鎖相環(huán)和頻率和成課件

1、第6章 鎖相環(huán)路,鎖相環(huán)路的基本工作原理 基本組成 工作原理 鎖相環(huán)路的性能分析 鎖相環(huán)路的相位模型與環(huán)路方程 捕捉過程與跟蹤過程 鎖相環(huán)路的基本特性 集成鎖相環(huán)路及其應(yīng)用 集成鎖相環(huán) 鎖相環(huán)應(yīng)用 頻率合成,內(nèi) 容 提 要,1,學(xué)習(xí)交流PPT,6.1 鎖相環(huán)基本工作原理,組成框圖,ui(t)和VCO的uo(t) 在PD中進(jìn)行比較，PD輸出的誤差電壓ud(t)是二者相位差的函數(shù)。如果兩者頻率相同，相位差恒定，則經(jīng)LF后無輸出；如果兩者頻率不同，則經(jīng)LF后得到控制電壓去控制VCO的振蕩頻率，直至環(huán)路進(jìn)入“鎖定”狀態(tài)。,工作原理,2,學(xué)習(xí)交流PPT,6.2 鎖相環(huán)的性能分析,鑒相器的電路模型 環(huán)路濾

2、波器的電路模型 壓控振蕩器的電路模型 鎖相環(huán)的相位模型及環(huán)路方程 捕捉過程 跟蹤過程 鎖相環(huán)的基本特性,本節(jié)內(nèi)容：,3,學(xué)習(xí)交流PPT,鑒相器的電路模型,1.鑒相器的輸出電壓是ui(t)和uo(t)相位差的函數(shù) 。 2.典型的乘積型鑒相器中，鑒相器的低頻分量輸出為：,鑒相器框圖,鑒相器電路模型,分析,3. 乘積型鑒相器具有正弦規(guī)律的鑒相特性。,4,學(xué)習(xí)交流PPT,環(huán)路濾波器的電路模型,微分方程 ：,常見環(huán)路濾波器的形式,環(huán)路濾波器電路模型,其中，AF(p)為傳遞函數(shù)。,5,學(xué)習(xí)交流PPT,壓控振蕩器的電路模型,壓控振蕩器的特性可用調(diào)頻特性來表示,壓控振蕩器的電路模型,P=d/dt為微分算子,在

3、一定范圍內(nèi)o與 uc(t) 幾乎成線性關(guān)系 有：,A0為VCO的壓控靈敏度。,6,學(xué)習(xí)交流PPT,鎖相環(huán)的相位模型及環(huán)路方程,鎖相環(huán)的相位模型,瞬時頻差,控制頻差,固有頻差,環(huán)路方程,7,學(xué)習(xí)交流PPT,捕捉過程環(huán)路由失鎖進(jìn)入鎖定的過程,i 較小ud(t) 能順利通過LF得到uC(t) 控制VCO環(huán)路鎖定,捕捉帶(p ) 環(huán)路由失鎖進(jìn)入鎖定所允許信號頻率偏離r的最大值。 捕捉時間(P )環(huán)路由失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)所需的時間,i較大 ud(t) 通過LF有較大衰減 uC(t) 較小經(jīng)頻率牽引過程時間長環(huán)路鎖定,i很大 ud(t) 不能通過LF產(chǎn)生uC(t) VCO不受控環(huán)路失鎖,8,學(xué)習(xí)交流PP

4、T,跟蹤過程環(huán)路維持鎖定的過程,能夠維持環(huán)路鎖定所允許的最大固有頻差|i| ，稱為鎖相環(huán)路的跟蹤帶或同步帶。,跟蹤過程（同步過程）,跟蹤帶（同步帶）,跟蹤帶（同步帶）和環(huán)路濾波器的帶寬及壓控振蕩器的頻率控制范圍有關(guān)。,如果輸入信號頻率i 或VCO振蕩頻率o 發(fā)生變化，則VCO振蕩頻率o跟蹤i 而變化，維持o =i 的鎖定狀態(tài)，稱為跟蹤過程或同步過程。,9,學(xué)習(xí)交流PPT,鎖相環(huán)的基本特性,環(huán)路鎖定后，輸出信號與輸入信號頻率相等，沒有剩余頻差（有微小固定相差）,良好的窄帶特性,鎖定后沒有頻差,自動跟蹤特性,環(huán)路相當(dāng)于一個高頻窄帶濾波器，只讓輸入信號頻率附近的頻率成份通過,環(huán)路在鎖定時，輸出信號頻

