121-集成電路鎖相環(huán)及其應(yīng)用電路設(shè)計(jì)課件

1電子線路設(shè)計(jì)任課教師：王維博電氣信息學(xué)院信息工程系2012年9月1電子線路設(shè)計(jì)任課教師：王維博2鎖相的意義

實(shí)現(xiàn)相位同步的自動(dòng)控制，能夠完成兩個(gè)電信號(hào)相位同步的自動(dòng)控制閉環(huán)系統(tǒng)叫做鎖相環(huán)，簡稱PLL。它廣泛應(yīng)用于廣播通信、頻率合成、自動(dòng)控制及時(shí)鐘同步等技術(shù)領(lǐng)域。12.1集成電路鎖相環(huán)及其應(yīng)用電路設(shè)計(jì)第12章綜合性電子線路應(yīng)用設(shè)計(jì)2鎖相的意義實(shí)現(xiàn)相位同步的自動(dòng)控制，能夠完成3VCO輸出頻率的高低由低通濾波器輸出的平均電壓Uc大小決定。VCO的輸出Uo接至相位比較器的一個(gè)輸入端，外部輸入信號(hào)Ui與來自VCO的輸出信號(hào)Uo相比較，經(jīng)過相位比較器產(chǎn)生的誤差輸出電壓Ud正比于Ui和Uo兩個(gè)信號(hào)的相位差，經(jīng)過低通濾波器濾除高頻分量后，得到一個(gè)平均值電壓Uc。這個(gè)平均值電壓Uc朝著減小VCO輸出頻率和輸入頻率之差的方向變化，直至VCO輸出頻率和輸入信號(hào)頻率獲得一致。這時(shí)兩個(gè)信號(hào)的頻率相同，兩相位差保持恒定（即同步）稱作相位鎖定。鎖相環(huán)路基本組成方框圖3VCO輸出頻率的高低由低通濾波器輸出的平均電壓U4壓控振蕩器壓控振蕩器是一個(gè)電壓-頻率變換裝置,在環(huán)路中作為被控振蕩器,它的振蕩頻率應(yīng)隨輸入控制電壓Uc(t)線性地變化（在一定范圍內(nèi)），可用線性方程來表示即ωV(t)=ωV+KVUc(t)當(dāng)Uc(t)=0時(shí)，VCO的固有振蕩頻率為ωV

。鎖相環(huán)路基本組成方框圖ωVωV(t)Uc(t)4壓控振蕩器鎖相環(huán)路基本組成方框圖ωVωV(t)Uc(t)5

輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相位關(guān)系系統(tǒng)的瞬時(shí)相差θe(t)=θ1(t)-θ2(t)鎖相環(huán)路基本組成方框圖5輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相位關(guān)系系統(tǒng)的瞬時(shí)相差θe(t6圖12.1.3捕捉帶Δfv與同步帶ΔfL失鎖鎖定失鎖鎖定6圖12.1.3捕捉帶Δfv與同步帶ΔfL失鎖7

12.1.3數(shù)字鎖相環(huán)及其應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

CC4046：通用的CMOS鎖相環(huán)集芯片。 特點(diǎn)：電源電壓范圍寬（為3V－18V），輸入阻抗高(約100MΩ)，動(dòng)態(tài)功耗小，在中心頻率f0為10kHz下功耗僅為600μW，屬微功耗器件。7

12.1.3數(shù)字鎖相環(huán)及其應(yīng)用電路設(shè)計(jì)8CC4046方框圖N8CC4046方框圖N9VCO的固有振蕩頻率由C1，R1，R2決定，一般R2=∞9VCO的固有振蕩頻率由C1，R1，R2決定，一般R2=∞10TypicalcentrefrequencyasafunctionofcapacitorC1;T=25℃;VCOINat1/2VDD;INHatVSS;R2=∞（VCOwithoutfrequencyoffset）.固有振蕩頻率fv與R1,C1的關(guān)系10Typicalcentrefrequencyas11鎖相環(huán)電路的應(yīng)用倍頻：鑒相器環(huán)路濾波器壓控振蕩器分頻器÷ｎ11鎖相環(huán)電路的應(yīng)用倍頻：鑒相器環(huán)路壓控分頻器12分頻：鑒相器環(huán)路濾波器壓控振蕩器倍頻器×ｎ鎖相環(huán)電路的應(yīng)用12分頻：鑒相器環(huán)路壓控倍頻器鎖相環(huán)電路的應(yīng)用13頻率合成：鑒相器環(huán)路濾波器壓控振蕩器分頻器÷ｎ分頻器÷m即鎖相環(huán)電路的應(yīng)用13頻率合成：鑒相器環(huán)路壓控分頻器分頻器即鎖相環(huán)電路的應(yīng)用14÷m÷n14÷m÷n1574LS191（74LS190/191/192/193）（參見教材179頁）

單時(shí)鐘4位同步BCD碼十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

異步預(yù)置；同步計(jì)數(shù)；進(jìn)/借位；級(jí)聯(lián)進(jìn)位加/減可逆1574LS191（74LS190/191/192/193）16÷m÷nfofoCO/BORCCP當(dāng)D3D2D1D0=0000時(shí)，n=16當(dāng)D3D2D1D0=0001時(shí)，n=1516÷m÷nfofoCO/BORCCP當(dāng)D3D2D1D0=017設(shè)fR=32kHzm=2，則當(dāng)D3D2D1D0=0000時(shí)，n=16，÷m÷nfo則當(dāng)D3D2D1D0=0001時(shí)，n=15，17設(shè)fR=32kHzm=2，÷m÷nfo則當(dāng)18÷m÷n18÷m÷n19電子線路設(shè)計(jì)任課教師：王維博電氣信息學(xué)院信息工程系2012年9月1電子線路設(shè)計(jì)任課教師：王維博20鎖相的意義

