Цифровая ФАПЧ с NCO в Симулинк Опции

[Acvarif]

Попытался, используя пример, разобраться как устроена цифровая ФАПЧ с NCO в Симулинк.


Подключаю осциллограф к выходу NCO а там синусоида. Это как? Там же должна быть шина шириной в 16 бит.
Зачем такая абстракция?
Фазовый детектор вообще непонятно как сделан. Попытка его раскрыть заканчивается полным зависанием Матлаб.
Как устроен цифровой фильтр... Вообще не понятно. Как увидеть его АЧХ? Как вообще он составлен?
 dpll_fixpt.rar ( 13.41 килобайт ) Кол-во скачиваний: 19

Кому не сложно подсобите пожалуйста нормальным примером цифровой ФАПЧ с NCO.

Сообщение отредактировал Acvarif - Apr 23 2018, 18:35

[PavPro]

Попытался, используя пример, разобраться как устроена цифровая ФАПЧ с NCO в Симулинк.


Подключаю осциллограф к выходу NCO а там синусоида. Это как? Там же должна быть шина шириной в 16 бит.
Зачем такая абстракция?
Фазовый детектор вообще непонятно как сделан. Попытка его раскрыть заканчивается полным зависанием Матлаб.
Как устроен цифровой фильтр... Вообще не понятно. Как увидеть его АЧХ? Как вообще он составлен?
 dpll_fixpt.rar ( 13.41 килобайт ) Кол-во скачиваний: 19

Кому не сложно подсобите пожалуйста нормальным примером цифровой ФАПЧ с NCO.

На сайте Mathworks есть книга в свободном доступе к скачиванию Software Defined Radio
using MATLAB® & Simulink®
and the RTL-SDR. В ней есть все ответы на Ваши вопросы с конкретными примерами.

[Acvarif]

На сайте Mathworks есть книга в свободном доступе к скачиванию Software Defined Radio
using MATLAB® & Simulink®
and the RTL-SDR. В ней есть все ответы на Ваши вопросы с конкретными примерами.

В свободном доступе https://www.mathworks.com/support/books/book106132.html в смысле купить на Амазоне.
Если у Вас имеется, то выложите или ссылку, буду признателен.

[PavPro]

В свободном доступе https://www.mathworks.com/support/books/book106132.html в смысле купить на Амазоне.
Если у Вас имеется, то выложите или ссылку, буду признателен.

Посмотрите здесь: https://sci.libgen.pw/item/detail/id/59e6ab...a04465a6adf2211
Либо укажите почту, я Вам скину, правда без примеров.

Посмотрите здесь: https://sci.libgen.pw/item/detail/id/59e6ab...a04465a6adf2211
Либо укажите почту, я Вам скину, правда без примеров.

Кстати книга свободна к скачиванию, на Амазоне ее бумажный вариант.

[Acvarif]

Спасибо. Нашел http://www.desktopsdr.com/download-files
Вроде там и файлы имеются.
Сомневаюсь что это выход. Читать не перечитать.
Можно-ли из матлаб кода делать компоненты для симулинк?

[PavPro]

Спасибо. Нашел http://www.desktopsdr.com/download-files
Вроде там и файлы имеются.
Сомневаюсь что это выход. Читать не перечитать.
Можно-ли из матлаб кода делать компоненты для симулинк?

Можно. В библиотеке симулинк есть блок с названием Matlab Function. Туда Вы можете
прописать свою функцию (предварительно определив входы и выходы), а затем вставить данный блок в свой
симулинк-дизайн.

Можно. В библиотеке симулинк есть блок с названием Matlab Function. Туда Вы можете
прописать свою функцию (предварительно определив входы и выходы), а затем вставить данный блок в свой
симулинк-дизайн.

Касаемо Ваших вопросов, всю книгу можно не перечитывать, там есть глава посвященная моделированию и расчету
контура ФАПЧ.

[Acvarif]

Касаемо Ваших вопросов, всю книгу можно не перечитывать, там есть глава посвященная моделированию и расчету
контура ФАПЧ.

