本設(shè)計(jì)方案中使用SPLL（軟件鎖相環(huán)）來生成雙電極ECG放大中共模電力線干擾的同步參考。雖然用于ECG信號處理，但它可以很容易地適應(yīng)各種必須進(jìn)行頻率同步的DSP應(yīng)用。

基本SPLL結(jié)構(gòu)由三個(gè)模塊組成：相位檢測器（PHD），環(huán)路濾波器（LF）和數(shù)字控制振蕩器（DCO）（圖1）。 中的輸入信號 V 以數(shù)字形式處理：PHD是乘法器 - 輸出，兩個(gè)信號的乘積：輸入正弦波（ f in ）和DCO正弦輸出（ f ref ）。當(dāng)?shù)投秳邮潜仨毜臅r(shí)候，正弦波混頻是最好的。

圖1軟件PLL結(jié)構(gòu)

LF及時(shí)整合PHD輸出數(shù)據(jù)并由于平均而提高分辨率，因此 m - 位寬DCO輸入可能大于 n - 位寬信號。

DCO作為具有正弦輸出的數(shù)字 - 頻率轉(zhuǎn)換器工作，必須能夠匹配預(yù)期的輸入頻率范圍。

SPLL的關(guān)鍵部分是環(huán)路濾波器。必須小心

，以便在適當(dāng)?shù)慕r(shí)間內(nèi)提供穩(wěn)定的系統(tǒng)響應(yīng)。

SPLL的環(huán)路增益分析和設(shè)計(jì)方法在[1]中給出，其中顯示了SPLL z 域轉(zhuǎn)移函數(shù)可以使用后向差分 s -plane到 z -plane mapping。

SPLL控制循環(huán)由兩個(gè)積分器組成：一個(gè)隱藏在DCO中，另一個(gè)隱藏在LF中。由于LF積分器在環(huán)路中為第二個(gè)積分器提供服務(wù)，因此必須使用正向路徑旁路以保持穩(wěn)定性，如圖2所示。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是前向路徑增加了DCO輸入端的剩余紋波，在DCO輸出端轉(zhuǎn)換為抖動。使用梳狀濾波器可以克服所有電力線諧波的問題。拒絕所有諧波的最簡單的梳狀濾波器是一個(gè)周期移動平均濾波器（平均器）[2]。將其添加到循環(huán)中可以大大減少DCO輸入處的剩余紋波，這是設(shè)計(jì)理念的核心。

圖2循環(huán)濾波器結(jié)構(gòu)

LF傳遞函數(shù)由方程式給出。 （1），其中第一個(gè)被乘數(shù)是平均器的傳遞函數(shù)，第二個(gè)被乘數(shù)是被繞過的積分器的傳遞函數(shù)：

T 是采樣周期： T = 1/ f s 。 T PL 是電力線時(shí)段： T PL = 1/ sub PL 。 k i 和 k z 是積分器和前向路徑中的增益系數(shù)。對于采樣率 f s = 2kHz或 T = 0.5ms， f PL = 50Hz（ T PL = 20ms）， k i = 1/128?0.0078，并且 k z = 8，Eq。 （1）可以改寫為Eq。 （2）：

LF傳遞函數(shù)，用方程式給出。 （1），可以通過圖2中所示的信號流示意圖實(shí)現(xiàn)。

SPLL在STM32F407微控制器上實(shí)現(xiàn)和測試，運(yùn)行在 f CLK 的100MHz的=。微控制器包含一個(gè)12位ADC，用于以采樣速率 f s = 2kHz轉(zhuǎn)換輸入信號。一個(gè)LSb對應(yīng)于3V/4096 = 0.732mV。 DCO范圍為±2Hz。它由12位字控制;因此，DCO靈敏度為1mHz/LSb，或1.36Hz/V.為避免浮點(diǎn)乘法， DCO生成256級正弦波?；祛l器輸出除以256以設(shè)置正確的環(huán)路增益。為了最小化DCO的剩余紋波，ADC采樣率是生成頻率的倍數(shù) f ref 。因此，包含在LF中的平均器在抑制電力線諧波方面是最有效的。

圖3顯示了微控制器的實(shí)際操作。數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C并用MATLAB可視化。環(huán)路速度取決于輸入信號幅度?？梢钥闯?，DCO具有穩(wěn)定的響應(yīng)，輸入幅度從0.2V P-P 到1.6V P-P 。一旦DCO輸入穩(wěn)定后，生成的矩形波形將輸入正弦波引導(dǎo)90度。

a） V in = 0.2V pp ， f in = 50Hz

b） V in = 0.6V pp ， f in = 50Hz

c） V in = 1.6V pp ， f in = 50Hz

d） = 0.6V pp ， f in = 49Hz

e）pp ， f in = 51Hz

圖3實(shí)際結(jié)果。對于每個(gè)圖像，頂部顯示屏顯示輸入和輸出。輸出信號。第二個(gè)和第三個(gè)顯示是不同縮放比例的DCO輸入。