【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）2.5GHz PLL鎖定檢測(cè)電路分析-電子信息科學(xué)與技術(shù)實(shí)現(xiàn)

西 安 郵 電 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )任務(wù)書 學(xué)生姓名 廖建軍 指導(dǎo)教師 蔣林 職稱 教授 系別 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 專業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 題目 定檢測(cè)電路分析實(shí)現(xiàn) 任務(wù)與要求 對(duì) 定檢測(cè)電路進(jìn)行一定層次的正向設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上對(duì)反向提取的全定制電路進(jìn)行分析整理，通過(guò)重新設(shè)計(jì)使其在 型下通過(guò)晶體管級(jí)仿真，要求提交： 1、 定檢測(cè)電路工作原理分析報(bào)告； 2、 定檢測(cè)電路正向設(shè)計(jì)方案； 3、 定檢測(cè)電路反向提取分析整理結(jié)果； 4、 定檢測(cè)電路 的重新設(shè)計(jì)； 5、 定檢測(cè)電路晶體管級(jí)仿真報(bào)告； 6、 定檢測(cè)電路的 件語(yǔ)言描述。 開(kāi)始日期 2006 年 03 月 06 完成日期 2006 年 06 月 11 系主任 (簽字 ) 2006 年 01 月 26 日 西 安 郵 電 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論文 ) 工 作 計(jì) 劃 學(xué)生姓名 廖建軍 指導(dǎo)教師 蔣林 職稱 教授 系別 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 專業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 題目 定檢測(cè)電路分析實(shí)現(xiàn) _ 工作進(jìn)程 第 1 周 成知識(shí)儲(chǔ)備，認(rèn)真復(fù)習(xí)模擬 成電路設(shè)計(jì)方法及其基本理。 第 2 周 握 工作原理，學(xué)習(xí) 作系統(tǒng)的基本操作，提交畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告。 第 3 周 習(xí) 真工具的使用和 真工具的使用。 第 4 周 成 Z 定檢測(cè)電路的正向設(shè)計(jì)方案，Z 定檢測(cè)電路的正向設(shè)計(jì)方案報(bào)告。 第 5 周 反向提取的全定制電路進(jìn)行分析整理。 第 6 周 續(xù)對(duì)反向提取的全定制電路進(jìn)行分析整理。 第 7 周 供分析整理報(bào)告，并進(jìn)行中期檢查。 第 8 周 過(guò)重新設(shè)計(jì)使其在 型下通過(guò)晶體管級(jí)仿真。 第 9 周 供 型下通過(guò)晶體管級(jí)仿真報(bào)告。 第 10 周 供 定檢測(cè)電路晶體管級(jí)仿真報(bào)告。 第 11 周 件描述語(yǔ)言編寫檢測(cè)電路原代碼，并進(jìn)行后期檢查。 第 12 周 業(yè)設(shè)計(jì)論文。 第 13 周 成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。 第 14 周 成畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。起 止 時(shí) 間 工 作 內(nèi) 容 主要參考書目 (資料 ) 1、 相關(guān)論文（電子版）； 2、 蔣林： 相環(huán)單元設(shè)計(jì)方案 2004； 3、 擬電路設(shè)計(jì)； 4、 冊(cè)； 5、 冊(cè)；褚振勇 翁木云 , 計(jì)及應(yīng)用 , 西安：電子科技大學(xué)出版社， 1、 作站； 2、 具軟件（ ）； 3、相關(guān)的圖書資料。 每周聽(tīng)取學(xué)生工作匯報(bào) ，并進(jìn)行專門指導(dǎo)至少 1 2 次； 隨時(shí)解決學(xué)生設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題。 無(wú) 主要參考書目 (資料 ) 主要儀器設(shè)備及材料 論文 (設(shè)計(jì) )過(guò)程中教師的指導(dǎo)安排 對(duì)計(jì)劃的說(shuō)明 西安郵電學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )開(kāi)題報(bào)告 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 系 電子信息科學(xué)與技術(shù) 專業(yè) 2002 級(jí) 03 班 課題名稱： 定檢測(cè)電路 分析實(shí)現(xiàn) 學(xué)生姓名： 廖建軍 學(xué)號(hào)： 04022091 指導(dǎo)教師： 蔣林 報(bào)告日期： 2006 年 03 月 13 日 及的問(wèn)題及應(yīng)用現(xiàn)狀綜述 本課題來(lái)源于科研項(xiàng)目， 鎖相環(huán)在顯示電子學(xué)和通信領(lǐng)域中獲得廣泛的應(yīng)用。