第 7 章反饋控制電路

1、第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 7.1 自動增益控制電路自動增益控制電路 7.2 自動頻率控制電路自動頻率控制電路 7.3 鎖相環(huán)路與頻率合成鎖相環(huán)路與頻率合成 本章小結(jié)本章小結(jié) 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 根據(jù)需要控制的參量不同，反饋控制電路有：根據(jù)需要控制的參量不同，反饋控制電路有： 自動增益控制電路自動增益控制電路 自動頻率控制電路自動頻率控制電路 自動相位控制電路自動相位控制電路 簡稱簡稱APC，用于鎖定相位，故又稱鎖相，用于鎖定相位，故又稱鎖相 環(huán)路，簡稱環(huán)路，簡稱PLL。 簡稱簡稱AFC，用于維持工作頻率穩(wěn)定。，用于維持工作頻率穩(wěn)定。 又稱自動電平控制電路，

2、簡稱又稱自動電平控制電路，簡稱AGC，用，用 于控制輸出信號大小。于控制輸出信號大小。 引言引言 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 7.1 自動增益控制電路自動增益控制電路 主要要求：主要要求： 了解自動增益控制電路的組成、工作原理和應(yīng)用。了解自動增益控制電路的組成、工作原理和應(yīng)用。 了解常用增益控制電路。了解常用增益控制電路。 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 7.1.1 自動增益控制電路的作用自動增益控制電路的作用 作用：通過閉合環(huán)路的反饋控制作用，可使輸入信號作用：通過閉合環(huán)路的反饋控制作用，可使輸入信號ui 幅度增幅度增 大或減小時，輸出信號幅度保持恒定或僅在很小的范圍

3、內(nèi)變化大或減小時，輸出信號幅度保持恒定或僅在很小的范圍內(nèi)變化 一、一、AGC的組成、工作原理與作用的組成、工作原理與作用 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 具有簡單具有簡單AGC 的調(diào)幅接收機(jī)框圖的調(diào)幅接收機(jī)框圖 可控增益放大器可控增益放大器反饋控制器反饋控制器 LPF 簡單簡單AGC 缺點：缺點： 只要有輸入信號，只要有輸入信號，AGC 就起控制作用，對接收弱信號不利。就起控制作用，對接收弱信號不利。 二、二、AGC的應(yīng)用的應(yīng)用 是高性能接收機(jī)的重要輔助電路是高性能接收機(jī)的重要輔助電路 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 具有延遲式具有延遲式AGC 的調(diào)幅接收機(jī)框圖的調(diào)幅接收機(jī)

4、框圖 當(dāng)當(dāng)AGC檢波器輸檢波器輸 入信號幅度小于入信號幅度小于 UR時，時，AGC檢波檢波 器不工作，器不工作，AGC 電壓為零，電壓為零，AGC 不起控制作用。不起控制作用。 當(dāng)當(dāng)AGC檢波器輸入檢波器輸入 信號幅度大于信號幅度大于UR時，時， AGC 電路才起控電路才起控 制作用。制作用。 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 7.1.2 增益控制電路增益控制電路 控制晶體管發(fā)射極電流實現(xiàn)增益控制控制晶體管發(fā)射極電流實現(xiàn)增益控制 Au gm gm IE / UT 當(dāng)信號電壓當(dāng)信號電壓,使使 - -UC，則，則IE , gm , Au 通常將控制電壓通常將控制電壓 加至基極或發(fā)射極加至基

5、極或發(fā)射極 AGC 放大電路放大電路 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 7.2 自動頻率控制電路自動頻率控制電路 主要要求：主要要求： 了解自動頻率控制電路的組成、工作原理和應(yīng)用。了解自動頻率控制電路的組成、工作原理和應(yīng)用。 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 7.2.1 工作原理工作原理 當(dāng)當(dāng) fr = fo時，時， uD(t) = 0 ，fo不變不變 當(dāng)當(dāng) fr fo時，時，uD(t) 正比于正比于 （ fo fr )，得，得uc c( (t t) )控制控制 fo o向向 fr r 接近 接近 有剩余頻差是有剩余頻差是AFC 的缺點。的缺點。 鑒頻特性和壓控振蕩器壓控特性的

