6.7数字锁相环路 数字锁相环路( Digital Phase- Locked Loop) 简记为DPL 数字锁相环路的方框图如图6.7.1所示。 男 学习工学 输入信号 抽样相位 数字 数字控制 检测器 虑波器 振荡器 图671数字锁相环路的组成 6.7
6.7※ 数字锁相环路 数字锁相环路（Digital Phase-Locked Loop）， 简记为DPLL。 图6.7.1 数字锁相环路的组成 6.7 数字锁相环路的方框图如图6.7.1所示
6.7.1数字锁相环路的基本部件 一、抽样相位检测器 抽样相位检测器的种类很多,如触发器相位检测器、 奈奎斯特速率抽样相位检测器、零交叉相位检测器和超 前—滞后相位检测器等。 科学与工性学院 图6.7.2(a)所示为一种零交叉相位检测器的方 框图。电路组成:带通滤波器BPF和A/D转换器。 6.7.1
6.7.1 数字锁相环路的基本部件 抽样相位检测器的种类很多，如触发器相位检测器、 奈奎斯特速率抽样相位检测器、零交叉相位检测器和超 前——滞后相位检测器等。 6.7.1 一、抽样相位检测器 图6.7.2（a）所示为一种零交叉相位检测器的方 框图。电路组成：带通滤波器BPF和A／D转换器
设输入信号为一单 (nT0) BPF A/D 频率正弦信号 (n) U, (t=m sin ot (0) 经带通滤浪器滤除无用信号 后.送给A/D转换器。在A n2) 男 /D转换器中,用数控振荡器 u(n70) 输出的脉冲信号对输入信号 方抽样,并转换成二进制数字 (n20) 信号输出,图672(b)是画 这种电路的工作波形示意图。 图672零交叉相位检测器的方框图 和工作波形示意图
设输入信号为一单 频率正弦信号 0 ( ) sin i im i t V t = 经带通滤波器滤除无用信号 后．送给A／D转换器。在A ／D转换器中，用数控振荡器 输出的脉冲信号对输入信号 抽样，并转换成二进制数字 信号输出。图6.7.2（b）是 这种电路的工作波形示意图
其中,U()为输入信号,u(n)为数控振荡器输出 脉冲序列,(m7)为抽样信号d(n7)表示检测器输出 的数字信号。 男 为了分析方便,将输入信号的相位变换成以输出信 学习工学 号相位o为参考点的形式,即 U (t=m sina t +0(t) 式中,a()=(C0-0n) 6.7.1
的数字信号。 为了分析方便，将输入信号的相位变换成以输出信 号相位 o t 为参考点的形式，即 1 ( ) sin[ ( )] i im o t V t t = + 式中， 1 0 ( ) ( ) i o t t = − 6.7.1 ( ) i t 为输入信号， 0 ( ) o 其中， nT 为数控振荡器输出 脉冲序列， 0 ( ) s nT 为抽样信号， 0 ( ) DQ nT 表示检测器输出
这样,在每个抽样脉冲出 u() Uno(nlo) BPF A/D 现时,所取得的抽样值为 n2) D (nlo)=vm sina nl+e,nto) () Vim sin(e, (nlo) a,因为假定抽样脉冲序列初相为零,x 男 所以a(m河以用m时刻输入信号 与输出信号之间的相差p(n1 表示,故抽样值可表示为 Uo(nto) ll u(nlo)=vm sino(nlo) 图672零交叉相位检测器的方框图 和工作波形示意图
这样，在每个抽样脉冲出 现时，所取得的抽样值为 0 0 1 0 1 0 ( ) sin[ ( )] sin[ ( )] s im o im nT V nT nT V nT = + = 因为假定抽样脉冲序列初相为零， 与输出信号之间的相差 0 ( ) nT 表示，故抽样值可表示为 0 0 ( ) sin[ ( )] s im nT V nT = 1 0 ( ) nT 可以用 0 所以 nT 时刻输入信号
