全數(shù)字鎖相環(huán)的設(shè)計(jì)及分析

　　將環(huán)路各個(gè)模塊連接起來完成ADPLL的設(shè)計(jì)。為了簡化設(shè)計(jì)，將K變?？赡嬗?jì)數(shù)器的時(shí)鐘Mclk與脈沖加減電路時(shí)鐘2Nclk接在一起，fin等于環(huán)路中心頻率fc，fc=312.5 kHz。取M=16，N=8，Mclk=5 MHz。當(dāng)a[3..0]=1時(shí)，設(shè)定K值為4。為了便于觀察，將K變?？赡嬗?jì)數(shù)器的輸入信號udcon引出。

　　環(huán)路在進(jìn)入鎖定狀態(tài)后，udcon為占空比為50％的方波。系統(tǒng)原理圖和仿真波形分別如圖4，圖5所示。

　　由可得ADPLL的同步帶理論值為：f0／4，即234.375～390.625 kHz。根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定鎖相的頻率范圍為：250～357.14 kHz，略小于理論值范圍。

　　4全數(shù)字鎖相環(huán)數(shù)學(xué)模型的建立與分析

　　結(jié)合模擬和數(shù)字鎖相的理論分析，可以得到全數(shù)字鎖相環(huán)的相位和相差傳遞函數(shù)。圖6為全數(shù)字鎖相環(huán)的數(shù)學(xué)模型。

　　鑒相器可以看作增益為Kd的模塊，輸出占空比因子δk作為K變模計(jì)數(shù)器的輸入DN／UP，控制UP COUNTER和DOWN COUNTER的動作。

　　對于異或門鑒相器，相差等于π／2時(shí)，δk=1，相差等于-π／2時(shí)，δk=-1。因此對于異或門鑒相器增益Kd=2／π，同理可得邊沿控制鑒相器增益Kd=1／π。

　　K變模計(jì)數(shù)器產(chǎn)生CARRY信號的頻率為(f0為環(huán)路的中心頻率)：

　　對于K變模計(jì)數(shù)器，其輸入輸出信號分別為δk和θcarry，對應(yīng)的Laplace變換為δk(s)和θcarry(s)，所以K變模計(jì)數(shù)器的相位傳遞函數(shù)為：

　　對于脈沖加減電路，由于每個(gè)CARRY脈沖使其輸出IDOUT增加1／2個(gè)周期，可以將他看作增益為1／2的模塊。除N計(jì)數(shù)器可以看作增益為1／N的模塊。系統(tǒng)的相位傳遞函數(shù)H(s)表示為：

　　為了獲得最小波紋，對于異或門(XOR)鑒相器和邊沿控制鑒相器(ECPD)，K模值分別取為M／4和M／2，相應(yīng)的時(shí)間常數(shù)分別為：τ(EXOR)= (N／8)T0，τ(ECPD)=(N／2)T0，其中T0=1／f0。由此可見，N越小，ADPLL的穩(wěn)定時(shí)間越短。在本文中設(shè)計(jì)的鎖相環(huán)，Kd=2／π，M=16，N=8，K=M／4=4，代入時(shí)間常數(shù)公式可得：τ=T0。

　　5 結(jié) 語

　　本文介紹了一種一階ADPLL的設(shè)計(jì)方法，利用VHDL語言完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真。ADPLL中可逆計(jì)數(shù)器的模值可以隨意改變，用來控制ADPLL的跟蹤補(bǔ)償和鎖定時(shí)間。除N計(jì)數(shù)器的分頻值也可隨意改變，使ADPLL可以跟蹤不同中心頻率的輸入信號。設(shè)計(jì)好的ADPLL模塊還可以作為可重用的IP核，應(yīng)用于其他設(shè)計(jì)。同時(shí)，在理論分析的基礎(chǔ)上，建立了全數(shù)字鎖相環(huán)的一階數(shù)學(xué)模型，從而可以根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求定量的計(jì)算參數(shù)，簡化了ADPLL的設(shè)計(jì)。