6、靈敏度越大，則鑒頻特性和壓控振蕩器壓控特性的靈敏度越大，則 f 越小。越小。 經(jīng)若干調(diào)節(jié)周期，環(huán)路最后鎖定在經(jīng)若干調(diào)節(jié)周期，環(huán)路最后鎖定在 fo = fr + f 這個這個 f 稱為剩余頻率誤差，簡稱剩余頻差。稱為剩余頻率誤差，簡稱剩余頻差。 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 7.2.2 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 廣泛用作接收機(jī)和發(fā)射機(jī)中的廣泛用作接收機(jī)和發(fā)射機(jī)中的自動頻率微調(diào)電路自動頻率微調(diào)電路 比之普通調(diào)幅接收機(jī)多了比之普通調(diào)幅接收機(jī)多了限幅鑒頻器、低通濾波和放大電路限幅鑒頻器、低通濾波和放大電路 等，并將本機(jī)振蕩器改為等，并將本機(jī)振蕩器改為VCO 。 AFC 保證了混頻器輸出頻率接近保證

7、了混頻器輸出頻率接近fI ，從而提高接收機(jī)靈敏度，從而提高接收機(jī)靈敏度 和選擇性。和選擇性。 具有具有AFC 的調(diào)幅接收機(jī)框圖的調(diào)幅接收機(jī)框圖 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 具有具有AFC 的調(diào)頻發(fā)射機(jī)框圖的調(diào)頻發(fā)射機(jī)框圖 鑒頻器的中心頻率調(diào)整在（鑒頻器的中心頻率調(diào)整在（ fr fc ）上。當(dāng)）上。當(dāng)調(diào)頻振蕩器的中調(diào)頻振蕩器的中 心頻率發(fā)生漂移時，混頻器輸出的頻差也跟隨變化，使鑒頻心頻率發(fā)生漂移時，混頻器輸出的頻差也跟隨變化，使鑒頻 器輸出電壓發(fā)生變化，經(jīng)窄帶器輸出電壓發(fā)生變化，經(jīng)窄帶LPF 濾除調(diào)制頻率分量后，將濾除調(diào)制頻率分量后，將 反映調(diào)頻波中心頻率漂移的緩變電壓，加至調(diào)頻振

8、蕩器上，反映調(diào)頻波中心頻率漂移的緩變電壓，加至調(diào)頻振蕩器上， 調(diào)節(jié)其振蕩頻率使其中心頻率漂移減小。調(diào)節(jié)其振蕩頻率使其中心頻率漂移減小。由于由于fr 穩(wěn)定度很高，穩(wěn)定度很高， 因此可提高中心頻率穩(wěn)定度。因此可提高中心頻率穩(wěn)定度。 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 7.3 鎖相環(huán)路與頻率合成鎖相環(huán)路與頻率合成 主要要求：主要要求： 掌握掌握PLLPLL的作用、基本組成和工作原理。掌握的作用、基本組成和工作原理。掌握 頻率合成器的作用。頻率合成器的作用。 了解了解PLLPLL的數(shù)學(xué)模型；了解的數(shù)學(xué)模型；了解PLLPLL的捕捉與跟蹤的捕捉與跟蹤 了解集成了解集成PLLPLL及其應(yīng)用；了解頻率合

9、成器的及其應(yīng)用；了解頻率合成器的 種類與主要性能指標(biāo)。種類與主要性能指標(biāo)。 掌握簡單鎖相頻率合成器的組成與工作原理。掌握簡單鎖相頻率合成器的組成與工作原理。 了解提高鎖相頻率合成器輸出頻率的方法。了解提高鎖相頻率合成器輸出頻率的方法。 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 7.3.1 鎖相環(huán)路基本原理鎖相環(huán)路基本原理 鑒相器（鑒相器（PD）：用以比較用以比較ui、 uo相位，相位， 輸出反映相位誤差輸出反映相位誤差 的電壓的電壓uD(t)。 環(huán)路濾波器（環(huán)路濾波器（LF）：用以濾除誤差信號中的高頻分量和噪用以濾除誤差信號中的高頻分量和噪 聲，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。聲，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。 壓控振蕩器

10、（壓控振蕩器（VCO）：在在uC(t) 控制下輸出相應(yīng)頻率控制下輸出相應(yīng)頻率 fo o。 一、一、 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 兩個正弦信號的頻率和相位之間的關(guān)系兩個正弦信號的頻率和相位之間的關(guān)系 若能保證兩個信號之間的相位差恒定，則若能保證兩個信號之間的相位差恒定，則 這兩個信號的頻率必相等。這兩個信號的頻率必相等。 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 若若w wi w wo， ，則 則ui(t) 和和uo(t) 之間產(chǎn)生相位變化之間產(chǎn)生相位變化 ，鑒相器輸出誤，鑒相器輸出誤 差電壓差電壓uD(t) ，它與瞬時誤差相位成正比，它與瞬時誤差相位成正比，經(jīng)過

