鑒相檢測裝置

1. 鎖相環里的鑒相器為什麼能使輸入輸出的頻率相等呢

同相必然同頻，同頻不一定同相。鎖相環鎖的宏旁塵是相位差恆定，自然而然頻率就恆定了。參考頻率一般不可能和VCO頻率相同。如果要想使頻率相等，必須已知參考頻率的頻點，然後配置VCO，使VCO經過分頻之後的頻率和參考頻率相等。鑒相器檢測VCO分頻的頻率相位和參考頻率的相位差，對相位差積分，體現成電壓信號去控制VCO的電壓，如果蔽禪積分值逐漸偏大或偏小，說明VCO的頻率偏小或偏大，啟源這樣形成一個負反饋調節，使VCO的頻率一直穩定在和參考頻率相位差在一個很小的范圍內，從而達到同步。

2. 數控機床常用的位置檢測裝置有哪些類型有何特點

1）從檢測信號的類型來分可分為數字式或模擬式。同一檢測原件既可以做成數字式，也可以做成模擬式，主要取決於使用方式和測量線路。2）從測量方式可分為增量式與絕對式。增量式檢測的是相對位移量，增量檢測元件是反映相對機床固定參考點的增量值。增量式裝置比較簡單，應用較廣。絕對式檢測是位移的絕對位置，檢測沒有積累誤差，一旦切斷電源後位置信息也不丟失，但結構復雜。3）就檢測元件本身來說，可分為旋轉型和直線型。旋轉型可以採用檢測電動機的旋轉角度來間接測量得工作台的移動量，使用方便可靠，測量精度略低些。直線型就是對機床工作台的直線移動採用的直線檢測，直觀地反映其位移量，所構成的位置檢測系統是全閉環控制系統，其檢測裝置要與行程等長，常用於精度要求較高的中小型數控機床上。

3. 鎖相環的原理

鎖相環
一．基礎理論
鎖相環路(Phase Locked Loop)是一個閉環的相位控制系統，它的輸出信號的相位能自動跟蹤輸入信號相位。系統框圖如下：
ui(t) uo(t) θ1(t) θ2(t)

當 與 相等時，兩矢量以相同的角速度旋轉，相對位置，即夾角維持不變，通常數值又較小，這就是環路的鎖定狀態。
從輸入信號加到鎖相環路的輸入端開始，一直到環路達到鎖定的全過程，稱為捕獲過程。設系統最初進入同步狀態 的時間為 。那麼從 的起始狀態到達進入同步狀態的全部過程就稱為鎖相環路的捕獲過程。捕獲過程所需的時間 稱為捕獲時間。顯然，捕獲時間 的大小不但與環路的參數有關，而且與起始狀態有關。
對一定的環路來說，是否能通過捕獲而進入同步完全取決於起始頻差 。若 超過某一范圍，環路就不能捕獲了。這個范圍的大小是鎖相環路的一個重要性能指標，稱為環路的捕獲帶 。
捕獲狀態終了，環路的狀態穩定在

(1-1)
這就是同步狀態的定義。只要在整個變化過程中一直滿足(1-1)式，那幺仍稱環路處於同步狀態。由上可知，在輸入固定頻率信號的條件之下，環路進入同步狀態後，輸出信號與輸入信號之間頻差等於零，相差等於常數，即

常數
這種狀態就稱為鎖定狀態。

鎖相環路的組成
鎖相環路為什幺能夠進入相位跟蹤，實現輸出與輸入信號的同步呢？因為它是一個相位的負反饋控制系統。這個負反饋控制系統是由鑒相器（PD）、環路濾波器（LF）和電壓控制振盪器（VCO）三個基本部件組成的，基本構成如圖：

