一種基于Clean-up數(shù)字鎖相環(huán)自適應(yīng)快速鎖定晶振的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于Clean-up數(shù)字鎖相環(huán)自適應(yīng)快速鎖定晶振的方法。主要解決現(xiàn)有鎖相環(huán)電路復(fù)雜、且無法滿足較高的應(yīng)用需求的問題。該方法基于Clean-Up數(shù)字鎖相環(huán)的鎖相原理，首先經(jīng)過鑒頻鑒相計(jì)算得到參考與被測信號(hào)之間的相差，在軟件處理相差的過程中，設(shè)計(jì)了鎖相是自適應(yīng)變化的，依靠軟件算法同時(shí)調(diào)節(jié)頻率差和相位差，然后控制一個(gè)高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出壓控電壓控制晶振，該方法簡單，能夠快速鎖相，且當(dāng)參考信號(hào)受干擾影響時(shí)，軟件中能夠自適應(yīng)調(diào)節(jié)系數(shù)，使輸出平穩(wěn)過渡。本發(fā)明軟件處理的方式簡單有效，大大縮短鎖定時(shí)間。
【專利說明】一種基于Clean-up數(shù)字鎖相環(huán)自適應(yīng)快速鎖定晶振的方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于Clean-up數(shù)字鎖相環(huán)自適應(yīng)快速鎖定晶振的方法，屬于時(shí) 頻同步領(lǐng)域的鎖相技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 鎖相環(huán)是一種反饋控制系統(tǒng)，利用外部輸入的參考信號(hào)控制環(huán)路內(nèi)部振蕩信號(hào)的 頻率和相位，通過檢測輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的相位差，達(dá)到降低輸入信號(hào)相位噪聲，同步輸 入輸出信號(hào)的目的，高精度時(shí)頻設(shè)備的核心是具有高準(zhǔn)確度和高穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)， 主要由銣原子鐘和恒溫石英晶振產(chǎn)生；然而銣原子鐘的短穩(wěn)差，具有明顯的頻漂特性。GPS 系統(tǒng)長期特性極為出色，所以一般選擇利用GPS授時(shí)信息馴服銣原子鐘，選用銣鐘產(chǎn)生的 頻率信號(hào)通過鎖相環(huán)技術(shù)去鎖定低相噪的晶振，得到具有長期高準(zhǔn)確度又具低相噪特性的 高精度時(shí)頻信號(hào)，而晶振是一種對(duì)振動(dòng)極為敏感的器件，外界環(huán)境稍差對(duì)輸出的頻率信號(hào) 影響極大，且在某些場合要求輸出的頻率信號(hào)能夠快速鎖定，因此鎖相環(huán)的自適應(yīng)設(shè)計(jì)成 為輸出高長穩(wěn)、低相噪特性頻率信號(hào)急需解決的問題。
[0003] 現(xiàn)有的鎖相環(huán)設(shè)計(jì)方法主要有模擬鎖相環(huán)和數(shù)字鎖相環(huán)兩種方法：
[0004] 傳統(tǒng)的模擬鎖相環(huán)在環(huán)路濾波器等電路參數(shù)已確定的情況下，環(huán)路帶寬參數(shù)固定 不可調(diào)，考慮到晶體元件易受外界環(huán)境干擾，如溫度、聲音等導(dǎo)致環(huán)路噪聲帶寬也是一個(gè)變 化的量，這樣若采用模擬鎖相環(huán)，為實(shí)現(xiàn)頻率快速跟蹤鎖定、低帶寬鎖相等不同環(huán)路帶寬的 鎖相過程，必須考慮結(jié)合多個(gè)鎖相環(huán)電路，同時(shí)增加環(huán)路切換電路，這必然導(dǎo)致硬件電路面 積的大大增加，增加了電路的復(fù)雜度，而且模擬鎖相環(huán)要用到組成很復(fù)雜的時(shí)間常數(shù)積分 器，會(huì)產(chǎn)生熱漂移，電容容量隨時(shí)間的推移也將發(fā)生變化，運(yùn)算放大器自身也存在零點(diǎn)偏移 等問題。
[0005] 傳統(tǒng)的數(shù)字鎖相環(huán)系統(tǒng)是希望通過采用具有低通特性的環(huán)路濾波器，獲得穩(wěn)定的 振蕩控制數(shù)據(jù)。對(duì)于高階全數(shù)字鎖相環(huán)，其數(shù)字濾波器常常采用基于DSP的運(yùn)算電路。這 種結(jié)構(gòu)的鎖相環(huán)，當(dāng)環(huán)路帶寬很窄時(shí)，環(huán)路濾波器的實(shí)現(xiàn)將需要很大的電路量，這給專用集 成電路的應(yīng)用和片上系統(tǒng)SOC(systemonchip)的設(shè)計(jì)帶來一定困難。另一種類型的全數(shù) 字鎖相環(huán)是采用脈沖序列低通濾波計(jì)數(shù)電路作為環(huán)路濾波器，如隨機(jī)徘徊序列濾波器、先N 后M序列濾波器等。這些電路通過對(duì)鑒相模塊產(chǎn)生的相位誤差脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)運(yùn)算，獲得可 控振蕩器模塊的振蕩控制參數(shù)。