專利名稱：一種輸入信號鎖相控制的鑒相濾波方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輸入信號鎖相控制的鑒相濾波方法及其裝置。
輸入信號鎖相控制是一個通過鎖相環(huán)路(PLL)跟蹤輸入信號相位的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，依靠環(huán)路的相位跟蹤作用，迫使輸出信號的相位隨輸入信號相位的變化而變化。鎖相技術(shù)已經(jīng)在通信領(lǐng)域的數(shù)字信號傳輸、高精度時鐘源、頻率合成等方面得到了廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮了獨(dú)特的作用。
如

圖1所示，通常的數(shù)字鎖相環(huán)路是由數(shù)字壓控振蕩器(DCO)1、數(shù)字鑒相器2和數(shù)字環(huán)路濾波器3組成。對輸入信號鎖相控制的鑒相濾波方法是根據(jù)高頻鑒相時鐘信號頻率與低頻參考時鐘信號頻率存在的一定比例關(guān)系，利用高頻鑒相時鐘信號去采樣低頻參考時鐘信號，以三個采樣點(diǎn)為一組進(jìn)行分析，統(tǒng)計低頻參考時鐘信號的正相或負(fù)向過零點(diǎn)個數(shù)來提取相位誤差信息，然后進(jìn)行濾波，輸出濾波后的控制信號。
在上述的方法中，對過零點(diǎn)的判斷比較復(fù)雜，同時在數(shù)字鑒相器中，需要動態(tài)緩存，增加了鑒相硬件電路的復(fù)雜度，而且要達(dá)到一定的濾波效果，還必須配置相應(yīng)的硬件設(shè)備。
本發(fā)明的目的在于提供一種輸入信號鎖相控制的鑒相濾波方法及其裝置，提高時鐘源精度和減少硬件電路的復(fù)雜度。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的一種輸入信號鎖相控制的鑒相濾波方法，包括下列步驟首先，根據(jù)要求的環(huán)路鎖相頻帶寬度和環(huán)路鑒相分辨率，確定鑒相周期數(shù)為N，N為自然數(shù)；在每一鑒相周期內(nèi)，將參考時鐘信號和鑒相時鐘信號同時固定分頻到一相同頻率，獲得由分頻得到的“同頻”信號之間的頻率偏差，用鑒相時鐘信號采樣該頻率偏差信號，得到一鑒相誤差數(shù)據(jù)；重復(fù)過程N(yùn)次，獲得一組鑒相誤差數(shù)據(jù)序列；將上述的序列的鑒相誤差數(shù)據(jù)逐一與異常采樣數(shù)據(jù)門限值常數(shù)相比進(jìn)行篩選若超出范圍，丟棄相應(yīng)的鑒相誤差數(shù)據(jù)；若落入范圍，將該鑒相誤差數(shù)據(jù)作為被選濾波數(shù)據(jù)；由此獲得鑒相誤差數(shù)據(jù)序列中的M個被選濾波數(shù)據(jù)，M＜N；將M個被選濾波數(shù)據(jù)組成一新鑒相誤差數(shù)據(jù)序列，依次進(jìn)行序列濾波，獲得前級濾波后的m個濾波數(shù)據(jù)序列；將m個濾波數(shù)據(jù)序列再進(jìn)行平滑濾波，輸出一個精確的鑒相誤差數(shù)據(jù)。
在上述的輸入信號鎖相控制的鑒相濾波方法中，序列濾波的方法為當(dāng)參考時鐘信號正向漂移時，認(rèn)為新鑒相誤差數(shù)據(jù)序列中數(shù)據(jù)存在遞減規(guī)律，依次在其三個連續(xù)的鑒相誤差數(shù)據(jù)中尋找畸異點(diǎn)，當(dāng)三個連續(xù)的鑒相誤差數(shù)據(jù)中的某個鑒相誤差數(shù)據(jù)的地址指針指向的鑒相誤差數(shù)據(jù)滿足前鑒相誤差數(shù)據(jù)＜鑒相誤差數(shù)據(jù)＜后鑒相誤差數(shù)據(jù)；則認(rèn)為該鑒相誤差