隨著 術(shù)的發(fā)展，使得高速鎖相環(huán)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)成為了可能。鎖相環(huán)是把輸出相位和輸入相位相比較的反饋系統(tǒng)。本課題就是要在廣泛調(diào)研、收集資料的基礎(chǔ)上，深入 工作原理，理解鎖相環(huán)的電路結(jié)構(gòu)，認(rèn)識(shí)到鎖相環(huán)由三部分組成，分別是鑒相器 通濾波器 控振蕩器 相器的功能是完成相位的比較，低通濾波器的功能是濾去高頻分量，振蕩器的功能是改變震蕩頻率。鎖相環(huán)是鑒相器與壓控振蕩器組成的反饋系統(tǒng)，鑒相 器比較輸入和輸出的相位，產(chǎn)生一個(gè)誤差去改變 振蕩頻率，直到相位對(duì)齊，也就是達(dá)到相位鎖定。本課題所涉及的主要問(wèn)題是對(duì)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)的檢測(cè) ,以便檢測(cè)出鎖相環(huán)是否達(dá)到了鎖定狀態(tài) ,再對(duì)高速 定檢測(cè)電路進(jìn)行一定層次的正向設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上對(duì)反向提取的全定制電路進(jìn)行分析整理，通過(guò)重新設(shè)計(jì)使其在 型下通過(guò)晶體管級(jí)仿真并用 件語(yǔ)言描述，為全電路的工藝移植打下基礎(chǔ)。 高速鎖相環(huán)在各種工程項(xiàng)目中有著廣泛的應(yīng)用。高速鎖相環(huán)在跟蹤濾波器中有著重要作用，跟蹤濾波器是 一個(gè)帶通濾波器，其中心頻率能自動(dòng)地跟蹤輸入信號(hào)載波頻率的變化。由鎖相環(huán)路工作原理知道，鎖相環(huán)路本身就具有這樣的性能；高速鎖相環(huán)在調(diào)制器與解調(diào)器中、在頻率合成、載波同步、位同步、 體聲解碼、彩色副載波同步、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制、鎖相接收機(jī)中有著重要的作用。 此外，高速鎖相環(huán)也用在相移器、頻率變換、自動(dòng)跟蹤調(diào)諧、微波鎖相頻率源中。 2 本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題、解決的思路及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析 本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題是理解鎖相環(huán)檢測(cè)的原理 ,鎖相環(huán)對(duì)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)是如何比較而得出鎖相環(huán)鎖定的 ,最 終完成 Z 定檢測(cè)電路的正向設(shè)計(jì)方案 ,在此基礎(chǔ)上對(duì)反向提取的全定制電路進(jìn)行分析整理，通過(guò)重新設(shè)計(jì)使其在型下通過(guò)晶體管級(jí)仿真。 在研究該問(wèn)題之前要通過(guò)閱讀有關(guān) 書籍和 成電路的設(shè)計(jì)方法。對(duì)鎖相環(huán)的工作原理有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。對(duì)鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)要深入到內(nèi)部的每一個(gè)晶體管。必須具備模擬電路設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，認(rèn)真復(fù)習(xí)模擬電路的基本知識(shí)，掌握模擬成電路設(shè)計(jì)方法及其基本原理。對(duì) 相環(huán)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，要從 該分為幾大模塊，每個(gè)模塊的功能是什么，每一個(gè)模 塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎樣構(gòu)成的，由幾個(gè)晶體管構(gòu)成，都要弄清楚，并提交鎖相環(huán)工作原理分析報(bào)告。最后再進(jìn)行正向設(shè)計(jì)方案得制定 ,以及進(jìn)行后續(xù)的工作 . 雖然本課題是要設(shè)計(jì)一個(gè)高速的鎖相環(huán)檢測(cè)電路 ,有一定的困難 ,但從理論分析上看 ,達(dá)到本課題的要求是完全可能的 ,隨著 術(shù)的發(fā)展 ,模擬 設(shè)計(jì)技術(shù)有了巨大的提高 ,模擬 速度可以比數(shù)字 速度提高很多倍 ,尤其是集成電路朝著深亞微米工藝的發(fā)展 ,集成電路的速度完全可以達(dá)到本課題所要完成的 Z。從使用的工具上看 ,完成本課題也是可以的 ,再完成本課題的過(guò)程中使用了 真工具和 真工具 , 作站 , 作系統(tǒng) 完全可以滿足高速 計(jì)的要求。 完成本課題要認(rèn)真復(fù)習(xí)模擬電路的基本知識(shí)，掌握模擬 成電路設(shè)計(jì)方法及其基本原理。并對(duì) 相環(huán)的結(jié)構(gòu)有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí) 習(xí) 真工具的使用和 真工具的使用， 習(xí) 作系統(tǒng)的基本操作。