專利名稱：無相位差的模擬鎖相環(huán)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種精密正交電路及鎖相環(huán)電路，具體涉及一種能夠?qū)斎胄盘?hào)準(zhǔn) 確、穩(wěn)定地移相90°的電路，及一種將輸出信號(hào)與鎖相環(huán)輸入信號(hào)之間相位差減小至0或 保持準(zhǔn)確90°的電路。
背景技術(shù)：
鎖相環(huán)技術(shù)在理論上能夠產(chǎn)生與輸入信號(hào)沒有頻率偏差的輸出信號(hào)，鎖定時(shí)輸入 輸出信號(hào)之間存在固定的相位差。到目前為止，數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)與輸入 信號(hào)同頻同相，但這需要借助于微處理器或復(fù)雜的數(shù)字電路。本發(fā)明利用普通鎖相環(huán)框架 實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間沒有相位偏差。鎖相環(huán)電路鎖定時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)頻率相同，兩者之間的相位差固定。利用 這個(gè)特點(diǎn)，在鎖相環(huán)鎖定的基礎(chǔ)上，增加移相電路，抵消這個(gè)固定的相位差，使輸出信號(hào)與 輸入信號(hào)同相。目前未見有可以對(duì)不同頻率的輸入模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)無相位差跟蹤的能夠?qū)⑤?出信號(hào)與鎖相環(huán)輸入信號(hào)之間相位差減小至ο或保持準(zhǔn)確90°的電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出一種無相位差的模擬鎖相環(huán)電路，即一種能夠?qū)⑤敵鲂盘?hào)與 輸入信號(hào)之間相位差減小至0或保持90度的鎖相環(huán)電路。本發(fā)明技術(shù)方案是無相位差的模擬鎖相環(huán)電路，是一種能夠?qū)⑤敵鲂盘?hào)與輸 入信號(hào)之間相位差減小至O或保持90度的鎖相環(huán)電路，包括鎖相環(huán)電路和精密移相電路， 精密移相電路包括可控移相電路及控制電路、鑒相電路、低通濾波器；可控移相電路PS對(duì) 鎖相環(huán)電路PLL的輸出的輸入信號(hào)&進(jìn)行移相，其輸出信號(hào)&為電路的最終輸出。鎖相 環(huán)電路的輸入信號(hào)&與輸出信號(hào)Sa送入鑒相電路，鑒相電路輸出信號(hào) 經(jīng)過低通濾波器 LP濾除高頻信號(hào)，取出反映相位差的直流信號(hào)&，控制電路CC根據(jù)反映相位差的直流信號(hào) ■sd產(chǎn)生控制信號(hào)&，它控制移相電路的相移量，直到鎖相環(huán)電路PLL的輸入信號(hào)&與整個(gè) 電路的輸出信號(hào)&之間相位相同或保持準(zhǔn)確90°的相位差。移相電路移相量一般在0° 180°或0° -180°之間?？傊?，可控移相電路通過控制電路產(chǎn)生的控制電信號(hào)，控制移相電路的相移量，實(shí) 現(xiàn)相位負(fù)反饋。鎖相環(huán)電路的輸出信號(hào)連接可控移相電路，抵消鎖相環(huán)輸出信號(hào)與輸入信 號(hào)之間的相位差；可控移相電路的輸出信號(hào)與鎖相環(huán)輸入信號(hào)經(jīng)過鑒相電路、低通濾波器、 控制電路產(chǎn)生控制電信號(hào)，控制移相電路的相移量，實(shí)現(xiàn)相位負(fù)反饋。可控移相電路輸出信 號(hào)作為整個(gè)電路最終的輸出信號(hào)?？煽匾葡嗟碾娐房梢圆捎镁苷浑娐?，其特征在于可控移相電路的輸入信號(hào)與 輸出信號(hào)相位差為90° (相位差為90度)。如果相位差發(fā)生偏移，利用相位負(fù)反饋技術(shù)，輸 入信號(hào)與輸出信號(hào)經(jīng)過90°基準(zhǔn)型鑒相電路(如模擬乘法器)、低通濾波器及控制電路產(chǎn)生 控制電信號(hào)，控制移相電路的相移量，維持輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間相差90°。如圖4(a)所示?？煽匾葡嗟碾娐芬部梢允褂?°基準(zhǔn)型鑒相電路，其特征在于兩個(gè)D觸發(fā)器的輸 出信號(hào)經(jīng)過一個(gè)由運(yùn)算放大器構(gòu)成的減法電路，如圖4(b)所示。當(dāng)兩個(gè)輸入信號(hào)同相時(shí)， 該鑒相電路輸出為0 ；當(dāng)信號(hào)S1超前&時(shí)，電路輸出為正，反之為負(fù)。