11、環(huán)路濾波，經(jīng)過環(huán)路濾波，濾，濾 除了高頻分量和噪聲而取出緩慢變化的電壓除了高頻分量和噪聲而取出緩慢變化的電壓uc(t) ，控制，控制VCO 的角頻率的角頻率 w wo ，去接近，去接近w wi 。 最終使最終使 w wi = w wo ，相位誤差為常數(shù)，環(huán)路鎖定，這時的相位誤，相位誤差為常數(shù)，環(huán)路鎖定，這時的相位誤 差稱為剩余相位誤差或穩(wěn)態(tài)相位誤差。差稱為剩余相位誤差或穩(wěn)態(tài)相位誤差。 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 二、鎖相環(huán)路組成部件特性二、鎖相環(huán)路組成部件特性 )(cos)( o0oomo ttUtu w w )sin()( iimi tUtuw w )()( io0o0io0i

12、 ttttt w ww ww ww ww w 1、鑒相器、鑒相器(PD) 設(shè)壓控振蕩器的輸出電壓為設(shè)壓控振蕩器的輸出電壓為 o0 是壓控振蕩器未加控制電壓時固有振蕩角頻率；是壓控振蕩器未加控制電壓時固有振蕩角頻率； o(t) 是以是以o0為參考的瞬時相位。為參考的瞬時相位。 環(huán)路輸入電壓環(huán)路輸入電壓ui(t)為為 其相位可改寫為其相位可改寫為 則則ui(t)與與uo(t) 之間的瞬時相位差之間的瞬時相位差為為 )()()( oie ttt 以以o0為參考的輸入為參考的輸入 信號瞬時相位。信號瞬時相位。 可見可見,鑒相器的輸出電壓鑒相器的輸出電壓uD(t)與相位差與相位差可改寫為可改寫為 e(t

13、) 成正比。成正比。 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 多用于兩路信號都是正弦信號的鎖相環(huán)路多用于兩路信號都是正弦信號的鎖相環(huán)路 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 環(huán)路濾波器的電路模型環(huán)路濾波器的電路模型 2、環(huán)路濾波器、環(huán)路濾波器(LF) RC 積分濾波器積分濾波器RC 比例積分濾波器比例積分濾波器有源比例積分濾波器有源比例積分濾波器 )(1 1 1 1 )( )( )( 21 2 21 2 D C F s s sC RR sC R sU sU sA CRCR 2211 圖（圖（b）電路的傳遞函數(shù)為）電路的傳遞函數(shù)為 s =+j為為復(fù)頻率復(fù)頻率 第第 7 章章 反饋控制電路反

14、饋控制電路 3、壓控振蕩器、壓控振蕩器(VCO) 在在uc = 0 附近，附近，控制特性近似線性：控制特性近似線性： )s/(rad )()( o co0oo V A tuAt 單位 數(shù)），是控制靈敏度（增益系 ww ttuAttt tt d)(d)()( 0 coo0 0 o w ww w ttuAt t d)()( 0 coo 以以o0為參考的瞬時相位為參考的瞬時相位 o(t) 為為 可見就可見就 o(t) 和和uc(t) 之間關(guān)系來說，之間關(guān)系來說， 壓控振蕩器是一個理想的積分器，通常稱它為鎖相環(huán)路中的壓控振蕩器是一個理想的積分器，通常稱它為鎖相環(huán)路中的 固有積分環(huán)節(jié)。固有積分環(huán)節(jié)。 V

15、CO的控制特性的控制特性 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 三、三、 鎖相環(huán)路捕捉與跟蹤鎖相環(huán)路捕捉與跟蹤 由失鎖進(jìn)入鎖定的過程稱為由失鎖進(jìn)入鎖定的過程稱為捕捉捕捉過程。能夠由失鎖進(jìn)入鎖定過程。能夠由失鎖進(jìn)入鎖定 的最大輸入固有頻差稱為環(huán)路捕捉帶，用的最大輸入固有頻差稱為環(huán)路捕捉帶，用p表示表示。 捕捉過程：捕捉過程：失鎖失鎖 鎖定鎖定 1、瑣相環(huán)路的捕捉、瑣相環(huán)路的捕捉 無輸入信號無輸入信號ui時，時，VCO以固有角頻率以固有角頻率o0 振蕩。振蕩。 加入信號加入信號ui時，時，不等于不等于VCO的固有角頻率而存在固有輸入的固有角頻率而存在固有輸入 角頻差角頻差i =i-o0 振蕩，