實際應用中有各種形式的環路，但它們都是由這個基本環路演變而來的。下面逐個介紹基本部件在環路中的作用
鑒相器（PD） 是一個相位比較裝置，用來檢測輸入信號相位與反饋信號相位之間的相位差。輸出的誤差信號是相差的函數，即鑒相特性可以是多種多樣的，有正弦形特性、三角形特性、鋸齒形特性等等。常用的正弦鑒相器可用模擬相乘器與低通濾波器的串接作為模型。
環路濾波器（LP） 具有低通特性，它可以起到圖中低通濾波器的譽宏作用，更重要的是它對環路參數調整起差決定性的作用。
壓控振盪器（VCO） 是一個電壓—―頻率變換裝置，在環中作為被控振盪器，它的振盪頻率應隨輸入控制電壓 線性地變化。實際應用中的壓控振盪器的控制特性只有有限的線性控制范圍，超出這個范圍之後控制靈敏度將會慶指冊下降。
壓控振盪器應是一個具有線性控制特性的調頻振盪器，對它的基本要求是：頻率穩定度好（包括長期穩定度與短期穩定度）；控制靈敏度 要高；控制特性的線性度要好；線性區域要寬等等。這些要求之間往往是矛盾的，設計中要折衷考慮。
壓控振盪器電路的形式很多，常用的有 壓控振盪器、晶體壓控振盪器、負阻壓控振盪器和 壓控振盪器等幾種。前兩種振盪器的頻率控制都是用變容管來實現的。由於變容二極體結電容與控制電壓之間具有非線逗廳性的關系，所以壓控振盪器的控制特性肯定也是非線性的。為了改善壓控特性的線性性能，在電路上採取一些措施，如與線性電容串接或並接，以背對背或面對面方式連接等等。在有的應用場合，如頻率合成器等，要求壓控振盪器的開環雜訊盡可能低，在這種情況下，設計電路時應注意提高有載品質因素和適當增加振盪器激勵功率，降低激勵級的內阻和振盪管的雜訊系數。
二. 環路的性能
環路的基本性能
如上所述，環路有兩種基本狀態。
其一是捕獲過程。評價捕獲過程性能有兩個主要指標。一個是環路的捕獲帶 ,即環路能通過捕獲過程而進入同步狀態所允許的最大固有頻差 。若 ，環路就不能通過捕獲進入同步狀態。故

另一個指標是捕獲時間 ，它是環路由起始時刻到進入同步狀態的時刻之間的時間間隔，捕獲時間 的大小除決定於環路參數之外，還與起始狀態有關。一般情況下輸入起始頻差越大， 就越大，通常以起始頻差等於 ，來計算最大捕獲時間，並把它作為環路的性能指標之一。
環路的另一個基本工作狀態是同步。環路鎖定之後穩態頻差.等於零。穩態相差通常總是存在的。它是一個固定值，反映了環路跟蹤的精度，是一重要的指標。此外，已經鎖定的鎖相環路，若再改變其固有頻差 ，穩態相差會隨之改變。當固有頻差 增大到某一值時，環路將不能維持鎖定。這個鎖相環路能夠保持鎖定狀態所允許的最大固有頻差稱為環路的同步帶，也是環路的一個重要參數。
上面提到的幾項指標是對環路最基本的性能要求。鎖相環路作為一個控制系統，要全面衡量它的性能尚有一系列的指標，諸如穩定性、響應速度、對干擾和雜訊的過濾能力等等。