熟練掌握 使用 ,為此制定完成本課題的工作方 案如下： 第一周 :完成知識(shí)儲(chǔ)備，認(rèn)真復(fù)習(xí)模擬 成電路設(shè)計(jì)方法及其基本理； 第二周 :掌握 工作原理，學(xué)習(xí) 作系統(tǒng)的基本操作，提交畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 ,提交鎖定檢測(cè)工作原理分析報(bào)告； 第三周 :學(xué)習(xí) 真工具的使用和 真工具的使用； 第四周 :完成 Z 定檢測(cè)電路的正向設(shè)計(jì)方案，提供 Z 第五周 :對(duì)反向提取的全定制電路進(jìn)行分析整理； 第六周 :繼續(xù)對(duì)反向提取的全定制電路進(jìn)行分析 整理； 第七周 :提供分析整理報(bào)告，并進(jìn)行中期檢查； 第八周 :通過(guò)重新設(shè)計(jì)使其在 型下通過(guò)晶體管級(jí)仿真； 第九周 :提供 型下通過(guò)晶體管級(jí)仿真報(bào)告； 第十周 :提供 定檢測(cè)電路晶體管級(jí)仿真報(bào)告，并提供報(bào)告； 第十一周 :用 件描述語(yǔ)言編寫檢測(cè)電路原代碼，并進(jìn)行后期檢查； 第十二周 :畢業(yè)設(shè)計(jì)論文； 第十三周 :完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文； 第十四周 :完成畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯； 4 指導(dǎo)教師審閱意見(jiàn) 廖建軍同學(xué)通過(guò) 收集和閱讀文獻(xiàn)資料，了解了 定檢測(cè)線路分析實(shí)現(xiàn)課題的任務(wù)要求研究現(xiàn)狀，認(rèn)識(shí)到了課題中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題 ,提出了解決思路，方案可行 ,計(jì)劃合理。 指導(dǎo)教師 (簽字 )： 蔣林 2006 年 03 月 15 日 說(shuō)明： 本報(bào)告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )課題任務(wù)的學(xué)生在畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 正式開(kāi)始的第 1 周周五之前獨(dú)立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。 西安郵電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )成績(jī)?cè)u(píng)定表 學(xué)生姓名 廖建軍 性別 男 學(xué)號(hào) 02042091 專 業(yè)班 級(jí) 電子 0203 班 課題名稱 定檢測(cè)電路分析實(shí)現(xiàn) 課題 類型 科研題目 難度 較難 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間 2006 年 3 月 6 日 6 月 11 日 指導(dǎo)教師 蔣林 (職稱： 教授 ) 課題任務(wù) 完成情況 論 文 (千字 )； 設(shè)計(jì)、計(jì)算說(shuō) 明書 (千字 )； 圖紙 (張 )； 其它 (含附 件 )： 指導(dǎo)教師意見(jiàn) 廖建軍同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了 定檢測(cè)電路的反向分析和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)工作。論文屬于模擬集成電路設(shè)計(jì)，難度和工作量大，完成情況良好。論文寫作規(guī)范，是一篇優(yōu)秀 的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 分項(xiàng)得分：開(kāi)題調(diào)研論證 8 分； 課題質(zhì)量（論文內(nèi)容） 48 分； 創(chuàng)新 8 分； 論文撰寫（規(guī)范） 14 分； 學(xué)習(xí)態(tài)度 9 分； 外文翻譯 5 分 指導(dǎo)教師審閱成績(jī)： 92 指導(dǎo)教師 (簽字 )： 蔣林 2006 年 6 月 7 日 評(píng) 閱 教 師 意見(jiàn) 該同學(xué)完成了 定檢測(cè)電路的反向分析和正向的實(shí)現(xiàn)方案，設(shè)計(jì)方案合理，理論分析有依據(jù)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。論文書寫規(guī)范，條理清楚。 分項(xiàng)得分：選題 9 分； 開(kāi)題調(diào)研論證 8 分； 課題質(zhì)量（論文內(nèi)容 ） 46 分； 創(chuàng)新 8 分； 論文撰寫（規(guī)范） 14 分； 外文翻譯 5 分 評(píng)閱成績(jī)： 90 評(píng)閱教師 (簽字 )： 邢立冬 2006 年 6 月 8 日 驗(yàn)收小組意見(jiàn) 各項(xiàng)準(zhǔn)備充分，資料詳實(shí)，工作量較大，很好的完成了反向分析任務(wù)，有較強(qiáng)的獨(dú)立解決問(wèn)題的能力?；卮饐?wèn)題準(zhǔn)確，演示熟練。 分項(xiàng)得分：準(zhǔn)備情況 9 分； 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量 65 分； （操作）回答問(wèn)題 18 分 驗(yàn)收成績(jī)： 92 驗(yàn)收教師 (組長(zhǎng) )(簽字 )： 杜慧敏 2006 年 6 月 9 日 答 辯 小組 意 見(jiàn) 準(zhǔn)備充分，表達(dá)清楚，概念應(yīng)用準(zhǔn)確，回答問(wèn)題清晰、正確。 