16、鎖相環(huán)路初始狀態(tài)是振蕩，鎖相環(huán)路初始狀態(tài)是失鎖失鎖的。的。 鑒相器輸出一誤差電壓，經(jīng)環(huán)路濾波器變換后控制鑒相器輸出一誤差電壓，經(jīng)環(huán)路濾波器變換后控制VCO的頻的頻 率，使其輸出信號的角頻率由率，使其輸出信號的角頻率由o0逐漸向輸入信號角頻率逐漸向輸入信號角頻率i 靠靠 攏，達(dá)到一定程度后，環(huán)路進(jìn)入鎖定，攏，達(dá)到一定程度后，環(huán)路進(jìn)入鎖定，o=i。 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 若環(huán)路初始狀態(tài)是鎖定的，因某種原因使頻率發(fā)生變化，環(huán)若環(huán)路初始狀態(tài)是鎖定的，因某種原因使頻率發(fā)生變化，環(huán) 路通過自身的調(diào)節(jié)來維持鎖定的過程稱為路通過自身的調(diào)節(jié)來維持鎖定的過程稱為跟蹤跟蹤過程。能夠保過程。能夠保

17、 持跟蹤的輸入信號頻率與壓控振蕩器頻率最大頻差范圍稱為持跟蹤的輸入信號頻率與壓控振蕩器頻率最大頻差范圍稱為 同步帶（又稱跟蹤帶），用同步帶（又稱跟蹤帶），用H表示。表示。 跟蹤過程：跟蹤過程：鎖定鎖定 維持鎖定維持鎖定 2、瑣相環(huán)路的跟蹤、瑣相環(huán)路的跟蹤 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 3、同步帶和捕捉帶的測量、同步帶和捕捉帶的測量 當(dāng)當(dāng) w wi 從低頻至從低頻至 高頻緩慢變化時高頻緩慢變化時 未加控制電壓未加控制電壓 (即即uD(t) = 0) 時的時的VCO振蕩頻率振蕩頻率 失失 鎖鎖 鎖鎖 定定 失失 鎖鎖 當(dāng)當(dāng) w wi 從高頻至從高頻至 低頻緩慢變化時低頻緩慢變化時 鎖鎖

18、 定定 2P 2H 通常捕捉帶小于通常捕捉帶小于同步帶同步帶 2 ad H ww w 2 bC P ww w 鎖相環(huán)路的同步帶為鎖相環(huán)路的同步帶為 鎖相環(huán)路的捕捉帶為鎖相環(huán)路的捕捉帶為 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 四、四、 集成集成PLL 模擬模擬PLL：模擬：模擬PD LF VCO 數(shù)字?jǐn)?shù)字PLL：全數(shù)字：數(shù)字：全數(shù)字：數(shù)字PD 數(shù)字?jǐn)?shù)字LF 數(shù)字?jǐn)?shù)字VCO 模擬模擬+ 數(shù)字：數(shù)字?jǐn)?shù)字：數(shù)字PD 模擬模擬 LF 模擬模擬VCO 按電路構(gòu)成分類按電路構(gòu)成分類 通用通用 PLL 專用專用 PLL 按用途分類按用途分類 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 1、通用型單片集成鎖相

19、環(huán)路、通用型單片集成鎖相環(huán)路L562 內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳引腳 工作頻率達(dá)工作頻率達(dá)30MHz 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 L562內(nèi)部內(nèi)部VCO 采用射極耦合多諧振蕩器電路采用射極耦合多諧振蕩器電路 振蕩頻率為振蕩頻率為 的控制靈敏度的控制靈敏度是是 式中式中 VCO 4 )( )( 4 )( 4 D m o cm0 o D cm D 0 0 CU g A tugI tuA CU tug CU I f c 設(shè)起始時設(shè)起始時V1導(dǎo)通、導(dǎo)通、 V2截止，則截止，則VCC通通 過過V3 、 V1向向C充電，充電電流為充電，充電電流為I02 。 由于由于V1導(dǎo)通時導(dǎo)通時UE1 VCC

20、UBE(on) ，故，故 C充電使充電使UE2下降，當(dāng)其下降到（下降，當(dāng)其下降到（ VCC UDUBE(on) ）時，）時， V2導(dǎo)通導(dǎo)通,使使UC2由由 VCC下降為下降為 （ VCC UD），致使），致使V1截截 止，止， VCC通過通過V4、 V2向向C反向充電，反向充電， 充電電流為充電電流為I01 ，使，使UE1下降，直到引下降，直到引 起起V1重新導(dǎo)通、重新導(dǎo)通、 V2又截止。如此循環(huán)又截止。如此循環(huán) 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 2、CMOS鎖相環(huán)路鎖相環(huán)路CD4046 為數(shù)字為數(shù)字PLL。內(nèi)有兩個。內(nèi)有兩個PD、VCO、緩沖、緩沖 放大器、輸入信號放大與整形電路、內(nèi)