Понятно. По ходу несколько моментов касательно самой цифровой ФАПЧ.
Не совсем понятен порядок расчета цифровой ФАПЧ. В разных букварях все по разному. Пока прослеживается это:
1. Определяются исходные данные для петли... тут везде по разному к примеру так

Код

Knco= 1/4096;       %   NCO gain (разрядность NCO)
KP= 2;              % 1/cycles  phase detector gain
wn = 2*pi*400;      % rad/s   loop natural frequency  (очевидно несущая круговая частота)
fs = 25e6;         % Hz sample rate (частота выборок или семплирования)
zeta = 1;           % damping factor
Ts= 1/fs;           % s  sample time (время семплирования)

В этой части вопросы вызывают KP и zeta
2. На базе исходных данных производится расчет интегрирующего и пропорционального коэффициентов собственно для рачета
интегратора или петлевого фильтра. Похоже это одно и то же.

Код

KL= 2*zeta*wn*Ts/(KP*Knco);      % loop filter proportional gain
KI= wn^2*Ts^2/(KP*Knco);         % loop filter integral gain
fprintf('Пропорц. коэфф KL %d\n', KL);
fprintf('Интегр. коэфф KI %d\n', KI);

3. На базе этих расчетов рассчитываются коэффициенты петлевого фильтра a и b

Код

b0= KP*KL*Knco;
b1= KP*Knco*(KI - KL);
a1= KP*KL*Knco - 2;
a2= 1 + KP*Knco*(KI - KL);
b= [b0 b1];         % numerator coeffs
a= [1 a1 a2];       % denominator coeffs

4. Далее можно построить кривую фазовой ошибки

Код

N= 100000;
n= 1:N;
t= n*Ts;
x= ones(1,N);       % step function
y= filter(b,a,x);   % step response
pe = y - 1;         % phase error response
plot(t*1e3,pe),grid
xlabel('ms'),ylabel('Phase Error = u/ref-phase -1'),figure  %plot phase error

5. Очевидно что далее можно строить собственно цифровую ФАПЧ подключив перед петлевым фильтром фазовый детектор, а после него NCO
Понятное дело, что это все в основных чертах. Наверняка имеется еще масса всяких нюансов.
Хотелось-бы получить комментарии по этому поводу.
Что не так в представленной последовательности? Может имеются варианты, вариации?
Тут http://www.dsplib.ru/content/dpll/dpll.html например все по другому считается
Пропорциональный и интегрирующий коэффициенты зависят от времени T = 1.0/Fs; // интервал дискретизации (сек)
Разве это правильно?

Сообщение отредактировал Acvarif - Apr 24 2018, 10:56

[petrov]

В этой части вопросы вызывают KP

Чтайте, читайте pll_notes.pdf
From this we see that the phase detector gain Kp is A/2 which depends on the amplitude of the
sinusoid at the PLL input. This illustrates an important caveat in PLL design: Care must be taken
to insure that the input signals levels are controlled. Otherwise, the PLL may not performed as
designed.

Разве это правильно?

Вот и проверьте на модели правильно или нет, посчитать по формулам правильно с первого раза шансов 0.
Fixed point рано ещё трогать, сделайте в даблах для начала, и без блоков, содержимое которых не понимаете.

[PavPro]

Универсального метода расчета применительно к ФАПЧ, наверное нету. Все зависит от конкретной задачи.
Мне ближе всего алгоритм расписанный в книге : DigitaICommunication_s:
A Discrete-Time Approach (Michail Rice), там в приложении достаточно толково описана процедура расчета.
Но еще раз повторюсь, что некоторые вещи (как коэфф. демпфирования, нормированная полоса, макс. частотная рассторойка
при которой еще возможен захват), определяются конкретной задачей.

[Acvarif]

Чтайте, читайте pll_notes.pdf

Само-собой. Читаю. Постепенно складывается некоторое представление по теме.