分項(xiàng)得分：準(zhǔn)備情況 14 分； 陳述情況 36 分； 回答問(wèn)題 35 分； 儀表 5 分 答辯成績(jī)： 90 答辯小組組長(zhǎng) (簽字 )： 杜慧敏 2006 年 06 月 11 日 成績(jī)計(jì)算方法 (填寫本系實(shí)用比例 ) 指導(dǎo)教師成績(jī) 20 ( ) 評(píng)閱成績(jī) 30 ( ) 驗(yàn)收成績(jī) 30 ( ) 答辯成績(jī) 20 ( ) 學(xué)生實(shí)得成績(jī) (百分制 ) 指 導(dǎo)教師成績(jī) 92 評(píng)閱成績(jī) 90 驗(yàn)收成績(jī) 92 答辯成績(jī) 90 總評(píng) 91 答辯委員會(huì)意見(jiàn) （略） 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )總評(píng)成績(jī) (等級(jí) )： 優(yōu) 系答辯委員會(huì)主任 (簽字 )： 系 (簽章 ) 2006 年 6 月 11 日 備 注 西安郵電學(xué)院畢業(yè) 論文 (設(shè)計(jì) )成績(jī)?cè)u(píng)定表 (續(xù)表 )z 定檢測(cè)電路分析實(shí)現(xiàn) 目 錄 摘要 . I . 引言 . 1 2 Z 定檢測(cè)電路工作原理分析 . 2 相環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 . 2 相環(huán)的作用簡(jiǎn)介 . 2 定檢測(cè) . 3 3 Z 定檢測(cè)電路總體設(shè)計(jì)方案 . 5 述 . 5 計(jì)目標(biāo) . 6 層設(shè)計(jì)方案 . 7 證與測(cè)試 . 11 4 Z 定檢測(cè)電路反向提取分析 . 12 定檢測(cè)電路外部引腳 . 12 定檢測(cè)電路內(nèi)部結(jié)構(gòu) . 13 定檢測(cè)電路的實(shí)現(xiàn) . 15 向提取的鎖定檢測(cè)電路圖 . 16 5 定檢測(cè)電路 藝下重新設(shè)計(jì) . 17 相器設(shè)計(jì) . 17 觸發(fā)器設(shè)計(jì) . 18 數(shù)器設(shè)計(jì) . 18 八輸入或非門設(shè)計(jì) . 19 非門設(shè)計(jì) . 20 鐘設(shè)計(jì) . 21 定檢測(cè)電路設(shè)計(jì)小結(jié) . 21 6 Z 定檢測(cè)電路 晶體管級(jí)仿真 . 22 發(fā)器模塊仿真測(cè)試 . 22 或門仿真測(cè)試 . 23 八輸入或非門仿真測(cè)試 . 24 z 定檢測(cè)電路分析實(shí)現(xiàn) 非門仿真測(cè)試 . 25 定檢測(cè)電路整體仿真測(cè)試 . 26 7 Z 定檢測(cè)電路 言描述 . 30 本模塊的描述 . 30 定檢測(cè)電路的整體描述 . 32 8 結(jié)論 . 33 致 謝 . 84 參考文獻(xiàn) . 84 附錄：鎖定檢測(cè)電路的 件語(yǔ)言描述 . 84 z 定檢測(cè)電路分析實(shí)現(xiàn) I 摘 要 在集成電路設(shè)計(jì)中，需要使芯片上內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘同步，希望在外部時(shí)鐘輸入的高頻率下使用芯片的內(nèi)部時(shí)鐘?；谝陨蟽牲c(diǎn)，鎖相環(huán)常常用于產(chǎn)生芯片上的內(nèi)時(shí)鐘。但是隨著處理器頻率的提高，傳統(tǒng)的數(shù)字鎖相環(huán)已經(jīng)不能滿足要求。在本文中，我們將展現(xiàn)一個(gè)新的鎖相環(huán)鎖定檢測(cè)方法。鎖定檢測(cè)的功能是檢測(cè)鎖相環(huán)是否達(dá)到鎖定。 z 定檢測(cè)電路分析實(shí)現(xiàn)，就 是要完成鎖定檢測(cè)電路的正向總體設(shè)計(jì)方案，鎖定檢測(cè)電路的反向提取，再在反向提取電路的基礎(chǔ)上在 藝下進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，并完成 的晶體管級(jí)仿真。 z 定檢測(cè)電路分析實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)與重點(diǎn)是反向電路的提取和 藝下的重新設(shè)計(jì)。 本文所討論的鎖相環(huán)能夠鎖定更高頻率的時(shí)鐘。藝。鎖相環(huán)的壓控震蕩器的輸出頻率可以高達(dá) 外，該鎖相環(huán)能夠鎖定高達(dá)到 輸出頻率。我們采用模擬電路來(lái)代替以往的 數(shù)字的鎖定檢測(cè)電路。在 藝下，采用本文所討論的鎖定檢測(cè)電路而設(shè)計(jì)的鎖相環(huán)相對(duì)其他的鎖相環(huán)而言，具有更大的優(yōu)越性。 