21、放大器、輸入信號放大與整形電路、內(nèi) 部穩(wěn)壓器等。部穩(wěn)壓器等。 具有電源電壓范圍寬、功耗低、輸入阻抗具有電源電壓范圍寬、功耗低、輸入阻抗 高等優(yōu)點。工作頻率達(dá)高等優(yōu)點。工作頻率達(dá)1MHz 內(nèi)部內(nèi)部VCO 產(chǎn)生產(chǎn)生50% 占空比的方波。輸出占空比的方波。輸出 電平可與電平可與TTL電平或電平或CMOS 電平兼容。電平兼容。 具有相位鎖定狀態(tài)指示具有相位鎖定狀態(tài)指示 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 PD由異或門構(gòu)成，由異或門構(gòu)成， 具有三角形鑒相特性。具有三角形鑒相特性。 它要求兩個輸入信號它要求兩個輸入信號 均為均為50%占空比占空比的方的方 波

22、。當(dāng)無輸入信號時，波。當(dāng)無輸入信號時， 其輸出電壓為其輸出電壓為VDD/2， 用以確定用以確定VCO的自由的自由 振蕩頻率振蕩頻率。 信號輸入端：允許輸信號輸入端：允許輸 入入0.1V左右的小信號左右的小信號 或方波，經(jīng)或方波，經(jīng)A1放大和放大和 整形，提供滿足整形，提供滿足PD要要 求的方波。求的方波。 PD采用數(shù)字式鑒頻鑒相器，輸入信號只在上。升沿起作用，采用數(shù)字式鑒頻鑒相器，輸入信號只在上。升沿起作用， 故該故該PD能處理非常窄的脈沖。能處理非常窄的脈沖。便于快速鎖定。便于快速鎖定。 通常輸入信噪比以及固有頻差較小時采用通常輸入信噪比以及固有頻差較小時采用PD ， 輸入信噪比較高或固有頻

23、差較大時，采用輸入信噪比較高或固有頻差較大時，采用PD 。 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 R1 、R2、C 確定確定VCO 頻率范圍。頻率范圍。R1 控制最高頻率，控制最高頻率，R2 控制控制 最低頻率。最低頻率。 R2= 時，最低頻率為零。無輸入信號時，時，最低頻率為零。無輸入信號時， PD 將將VCO 調(diào)整到最低頻率。調(diào)整到最低頻率。 接低電平時才接低電平時才 允許允許VCO工作工作 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 7.3.2 頻率合成的基本原理頻率合成的基本原理 為實現(xiàn)高質(zhì)量的無線通信，抗干擾，近代通信系統(tǒng)往往要求為實現(xiàn)高質(zhì)量的無線通信，抗干擾，近代通信系統(tǒng)往往要求

24、 通信機(jī)具有大量的、可供用戶選擇的、能迅速更換的頻率穩(wěn)通信機(jī)具有大量的、可供用戶選擇的、能迅速更換的頻率穩(wěn) 定度和精度很高的載波信號頻率。定度和精度很高的載波信號頻率。 晶體振蕩器雖然頻率穩(wěn)定度和精度很高，但其頻率值只能在晶體振蕩器雖然頻率穩(wěn)定度和精度很高，但其頻率值只能在 很小范圍內(nèi)微調(diào)。很小范圍內(nèi)微調(diào)。 頻率合成器作用頻率合成器作用：利用一個或多個基準(zhǔn)頻率，產(chǎn)生一系列等利用一個或多個基準(zhǔn)頻率，產(chǎn)生一系列等 間隔的離散頻率。這些頻率的頻率穩(wěn)定度和精度均和基準(zhǔn)頻間隔的離散頻率。這些頻率的頻率穩(wěn)定度和精度均和基準(zhǔn)頻 率的相同，且頻率轉(zhuǎn)換的時間很短。率的相同，且頻率轉(zhuǎn)換的時間很短。 第第 7 章章

