一种用于SDH 光纤传输系统设备时钟的数字式锁相环

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1、集成电路应用一种用于!"#光纤传输系统设备时钟的数字式锁相环西北工业大学7D1EEFC6史国炜王峰陈明西安石油学院!宋楠摘要!介绍一种用于/9*光纤传输系统设备时钟的数字式锁相环的构成及设计原理!并给出了有关的测试结果!测试结果表明该锁相环具有很好的跟踪特性"关键词!同步传输体制#/9*$/9*设备时钟#/-’$数字式锁相环#9)$$$/9*设备时钟!/-#"是/9*光纤传输系统的重要!"!"!相位比较器组成部分#它为/9*设备提供全网统一的定时信息#相位比较器用来比较参考时钟基准信号"’$%与以便使整个数字网各个节点的全部数据得以正确的&’(输出信号&’(’$

2、%之间的相位差$相位比较器的传输和交换$结构如图C所示#它由参考周期计数器%相位计数器%/-#的核心是锁相环#它用来跟踪网同步定时基相位采样寄存器及相位重采样控制器构成$准#并对定时基准在传输过程中产生的抖动和漂移等"#$%参考周期&’(’$%相位损伤进行过滤#而且当所有外部定时基准信号都不可计数器"计数器用时#可以通过它内部高稳定度的压控振荡器#来实")*+,现高稳定的时钟输出$相位采样-.本文介绍一种捕获带宽很窄的数字锁相环#由它寄存器相位重采样构成的/-#具有很好的频率和相位特性#并对时钟基控制器准具有很好的跟踪性能#完全满足;<=>

3、$/+0)$-.")*+,)*/+0)!1234"!数字锁相环的设计原理图!相位比较器框图锁相环!)$$"是一种相位负反馈控制系统#大致参考周期计数器用来设置对相位计数器进行采样分为模拟型和数字型两类$由于用于/-’的锁相环$的参考采样周期$用"’$%作为它的计数脉冲#当参需要能对其工作模式进行控制#而使用模拟锁相环作考周期计数器计满一个周期后#它将输出一个采样使到这一点较为困难#因此我们采用数字锁相环能信号/+0)$-.$相位计数器用来对&’(’$%进行!9)$$"$该9)$$由鉴相器%环路滤波器%9:+转换器计数$及压控振荡器四个部分构成$其工作原理如图1所

4、相位采样寄存器用来寄存相位计数器的计数值$示#下面分别对它的各个部分加以介绍$当一个参考采样周期结束时#相位采样寄存器在!"#$%5&6)5&8/+0)$-.的作用下#保存相位计数器的计数值$+鉴相器环路滤波器将参考周期计数器和相位计数器的理想计数周期!’#(#$%7&8!&’(’$%锁定于"’$%时"设为相同$两个连续的相)*5&8压控振荡器9:+转换器位计数器采样值之差#对应着一个参考采样周期内图1锁相环原理框图&’(’$%与"’$%相位差的变化$由此即可得出&’(’$%与"’$%的频率关系$!"!鉴相器参看图1#鉴相器!)9"是一个基于计数器的相位为了防止

5、在一个相位平均周期同时使用相位计数比较装置#用来检测参考时钟信号!"#$%7&8与压控振荡器器翻转点两侧的相位采样值来作相位平均#我们设计!&’("输出的反馈信号!’#(#$%7&8之间的相位差#其输出了相位重采样控制器$首先按照相位计数器计数值的大小将相位计数器的计数过程分成四个象限#每个象)+7&8是该相位差的函数$为了提高)9的分辨率#我们对相差进行了重复采样#并对重复采样的相差值进行限约等于计数器满值的四分之一#再用比较器来确定平均$)9可分为相位比较器和相位平均器两部分$每次采样是在计数的哪个象限$如果两次连续的采样是在第一和第四象限#则这两个采样值在

6、数值上不连!"集成电路应用续"因此这个相位平均周期无效#此时"相位重采样控器和/&+的滤波算法#%*.-)/制器将产生一个参考相位定位信号)%*G+"由它对相!"#"!相位瞬变监视器位计数器清零"使相位采样点落于相位计数器的计数相位瞬变监视器由单寄存器中间值处#)%*G+同时送给相位平均器#片机系统实现"用来监视;?@!"!"ABCD能力"我们对相位计数器输出的相位值进行了重复采用上一个相位累加值样"再对获得的多个相位值进行平均#但是要注意被与当前的累加值

7、相减"差比较器比较器平均的采样值个数并不可以无限提高"因为最终的采值为!"#在一个相位平样频率即相位平均频率必须满足(HIJKCD准则对采样均周期内"!"对应着*-&/标志/&+增益控制频率的要求"即相位平均频率必须大于相位变化频率P,-,&Q与),&Q相位差图:相位瞬变监视器的两倍#的变化#!"的大小决定相位平均器的结构如图L所示"它由采样计数着/&+的算法"使开始器$采样累加器$相位平均控制器及相位累加值寄存/%&&工作在三种不同器构成#的模式&快捕模式$跟!""!"ABCD快捕%*"#$%607893踪模式和保持模式#/%&&的工作模式变迁跟踪保持如图7所

8、示#"#$%&’(!"F