Универсального метода расчета применительно к ФАПЧ, наверное нету. Все зависит от конкретной задачи.
Мне ближе всего алгоритм расписанный в книге : DigitaICommunication_s:
A Discrete-Time Approach (Michail Rice), там в приложении достаточно толково описана процедура расчета.
Но еще раз повторюсь, что некоторые вещи (как коэфф. демпфирования, нормированная полоса, макс. частотная рассторойка
при которой еще возможен захват), определяются конкретной задачей.

Универсального вообще мало.
Нашел только на Google https://docs.google.com/file/d/0B7Es-MJ0F4V...b3o4SDQ/preview
Поделитесь, если не сложно, ссылкой на .pdf

А, все, скачал https://docs.google.com/file/d/0B7Es-MJ0F4V...Ddmb3o4SDQ/view
Еще и исправления имеются http://www.et.byu.edu/~mdr/downloads/errata_1April2010.pdf

Сообщение отредактировал Acvarif - Apr 24 2018, 11:28

[Acvarif]

При чтении pll_notes по ходу возникают непонятки
1. по поводу натуральной частоты написано Wn is called the natural frequency
Рассчитывается она как корень квадратный из произведений Ko*Kp*K2 Все K это петлевые константы которые связаны с так наз. натуральной частотой

- Kp связан с амплитудой входного сигнала - типа коэффициент усиления фазового детектора = 2
- Ko типа коэффициен усиления VCO. Как он определяется?
- K2 так и не понятно что это
Получается что для расчета петли необходимо определиться с четырьмя коэффициентами которые рассчитываются так

Чтобы получить эти коэффициенты необходимы noise bandwidth Bn и дампинг фактор
Как они определяются? Загадка.
Пока у меня в голове полная путаница. Не складывается пошаговая картинка расчета петли в соответствии с данным документом.

[PavPro]

Смотрите. Книга которую я указал первой для Matlab SDR-RTL. Стр. 264. параграф 7.8
Прочтите его очень внимательно, там подробно (по шагам расписан тот алгоритм который Вы взяли из книги Rice).
Там подробно расписано откуда, что берется, как что задается в исходных данных и как считается по шагам,
применительно к цифровой ФАПЧ.
После прочтения все Ваши вопросы должны проясниться.

[Acvarif]

Смотрите. Книга которую я указал первой для Matlab SDR-RTL. Стр. 264. параграф 7.8
Прочтите его очень внимательно, там подробно (по шагам расписан тот алгоритм который Вы взяли из книги Rice).
Там подробно расписано откуда, что берется, как что задается в исходных данных и как считается по шагам,
применительно к цифровой ФАПЧ.
После прочтения все Ваши вопросы должны проясниться.

Нашел. Спасибо.

Сообщение отредактировал Acvarif - Apr 25 2018, 08:24

[Acvarif]

Модель ФАПЧ

CODE

%% Модель цифровой ФАПЧ

% количество выборок на модель
N= 300000;
% Гц частота сигнала fref
fref = 8e6;
% Гц частота выборок
fs= 96e6;
% начальная ошибка NCO Гц fnco = fref+ferr
ferr = -800;
% натуральная частота Гц
fn = 5000;
% период выборки сек
Ts = 1/fs;
% индексы времени модели
n= 0:N-1;
% матрица времени модели мсек
t= n*Ts*1000;
% циклы начальной фазы опорного сигнала
init_phase = 0.7;
% циклы фазы опорного сигнала
ref_phase = fref*n*Ts + init_phase;
% циклы фазы опорн. сигн. по mod 1
ref_phase = mod(ref_phase,1);
% коэффициент усиления NCO (по факту минимальный шаг соотв. разр. сетке)
Knco= 1/4096;
% коэфф. усил. фазового детектора 1/cycles
KP = 2;
% демпинг фактор
zeta = 1.0;
% круговая натуральная частота rad/s fn = ?n/(2?)
wn = 2*pi*fn;
% пропорциональный коэффициент петлевого фильтра
KL= 2*zeta*wn*Ts/(KP*Knco);
% интегральный коэффициент петлевого фильтра
KI= wn^2*Ts^2/(KP*Knco);
% распечатка
fprintf('Пропорц. коэфф KL %d\n', KL);
fprintf('Интегр. коэфф KI %d\n', KI);

