎖相環路中電壓控制振蕩器（VCO ）的非線性以及環路中使用運算放大器和晶體管后而出現的飽和及

6、運算放大器和鑒相器的零漂等對環路性能的影響。(3數字鎖相環路的環路部件甚至整個環路都可以直接用微處理機來模擬而實現。(4全數字鎖相環路中，因模擬量轉變為數字量所引入的量化誤差和離散控制造成的誤差，只要系統設計得當，均可以被忽略。全數字化鎖相環的在實際工程中的應用目前，全數字鎖相環路（A DPLL ）已在數字通信、無線電電子學及電力系統自動化等領域中得到了極為廣泛的應用。A DPLL 具有精度高、不受溫度和電壓影響、環路帶寬和中心編程頻率可調、易于構建高階鎖相環等優點。隨著集成電路技術的發展，不僅能夠制成頻率較高的單片集成鎖相環路，而且可以把整個系統集成到一個芯片上去。全數字鎖相環在調頻和解調電

7、路中的應用 圖3 調頻電路框圖全數字鎖相環在頻率合成電路中的應用在現代電子技術中，為了得到高精度的振蕩頻率，通常采用石英晶體振蕩器。但石英晶體振蕩器的頻率不容易改變，利用鎖相環、倍頻、分頻等頻率合成技術，可以獲得多頻率、高穩定的振蕩信號輸出。輸出信號頻率比晶振信號頻率大的稱為鎖相倍頻器電路；輸出信號頻率比晶振信號頻率小的稱為鎖相分頻器電路。鎖相倍頻和鎖相分頻電路組成框圖如圖4所示： 圖4 鎖相倍頻分頻電路組成框圖f i =Nfo注：圖中的N 大于1時，為分頻電路；當N 小于1時為倍頻電路。4. 總結本文主要介紹了全數字鎖相環的原理及在工程中應用，隨著科技的發展，根據不同的需要，單片集成全數字鎖相環的商用產品越來越多，它具有精度高、不受溫度和電壓影響、環路帶寬和中心編程頻率可調、易于構建高階鎖相環等優點。應用變得越來越廣泛。參考文獻1Floyd M.Gardner著，姚劍清譯. 鎖相環技術. 北京：人民郵電出