基于DDS的高速定時(shí)同步方法

摘要：定時(shí)同步是高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)也是難點(diǎn)問(wèn)題。在對(duì)鎖相環(huán)數(shù)字化設(shè)計(jì)、DDS原理結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，提出了一種基于DDS的高速定時(shí)同步方法，對(duì)該定時(shí)同步方法的原理結(jié)構(gòu)框圖進(jìn)行了詳細(xì)的論述，對(duì)具體參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。采用這種定時(shí)同步方法的高速解調(diào)器進(jìn)行了原理實(shí)驗(yàn)測(cè)試，取得了滿意的結(jié)果，所提出的定時(shí)同步方法對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸方案設(shè)計(jì)提供了參考。
關(guān)鍵詞：定時(shí)同步；鎖相環(huán)；高速傳輸；DDS

0 引言
在數(shù)字通信系統(tǒng)中，定時(shí)同步是接收機(jī)必須完成的一個(gè)重要工作，定時(shí)同步的好壞直接影響到數(shù)字接收機(jī)的性能。高速數(shù)據(jù)傳輸對(duì)定時(shí)同步提出了新要求，同步算法結(jié)構(gòu)必須簡(jiǎn)單有效以降低器件速度限制。
定時(shí)同步通常采用3種基本方式實(shí)現(xiàn)：模擬方式、數(shù)字方式和混合方式。鑒于模擬電路所固有的穩(wěn)定性差、一致性差等問(wèn)題，模擬方式目前已經(jīng)很少使用。數(shù)字方式采用一個(gè)獨(dú)立于發(fā)送端的時(shí)鐘對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行直接采樣，然后通過(guò)插值運(yùn)算得到信號(hào)在最佳判決時(shí)刻的近似值。數(shù)字方式對(duì)采樣率要求較高，通常要求采樣率是符號(hào)速率4倍以上，對(duì)ADC有較高的要求?；旌戏绞酵ㄟ^(guò)提取接收信號(hào)中的時(shí)鐘誤差信息來(lái)調(diào)整ADC采樣時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)定時(shí)同步時(shí)鐘恢復(fù)。混合方式具備數(shù)字方式結(jié)構(gòu)可靠、成本低、處理靈活等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)降低了對(duì)ADC的要求，采樣率只需要2倍符號(hào)速率，是高速定時(shí)同步的較好選擇。
所提出的高速定時(shí)同步方法采用了混合方式。ADC的采樣時(shí)鐘由DDS產(chǎn)生，DDS相當(dāng)于鎖相環(huán)中的VCO。鎖相環(huán)的鑒相器、環(huán)路濾波是全數(shù)字的，在FPGA內(nèi)實(shí)現(xiàn)。定時(shí)同步是通過(guò)鎖相環(huán)閉環(huán)調(diào)整實(shí)現(xiàn)的。

1 定時(shí)同步數(shù)字鎖相環(huán)路設(shè)計(jì)
定時(shí)同步環(huán)路采用理想二階鎖相環(huán)。鎖相環(huán)由鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器(VCO)組成。理想二階環(huán)的鑒相器增益表示為Kd。環(huán)路濾波器傳遞函數(shù)為：
F(s)=K1+K2／s (1)
式中：K1為環(huán)路濾波器比例通路的增益系數(shù)；K2為環(huán)路濾波器積分通路的增益系數(shù)。
壓控振蕩器的傳遞函數(shù)為：
V(s)=Ko／s (2)
式中Ko為VCO的增益。
由式(1)，式(2)可得到理想二階環(huán)的傳遞函數(shù)：

根據(jù)脈沖響應(yīng)不變法，由式(3)可得到理想二階鎖相環(huán)的數(shù)字域原理框圖如圖1所示。

圖1中環(huán)路濾波器的兩個(gè)參數(shù)C1，C2計(jì)算式為：

式中：ts為采樣周期。
阻尼系數(shù)為固定值通常取ζ=0．707，無(wú)阻尼固有頻率ωn的取值根據(jù)鎖相環(huán)頻率捕獲范圍確定，可取為與要求捕獲頻率相近的值。由式(4)計(jì)算出C1和C2即完成理想二階數(shù)字鎖相環(huán)的參數(shù)設(shè)計(jì)。