% Расчет коэффициентов передаточной функции с замкнутого контура u / ref_phase
% CL(z) = (b0 + b1z^-1)/(a2Z^-2 + a1z^-1 + 1)
b0= KP*KL*Knco;
b1= KP*Knco*(KI - KL);
a1= KP*KL*Knco - 2;
a2= 1 + KP*Knco*(KI - KL);
% коэффициенты петлевого фильтра (numerator denominator)
b= [b0 b1];
a= [1 a1 a2];

% начальная частота NCO Гц
fnco = fref+ferr;
% распечатка
fprintf('начальная частота NCO Гц %d\n', fnco);

u(1) = 0;
ur(1) = 0;
int(1)= 0;
% начальная фазовая ошибка
phase_error(1) = -init_phase;
% начальная значение на входе NCO
vtune(1) = -init_phase*KL;
% решение разностных уравнений
for n= 2:N;
% NCO
x = fnco*Ts + u(n-1) + vtune(n-1)*Knco; % циклы NCO фазы
u(n) = mod(x,1); % циклы NCO фазы по mod 1
s = sin(2*pi*u(n-1)); % NCO sin выход
y(n)= round(2^15*s)/2^15; % квантованный выход синуса
% фазовый детектор
pe= ref_phase(n-1) - u(n-1); % ошибка фазы
pe= 2*(mod(pe+1/2,1) - 1/2); % обертка, если пересечение фаз +/- 1/2 цикла
phase_error(n) = pe;
% Петлевой фильтр
int(n) = KI*pe + int(n-1); % интегратор
vtune(n) = int(n) + KL*pe; % выход петлевого фильтра

xr = fref*Ts + ur(n-1); % циклы fref
ur(n) = mod(xr,1); % циклы fref фазы по mod 1
sr = sin(2*pi*ur(n-1)); % sin выход fref
yr(n)= round(2^15*sr)/2^15; % квантованный выход fref

end

%% Графика

% фазовая ошибка с фазового детектора
figure
plot(t,phase_error),grid
axis([0 1 -1 1])
xlabel('t (ms)'),ylabel('phase_error'),title('фазовая ошибка с фаз. детектора')

% выход VCO
figure
plot(t,vtune),grid
axis([0 1 -3.5 3])
xlabel('t (ms)'),ylabel('vtune'),title('выходной сигнал петлевого фильтра')

figure
psd(y(11000:end),2^14,fs/1e6)
axis([7.95 8.05 -80 40]),xlabel('MHz'),title('Спектр выхода NCO')

% % Частотная характеристика замкнутого контура
% figure
% u = 0:.1:.9;
% f= 10* 10 .^u;
% f = [f 10*f 100*f 1000*f];
% z = exp(j*2*pi*f/fs);
% CL= (b0 + b1*z.^-1)./(1 + a1*z.^-1 + a2*z.^-2);
% CL_dB= 20*log10(abs(CL));
% semilogx(f,CL_dB),grid
% xlabel('Hz'),ylabel('CL(z) dB'),title('Частотная характеристика замкнутого контура')

% sin NCO и fref
figure;
plot(t, y, 'b-', 'LineWidth', 2);
hold on;
grid on;
plot(t, yr, 'r-', 'LineWidth', 2);
hold on
hold off;

Несущая 8 мГц
Частота выборок в 16 раз больше
Начальная частотная расстройка задана для NCO -800 Гц
Пока нет понимания, что такое натуральная частота.
Не понимаю почему в начале работы модели частоты с выхода NCO и несущая синхронны, а потом начинается их фазовое рассогласование.
Должно быть наоборот. Это значит, что ФАПЧ не работает?
Или не верно отображены частоты NCO и fref?

Сообщение отредактировал Acvarif - Apr 25 2018, 16:10