環路的跟蹤性能
實際的鎖相環路在鎖定狀態之下的穩態相差通常是比較小的。鎖定之後，若輸入信號的相位 發生變化,被控振盪器的輸出相位 將進行跟蹤，在此過程中環路相差 是變化的。假如在整個跟蹤過程中，環路相差 始終比較小。這種可以將環路近似為線性系統來進行分析的跟蹤過程稱為線性跟蹤。應該注意，線性跟蹤是在環路的同步狀態下進行的，這是鎖相環路正常工作時最常見的情況，工程上有實用價值，應引起我們的重視。
當環路處於鎖定狀態時，輸出頻率與輸入頻率相同，兩者之間只有一穩態相差。在此條件下，若輸入信號發性相位或頻率的變化（干擾或調制所引起的），通過環路自身的控製作用，環路輸出信號，也即壓控振盪器的振盪頻率和相位，會跟蹤輸入信號的變化。如果是理想的跟蹤，輸出信號的頻率和相位應時時與輸入信號相同。其實不然，環路需有一個跟蹤過程。首先，出現過程，有暫態相位誤差，其次在到達穩定狀態後，據輸入信號形式的不同，有不同的相位誤差。上述由於輸入信號變化而引起的暫態相位誤差和穩態相位誤差的大小，是衡量環路線性跟蹤性能好壞的重要標志。它們不僅與環路本身的參數有關，還與輸入信號的變化形式有關。
根據分析可知，
對於同一種環路來說，輸入信號變化越快，跟蹤信能就越差。
同一信號加入不同的鎖相環路，其穩態相差是不同的。
事實上，決定環路穩態跟蹤相差的不是環路開環傳遞函數總極點的個數------「階」，而是在原點處的極點個數------「型」。

環路雜訊性能
鎖相環路無論工作在哪種應用場合，都不可避免地受到雜訊和干擾的作用。雜訊和干擾的來源主要有兩類：一類是與信號一起進入環路的輸入雜訊與諧波干擾。輸入雜訊包括信號源或信道產生的白高斯雜訊、環路作載波提取用時信號調制形成的調制雜訊，另一類是環路部件產生的內部雜訊與諧波干擾，以及壓控振盪器控制端感應的寄生干擾等，其中壓控振盪器內部的雜訊是主要的雜訊源。
雜訊與干擾的作用必然會增加環路捕獲的困難，降低跟蹤性能，是環路輸出相位產生隨機的抖動。若環路用作頻率合成信號源與微波固態信號源，則輸出頻譜不純，短期頻率穩定度變差；若環路用作數據機，則輸出信噪比下降，較強的干擾與雜訊還會使環路發生跳周和失鎖的概率加大，以致出現門限效應。

環路捕獲性能
捕獲概念 在開機、換頻、和由開環到閉環，一開始環路總是失鎖的，因此環路需經由失鎖進入鎖定的過程。通常把使環路進入鎖定的過程稱為捕獲。
在我們應用的鎖相環中，存在相位捕獲和頻率捕獲兩個捕獲過程。
自捕獲和輔助捕獲 如果環路依靠自己的控制能力達到捕獲鎖定，稱這種捕獲過程為自捕獲。若環路藉助於輔助電路才能實現捕獲鎖定，則稱這種捕獲過程為輔助捕獲。
在固定頻率輸入下，視固有頻差 的大小，二階環路有產生穩定的差拍狀態和進入鎖定兩種可能性。保證環路必然進入鎖定的最大固有頻差值，稱為捕獲帶。由於二階環的捕獲過程包含頻率捕獲和相位捕獲兩個過程，通常又把保證環路只有相位捕獲一個過程的最大固有頻差值，稱為快捕帶。頻率捕獲所需的時間，稱為頻率捕獲時間（或頻率牽引時間）。相位捕獲所需要的時間稱為快捕時間（或相位捕獲時間）。通常頻率捕獲時間總是遠大於相位捕獲時間的，所以一般所說的捕獲時間，就是指頻率捕獲時間，而不考慮相位捕獲時間的影響。
依靠環路的自身捕獲，捕獲時間長，捕獲帶窄，另外還可能出現延滯、假鎖等不能可靠捕獲的現象。因此研究各種有效的輔助捕獲方法，是十分必要的。
為改善環路捕獲性能，總希望捕獲帶越寬越好，捕獲時間越短越好。為了加大環路的捕獲帶，應提高環路的增益K或者增加濾波器的帶寬。為縮短環路的捕獲時間，除用與前者相同的措施以外，還可設法減小作用到環路上的起始頻差。但是加大環路增益或濾波器帶寬往往是與提高環路的跟蹤性能和濾波性能的要求相矛盾的。一般在設計還路時，總是優先考慮環路的跟蹤性能和濾波性能，而對捕獲性能的要求，則採用一些輔助捕獲的方法來得到滿足。此外，為了有效地克服延滯與假鎖，在環路中也往往要求加入輔助捕獲裝置。
主要介紹輔助頻率捕獲方法：
它的基本出發點是：（1）減小作用到環路上的起始頻差使之快速落入快捕帶內，達到快速鎖定。屬於這方面的有人工電調、輔助掃描、輔助鑒頻和鑒頻鑒相等幾種方法；（2）使用兩種不同的環路帶寬和增益，捕獲時使環路具有較大的帶寬和增益，鎖定以後是環路帶寬或增益減小。這就是所謂的變帶寬和變增益法。