相位检测器的鉴相特性在输入信号为正弦信号时为正 弦鉴相特性。 AD变换器在完成抽样过程后,再将抽样值用二进制 数字信号表示。这个被量化后的输出信号用b0(m)表 男 犬式中心|表示量化处理p(m)以是出现在抽样时刻 的已量化值,也可是由M个码元组成的二进制码字。 6.7.1
相位检测器的鉴相特性在输入信号为正弦信号时为正 弦鉴相特性。 A/D变换器在完成抽样过程后，再将抽样值用二进制 数字信号表示。这个被量化后的输出信号用 0 ( ) DQ nT 表 示，即 0 0 ( ) sin[ ( )] DQ im nT Q V nT = 式中， Q 表示量化处理， 0 ( ) DQ nT 以是出现在抽样时刻 的已量化值，也可是由M个码元组成的二进制码字。 6.7.1
二、数字滤浪器 数字滤浪器实际 上是一种数字信号处 Do(t) 理电路,它能对数字 信号进行加工,改变 (b) 男 u)2s) Do(nls) 它的频谱使其符合预 学习工学 定的要求。 Is 2-7g (c) 数字滤波器的工作图67.3数字滤波器工作原理示意图 原理及其特性如图673所示。 6.7.1
数字滤波器实际 上是一种数字信号处 理电路，它能对数字 信号进行加工，改变 它的频谱使其符合预 定的要求。 6.7.1 二、数字滤波器 数字滤波器的工作 图6.7.3 数字滤波器工作原理示意图 原理及其特性如图6.7.3所示
如果输入信号是如图673(c)所示的离散时间信号 U(ns)那么应该用一个什么样的电路来得到输出离散时 间信号b(n7s) 从图6.73(a)不难得出,描述该电路输出、输入特 男 性的微分方程为 学习工学 doo(t RC +Uo()=U/()
如果输入信号是如图6.7.3（c）所示的离散时间信号 ( ) I S nT 那么应该用一个什么样的电路来得到输出离散时 ( ) O S 间信号 nT 从图6.7.3（a）不难得出，描述该电路输出、输入特 性的微分方程为 ( ) ( ) ( ) O O I d t RC t t dt + =
如果抽样周期足够小,上式可以近似为 RO bo【On+1)Ts]-U(m7s)+U0(n3)≈U(n7s) 整理后,可得 voI(n+DTsa(1-vo(nts)+u,,(nts) RC RO 男 这个方程是差 p,(nT o【(n+1)rs 分方程,可用图 774所示电路实 D RC 现 图6.7.4一阶数字滤波器 图中D表示延时,x表示乘因子,Σ表示相加。 6.7.1
如果抽样周期 TS 足够小，上式可以近似为 [( 1) ] ( ) ( ) ( ) O S O S O S I S S RC n T nT nT nT T + − + 整理后，可得 [( 1) ] (1 ) ( ) ( ) S S O S O S I S T T n T nT nT RC RC + − + 6.7.1 这个方程是差 分方程，可用图 7.7.4所示电路实 现。 图中D表示延时 TS，×表示乘因子，表示相加。 图6.7.4 一阶数字滤波器
在电路中流通的信 Dr(nTs) o【(n+1)rs 号是时间离散,但取 R 值连续的信号,即抽 RO 样数据信号。利用z 男 图6.7.4一阶数字滤波器 变换.上式可变换为z 学习工学 城表示式 U()2-(1-)U()=-Su(z) RC RC 其中,(=)和U()分别为U(n7)和(n7)的Z变换 6.7.1
在电路中流通的信 号是时间离散，但取 值连续的信号，即抽 样数据信号。利用Z 变换．上式可变换为z 域表示式 ( ) (1 ) ( ) ( ) S S o o i T T z z z z RC RC − − = 其中， ( ) o z 和 ( ) i z 分别为 ( ) O S nT ( ) I S 和 nT 的Z变换。 6.7.1 图6.7.4 一阶数字滤波器