摘 要：锁相环在现代通信系统中的应用极为广泛，如调频和解调技术，压控振荡器、环路低通滤波器、鉴相器则属于锁相环的主体构成，基于此，本文采用Simulink仿真平台开展了数字锁相环调频器研究，最終验证了其具备的闭环信号跟踪特性。

关键词：Simulink；数字锁相环调频器；数字信号

前言：无论是现代数字传输网络，还是传统的模拟通信系统，锁相环的应用均能够较好满足信息化社会的发展需要，这种需要的满足与锁相环的优良的信号跟踪等特性存在直接联系，而为了保证锁相环能够更好服务于频率的调制和解调，正是本文围绕数字锁相环调频器开展具体研究的原因所在。

1.原理分析

一连串离散采样点序列属于数字锁相环信号的表现形式，且每个样点信息为无量纲的数字量。数字锁相环一般由DPD、DLF、NCO组成，分别代表数字鉴相器、数字环路滤波器、数控振荡器，输入信号、本地估算序列、相位校正序列、相位误差序列同样属于数字锁相环的重要组成部分。值得注意的是，当数控振荡器必须输出一个相位样点时，必须适当延时反馈环路的信号序列。

2.Simulink仿真

2.1 2-FSK信号调制器

图1为2-FSK信号调制器仿真图，结合该图不难发现，数控振荡器输出实数类型的信号，即2-FSK信号。但由于现代数字通信的数据信号产生、发送、接收多采用二维（复数）形式，因此实数类型的2-FSK信号需要转换为二维复指数形式，通过这种转换即可最终获得调制信号。进一步分析图1不难发现，运用锁相环的调制端采用了数字乘法器作为鉴相器，并采用了10000Hz的采样频率。数字乘法器拥有两个输入端，分别输入数控振荡器的反馈数字振荡信号、离散载波信号。图1中采用的载波频率、采样频率（离散正弦信号）分别为1000Hz、10000Hz。为滤除数字信号中的噪声和高频成分，环路数字低通滤波器需要输入数字乘法器的输出信号[1]。

无限冲击响应低通滤波器、有限冲击响应低通滤波器属于常用的滤波器类型，二者均可作为环路数字低通滤波器。数字锁相环一般采用无限冲击响应低通滤波器，但考虑到具备方便灵活特点的数字实现方式，有限冲击响应低通滤波器同样能够为数字锁相环提供服务。图1所示仿真图的环路数字低通滤波器采用了六阶切比雪夫二型无限冲击响应低通滤波器，其通带截止频率、阻带截止频率分别为2000Hz与5000Hz。

为实现数控振荡器的输出信号控制，数字锁相环调频器的到数控振荡器控制电压需要插入数字基带信号。结合图1不难发现，2-FSK信号调制器采用了相加处理的方式，通过将环路数字低通滤波器输出信号与基带数字信号相加，得到了数控振荡器控制电压。在数控振荡器输入数字控制电压后，数控振荡器会自动输出对应的数字正弦信号，其输出信号一方面作为调制完成的信号输出，另一方面则需要输入数字乘法器的一端（作为反馈信号）。由于输出的信号为实数形式，因此需要进行复数信号形式的转换，转换需采用模块，由此即可最终得到复数信号形式的调制信号。值得注意的是，在数字锁相环反馈回路中，数字序列延时器属于其中的重要环节，如图1中的“Tapped Delay”，其频率、延迟数分别为10000Hz与1。

2.2 2-FSK信号调解器

图2为2-FSK信号解调器仿真图，结合该图不难发现，锁相环被用于信号的解调，信号载频f1与锁相环路的稳定静态中心频率相同，由此即可使锁相环输入信号（2-FSK）与离散压控振荡器输出信号间产生不同的相位差效果。在离散压控振荡器输入端（环路低通滤波器输出端），相位差信号会对应输入信号频率变化产生电压变化信号，如输入信号载频为f1，锁相环中心频率f1上会将信号锁定，当其为f2时，锁相环失锁。依次获得解调的基带序列信号并进行抽样判决，即可最终获得数字基带信号（输入信号的解调信号）[2]。

解调开始，数字锁相环鉴频器的一个输入端需要输入复数形式的信号（2-FSK），该信号由对应的信号产生模块产生，采用数字乘法器作为鉴相器，采用10000Hz的采样频率。离散压控振荡器的反馈输出由数字乘法器接收，图2采用了离散压控振荡器，其参数设置包括输出幅度、输入灵敏度、采样时间、静态中心频率、初始相位，分别为1、1Hz/V、0.0001s、1000Hz、0。

数字乘法器可输出初步解调信号，该信号含有高频成分，其输出信号的滤波采用环路低通滤波器，图2采用了二阶切比雪夫二型数字低通滤波器，通带截止频率、阻带截止频率分别设置为48Hz与2000Hz。信号增益模块输入信号需经滤波处理，采样时间设为0.01s，该模块的输出信号需输入复数信号幅度相位提取模块，由此实现相位信号提取、高频成分衰减。为调节离散压控振荡器输出信号频率，复数信号幅度相位提取模块需要进行复数控制信号处理，以此完成实数控制信号转换。进一步仿真可以发现，抽样判决的离散VCO控制电压处理，可最终获得解调信号。

结论：综上所述，数字锁相环调频器的研究具备较高现实意义，在此基础上，本文涉及的仿真分析，则进一步证明了数字电路实现锁相环具备的广阔发展前景，而为了更好推动锁相环发展，其门限、窄带滤波、跟踪特性的利用必须得到重视。

参考文献：

[1]韩伟，王艳秋，江超.BH1417锁相环调频广播发射器设计[J].中国科技信息，2015（05）：191-192.

[2]史凯运，雷振亚，侯建强.锁相环产生具有高线性度三角调频信号的方法[J].电子科技，2015，28（02）：147-149.

作者简介：

张瑜（1997-），女， 陕西省延安市人，汉族，学生，在读本科生，研究方向：微电子。