關(guān)鍵詞 ：鎖相環(huán) 鎖定檢測(cè) 藝 集成電路 z 定檢測(cè)電路分析實(shí)現(xiàn) n we to of we to of of to to of of LL t In a LL be of LL is to LL to or of LL is to to to of on to of on in of of of LL is to of LL a is of CO be up to is to to a Hz We of A on of in z 定檢測(cè)電路分析實(shí)現(xiàn) 1 1 引言 鎖相環(huán)主要用在實(shí)現(xiàn)頻率和成和頻率倍增方面，在電子學(xué)和通信領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用 ,正如文獻(xiàn) 1中所介紹，鎖相環(huán)也用在集成電路中，使得集成電路芯片上的內(nèi)部時(shí)鐘與外部時(shí)鐘同步，使得可以在外部時(shí)鐘輸入的高頻率下使用芯片的內(nèi)部時(shí)鐘。但是傳統(tǒng)的鎖相環(huán)鎖定檢測(cè)電路往往采用數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)或者是采用工藝比較落后的模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。正如文獻(xiàn) 2所述，隨著時(shí)鐘頻率的提高，這種鎖相環(huán)將不能完成鎖定檢測(cè)，其不足之處逐漸顯露出來(lái)。 隨著集成電路工藝的改進(jìn)，尤其是 藝的成熟，使得設(shè)計(jì)高速的鎖定檢測(cè)電路成為了可 能。文獻(xiàn) 3中討論了一種基于 藝的 z 的高速模擬鎖相環(huán)，具有這樣高頻率的鎖相環(huán)可以滿足現(xiàn)代電路系統(tǒng)的需要，設(shè)計(jì)高速的鎖定檢測(cè)電路也就成了必然。高速模擬鎖定檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)，最好的辦法是參考以往的鎖定檢測(cè)電路圖，分析鎖定檢測(cè)電路的功能，再在新的工藝下設(shè)置電路參數(shù)，最終完成鎖定檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)。 在本論文中，討論了 定檢測(cè)電路的實(shí)現(xiàn)，就是要在完成正向總體設(shè)計(jì)后，在反向提取電路的基礎(chǔ)上，從晶體管分析鎖定檢測(cè)電路，利用所提取的電路在當(dāng)前已很成熟的 藝下重新設(shè)計(jì)，完成對(duì)晶體管參數(shù)的調(diào)試，并且通過(guò)高精度的 的晶體管級(jí)仿真，使得鎖定檢測(cè)的頻率能夠檢測(cè)到高速鎖相環(huán)是否到達(dá)鎖定。從而推動(dòng)鎖相環(huán)的應(yīng)用。 z 定檢測(cè)電路分析實(shí)現(xiàn) 2 2 z 定檢測(cè)電路工作原理分析 相環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 鎖相環(huán)的基本結(jié)構(gòu)如圖 2 圖 2相環(huán)的基本結(jié)構(gòu) 主要由四部分組成：鑒頻鑒相器 通濾波器 控振蕩器 頻器 頻鑒相器的功能是實(shí)現(xiàn)輸入時(shí)鐘與輸出時(shí)鐘的相位比較，當(dāng)二者的相位達(dá)到一致時(shí)，表示鎖相環(huán)達(dá)到鎖定，否則鎖相環(huán)沒(méi)有達(dá)到鎖定，此時(shí)鑒頻鑒相器將輸出一個(gè)控制信號(hào)到低通濾波器，經(jīng)過(guò)低通濾波器后到達(dá)壓控震蕩器，使壓控震蕩器改變輸出時(shí)鐘的頻率相位，使之的相位與輸出時(shí)鐘的相位保持一致。 低通濾波器的功能是實(shí)現(xiàn)濾波功能，由于由鑒頻鑒相器輸出的信號(hào)包含一定的高頻部分，這些高頻部分對(duì)壓控震蕩器來(lái)說(shuō)是不需要的，使壓控震蕩器工作不正常，所以要采用低通濾波器來(lái)濾 去信號(hào)中的高頻部分。 壓控震蕩器的功能是，接收從鑒頻鑒相器輸出的經(jīng)濾波的信號(hào)，使之控制壓控震蕩器改變輸出時(shí)鐘的頻率和相位。 如果直接將輸入信號(hào)與輸出信號(hào)進(jìn)行相位的比較，由于輸出時(shí)鐘頻率高，難于實(shí)現(xiàn)。分頻器的功能是對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行分頻，將其頻率變低，以便與輸入信號(hào)進(jìn)行相位，頻率的比較。 相環(huán)的作用簡(jiǎn)介 鎖相在電子學(xué)、通信、和儀器中有著廣泛的應(yīng)用，主要用于頻率倍增和頻率合成。 圖 2是一個(gè)頻率倍增電路圖。 z 定檢測(cè)電路分析實(shí)現(xiàn) 3 圖 2率倍增圖 輸入端相位或頻率變化會(huì)引起相應(yīng)的輸出量變化 N 倍，該電路與電 壓放大器不同，鎖相環(huán)提供了一個(gè)精確的值等于 M 的放大系數(shù)，這個(gè)特點(diǎn)是由于有無(wú)窮大的環(huán)路增益，其次，輸出頻率可以通過(guò)改變除數(shù)因子 N 而改變。 圖 2是一個(gè)頻率合成的電路圖。 圖 2率合成圖 該電路圖與頻率倍增電路圖有著相似之處，此處就是除數(shù)因子 N 是可以改變的，可以根據(jù)模式的選擇來(lái)改變。頻道控制是一個(gè)數(shù)字，用于改變 N 的值，由于 ，所以 的相對(duì)精度與 的相等。 定檢測(cè) 定檢測(cè)的功能 鎖定檢測(cè)的功能就是實(shí)現(xiàn)輸入時(shí)鐘與輸出時(shí)鐘的比較，包括頻率，相位的比較。當(dāng)二者的頻率、相位一 致時(shí)表示鎖相環(huán)達(dá)到了鎖定。鎖定檢測(cè)的方法很多，可以使用一個(gè)異或門來(lái)實(shí)現(xiàn)功能，當(dāng)兩個(gè)輸入時(shí)鐘相位、頻率不同時(shí)，輸出結(jié)果不全為 0，此時(shí)表示鎖相環(huán)沒(méi)有達(dá)到鎖定。