锁相环技术原理及FPGA实现 杜勇著 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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杜勇著 著

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• 电子工程
• 高速电路

店铺： 盛德伟业图书专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121287381

商品编码：29249918480

包装：平装

出版时间：2016-05-01

基本信息

书名:锁相环技术原理及FPGA实现

定价：68.00元

售价：40.8元,便宜27.2元,折扣60

作者:杜勇著

出版社：电子工业出版社

出版日期：2016-05-01

ISBN：9787121287381

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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着眼工程设计，精解设计实例；分解实现步骤，注重实现细节；完整仿真测试，详细性能分析；提供完整代码，迅速提升实力。

内容提要

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本书从工程应用的角度详细阐述锁相环技术的工作原理，利用MATLAB及System View仿真工具软件讨论典型电路的工作过程。以Altera公司的FPGA为开发平台，以Verilog HDL语言为开发工具，详细阐述锁相环技术的FPGA实现原理、结构、方法，以及仿真测试过程和具体技术细节，主要包括设计平台及开发环境介绍、锁相环跟踪相位的原理、FPGA实现数字信号处理基础、锁相环路模型、一阶环路的FPGA实现、环路滤波器与锁相环特性、二阶环路的FPGA实现、锁相环路性能分析、锁相测速测距的FPGA实现。

目录

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作者介绍

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杜勇，男，高级工程师，1976年生，硕士学位，毕业于国防科技大学，现工作于酒泉卫星发射中心。承担的项目共计4项，主要方向为无线通信技术的设计与实现，均为项目负责人，主要承担项目总体方案设计、核心算法设计及FPGA实现、硬件电路板的设计等工作。

