第四章鎖相環(huán)路

第四章鎖相環(huán)路1第一頁，共六十三頁，2022年，8月28日主要內(nèi)容4-1引言4-2鎖相環(huán)路的線性分析4-2鎖相環(huán)路的非線性分析4-3集成鎖相環(huán)4-4鎖相環(huán)路的應用2第二頁，共六十三頁，2022年，8月28日本章參考文獻［１］鄭繼禹等編.鎖相環(huán)路原理和應用,人民郵電出版社,1984［２］羅偉雄等編.鎖相技術與應用.北京理工大學出版社3第三頁，共六十三頁，2022年，8月28日作業(yè)：教科書P189：4-8，4-94第四頁，共六十三頁，2022年，8月28日反饋控制電路

信號有三個參量：幅度、頻率、相位。利用負反饋方式分別控制這三個參量，可形成三種類型的反饋控制電路.4-1引言5第五頁，共六十三頁，2022年，8月28日●自動增益控制(AGC:AutomaticGainControl)●自動頻率控制(AFC:AutomaticFrequencyControl)●鎖相環(huán)路(PLL:PhaseLockedLoop)

6第六頁，共六十三頁，2022年，8月28日一AGC原理簡介AGC通常在接收放大中使用，以保證在接收信號強弱變化懸殊(幾百微伏～幾百毫伏變化)的條件下，保持放大器輸出電平為某一設定值。7第七頁，共六十三頁，2022年，8月28日高放混頻低放中放檢波低通直放AGC延遲BackwardAGC

后向AGC一般在接收機的高放或中放級使用，反饋控制量一般取自檢波輸出。

8第八頁，共六十三頁，2022年，8月28日NoAGCDelayedAGCSimpleAGC102030405060-35-10-20-30-25-15-509第九頁，共六十三頁，2022年，8月28日例如：SimpleAGCCircuit

低通……檢波中放前級10第十頁，共六十三頁，2022年，8月28日二

AFC原理簡介帶有AFC功能的AM超外差接收機

混頻器中放濾波放大VCOAM波至檢波限幅鑒頻VCO壓控特性鑒頻特性S曲線起始頻差穩(wěn)態(tài)頻差11第十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日頻率調(diào)節(jié)進入穩(wěn)態(tài)后，穩(wěn)態(tài)頻差不會為零！任何負反饋控制系統(tǒng)，其反饋控制量的穩(wěn)態(tài)誤差不為零。

12第十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日壓控振蕩器ui鑒相器環(huán)路濾波器uDuCuO鎖相環(huán)路的組成框圖fifoPLL基本組成原理與環(huán)路方程

13第十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日1鑒相器（PhaseDetector，PD）14第十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日15第十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日鑒相器的相位模型θi（t）+Kdsinθe（t）─θo（t）uo（t）16第十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日2環(huán)路濾波器uc(t)=F(p)uD(t)uc（t）RC無源濾波器uD（t）17第十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日uc（t）uD（t）RC無源比例積分濾波器18第十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日uD（t）uc（t）R1CR1有源比例積分濾波器19第十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日3壓控振蕩器

