专利名称：锁相环系统的阶跃响应性能的测试方法
技术领域：
本发明涉及锁相环系统，具体地说，是涉及一种锁相环系统的阶跃响应性能的测试方法。
背景技术：
在数据采集等应用中，锁相环是一种非常有用的同步技术。锁相环实际上是一种反馈电路，特点是利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位，使得环路内部的时钟和参考信号时钟的相位同步。锁相环在
工作的过程中，当输出电压信号的频率与参考信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。
图1示出了目前常用锁相环的基本组成，主要包括鉴频鉴相器10,环路滤波器20和压控振荡器30等，其中
鉴频鉴相器10,是个相位比较装置，用于对参考信号《与压控振荡器30的反馈信号S。(也即锁相环的输出电压信号)进行相位比较，检测出对应于两个信号相位差的误差电压&;
环路滤波器20，与鉴频鉴相器10相连，用于对误差电压&进行滤波和平滑，大多数情形下是一个低通滤波器，以滤除由于数据的变化和其他不稳定因素对整个锁相环的影响，比如误差电压&中的高频成分和噪声等等，以保证环路所要求的性能，增加系统的稳定性；经过滤波和平滑处理后的误差电压&形成控制电压&，传输给压控振荡器30;
压控振荡器30,与环路滤波器20相连，在控制电压&的控制下，压控振荡器30的输出电压信号频率，也即锁相环的输出电压信号s。的频率，向参考信号S,.的频率靠拢，直至消除频差而锁定。
3过沖和环路稳定时间是度量锁相环系统两个不同的技术指标，但都用来 量化系统的阶跃响应的特性。对于不同的应用，其技术要求可能会倾向于或
偏重于其中的某一项。其中过沖指的是锁相环系统从一个稳定的振荡频率A 跳变到另一个振荡频率B的过程中，控制电压的第一个波峰或波谷，通常 用波峰值或波谷值与预期设定值的百分比来量化。其中的环路稳定时间指的 是锁相环系统从一个稳定的振荡频率A跳变到另一个振荡频率B并稳定下 来所需要的时间。
在现有的应用当中一般通过仿真压控振荡器30的控制电压& ,来对过 冲和环路稳定时间进行计算，但与实际值有差异。由于压控振荡器30的控 制电压&作为锁相环整个环路中的一个节点，并不方便从环路滤波器20和 压控振荡器30之间引出，加大了直接测试的难度。而且，即使将压控振荡 器30的控制电压从环路滤波器20和压控振荡器30之间引出，控制电压&也 容易受到外界噪声的影响，即带来了测量误差，不能得到精确的测量值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在于需要提供一种测试锁相环系统过冲 参数的方法，以提高测试精度。
为了解决上述技术问题，本发明提供了 一种锁相环系统的阶跃响应性能 的测试方法，步骤包括
在所述锁相环系统从一个稳定的振荡频率到另一个振荡频率的跳变过 程中，记录所述锁相环系统的输出电压信号的波形；
根据所述波形得到所述跳变过程中输出电压信号的频率信息，再根据该 频率信息得出所述阶跃响应性能的参数。
如上所述的锁相环系统的阶跃响应性能的测试方法中，记录所述锁相环 系统的输出电压信号的波形，可以通过波形采集装置实现。
进一步地，所述波形采集装置可以包括示波器。
如上所述的锁相环系统的阶跃响应性能的测试方法中，所述阶跃响应性 能的参数可以包括过冲和/或环路稳定时间。其中，可以根据所述锁相环系统跳变后所述输出电压信号的频率第一个 峰值或谷值，以及所述锁相环系统进入稳定状态时所述输出电压信号的频率 终值，得出所述过沖。
进一步地，得出所述过冲的表达式为
过沖=(频率第一个峰值-频率终值)/频率终值，或者
过沖=(频率第一个谷值-频率终值)/频率终值。
而且，可以根据所述锁相环系统从所述跳变的起始时刻到所述输出电压 信号的频率进入稳定状态时刻之间的差值，得出所述环路稳定时间。
与现有技术相比，本发明由于是对系统的输出电压信号进行测试来获得 过冲以及环路稳定时间这两个参数，避免了从反馈回路中引出测试量，不会 对原有系统引入噪声，操作方便，提高了测量精度。
图l是现有技术中锁相环的基本组成示意图。
图2是本发明方法从系统输出电压信号中引出测试量的示意图。
具体实施例方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明 如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解 并据以实施。