25、 反饋控制電路反饋控制電路 一、一、 頻率合成器的主要技術(shù)指標(biāo)頻率合成器的主要技術(shù)指標(biāo) 1. . 頻率范圍頻率范圍 2. . 頻率間隔（又稱分辨率）頻率間隔（又稱分辨率） 3. . 頻率轉(zhuǎn)換時間頻率轉(zhuǎn)換時間 相鄰頻率之間的最小間隔。相鄰頻率之間的最小間隔。 從一個工作頻率轉(zhuǎn)換到另一個工作頻率，并達(dá)到穩(wěn)定工作所從一個工作頻率轉(zhuǎn)換到另一個工作頻率，并達(dá)到穩(wěn)定工作所 需要的時間。它包含電路延遲時間和需要的時間。它包含電路延遲時間和PLL的捕捉時間。的捕捉時間。 頻率合成器的工作頻率范圍。頻率合成器的工作頻率范圍。 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 5. . 頻譜純度頻譜純度 指輸出信號接近正

26、弦波的程度。用有用信號電平與各寄生頻指輸出信號接近正弦波的程度。用有用信號電平與各寄生頻 率分量總電平之比的分貝值表示。率分量總電平之比的分貝值表示。 頻率穩(wěn)定度指：頻率穩(wěn)定度指：在規(guī)定的觀測時間內(nèi)，輸出頻率偏離標(biāo)稱值在規(guī)定的觀測時間內(nèi)，輸出頻率偏離標(biāo)稱值 的程度。一般用偏離值與輸出頻率的相對值來表示。的程度。一般用偏離值與輸出頻率的相對值來表示。頻率準(zhǔn)頻率準(zhǔn) 確度指：確度指：實際工作頻率與標(biāo)稱頻率值之差，又稱頻率誤差。實際工作頻率與標(biāo)稱頻率值之差，又稱頻率誤差。 4. . 頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 二、二、 鎖相頻率合成器鎖相頻率合成器

27、（一）簡單鎖相頻率合成器（一）簡單鎖相頻率合成器 環(huán)路鎖定時環(huán)路鎖定時 fr = fs / R = fo / N故得故得 fo = N fs/ R = N fr 改變改變N可得不同輸出頻率。可得不同輸出頻率。 頻率分辨率為頻率分辨率為fr。 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 參考分頻器由參考分頻器由12級二進(jìn)制計數(shù)器構(gòu)成。取分頻比級二進(jìn)制計數(shù)器構(gòu)成。取分頻比 R = 28 = 256， 則得則得頻率間隔為：頻率間隔為：fr = 1024kHz/256 = 4kHz。 CD4046組成的頻率合成器實例組成的頻率合成器實例 N分頻器采用可編程分頻器分頻器采用可編程分頻器CC40103構(gòu)成。

28、圖中構(gòu)成。圖中N=29。 改變改變N 可獲得可獲得 不同頻率的信不同頻率的信 號輸出。號輸出。 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 （二）簡單頻率合成器存在的問題（二）簡單頻率合成器存在的問題 1. 頻率間隔不能很小頻率間隔不能很小 2. 鎖相環(huán)路內(nèi)接入分頻器后，環(huán)路增益下降為原來鎖相環(huán)路內(nèi)接入分頻器后，環(huán)路增益下降為原來1/N。對于輸。對于輸 出頻率高、頻率覆蓋范圍寬的合成器，當(dāng)要求頻率間隔很小時，出頻率高、頻率覆蓋范圍寬的合成器，當(dāng)要求頻率間隔很小時， N 的變化范圍將很大，這將使環(huán)路增益也大幅度變化，從而影的變化范圍將很大，這將使環(huán)路增益也大幅度變化，從而影 響環(huán)路的動態(tài)性能。響環(huán)

29、路的動態(tài)性能。 3. 輸出頻率受到可編程分頻器的限制，可編程分頻器的工作頻輸出頻率受到可編程分頻器的限制，可編程分頻器的工作頻 率比較低，無法滿足大多數(shù)通信系統(tǒng)中工作頻率高的要求。率比較低，無法滿足大多數(shù)通信系統(tǒng)中工作頻率高的要求。 fr 小時，環(huán)路濾波器的帶寬也要小（帶寬需小于小時，環(huán)路濾波器的帶寬也要小（帶寬需小于fr ，以濾除，以濾除 PD 輸出信號中的參考頻率及其諧波分量），這使頻率轉(zhuǎn)換時輸出信號中的參考頻率及其諧波分量），這使頻率轉(zhuǎn)換時 的環(huán)路捕捉時間或跟蹤時間加長，即減小頻率間隔與減小頻的環(huán)路捕捉時間或跟蹤時間加長，即減小頻率間隔與減小頻 率轉(zhuǎn)換時間是矛盾的。率轉(zhuǎn)換時間是矛盾的。

