本技術論文描述了使用Moku:Pro的多功能儀(yi) 器模式(MiM)，來實現和驗證鎖相環(PLL)功能。我們(men) 將了解到Moku:Pro的多功能儀(yi) 器模式(MiM)的特點，同時也會(hui) 了解到Moku在大部分的可實施係統中所起的強大的作用，尤其是PLL鎖相功能。
如何使用Moku:Pro的多功能儀(yi) 器模式實現鎖相環
一． 簡介
本技術論文描述了使用Moku:Pro的多功能儀(yi) 器模式(MiM)，來實現和驗證鎖相環(PLL)功能。我們(men) 將了解到Moku:Pro的多功能儀(yi) 器模式(MiM)的特點，同時也會(hui) 了解到Moku在大部分的可實施係統中所起的強大的作用，尤其是PLL鎖相功能。
Moku:Pro是一個(ge) 建立在芯片基礎上的儀(yi) 器測試係統，能夠在一個(ge) 基於(yu) FPGA的硬件平台上運行多個(ge) 儀(yi) 器功能。現在，有了多功能儀(yi) 器模式，傳(chuan) 統上由獨立硬件盒或模塊組成的整個(ge) 測試設備係統可以在一個(ge) Moku:Pro上實現。利用FPGA的動態重配置，用戶可以獨立地熱插拔儀(yi) 表，而不影響係統中的其他儀(yi) 表。此外，儀(yi) 器之間可以相互連接，信號在FPGA內(nei) 完全通過數字域傳(chuan) 遞。這可以實現高數據速率和超低延遲，而且不會(hui) 出現通常由獨立硬件模塊或儀(yi) 器之間的模數或數模轉換導致的信噪比下降。
多儀(yi) 器模式極大地擴展了 Moku:Pro 的多功能性，實現了 IoC 功能的潛力。
多儀(yi) 器模式架構如圖1所示。
圖1：Moku:Pro 上的多儀(yi) 器模式用戶界麵--所有4個(ge) 插槽均為(wei) 空
圖1顯示了構建多儀(yi) 器係統的起點。Moku:Pro的FPGA分為(wei) 4個(ge) 儀(yi) 器插槽。每個(ge) 插槽代表Moku:Pro內(nei) 部Ultra Scale+ FPGA中的一個(ge) 段，每個(ge) 插槽都可以訪問 Moku:Pro的模擬輸入和輸出。信號可以在數字域中的這些儀(yi) 器之間傳(chuan) 遞，而無需離開FPGA，因此無損耗，具有確定性的納秒級延遲。用戶可以靈活地將Moku:Pro的單個(ge) 儀(yi) 器放入這些插槽中;例如，頻譜分析儀(yi) 、示波器、頻率響應分析儀(yi) 和PID控製器可以同時部署，也可以以任意組合方式部署。
二． 鎖相環介紹
鎖相環是一種跟蹤輸入信號相位，並使用它來控製輸出信號頻率的係統，從(cong) 而有效地將頻率鎖定在一起。這個(ge) 功能從(cong) 研發到設計，以及在原型設計的所有国产成人在线观看免费网站中都非常有用，甚至在測試工程師的手中都非常重要。例如，PLL是無線電接收器和其他電信工程的基本組件，為(wei) 計算機提供穩定的時鍾，同步時鍾或以源信號的倍數生成頻率（進行頻率合成）。基本的PLL是相位檢測器，後跟低通濾波器和壓控振蕩器。VCO 提供與(yu) 其輸入電壓成比例的頻率輸出。
圖2：鎖相環框圖
鑒相器接受兩(liang) 個(ge) 輸入：外部時鍾和基準振蕩器或本機振蕩器。鑒相器（PD）輸出是一種電壓，取決(jue) 於(yu) 輸入時鍾的相位差，用於(yu) 驅動VCO。PD有不同的實現。例如，可以使用混頻器（或解調器）。這樣做的缺點是會(hui) 產(chan) 生頻率雜散或諧波，因此需要在低通濾波器這裏設置限製參數，這樣就會(hui) 減少鎖定時間或捕獲範圍。另一種PD實現方式是數字實現的鑒相器。Moku:Pro的相位計是高精度（6μrad/√Hz）數字相位檢測器的一個(ge) 例子。