當(dāng)兩個(gè)輸入時(shí)鐘的相位、頻率相同時(shí)，輸出結(jié)果全為 0，此時(shí)表示鎖相環(huán)達(dá)到了鎖定。一個(gè)簡(jiǎn)單可行的辦法是對(duì)兩個(gè)時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)操作，從某一時(shí)刻開(kāi)始，如果在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)，兩個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值相等，則表示，輸入時(shí)鐘與輸出時(shí)鐘的相位達(dá)到了鎖定。由于兩個(gè)時(shí)鐘的頻率都比較高，如果直接進(jìn)行計(jì)數(shù)操作，計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)將變得很困難。所以還要對(duì)兩個(gè)時(shí)鐘進(jìn)行分頻，使之頻率降低，這樣才容易設(shè)計(jì)計(jì) 數(shù)器。下面采用計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖定檢測(cè)。 z 定檢測(cè)電路分析實(shí)現(xiàn) 4 定檢測(cè)的實(shí)現(xiàn) a 電路圖說(shuō)明 電路圖如圖 2塊對(duì)時(shí)鐘 行分頻， 塊對(duì)時(shí)鐘 行分頻，兩個(gè)分頻模塊的分頻系數(shù)應(yīng)該一樣。 行計(jì)數(shù)操作， 行計(jì)數(shù)操作， 塊對(duì)兩個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值進(jìn)行比較。當(dāng)二者的計(jì)數(shù)值相等時(shí)輸出 1，否則輸出 0。圖 2定檢測(cè)電路模塊劃分 b 鎖定檢測(cè)的時(shí)序說(shuō)明 鎖定檢測(cè)要滿足的時(shí)序如下，對(duì)照鎖定檢測(cè)的電路圖分析如下： 圖 2滿足鎖定時(shí)的時(shí)序圖 z 定檢測(cè)電路分析實(shí)現(xiàn) 5 圖 2滿足鎖定狀態(tài)的時(shí)序 圖 2鎖相環(huán)達(dá)到鎖定檢測(cè)的時(shí)序圖，從圖中可以看出，完成鎖定檢測(cè)時(shí)輸出為保持的高電平。圖 2鎖相環(huán)沒(méi)有達(dá)到鎖定的時(shí)序圖，從圖中可以看出，鎖定檢測(cè)的輸出結(jié)果不唯一，有時(shí)保持高電平，有時(shí)保持低電平。 3 z 述 鎖相環(huán)是把輸出相位和輸入相位相比較的反饋系統(tǒng)。 z 定檢測(cè)電路完成的功能是將輸入 信號(hào)與輸出的反饋信號(hào)相比較，檢測(cè)輸入信號(hào)與輸出信號(hào)是否達(dá)到了鎖定。完成檢測(cè)任務(wù)，就是要檢測(cè)兩個(gè)信號(hào)的周期是否一樣，二者的相位之差是否達(dá)到了穩(wěn)定。完成此功能，簡(jiǎn)單可行的辦法是對(duì)兩個(gè)信號(hào)分別用計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)操作，若在相同的時(shí)間內(nèi)兩個(gè)信號(hào)的脈沖數(shù)目相等，則表明鎖相環(huán)達(dá)到了鎖定。對(duì)兩個(gè)計(jì)數(shù)器而言，需要有復(fù)位信號(hào)，使能信號(hào)，來(lái)對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行控制。由于該鎖定檢測(cè)電路的時(shí)鐘頻率很高，所以不采用基本的數(shù)字計(jì)數(shù)器，而要采用直接用 體管搭建的模擬計(jì)數(shù)器。對(duì)兩個(gè)輸入進(jìn)行計(jì)數(shù)的模塊是時(shí)序電路模塊，所有的時(shí)序必須滿足時(shí)序的要求 。 如何比較兩個(gè)計(jì)數(shù)器的輸出是否一致，采用一個(gè)兩輸入的同或門來(lái)實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)輸入都是三位的數(shù)據(jù)輸入，同或門的輸出是一位的數(shù)據(jù)輸出，當(dāng)二兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)相同時(shí)，同或門輸出高電平，代表鎖相環(huán)達(dá)到了鎖定，否則同或門輸出為低電平，代表兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)不相同，鎖相環(huán)沒(méi)有達(dá)到鎖定。z 定檢測(cè)電路分析實(shí)現(xiàn) 6 采用的是組合邏輯。 從外部看如圖 3成鎖相環(huán)鎖定檢測(cè)電路的輸入端口有輸入脈沖 位信號(hào) 能信號(hào) 出端口有輸出脈沖 q。 圖 3定檢測(cè)整體電路圖 計(jì)目標(biāo) 能定義 z 定檢測(cè)電路的電路模型如下，該電路的功能是完成對(duì)輸入時(shí)鐘行比較，以便檢測(cè)二者是否有相同的時(shí)鐘周期，相同的相位。當(dāng)二者的周期相同，相位差固定，則輸出 q 輸出為高電平，否則 q 輸出為低電平。在輸入端有兩個(gè)控制信號(hào)，該電路采用異步復(fù)位，復(fù)位信號(hào) 優(yōu)先權(quán)最高，當(dāng)其為低電平時(shí)，整個(gè)電路復(fù)位。