锁相环技术原理及FPGA实现 畅销书籍 通信教材 正版锁相环技术原理及 FPGA实现 杜勇 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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杜勇著 著

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121287381

商品编码：29788878138

包装：平装

出版时间：2016-05-01

基本信息

商品名称：	锁相环技术原理及FPGA实现 畅销书籍 通信教材 正版锁相环技术原理及 FPGA实现	开本：
作者：	杜勇著	页数：
定价：	68.00元	出版时间：	2016-05-01
ISBN号：	9787121287381	印刷时间：
出版社：	电子工业出版社	版次：	1
商品类型：		印次：

插图目录内容提要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。编辑推荐着眼工程设计，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。作者介绍杜勇，男，工程师，1976年生，硕士学位，毕业于防科技大学，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。

电路设计者的福音：精通锁相环（PLL）与FPGA的协同之道 在当今瞬息万变的电子工程领域，对于高性能、低功耗、高集成度的数字和混合信号系统的需求日益增长。而实现这些目标的关键技术之一，便是锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）。PLL作为一种能够产生稳定、精确时钟信号的反馈控制系统，在通信、数据转换、频率合成、时序控制等众多应用中扮演着至关重要的角色。本书旨在为广大电子工程师、通信专业学生以及对PLL和FPGA技术感兴趣的读者，提供一本全面、深入、实用的技术指南。 本书内容涵盖了锁相环技术的方方面面，从其基本原理、核心组成模块，到各种PLL拓扑的特性与设计考量，再到FPGA在其实现中的关键作用。我们将以清晰的逻辑、严谨的数学推导和丰富的工程实践案例，带领读者一步步掌握PLL的设计精髓，并最终能够灵活运用FPGA强大的资源来高效地实现PLL。 第一部分：锁相环技术原理深度解析 我们将从最基础的概念入手，深入剖析锁相环的核心工作机制。 PLL的基本构成与工作原理： 详细介绍PLL的四个基本模块：鉴相器（Phase Detector，PD）、低通滤波器（Loop Filter，LF）、压控振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，VCO）以及分频器（Frequency Divider）。我们将逐一解析每个模块的功能、工作特性以及它们是如何协同作用，最终实现对输入参考信号的精确跟踪。我们将探讨不同类型的鉴相器（如XOR型、电荷泵型、增量型等）的优缺点，以及它们在不同应用场景下的适用性。低通滤波器的设计在PLL的稳定性和动态响应中起着决定性作用，我们将深入讲解滤波器阶数、极点零点配置等对环路性能的影响。压控振荡器的选择与设计（如环形振荡器、LC振荡器）及其对PLL整体性能的制约也将是讨论的重点。分频器的作用，尤其是在频率合成中的应用，也将得到详细阐述。 PLL的数学建模与分析： 为了更深入地理解PLL的动态行为，我们将引入闭环系统模型，并对其进行数学分析。我们将推导PLL的特征方程，分析其稳定性（如瞬时稳定性、滞后稳定性），并讲解如何通过环路带宽、阻尼系数等参数来优化PLL的性能，包括其捕获范围、跟踪范围、瞬态响应和噪声抑制能力。我们将探讨线性模型与非线性模型的差异，以及非线性效应对PLL性能的影响。 PLL的性能指标与优化： 针对实际应用需求，我们将详细讨论PLL的各项关键性能指标，包括： 频率分辨率与相位噪声： 这是PLL在频率合成和时钟抖动控制中的核心指标。我们将深入分析相位噪声的来源，包括VCO的固有相位噪声、分频器的噪声以及PLL环路中的其他噪声源，并探讨抑制相位噪声的有效方法，如提高VCO品质因数（Q值）、优化滤波器设计、采用高分辨率的鉴相器等。 抖动（Jitter）： 针对通信系统中的时钟信号，抖动是一个至关重要的指标。我们将区分随机抖动（RJ）和确定性抖动（DJ），并介绍如何测量和控制抖动。 捕获范围与跟踪范围： 讲解这两个参数的定义及其对PLL能否正常工作的意义，以及如何通过设计来扩展这两个范围。 锁相时间和捕获时间： 分析影响这些参数的因素，以及如何通过优化环路参数来加快PLL的锁定速度。 功耗与尺寸： 在便携式设备和集成电路设计中，功耗和尺寸是关键考量因素。我们将讨论不同PLL架构和实现方式对功耗和面积的影响。 不同类型的PLL拓扑结构： 除了基本的整数分频PLL，我们将介绍更复杂的PLL拓扑，以满足更广泛的应用需求。 小数N分频PLL（Fractional-N PLL）： 这是现代通信系统中频率合成不可或缺的技术。我们将详细讲解其工作原理，特别是如何通过Σ-Δ调制技术来实现小数分频，以及其在提高频率分辨率、降低杂散输出方面的优势。 