鎖相環技術原理及FPGA實現 杜勇著 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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杜勇著 著

圖書標籤:

• 鎖相環
• PLL
• FPGA
• 數字電路
• 通信
• 信號處理
• 嵌入式係統
• 杜勇
• 電子工程
• 高速電路

店鋪： 盛德偉業圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121287381

商品編碼：29249918480

包裝：平裝

齣版時間：2016-05-01

基本信息

書名:鎖相環技術原理及FPGA實現

定價：68.00元

售價：40.8元,便宜27.2元,摺扣60

作者:杜勇著

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2016-05-01

ISBN：9787121287381

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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著眼工程設計，精解設計實例；分解實現步驟，注重實現細節；完整仿真測試，詳細性能分析；提供完整代碼，迅速提升實力。

內容提要

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本書從工程應用的角度詳細闡述鎖相環技術的工作原理，利用MATLAB及System View仿真工具軟件討論典型電路的工作過程。以Altera公司的FPGA為開發平颱，以Verilog HDL語言為開發工具，詳細闡述鎖相環技術的FPGA實現原理、結構、方法，以及仿真測試過程和具體技術細節，主要包括設計平颱及開發環境介紹、鎖相環跟蹤相位的原理、FPGA實現數字信號處理基礎、鎖相環路模型、一階環路的FPGA實現、環路濾波器與鎖相環特性、二階環路的FPGA實現、鎖相環路性能分析、鎖相測速測距的FPGA實現。

目錄

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作者介紹

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杜勇，男，高級工程師，1976年生，碩士學位，畢業於國防科技大學，現工作於酒泉衛星發射中心。承擔的項目共計4項，主要方嚮為無綫通信技術的設計與實現，均為項目負責人，主要承擔項目總體方案設計、核心算法設計及FPGA實現、硬件電路闆的設計等工作。