30、另外，另外， fr 小不利于降低小不利于降低VCO 引入的噪聲。引入的噪聲。 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 減小頻率間隔而不降低參考頻率減小頻率間隔而不降低參考頻率 fr 。 采用多環(huán)式鎖相頻率合成器。采用多環(huán)式鎖相頻率合成器。 解決問題的方法如下：解決問題的方法如下： 由于固定分頻器速度遠(yuǎn)比程序分頻器由于固定分頻器速度遠(yuǎn)比程序分頻器 的高，故采用由固定分頻器與程序分的高，故采用由固定分頻器與程序分 頻器組成的吞脈沖可變分頻器，可既頻器組成的吞脈沖可變分頻器，可既 獲得小的頻獲得小的頻 率間隔，又顯著提高輸出率間隔，又顯著提高輸出 頻率。頻率。 構(gòu)成吞脈沖鎖相頻率合成器。構(gòu)成吞脈沖

31、鎖相頻率合成器。 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 （三）多環(huán)式鎖相頻率合成器（三）多環(huán)式鎖相頻率合成器 fA = (NA/100)fr fB = NB fr fo = fA + fB fA = fofB = ( NA /100 NB ) fr 單環(huán)單環(huán) 單環(huán)單環(huán) 混頻環(huán)混頻環(huán) 頻率間隔為頻率間隔為1kHz 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 三、三、 直接數(shù)字頻率合成器（直接數(shù)字頻率合成器（DDS） 特點特點：極寬的工作頻率范圍、極高的頻率分辨率、極快的頻率切換速度以：極寬的工作頻率范圍、極高的頻率分辨率、極快的頻率切換速度以 及頻率切換時相位連續(xù)、任意波形輸出、具有數(shù)字調(diào)制性

32、能。及頻率切換時相位連續(xù)、任意波形輸出、具有數(shù)字調(diào)制性能。 DDS系統(tǒng)的另一特點是它的輸出信號沒有疊加任何電流脈沖，輸出變化是系統(tǒng)的另一特點是它的輸出信號沒有疊加任何電流脈沖，輸出變化是 一個平穩(wěn)的過渡過程，相位連續(xù)變化是其他頻率合成技術(shù)所不具備的。一個平穩(wěn)的過渡過程，相位連續(xù)變化是其他頻率合成技術(shù)所不具備的。 原理原理：根據(jù)奈奎斯特取樣定理，從連續(xù)信號的相位出發(fā)，對一個正弦信號：根據(jù)奈奎斯特取樣定理，從連續(xù)信號的相位出發(fā)，對一個正弦信號 取樣、量化、編碼，形成一個正弦函數(shù)表，儲存于只讀儲存器中，合成時取樣、量化、編碼，形成一個正弦函數(shù)表，儲存于只讀儲存器中，合成時 通過改變相位累加器的頻率控

33、制字，改變相位增量，從而使一個周期內(nèi)的通過改變相位累加器的頻率控制字，改變相位增量，從而使一個周期內(nèi)的 取樣點不同，得到不同的輸出頻率。取樣點不同，得到不同的輸出頻率。改變只讀存儲器中的數(shù)據(jù)值，可以得改變只讀存儲器中的數(shù)據(jù)值，可以得 到不同的輸出波形。到不同的輸出波形。 比較比較：DDS和和PLL兩種不同方式的頻率合成技術(shù)。兩種不同方式的頻率合成技術(shù)。DDS是一種全數(shù)字開環(huán)是一種全數(shù)字開環(huán) 系統(tǒng)，系統(tǒng)，PLL是模擬閉環(huán)系統(tǒng)。各有各的特點，是模擬閉環(huán)系統(tǒng)。各有各的特點，DDS并不能完全取代傳統(tǒng)的并不能完全取代傳統(tǒng)的 頻率合成技術(shù)。如將頻率合成技術(shù)。如將DDS和和PLL兩種技術(shù)結(jié)合起來，可達(dá)到單一

34、技術(shù)難以兩種技術(shù)結(jié)合起來，可達(dá)到單一技術(shù)難以 達(dá)到的效果。達(dá)到的效果。 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 Co 2 f K f N N f f 2 C omin DDS的輸出頻率：的輸出頻率：DDS的輸出最低頻的輸出最低頻 率率/頻率分辨率：頻率分辨率： 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 7.3.3 鎖相環(huán)路的應(yīng)用鎖相環(huán)路的應(yīng)用 1、鎖相環(huán)路的基本特性、鎖相環(huán)路的基本特性 （1） 環(huán)路鎖定時，鑒相器的兩個輸入信號頻率相等，環(huán)路鎖定時，鑒相器的兩個輸入信號頻率相等， 沒有頻率誤差沒有頻率誤差。 （2） 頻率跟蹤特性頻率跟蹤特性：環(huán)路鎖定時，環(huán)路鎖定時，VCO 輸出頻率能輸出頻率能