（VoltageControlOscillator，VCO）20第二十頁，共六十三頁，2022年，8月28日ωo（t）uc（t）ωo0ＶＣＯ控制特性21第二十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日環(huán)路輸出/輸入相位之間的關系為K0uc（t）θo（t）=K0uc（t）dtK0／Ｐuc（t）θo（t）=K0uc（t）／ＰＶＣＯ的相位模型22第二十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日環(huán)路的傳輸函數(shù)θi（t）Kdsinθe（t）θo（t）uD（t）鎖相環(huán)路相位模型F（P）K0/Pθe（t）uc（t）23第二十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日24第二十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日25第二十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日環(huán)路閉環(huán)傳輸函數(shù)：26第二十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日一階環(huán)路無環(huán)路濾波器的一階環(huán)路輸入信號頻率和VCO輸出頻率差為0時27第二十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日環(huán)路鎖定所允許的最大頻差：28第二十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日線性環(huán)路的頻率響應和暫態(tài)響應1環(huán)路的頻率響應（1）閉環(huán)頻率響應(采用有源比例積分濾波器)29第二十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日30第三十頁，共六十三頁，2022年，8月28日誤差頻率響應(采用有源比例積分濾波器)31第三十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日環(huán)路的暫態(tài)響應假設環(huán)路是線性系統(tǒng)，t<0時處于鎖定狀態(tài),t=0時環(huán)路出現(xiàn)不同的相位變化.觀察輸出相位的變化過程(采用有源比例積分濾波器)t<0,ui(t)=Uimsintuo(t)=UomcostT=0,ui(t)=Uimsin[t+i(t)]uo(t)=Uomcos[t+o(t)]e(S)=[1-H(S)]i(S)見教科書:P16732第三十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日線性環(huán)路的噪聲性能輸入相加噪聲調(diào)制噪聲分頻觸發(fā)噪聲雜波干擾鑒相器非線性失真跳周脈沖噪聲取樣脈沖泄露直流放大器輸出噪聲交流干擾VCO內(nèi)部噪聲壓控振蕩器鑒相器環(huán)路濾波器O（t）各種噪聲示意圖i（t）33第三十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日34第三十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日35第三十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日36第三十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日環(huán)路等效噪聲帶寬BL一階環(huán)路：BL=K0Kd/4有源比例積分濾波器的二階環(huán)路：BL=n（1+42）/8H（j2f）20BLf等效噪聲帶寬的幾何意義137第三十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日4-2鎖相環(huán)路的非線性分析環(huán)路鎖定、失鎖、牽引過程o=i-o（1）o比較小時環(huán)路的快捕過程t1t2t（t）io01oo38第三十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日（t）oi0t1t2t1oo環(huán)路的快捕過程39第三十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日（2）o很大時，o=i-o比較大，環(huán)路失鎖40第四十頁，共六十三頁，2022年，8月28日（t）io0tIIIIIIo環(huán)路的頻率捕捉過程ud（t）0tUo正弦波和調(diào)頻波鑒相后的輸出電壓波形（3）o不是很大時41第四十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日環(huán)路的同步和捕捉性能1同步帶H

2捕捉帶P

理想鎖相環(huán)（有源比例積分濾波器）P=實際環(huán)路（1）無源比例積分濾波器（2）有源比例積分濾波器A——運放增益42第四十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日3快捕帶P=4n4捕捉時間Tp43第四十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日一階環(huán)路的相圖分析44第四十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日oBB’A’A

e

2n（2n+1）K

e一階環(huán)路相圖A：穩(wěn)定平衡點B：不穩(wěn)定平衡點P=

L=H=K45第四十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日46第四十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日捕捉方法1掃描法輸入主鑒相器移相90o正交鑒相環(huán)路濾波VCO平滑濾波鎖定指示方框圖輸出47第四十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日輸入鑒相器移相90o正交鑒相環(huán)路濾波VCO平滑濾波輔助捕捉鎖相環(huán)掃描電壓產(chǎn)生VCO粗調(diào)電壓輸出48第四十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日輸入鑒相器脈沖形成環(huán)路濾波VCO計數(shù)器變斜率掃描環(huán)路臺階波產(chǎn)生器VCO粗調(diào)電壓輸出49第四十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日鑒頻鑒相法輸出鑒相器環(huán)路濾波VCO有鑒相的鎖相環(huán)鑒相器輸入50第五十頁，共六十三頁，2022年，8月28日鑒相器IIVCO跟隨器NVDD16PH1114PH123VCoo42PH0113PH02CC67Vss11Vss12inh5R1VssR2Vss9VCo1R104-3集成鎖相環(huán)CD4046內(nèi)部電路框圖51第五十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日4-4鎖相環(huán)路的應用混頻中放鑒相NVCO低通中頻參考電壓IOiOi-Oi-O鎖相接收機的組成問題：1（1）Bi>5B3dB;（2）環(huán)路增益不能太大；2假鎖1鎖相接收機52第五十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日2鎖相鑒頻鑒相環(huán)路濾波VCO輸出濾波輸入輸出輸出濾波鎖相鑒頻器組成53第五十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日54第五十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日55第五十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日普通鑒相器的門限效應與鎖相鑒頻器的門限效應ui(t)+n(t)n(t)ui(t)x(t)y(t)ui(t)+n(t)n(t)ui(t)x(t)y(t)信號與窄帶噪聲的合成矢量56第五十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日57第五十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日n(t)n(t)420-2ttn(t)的變化和頻率尖峰的形成58第五十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日頻率合成器參考頻率源脈沖形成取樣保持鑒相器環(huán)路濾波VCOuR(t)frus(t)Mfr取樣環(huán)的組