帶寬自適應全數字鎖相環(huán)的設計與實(shí)現

　　3 帶寬自適應全數字鎖相環(huán)的軟件仿真和FPGA實(shí)現

　　3．1 帶寬自適應全數字鎖相環(huán)的軟件仿真

　　在圖3建立的模型基礎上，該設計首先對帶寬自適應全數字鎖相環(huán)進(jìn)行了軟件仿真，主要包括Matlab／Simulink仿真和QuartusⅡ時(shí)序仿真。其中系統的各個(gè)參數為：阻尼系數ζ=O．707，系統時(shí)鐘周期Tclk=1／fs，采樣頻率fs=250 MHz。圖4為輸入信號Phi_ref取不同頻率時(shí)的Matlab／Simulink仿真波形。

　　使用DSP Builder庫中的Signal Compiler模塊將圖3建立的全數字鎖相環(huán)模型轉化為VHDL語(yǔ)言代碼。該設計通過(guò)QuartusⅡ軟件完成帶寬自適應全數字鎖相環(huán)的整體時(shí)序仿真。圖5為輸入信號Phi_ref由20 MHz跳變到5 MHz時(shí)的時(shí)序仿真圖；圖6為輸入信號Phi_ref由31 MHz跳變到62 MHz時(shí)的時(shí)序仿真圖。通過(guò)對所設計的全數字鎖相環(huán)的Matlab／Simu-link仿真和QuartusⅡ時(shí)序仿真可以看出：該系統能夠實(shí)現鎖頻的功能；同時(shí)該系統具有自適應的特性，在輸入信號很大變化范圍內都具有良好的性能；最后該系統對頻率發(fā)生階躍跳變的輸入信號亦具有很好的跟蹤性能。

　　3．2 FPGA實(shí)現及硬件測試

　　由于Signal Compiler模塊可以自動(dòng)地將DSPbuilder建立的模型文件轉化為QuartusⅡ環(huán)境下的工程文件，因此，該設計在完成軟件仿真后結合FPGA試驗箱，在生成的工程下進(jìn)行引腳的鎖定、編譯適配下載到FPGA芯片，實(shí)現所設計的帶寬自適應全數字鎖相環(huán)，并完成硬件測試。在硬件測試中需要用到信號發(fā)生器和示波器，信號發(fā)生器用來(lái)產(chǎn)生鎖相環(huán)的輸入測試信號，示波器用來(lái)觀(guān)測鎖相環(huán)的輸入／輸出波形。圖7為輸入信號Phi_ref取不同頻率時(shí)的實(shí)測波形。

　　以上的軟件仿真與硬件測試都表明，設計的帶寬自適應全數字鎖相環(huán)系統能過(guò)實(shí)現鎖頻的功能，設計是成功可行的。

　　4 結語(yǔ)

　　本文使用DSP Builder建立系統模型完成全數字鎖相環(huán)設計，理論分析和仿真結果基本一致。從以上設計過(guò)程可以看出：基于DSP Buil-der完成全數字鎖相環(huán)設計的方法，使得設計者可以利用Simulink快捷靈活的建模仿真功能和Matlab強大的數據分析能力進(jìn)行FPGA系統級的建模仿真，并使得設計者從編寫(xiě)VHDL或者Verilog HDL等代碼語(yǔ)言的繁瑣工作中解放出來(lái)，而專(zhuān)注于在Matlab／Simulink下搭建系統模型的工作上，縮短了設計周期，提高了設計的靈活性。