基于Matlab的鎖相環(huán)性能分析2

1、鎖相與頻率合成鎖相與頻率合成題目：基于matlab的鎖相環(huán)性能分析 院（系） 信息科學與工程學院 專 業(yè) 通信工程 屆 別 班 級 一 學 號 姓 名 任課老師 目 錄摘 要 1一、課題背景 1二、鎖相環(huán)仿真 1（一）鎖定性能 11一階鎖相環(huán) 1 2. 二階鎖相環(huán) 23一階鎖相環(huán)與二階鎖相環(huán)的比較 3（二）環(huán)路性能 41鑒相器的輸出 42低通濾波器的輸出 5 3壓控振蕩器的輸出 5（三）穩(wěn)定性能 5結 論 6參考文獻 7 基于matlab的鎖相環(huán)性能分析摘要鎖相環(huán)（Phase Locked Loop）的輸出信號能夠自動跟蹤輸入信號的頻率和相位變化，它具有獨特的窄帶跟蹤性能，既能跟蹤輸入信號，又

2、能對輸入噪聲進行窄帶濾波。在通信和數(shù)字系統(tǒng)中可以作為時鐘恢復電路應用；在電視和無線通信系統(tǒng)中可以用作頻率合成器來選擇不同的頻道；PLL還可應用于頻率調制信號的解調。分析了鎖相環(huán)的數(shù)學模型，詳細描述了鎖相環(huán)的整體電路以及鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器等電路模塊。并以此為出發(fā)點對鎖相環(huán)的鎖定性能、及穩(wěn)定性能、等各種性能進行了分析。在分析和設計的同時，也采用Matlab軟件對鎖相環(huán)電路進行了仿真。首先分析了一階鎖相環(huán)和二階鎖相環(huán)的鎖定性能，并進行了比較。其次分析了阻尼系數(shù)對環(huán)路穩(wěn)定性能的影響。關鍵詞 鎖相環(huán)路 matlab 性能比較 仿真 1、 課題背景 鎖相環(huán)路是一門實現(xiàn)相位自動控制的技術它在無線

3、電領域中廣泛應用是基于它的兩個突出特點；一是窄帶濾波特性，二是寬帶跟蹤特性這在遠距離接收極其微弱信號時顯示了極大的優(yōu)越性，尤其是窄帶慮波對淹沒在噪聲中的有用信號的提純具有更大的應用價值隨著集成電路技術的發(fā)展鎖相環(huán)路再不限于航天技術中的應用而是逐漸變成了一種成本低、使用簡便的多功能器件，至今對民品技術領域的開發(fā)已漸露頭角在現(xiàn)代集成電路中，鎖相環(huán)是一種廣泛應用于模擬、數(shù)字及數(shù)?；旌想娐废到y(tǒng)中的非常重要的電路模塊。在通信和數(shù)字系統(tǒng)中可以作為時鐘恢復電路應用；在電視和無線通信系統(tǒng)中可以用作頻率合成器來選擇不同的頻道；PLL還可應用于頻率調制信號的解調?？傊?，PLL已經(jīng)成為許多電子系統(tǒng)的核心部分。因此，

4、研究鎖相環(huán)具有重要意義。2、 鎖相環(huán)仿真（一）鎖定性能 1.一階鎖相環(huán) 一階鎖相環(huán)來說，F(xiàn)（s）=1，即沒有低通濾波器。當輸入相位發(fā)生階躍變化時，如圖1所示。，建立時間t1=1.58。，建立時間t2=0.4當增益增大時，建立時間較短。圖1一階鎖相環(huán)的傳輸函數(shù)的時域響應當輸入相位發(fā)生階躍變化時，如圖2所示。，建立時間t3=1.59。，建立時間t4=0.37。當增益增大時，建立時間較短。圖2一階鎖相環(huán)誤差傳輸函數(shù)的時域響應2.二階鎖相環(huán)對于二階鎖相環(huán)來說，它的環(huán)路濾波器是一階低通濾波器。當輸入相位發(fā)生階躍變化時，如圖3所示。，出現(xiàn)波峰時間t5=0.49，波峰值為1.208，建立時間t6=2.24。