35、 在一定范圍內(nèi)跟蹤輸入信號頻率的變化。在一定范圍內(nèi)跟蹤輸入信號頻率的變化。 （3） 窄帶濾波特性窄帶濾波特性：可以實現(xiàn)高頻窄帶帶通濾波?？梢詫崿F(xiàn)高頻窄帶帶通濾波。 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 2、鎖相鑒頻電路、鎖相鑒頻電路 工作原理工作原理：輸入為調(diào)頻信號，當(dāng)環(huán)路鎖定后，壓控振蕩器的振輸入為調(diào)頻信號，當(dāng)環(huán)路鎖定后，壓控振蕩器的振 蕩頻率就精確地跟蹤輸入調(diào)頻信號的瞬時頻率而變化，產(chǎn)生具蕩頻率就精確地跟蹤輸入調(diào)頻信號的瞬時頻率而變化，產(chǎn)生具 有相同調(diào)制規(guī)律的調(diào)頻信號。只要壓控振蕩器的頻率控制特性有相同調(diào)制規(guī)律的調(diào)頻信號。只要壓控振蕩器的頻率控制特性 是線性的，壓控振蕩器的控制電壓是線

36、性的，壓控振蕩器的控制電壓uc(t) 就是輸入調(diào)頻信號的原就是輸入調(diào)頻信號的原 調(diào)制信號。調(diào)制信號。 環(huán)路帶寬大于輸入調(diào)頻信號中調(diào)制信號的頻譜寬度。環(huán)路帶寬大于輸入調(diào)頻信號中調(diào)制信號的頻譜寬度。 要求要求：捕捉帶捕捉帶 輸入調(diào)頻信號的最大頻偏輸入調(diào)頻信號的最大頻偏 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 3、調(diào)幅波的同步檢波、調(diào)幅波的同步檢波 有有p/p/2固定相移固定相移 工作原理工作原理：輸入為調(diào)幅信號或帶有導(dǎo)頻的單邊帶信號，輸入為調(diào)幅信號或帶有導(dǎo)頻的單邊帶信號，LF的的 通頻帶很窄，使鎖相環(huán)路鎖定在調(diào)幅信號的載頻上，這樣壓通頻帶很窄，使鎖相環(huán)路鎖定在調(diào)幅信號的載頻上，這樣壓 控振蕩器就

37、可以提供能跟蹤調(diào)幅信號載波頻率變化的同步信控振蕩器就可以提供能跟蹤調(diào)幅信號載波頻率變化的同步信 號。再利用同步檢波器可以得到解調(diào)電壓輸出。號。再利用同步檢波器可以得到解調(diào)電壓輸出。 注意注意：壓控振蕩器輸出電壓與輸入已調(diào)信號的載波電壓間有壓控振蕩器輸出電壓與輸入已調(diào)信號的載波電壓間有 p p/2的固定相移，因此須經(jīng)過的固定相移，因此須經(jīng)過p p/2的移相器加到同步檢波器上，的移相器加到同步檢波器上， 這樣才能使這樣才能使VCO輸出電壓與已調(diào)信號的載波電壓同相。輸出電壓與已調(diào)信號的載波電壓同相。 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 4、鎖相接收機(jī)（利用窄帶跟蹤特性）、鎖相接收機(jī)（利用窄帶跟蹤特性） 信號頻率漂移較嚴(yán)重時，若采用普通接收機(jī)，就要求帶寬較寬，信號頻率漂移較嚴(yán)重時，若采用普通接收機(jī)，就要求帶寬較寬， 這可能導(dǎo)致接收機(jī)輸出信噪比嚴(yán)重下降而無法檢出有用信號。這可能導(dǎo)致接收機(jī)輸出信噪比嚴(yán)重下降而無法檢出有用信號。 采用鎖相接收機(jī)，利用采用鎖相接收機(jī)，利用PLL 的窄帶跟蹤特性，就可自動跟蹤信的窄帶跟蹤特性，就可自動跟蹤信 號頻率進(jìn)行接收，有效提高輸出信噪比。號頻率進(jìn)行接收，有效提高輸出信噪比。 第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 本章小結(jié)本章小結(jié) 通信與電子設(shè)備