文摘

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序言

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跨越時空的信號語言：鎖相環理論深度解析與創新應用 在浩瀚的電子工程領域，信號是信息流動的血液，而如何精確地控製、同步和操縱這些信號，則是工程設計的靈魂所在。在眾多信號處理技術中，鎖相環（Phase-Locked Loop, PLL）以其卓越的性能和廣泛的應用，占據著舉足輕重的地位。它不僅僅是一個理論概念，更是一種強大的工程工具，能夠將看似雜亂無章的信號轉化為有序、可控的脈衝序列，為現代通信、數字係統、測量儀器等領域的發展提供瞭堅實的基礎。 本書將帶您踏上一場深入探究鎖相環奧秘的旅程。我們將從最基礎的信號學原理齣發，循序漸進地剖析鎖相環的核心構成單元：壓控振蕩器（Voltage-Controlled Oscillator, VCO）、鑒相器（Phase Detector, PD）和低通濾波器（Low-Pass Filter, LPF）。通過對這些單元工作機製的細緻解讀，您將清晰地理解它們如何協同閤作，最終實現對輸入信號頻率和相位的精確鎖定。 一、信號世界的基石：基礎理論與數學模型 在深入鎖相環的實際應用之前，掌握一定的信號理論基礎至關重要。我們將迴顧傅裏葉變換、拉普拉斯變換等信號分析工具，為理解鎖相環的動態行為奠定數學基礎。特彆地，我們將重點關注信號的相位和頻率這兩個關鍵屬性，它們是鎖相環工作的核心。 信號的本質： 從正弦波的幅值、頻率、相位，到周期信號的頻譜分析，我們將為您梳理信號世界的語言。理解周期信號如何分解為一係列不同頻率的正弦波，以及它們如何影響鎖相環的捕捉和跟蹤能力。 相位與頻率的關聯： 相位是信號在一個周期內所處位置的度量，而頻率則是單位時間內信號重復的次數。它們之間存在著緊密的積分/微分關係。理解這種關係，是理解鎖相環如何通過比較相位來控製頻率的關鍵。 數學建模的威力： 鎖相環的動態行為可以用一套復雜的微分方程來描述。我們將逐步引入這些方程，並講解如何通過分析這些方程來預測鎖相環的穩定性和響應特性。從綫性化模型到更復雜的非綫性模型，我們將為您展示數學工具在鎖相環設計中的強大作用。 二、解鎖核心模塊：深度剖析鎖相環四大基石 鎖相環的魅力在於其巧妙的結構設計，通過幾個關鍵模塊的協同工作，實現瞭對信號的精確控製。 壓控振蕩器（VCO）： 振蕩器的核心在於産生特定頻率的信號，而壓控振蕩器的特殊之處在於其輸齣頻率可以由輸入電壓來調節。我們將詳細探討不同類型的VCO，如壓控晶體振蕩器（VCXO）、壓控壓電振蕩器（VCXO）、壓控環形振蕩器（VCO）等，分析它們的結構、工作原理、調頻特性以及影響其穩定性和噪聲性能的因素。您將瞭解如何選擇閤適的VCO以滿足特定的應用需求。 鑒相器（PD）： 鑒相器是鎖相環的“大腦”，它負責比較輸入信號和VCO輸齣信號的相位差異，並輸齣一個與相位誤差成正比的電壓信號。我們將深入研究各種鑒相器的類型，包括模擬鑒相器（如乘法器、異或門、D觸發器等）和數字鑒相器（如電荷泵鑒相器、高精度數字鑒相器等）。重點分析它們的鑒相特性麯綫（PTC）、鎖定範圍、捕捉範圍以及對噪聲的敏感性。理解不同鑒相器在精度、帶寬和功耗上的取捨，將幫助您做齣明智的設計選擇。 低通濾波器（LPF）： 低通濾波器在鎖相環中扮演著“平滑器”的角色，它濾除鑒相器輸齣信號中的高頻分量，保留低頻的相位誤差信號，並以此來控製VCO的輸齣頻率。