三.電路實解
（一）．鑒相器
鑒相器是鎖相環路的關鍵部件。在頻率合成器中所採用的鑒相器主要有正弦波相位檢波器與脈沖取樣保持相位比較器兩種。
1) 正弦波相位檢波器這種鑒相器實際上是一個平衡混頻器,它的原理圖如下:
但是它是一種要求平衡度比較高的檢波電路,平衡對稱性很重要。它容易形成紋波輸出,這對數字鎖相環路特別有害,因為它將使鎖相環路輸出混有雜散信號所以數字式頻率合成器常採用下面的脈沖抽樣保持鑒相器。
2) 脈沖抽樣保持相位比較器
下圖為這種相位比較器的基本方框圖:

它有以下兩個優點:
(1) 輸出紋波電壓小。
(2) 相位比較可在360°范圍內進行。
首先將參考標准頻率 和VCO的頻率 的電壓都形成脈沖。頻率為 的脈沖用來控制一個開關電路,使電容 產生周期性的充、放電，形成如下圖（a）的鋸齒形波電壓：
電 (a) 處產生的鋸齒波電壓（頻率= ）
壓

t
電 （b）抽樣脈沖（頻率= ）
壓 t
(c) 誤差信號
電
壓
t
由於 ，顯然，抽樣脈沖周期 與鋸齒波電壓的周期 是相等的。抽樣脈沖的作用是控制抽樣開關，使它在脈沖存在時接通，因而記憶電容 上所獲得的電壓即等於這一瞬間的鋸齒波電壓 。當抽樣脈沖為零時，抽樣開關斷路， 上既保持原充電電壓 ，如圖（c）所示。如果VCO頻率略有變化（亦即失步時），即相當於抽樣脈沖在中心位置略有擺動，這就引起誤差電壓值 的變化，從而控制VCO的頻率，使之恢復到准確的數值（即恢復同步）。 最大的變動范圍可從 到 ，相當於抽樣脈沖位置變動360°。實際上，鋸齒波電壓不是如圖(a)的理想情況（ 的放電時間等於零），而是有一定的放電時間的，因而鎖相范圍小於360°。
（二）．電荷泵(Charge Pump)
如下圖所示電荷泵(Charge Pump)示意圖：
電荷泵的的作用主要是：給鎖相環路提供理想恆定的電流源，保持良好的線性關系，使得頻率范圍易於控制。圖中電容Cp的作用主要是降低雜訊干擾。增加R2主要是保證電荷泵的穩定性。
（三）．低通濾波器
下圖是低通濾波器示意圖：

圖中C4這一階的作用是進一步降低電荷泵的相位雜訊。Cp是保證瞬時特性，使得環路更好得跟蹤輸入頻率的變化。
對VCO的要求：具有高的頻譜精度；電壓頻率具有線性傳輸特性；頻率穩定；低功耗。
（四）．閉環傳輸函數的計算（ADI SIM PLL 軟體）