數(shù)據(jù)為畸異點(diǎn)，去除該畸異點(diǎn)，完成序列濾波過程；當(dāng)參考時鐘信號負(fù)向漂移時，認(rèn)為新鑒相誤差數(shù)據(jù)序列中數(shù)據(jù)存在遞增規(guī)律，依次在其三個連續(xù)的鑒相誤差數(shù)據(jù)中尋找畸異點(diǎn)，當(dāng)三個連續(xù)的鑒相誤差數(shù)據(jù)中的某個鑒相誤差數(shù)據(jù)的地址指針指向的鑒相誤差數(shù)據(jù)滿足前鑒相誤差數(shù)據(jù)＞鑒相誤差數(shù)據(jù)＞后鑒相誤差數(shù)據(jù)；則認(rèn)為該鑒相誤差數(shù)據(jù)為畸異點(diǎn)，去除該畸異點(diǎn)，完成序列濾波過程。
在上述的輸入信號鎖相控制的鑒相濾波方法中，平滑濾波的方法為將M個序列濾波數(shù)據(jù)進(jìn)行積分求和，得到一個積分值；用積分值乘以比例窗，所得的即為平滑濾波后的結(jié)果。
在上述的輸入信號鎖相控制的鑒相濾波方法中，比例窗為M除以m的商。
在上述的輸入信號鎖相控制的鑒相濾波方法中，鑒相周期數(shù)N的確定步驟為根據(jù)下述兩個式子獲得N1、N2，N1=F·ΔN·(Fref+Δf1)Forg·Δf1,N2=F·ΔN·(Forg+Δf2)Forg·Δf2]]>其中Fref為參考時鐘頻率，F(xiàn)org為鑒相時鐘頻率，F(xiàn)為分頻時鐘頻率，ΔN為累計誤差計數(shù)值，Δf1為參考時鐘頻偏，Δf2為鑒相時鐘頻偏；根據(jù)ΔN的上限、要求的環(huán)路鎖相頻帶寬度和環(huán)路鑒相分辨率從N1～N2之間進(jìn)行優(yōu)化選擇。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的一種輸入信號鎖相控制的鑒相濾波裝置，它包括數(shù)字鑒相單元和濾波單元，所述的數(shù)字鑒相單元包括兩個分頻單元，分別接收輸入的參考時鐘信號和鑒相時鐘信號，分頻一相同的低頻頻率后分別輸出；誤差門控脈沖發(fā)生單元，接收兩個分頻單元輸出的信號，用鑒相時鐘信號采樣，產(chǎn)生鑒相誤差數(shù)據(jù)序列，并輸出；所述的濾波單元包括數(shù)據(jù)有效性判決單元，將上述序列鑒相誤差數(shù)據(jù)逐一與異常采樣數(shù)據(jù)門限值常數(shù)進(jìn)行比較篩選，輸出篩選后的數(shù)據(jù)；序列濾波單元，在上述篩選后的數(shù)據(jù)中尋找畸異數(shù)據(jù)，并去除該畸異數(shù)據(jù)，輸出濾波數(shù)據(jù)序列；滑動平均處理單元，將上述的濾波數(shù)據(jù)序列進(jìn)行平滑濾波后輸出一個精確的鑒相誤差數(shù)據(jù)。
上述的輸入信號鎖相控制的鑒相濾波裝置，其中，數(shù)字鑒相單元是可編程邏輯器。
由于采用了上述的方法和裝置，參考時鐘信號和鑒相時鐘信號都是方波時鐘信號，將兩時鐘信號固定分頻到某一較低頻率，保留了相位誤差信息，利用本地鑒相時鐘信號來計數(shù)，同時利用兩信號上升沿隔產(chǎn)生計數(shù)門控信號，省去了過零點(diǎn)檢測電路。本發(fā)明提高了時鐘源的精度，減少了硬件設(shè)備，通過軟件濾波提高了濾波效果。
下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
圖1是現(xiàn)有的數(shù)字鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明鑒相濾波裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
本發(fā)明所提供的一種對輸入信號鎖相控制中鑒相濾波的方法，包括下述過程首先，根據(jù)要求的環(huán)路鎖相頻帶寬度和環(huán)路鑒相分辨率，確定鑒相周期數(shù)為N，N為自然數(shù)。
