基于fpga的高动态三阶锁相环设计与实现

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1、维普资讯http://www.cqvip.com200B年9月第己7卷第9期基于FPGA的高动态三阶锁相环陈源袁嗣杰章兰英贾宁宁(装备指挥技术学院北京101416)摘要：根据FPGA的特点和锁相环的基本原理，提出一种适用于高动态扩频信号跟踪的锁相环数字模型，分析不同参数对锁相环跟踪性能的影响，得出不同情况下参数设定的基本准则。通过仿真结果表明，该环在加性高斯白噪声信道下具有较好的跟踪性能。关键词：现场可编程门阵列；三阶锁相环；环路滤波器中图分类号：TM935．37文献标识码：ADesignandapplicationofsoftwarephaselocklo

2、opbasedonFPGAChenYuanYuanSijieZhangLanyingJiaNingning(TheAcademyofEquipmentCommand8LTechnology．Beijing101416)Abstract：AccordingtothecharacteristicsofFPGAandthebasictheoryofthephaselookloop(PLL)，thispaperputsfor—wardthemathematicalmode1ofthePLLwhichissuitablefortrackingtheDSSSsigna1

3、ofthehighdynastic．Inthispaper，theinfluencesoftheparameterstothetrackingperformanceareanalyzed，andthebasicprincipleoftheparametersettingindifferentconditionsisgiven．ThesimulationresultsprovethatthetrackingperformanceofPLLinadditivewhitegaussiannoiseisgood．Keywords：FPGA；Thirdorderloc

4、kedloop；Loopfilter(愚)：==sin(w~k+△)(3)0引言式中：△为输入信号与本地NCO信号的瞬时相位差。锁相环是一种常用的信号处理方法，它广泛应用在测相位误差信号经环路滤波后输出：控信号相干解调、时间同步、频率合成等领域。目前使用(是)一Kpsin(2Aq~)≈2Kp△(4)的锁相环可以分为模拟锁相环、数字锁相环、全数字锁相式中：K为环路鉴相增益。环等几种。随着数字化处理信号快速发展，数字锁相环得到了越来越广泛的应用。本文根据FPGA处理的特点以三阶锁相环为例，研究锁相环数学模型及参数设计，并通过仿真验证锁相环在不同信噪比时的性能，提

5、出实现信号实时处理的改进措施。全数字Costas环[1]主要由PD(鉴相器)、LPF(低通滤波器)、LF(环路滤波器)、NCO(数控振荡器)组成。全数字环路原理[2]如图1。设输入BPSK调制信号为：图1costas环组成框图R(五)一M(愚)cos(~％k)(1)式中：M(志)为数据调制信号；为输入载波角频率。本地NCO的同相与正交支路输出分别为：Vb(五)一cos(o~k+△)(2)作者简介：陈源(1983一)，男，硕士研究生，主要研究方向为现代信号处理与应用。中国科技核心期刊一25—维普资讯http://www.cqvip.com2DOS年9月第己7卷

6、第9期■_对输入相位来说，理想三阶环路相当于一个低通滤波器。当一0．707时，令【H(jn)l一0．5可求得环路截止频率~．t3c一2．06~o．。理想的环路滤波器应只允许被跟踪的载波分量能够过，而将其他干扰信号全部滤除，所以要T(s一东㈣使一2．O6≤((￡‰调制信号的最小频率)，即≤式中：为环路滤波器的自然谐振频率，对应的噪声带宽为：根据以上分析，60n可在(0．707ACOm~，0．485o~)范B一Il()l。幽(6)围内取值。当输入信号的信噪比较大时，应取得接近上限以获得较快的捕获速度；当输入信噪比较小时，应首式中：Tm(jw)=若舞等糟，m为环路

7、滤波器先考虑跟踪精度而将取得接近下限。的阶数，对应的三阶环的噪声带宽为：3环路系数量化对系统性能的影响B=(7)在硬件实现时必然会遇到系数量化的问题嘲，假设一从连续域S到离散域z采用双线性变换实现：个环路滤波器的转移函数表示为：s一T÷1_+Z-(～8)&z-r则将式(8)代入式(5)可得：，一一T()一Kz一[(C1+C2+C3)一(2C1+C2)z-1+C1]当系数bo，b”，6M及n。，a”，n被量化以后，该转1+[K(CI+C2+C3)一3]r+E3一K(2C]+C2)]+(KC1—1)z-。(9)移函数将变为：式中：C=丽荔；ZbrZ-r，一一8J

8、T一4T一式中：一吼+zXa，6，=6+Ab是系数量