專利名稱：一種用于市電精確檢測的全數(shù)字鎖相環(huán)路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于市電精確檢測的全數(shù)字鎖相環(huán)路，其具有完成輸入數(shù)字信號與數(shù)控振蕩器輸出信號的相位比較的數(shù)字鑒相器，完成鑒相輸出信號的低通濾波并生成數(shù)字控制信號的數(shù)字環(huán)路濾波器以及產(chǎn)生數(shù)字正弦波的數(shù)字控制振蕩器。
背景技術(shù)：
在多種應(yīng)用領(lǐng)域(例如市電頻率監(jiān)測、相控整流、以及電力線載波通信中的市電相位檢測)，需要對電力線的相位/頻率進行檢測。
通常的市電相位/頻率檢測均采用過零點檢測法，即通過一個比較器檢測出市電的過零點，然后通過計算過零點之間的時間間隔得到市電的周期和頻率。這種方法具有檢測速度快，簡單可靠的優(yōu)點。但由于電力線上存在著大量的噪聲和干擾，會對過零點出現(xiàn)的時間造成一定的影響，從而造成這種簡單的過零點檢測方法并不能得到高精度的檢測結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，本發(fā)明所提出的檢測方法是在過零點檢測器之后加入一個高精度的全數(shù)字鎖相環(huán)路，能夠提供精確度極高的檢測性能。
本發(fā)明的特征在于該鎖相環(huán)路由數(shù)字鑒相器，數(shù)字環(huán)路濾波器和數(shù)字控制振蕩器所構(gòu)成，并采用基于全數(shù)字算法的鎖相環(huán)來跟蹤輸入的標稱50Hz或者60Hz市電信號(檢測范圍為43Hz～74Hz)，


圖1為鎖相環(huán)原理結(jié)構(gòu)框2為數(shù)字鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)框3為鎖相環(huán)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)4為環(huán)路濾波器結(jié)構(gòu)圖具體實施方式
從圖1的鎖相環(huán)原理結(jié)構(gòu)框圖可見，鑒相器101比較外部輸入信號與壓控振蕩器103輸出信號的相位，環(huán)路濾波器102實現(xiàn)低通濾波，產(chǎn)生誤差控制電壓來調(diào)整壓控振蕩器的頻率，最終達到與輸入信號同頻同相。
從圖2的數(shù)字鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)框圖可見，輸入信號一般為經(jīng)過AD采樣后的數(shù)字信號，數(shù)字鑒相器111完成外部輸入數(shù)字信號和數(shù)控振蕩器113輸出信號的相位比較(一般為具有乘法特性的部件實現(xiàn))，數(shù)字環(huán)路濾波器112實現(xiàn)低通濾波，產(chǎn)生誤差控制信號來調(diào)整數(shù)控振蕩器輸出信號的頻率，使其與輸入信號相差為零。
本發(fā)明的數(shù)字鎖相環(huán)的具體實現(xiàn)結(jié)構(gòu)如附圖3所示。首先由一個比較器對市電取樣得到的模擬信號進行整形，將市電信號由一個有失真的正弦波轉(zhuǎn)化成方波信號，并經(jīng)過時鐘信號采樣得到1比特的數(shù)字信號。由于需要跟蹤的輸入信號為1bit數(shù)字信號，數(shù)字控制振蕩器的輸出也是方波(也可用1比特信號表示)，故鑒相器122所需要實現(xiàn)的乘法操作僅僅需要1bite乘以1比特，從而這里的鑒相器可簡化為個異或門。環(huán)路濾波器123由一個1階環(huán)路構(gòu)成，對鑒相器輸出的誤差信號作如下運算如圖4所示的運算。通過配置一個初值19’d128159就可以實現(xiàn)不同頻率市電的鎖相功能，這個初值對應(yīng)初始輸出頻率為55Hz，最終輸出到DDS結(jié)構(gòu)的相位累加器(數(shù)控振蕩器)124的控制信號為Lf_out/4+19’d128159，這種結(jié)構(gòu)可以更簡單的實現(xiàn)50Hz或者60Hz市電的鎖相功能，不需要分別配置50Hz和60Hz初始頻率字。