1、 中兴通讯研发过程成功案例 内部公开本文中的所有信息均为中兴通讯股份有限公司内部信息，不得向外传播。 1用 MATLAB 语言实现的 PLL 参数仿真算法软件移动事业部深圳设计部 时钟接口科 王涛【摘要】在公司现在采用的是软件锁相环算法，现在存在的问题是，参数设置是通过一些经验值或线性化算法来取得的，缺乏有效的手段对锁相环的参数进行改善，以使锁相环算法的性能得到最大的优化。在这个实践中，用 MATLAB 语言实现的 PLL 参数仿真算法软件，使研发人员能够用纯软件的方法来仿真某一特定锁相环的性能，包括锁相环的反映时间、是否稳定工作、相位残差、对特定噪声信号的滤除能力等，用图形化，或以时间矢量的
2、形式显示出来，并能保存结果。此软件使用简单，计算速度快，能对大量的原始数据进行快速仿真，迅速得到图形化结果，为锁相环设计人员提供了一个有力的工具来对锁相环参数进行优化。【关键词】锁相环 VCO 鉴相器 压控精度一、问题的提出在公司现在采用的是软件锁相环算法，这个算法现在应用在 NodeB 基站的 CCS 板，CP 板以及RISR 板的 10M 锁相环和 19M 锁相环中。现在存在的问题是，参数设置是通过一些经验值或线性化算法来取得的，而参数设置的好坏只能通过修改 8051 单片机程序中的参数并进行长时间的数据采集来获得结果，既耗时又耗力。缺乏有效的手段对锁相环的参数进行修正和改善，以使锁相环算
3、法的性能得到最大的优化。二、解决思路公司目前的软件锁相环是属于二阶环，其算法可以总结为以下公式：其中 Vctl 是压控振荡器 VCO 控制电压， e 是以鉴相计数值为单位的经线性化处理后的相位差， e是 e 对时间的求和，a 和 Kd 为算法的环路参数，不同的算法这两个参数是不同的。我们的目的是找到比较合适的这样两个参数。考察算法运行的某一时刻，假设当前参考源的相位是 i（相对于绝对相位 0，下同） ，锁相环输出的相位是 o，则鉴相出来的相位差为 e O i，根据上面的公式可以算出当前的控制电压，进而得出当前的本振频率 fo；当程序运行到下一时刻，此时的参考源相位 i 由输入文件给出，而锁相环
4、输出相位则可以由前一相位和本振频率算出 o o+foT，其中 T 是两次鉴相之间经过的时间，)(ctl aV中兴通讯研发过程成功案例 内部公开本文中的所有信息均为中兴通讯股份有限公司内部信息，不得向外传播。 2由此又可以算出当前的本振频率。如此循环下去，就能得到一系列的本振频率和相位，将其打印到屏幕上，就可以直观地看出锁相环的跟踪情况。以下公式是在每一个计算循环需要计算的三个量。 Tfno)1()(ioe )( eaedfctlf KVK锁相环的初始时刻可以定为零状态，即相位和频率都是 0。由于实际中鉴相器输出的是一些离散的整数值，因此要将连续的相位误差量化为离散的鉴相值。对于 Vctl 也要
5、转换为整数再进行运算，因为实际写入 DAC 的也是一个整数。三、实践情况锁相环仿真软件算法结构图数字鉴相器i()()ctldeaeVKnfKAgeTemp /ocf延时 (1)ocfTnAoT e1、输入输入有 4 种方式，分别代表常量、相位数据、频率数据以及 DAT 文件输入。目前只实现了相位数据 DAT 文件和常量的输入。2、鉴相器鉴相器的工作步长是 T，即两次工作之间的时间间隔为 T。假设当前参考源的相位是 （相对于i绝对相位 0，下同） ，锁相环输出的相位是 ，则鉴相出来的相位差为 。这里的相位差是oeoi以鉴相器计数值为单位。3、 积分滤波环节中兴通讯研发过程成功案例 内部公开本文中
6、的所有信息均为中兴通讯股份有限公司内部信息，不得向外传播。 3此环节会计算出 VCO 压控端电压值，其中还体现了滤波的功能，能够起到抑制鉴相值瞬间波动的作用。具体实现如下公式： ()()ctldeaeVKn4、VCO 环节因为在实际的计算中，我们引用的频率并不是绝对频率，而是 f/f，是一个无量纲的数，所以这里我们用增益 代替实际的 VCO 环节。f5、晶振老化率及温度影响环节我们把晶振老化引起的 VCO 中心频率的漂移和温度引起的变化放到一起考虑，是因为它们施加的影响都体现为 VCO 中心频率漂移的结果，且参考点相同。此环节的实现如下：AgeTempK注：因为某些原因，此环节目前没有考虑实现
7、。6、 频相转换环节VCO 的输出是 ，而反馈回鉴相器的值是 ，一个相对频率，一个是相对相位，于是，我们ocfo还要根据 计算出 的值。此环节的实现如下：ocfo(1)ocfTnA四、效果评价目前，时钟接口科在对 CCS、 CP、以及 RISR 的 PLL 的参数进行修正的时候，已经开始用此软件对修正的参数进行了仿真，从实测的结果与仿真的结果对比来看，仿真的结果是可信的，与实测结果基本一致。说明仿真软件基本复现了 PLL 锁相环算法的实际环节，能够很好地模拟真实 PLL 算法，为设计人员提供真实可信的仿真结果。五、推广建议此软件很小，方便实用，不用安装，且仿真效果好，能帮助设计人员迅速对 PLL 参数进行评估。欢迎大家进行试用。并且欢迎大家继续完善此软件。 完