對(duì)于實(shí)現(xiàn)倍頻或分頻的鎖相環(huán)，只要對(duì)鑒相電路的輸入進(jìn)行相應(yīng)的倍頻或分頻處 理，即增加相應(yīng)的數(shù)字電路，也能將輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的相位差減小至0，或相位差 保持90°。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明根據(jù)鎖相環(huán)電路的特點(diǎn)，從而得到一種能夠?qū)⑤敵?信號(hào)與輸入信號(hào)之間相位差減小至ο或保持90度的鎖相環(huán)電路。因?yàn)殒i相環(huán)電路鎖定時(shí)， 輸出信號(hào)與輸入信號(hào)頻率相同，兩者之間的相位差固定。利用這個(gè)特點(diǎn)，在鎖相環(huán)鎖定的基 礎(chǔ)上，增加移相電路，抵消這個(gè)固定的相位差，使輸出信號(hào)與輸入信號(hào)同相。為了保證電路 最終輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相同，電路采用反饋技術(shù)，根據(jù)輸入輸出信號(hào)的實(shí)時(shí)相位差， 控制移相電路的相移量，直到輸入輸出信號(hào)之間的相位相同為止，并維持這個(gè)同相狀態(tài)。鎖 相環(huán)跟蹤的信號(hào)頻率不固定，本發(fā)明由于采用了反饋技術(shù)，可以對(duì)不同頻率的輸入信號(hào)實(shí) 現(xiàn)無相位差跟蹤。此外，本發(fā)明中精密正交電路，相對(duì)一般正交電路而言，它能保持輸出信 號(hào)與輸入信號(hào)之間穩(wěn)定的90°相位差。


圖1為本發(fā)明的原理框圖2為移相電路，圖2中(a)為超前移相電路，(b)為滯后移相電路；(c)為實(shí)現(xiàn)可控 移相的變?nèi)荻O管的使用；
圖3為PLL輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位差在0°附近時(shí)的本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方案； 圖4中為精密正交電路框圖(a)和0°基準(zhǔn)型鑒相器電路(b)； 圖5為PLL輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位差在90°附近時(shí)的本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方案1 ； 圖6為PLL輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位差在90°附近時(shí)的本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方案2 ； 圖7為PLL輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位差在90°附近時(shí)的本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方案3。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，鎖相環(huán)PLL鎖定后，PLL的輸出信號(hào)^s1與輸入信號(hào)&頻率相同，存在 固定相位差。移相電路PS對(duì)PLL的輸出信號(hào)S1進(jìn)行移相，其輸出信號(hào)Sa為電路的最終輸 出。A與、送入鑒相電路PD，其輸出信號(hào)Spd經(jīng)過低通濾波器LP濾除高頻信號(hào)，取出反映 相位差的直流信號(hào)^，控制電路CC根據(jù)&產(chǎn)生控制信號(hào)·5。，它控制移相電路的相移量，直 到&與&之間相位相同或保持準(zhǔn)確90°的相位差。因?yàn)殒i相環(huán)所跟蹤的信號(hào)頻率不固定，所以建議應(yīng)用本發(fā)明時(shí)采用通常的橋式移 相電路。這個(gè)電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出信號(hào)相位發(fā)生變化時(shí)，信號(hào)幅度不變。下面以該移相電路 為例說明本發(fā)明。橋式移相電路可以移相0° 180°或0° -180°，為了說明方便，這 里定義前者為超前移相電路(如圖2 (a)所示)，后者為滯后移相電路(如圖2(b)所示)。它們 相移的中間值分別為90°和-90°。用變?nèi)荻O管代替圖2(a)和圖2(b)中的電容C (如 圖2(c)所示)，實(shí)現(xiàn)可控移相。如果變?nèi)荻O管上反向直流電壓不同，在電路中表現(xiàn)出的電