5、率和相位能在一定范圍內(nèi)跟蹤輸入信號頻率和相位的變化,10,學(xué)習(xí)交流PPT,6.3 集成鎖相環(huán)路及其應(yīng)用,本 節(jié) 內(nèi) 容,集成鎖相環(huán)路簡介,鎖相環(huán)的應(yīng)用,頻率合成,鎖相倍頻、分頻與混頻 鎖相調(diào)頻與鑒頻 調(diào)幅波的同頻檢波 彩色電視機(jī)色副載波的提取 鎖相接收機(jī),主要技術(shù)指標(biāo) 鎖相頻率合成器,11,學(xué)習(xí)交流PPT,集成鎖相環(huán)簡介,集成鎖相環(huán)按其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)可分為 模擬鎖相環(huán)和數(shù)字鎖相環(huán) 集成鎖相環(huán)按其用途可分為 通用型和專用型 集成鎖相環(huán)按其工作頻率可分為 低頻（1MHz以下）、高頻（130MHz）和超高頻（30MHz以上） 幾種通用的集成鎖相環(huán) L565（低頻）、L562（高頻）和L564（超高頻）

6、,12,學(xué)習(xí)交流PPT,應(yīng)用之一：鎖相倍頻、分頻與混頻,倍頻電路框圖,當(dāng)反饋環(huán)路是分頻器時倍頻電路 當(dāng)反饋環(huán)路是倍頻器時分頻電路 當(dāng)反饋環(huán)路是混頻器和中頻放大器時混頻電路,13,學(xué)習(xí)交流PPT,應(yīng)用之二：鎖相調(diào)頻和鑒頻,鎖相環(huán)調(diào)頻,鎖相環(huán)使VCO的中心 頻率穩(wěn)定在晶振頻率 上，同時調(diào)制信號也 加至VCO上，從而實(shí) 現(xiàn)調(diào)頻,當(dāng)輸入調(diào)頻波的頻率發(fā)生 變化時，經(jīng)PD和LF后將得 到一個與輸入信號的頻率 變化相同的控制電壓，即 實(shí)現(xiàn)鑒頻,鎖相環(huán)鑒頻,14,學(xué)習(xí)交流PPT,應(yīng)用之三：調(diào)幅波的同步檢波,原理框圖,工作原理,在對DSB及SSB調(diào)幅信號解調(diào)的同步檢波器中，必須有一與載波信號同頻同相 的同步參考

7、信號。圖中用載波跟蹤鎖相環(huán)路，在VCO輸出端經(jīng)900移相后而得到該信號 。,15,學(xué)習(xí)交流PPT,應(yīng)用之四：彩色電視色副載波的提取,原理框圖,工作原理,在彩色電視中，為了重現(xiàn)彩色，接收端必須要有與發(fā)送端完全相同的色副載波。而其中的色同步信號是其產(chǎn)生的基準(zhǔn)。圖中利用鎖相環(huán)使VCO產(chǎn)生的色副載波，根據(jù)鎖相環(huán)的工作特點(diǎn)，該信號的頻率和相位受輸入端色同步信號的控制。,16,學(xué)習(xí)交流PPT,應(yīng)用之五：鎖相接收機(jī),原理框圖,工作原理,通過鎖相環(huán)VCO產(chǎn)生本振頻率，實(shí)現(xiàn)對輸入信號頻率的跟蹤，保證輸出中頻信號頻率相對穩(wěn)定。,17,學(xué)習(xí)交流PPT,頻率合成器的主要技術(shù)指標(biāo),頻率范圍 頻率合成器的工作頻率范圍 頻

