基于simulink的电荷泵锁相环频率合成器建模与仿真.pdfVIP

2015年第3期 信息通信 2015 (总第147期) INFORMATl0NCOMMUNICATIONS(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