鑒相周期數(shù)N是分別根據(jù)下述兩個式子獲得取值范圍，即N1=F·ΔN·(Fref+Δf1)Forg·Δf1]]>N2=F·ΔN·(Forg+Δf2)Forg·Δf2]]>其中Fref為參考時鐘頻率，F(xiàn)org為鑒相時鐘頻率，F(xiàn)為分頻時鐘頻率，ΔN為累計誤差計數(shù)值，Δf1為參考時鐘頻偏，Δf2為鑒相時鐘頻偏；N根據(jù)ΔN上限、要求的環(huán)路鎖相頻帶寬度和環(huán)路鑒相分辨率從N1～N2之間進(jìn)行擇優(yōu)選擇。
在每一鑒相周期內(nèi)，將參考時鐘信號和鑒相時鐘信號同時固定分頻到一相同頻率，獲得由分頻得到的“同頻”信號之間的頻率偏差，用鑒相時鐘信號采樣該頻率偏差信號，得到一鑒相誤差數(shù)據(jù)。
重復(fù)過程N(yùn)次，獲得一組鑒相誤差數(shù)據(jù)序列。
將上述的序列的鑒相誤差數(shù)據(jù)逐一與異常采樣數(shù)據(jù)門限值常數(shù)相比進(jìn)行篩選若超出范圍，丟棄相應(yīng)的鑒相誤差數(shù)據(jù)；若落入范圍，將該鑒相誤差數(shù)據(jù)作為被選濾波數(shù)據(jù)；由此獲得鑒相誤差數(shù)據(jù)序列中的M個被選濾波數(shù)據(jù)，M＜N。
將M個被選濾波數(shù)據(jù)組成一新鑒相誤差數(shù)據(jù)序列，依次進(jìn)行序列濾波，獲得前級濾波后的m個濾波數(shù)據(jù)序列。所述的序列濾波的過程為當(dāng)參考時鐘信號正向漂移時，認(rèn)為在新鑒相誤差數(shù)據(jù)序列中數(shù)據(jù)存在遞減規(guī)律，依次在其三個連續(xù)的鑒相誤差數(shù)據(jù)中尋找畸異點(diǎn)，當(dāng)三連續(xù)的鑒相誤差數(shù)據(jù)中存在同時滿足如下判據(jù)*pSamp＜*(pSamp+1)||*(pSamp+1)＜*(pSamp+2)式中“*pSamp”為地址指針指向的鑒相誤差數(shù)據(jù)，“||”為同時滿足，判定該*(pSamp+1)為鑒相誤差數(shù)據(jù)為畸異點(diǎn)，去除該畸異點(diǎn)。
當(dāng)參考時鐘信號負(fù)向漂移時，認(rèn)為在新鑒相誤差數(shù)據(jù)序列中數(shù)據(jù)存在遞增規(guī)律，依次在其三個連續(xù)的鑒相誤差數(shù)據(jù)中尋找畸異點(diǎn)，當(dāng)三連續(xù)的鑒相誤差數(shù)據(jù)中存在同時滿足如下判據(jù)*pSamp＞*(pSamp+1)||*(pSamp+1)＞*(pSamp+2)則認(rèn)為該*(pSamp+1)為鑒相誤差數(shù)據(jù)為畸異點(diǎn)，去除該畸異點(diǎn)，完成序列濾波過程。
將m個序列濾波數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑濾波，輸出一個精確的鑒相誤差數(shù)據(jù)。
所述的平滑濾波的方法為將M個序列濾波數(shù)據(jù)進(jìn)行積分求和，得到一個積分值；用積分值乘以比例窗，所得的即為平滑濾波后的結(jié)果。
所述的比例窗為M除以m的商。