環路濾波器參數的設置
ADI Sim PLL V3.0使應用工程師從繁雜的數學計算中解脫出來。我們只要輸入設置環路濾波器的幾個關鍵參數，ADI Sim PLL就可以自動計算出我們所需要的濾波器元器件的數值。這些參數包括，鑒相頻率PFD，電荷泵電流Icp，環路帶寬BW，相位裕度，VCO控制靈敏度Kv，濾波器的形式（有源還是無源，階數）。計算出的結果往往不是我們在市面上能夠買到的元器件數值，只要選擇一個最接近元器件的就可以。
通常環路的帶寬設置為鑒相頻率的1/10或者1/20。
相位裕度設置為45度。
濾波器優先選擇無源濾波器。
濾波器開環增益和閉環增益以及相位雜訊圖之間的關系。閉環增益的轉折頻率就是環路帶寬。相位雜訊圖上，該點對應於相位雜訊曲線的轉折頻率。如果設計的鎖相環雜訊太大，就會出現頻譜分析儀上看到的轉折頻率大於所設定的環路帶寬。
不同的廠家會提供不同的計算方法，下邊是一個經驗計算式。
三階：F1(s)= ( 1+C2R2)/s(C2R2Cps+C2Cp)
四階：F(s)= F1/(1+C4R4s)
設Kv為VCO的增益，Kp為鑒相器的增益，α,β均取經驗值3-4。可由下式計算：
ωc=KvKp/N.(R2C2)/(C2+Cp) 又Cp<<C2,
R2=Nωc/KvCv, C2=α/R2ωc,Cp=1/βR2ωc.
（五）．下圖為鎖相環路的分頻

（六）．LBW及雜訊計算
LBW是鎖相環的的開環帶寬，一般來講，它是進入鑒相器參考頻率的十分之一。由上圖可知，13MHz除頻後為200KHz,GSM的LBW為20KHz,鎖相時間小於577µs.

雜訊計算如下圖：
ΦNR ΦNθ ΦNV

ΦNr是參考信號的雜訊，φNθ是鑒相器帶來的雜訊，φNv是VCO帶來的雜訊
φ=KvF(s)( φNr+φNθ)/ s(1+KvF(s)/Ns) + φNθ/(1+KvF(s)/Ns)
= G(z)(φNr+φNθ) + Gr(z)φNθ
G(z)是低通傳輸函數，Gr(z)是高通傳輸函數。

4. 什麼是鑒相鑒幅保護器漏電保護器

鑒相鑒大圓幅保護器漏電保護器是指漏電保護繼電器與交接接觸器或斷路器組合成漏電保護裝置，主要功能是對有致命危險的人身雹仿余觸電提供間接接觸保護。適用於中性點直接接地(380V/220V)的低壓配電系統，提高電網安全運行能力。

主要功能是對有致命危險的人身觸電和設備提供間接接觸保護，該產品適用於中性點直接接地的380/220V低壓配電系統；有鑒相鑒幅、節能、抗干擾、脈沖和緩變漏電電流保護等功能。