使能信號(hào) 其為高電平時(shí)，整個(gè)電路開(kāi)始工作。 腳描述 引腳描述如表 3 3定檢測(cè)的引腳描述 端口名稱 端口說(shuō)明 輸入信號(hào) A 輸入信號(hào) B 復(fù)位信號(hào) 使能信號(hào) Q 檢測(cè)輸出 輸入引腳 1 位的輸入時(shí)鐘，也是參考時(shí)鐘。檢測(cè)鎖定的標(biāo)準(zhǔn)，就是以該時(shí)鐘為參考標(biāo)準(zhǔn)的。 z 定檢測(cè)電路分析實(shí)現(xiàn) 7 輸入引腳 是 1 位的輸入時(shí)鐘， 鐘是壓控振蕩器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻后得到的，此時(shí)鐘就是需要和參考時(shí)鐘 行檢測(cè)比較的時(shí)鐘。 復(fù)位引腳 復(fù)位信號(hào)的輸入端口，當(dāng)其為低電平時(shí)，電路的所有模塊都復(fù)位，包括內(nèi)部寄存器清零，輸出端口清零。 使能引腳 使能信號(hào)的輸入端口，當(dāng)其為高電平時(shí)，電路開(kāi)始工作，當(dāng)其為低電平時(shí)，整個(gè)電路都不能工作。 輸出引腳 q 是檢測(cè)比較的輸出端口，當(dāng)電路檢測(cè)到鎖相環(huán)達(dá)到鎖定時(shí)，該端口輸出為高電平。 口時(shí)序 兩個(gè)輸入時(shí)鐘的周期、相位固定時(shí)，整個(gè)電路模塊的工作時(shí)序如圖 3 圖 3定檢測(cè)鎖定時(shí)的工作時(shí)序 當(dāng)復(fù)位信號(hào)有效時(shí)，輸出信號(hào)清零。當(dāng)電路正常工作時(shí)，兩個(gè)輸入時(shí)鐘的周期相同，相位固定，輸出結(jié)果為高電平，代表鎖相環(huán)達(dá)到鎖定。 兩個(gè)輸入時(shí)鐘的周期不同，相位不固定時(shí)，整個(gè)電路的工作時(shí)序如圖 3 圖 3定檢測(cè)沒(méi)有鎖定時(shí)的工作時(shí)序 當(dāng)電路正常工作時(shí)，檢測(cè)到輸入時(shí)鐘的周期，相位不同，表示鎖相環(huán)沒(méi)有達(dá)到鎖定，輸出結(jié)果為低電平。 層設(shè)計(jì)方案 塊劃分模塊如圖 3據(jù)本電路要完成的 功能，將本電路分為三個(gè)模塊：z 定檢測(cè)電路分析實(shí)現(xiàn) 8 模塊 個(gè)計(jì)數(shù)器結(jié)果比較模塊 圖 3定檢測(cè)的模塊劃分 計(jì)數(shù)器模塊 塊，完成對(duì) 計(jì)數(shù)操作。計(jì)數(shù)器模塊 塊，完成對(duì) 計(jì)數(shù)操作。比較模塊，完成兩個(gè)計(jì)數(shù)操作模塊的比較。 數(shù)器模塊 a 功能 本模塊的功能是對(duì) 入信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)操作，輸入時(shí)鐘信號(hào)為 出結(jié)果為 ： 0，三位 寬，進(jìn)行模 8 計(jì)數(shù)操作。 異步復(fù)位信號(hào)，當(dāng)其為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器內(nèi)的寄存器清零。 使能信號(hào)，當(dāng)其為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器才能工作。所以，當(dāng)復(fù)位信號(hào)無(wú)效，使能信號(hào)有效時(shí)，計(jì)數(shù)器在輸入時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，進(jìn)行計(jì)數(shù)操作。 b 接口說(shuō)明 輸入引腳 外部時(shí)鐘輸入端口， 1 位寬度。輸入引腳 復(fù)位信號(hào)輸入端口， 1 位寬度。輸入引腳 外部使能信號(hào)輸入端口， 1 位寬度。輸出引腳： 0為計(jì)數(shù)器的輸出端口， 3 位寬度。本計(jì)數(shù)器是模 8 計(jì)數(shù)器，異步復(fù)位。 c 時(shí)序說(shuō)明 本模塊要滿足的時(shí)序如圖 3 z 定檢測(cè)電路分析實(shí)現(xiàn) 9 圖 3考時(shí)鐘計(jì)數(shù)器模塊的時(shí)序 當(dāng) 效時(shí)，即當(dāng)其值為 0 時(shí)，輸出為 0，從時(shí)序圖中可以看出，當(dāng) 值為 3 時(shí)，由于是異步復(fù)位，當(dāng)復(fù)位信號(hào)有效時(shí)，輸出結(jié)果變?yōu)?0。只有使能信號(hào)有效時(shí)，計(jì)數(shù)器才開(kāi)始工作，在時(shí)序圖中，當(dāng) 5 時(shí)，使能信號(hào)為低電平，計(jì)數(shù)器保持計(jì)數(shù)值。 數(shù)器模塊 a 功能 本模塊的功能是對(duì) 入信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)操作，輸入時(shí)鐘信號(hào)為 出結(jié)果為 ： 0，三位寬，進(jìn)行模 8 計(jì)數(shù)操作。 異步復(fù)位信號(hào)， 當(dāng)其為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器內(nèi)的寄存器清零。 使能信號(hào)，當(dāng)其為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器才能工作。