4容量也不同，電路的相移量發(fā)生相應(yīng)變化，則相移可控。在圖2(c)中， 為變?nèi)荻O管，C1 和G是隔直耦合電容，端為圖2(a)或圖2(b)中電容的兩端。端外接控制 電壓，通過電阻慫工和/^加到變?nèi)荻O管兩端，調(diào)節(jié)變?nèi)荻O管的電容值。實(shí)際使用時(shí)，V1 和V2中可以一端電位固定，另一端接控制電位，兩者之差為控制電壓。信號(hào)&控制變?nèi)荻O管兩端的直流電壓。由于變?nèi)荻O管上的直流電壓與電容量 有固定的函數(shù)關(guān)系，當(dāng)輸入和輸出信號(hào)相位相同時(shí)，變?nèi)荻O管上的直流電壓應(yīng)該不變，以 保持輸出相移固定。所以控制電路可以采用積分電路。當(dāng)輸入和輸出信號(hào)相位差為0時(shí)， 控制信號(hào)S。不變。在相位調(diào)節(jié)過程中，控制信號(hào)S。應(yīng)該向A與S。之間相位差減少的方向 變化，即相位負(fù)反饋。目前鎖相環(huán)PLL中的鑒相器大致分為兩類。一類是0°基準(zhǔn)型，如電荷泵，鎖相環(huán) 輸入輸出信號(hào)之間的相位差在0°附近。另一類是90°基準(zhǔn)型，如模擬乘法器，鎖相環(huán)輸入 輸出信號(hào)之間的相位差在90°附近。對(duì)于采用0°基準(zhǔn)型鑒相器的PLL，本發(fā)明可以按圖3所示的方案實(shí)現(xiàn)。其中， 圖1中的移相電路(PS)由圖3中的移相電路1 (PSl)和移相電路2 (PS2)代替。PSl為 超前(或滯后)移相電路，PS2為滯后(或超前)移相電路。PSl的相移量DJ1為(約)90° (或-90° )。這樣，PSl的輸出信號(hào) 與？仏輸入信號(hào)之間的相位差為DJ1加上PLL電路的
相位差Αφο,。反饋回路中的鑒相
器也采用0°基準(zhǔn)型，當(dāng)信號(hào)S。與信號(hào)Si同相時(shí)，它的輸出為0。PS2在反饋電路的控制下， 抵消Δ釣+ Αφο這樣，整個(gè)電路輸出信號(hào)S。與輸入信號(hào)A之間沒有相位差。圖3中的控制電路(CC)為積分電路，鑒相器輸出的相位誤差信號(hào)在該電路中積 分，調(diào)整移相電路中變?nèi)荻O管的控制電位。如果輸入輸出信號(hào)同相，鑒相器輸出為0，則變 容二極管的控制電位不變，移相電路相移量則為固定值。后面的電路方案也是如此。圖3中PSl如果采用一般的移相電路，則當(dāng)信號(hào)頻率不同時(shí)，也不一樣。雖然這樣 整個(gè)電路能工作，但相位調(diào)節(jié)范圍會(huì)受輸入信號(hào)頻率的限制。PSl可以采用圖4(a)所示的 精密正交電路，其輸入輸出信號(hào)之間相位差為準(zhǔn)確、穩(wěn)定的90° (或-90° )。這樣整個(gè)電 路實(shí)現(xiàn)同相的頻率范圍更寬。圖4(a)中的鑒相電路1 (PDl)為90°基準(zhǔn)型，當(dāng)信號(hào)^s1與 信號(hào)A相差90° (或-90° )時(shí)，它的輸出經(jīng)過低通濾波器后為0。目前LL中的0 °基準(zhǔn)型鑒相器多采用電荷泵，它適用于PLL的鑒相用途，但不適合 這里控制移相器的工作。本發(fā)明提出如圖4(b)所示的0°基準(zhǔn)型鑒相器，它在輸入輸出信 號(hào)相位相同時(shí)，輸出為0。如果信號(hào)&比信號(hào)^相位超前，輸出&為正，反之為負(fù)。使用這 個(gè)鑒相器，如果后面的控制電路為積分電路，則可以省去中間的低通濾波器。如果鎖相環(huán)PLL中的鑒相器為90°基準(zhǔn)型，本發(fā)明可以按圖5所示的方案實(shí)現(xiàn)。 PLL輸入輸出信號(hào)相差約90°，但它可正可負(fù)。圖5中精密正交電路1 (RQCl)和移相電路 2 (PS2)可以是超前移相電路，也可以是滯后移相電路，無論怎么組合，信號(hào)與信號(hào)&之 間的相位差為90°，但它一樣可能是正或是負(fù)。信號(hào)送至精密正交電路2 (RQC2)和精 密正交電路3 (RQC3)，這兩個(gè)電路一個(gè)為超前移相電路，一個(gè)為滯后移相電路。則它們的 輸出信號(hào)、3和^b,—個(gè)與&同相，另一個(gè)反相。這兩個(gè)信號(hào)分別在模擬乘法器a (MUa)和 模擬乘法器b (MUb)中與&相乘，相乘結(jié)果分別通過低通濾波器a (LPa)和低通濾波器b(LPb)，作為結(jié)果的信號(hào)&和、分別反映信號(hào)Sm和&哪個(gè)與&同相，哪個(gè)反相。這樣，電 路的三個(gè)輸出信號(hào)Aa^tjl和^b分別相差90°，或者說兩兩正交。如果事先能確定PLL輸出信號(hào)相對(duì)輸入信號(hào)超前或滯后，則可以省去精密正交電 路b (RQb)、乘法器b (MUb)和低通濾波器b (LPb)。合理設(shè)計(jì)各移相電路的相位關(guān)系，可 以得到與輸入信號(hào)A完全同相或反相的輸出信號(hào)。為了簡(jiǎn)化電路，圖5中的精密正交電路1 (RQCl)也可以用一般的移相電路代替。 合理設(shè)計(jì)參數(shù)，它能對(duì)PLL中心頻率的信號(hào)移相90°，整個(gè)電路也能對(duì)一定頻率范圍的信 號(hào)實(shí)現(xiàn)同相跟蹤。