(4)鑒相檢測裝置擴展閱讀：

鑒相鑒幅保護器的特點：

1、漏電保護動作時間短,最快動作≤40ms。

2、採用單片微處理器智能設計，數碼顯示漏電電流值。

3、按標准通過EMC性能測試，抗干擾性強。

4、具有互源滾感器斷線檢測與保護功能，確保可靠運行。

5、輔助電源故障時產品自動動作，確保產品的可靠使用。

5. IQ混頻器（MMIQ-0520LS）怎麼作為相位檢測器（鑒相器）使用

相互作用為檢測的能力。

6. 平方環法的原理

在軟體無線電(SDR)技術實現的收發系統中,數字鎖相環在載波同步、位同步、相干解調、信號跟蹤、頻率選擇等方面發揮著重要作用,已成為數字調制／解調,數字上變頻／下變頻中不可缺少的核心器件.接收機為了提取載波,普遍採用平方環法和科斯塔斯環法,其中平方環以其電路結構簡單而得到了廣泛應用.但在平方環電路的設計中,由於NCO(或VCO)工作在2ωc頻率上,當環路鎖定後,其NCO(或VCO)的輸出需經過二分頻才能得到所需載波.而二分頻電路在實現過程中,特別是在對NCO進行數字分頻時,用FPGA實現太耗資源.
以下提出一種新的數字平方環電路,實現了從BPSK信號中提取相干載波的功能,簡單易行,便於實現,並對其進行了數學推導和建模模擬,具有良好的實用價值.
1鎖相環的結構
鎖相環(PLL)由鑒相器(PD)、環路濾波器(LF)以及數控振盪器(NCO)組成,如圖1所示.
鑒相器通常由乘法器來實現,鑒相器輸出的相位誤差信號經過環路濾波器濾波後,作為數控振盪器的控制信號,而數控振盪器的輸出又反饋到鑒相器,在鑒相器中與輸入信號進行相位比較.PLL是一個相位負反饋系統,當PLL鎖定後,數控振盪器的輸出信號相位將跟蹤輸入信號的相位變化,這時數控振盪器的輸出信號頻率與輸入信號頻率相等,但相位保持一個微小誤差.
2平方環法的工作原理
在平方環載波恢復電路中,BPSK信號經平方後得到兩倍載頻的頻譜分量,用鎖相環提取這一分量,然後進過二分頻可得到載頻分量,如圖2所示.
因鑒相器採用乘法器實現,則鑒相器輸出相位誤差信號為：
其中,Kd=KpA／4.環路濾波器的輸出僅與數控振盪器輸出和輸入信號之間相位差有關,控制電壓,以准確地對數控振盪器進行調整.顯然,當本地恢復的同相載波與調制載波達到同頻同相時,△φ=0.因此,解調的關鍵在於調整NCO輸出信號的頻率和相位,使其最終滿足△φ=0或在一個很小的范圍內,即相干解調的本地載波同步問題.鎖相環在工作時可能鎖定在任何一個穩定平衡點上.這意味著恢復出的相干載波可能與所需要的理想本地載波同相,也可能反相.由於本地參考載波有0,π模糊度,因而解調得到的數字信號可能極性完全相反,從而1和0倒置.這對於數字傳輸來說當然是不能允許的.克服相位模糊度最常用且最有效的方法是在調制器輸入的數字基帶信號中採用差分編碼.
3改進平方環的工作原理
改進的平方環載波恢復電路,如圖3所示.利用DDS產生的NCO數控振盪器能夠輸出完全正交的正餘弦信號,並考慮到三角函數之間的關系sin(2ωct+2△φ)=2sin(ωct+△φ)cos(ωct+△φ),因此這里將NCO的頻率鎖定在載波頻率ωc上,然後將NCO兩路正餘弦輸出通過一個乘法器再增益2倍,並且在FPGA實現時瞎凱,只需要進行簡單的移位就能完成乘除法的運算,輸出就為傳統平方環的NCO輸出,由於數控振盪器將頻率鎖定在ωc上,所以它的正弦輸出即為提取的載波,省去了二分頻電路.由於傳統的二分頻電路均採用數字分頻電路,不能保持原有的正弦波形,因此還需要附加濾波器等電路.相比改進的電路要復雜得多,並且在實現上也不如改進之後的容易.
4環路部件
4.1 鑒相器
在鎖相環中,鑒相器(又稱為相位檢測器)是一個相位比較裝置.它是將輸入信號與數控振盪器的輸出信號的瞬時相位進行比較,產生一個輸出電壓.這個電壓的大小,直接反映兩個信號相位差的大小；這個電壓的極性,反映輸入信號超前或滯後於數控振盪器輸出信號的相對相位關系.由此可見,鑒相器在環路中是用來完成相位差與亂敏電壓變換的,其輸出誤差電壓是瞬時相位誤差的函數.
4.2環路濾波器
環路濾波器用於衰減由於輸入信號雜訊引起的快速變化的相位誤差和平滑相位檢測器泄露的高頻分量即濾波,以便在其輸出端對原始信號進行精確的估計,環路濾波的階數和雜訊帶寬決定了環路濾波器對信號的動態響應.文獻[5]對幾種常用的環路濾波器性能進行了詳細的分析.由於一階環路濾波器會產生嘩神枝穩態相差,從而降低系統誤碼性能；三階環路濾波器實際實現難度較大；二階環路濾波器在直流增益為無窮大,而頻偏為常數的情況下,仍然能夠實現穩態,實現難度適宜,即採用二階環路濾波器,其結構框圖如圖4所示.