文摘

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序言

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跨越时空的信号语言：锁相环理论深度解析与创新应用 在浩瀚的电子工程领域，信号是信息流动的血液，而如何精确地控制、同步和操纵这些信号，则是工程设计的灵魂所在。在众多信号处理技术中，锁相环（Phase-Locked Loop, PLL）以其卓越的性能和广泛的应用，占据着举足轻重的地位。它不仅仅是一个理论概念，更是一种强大的工程工具，能够将看似杂乱无章的信号转化为有序、可控的脉冲序列，为现代通信、数字系统、测量仪器等领域的发展提供了坚实的基础。 本书将带您踏上一场深入探究锁相环奥秘的旅程。我们将从最基础的信号学原理出发，循序渐进地剖析锁相环的核心构成单元：压控振荡器（Voltage-Controlled Oscillator, VCO）、鉴相器（Phase Detector, PD）和低通滤波器（Low-Pass Filter, LPF）。通过对这些单元工作机制的细致解读，您将清晰地理解它们如何协同合作，最终实现对输入信号频率和相位的精确锁定。 一、信号世界的基石：基础理论与数学模型 在深入锁相环的实际应用之前，掌握一定的信号理论基础至关重要。我们将回顾傅里叶变换、拉普拉斯变换等信号分析工具，为理解锁相环的动态行为奠定数学基础。特别地，我们将重点关注信号的相位和频率这两个关键属性，它们是锁相环工作的核心。 信号的本质： 从正弦波的幅值、频率、相位，到周期信号的频谱分析，我们将为您梳理信号世界的语言。理解周期信号如何分解为一系列不同频率的正弦波，以及它们如何影响锁相环的捕捉和跟踪能力。 相位与频率的关联： 相位是信号在一个周期内所处位置的度量，而频率则是单位时间内信号重复的次数。它们之间存在着紧密的积分/微分关系。理解这种关系，是理解锁相环如何通过比较相位来控制频率的关键。 数学建模的威力： 锁相环的动态行为可以用一套复杂的微分方程来描述。我们将逐步引入这些方程，并讲解如何通过分析这些方程来预测锁相环的稳定性和响应特性。从线性化模型到更复杂的非线性模型，我们将为您展示数学工具在锁相环设计中的强大作用。 二、解锁核心模块：深度剖析锁相环四大基石 锁相环的魅力在于其巧妙的结构设计，通过几个关键模块的协同工作，实现了对信号的精确控制。 压控振荡器（VCO）： 振荡器的核心在于产生特定频率的信号，而压控振荡器的特殊之处在于其输出频率可以由输入电压来调节。我们将详细探讨不同类型的VCO，如压控晶体振荡器（VCXO）、压控压电振荡器（VCXO）、压控环形振荡器（VCO）等，分析它们的结构、工作原理、调频特性以及影响其稳定性和噪声性能的因素。您将了解如何选择合适的VCO以满足特定的应用需求。 鉴相器（PD）： 鉴相器是锁相环的“大脑”，它负责比较输入信号和VCO输出信号的相位差异，并输出一个与相位误差成正比的电压信号。我们将深入研究各种鉴相器的类型，包括模拟鉴相器（如乘法器、异或门、D触发器等）和数字鉴相器（如电荷泵鉴相器、高精度数字鉴相器等）。重点分析它们的鉴相特性曲线（PTC）、锁定范围、捕捉范围以及对噪声的敏感性。理解不同鉴相器在精度、带宽和功耗上的取舍，将帮助您做出明智的设计选择。 低通滤波器（LPF）： 低通滤波器在锁相环中扮演着“平滑器”的角色，它滤除鉴相器输出信号中的高频分量，保留低频的相位误差信号，并以此来控制VCO的输出频率。我们将详细讲解一阶、二阶甚至更高阶的低通滤波器设计，包括其传递函数、截止频率、瞬态响应和稳态精度。理解滤波器参数如何影响锁相环的锁定时间、超调量、抖动以及抑制外部噪声的能力，是优化锁相环性能的关键。 分频器（Divider）： 在许多应用中，需要实现频率的倍增或分频。分频器模块的引入，使得锁相环能够灵活地实现不同频率的生成。我们将探讨整数分频器和分数分频器的原理，以及它们在锁相环中的应用，例如在频率合成器中生成任意频率的输出信号。 三、动态世界的行为：锁相环的捕获与跟踪 锁相环并非一成不变，它需要在动态的环境下工作，并具备从非锁定状态进入锁定状态的能力。 捕获过程： 当锁相环的输入信号频率与VCO的自由运行频率有一定偏差时，捕获过程就开始了。我们将分析锁相环的捕获范围，即锁相环能够成功锁定的最大频率偏差。理解捕获机制，如“扫描捕获”，以及影响捕获速度的因素，如鉴相器特性和滤波器带宽。 跟踪过程： 一旦锁相环进入锁定状态，它就会持续地跟踪输入信号的频率和相位变化。我们将探讨锁相环的跟踪范围，以及在跟踪过程中可能出现的抖动（Jitter）和相位噪声。理解如何通过优化滤波器参数和VCO设计来减小抖动和相位噪声，对于高精度应用至关重要。 稳定性分析： 锁相环的稳定性是其能否正常工作的基本前提。我们将从闭环传递函数出发，利用奈奎斯特判据、根轨迹等经典控制理论工具，分析锁相环的稳定性。理解环路带宽、阻尼系数等参数对稳定性的影响，以及如何避免产生振荡。 四、超越理论：锁相环的工程实践与设计考量 理论的扎实掌握是工程实践的基础，而工程实践则能反哺理论的深化理解。 参数选择的艺术： 在实际设计中，如何根据应用需求选择合适的VCO、鉴相器和滤波器参数，是一项重要的技能。我们将提供一系列的设计指南和权衡分析，帮助您在精度、速度、功耗、成本等方面做出最优选择。 噪声的敌人： 噪声是电子系统中无处不在的干扰，它会显著影响锁相环的性能。我们将深入分析锁相环中各种噪声的来源，包括VCO的相位噪声、鉴相器的量化噪声、滤波器中的热噪声等。并探讨有效的噪声抑制策略，如选择低噪声VCO、优化鉴相器设计、增加滤波器带宽等。 实际电路的实现： 我们将展示锁相环在实际电路中的实现方式，包括使用运算放大器、模拟集成电路以及数字逻辑来实现锁相环的各个模块。通过实际电路图的分析，您可以更直观地理解理论知识的应用。 五、面向未来的探索：锁相环的创新应用 锁相环技术的不断发展，催生了众多令人振奋的创新应用，深刻地改变着我们的生活。 通信系统的基石： 在无线通信、光纤通信以及数据通信领域，锁相环是频率合成、时钟恢复、解调等关键功能的实现者。我们将探讨锁相环在基站、手机、调制解调器等设备中的具体应用。 数字系统的脉搏： 现代数字系统，如微处理器、FPGA、DSP等，都依赖于精确的时钟信号。锁相环在这些系统中扮演着时钟发生器和时钟分配器的角色，确保整个系统的同步运行。 测量与测试的利器： 在高精度测量仪器、示波器、频谱分析仪等设备中，锁相环被用于信号的精确同步和频率测量。 新兴领域的拓展： 随着技术的发展，锁相环在人工智能、自动驾驶、物联网等新兴领域也展现出巨大的应用潜力，例如在高精度定位、传感器数据融合等方面。 本书旨在通过清晰的逻辑、严谨的论述和丰富的实例，帮助读者构建对锁相环技术的全面、深入的理解。无论您是初学者，还是有一定经验的工程师，都将从中获益匪浅。我们相信，掌握锁相环这一强大的工具，将为您的工程设计之路开启无限可能。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容实在太丰富了，每一章都像打开了一扇新世界的大门。特别是关于锁相环的基本原理部分，作者杜勇用非常清晰易懂的语言，层层递进地讲解了各个核心概念。从最基础的振荡器，到环路的误差检测、环路滤波，再到压控振荡器的特性，每个环节都解释得非常透彻。我之前总觉得锁相环是个很抽象的概念，看了这本书之后，我才真正理解了它是如何工作的，它的各种参数又代表着什么。更让我惊喜的是，书中并没有停留在理论层面，而是花了大量的篇幅讲述了如何在FPGA上实现这些原理。这对于我们这些想要将理论付诸实践的读者来说，简直是福音。书中提供的代码示例和设计思路，都非常具有参考价值，可以直接拿来学习和借鉴。我花了很长时间去研究其中一个具体的PLL设计，从理解原理到分析代码，再到最后在开发板上进行仿真和调试，整个过程让我受益匪浅，也对FPGA的精妙有了更深的认识。这本书真的是我学习锁相环技术过程中不可多得的宝藏。