這種結(jié)構(gòu)的鎖相環(huán)初始鎖定時間較長，具體數(shù)值由系統(tǒng)時鐘以及DDS的精度確定，而在系統(tǒng)實際使用中對初始鎖定時間并沒有特別高的要求，故可以采用這種結(jié)構(gòu)。DDS結(jié)構(gòu)的相位累加器使用一個31比特的累加器實現(xiàn)，具體實現(xiàn)中時鐘頻率為921.6kHz，累加器輸出最高位即為最終的輸出信號，其相位與輸入信號正交(相差90度)。沿檢測電路121檢測輸入信號的上升沿和下降沿，環(huán)路濾波器的累加器環(huán)節(jié)受沿控制，第一個累加器在沿變化時賦初值，在兩個沿之間累加，第二個累加器在沿變化時累加。
圖4為環(huán)路濾波器具體實現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖。該環(huán)路濾波器采用1階環(huán)路實現(xiàn)，共包括3個部分，鑒相器輸出輸入到一個積分器132和一個比例環(huán)節(jié)131，131和132的輸出經(jīng)過一定加權(quán)后輸入到一個加法器133，加法器的輸出即為環(huán)路濾波器的輸出。
這個鎖相環(huán)的精度由DDS位寬和系統(tǒng)時鐘決定，實際系統(tǒng)中時鐘頻率為921.6kHz，故頻率分辨率為921.6k/2^31＝0.43*10^-3Hz，可以滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。
由于采用全數(shù)字的方式，設(shè)計調(diào)試均可以通過軟件實現(xiàn)，故極大的降低了成本，同時可以避免采用模擬鎖相環(huán)所帶來的器件一致性問題。
權(quán)利要求
1.一種全數(shù)字鎖相環(huán)路，其特征在于包括數(shù)字鑒相器，數(shù)字環(huán)路濾波器和數(shù)字控制振蕩器；其中數(shù)字鑒相器完成輸入數(shù)字信號與數(shù)控振蕩器輸出信號的相位比較；數(shù)字環(huán)路濾波器完成鑒相輸出信號的低通濾波，生成數(shù)字控制信號；數(shù)字控制振蕩器產(chǎn)生數(shù)字正弦波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全數(shù)字鎖相環(huán)路，其特征在于該數(shù)字環(huán)路濾波器是一個采用全數(shù)字方式實現(xiàn)的濾波器，包括比例部分和積分部分，其中比例部分和積分部分按照一定的加權(quán)值合并在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的全數(shù)字鎖相環(huán)路，其特征在于該數(shù)字控制振蕩器的輸入為一個控制數(shù)據(jù)，一個高頻的時鐘信號；而其輸出為一個方波信號，頻率和整個鎖相環(huán)路的輸入信號頻率一致，相位和輸入信號正交。
4.根據(jù)權(quán)利要求書3所述的數(shù)字控制振蕩器，其特征在于該數(shù)字控制振蕩器包含一個數(shù)字直接頻率合成(DDS)結(jié)構(gòu)，采用一個高精度的相位累加器對輸入信號進行累加運算，利用累加器的最高位(MSB)作為最終的輸出信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及到對市電的相位進行精確檢測的一種全數(shù)字鎖相環(huán)路，其特征在于它由數(shù)字鑒相器，數(shù)字環(huán)路濾波器，數(shù)字直接頻率合成(DDS)方式的數(shù)字控制振蕩器(DCO)構(gòu)成；采用了全數(shù)字的環(huán)路結(jié)構(gòu)以及高的采樣時鐘，恢復(fù)出來的信號與市電相位正交，頻率相同，且具有小于10us的抖動，可以在大范圍內(nèi)實現(xiàn)零頻率誤差和零相位的信號跟蹤，能有效地為電力線載波通信、市電頻率檢測等提供性能優(yōu)良的檢測結(jié)果。
文檔編號G01R23/00GK1968019SQ20051011039
公開日2007年5月23日 申請日期2005年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月16日
發(fā)明者宋朝盛, 緱剛 申請人:彌亞微電子(上海)有限公司