專利名稱：基于全數(shù)字鎖相環(huán)的去抖電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字通信領(lǐng)域同步數(shù)字系列(SDH，SynchronousDigital Hierarchy)傳輸網(wǎng)或者準(zhǔn)同步數(shù)字系列(PDH，PlesiochronousDigital Hierarch)傳輸網(wǎng)以及TDM Over Ethernet應(yīng)用中E1支路時(shí)鐘恢復(fù)抖動(dòng)衰減裝置，具體涉及一種基于全數(shù)字鎖相環(huán)的去抖電路。

背景技術(shù)：
SDH傳輸網(wǎng)中指針調(diào)整技術(shù)和PDH傳輸網(wǎng)中碼速調(diào)整技術(shù)帶來的很大的低頻相位抖動(dòng)，這給SDH系統(tǒng)或PDH系統(tǒng)中E1支路時(shí)鐘恢復(fù)帶來很大的麻煩，平滑鎖相環(huán)就是針對(duì)E1支路接口時(shí)鐘去抖的裝置。目前解決辦法多用模擬鎖相環(huán)，如美國專利US4941156，就是用模擬鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)的，缺點(diǎn)不易數(shù)字集成，抗干擾性能比較差。又如中國發(fā)明專利說明書CN1409490A(公告日2003年4月9日)公開了一種基于數(shù)字鎖相環(huán)的去抖電路，可用普通數(shù)字鎖相環(huán)和大FIFO實(shí)現(xiàn)去抖功能，但該方法并沒有解決極窄的環(huán)路帶寬和寬的頻率牽引帶寬之間的矛盾。在上述方案中，小的低頻抖動(dòng)和小的頻差能夠利用大FIFO和鎖相環(huán)得到解決，對(duì)于大的頻差很容易引起FIFO溢出或讀空，它的處理方法是FIFO的讀時(shí)鐘連續(xù)加快或減慢，這時(shí)的抖動(dòng)必然≥0.3UI，導(dǎo)致不滿足基于2048Kb/s體系的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中抖動(dòng)和漂動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)(ITU-T G.823)和(ITU-T G.742)中，要求抖動(dòng)＜0.25UI的指標(biāo)。
數(shù)字鎖相環(huán)是一個(gè)閉環(huán)反饋相位控制系統(tǒng)，鎖相環(huán)的英文全稱是Digital Phase-Locked Loop，簡稱DPLL。電路包含鑒相器、數(shù)字濾波器及數(shù)控振蕩器這三個(gè)基本部件，功能是使得電路上的時(shí)鐘和某一外部時(shí)鐘的相位同步。其原理框圖如圖1所示，具體包括如下步驟1.數(shù)控振蕩器的輸出是可控分頻信號(hào)；2.和基準(zhǔn)信號(hào)同時(shí)輸入鑒相器；3.鑒相器通過比較上述兩個(gè)信號(hào)的相位差，然后輸出一個(gè)相差信號(hào)；4.數(shù)字濾波器采樣相差信號(hào)輸出調(diào)整脈沖；5.控制數(shù)控振蕩器，使它的相位改變；6.這樣經(jīng)過一個(gè)很短的時(shí)間，數(shù)控振蕩器的輸出就會(huì)穩(wěn)定于某一期望值。鎖相環(huán)在鎖定的狀態(tài)下，輸出信號(hào)的頻率與輸入信號(hào)的頻率相等，相位差保持固定差值，即輸入信號(hào)相位被鎖定，這就是鎖相環(huán)名稱的由來。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于全數(shù)字鎖相環(huán)的去抖電路，它可以解決極窄的環(huán)路帶寬和寬的頻率牽引帶寬之間的矛盾，對(duì)于大的頻差也有很好的去抖性能。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的基于全數(shù)字鎖相環(huán)的去抖電路，包括數(shù)字鎖相環(huán)路一和數(shù)字鎖相環(huán)路二構(gòu)成的一個(gè)二階鎖相環(huán)路，數(shù)字鎖相環(huán)路一的輸出端與數(shù)字鎖相環(huán)路二的輸入端連接，數(shù)字鎖相環(huán)路二的輸出端與數(shù)字鎖相環(huán)路一的輸入端連接；形成一個(gè)理想的二階鎖相環(huán)路，其傳遞函數(shù)為 H(S)＝(2ζωnS+ωn2)/(S2+2ζωnS+ωn2)， 其中，H(S)為二階鎖相環(huán)路的S域傳遞函數(shù)，ζ為阻尼系數(shù)，ωn為自然振蕩頻率。