由于脈沖序列低通濾波計(jì)數(shù)方法是一個(gè)比較復(fù)雜的非線性 處理過程，難以進(jìn)行線性近似，因此，無法采用系統(tǒng)傳遞函數(shù)的分析方法確定鎖相環(huán)的設(shè)計(jì) 參數(shù)，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)高階數(shù)字鎖相環(huán)性能指標(biāo)的解耦控制和分析，無法滿足較高的應(yīng)用需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于Clean-up數(shù)字鎖相環(huán)自適應(yīng)快速鎖定晶振的方 法，鎖頻鎖相同時(shí)進(jìn)行，通過軟件算法自適應(yīng)達(dá)到快速鎖定晶振，主要解決現(xiàn)有鎖相環(huán)電路 復(fù)雜、且無法滿足較高的應(yīng)用需求的問題。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0008] 一種基于Clean-up數(shù)字鎖相環(huán)自適應(yīng)快速鎖定晶振的方法，包括如下步驟：
[0009] (1)系統(tǒng)上電，計(jì)算參考頻率信號(hào)準(zhǔn)確度，若滿足指標(biāo)進(jìn)入步驟（2);
[0010] (2)調(diào)節(jié)參考頻率信號(hào)相位，產(chǎn)生相位超前90°的正余弦函數(shù)信號(hào)，并將調(diào)節(jié)前 與調(diào)節(jié)后的正余弦函數(shù)信號(hào)分別與輸入信號(hào)混頻，產(chǎn)生I路和Q路；
[0011] (3) A/D采樣I路和Q路輸出，并通過指數(shù)濾波濾除高頻分量；
[0012] (4)通過反正切函數(shù)計(jì)算I路和Q路輸出的相位角〇 ;
[0013] (5)將相鄰兩次求得的相位角求二者斜率

【權(quán)利要求】
1. 一種基于Clean-up數(shù)字鎖相環(huán)自適應(yīng)快速鎖定晶振的方法，其特征在于，包括如下 步驟： (1) 系統(tǒng)上電，計(jì)算參考頻率信號(hào)準(zhǔn)確度，若滿足指標(biāo)進(jìn)入步驟（2); (2) 調(diào)節(jié)參考頻率信號(hào)相位，產(chǎn)生相位超前90°的正余弦函數(shù)信號(hào)，并將調(diào)節(jié)前與調(diào)節(jié) 后的正余弦函數(shù)信號(hào)分別與輸入信號(hào)混頻，產(chǎn)生I路和Q路； (3) A/D采樣I路和Q路輸出，并通過指數(shù)濾波濾除高頻分量； (4) 通過反正切函數(shù)計(jì)算I路和Q路輸出的相位角； (5) 將相鄰兩次求得的相位角求二者斜率，將與設(shè)定口限比較，若，進(jìn)入PID粗調(diào)模式， 反之進(jìn)入PID細(xì)調(diào)模式，完成鎖定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Clean-up數(shù)字鎖相環(huán)自適應(yīng)快速鎖定晶振的方法， 其特征在于，所述PID細(xì)調(diào)模式為通過PID算法，利用步驟（4)求得相位差、頻率差信息，得 到壓控電壓控制晶振產(chǎn)生頻率信號(hào)，使其向參考源的頻率和相位不斷收斂，直到達(dá)到鎖定 狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于Clean-up數(shù)字鎖相環(huán)自適應(yīng)快速鎖定晶振的方法， 其特征在于，所述PID粗調(diào)模式為通過PID算法，利用步驟（4)求得相位差、頻率差信息， 得到壓控電壓控制晶振產(chǎn)生頻率信號(hào)，使其向參考源的頻率和相位不斷收斂，直到達(dá)到PID 細(xì)調(diào)模式的條件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于Clean-up數(shù)字鎖相環(huán)自適應(yīng)快速鎖定晶振的方法， 其特征在于，當(dāng)檢測到晶振或參考頻率信號(hào)受干擾較大時(shí)，立即進(jìn)入PID粗調(diào)模式，使晶振 輸出信號(hào)保持平穩(wěn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于Clean-up數(shù)字鎖相環(huán)自適應(yīng)快速鎖定晶振的方法， 其特征在于，所述步驟（4)中，通過反正切函數(shù)計(jì)算I路和Q路輸出的相位角的具體步驟為： 通過步驟（3)濾除高頻分量后得到的I路的信號(hào)和Q路信號(hào)，利用公式求反正切，求得該時(shí) 刻的相位角。
【文檔編號(hào)】H03L7/099GK104467825SQ201410765676
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】孫連軍, 熊嘉明, 章巍, 劉文峰 申請(qǐng)人:成都天奧電子股份有限公司