實(shí)現(xiàn)相位同步的自動(dòng)控制，能夠完成兩個(gè)電信號(hào)相位同步的自動(dòng)控制閉環(huán)系統(tǒng)叫做鎖相環(huán)，簡稱PLL。它廣泛應(yīng)用于廣播通信、頻率合成、自動(dòng)控制及時(shí)鐘同步等技術(shù)領(lǐng)域。12.1集成電路鎖相環(huán)及其應(yīng)用電路設(shè)計(jì)第12章綜合性電子線路應(yīng)用設(shè)計(jì)2鎖相的意義實(shí)現(xiàn)相位同步的自動(dòng)控制，能夠完成21VCO輸出頻率的高低由低通濾波器輸出的平均電壓Uc大小決定。VCO的輸出Uo接至相位比較器的一個(gè)輸入端，外部輸入信號(hào)Ui與來自VCO的輸出信號(hào)Uo相比較，經(jīng)過相位比較器產(chǎn)生的誤差輸出電壓Ud正比于Ui和Uo兩個(gè)信號(hào)的相位差，經(jīng)過低通濾波器濾除高頻分量后，得到一個(gè)平均值電壓Uc。這個(gè)平均值電壓Uc朝著減小VCO輸出頻率和輸入頻率之差的方向變化，直至VCO輸出頻率和輸入信號(hào)頻率獲得一致。這時(shí)兩個(gè)信號(hào)的頻率相同，兩相位差保持恒定（即同步）稱作相位鎖定。鎖相環(huán)路基本組成方框圖3VCO輸出頻率的高低由低通濾波器輸出的平均電壓U22壓控振蕩器壓控振蕩器是一個(gè)電壓-頻率變換裝置,在環(huán)路中作為被控振蕩器,它的振蕩頻率應(yīng)隨輸入控制電壓Uc(t)線性地變化（在一定范圍內(nèi)），可用線性方程來表示即ωV(t)=ωV+KVUc(t)當(dāng)Uc(t)=0時(shí)，VCO的固有振蕩頻率為ωV

。鎖相環(huán)路基本組成方框圖ωVωV(t)Uc(t)4壓控振蕩器鎖相環(huán)路基本組成方框圖ωVωV(t)Uc(t)23

輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相位關(guān)系系統(tǒng)的瞬時(shí)相差θe(t)=θ1(t)-θ2(t)鎖相環(huán)路基本組成方框圖5輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相位關(guān)系系統(tǒng)的瞬時(shí)相差θe(t24圖12.1.3捕捉帶Δfv與同步帶ΔfL失鎖鎖定失鎖鎖定6圖12.1.3捕捉帶Δfv與同步帶ΔfL失鎖25

12.1.3數(shù)字鎖相環(huán)及其應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

CC4046：通用的CMOS鎖相環(huán)集芯片。 特點(diǎn)：電源電壓范圍寬（為3V－18V），輸入阻抗高(約100MΩ)，動(dòng)態(tài)功耗小，在中心頻率f0為10kHz下功耗僅為600μW，屬微功耗器件。7

12.1.3數(shù)字鎖相環(huán)及其應(yīng)用電路設(shè)計(jì)26CC4046方框圖N8CC4046方框圖N27VCO的固有振蕩頻率由C1，R1，R2決定，一般R2=∞9VCO的固有振蕩頻率由C1，R1，R2決定，一般R2=∞28TypicalcentrefrequencyasafunctionofcapacitorC1;T=25℃;VCOINat1/2VDD;INHatVSS;R2=∞（VCOwithoutfrequencyoffset）.固有振蕩頻率fv與R1,C1的關(guān)系10Typicalcentrefrequencyas29鎖相環(huán)電路的應(yīng)用倍頻：鑒相器環(huán)路濾波器壓控振蕩器分頻器÷ｎ11鎖相環(huán)電路的應(yīng)用倍頻：鑒相器環(huán)路壓控分頻器30分頻：鑒相器環(huán)路濾波器壓控振蕩器倍頻器×ｎ鎖相環(huán)電路的應(yīng)用12分頻：鑒相器環(huán)路壓控倍頻器鎖相環(huán)電路的應(yīng)用31頻率合成：鑒相器環(huán)路濾波器壓控振蕩器分頻器÷ｎ分頻器÷m即鎖相環(huán)電路的應(yīng)用13頻率合成：鑒相器環(huán)路壓控分頻器分頻器即鎖相環(huán)電路的應(yīng)用32÷m÷n14÷m÷n3374LS191（74LS190/191/192/193）（參見教材179頁）

單時(shí)鐘4位同步BCD碼十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

異步預(yù)置；同步計(jì)數(shù)；進(jìn)/借位；級(jí)聯(lián)進(jìn)位加/減可逆1574LS191（74LS190/191/192/193）34÷m÷nfofoCO/BORCCP當(dāng)D3D2D1D0=0000時(shí)，n=16當(dāng)D3D2D