5、，出現(xiàn)波峰時間，波峰值為1.083，建立時間。 圖3二階鎖相環(huán)傳輸函數(shù)的時域響應當輸入相位發(fā)生階躍變化時，如圖4所示。當增益增大時，建立時間較短，振蕩較小。，出現(xiàn)波谷時間t9=0.5，波谷值為-0.2，建立時間t10=2.23。，出現(xiàn)波谷時間t11=0.2，波谷值為-0.2，建立時間t12=2.07。圖4二階鎖相環(huán)誤差傳輸函數(shù)的時域響應3.一階鎖相環(huán)與二階鎖相環(huán)的比較圖5鎖相環(huán)傳輸函數(shù)圖6誤差傳輸函數(shù)從圖5，圖6可知，一階鎖相環(huán)穩(wěn)定下來的時間較短，振蕩較小。但是在實際應用中很少用到，因為它沒有環(huán)路濾波器，環(huán)路高頻成分不能被濾除，還有一點是它的穩(wěn)態(tài)相位誤差和環(huán)路帶寬總是耦合在一起。（二）環(huán)路性能

6、1.鑒相器的輸出當輸入信號的相位發(fā)生階躍變化時，鑒相器的輸出響應曲線如圖9所示。相位誤差響應如圖10所示。 圖9鑒相器輸出響應 圖10相位誤差響應當輸入信號的相位發(fā)生階躍時，即存在相位誤差時，從圖9可知，隨著時間的增大，先增大后減小最后趨于0，也就是鎖相環(huán)鎖定。其中達到峰值的時間為0.1，趨于穩(wěn)定的時間為1.91。圖10為相位誤差響應，變化與一致，為鑒相器的輸入。由公式可知，當出現(xiàn)相位差時，引起變化。2.低通濾波器的輸出從圖11可知，低通濾波器的輸出增加，即為壓控振蕩器的輸入。幅值隨著時間先增大后減小，并趨于穩(wěn)定。穩(wěn)定時間為1.89。3.壓控振蕩器的輸出從圖12可看出當輸入信號發(fā)生階躍變化時，

7、環(huán)路濾波器的輸出逐漸升高，從而導致壓控振蕩器的頻率發(fā)生變化來減少環(huán)路濾波器的相位誤差。壓控振蕩器起的是積分器得作用，并且斜率為1。圖11 低通濾波器輸出 圖12 壓控振蕩器輸出響應（3） 穩(wěn)定性能實際工作時，鎖相環(huán)路受到各種各樣的干擾，使環(huán)路呈現(xiàn)不穩(wěn)定，脫離原來的平衡。固有振蕩頻率保持不變，不同阻尼系數(shù)的響應曲線如圖13，14，15所示。 圖13 和的時域響應曲線圖14 和的時域響應曲線圖15 和的時域響應曲線通過響應曲線的比較，當時，響應的曲線表現(xiàn)出劇烈的減幅振蕩，并且穩(wěn)定下來的時間也較長。當時，振蕩變小，穩(wěn)定的時間也變小。當時，振蕩變小，但是穩(wěn)定的時間變長，環(huán)路的響應速度降低。綜上所述，是

8、鎖相環(huán)的常取值。結 論通過使用Matlab進行了仿真，結果分析了一階鎖相環(huán)與二階鎖相環(huán)的差異，阻尼系數(shù)對穩(wěn)定性能的影響。目前鎖相環(huán)技術在通信中早已成熟，隨著科技的發(fā)展，目前的鎖相環(huán)都是基于半導體工藝的集成電路。對于未來而言，用鎖相環(huán)的集成化設計減小相應噪聲、提高鎖相環(huán)的頻率預測精度、硬件系統(tǒng)的運算速率以及降低干擾也是其研究的一個重要方向。運用Matlab進行了仿真，總結以下：1. 在對基本原理和電路結構確定的基礎上，將鎖相環(huán)的整體電路進行層次化分解，即鑒相器、低通濾波器、壓控振蕩器，并對各個模塊的工作原理和性能進行了比較詳細的分析。2. 用Matlab軟件對設計的鎖相環(huán)電路進行了模擬仿真，分析了鎖相環(huán)的鎖定性能，環(huán)路性能，穩(wěn)定性能。參考文獻鄭繼