可支持线性增加(啁啾)频率的 PLL 环路滤波器的传递函数

信息处理 数字通信 追踪 pll
2022-02-13 09:11:49

可以跟踪以下形式的正弦曲线的 PLL 环路滤波器的传递函数是什么:

x(t)=cos(2π(12c0t2+f0t+ϕ0))
其中是啁啾(Hz/s 单位),是中心频率(Hz 单位)和(周期单位)是初始相位?c0f0ϕ0

我目前正在使用一个环路滤波器,然后是一个直接数字合成器 (DDS)。我目前使用的环路滤波器是一个比例加积分环路滤波器,具有传递函数 DDS 的传递函数为

Floop(z)=k1+k21z1.
FDDS(z)=k0z11z1.

我想将环路滤波器替换为与 DDS 结合使用可以跟踪上述正弦曲线的环路滤波器。反馈回路采用通常的方式配置,即将 DDS 的输出与输入正弦波共轭相乘,然后将其输出馈入环路滤波器,最后将环路滤波器的输出馈入DDS。(对不起,我没有框图。)

此 PLL 在不存在噪声且的情况下运行良好,因此显然不是很有用。除了一些噪声外,我还需要能够同时处理相位偏移、相位斜坡(非零频率)和频率斜坡(非零啁啾)的东西。f0<10

注意:我已将其简化为跟踪正弦曲线。我实际上是在跟踪调制信号的相位,因此,我将匹配滤波器和 DDS 输出馈送到相位误差检测函数中,而不是共轭乘法。但是,就我在这里的目的而言,这种简化的方法就足够了。

(我考虑将其发布到电气工程堆栈交换中,但由于我正在使用完全数字化的实现,我的问题在这里感觉更自然。)

1个回答

要使用锁相环跟踪频率斜坡,零稳态误差需要类型 3 PLL 环;这意味着开环增益中的三个积分(DC 极点)(您的 NCO 将是积分器之一,您的环路滤波器需要提供另外两个)。稳定这样的系统变得更具挑战性,但这里有一篇参考论文详细介绍了一种设计方法:

http://vbn.aau.dk/files/72548181/Final_PLL.pdf

这张图片有助于阐明跟踪和循环顺序;给定一个锁相环,相位是被跟踪的参数。您正在处理的频率斜坡是加速阶段,因此需要类型 3 循环。详细的环路滤波器设计取决于您的整体系统和特定设计的相关增益系数,但我希望上述参考资料能为您提供一些指导。

另请注意,许多人经常将“类型”与“顺序”混淆,因此非常清楚三类循环与三阶循环不同。具体来说,三类环路必须是三阶(或更高),但三阶环路不必是类型 3。类型具体是环路中积分器的数量,它们是开环增益中 z=1 处的极点,而阶是极点的总数,与位置无关(特别是开环增益的分母多项式的阶,最终是给定适当传递函数的闭环增益的阶)。

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