摘 要：鎖相環(huán)在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的應(yīng)用極為廣泛，如調(diào)頻和解調(diào)技術(shù)，壓控振蕩器、環(huán)路低通濾波器、鑒相器則屬于鎖相環(huán)的主體構(gòu)成，基于此，本文采用Simulink仿真平臺開展了數(shù)字鎖相環(huán)調(diào)頻器研究，最終驗(yàn)證了其具備的閉環(huán)信號跟蹤特性。

關(guān)鍵詞：Simulink；數(shù)字鎖相環(huán)調(diào)頻器；數(shù)字信號

前言：無論是現(xiàn)代數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)，還是傳統(tǒng)的模擬通信系統(tǒng)，鎖相環(huán)的應(yīng)用均能夠較好滿足信息化社會的發(fā)展需要，這種需要的滿足與鎖相環(huán)的優(yōu)良的信號跟蹤等特性存在直接聯(lián)系，而為了保證鎖相環(huán)能夠更好服務(wù)于頻率的調(diào)制和解調(diào)，正是本文圍繞數(shù)字鎖相環(huán)調(diào)頻器開展具體研究的原因所在。

1.原理分析

一連串離散采樣點(diǎn)序列屬于數(shù)字鎖相環(huán)信號的表現(xiàn)形式，且每個樣點(diǎn)信息為無量綱的數(shù)字量。數(shù)字鎖相環(huán)一般由DPD、DLF、NCO組成，分別代表數(shù)字鑒相器、數(shù)字環(huán)路濾波器、數(shù)控振蕩器，輸入信號、本地估算序列、相位校正序列、相位誤差序列同樣屬于數(shù)字鎖相環(huán)的重要組成部分。值得注意的是，當(dāng)數(shù)控振蕩器必須輸出一個相位樣點(diǎn)時，必須適當(dāng)延時反饋環(huán)路的信號序列。

2.Simulink仿真

2.1 2-FSK信號調(diào)制器

圖1為2-FSK信號調(diào)制器仿真圖，結(jié)合該圖不難發(fā)現(xiàn)，數(shù)控振蕩器輸出實(shí)數(shù)類型的信號，即2-FSK信號。但由于現(xiàn)代數(shù)字通信的數(shù)據(jù)信號產(chǎn)生、發(fā)送、接收多采用二維（復(fù)數(shù)）形式，因此實(shí)數(shù)類型的2-FSK信號需要轉(zhuǎn)換為二維復(fù)指數(shù)形式，通過這種轉(zhuǎn)換即可最終獲得調(diào)制信號。進(jìn)一步分析圖1不難發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用鎖相環(huán)的調(diào)制端采用了數(shù)字乘法器作為鑒相器，并采用了10000Hz的采樣頻率。數(shù)字乘法器擁有兩個輸入端，分別輸入數(shù)控振蕩器的反饋數(shù)字振蕩信號、離散載波信號。圖1中采用的載波頻率、采樣頻率（離散正弦信號）分別為1000Hz、10000Hz。為濾除數(shù)字信號中的噪聲和高頻成分，環(huán)路數(shù)字低通濾波器需要輸入數(shù)字乘法器的輸出信號[1]。

無限沖擊響應(yīng)低通濾波器、有限沖擊響應(yīng)低通濾波器屬于常用的濾波器類型，二者均可作為環(huán)路數(shù)字低通濾波器。數(shù)字鎖相環(huán)一般采用無限沖擊響應(yīng)低通濾波器，但考慮到具備方便靈活特點(diǎn)的數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式，有限沖擊響應(yīng)低通濾波器同樣能夠?yàn)閿?shù)字鎖相環(huán)提供服務(wù)。圖1所示仿真圖的環(huán)路數(shù)字低通濾波器采用了六階切比雪夫二型無限沖擊響應(yīng)低通濾波器，其通帶截止頻率、阻帶截止頻率分別為2000Hz與5000Hz。