8、率間隔 相鄰頻率之間的最小間隔，又稱分辨力 頻率轉(zhuǎn)換時間 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 頻率穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度 穩(wěn)定度在一定時間內(nèi)頻率偏差標(biāo)稱頻率的程度 準(zhǔn)確度實(shí)際工作頻率與標(biāo)稱頻率之間的偏差 頻譜純度輸出信號接的正弦波的程度,18,學(xué)習(xí)交流PPT,單環(huán)式鎖相頻率合成器,由晶體振蕩器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率源fs，經(jīng)參考分頻器R分頻后，得到 參考頻率fr = fs /R 送到鑒相器的一輸入端，VCO輸出頻率fo經(jīng)N分 頻后送到鑒相器的二輸入端 。環(huán)路鎖定時有fr=fo /N，因此VCO 輸出信號頻率為fo = N fS /R= N fr 。即輸出信號頻率fo為輸入?yún)⒖?信號頻

9、率fr的N倍，改變N(分頻系數(shù))就可得到不同頻率的輸出。,19,學(xué)習(xí)交流PPT,頻率合成器實(shí)例,由CD4046組成的頻率合成器：,20,學(xué)習(xí)交流PPT,單環(huán)式頻率合成器存在的問題,減小輸出頻率間隔和減小頻率轉(zhuǎn)換時間是矛盾的 。要減小輸出頻率間隔，就必須減小輸入?yún)⒖碱l率fr。因環(huán)路濾波器的帶寬必須小于參考頻率，因而環(huán)路濾波器的帶寬也要壓縮。環(huán)路的捕捉時間或跟蹤時間就要加長，即頻率合成器的頻率轉(zhuǎn)換時間加大。 鎖相環(huán)路內(nèi)接入分頻器后，其環(huán)路增益將下降為原來的1/N。當(dāng)要求頻率間隔很小時，其分頻比N的變化范圍將很大，導(dǎo)致環(huán)路增益也大幅度的變化，從而影響到環(huán)路的動態(tài)工作性能。 可編程分頻器的分頻比的數(shù)目

10、決定了合成器輸出信道的數(shù)目，而程序分頻的輸入頻率就是合成器的輸出頻率。由于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。,21,學(xué)習(xí)交流PPT,多環(huán)式鎖相頻率合成器,上圖為三環(huán)頻率合成器組成框圖。它由三個鎖相環(huán)路 組成。環(huán)路A和B為單環(huán)頻率合成器，環(huán)C為混頻環(huán)。,22,學(xué)習(xí)交流PPT,吞脈沖程序分頻器,工作原理：設(shè)計(jì)數(shù)開始時模式控制輸出1，雙模前置分頻器和兩計(jì)數(shù)器在輸入脈沖作用下同時計(jì)數(shù)，當(dāng)輔助計(jì)數(shù)器計(jì)滿A個脈沖后模式控制電路輸出低電平0，輔助計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，同時使雙模前置分頻器分頻比變?yōu)镻,然后繼續(xù)工作， 主計(jì)數(shù)器也繼續(xù) 計(jì)數(shù)滿N個脈沖 后，使模式控制 電路重新恢復(fù)高 電平、雙模前置 分頻器恢復(fù)(P+1) 分頻比，各部件 進(jìn)入第二個計(jì)數(shù) 周期。,23,學(xué)習(xí)交流PPT,吞脈沖頻率合成器,上圖是用吞脈沖程序分頻器構(gòu)成的吞脈沖頻率合成器，其輸出信號頻率為：f0=(PN+A)fr 可見： fo提高了P倍，而頻率間隔仍保持為fr 。,24,學(xué)習(xí)交流PPT,用MC145146構(gòu)成的吞脈沖頻率合成器,25,學(xué)習(xí)交流PPT,本章小結(jié),鎖相環(huán)路是利用相位的調(diào)節(jié)，以消除頻率誤差的自動控制系統(tǒng)，它由鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控