如圖2所示，本發(fā)明所提供的一種對輸入信號鎖相控制中鑒相濾波的裝置，它包括數(shù)字鑒相單元4和濾波單元5，所述的數(shù)字鑒相單元4包括兩個分頻單元41，分別接收輸入的參考時鐘信號和鑒相時鐘信號，分頻一相同的低頻頻率后分別輸出；誤差門控脈沖發(fā)生單元42，接收兩個分頻單元41輸出的信號，用鑒相時鐘信號采樣，產(chǎn)生鑒相誤差數(shù)據(jù)序列，并輸出；所述的濾波單元5包括數(shù)據(jù)有效性判決單元51，將上述鑒相誤差數(shù)據(jù)序列逐一與異常采樣數(shù)據(jù)門限值常數(shù)比較進(jìn)行篩選，輸出篩選后的數(shù)據(jù)；序列濾波單元52，在上述篩選后的數(shù)據(jù)中尋找畸異點(diǎn)，并去除畸異點(diǎn)，輸出濾波數(shù)據(jù)序列；滑動平均處理單元53，將上述的濾波數(shù)據(jù)序列進(jìn)行平滑濾波后輸出一個精確的鑒相誤差數(shù)據(jù)。
上述的發(fā)明中數(shù)字鑒相單元利用可編程邏輯器件實現(xiàn)時鐘相位誤差數(shù)據(jù)采集，利用軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。數(shù)字鑒相單元與軟件濾波單元是獨(dú)立的，兩者間可達(dá)到一個合理的平衡，在一定的環(huán)路鎖相頻帶寬度要求下，獲得較高的鑒相頻率分辨率，達(dá)到0.04HZ鑒相頻率分辨率。軟件濾波部件平臺采用powerPC860主處理器，與數(shù)字鑒相部件采用總線方式連接，由于該處理器軟件模塊間采用了消息通信機(jī)制，當(dāng)采集到一組誤差數(shù)據(jù)，通過發(fā)送消息通知軟件濾波模塊進(jìn)行處理，有利于該處理器任務(wù)的調(diào)度。
權(quán)利要求
1.一種輸入信號鎖相控制的鑒相濾波方法，其特征在于，包括下列步驟首先，根據(jù)要求的環(huán)路鎖相頻帶寬度和環(huán)路鑒相分辨率，確定鑒相周期數(shù)為N，N為自然數(shù)；在每一鑒相周期內(nèi)，將參考時鐘信號和鑒相時鐘信號同時固定分頻到一相同頻率，獲得由分頻得到的“同頻”信號之間的頻率偏差，用鑒相時鐘信號采樣該頻率偏差信號，得到一鑒相誤差數(shù)據(jù)；重復(fù)過程N(yùn)次，獲得一組鑒相誤差數(shù)據(jù)序列；將上述的序列的鑒相誤差數(shù)據(jù)逐一與異常采樣數(shù)據(jù)門限值常數(shù)相比進(jìn)行篩選若超出范圍，丟棄相應(yīng)的鑒相誤差數(shù)據(jù)；若落入范圍，將該鑒相誤差數(shù)據(jù)作為被選濾波數(shù)據(jù)；由此獲得鑒相誤差數(shù)據(jù)序列中的M個被選濾波數(shù)據(jù)，M＜N；將M個被選濾波數(shù)據(jù)組成一新鑒相誤差數(shù)據(jù)序列，依次進(jìn)行序列濾波，獲得前級濾波后的m個濾波數(shù)據(jù)序列；將m個濾波數(shù)據(jù)序列再進(jìn)行平滑濾波，輸出一個精確的鑒相誤差數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輸入信號鎖相控制的鑒相濾波方法，其特征在于所述的序列濾波的方法為當(dāng)參考時鐘信號正向漂移時，認(rèn)為新鑒相誤差數(shù)據(jù)序列中數(shù)據(jù)存在遞減規(guī)律，依次在其三個連續(xù)的鑒相誤差數(shù)據(jù)中尋找畸異點(diǎn)，當(dāng)三個連續(xù)的鑒相誤差數(shù)據(jù)中的某個鑒相誤差數(shù)據(jù)的地址指針指向的鑒相誤差數(shù)據(jù)滿足前鑒相誤差數(shù)據(jù)＜鑒相誤差數(shù)據(jù)＜后鑒相誤差數(shù)據(jù)則認(rèn)為該鑒相誤差數(shù)據(jù)為畸異點(diǎn)，去除該畸異點(diǎn)，完成序列濾波過程；當(dāng)參考時鐘信號負(fù)向漂移時，認(rèn)為新鑒相誤差數(shù)據(jù)序列中數(shù)據(jù)存在遞增規(guī)律，依次在其三個連續(xù)的鑒相誤差數(shù)據(jù)中尋找畸異點(diǎn)，當(dāng)三個連續(xù)的鑒相誤差數(shù)據(jù)中的某個鑒相誤