本发明的基本思想是根据系统输出电压信号频率的变化，来间接测量系 统的过冲和环路稳定时间。由于压控振荡器30的振荡频率，也即系统输出 电压信号频率跟随控制电压&的变化而变化，进而实现系统的过冲和环^各稳 定时间的测量。
如图2所示，将压控振荡器30的输出，也即锁相环的输出电压&信号 作为测试信号，输入到波形采集装置40当中，得到锁相环系统输出电压信 号频率的跳变波形。波形采集装置40的典型应用是示波器。
5式1给出了压控振荡器30的工作原理
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中
6>。 ,为压控振荡器30的输出电压信号的相位； w。为电路的固有振荡角频率；
^,,.。,为控制电压&的电压值； i^。为压控振荡器的增益。
由此可以得出压控振荡器30的输出电压信号的相位L受控制电压A 的控制。由于频率是相位的微分，因此对式1进行微分运算可以得到
"。"，(式2)
其中w。w为输出电压信号频率，i^。为常数，由式2可以看出，系统的输 出电压信号频率随控制电压&的电压值变化而变化。因此当控制电压 ^达到峰值时，输出电压信号频率w。"(也达到峰值，当控制电压&稳定时， 输出电压信号频率气,也达到稳定，并且两者之间是线性的关系。因此通过 测量输出电压信号频率w。w ，就可以有效计算系统的过冲和环路稳定时间参 数，因为这两个参数都可直接根据输出电压信号频率o^而获得。
从波形采集装置所记录的输出电压信号频率的波形中，可获得输出电压 信号频率的峰值，以及系统进入稳定状态时的输出电压信号频率终值，再根 据系统过冲计算公式，即能获得系统的过冲参数。其中系统过冲计算公式为
过冲=(频率第一个峰值-频率终值)/频率终值，或者
过沖- (频率终值-频率第一个谷值)/频率终值。
通过波形采集装置40所记录的输出电压信号频率的波形，及系统进入 稳定状态的时刻，还可以获得系统从跳变起始时刻到进入稳定状态时刻之间 的差值，此差值即为环路稳定时间参数。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本 发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内 的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所 附的权利要求书所界定的范围为准。
权利要求
1、一种锁相环系统的阶跃响应性能的测试方法，其特征在于在所述锁相环系统从一个稳定的振荡频率到另一个振荡频率的跳变过程中，记录所述锁相环系统的输出电压信号的波形；根据所述波形得到所述跳变过程中输出电压信号的频率信息，再根据该频率信息得出所述阶跃响应性能的参数。
2、 如权利要求l所述的方法，其特征在于记录所述锁相环系统的输出电压信号的波形，由一波形采集装置实现。
3、 如权利要求2所述的方法，其特征在于 所述波形采集装置包括示波器。
4、 如权利要求l所述的方法，其特征在于所述阶跃响应性能的参数包括过沖和/或环路稳定时间。
5、 如权利要求4所述的方法，其特征在于根据所述锁相环系统跳变后所述输出电压信号的频率第一个峰值或谷 值，以及所述锁相环系统进入稳定状态后所述输出电压信号的频率终值，得 出所述过沖。
6、 如权利要求5所述的方法，其特征在于 得出所述过冲的表达式为过冲=(频率第一个峰值-频率终值)/频率终值，或者 过冲=(频率第一个谷值-频率终值)/频率终值。
7、 如权利要求4所述的方法，其特征在于根据所述锁相环系统从所述跳变的起始时刻到所述输出电压信号的频 率进入稳定状态时刻之间的差值，得出所述环路稳定时间。
全文摘要
本发明公开了一种锁相环系统的阶跃响应性能的测试方法，以提高阶跃响应性能的测试精度，本发明方法首先在锁相环系统从一个稳定的振荡频率到另一个振荡频率的跳变过程中，记录输出电压信号的波形；然后根据波形得到跳变过程中输出电压信号的频率信息，再根据该频率信息得出阶跃响应性能的参数。本发明避免了从反馈回路中引出测试量，不会对原有系统引入噪声，提高了测量精度。
文档编号H03L7/06GK101498761SQ20081005754
公开日2009年8月5日 申请日期2008年2月2日 优先权日2008年2月2日
发明者张现聚, 段军辉, 晋 罗 申请人:北京芯慧同用微电子技术有限责任公司