所以，當(dāng)復(fù)位信號(hào)無(wú)效，使能信號(hào)有效時(shí)，計(jì)數(shù)器在輸入時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，進(jìn)行計(jì)數(shù)操作。 b 接口說(shuō)明 輸入引腳 外部時(shí)鐘輸入端口， 1 位寬度。輸入引腳 復(fù)位信號(hào)輸入端口， 1 位寬度。輸入引腳 外部使能信號(hào)輸入端口， 1 位寬度。輸出引腳： 0為計(jì)數(shù)器的輸出端口， 3 位寬度。本計(jì)數(shù)器是模 8 計(jì)數(shù)器，異步復(fù)位。 c 時(shí)序說(shuō)明本模塊要求滿足的時(shí)序條件如圖 3 圖 3饋時(shí)鐘計(jì)數(shù)器模塊時(shí)序 當(dāng) 號(hào)有效時(shí)，計(jì)數(shù)器的寄存器清零。由于是異步復(fù)位，所以復(fù)位信號(hào)的優(yōu)先級(jí)最高。當(dāng) 效時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)操作。當(dāng)沒(méi)有復(fù)位信號(hào)，z 定檢測(cè)電路分析實(shí)現(xiàn) 10 號(hào)有效時(shí)，計(jì)數(shù)器完成的是模 8 計(jì)數(shù)。 或比較模塊 a 功能 本模塊完成的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)計(jì)數(shù)器的輸出結(jié)果進(jìn)行比較。什么時(shí)候進(jìn)行比較，取決于對(duì)參考 鐘的計(jì)數(shù)器的輸出，當(dāng)參考時(shí)鐘的計(jì)數(shù)器的輸出為 7 時(shí)，即參考時(shí)鐘已經(jīng)完成 8 個(gè)脈沖的計(jì)數(shù)，此時(shí)在看對(duì) 行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器的值是否為 7，若是，比較結(jié)果為高電平 ，否則輸出為低電平。本模塊的驅(qū)動(dòng)是靠 驅(qū)動(dòng)的。當(dāng)輸出為高時(shí)表明鎖相環(huán)達(dá)到了鎖定。 b 接口說(shuō)明 本模塊有三個(gè)輸入，一個(gè)輸出。其中輸入信號(hào) 別是計(jì)數(shù)器 輸出。 復(fù)位信號(hào)的輸入，采用的是異步復(fù)位，當(dāng)其為低電平時(shí)有效，輸出和內(nèi)部寄存器復(fù)位。本模塊完成的比較不是任何時(shí)候都在比較 是當(dāng) 7 時(shí)，才進(jìn)行比較。 c 時(shí)序說(shuō)明本模塊的時(shí)序圖要滿足的要求如圖 3 下圖是當(dāng)輸入的時(shí)鐘的頻率、相位不同時(shí)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果不同，檢測(cè)輸出結(jié)果將會(huì)是輸出低 電平，表示鎖相環(huán)沒(méi)有達(dá)到鎖定。 圖 3鎖定時(shí)的時(shí)序 圖 3當(dāng)輸入時(shí)鐘的頻率和相位相同時(shí)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果相同，檢測(cè)輸出的結(jié)果是輸出高電平，表示鎖相環(huán)達(dá)到了鎖定。 圖 3定時(shí)的時(shí)序 z 定檢測(cè)電路分析實(shí)現(xiàn) 11 證與測(cè)試 設(shè)計(jì)驗(yàn)證： 鎖相環(huán)鎖定檢測(cè)電路的實(shí)現(xiàn)，采用兩個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)操作，以便比較在相同的時(shí)間內(nèi)，兩個(gè)計(jì)數(shù)器對(duì)兩個(gè)輸入時(shí)鐘的計(jì)數(shù)值是否相等。這種方法是可行的，當(dāng)兩個(gè)計(jì)數(shù)器的值在任何時(shí)刻都相同時(shí)表明兩個(gè)輸入 時(shí)鐘的頻率和相位相同，鎖相環(huán)達(dá)到鎖定狀態(tài)，否則鎖相環(huán)沒(méi)有達(dá)到鎖定狀態(tài)。 物理驗(yàn)證： 實(shí)現(xiàn)三位的計(jì)數(shù)器，由于計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率很高，所以不能采用一般的現(xiàn)成的計(jì)數(shù)器，而要用晶體管搭建一個(gè)計(jì)數(shù)器。對(duì)同或比較電路也是如此。 完成本課題采用了三個(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中兩個(gè)是計(jì)數(shù)器模塊，一個(gè)是同或比較模塊。對(duì)本設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)的電路的測(cè)試，要分為四步來(lái)進(jìn)行。 第一步，對(duì)參考時(shí)鐘的計(jì)數(shù)器進(jìn)行測(cè)試，主要測(cè)試的是復(fù)位信號(hào)有效時(shí)，計(jì)數(shù)器的內(nèi)部寄存器是否清零。對(duì)使能信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試當(dāng)使能信號(hào)無(wú)效時(shí)，計(jì)數(shù)器是否保持原有的計(jì)數(shù)值。