由于電路控制信號(hào)&的電位范圍有限，單個(gè)移相電路調(diào)節(jié)相位的范圍可能不夠 寬。對(duì)這種情況，可以采用圖6所示的方案。它把圖5中的精密正交電路1 (RQCl)換成移 相電路1 (PSl )，該移相電路也和PS2 —樣受&的控制，這樣擴(kuò)大相位的調(diào)節(jié)范圍。對(duì)于PLL輸入輸出信號(hào)相位差在90°左右的情況，也可以采用圖7方案。該方案 中移相電路a (PSa)和移相電路b (PSb)分別為超前移相電路和滯后移相電路。鑒相電路 a (PDa)和鑒相電路b (PDb)為0°基準(zhǔn)型鑒相器。在不確定PLL輸出信號(hào)相對(duì)輸入信號(hào) 是超前還是滯后的情況下，PSa和PSb的輸出信號(hào)Sm和^…中的一個(gè)與PLL輸入信號(hào)&同 相。與圖5和圖6類似，這兩個(gè)輸出信號(hào)分別與&通過模擬乘法器及低通濾波器，低通濾 波器的輸出信號(hào)&和、反映、和^b哪個(gè)與&同相。當(dāng)然在事先能確定PLL輸出信號(hào)相 對(duì)輸入信號(hào)超前或滯后的情況下，可以省去移相電路b、控制電路b、低通濾波器b、鑒相電 路b、乘法器b、低通濾波器bl。
權(quán)利要求
無相位差的模擬鎖相環(huán)電路，其特征是包括鎖相環(huán)電路和精密移相電路，精密移相電路包括可控移相電路及控制電路、鑒相電路、低通濾波器；可控移相電路PS對(duì)鎖相環(huán)電路PLL的輸出信號(hào)s1進(jìn)行移相，其輸出信號(hào)so為電路的最終輸出；鎖相環(huán)電路的輸入信號(hào)si與輸出信號(hào)so送入鑒相電路，鑒相電路輸出信號(hào)spd經(jīng)過低通濾波器LP濾除高頻信號(hào)，取出反映相位差的直流信號(hào)sd，控制電路CC根據(jù)反應(yīng)相位差的直流信號(hào)sd產(chǎn)生控制信號(hào)sc，它控制可控移相電路的相移量，直到鎖相環(huán)電路PLL的輸入信號(hào)si與整個(gè)電路的輸出信號(hào)so之間相位相同或保持準(zhǔn)確90°的相位差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無相位差的模擬鎖相環(huán)電路，其特征是當(dāng)需要控制可控移相 電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)相位差為90°時(shí)，鑒相電路采用90°基準(zhǔn)型鑒相電路(如模擬 乘法器)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無相位差的模擬鎖相環(huán)電路，其特征是當(dāng)需要控制可控移相 電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)相位差為0°時(shí)，鑒相電路采用0°基準(zhǔn)型鑒相電路，由兩個(gè)D 觸發(fā)器的輸出信號(hào)經(jīng)過一個(gè)由運(yùn)算放大器構(gòu)成的減法電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無相位差的模擬鎖相環(huán)電路，其特征是對(duì)于實(shí)現(xiàn)倍頻或分頻 的鎖相環(huán)，只要對(duì)送至鑒相電路的輸入信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的倍頻或分頻處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了無相位差的模擬鎖相環(huán)電路，包括鎖相環(huán)電路和精密移相電路，精密移相電路包括可控移相電路及控制電路、鑒相電路、低通濾波器；可控移相電路PS對(duì)鎖相環(huán)電路PLL的輸出信號(hào)s1進(jìn)行移相，其輸出信號(hào)so為電路的最終輸出。鎖相環(huán)電路的輸入信號(hào)si與輸出信號(hào)so送入鑒相電路，鑒相電路輸出信號(hào)spd經(jīng)過低通濾波器LP濾除高頻信號(hào)，取出反映相位差的直流信號(hào)sd，控制電路CC根據(jù)反應(yīng)相位差的直流信號(hào)sd產(chǎn)生控制信號(hào)sc，它控制可控移相電路的相移量，直到鎖相環(huán)電路PLL的輸入信號(hào)si與整個(gè)電路的輸出信號(hào)so之間相位相同或保持準(zhǔn)確90°的相位差。該電路可以實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)同相位跟蹤輸入信號(hào)。
文檔編號(hào)H03L7/08GK101958712SQ201010538270
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者方暉, 李大相 申請(qǐng)人:南京大學(xué)