因?yàn)楸景l(fā)明用反饋、耦合構(gòu)成一個(gè)理想二階環(huán)路，在E1支路接收時(shí)鐘恢復(fù)上有很好的去抖性能，且全數(shù)字實(shí)現(xiàn)避免了模擬鎖相環(huán)不好集成的問題，同時(shí)又克服了極窄的環(huán)路帶寬與寬的頻率牽引帶寬之間的矛盾。



下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1是基本的一階數(shù)字鎖相環(huán)的電路圖； 圖2是本發(fā)明的基于全數(shù)字鎖相環(huán)的去抖電路； 圖3是本發(fā)明的一種具體電路結(jié)構(gòu)圖； 圖4是本發(fā)明的基于全數(shù)字鎖相環(huán)的去抖電路的函數(shù)框圖。

具體實(shí)施例方式 如圖2所示，本發(fā)明的基于全數(shù)字鎖相環(huán)的去抖電路，包括數(shù)字鎖相環(huán)路一和數(shù)字鎖相環(huán)路二構(gòu)成的一個(gè)二階鎖相環(huán)路，數(shù)字鎖相環(huán)路一的輸出端與數(shù)字鎖相環(huán)路二的輸入端連接，數(shù)字鎖相環(huán)路二的輸出端與數(shù)字鎖相環(huán)路一的輸入端連接。這樣的反饋、耦合構(gòu)成一個(gè)理想二階環(huán)路。
圖3是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，數(shù)字鎖相環(huán)路一用來相位捕獲，啟動(dòng)頻率捕獲環(huán)(數(shù)字鎖相環(huán)環(huán)路二)，以及對(duì)環(huán)路一和環(huán)路二的耦合，從而得到一個(gè)抖動(dòng)很小的時(shí)鐘。數(shù)字鎖相環(huán)路一的輸入有三個(gè)部分其一是外部進(jìn)來的需要跟蹤的時(shí)鐘信號(hào)，其二是環(huán)路一輸出反饋回來的信號(hào)，其三數(shù)字鎖相環(huán)路二的輸出信號(hào)，環(huán)路一的輸出是平滑后的時(shí)鐘信號(hào)。
數(shù)字鎖相環(huán)路二用來頻率捕獲，在數(shù)字鎖相環(huán)路一的啟動(dòng)下，能夠產(chǎn)生類似模擬鎖相環(huán)(VCO)均勻的頻偏輸出。數(shù)字鎖相環(huán)路二的輸入有兩個(gè)部分，其一是數(shù)字鎖相環(huán)路一的輸出，其二是環(huán)路二內(nèi)部產(chǎn)生的時(shí)鐘，環(huán)路二的輸出為數(shù)字濾波器的借位和進(jìn)位信號(hào)。
數(shù)字鎖相環(huán)路一電路由鑒相器1電路，數(shù)字濾波器1電路，環(huán)路一和環(huán)路二耦合電路，平滑器1電路，數(shù)控振蕩器1電路構(gòu)成。被跟蹤的時(shí)鐘信號(hào)和環(huán)路一輸出的平滑時(shí)鐘信號(hào)一起送入鑒相器1比相，鑒相器1輸出相差超前和滯后信號(hào)到數(shù)字濾波器1，數(shù)字濾波器1輸出借位和進(jìn)位脈沖到環(huán)路耦合電路，環(huán)路耦合電路的輸出連到平滑器1，平滑器1輸出借位和進(jìn)位脈沖到數(shù)控振蕩器1，數(shù)控振蕩器1輸出平滑后的時(shí)鐘。
數(shù)字鎖相環(huán)路二電路由鑒相器2電路，數(shù)字濾波器2電路，平滑器2電路和數(shù)控振蕩器2電路構(gòu)成。環(huán)路一輸出的平滑時(shí)鐘信號(hào)和環(huán)路二產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)一起送到鑒相器2比相，鑒相器2輸出相差超前和滯后信號(hào)到數(shù)字濾波器2，數(shù)字濾波器2輸出借位和進(jìn)位脈沖分兩路一路到環(huán)路一環(huán)路耦合電路，另一路連到平滑器2，平滑器2輸出借位和進(jìn)位脈沖到數(shù)控振蕩器2，數(shù)控振蕩器2輸出調(diào)整的時(shí)鐘到鑒相器2。