三． Moku:Pro 鎖相環的實現
3.1 相位檢測器（PD）功能
我們(men) 將在 Moku:Pro 上實現一個(ge) PLL並檢查其操作過程。
首先，我們(men) 注意到鎖相放大器（LIA）具有解調級，後跟低通濾波器。Moku LIA還可以將X-Y輸出轉換為(wei) 幅度和相位（r-Φ），因此我們(men) 可以將LIA用作相位檢測器。圖3顯示了Moku鎖相放大器用戶界麵，其中本振設置為(wei) 50 MHz，解調器後接低通濾波器（1 kHz），矩形至極性轉換，zui後是增益和失調功能。極性轉換的相位輸出被饋送到輸出A，並將形成我們(men) 的相位測量。
圖3：Moku:Pro 鎖相放大器用戶界麵
3.2 斷續器
VCO使用波形發生器在Moku:Pro上實現。Moku波形發生器可以調製來自各種源的輸出。例如，調製源可以是另一個(ge) 波形發生器、內(nei) 部源或儀(yi) 器的輸入。圖4顯示了波形發生器用戶界麵。為(wei) 了實現VCO，配置波形發生器為(wei) 產(chan) 生頻率調製（FM）正弦波，調製源設置為(wei) 輸入A；調製深度設置為(wei) ±50 kHz/V，這將zui終確定z大捕獲範圍。
圖4：Moku:Pro波形發生器;調頻信號
多儀(yi) 器模式儀(yi) 器間總線為(wei) 2Vpp，因此z大FM偏差為(wei) ±50kHz。還值得注意的是，載波設置為(wei) 50.05 MHz。這與(yu) 鎖定的50MHz本振的偏差為(wei) 50 kHz，因此本示例將需要完整的FM偏差範圍。
3.3 多儀(yi) 器配置功能
現在，我們(men) 將配置多儀(yi) 器模式。從(cong) 圖 1 的空白配置開始，我們(men) 將 MiM 設置為(wei) 如圖5所示。插槽1包含LIA（PD功能）。插槽2由FM波形發生器（VCO）占用。VCO的輸出被驅動到內(nei) 部總線#2，從(cong) 而環路回到鎖相放大器（PD）的輸入A。
圖5：為(wei) PLL 測試和測量配置的 MiM
能夠觀察時域和頻域中的PLL處理過程中的信號是很有幫助的，因此我們(men) 在插槽3中部署了示波器，在插槽4中部署了頻譜分析儀(yi) 。兩(liang) 者都設置為(wei) 觀察總線 1（PD參考LO）和總線2（FM，WG或VCO輸出）。所有4台儀(yi) 器可同時獨立運行。這是檢查PLL過程信號的有用設置；在大多數国产成人在线观看免费网站中，VCO通常為(wei) LO供電，鎖定通過ADC向外部供電的信號，並鎖定到LIA的輸入A。
3.4 鎖相環操作
在初始設置時，鎖相放大器配置為(wei) 關(guan) 閉其輸出A。這意味著PD輸出被禁用，波形發生器（WG）將以50.05 MHz輸出其FM信號。圖6是插槽1中LIA的用戶界麵，內(nei) 置示波器顯示50 MHz的LO和輸入A（WG輸出）上的輸入信號（WG輸出）為(wei) 50.05 MHz。這些信號未鎖定，輸入相位連續滾動超過參考LO。
圖6：輸出關(guan) 閉的鎖相放大器;鎖相環解鎖
圖7是插槽 3 示波器的用戶界麵，用於(yu) 確認 PLL 的解鎖狀態。VCO和基準電壓源的頻率相距50 kHz，示波器數據窗口顯示相位增量在± 180度之間波動。
