[发明专利]一种稳态锁相误差为零的锁相系统及锁相方法

说明书

技术领域

本发明是电子信息领域中广泛应用的锁相技术，它涉及到一种新的锁相理论，它是采用了锁频输出信号倍频之后的信号为CAD的采样频率、然后用快速傅氏变换中特定输出子滤波器(特定输出点输出信号就是锁相信号)的方法，称选择性快速傅利叶变换即CFFT(Choose Fast Fourier Transform)，具体地说是一种稳态锁相误差为零的锁相系统及锁相方法。

背景技术

锁相技术已有八十年的历史，目前已成为一门广泛应用的学科，从模拟到数字，从晶体管到大规模集成电路，发展很快，主要是研究实现方法。它们的基本电路如图1组成：鉴相器(PD)、环路滤波器(LPF)、和压控振荡器(VCO)。鉴相器是相位比较器，是输入信号与压控输出信号进行比相，产生误差电压；环路滤波器是低通滤波，它滤除误差电压中的高频分量及噪声，增加环路的稳定性；压控振荡器(VCO)是在误差电压的作用下改变频率和相位，达到跟踪与锁定之目的。

锁相是一个动态过程，有响应时间，捕获特性，稳态相位差等。数字锁相一种是数字逻辑电路，另一类是数字信号处理。不管是那种其基本原理是一样，都是一个闭环回路，产生的结果基本相同。复杂的数字锁相环，理论上稳态相位误差可近似为零，实际上是很困难的。可是在许多情况下需要稳态相差为零。

关于锁相环稳态误差定义为：瞬态响应消失后，控制变量与设定值之间的偏差。理论证明它与控制系统中的“积分器”数目有关，当环路频差为零时表明锁定，其相差：

Θ∝＝arc sinΔω/k+2nπ(n为整数)                 (1)

Δω是回路带宽K是回路增益系数，也就是说任何锁相总存在以上误差。为了达到更高的要求电路会变得十分复杂，实现难度更大，因为不能超越理论公式(1)。

本发明就是在这需要的背景下，提出的另一种新的锁相理论和工程上较易实现的方法。在锁相技术学科中又增添了一种新的锁相理论和实施技术。

发明内容

本发明的目的是针对锁相环中，当环路频差为零时其稳态相差难以消除的问题，提出一种稳态锁相误差为零的锁相系统及锁相方法。

本发明的技术方案是：

一种稳态锁相误差为零的锁相系统，它包括：

一个m倍频器，用于对现有锁相环电路输出的锁定频率fx信号进行m倍频，得到采样频率fs＝mfx，其中2≤m≤N，N为正整数；

一个A/D转换器，对现有锁相环电路的输入信号进行采样，采样频率为fs；

一个希尔伯特变换器H，用于将采样后的数字信号变换成复数信号；

一个选择性快速傅里叶变换器CFFT，用于对N/m路子带滤波器进行选择得到该子带滤波器的输出信号，即对复数信号进行快速傅里叶变换，计算并选出快速傅里叶变换的第N/m个输出点的值F(N/m)；

和一个傅里叶逆变换器IFFT，用于对第N/m路的输出值F(N/m)进行反变换得到与现有锁相环电路输入信号即待锁信号同相位或正交的输出信号。

一种稳态锁相误差为零的锁相系统，它包括：

一个m倍频器，用于对现有锁相环电路输出的锁定频率fx信号进行m倍频，得到采样频率fs＝mfx，其中2≤m≤N，N为正整数；

一个A/D转换器，对现有锁相环电路的输入信号进行采样，采样频率为fs；

一个希尔伯特变换器H，用于将采样后的数字信号变换成复数信号；

一个傅里叶变换器FFT，用于对复数信号进行快速傅里叶变换，得到多路子带滤波器的输出值；

一个结果选择模块，用于取出第N/m个子带滤波器的输出信号即快速傅里叶变换的第N/m个输出点的值F(N/m)；

和一个傅里叶逆变换器IFFT，用于对第N/m路的输出值F(N/m)进行反变换得到与现有锁相环电路输入信号即待锁信号同相位或正交的输出信号。

一种基于稳态锁相误差为零的锁相系统的锁相方法，它包括以下步骤：

(a)、利用现有锁相环电路对输入信号即待锁信号的频率fx锁住；

(b)、将其输出频率fx进行m次倍频，以fs＝mfx作采样频率对待锁信号进行采样；

(c)、对采样后的数字信号进行希尔伯特变换得到复数信号；

(d)、若采用选择性快速傅里叶变换器CFFT：则对复数信号进行选择性快速傅里叶变换，选择第N/m路子带滤波器进行计算，得到第N/m个输出点的值F(N/m)；