DFS-PLL（Delayed-First-Order-Sigma-Delta PLL）： 介绍这种更先进的Σ-Δ调制技术在小数N分频PLL中的应用，以及其如何进一步改善相位噪声和杂散输出。 MMD-PLL（Multi-Modulus Divider PLL）： 讨论多模分频器的工作方式，以及其在实现小数分频中的作用。 DFS-PLL与MMD-PLL的协同工作： 深入探讨这两类技术如何结合，以实现更灵活、更高性能的频率合成。 其他PLL变种： 简要介绍如RF-PLL、DPLL（数字锁相环）等，并指出其特点和应用领域。 第二部分：FPGA在PLL实现中的关键作用与技术 FPGA以其可编程性、灵活性和并行处理能力，为PLL的实现提供了强大的平台。我们将聚焦于如何将PLL的理论知识转化为实际的FPGA设计。 FPGA基础与PLL实现优势： 简要介绍FPGA的架构，包括查找表（LUT）、触发器、DSP Slice、Block RAM等资源。分析FPGA在实现PLL方面的优势，如设计周期短、可重构性强、易于集成其他数字逻辑等。 FPGA上的锁相环模块实现： 数字鉴相器（Digital Phase Detector, DPD）的设计： 介绍如何利用FPGA的逻辑资源实现各种数字鉴相器，例如基于查找表的PD、基于计数器的PD等，并分析其在相位检测精度、抖动容忍度等方面的特性。 数字低通滤波器（Digital Low-Pass Filter, DLF）的设计： 讲解如何在FPGA中实现IIR滤波器和FIR滤波器，以及如何根据PLL的环路参数来配置数字滤波器的系数。重点介绍如何利用DSP Slice来高效实现滤波器运算。 数字压控振荡器（Digital Voltage-Controlled Oscillator, DVCO）或DCO（Digitally Controlled Oscillator）的实现： 讨论如何在FPGA中构建数字控制振荡器，例如基于环形振荡器、基于查找表的振荡器，以及如何通过数字控制信号来改变其输出频率。 FPGA内部的DCM/MMCM/PLL IP核： 详细介绍现代FPGA器件（如Xilinx的DCM/MMCM/PLL，Intel/Altera的PLL/Clock Control Block）中内置的专用时钟管理单元。我们将讲解这些IP核的内部结构、配置选项（如分频比、倍频比、相位旋转、时钟输出使能等），以及如何通过IP核生成工具来高效地配置和实例化它们，从而实现高性能、低功耗的PLL功能。我们将深入剖析这些IP核的内部工作原理，例如其集成的鉴相器、环路滤波器和VCO的实现方式。 直接数字合成（Direct Digital Synthesis, DDS）与PLL的结合： DDS作为一种纯数字的频率合成技术，与PLL结合可以实现更灵活、更精确的频率和相位控制。我们将探讨如何将DDS模块集成到FPGA中，并与PLL协同工作，以实现高级的功能。 FPGA PLL设计的关键考量： 时序约束与时钟域管理： 在FPGA设计中，精确的时序控制至关重要。我们将讲解如何为PLL设计设置恰当的时序约束，以确保其在时钟域内稳定工作。 功耗优化： 讨论如何在FPGA实现中优化PLL的功耗，例如通过选择合适的IP核、优化时钟使能逻辑等。 抗干扰设计： 探讨在FPGA设计中如何考虑电磁干扰（EMI）等因素，以提高PLL的鲁棒性。 仿真与验证： 强调在FPGA实现中仿真和验证的重要性，并介绍常用的仿真工具和验证方法。 FPGA PLL的典型应用场景： 通信系统中的时钟生成与恢复： 在基带处理、射频前端等环节，FPGA PLL是实现精确时钟同步和数据速率匹配的关键。 数据转换器（ADC/DAC）的时钟管理： 高速ADC/DAC对时钟的抖动和精度有极高要求，FPGA PLL能够提供高质量的时钟信号。 频率合成器： 利用FPGA内置PLL或自行设计PLL，可以实现多频率输出的通用频率合成器。 系统中的时钟分配与管理： 在复杂的FPGA系统中，需要精细的时钟分配和管理，FPGA PLL能够提供灵活的时钟生成和重定时功能。 数字信号处理（DSP）应用中的时序同步： 在需要精确同步的DSP算法中，FPGA PLL能够确保数据流的时序一致性。 本书特色： 理论与实践并重： 既有深入的理论剖析，也有丰富的FPGA工程实践案例，帮助读者融会贯通。 循序渐进的讲解： 从基础概念到高级应用，逻辑清晰，易于理解。 丰富的图示与例程： 大量图示清晰地展示原理，附带实际的FPGA工程示例代码，方便读者实践。 面向工程应用： 强调在实际工程设计中可能遇到的问题及解决方案。 面向通信与嵌入式系统工程师： 紧密结合通信、嵌入式等热门应用领域，具有很强的实用价值。 适用读者： 通信工程、电子工程、自动化等相关专业的本科生、研究生。 从事通信设备、嵌入式系统、数字信号处理、集成电路设计等领域的工程师。 对锁相环技术和FPGA技术有浓厚兴趣的科研人员和爱好者。 掌握锁相环技术及其在FPGA上的实现，是现代电子工程师必备的核心技能之一。本书将成为您在这一领域攻坚克难、提升专业能力的得力助手。无论您是初学者还是有一定经验的工程师，都能从中获益匪浅，并最终能够自信地设计和实现高性能的PLL系统。

