一種基于FPGA的鎖相環(huán)位同步提取電路設(shè)計

　　過零檢測電路

　　該電路見圖2中g(shù)ljc部分，它由d觸發(fā)器和異或門組成。過零檢測的輸出脈沖codeout的寬度應(yīng)略大于f路信號一個周期，但為了減少鎖相環(huán)的穩(wěn)態(tài)誤差，該輸出脈沖不宜過寬。實際系統(tǒng)中，過零檢測電路的時鐘信號clkin由fpga的高頻時鐘四分頻得來，這樣輸出的脈沖寬度約是f路信號的兩個周期。

　　鑒相器

　　該電路由兩個與門組成，分別是超前門g1和滯后門g2。過零檢測電路的輸出信號b與位定時信號clkout一起進入鑒相器，若clkout超前b，則滯后門g2被封鎖，輸出為0，超前門g1的輸出端有窄脈沖輸出；若clkout滯后b，則超前門g1被封鎖，輸出為0，滯后門g2的輸出端有窄脈沖輸出。

　　分頻器

　　該電路對應(yīng)于圖2中div64部分。輸入的信號頻率是256khz，e、f兩路信號的頻率均為16.384mhz，故該電路完成16384/256=64的分頻功能。當控制電路無超前或滯后控制脈沖輸出時，d1的q端為0，d2的q端也為0，常開門g3處于打開狀態(tài)，常閉門g4處于關(guān)閉狀態(tài)，e路信號通過常開門g3、異或門g5到達64分頻器的輸入端，經(jīng)分頻后產(chǎn)生穩(wěn)定的位定時信號。

　　控制器

　　分頻器輸出的位定時信號clkout與過零檢測脈沖b進行相位比較。當位定時信號clkout超前于b時，超前門g1有正脈沖輸出。在觸發(fā)脈沖f的上升沿，d1觸發(fā)器的q端由低變高，經(jīng)過非門后，使常開門g3關(guān)閉一個時鐘周期，將e路脈沖扣除一個，使clkout相位向滯后方向變化一個時鐘周期。

　　當位定時信號clkout滯后于b時，滯后門g2有正脈沖輸出。在觸發(fā)脈沖f的上升沿，d2觸發(fā)器的q端由低變高，使常閉門g4打開一個時鐘周期，在分頻器輸入端添加一個脈沖。

圖3 輸入的信碼與提取的位同步信號

　　實際結(jié)果

　　以上是全數(shù)字鎖相環(huán)的電路工作原理，全部電路在altera的ep1k30tc144-1芯片上實現(xiàn)。該芯片的工作頻率選為32.768mhz，也作為位同步提取電路的本地高頻時鐘，另外，該時鐘信號四分頻后還作為過零檢測電路的時鐘。輸入的單極性不歸零碼的碼元速率為256kb/s。從輸入信碼中提取的位同步信號如圖3所示，從波形上看，該全數(shù)字鎖相環(huán)位同步提取電路能很好地從輸入的信碼中提取位同步信號。