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基于simulink的电荷泵锁相环频率合成器建模与仿真
2015年第3期 信息通信 2015
(总第147期) INFORMATl0N&COMMUNICATIONS(Sum.No147)
谷涛,黄勇
(广西民族大学信息科学与工程学院,广西南宁530006)
摘要:根据电荷泵锁相环频率合成器的基本原理建立了基于Simulink的仿真模型,并代入了符合环路稳定性要求的参数
验证了模型的正确性,为此类频率合成器的电路设计打下良好基础。
关键词:电荷泵锁相环;频率合成器;simulink仿真
中图分类号:TN74 文献标识码:A 文章编号:1673.1131(2015)03.0027.03
0引言
锁相环是一个能够跟踪输入信号相位的闭环自动跟踪系
统。它广泛应用于无线电各个领域,并且,现在己成为通信、
雷达、导航、电子仪器等设备中不可缺少的一部分。频率合成
器可以突破石英晶体的固有频率限制而获得与石英晶体振荡
器同等精确度和稳定度的大量离散频率信号。基于锁相环的
频率合成方法简单、频率性能高,已经被广泛应用。本文的主
要工作是对电荷泵锁相环构成的频率合成器进行建模和仿真
验证。
1电荷泵锁相环频率合成器的基本原理 图2PFD原理图
模拟锁相环由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器组成。鉴 在图2中我们可以看到当输入信号Ui和输出反馈信号
相器用来鉴别输入信号ui与输出信号Uo之间的相位差,并
输出误差电压Ud。Ud中的噪声和干扰成分被低通性质的环态00,10,叭,1l。在锁相环在频率捕获范围内会出现11状
路滤波器滤除,形成压控振荡器(VCO)的控制电压Uc。Uc作
态,此时UP和DN均为1,经过与门和延迟单元,两个触发
用于压控振荡器的结果是把它的输出振荡频率fo拉向环路输 器均复位UP和DN均为0.以此为起点,如果Ui的高电平先
入信号频率fi,当二者相等时,环路被锁定,称为入锁。数字
或混合锁相环在电路实现形式上模拟锁相环有很大区别,但 分别控制后接的电荷泵开关导通,低电平0断开。可以看出
其实现的思想基本相同,也可归结为鉴相(取输入信号和反馈 ll为暂态,是回到00的条件,ll不是一个稳定状态。延迟单
输入信号的差别),滤波(平滑鉴相输出或转换鉴相输出使其符 元的作用是当避免Ui和Utb相差太小,两者都到达高电平
合作为控制震荡输入信号的要求),控制震荡(由滤波的输出 时两D触发器立即复位使UP和DN去00状态。此时电荷
信号控制输出向输入信号牵引)。图1是基于电荷泵锁相环 泵既不充电也不放电的不动作将形成误差。而延迟单元的
的频率合成器的框图: 加入解决了这个问题,而其大小将视输出频率等相关参数综
所示,其中的与非门与原理图不同是因为simulink模型中的
U 触发器是低电平触发的。
图1电荷泵锁相环的频率合成器系统框图
其中PFD是鉴频鉴相器,里面包含数字电路D触发
器,不仅可以鉴相还可以鉴频,可以加速环路的锁定。CP
是电荷泵起充放电电流源作用。LPF是不仅是滤波器对
环路稳定性起重要作用,在电荷泵锁相环路还要负责把电
荷泵电流转换为电压,为后接的压控震荡器提供输入电
压。VCO是压控震荡器,其输入信号由LPF上的电压提
供。N是频率比,可以由计数器构成。锁定后环路输出频
率fo=N*fi。
2电荷泵锁相环频率合成器的simulink模型
把电荷泵锁相环频率合成器按照图1框图分解的办法
分成各个部分,然后分别对各部分进行建模,最后再合成在
一起。
图3PFD的simulink模型
2.1 PFD建模
2.2电荷泵和LPF建模
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