鑒相器1和鑒相器2電路，功能結(jié)構(gòu)相同都是帶分頻器的鑒頻鑒相器(PFD)，比較兩路輸入信號(hào)的上升沿，產(chǎn)生超前和滯后的相差信號(hào)。在鑒相器電路中對(duì)兩路信號(hào)比相之前，先對(duì)兩路輸入信號(hào)分頻，然后再對(duì)分頻后的信號(hào)通過PFD沿鑒相，產(chǎn)生出超前和滯后的相差信號(hào)。
數(shù)字濾波器1和數(shù)字濾波器2電路，功能結(jié)構(gòu)相同都是加減計(jì)數(shù)器，對(duì)輸入的相差抽樣計(jì)數(shù)，達(dá)到計(jì)數(shù)模值后產(chǎn)生借位/進(jìn)位信號(hào)。
平滑器1和平滑器2電路，功能結(jié)構(gòu)相同都是加/減計(jì)數(shù)器，對(duì)輸入的借位和進(jìn)位信號(hào)計(jì)數(shù)，達(dá)到模值后產(chǎn)生新的借位和進(jìn)位信號(hào)。
數(shù)控振蕩器1和數(shù)控振蕩器2，功能和結(jié)構(gòu)相同都是可控分頻器，對(duì)參考時(shí)鐘進(jìn)行指定的分頻，在有借位和進(jìn)位信號(hào)時(shí)，分頻的模值加一和減一，從而達(dá)到調(diào)整分頻輸出時(shí)鐘相位的目的。
數(shù)字鎖相環(huán)路一和數(shù)字鎖相環(huán)路二耦合電路，是邏輯器件或電路，其功能是對(duì)兩個(gè)環(huán)路數(shù)字濾波器輸出的借位和進(jìn)位信號(hào)結(jié)合起來對(duì)后面的平滑器共同施加作用。
本發(fā)明的去抖電路為一個(gè)理想二階環(huán)路，其傳遞函數(shù)為 H(S)＝(2ζωnS+ωn2)/(S2+2ζωnS+ωn2)，① 其中，H(S)為二階鎖相環(huán)路的S域傳遞函數(shù)，ζ為阻尼系數(shù)，ωn為自然振蕩頻率。
如圖4所示是本發(fā)明設(shè)計(jì)一個(gè)去抖電路的函數(shù)框圖，其中鑒相器1傳遞函數(shù)為Kd/M，Kd是鑒相器增益，M是鑒相器輸入時(shí)鐘的分頻數(shù)。鑒相器2傳遞函數(shù)為Kd/L，Kd是鑒相器增益，L是鑒相器輸入時(shí)鐘的分頻數(shù)。數(shù)字濾波器1的傳遞函數(shù)為1/K1S，K1為模值。數(shù)字濾波器2的傳遞函數(shù)為1/K2S，K2為模值。平滑濾波器1的傳遞函數(shù)為1/P1，平滑濾波器2的傳遞函數(shù)為1/P2。數(shù)控振蕩器1和數(shù)控振蕩器2的傳遞函數(shù)都是1/2N，2N是本地參考頻率到平滑時(shí)鐘標(biāo)稱頻率的分頻數(shù)。
根據(jù)信號(hào)狀態(tài)流圖和各部分的等效函數(shù)可以寫出整個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，H(S)＝(ω1S+ω1ω2)/(S2+ω1S+ω1ω2)②； 其中，ω1為環(huán)路一的自然振蕩頻率，ω1＝Kd/2K1P1MN ③； ω2為環(huán)路二的自然振蕩頻率，ω2＝Kd/2K2P2LN ④。
比較式①和②，得出ω1＝2ζωn ⑤； ωn2＝ω1ω2 ⑥； 依據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)中抖動(dòng)抑制的要求和最大的允許頻差范圍，設(shè)計(jì)環(huán)路帶寬ωc要小于10HZ，再由式①可以得到近似環(huán)路帶寬ωc＝2ζωn，從而得出ωn＝ωc/2ζ，ζ取大于1時(shí)抑制特性好。再結(jié)合式③④⑤⑥，根據(jù)不同的環(huán)路帶寬ωc和阻尼系數(shù)ζ，即能夠得出Kd、K1、K2、M、L、N、P1和P2的關(guān)系，進(jìn)一步完成去抖電路中各器件電路的設(shè)計(jì)。
綜上所述，本發(fā)明全數(shù)字平滑鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，其在E1支路接收時(shí)鐘恢復(fù)上有很好的去抖性能，全數(shù)字實(shí)現(xiàn)避免了模擬鎖相環(huán)不好集成的問題，同時(shí)又克服了極窄的環(huán)路帶寬與大范圍的頻率牽引之間的矛盾，指標(biāo)明顯優(yōu)于同類產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1、一種基于全數(shù)字鎖相環(huán)的去抖電路，其特征在于包括數(shù)字鎖相環(huán)路一和數(shù)字鎖相環(huán)路二構(gòu)成的一個(gè)二階鎖相環(huán)路；
