倍頻電路的預(yù)置可逆分頻器設(shè)計(jì)

摘要：首先分析了應(yīng)用于倍頻電路的預(yù)置可逆分頻器的工作原理，推導(dǎo)了觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)函數(shù)。并建立了基于simulink 和FPGA 的分頻器模型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明分頻器可以實(shí)現(xiàn)預(yù)置模和可逆分頻功能，滿(mǎn)足倍頻電路需要。

1. 前言

鎖相環(huán)是倍頻電路的主要實(shí)現(xiàn)方式，直接決定倍頻的成敗。傳統(tǒng)的鎖相環(huán)各個(gè)部件都是由模擬電路實(shí)現(xiàn)的，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，全數(shù)字鎖相環(huán)逐步發(fā)展起來(lái)，全數(shù)字鎖相環(huán)的環(huán)路部件全部數(shù)字化，通常由數(shù)字鑒相器、數(shù)字環(huán)路濾波器、壓控振蕩器以及分頻器組成，全數(shù)字鎖相環(huán)中的分頻器要求?？深A(yù)置且可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行可逆分頻[2]。由于現(xiàn)有的電路均不能滿(mǎn)足上述要求，本文首先采用simuink 和FPGA 開(kāi)發(fā)了應(yīng)用于倍頻電路的變模可逆分頻器。

2. 變?？赡娣诸l器的工作原理

變模分頻器的基本原理是設(shè)置一個(gè)符合函數(shù)，在分頻過(guò)程中，觸發(fā)器的輸出與預(yù)置模比較，當(dāng)觸發(fā)器的輸出與預(yù)置模一致時(shí)，則給出符合信號(hào)，強(qiáng)迫計(jì)數(shù)器進(jìn)入所希望的狀態(tài)，即初始狀態(tài)，隨后計(jì)數(shù)器則按照卡諾圖確定的程序繼續(xù)工作，直到最后一個(gè)狀態(tài)，即由地址碼確定的第N-1 個(gè)狀態(tài)，再?gòu)?qiáng)迫分頻器回到初始狀態(tài)[3]。所以每個(gè)觸發(fā)器應(yīng)當(dāng)受到兩個(gè)控制函數(shù)的控制，即：

f—正常的由卡諾圖得到的控制函數(shù);

F—強(qiáng)迫分頻器進(jìn)入的希望狀態(tài);

T—符合函數(shù);

當(dāng)符合函數(shù)T = 1時(shí)，F(xiàn) 不起作用，P = f ，分頻器按正常程序分頻;當(dāng)T = 0，F(xiàn) 起作用，P = F ，強(qiáng)迫分頻器跳變到所希望的狀態(tài)。

表1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

(注：表1 為狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，其中左半部分為遞增分頻器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，右半部分為遞減狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。表2 為計(jì)數(shù)值與各觸發(fā)器當(dāng)前值的關(guān)系。)

表2 計(jì)數(shù)值與各觸發(fā)器當(dāng)前值的關(guān)系

加法分頻器的驅(qū)動(dòng)方程為：

減法分頻器的驅(qū)動(dòng)方程為：

各觸發(fā)器還受到可逆信號(hào)的控制，當(dāng)I _ D信號(hào)為1時(shí)為遞增分頻器，反之為遞減分頻器。

各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)函數(shù)為：

3. 基于simulink的可逆分頻器設(shè)計(jì)

采用simulink 建立可逆分頻器模型，如圖1 所示。分頻器采用五級(jí)D 觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，輔之以必要的控制邏輯。輸入端A、B、C、D、E 為輸入模值，I _ D為1 時(shí)分頻器工作在遞增模式，當(dāng)I _ D為0時(shí)分頻器工作在遞減模式，符合函數(shù)的輸出T連接至D觸發(fā)器的清零端，分頻器的工作波形如圖2 所示。從圖中可以看出分頻器能夠在預(yù)置模下完成遞增或遞減分頻器功能。

圖1 五級(jí)分頻器

圖2 分頻器的工作波形。

圖3 分頻器的仿真波形。

4. 基于FPGA的可逆分頻器設(shè)計(jì)

采用verilog 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了可逆分頻器，其仿真波形如圖3 所示，分頻器可完成預(yù)置模以及遞增及遞減分頻功能。分頻器的verilog 代碼如圖4 所示，寄存器傳輸級(jí)網(wǎng)表如圖5 所示。

圖4 分頻器代碼。

圖5 寄存器傳輸級(jí)網(wǎng)表。

5. 總結(jié)

本文分析了變?？赡娣诸l器的工作原理，并分別采用simulink 和FPGA 實(shí)現(xiàn)了可逆分頻器。仿真結(jié)果表明分頻器能夠完成預(yù)置模，遞增和遞減分頻功能，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。