圖7：鎖相環解鎖示波器
圖8顯示了插槽4頻譜分析儀(yi) 在相同的解鎖PLL情況下。我們(men) 看到通道A上的LO為(wei) 50.000 MHz，VCO輸出為(wei) 50.051 MHz，這是一個(ge) 穩定且固定的頻率偏移。
圖8：具有解鎖 PLL 的頻譜分析儀(yi)
3.5 鎖定鎖相環
現在，我們(men) 隻需在輸出 A 上輕點一下即可啟用鎖相放大器輸出。鎖相放大器輸出現在正在驅動一個(ge) 誤差信號，該誤差信號表示LO和VCO輸出之間的瞬時相位誤差。WG（VCO）響應，環路鎖定，而WG輸出跟蹤LO。
圖9：帶鎖定 PLL 的示波器
圖9顯示了插槽 3 中的示波器，具有兩(liang) 個(ge) 鎖定的正弦波，LO 和 VCO 之間的穩定相位差為(wei) 16.65 度，標準偏差為(wei) 0.02度，樣本大小為(wei) n=10049。值得注意的是，信道A/紅色（來自LIA的參考LO）在50 MHz時的頻率標準偏差為(wei) 1.017 Hz，而VCO顯示標準電壓為(wei) 3.229 Hz。這可能是由於(yu) VCO輸出生成過程中的量化誤差造成的。為(wei) 了進一步研究這一點，記錄了一係列FM調製深度的VCO輸出頻率σ，從(cong) 而記錄了一係列控製環路增益。結果示於(yu) 表1和圖10中。
更深的調製深度（每伏的高FM偏差）提供更寬的鎖定帶寬，但增益較低。數據證實了這一點，並且更窄的鎖定帶寬提高了鎖定的精度。在 10kHz/V 時，σ （f斷續器） 靠近σ （fc） 此PLL性能將在未來的技術說明中使用Moku:Pro的相位計精度進一步研究。
表 1：
Fvco 與(yu) FM 深度的關(guan) 係
圖10：
Fvco與(yu) FM深度的關(guan) 係
在圖11中，插槽4中的頻譜分析儀(yi) 顯示VCO和LO現在鎖定在50.0002 MHz，200 Hz的偏移可能是由於(yu) 頻譜分析儀(yi) 與(yu) 示波器的測量算法不同。
圖11：帶鎖定 PLL 的頻譜分析儀(yi)
四． 結論
Moku:Pro的多儀(yi) 器模式可以進行非常靈活的儀(yi) 器配置，同時部署多達4台儀(yi) 器。這些儀(yi) 器可以同時運行，彼此獨立。在本技術說明中，我們(men) 實現了一個(ge) PLL。這會(hui) 將VCO（由Moku:Pro的波形發生器實現）鎖定到鎖相放大器內(nei) 部基準。雖然這是對PLL原理和直觀的Moku:Pro用戶界麵的演示，但典型的国产成人在线观看免费网站將涉及鎖定到頻率稍低的未知頻率（如無線電載波）的外部信號（通過Moku:Pro的ADC采樣）。鎖定信號很可能通過其DAC從(cong) 外部驅動到Moku:Pro。
直觀的圖形用戶界麵使我們(men) 能夠在幾分鍾內(nei) 完成此實驗，並觀察快速鎖定時間和鎖定範圍（±50kHz）。我們(men) 已經觀察到PLL在時域和頻域中的鎖定，並使用示波器的數據記錄功能來記錄統計數據，包括PLL頻率的標準偏差。通過這樣一個(ge) 靈活的測試平台，有許多国产成人在线观看免费网站程序可以實現。雖然此注釋和示例完全在一個(ge) Moku:Pro 中運行，但 PD 或 VCO 元件可能是受測的外部係統。此外，該示例可用於(yu) 評估設計方案，在提交到硬件之前，使用 Moku 硬件評估設計參數。
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