式中：ξ為環路阻尼系數,通常取0.707；ωn為阻尼振盪頻率；Ts為頻率控制字更新周期；Kd為環路增益.詳細的推導見參考文獻[6].因此環路濾波器參數的設計關鍵在於ωn,Kd.通常設計時用濾波器的雜訊帶寬Bn來取代ωn,即：.鎖相環路的各種性能對叫ωn,ξ的要求存在著矛盾和統一,增大叫ωn,ξ,可以增大捕獲帶,減小捕獲時間,加強對NCO雜訊的濾除,減小穩態相關,增大同步帶,增大同步掃描頻率；減小ωn,ξ,可以加強對輸入雜訊的濾除,延長平均跳周時間.增強一方性能,則會降低另一方性能,因此合理設計環路濾波器的參數能夠優化系統的性能.
4.3數控振盪器
NCO在環路中的作用就是產生理想的頻率可變的正弦和餘弦,確切地說是產生一個頻率實時可變的正弦樣本.正弦樣本可以用實時計算的方法產生,但在高速采樣頻率中,NCO產生正弦和餘弦的最有效辦法就是查找表法,即事先根據NCO正餘弦相位計算好相應的正餘弦值,並以相應的相位角度作為波形存儲器(ROM)的取樣地址來存儲對應相位的正餘弦值.NCO的相位,可通過固定的頻率控制字(載波頻率)與環路濾波器的輸出累加和相加得到,即可把存儲在波形存儲期內的波形抽樣值(二進制編碼)經查找表查出,完成相位到幅值轉換.NCO內部ROM正餘弦表的大小影響輸出波形的精度,越大的ROM正餘弦表,得到的波形輸出越理想,但同時增加了硬體資源.考慮到正弦信號的對稱性,只存儲1／4的周期,即0～π／2的波形,通過對輸入到波形ROM的地址及其輸出數據的關系,可按照一定演算法予以實現.
5模擬與分析
利用Simulink對改進的平方鎖相環進行了模擬.由於用FPGA實現時,可直接定義DDS為兩路正交的輸出,而在Simulink模型中,數控振盪器的輸出僅為一端輸出.在此為了簡單起見,搭建鎖相環模型時用到了兩個數控振盪器,為得到正交的輸出只需要將兩個數控振盪器的相位差定為π／2即可.這樣做不僅大大地簡化了搭建模型的時間,而且對模擬本身沒有任何影響,模擬核心部分如圖5所示.模擬條件：初始相差為π／3；初始頻偏為5 kHz；調制方式為BPSK；碼元速率為2 Mb／s；載波頻率為4 MHz.
模擬模型如圖6所示.其中,Bernoulli BinaryGenerator和sine Wave模塊分別產生伯努利分布的隨機二進制數序列和載波信號,將隨機二進制數序列通過簡單的變換模塊,生成雙極性不歸零碼,再一起送人Proct模塊完成BPSK調制.因為該模擬主要是驗證演算法的可行性,所以假設是在理想的信道下傳輸的.在接收解調端,使用乘法器Proct1完成平方功能,也可將該乘法器用絕對值模塊等非線性器件模塊代替.Proct2作為鎖相環的鑒相器,並且該鎖相環路為二階環.為了驗證該演算法的可行性,設置NCO的中心頻率與發送載波頻率之間有一定誤差,控制靈敏度也可通過模擬實驗確定.為了更好地比較模擬結果,SineWavel模塊的頻率與NCO設置的中心頻率一致,並將輸出一起送進示波器進行觀察分析.
示波器Scope2對比顯示了雙極性不歸零碼與相干載波乘積的輸出和未經過鎖相環路乘積的輸出.圖7給出了乘以載波之後的信號波形(示波器的橫坐標表示時間軸,物理符號是t,單位為s,物理量為2μs；縱坐標表示信號的強度).為了更加清晰地觀察圖形,圖7波形是低通和抽樣判決器之前的波形.從圖中對比不難看出,改進的鎖相環路能夠很好地將信號解調出來,從而達到了預想的效果,並通過模擬得知其仍然能夠應用於相關的領域(如調制解調),然而對於有相位差和頻偏的載波已經不能解調出原始的信號了.模擬中,如果減小NCO的靈敏度,可觀察到鎖相環失鎖.示波器Scope對比顯示了原始雙極性不歸零碼和解調判決的輸出,如圖8所示(示波器的橫坐標表示時間軸,物理符號是t,單位為s,物理量為5μs；縱坐標表示信號的強度).解調輸出的序列比原始序列稍有延遲,但是不難發現,改進的平方環載波恢復電路能夠准確地解調調制後的信號,延遲是由於解調模塊中的低通濾波和抽樣判決引起的.
6 結 語
講述了平方鎖相環的工作原理,並著重討論了設計思想和過程.在通信飛速發展的今天,進一步簡化了鎖相環路,該想法為以後的發展提供了很大的參考價值與創新理念,使得平方環不僅僅局限於應用到輸入信號載波頻率較低的環境中,在較高的條件下也能夠用它來實現,而且平方鎖相環的結構較科斯塔斯環要簡單.
【看參考網站 有圖解】