為實(shí)現(xiàn)數(shù)控振蕩器的輸出信號控制，數(shù)字鎖相環(huán)調(diào)頻器的到數(shù)控振蕩器控制電壓需要插入數(shù)字基帶信號。結(jié)合圖1不難發(fā)現(xiàn)，2-FSK信號調(diào)制器采用了相加處理的方式，通過將環(huán)路數(shù)字低通濾波器輸出信號與基帶數(shù)字信號相加，得到了數(shù)控振蕩器控制電壓。在數(shù)控振蕩器輸入數(shù)字控制電壓后，數(shù)控振蕩器會自動輸出對應(yīng)的數(shù)字正弦信號，其輸出信號一方面作為調(diào)制完成的信號輸出，另一方面則需要輸入數(shù)字乘法器的一端（作為反饋信號）。由于輸出的信號為實(shí)數(shù)形式，因此需要進(jìn)行復(fù)數(shù)信號形式的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換需采用模塊，由此即可最終得到復(fù)數(shù)信號形式的調(diào)制信號。值得注意的是，在數(shù)字鎖相環(huán)反饋回路中，數(shù)字序列延時器屬于其中的重要環(huán)節(jié)，如圖1中的“Tapped Delay”，其頻率、延遲數(shù)分別為10000Hz與1。

2.2 2-FSK信號調(diào)解器

圖2為2-FSK信號解調(diào)器仿真圖，結(jié)合該圖不難發(fā)現(xiàn)，鎖相環(huán)被用于信號的解調(diào)，信號載頻f1與鎖相環(huán)路的穩(wěn)定靜態(tài)中心頻率相同，由此即可使鎖相環(huán)輸入信號（2-FSK）與離散壓控振蕩器輸出信號間產(chǎn)生不同的相位差效果。在離散壓控振蕩器輸入端（環(huán)路低通濾波器輸出端），相位差信號會對應(yīng)輸入信號頻率變化產(chǎn)生電壓變化信號，如輸入信號載頻為f1，鎖相環(huán)中心頻率f1上會將信號鎖定，當(dāng)其為f2時，鎖相環(huán)失鎖。依次獲得解調(diào)的基帶序列信號并進(jìn)行抽樣判決，即可最終獲得數(shù)字基帶信號（輸入信號的解調(diào)信號）[2]。

解調(diào)開始，數(shù)字鎖相環(huán)鑒頻器的一個輸入端需要輸入復(fù)數(shù)形式的信號（2-FSK），該信號由對應(yīng)的信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生，采用數(shù)字乘法器作為鑒相器，采用10000Hz的采樣頻率。離散壓控振蕩器的反饋輸出由數(shù)字乘法器接收，圖2采用了離散壓控振蕩器，其參數(shù)設(shè)置包括輸出幅度、輸入靈敏度、采樣時間、靜態(tài)中心頻率、初始相位，分別為1、1Hz/V、0.0001s、1000Hz、0。

數(shù)字乘法器可輸出初步解調(diào)信號，該信號含有高頻成分，其輸出信號的濾波采用環(huán)路低通濾波器，圖2采用了二階切比雪夫二型數(shù)字低通濾波器，通帶截止頻率、阻帶截止頻率分別設(shè)置為48Hz與2000Hz。信號增益模塊輸入信號需經(jīng)濾波處理，采樣時間設(shè)為0.01s，該模塊的輸出信號需輸入復(fù)數(shù)信號幅度相位提取模塊，由此實(shí)現(xiàn)相位信號提取、高頻成分衰減。為調(diào)節(jié)離散壓控振蕩器輸出信號頻率，復(fù)數(shù)信號幅度相位提取模塊需要進(jìn)行復(fù)數(shù)控制信號處理，以此完成實(shí)數(shù)控制信號轉(zhuǎn)換。進(jìn)一步仿真可以發(fā)現(xiàn)，抽樣判決的離散VCO控制電壓處理，可最終獲得解調(diào)信號。

結(jié)論：綜上所述，數(shù)字鎖相環(huán)調(diào)頻器的研究具備較高現(xiàn)實(shí)意義，在此基礎(chǔ)上，本文涉及的仿真分析，則進(jìn)一步證明了數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)具備的廣闊發(fā)展前景，而為了更好推動鎖相環(huán)發(fā)展，其門限、窄帶濾波、跟蹤特性的利用必須得到重視。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓偉，王艷秋，江超.BH1417鎖相環(huán)調(diào)頻廣播發(fā)射器設(shè)計(jì)[J].中國科技信息，2015（05）：191-192.

[2]史凱運(yùn)，雷振亞，侯建強(qiáng).鎖相環(huán)產(chǎn)生具有高線性度三角調(diào)頻信號的方法[J].電子科技，2015，28（02）：147-149.

作者簡介：

張瑜（1997-），女， 陜西省延安市人，漢族，學(xué)生，在讀本科生，研究方向：微電子。