我們將詳細講解一階、二階甚至更高階的低通濾波器設計，包括其傳遞函數、截止頻率、瞬態響應和穩態精度。理解濾波器參數如何影響鎖相環的鎖定時間、超調量、抖動以及抑製外部噪聲的能力，是優化鎖相環性能的關鍵。 分頻器（Divider）： 在許多應用中，需要實現頻率的倍增或分頻。分頻器模塊的引入，使得鎖相環能夠靈活地實現不同頻率的生成。我們將探討整數分頻器和分數分頻器的原理，以及它們在鎖相環中的應用，例如在頻率閤成器中生成任意頻率的輸齣信號。 三、動態世界的行為：鎖相環的捕獲與跟蹤 鎖相環並非一成不變，它需要在動態的環境下工作，並具備從非鎖定狀態進入鎖定狀態的能力。 捕獲過程： 當鎖相環的輸入信號頻率與VCO的自由運行頻率有一定偏差時，捕獲過程就開始瞭。我們將分析鎖相環的捕獲範圍，即鎖相環能夠成功鎖定的最大頻率偏差。理解捕獲機製，如“掃描捕獲”，以及影響捕獲速度的因素，如鑒相器特性和濾波器帶寬。 跟蹤過程： 一旦鎖相環進入鎖定狀態，它就會持續地跟蹤輸入信號的頻率和相位變化。我們將探討鎖相環的跟蹤範圍，以及在跟蹤過程中可能齣現的抖動（Jitter）和相位噪聲。理解如何通過優化濾波器參數和VCO設計來減小抖動和相位噪聲，對於高精度應用至關重要。 穩定性分析： 鎖相環的穩定性是其能否正常工作的基本前提。我們將從閉環傳遞函數齣發，利用奈奎斯特判據、根軌跡等經典控製理論工具，分析鎖相環的穩定性。理解環路帶寬、阻尼係數等參數對穩定性的影響，以及如何避免産生振蕩。 四、超越理論：鎖相環的工程實踐與設計考量 理論的紮實掌握是工程實踐的基礎，而工程實踐則能反哺理論的深化理解。 參數選擇的藝術： 在實際設計中，如何根據應用需求選擇閤適的VCO、鑒相器和濾波器參數，是一項重要的技能。我們將提供一係列的設計指南和權衡分析，幫助您在精度、速度、功耗、成本等方麵做齣最優選擇。 噪聲的敵人： 噪聲是電子係統中無處不在的乾擾，它會顯著影響鎖相環的性能。我們將深入分析鎖相環中各種噪聲的來源，包括VCO的相位噪聲、鑒相器的量化噪聲、濾波器中的熱噪聲等。並探討有效的噪聲抑製策略，如選擇低噪聲VCO、優化鑒相器設計、增加濾波器帶寬等。 實際電路的實現： 我們將展示鎖相環在實際電路中的實現方式，包括使用運算放大器、模擬集成電路以及數字邏輯來實現鎖相環的各個模塊。通過實際電路圖的分析，您可以更直觀地理解理論知識的應用。 五、麵嚮未來的探索：鎖相環的創新應用 鎖相環技術的不斷發展，催生瞭眾多令人振奮的創新應用，深刻地改變著我們的生活。 通信係統的基石： 在無綫通信、光縴通信以及數據通信領域，鎖相環是頻率閤成、時鍾恢復、解調等關鍵功能的實現者。我們將探討鎖相環在基站、手機、調製解調器等設備中的具體應用。 數字係統的脈搏： 現代數字係統，如微處理器、FPGA、DSP等，都依賴於精確的時鍾信號。鎖相環在這些係統中扮演著時鍾發生器和時鍾分配器的角色，確保整個係統的同步運行。 測量與測試的利器： 在高精度測量儀器、示波器、頻譜分析儀等設備中，鎖相環被用於信號的精確同步和頻率測量。 新興領域的拓展： 隨著技術的發展，鎖相環在人工智能、自動駕駛、物聯網等新興領域也展現齣巨大的應用潛力，例如在高精度定位、傳感器數據融閤等方麵。 本書旨在通過清晰的邏輯、嚴謹的論述和豐富的實例，幫助讀者構建對鎖相環技術的全麵、深入的理解。無論您是初學者，還是有一定經驗的工程師，都將從中獲益匪淺。我們相信，掌握鎖相環這一強大的工具，將為您的工程設計之路開啓無限可能。

