基于simulink的DPLL仿真笔记

该笔记主要用于本人思路整理与记录
本设计运用的是电荷泵一阶环路滤波器，二阶三阶则在此基础上举一反三，以后如有机会会慢慢补全

一.仿真模型

在Matlab中的Simulink组件中搭建以下模型

DPLL基本框架就不赘述，本处PDF用的是乘法器鉴频鉴相，电荷泵省略，N分频器选择N=1，因此没画。

目标频率是15KHz，VCO初始频率10KHz，压控灵敏度1KHz/V，采样频率1e7

一阶环路滤波器模型如下：

PS（题外话）

电荷泵电流，因为项目对功耗的需要，肯定是越小越好，但是电流越小，环路滤波带宽就越小（Kd=Ip/（2*pi））（Kd不是环路滤波带宽！别搞错了），锁相时间就越长，最终的频谱显示的信号噪声就越大（带宽越小，对VCO噪声抑制就越小）；当然，环路滤波带宽不是越大越好，太大了就无法抑制晶振噪声和电荷泵鉴相器相位噪声。因此环路滤波带宽应该选择一个适中的值。
实际项目中将800mA的电荷泵电路减少为200mA，相应的就该调整电路中的环路滤波器带宽调大4倍左右（环路滤波器由RC组成）

二.仿真结果

VTUNE电压（VCO控制电压）稳定在了5V，10K+5*1K=15K，仿真达成。
感兴趣的可以继续往下看我对环路滤波器的分析

三.环路滤波器分析

不得不说，整个电路里，环路滤波器是真的头疼。

1. 环路滤波器对比LPF

一开始我就纳闷了，为什么会多出来+1，去掉+1多好，妥妥的LPF，matlab仿真发现，滤波器曲线有没有这个1好像差不多。
但我加入信号后就发现不一样了

fs=1e6;
N=1e7;
w1=10000*2*pi;w2=15000*2*pi;w3=45000*2*pi;w4=75000*2*pi;
t=0:1e-6:10;
y=sin(w1*t+pi/4).*(cos(w2*t+pi/6)+cos(w3*t+pi/6)+cos(w4*t+pi/6));

fft_y=fft(y);
fftshift_y=fftshift(fft_y);
f=linspace(-fs/2,fs/2,N+1);
subplot 311
plot(f,abs(fftshift_y))
title('原信号频谱')

B1=[10 0];
A1=[10000 -10000];
k=filter(B1,A1,y);
fft_k=fft(k);
fftshift_k=fftshift(fft_k);
subplot 312
plot(f,abs(fftshift_k));
title('低通滤波频谱')

B1=[10010 -10000];
A1=[10000 -10000];
k=filter(B1,A1,y);
fft_k=fft(k);
fftshift_k=fftshift(fft_k);
subplot 313
plot(f,abs(fftshift_k));
title('环路滤波频谱')

以上代码直接粘贴至matlab就能运行，

看到这图，我就醒悟，去掉那个1，不就对带外的信号严重抑制了么，整个环路跑了一轮就抑制成这样，多跑几轮不就抑制没了么。但是恰恰不能抑制没了，抑制没了，还咋进行锁相。
再看频域乘以1，等于时域乘以冲激函数，换句话来说，保留了信号的信息量，保留了信息量就等于保留了频差，有了频差就能控制VCO进行锁相，缩小频差至0

2. 环路滤波器对比没环路滤波器

第一张是环路滤波前的，第二张是环路滤波后的。
一看就知道，环路滤波器不能没有的原因是，没有它，VTUNE的直流电压无法爬升，因为直流电压是滤出来的

以后有兴趣看看二阶三阶环路滤波，VCO也可以换成NCO进行仿真。

2023.07.17 记录