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COM5190 专题--- ADPLL(全数位锁相回路) 一、简介现今典型之
COM5190 專題 ADPLL(全數位鎖相迴路)
一、簡介
現今典型之無線電通訊收發機所採用之系統架構,絕大多仍使用
類比硬體電路以實現無線電通訊所需之功能,因此其規格固定單一,
而無法符合一機多模式之多功能,未來可見市場需求。為迎合上述市
場需求,相關技術先進產學單位都積極研發一革新無線電收發機架構
-軟體無線電如圖(一)[7]所示,其特徵為盡可能地應用數位訊號處理
技術以實現無線電通訊所需之功能,因此軟體無線電具備了傳統無線
電收發機前所未有之彈性與未來性。本實驗課程主旨於設計一個數值
控制振盪器以應用在軟體無線電架構作為訊號處理核心技術-IF 數位
升/降頻器通訊訊號處理。
圖(一) 軟體無線電架構
近年來隨著科技的發展,人類對資訊的需求已邁入了無線通訊的
時代。許多無線通訊系統陸續被提出 ,且隨著通訊系統的發展,如何
去獲得精準的振盪頻率是很重要的 ,數位頻率合成器 DDS/DDFS 是新
一代無線應用 RF/IF IC 的核心,這種頻率合成器和混頻器一起用在
超外差無線電接收機中,可以替代本機振盪器作為從 RF 載波或 IF 中
頻中提取調制信號 ,且在無線通訊系統如TDMA/CDMA 數位系統或無線
區域網中是一個相當重要快速頻率切換器。DDFS 也許提供了一個線
性相位及非常好的頻率位移且低消秏功率,是適合在 IS-94 ,IS-95 ,
GSM ,DCS ,DCS-1800 ,CDPD 等系統。
所以我們需要去設計一個可以提供快速調整、精確、且寬頻高的
頻率產生器。我們的目標是去建構一個可以快速產生輸出頻率與高解
析度的頻率產生器。為了得到更佳的頻率解析度, 我們並不使用傳統
的頻率產生器架構如圖(二)(鎖向迴路頻率產生器) ,而使用了直接數
位式的方式來實現頻率產生器。藉由使用直接數位式頻率產生器,它
使得我們更容易的達成我們的設計目標 ,因為它本身有快速轉換、高
解析度、小面積與低功率的特性。
圖(二) 鎖向迴路頻率產生器
三、ADPLL 之概述
3.1 全數位鎖相迴路[5][6]
基本構如圖(三) ,是由全部數位電路所組成的,包含了相位偵測
器(Phase Detector, PD) 、UP/DP Counter(迴路濾波器) 、數位控制
振盪器(Digital Controlled Oscillator, DCO)所構成。
圖(三) 全數位鎖相迴路構架
整個系統的操作程序為PD 對DCO 輸出信號Fi的正緣端或負緣端
與 Fr的正緣端或負緣端做比較,當 Fi的正緣端超前 Fr的正緣端時
輸出 DN 的訊號,反之則輸出UP 訊號;而 UP/DP Counter就將這些訊
號記錄起來,UP 訊號信多則控制字元變大,DN 訊號信多則控制字元
變小。這些控制字元輸進DCO 中,用以決定DCO 的振盪頻率,DCO 依
此字元所產生信號 Fi再回授到PD 中重新與輸入訊號做比較,藉此不
斷的改 DCO 的控制字元,使輸入訊號與 DCO 輸出訊號間的頻率相位差
縮至最小當達成鎖定動作時PD 輸出的 UP 與 DN 訊號皆為零。
3.2 相位頻率偵測器[5][6]
鎖相迴路第一個元件,輸入端為輸入信號與回授信號,輸出端則
連接至充放電幫浦的UP 和 DN 端,相位頻率偵器會比較輸入與回授信
號頻率與相位的快慢而調整UP 和 DN 端的輸出,讓充放電幫浦產生充
電或放電的訊號以控制震盪器的頻率輸出,一直到輸入與回授訊號的
相位頻率相等而達到鎖定。
3.3 充放電幫浦與迴路濾波器[5][6]
相位頻率偵測器之數位性的輸出反應在充電幫浦的類比性輸出
電壓上,若輸入訊號領先了回授訊號,則充電幫浦電壓值會上升,反
之落後則下降,相等則不變。而迴路濾波器為一個低通濾波器,其功
能在過濾充放電幫浦輸出高頻部分,雜訊及保持鎖相迴路的鎖定狀
態,在鎖定的過程中,動作太快或太慢、補正過度或不足,均由迴路
濾波器的時間常數來決定。
3.3 圖(三)中DCO 將以 NCO 來取代 [1][2][3][4]
類比的信號在調變時,將本地振盪器的信號利用混頻器(Mixer)與
信號做調變,亦可將信號解調出來處理,這一般類比信號常常使用的
調變/解調方法。然而對數位信號而言,是否也能如同類比混頻器及
本地振盪器 LO (Local Oscillator)一樣的電路功能呢?也即是如何
設計一
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