差數(shù)據(jù)的地址指針指向的鑒相誤差數(shù)據(jù)滿足前鑒相誤差數(shù)據(jù)＞鑒相誤差數(shù)據(jù)＞后鑒相誤差數(shù)據(jù)則認(rèn)為該鑒相誤差數(shù)據(jù)為畸異點(diǎn)，去除該畸異點(diǎn)，完成序列濾波過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輸入信號鎖相控制的鑒相濾波方法，其特征在于所述的平滑濾波的方法為將M個序列濾波數(shù)據(jù)進(jìn)行積分求和，得到一個積分值；用積分值乘以比例窗，所得的即為平滑濾波后的結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種輸入信號鎖相控制的鑒相濾波方法，其特征在于所述的比例窗為M除以m的商。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輸入信號鎖相控制的鑒相濾波方法，其特征在于所述的鑒相周期數(shù)N的確定步驟為根據(jù)下述兩個式子獲得N1、N2，即N1=F·ΔN·(Fref+Δf1)Forg·Δf1]]>N2=F·ΔN·(Forg+Δf2)Forg·Δf2]]>其中Fref為參考時鐘頻率，F(xiàn)org為鑒相時鐘頻率，F(xiàn)為分頻時鐘頻率，ΔN為累計誤差計數(shù)值，Δf1為參考時鐘頻偏，Δf2為鑒相時鐘頻偏；根據(jù)ΔN的上限、要求的環(huán)路鎖相頻帶寬度和環(huán)路鑒相分辨率從N1～N2之間進(jìn)行優(yōu)化選擇。
6.一種輸入信號鎖相控制的鑒相濾波裝置，它包括數(shù)字鑒相單元和濾波單元，其特征在于，所述的數(shù)字鑒相單元包括兩個分頻單元，分別接收輸入的參考時鐘信號和鑒相時鐘信號，分頻一相同的低頻頻率后分別輸出；誤差門控脈沖發(fā)生單元，接收兩個分頻單元輸出的信號，用鑒相時鐘信號采樣，產(chǎn)生鑒相誤差數(shù)據(jù)序列，并輸出；所述的濾波單元包括數(shù)據(jù)有效性判決單元，將上述序列鑒相誤差數(shù)據(jù)逐一與異常采樣數(shù)據(jù)門限值常數(shù)進(jìn)行比較篩選，輸出篩選后的數(shù)據(jù)；序列濾波單元，在上述篩選后的數(shù)據(jù)中尋找畸異數(shù)據(jù)，并去除該畸異數(shù)據(jù)，輸出濾波數(shù)據(jù)序列；滑動平均處理單元，將上述的濾波數(shù)據(jù)序列進(jìn)行平滑濾波后輸出一個精確的鑒相誤差數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種輸入信號鎖相控制的鑒相濾波裝置，其特征在于所述的數(shù)字鑒相單元是可編程邏輯器。
全文摘要
一種輸入信號鎖相控制的鑒相濾波裝置,它包括:兩個分頻單元,分別接收參考時鐘和鑒相時鐘信號,分頻一相同的低頻頻率;誤差門控脈沖發(fā)生單元,接收兩個分頻單元輸出的信號,用鑒相時鐘信號采樣,產(chǎn)生鑒相誤差數(shù)據(jù)序列;數(shù)據(jù)有效性判決單元,將上述數(shù)據(jù)逐一與異常采樣數(shù)據(jù)門限值進(jìn)行比較篩選,輸出數(shù)據(jù);序列濾波單元,從輸出數(shù)據(jù)中尋找并去除畸異數(shù)據(jù),輸出濾波數(shù)據(jù)序列;滑動平均處理單元,將濾波數(shù)據(jù)序列平滑濾波后輸出精確的鑒相誤差數(shù)據(jù)。
文檔編號H03L7/085GK1362788SQ01101349
公開日2002年8月7日 申請日期2001年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月4日
發(fā)明者張云 申請人:華為技術(shù)有限公司