所述數(shù)字鎖相環(huán)路一的輸出端與所述數(shù)字鎖相環(huán)路二的輸入端連接，所述數(shù)字鎖相環(huán)路二的輸出端與所述數(shù)字鎖相環(huán)路一的輸入端連接；
所述二階鎖相環(huán)路的傳遞函數(shù)為
H(S)＝(2ζωnS+ωn2)/(S2+2ζωnS+ωn2)，
其中，H(S)為二階鎖相環(huán)路的S域傳遞函數(shù)，ζ為阻尼系數(shù)，ωn為自然振蕩頻率。
2、如權(quán)利要求1所述的基于全數(shù)字鎖相環(huán)的去抖電路，其特征在于，所述的數(shù)字鎖相環(huán)路一和數(shù)字鎖相環(huán)路二，分別包括以下器件構(gòu)成的數(shù)字鎖相環(huán)路
鑒相器，用于比較輸入信號(hào)的上升沿，產(chǎn)生超前和滯后的相差信號(hào)；
數(shù)字濾波器，用于對(duì)所述的相差信號(hào)計(jì)數(shù)，達(dá)到計(jì)數(shù)模值后產(chǎn)生借位和進(jìn)位信號(hào)；及
數(shù)控振蕩器，用于對(duì)參考時(shí)鐘進(jìn)行分頻并調(diào)整分頻輸出時(shí)鐘的相位。
3、如權(quán)利要求2所述的基于全數(shù)字鎖相環(huán)的去抖電路，其特征在于，所述的數(shù)字鎖相環(huán)路一中還包括一耦合器，用于將兩個(gè)環(huán)路的數(shù)字濾波器所產(chǎn)生的借位和進(jìn)位信號(hào)進(jìn)行疊加，并送入數(shù)字鎖相環(huán)路一的數(shù)控振蕩器進(jìn)一步處理。
4、如權(quán)利要求3所述的基于全數(shù)字鎖相環(huán)的去抖電路，其特征在于，所述的數(shù)字鎖相環(huán)路一和數(shù)字鎖相環(huán)路二中還分別包括一個(gè)平滑器，用于對(duì)所述的借位和進(jìn)位信號(hào)計(jì)數(shù)，達(dá)到計(jì)數(shù)模值后產(chǎn)生新的借位和進(jìn)位信號(hào)，并送入所述數(shù)控振蕩器進(jìn)一步處理。
5、如權(quán)利要求4所述的基于全數(shù)字鎖相環(huán)的去抖電路，其特征在于，所述的鑒相器為帶分頻器的鑒頻鑒相器。
6、如權(quán)利要求4所述的基于全數(shù)字鎖相環(huán)的去抖電路，其特征在于，所述的數(shù)字濾波器和平滑器為加減計(jì)數(shù)器。
7、如權(quán)利要求4所述的基于全數(shù)字鎖相環(huán)的去抖電路，其特征在于，所述的數(shù)控振蕩器為可控分頻器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于全數(shù)字鎖相環(huán)的去抖電路，包括數(shù)字鎖相環(huán)路一和數(shù)字鎖相環(huán)路二構(gòu)成的一個(gè)二階鎖相環(huán)路；其中，鎖相環(huán)路一的輸出端與鎖相環(huán)路二的輸入端連接，鎖相環(huán)路二的輸出端與鎖相環(huán)路一的輸入端連接；電路的S域傳遞函數(shù)為H(S)＝(2ζωnS+ωn2)/(S2+2ζωnS+ωn2)，其中H(S)為二階鎖相環(huán)路的傳遞函數(shù)，ζ為阻尼系數(shù)，ωn為自然振蕩頻率。本發(fā)明用反饋耦合構(gòu)成一個(gè)理想二階環(huán)路，在SDH、PDH及TDMOver Ethernet應(yīng)用中的E1支路接收時(shí)鐘恢復(fù)上有很好的去抖性能，且全數(shù)字實(shí)現(xiàn)避免了模擬鎖相環(huán)不好集成的問題，同時(shí)又克服了極窄的環(huán)路帶寬與寬的頻率牽引帶寬之間的矛盾。
文檔編號(hào)H03L7/18GK101582691SQ20081004337
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者彭興貴 申請(qǐng)人:上海全盛微電子有限公司