评分☆☆☆☆☆

这本书的行文风格和逻辑组织架构非常适合自学者。我个人的学习习惯是需要有一个清晰的主线索，然后在这个主线索下逐步深入细节，而不是被一大堆零散的知识点轰炸。这本书完美地遵循了这一点。它首先建立起对整个PLL系统的宏观认识，然后层层剥开，从基础的模拟模块特性讲到复杂的数字控制算法，最后整合到整个系统级的设计流程中。更难得的是，作者在解释复杂的数学推导时，总能穿插一些形象的比喻或生活中的例子，这极大地降低了理解的门槛。对于我这个需要经常跨专业学习的人来说，这种“先知其然，后知其所以然”的讲解模式，让我能够更扎实地掌握知识，而不是死记硬背公式。这是一本真正用心编纂、充满教学智慧的作品。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我是一个对教材的“实用性”要求极高的人，如果一本书看起来像是陈旧的学术论文的堆砌，我基本上会直接放弃。这本书给我的感觉却是非常“鲜活”和“与时俱进”。它并没有沉湎于过时的电路设计方法，而是非常关注现代通信系统中对频率合成器提出的更高要求，比如低抖动和快速锁定。我发现作者在介绍环路滤波器设计时，巧妙地结合了现代控制理论的知识，使得读者能够理解为什么某些滤波器结构比其他结构更优越。而且，书中对一些常见的工程陷阱，比如“锁相失败”或者“锁定时间过长”的排查步骤写得极其细致，几乎可以当作一份现场急救手册来用。对于我这种需要在紧迫的项目周期内完成任务的工程师来说，这种可以直接落地执行的指导价值无可估量，它节省了我大量摸索和试错的时间。

评分☆☆☆☆☆

我曾经翻阅过好几本关于射频集成电路（RFIC）的书籍，它们或多或少都涉及了PLL，但往往只是蜻蜓点水，着重于器件层面。而这本《锁相环技术原理及FPGA实现》则显得格局宏大得多。它不仅仅关注于“如何搭建”一个PLL，更关注于“为什么”要这样搭建，以及在不同的应用场景下（比如频率合成、时钟恢复、数据解调）如何权衡和取舍设计指标。作者对不同锁相环架构的优劣势对比分析得非常到位，比如DPLL与APLL的混合应用场景。这本书的视野开阔到足以让读者从系统架构师的角度去思考问题，而不是仅仅停留在电路工程师的层面。它教会我的不仅是技术细节，更是一种系统性的设计思维，这对于提升我在整个通信产品开发链条上的价值是非常有帮助的，绝对是书架上值得常备的参考工具书。

评分☆☆☆☆☆

这本关于锁相环技术的书简直是我的救星！我之前在学习高频电路和通信系统设计时，对锁相环（PLL）这个概念总是感到有些模糊不清，尤其是涉及到实际的硬件实现时，更是抓耳挠腮。市面上很多教材要么过于理论化，堆砌了一大堆数学公式，让人望而却步；要么就是只讲应用案例，却对底层的原理剖析不足。这本书的作者显然深谙此道，他没有把复杂的概念过度包装，而是用非常直观的方式将PLL的各个组成部分——压控振荡器（VCO）、鉴相器（PD）以及环路滤波器（LPF）——的工作机制讲得透彻明白。特别是当涉及到环路带宽、相位裕度这些关键参数时，作者的讲解层次分明，让人很容易就能建立起一个完整的认知框架。这本书的价值在于，它真正架起了理论与实践之间的桥梁，让我对如何设计一个稳定、高性能的PLL有了全新的认识，不再是停留在纸上谈兵的阶段。对于我这种正在努力啃硬骨头的工程学生来说，这无疑是一本不可多得的宝典，翻开它就像有位经验丰富的前辈在耳边细细指导。

评分☆☆☆☆☆

我购买这本书的初衷是为了深入了解如何将理论知识转化为实际的FPGA项目。过去我尝试过用Matlab或其它仿真软件搭建PLL模型，但一旦要用Verilog/VHDL在FPGA上实现时，总会遇到各种意想不到的问题，比如时钟域交叉的处理，或者如何精确控制数字环路滤波器（DPLL）的系数。这本书在这方面的论述极其到位。作者不仅讲解了数字PLL的基本结构，更重要的是，他详细展示了如何将这些结构映射到FPGA的逻辑资源上。书中关于系统级联、时序约束的讲解，以及对不同FPGA架构适应性的讨论，都显示出作者深厚的工程背景。我特别喜欢其中关于系统调试和噪声分析的部分，这部分内容在许多入门级的教材中经常被忽略，但对于确保系统在真实环境下的稳定运行至关重要。读完后，我感觉自己手中的FPGA开发板不再只是一个黑盒子，而是可以被我完全掌控的精密仪器。