评分☆☆☆☆☆

阅读《锁相环技术原理及FPGA实现》的过程，就像是跟着一位经验丰富的工程师在实验室里一步步搭建和调试一个复杂的系统。作者杜勇的写作风格非常务实，他深入浅出地讲解了锁相环的各个组成部分，从原理到实际应用，再到FPGA的硬件实现，都做到了无缝衔接。书中对于锁相环的类型，例如整数N分频、小数N分频PLL，以及它们的优缺点和适用场景，都进行了详细的对比分析。我尤其对小数N分频PLL部分印象深刻，之前总是觉得它的实现非常复杂，但是通过书中的讲解，我才了解到原来可以通过精妙的算法和FPGA的资源来高效地实现。而且，书中不仅仅是罗列公式和理论，更重要的是给出了大量的FPGA设计实例，这些实例涵盖了不同的应用场景，如时钟倍频、频率合成、抖动抑制等。我尝试着将其中一个时钟倍频的例子移植到我的项目上，发现效果非常显著，原本困扰我很久的时钟抖动问题得到了很大程度的改善。这本书真的是理论与实践相结合的典范，对于想要深入理解锁相环并将其应用于FPGA开发的工程师来说，是一本必读之作。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度都令我印象深刻。作者杜勇在梳理锁相环技术脉络方面做得非常到位，从基础概念的铺垫，到高级应用的探讨，无一不涵盖。我之前在学习锁相环时，总是感觉知识点零散，难以形成完整的体系，但是通过阅读这本书，我才真正构建起了对锁相环的整体认知。书中对锁相环的性能指标，如相位噪声、抖动、锁定时间等，进行了非常深入的分析，并且给出了如何通过设计优化来改善这些指标的方法。让我特别惊喜的是，书中还涉及了一些更前沿的话题，比如低功耗PLL的设计，以及如何在噪声环境中实现高精度的频率合成。这些内容对于我们在实际项目开发中遇到的各种挑战，都提供了非常有价值的思路和解决方案。而且，书中提供的FPGA实现方法，都是基于目前主流的FPGA架构和工具链，非常具有现实意义。这本书不仅仅是一本技术书籍，更像是一位资深专家的经验总结和智慧分享。

评分☆☆☆☆☆

我是一名从事射频通信的工程师，一直以来都觉得锁相环（PLL）是射频系统中最核心也是最难以掌握的技术之一。在阅读《锁相环技术原理及FPGA实现》这本书之前，我对PLL的理解主要停留在理论层面，知道它的基本功能，但对其内部机制和实际设计细节知之甚少。这本书以其严谨的学术态度和实践性的指导，彻底改变了我的认知。作者杜勇的讲解，不仅仅局限于传统的模拟PLL，更将目光投向了现代数字PLL（DPLL）和FPGA实现。书中对DPLL的各个组件，如数字环路滤波器、DDFS（直接数字频率合成器）等，都进行了详尽的分析，并且给出了如何在FPGA上高效实现的具体方法。我特别欣赏书中对FPGA实现细节的关注，例如如何利用DSP Slice进行乘法运算，如何高效地实现DDFS的查找表，以及如何进行优化的时序收敛。这些内容对于我们这些需要将PLL集成到FPGA平台的工程师来说，具有极高的参考价值。这本书真正做到了将抽象的理论与具体的硬件实现紧密结合。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值在于它提供了一个非常完整的学习路径，从最基础的锁相环概念，一直深入到FPGA上的具体实现。作者杜勇在梳理知识体系方面做得非常出色，逻辑清晰，层次分明。我之前在学习过程中，经常会遇到理论知识和实际工程实现之间的脱节，但这本书巧妙地弥合了这一鸿沟。书中对锁相环的设计流程进行了详细的阐述，包括需求分析、模块划分、参数选择、HDL代码编写、仿真验证以及FPGA综合与实现等各个环节。我印象特别深刻的是，作者在讲解FPGA资源利用和性能优化方面，给出了一些非常实用的建议，比如如何选择合适的IP核，如何进行代码优化以减少逻辑资源占用，以及如何进行时序约束以确保PLL的稳定工作。这些都是在实际工程中非常关键的技术细节，很多时候是教科书上难以找到的。通过学习这本书，我不仅对锁相环的原理有了更深刻的理解，更重要的是，我学会了如何将这些原理转化为可执行的FPGA设计。这本书为我打开了通往高性能数字信号处理领域的大门。