7. 鑒相器的簡介

機理類比：大家都在跟著音樂跳舞，有一個舞蹈教練發現大家的動作節奏跟不上音樂了，慢了半個拍子（類似於有了相位差），於是換了一個緩慢一點的音樂，以便大家能跟得上節奏。
所謂鑒相器，就是指鑒別相位的射頻器件，又叫相位比較器，是輸入信號、反饋信號之間的相位差與其輸出電壓有確定關系的電路，如圖1所示。
鑒相器的功能就像一個相位監察機構，發現輸入信號和反饋信號的相位差別，然後通過合理的方式表示出這個差別，這個表現形式就是電壓。表示相位差和輸出電壓確定關系的函數稱為型正鑒相特性。鑒相器是鎖相環的基本部件之一。 我們所說的PLL。其實就是鎖相環路，簡稱為鎖相環。卜祥悔許多電子設備要正常工作，通常需要外部的輸入信號與內部的振盪信號同步，利用鎖相環路就可以實現這個目的。鎖相環路是一種反饋控制電路，簡稱鎖相環（PLL）。鎖相環的特點是：利用外部輸入的參考信號控制環路內部振盪信號的頻率和相位。
因鎖相環可以實現輸出信號頻率對輸入信號頻率的自動跟蹤，所以鎖相環通常用於閉環跟蹤電路。鎖相環在工作的過程中，當輸出信號的頻率與輸入信號的頻率相等時，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相宴粗位差值，即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住，這就是鎖相環名稱的由來。
鎖相環主要有模擬鎖相環，數字鎖相環以及有記憶能力（微機控制的）鎖相環。 鎖相環通常由鑒相器（PD）、環路濾波器（LF）和壓控振盪器（VCO）三部分組成。

鎖相環中的鑒相器又稱為相位比較器，它的作用是檢測輸入信號之間的相位差，並將檢測出的相位差信號轉換成uD（t）電壓信號輸出，該信號經低通濾波器濾波後形成壓控振盪器的控制電壓uC（t），對振盪器輸出信號的頻率實施控制。