評分☆☆☆☆☆

我是一名從事射頻通信的工程師，一直以來都覺得鎖相環（PLL）是射頻係統中最核心也是最難以掌握的技術之一。在閱讀《鎖相環技術原理及FPGA實現》這本書之前，我對PLL的理解主要停留在理論層麵，知道它的基本功能，但對其內部機製和實際設計細節知之甚少。這本書以其嚴謹的學術態度和實踐性的指導，徹底改變瞭我的認知。作者杜勇的講解，不僅僅局限於傳統的模擬PLL，更將目光投嚮瞭現代數字PLL（DPLL）和FPGA實現。書中對DPLL的各個組件，如數字環路濾波器、DDFS（直接數字頻率閤成器）等，都進行瞭詳盡的分析，並且給齣瞭如何在FPGA上高效實現的具體方法。我特彆欣賞書中對FPGA實現細節的關注，例如如何利用DSP Slice進行乘法運算，如何高效地實現DDFS的查找錶，以及如何進行優化的時序收斂。這些內容對於我們這些需要將PLL集成到FPGA平颱的工程師來說，具有極高的參考價值。這本書真正做到瞭將抽象的理論與具體的硬件實現緊密結閤。

評分☆☆☆☆☆

閱讀《鎖相環技術原理及FPGA實現》的過程，就像是跟著一位經驗豐富的工程師在實驗室裏一步步搭建和調試一個復雜的係統。作者杜勇的寫作風格非常務實，他深入淺齣地講解瞭鎖相環的各個組成部分，從原理到實際應用，再到FPGA的硬件實現，都做到瞭無縫銜接。書中對於鎖相環的類型，例如整數N分頻、小數N分頻PLL，以及它們的優缺點和適用場景，都進行瞭詳細的對比分析。我尤其對小數N分頻PLL部分印象深刻，之前總是覺得它的實現非常復雜，但是通過書中的講解，我纔瞭解到原來可以通過精妙的算法和FPGA的資源來高效地實現。而且，書中不僅僅是羅列公式和理論，更重要的是給齣瞭大量的FPGA設計實例，這些實例涵蓋瞭不同的應用場景，如時鍾倍頻、頻率閤成、抖動抑製等。我嘗試著將其中一個時鍾倍頻的例子移植到我的項目上，發現效果非常顯著，原本睏擾我很久的時鍾抖動問題得到瞭很大程度的改善。這本書真的是理論與實踐相結閤的典範，對於想要深入理解鎖相環並將其應用於FPGA開發的工程師來說，是一本必讀之作。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容實在太豐富瞭，每一章都像打開瞭一扇新世界的大門。特彆是關於鎖相環的基本原理部分，作者杜勇用非常清晰易懂的語言，層層遞進地講解瞭各個核心概念。從最基礎的振蕩器，到環路的誤差檢測、環路濾波，再到壓控振蕩器的特性，每個環節都解釋得非常透徹。我之前總覺得鎖相環是個很抽象的概念，看瞭這本書之後，我纔真正理解瞭它是如何工作的，它的各種參數又代錶著什麼。更讓我驚喜的是，書中並沒有停留在理論層麵，而是花瞭大量的篇幅講述瞭如何在FPGA上實現這些原理。這對於我們這些想要將理論付諸實踐的讀者來說，簡直是福音。書中提供的代碼示例和設計思路，都非常具有參考價值，可以直接拿來學習和藉鑒。我花瞭很長時間去研究其中一個具體的PLL設計，從理解原理到分析代碼，再到最後在開發闆上進行仿真和調試，整個過程讓我受益匪淺，也對FPGA的精妙有瞭更深的認識。這本書真的是我學習鎖相環技術過程中不可多得的寶藏。

評分☆☆☆☆☆

這本書的價值在於它提供瞭一個非常完整的學習路徑，從最基礎的鎖相環概念，一直深入到FPGA上的具體實現。作者杜勇在梳理知識體係方麵做得非常齣色，邏輯清晰，層次分明。我之前在學習過程中，經常會遇到理論知識和實際工程實現之間的脫節，但這本書巧妙地彌閤瞭這一鴻溝。書中對鎖相環的設計流程進行瞭詳細的闡述，包括需求分析、模塊劃分、參數選擇、HDL代碼編寫、仿真驗證以及FPGA綜閤與實現等各個環節。我印象特彆深刻的是，作者在講解FPGA資源利用和性能優化方麵，給齣瞭一些非常實用的建議，比如如何選擇閤適的IP核，如何進行代碼優化以減少邏輯資源占用，以及如何進行時序約束以確保PLL的穩定工作。這些都是在實際工程中非常關鍵的技術細節，很多時候是教科書上難以找到的。通過學習這本書，我不僅對鎖相環的原理有瞭更深刻的理解，更重要的是，我學會瞭如何將這些原理轉化為可執行的FPGA設計。這本書為我打開瞭通往高性能數字信號處理領域的大門。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度都令我印象深刻。作者杜勇在梳理鎖相環技術脈絡方麵做得非常到位，從基礎概念的鋪墊，到高級應用的探討，無一不涵蓋。我之前在學習鎖相環時，總是感覺知識點零散，難以形成完整的體係，但是通過閱讀這本書，我纔真正構建起瞭對鎖相環的整體認知。書中對鎖相環的性能指標，如相位噪聲、抖動、鎖定時間等，進行瞭非常深入的分析，並且給齣瞭如何通過設計優化來改善這些指標的方法。讓我特彆驚喜的是，書中還涉及瞭一些更前沿的話題，比如低功耗PLL的設計，以及如何在噪聲環境中實現高精度的頻率閤成。這些內容對於我們在實際項目開發中遇到的各種挑戰，都提供瞭非常有價值的思路和解決方案。而且，書中提供的FPGA實現方法，都是基於目前主流的FPGA架構和工具鏈，非常具有現實意義。這本書不僅僅是一本技術書籍，更像是一位資深專傢的經驗總結和智慧分享。