鎖相技術(shù)名詞解釋簡答題和計(jì)算公式

1、1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.第一1.名詞解釋和簡答題整理第一章鎖相環(huán)路的基本工作原理:鎖相環(huán)(PLL)-鎖相環(huán)是一個能夠跟蹤輸入信號相位的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。捕獲帶：環(huán)路能通過捕獲過程而進(jìn)入同步狀態(tài)所允許的最大固有頻差A(yù)®o | max。同步帶：鎖相環(huán)路能夠保持鎖定狀態(tài)所允許的最大固有頻差lA®o | max。快捕帶：保證環(huán)路只有相位捕獲一個過程的最大固有頻差值|厶3o | max。輸入信號頻率與環(huán)路自由振蕩頻率之差，稱為環(huán)路的固有頻率 環(huán)路固有角頻差：輸入信號角頻率® i與環(huán)路自由振蕩角頻率 ®o之差。瞬時角頻差：輸入信號

2、頻率® i與受控壓控振蕩器的頻率v之差?？刂平穷l差：受控壓控振蕩器的頻率v與自由振蕩頻率® o之差。三者之間的關(guān)系：瞬時頻差=固有頻差-控制頻差。鑒相器是一個相位比較裝置，用來檢測輸入信號相位B1(t)與反饋信號相位B 2(t)之間的相位差B e(t)。輸出的誤差信號 Ud(t)是相差B e(t)的函數(shù)。鎖相環(huán)路由鑒相器、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器三個主要部件構(gòu)成；其獨(dú)特的性能有載波 跟蹤特性、調(diào)制跟蹤特性和低門限特性。環(huán)路濾波器-即低通濾波器，濾除鑒相器輸出電壓中的高頻分量，起平滑濾波的作用， 提高環(huán)路的穩(wěn)定性。壓控振蕩器-壓控振蕩器是一個電壓-頻率變換裝置，它的振蕩頻率應(yīng)隨

3、輸入控制電壓 Uc(t)線性地變化。環(huán)路的動態(tài)方程：p B e(t)= p B 1 (t)-K oUdF ( p) sin B 1(t)相平面：將瞬時頻差與瞬時相差的關(guān)系在平面直角坐標(biāo)系中所做的圖。相點(diǎn)：是相平面 上相軌跡上的一個點(diǎn)，表示環(huán)路在某一時刻的狀態(tài)。如果鎖相環(huán)路的起始狀態(tài)處于不穩(wěn)定平衡點(diǎn)時，環(huán)路自身沒有能力擺脫這種狀態(tài)，只有 依靠外力(噪聲或人為擾動)才能使環(huán)路偏離這個狀態(tài)而進(jìn)行捕獲；所以一旦遇到這種 情況就可能出現(xiàn)在不穩(wěn)定平衡狀態(tài)的滯留，致使捕獲過程延長。這種現(xiàn)象稱為鎖相環(huán)路 的延滯現(xiàn)象。環(huán)路固有頻差A(yù)® o大于環(huán)路增益 K,鎖相環(huán)路處于失鎖差拍狀態(tài)，被控振蕩器未被輸 入

4、信號鎖定；但是由于鎖相環(huán)路的控制作用，使鎖相環(huán)路的平均頻率向輸入信號頻率方 向牽引。這種現(xiàn)象稱為鎖相環(huán)路的頻率牽引現(xiàn)象【章環(huán)路跟蹤性能：對于輸入相位階躍而言， 因?yàn)殒i相環(huán)路在暫態(tài)過程中誤差電壓Ud(t)工0,壓控振蕩器的相位已得到調(diào)整，最終并不再要求壓控振蕩器的頻率得到調(diào)整，可以允許控制電壓等于 零。所以穩(wěn)態(tài)時，鑒相器輸出的誤差電壓Ud ( t ) =0,環(huán)路的跟蹤狀態(tài)是可以維持的。2. 采用理想積分濾波器的二階環(huán)路，在輸入頻率階躍的情況下，穩(wěn)態(tài)時，鑒相器輸出的誤差電壓ud（t）=0，環(huán)路的跟蹤狀態(tài)是如何維持的？在輸入頻率階躍的情況下，達(dá)到穩(wěn) 態(tài)時要求壓控振蕩器的頻率調(diào)整到與輸入頻率相等，所以

5、控制電壓是不可少的。在跟蹤 的暫態(tài)過程中，誤差電壓ud（ t）并不等于零，它將對濾波器充電，因而獲得控制電壓Uc（ t ）。達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，誤差電壓Ud（ t ）消失，不再繼續(xù)對環(huán)路濾波器充電，但是對于一個理想積分環(huán)節(jié)來說，前面充電得到控制電壓Uc（ t ）將會永遠(yuǎn)保持下去，不會消失。所以由于暫態(tài)過程中對環(huán)路濾波器充電積累起來的控制電壓維持了環(huán)路的穩(wěn)態(tài)跟蹤。3. 若一個鎖相環(huán)路的截止頻率Q =1000rad/s。輸入信號為 U （t） =Usin1000000t+2sin（100t+齊）。環(huán)路這時是處于調(diào)制跟蹤狀態(tài)還是載波跟蹤狀態(tài)？為什么？環(huán)路這時處于調(diào)制跟蹤狀態(tài)；因?yàn)檫@里的鎖相環(huán)路的截止頻率Q

6、c=1000rad/s即環(huán)路的自然頻率 w n；輸入信號的相位調(diào)制頻率Q =100rad/s小于環(huán)路的截止頻率，即處于閉環(huán)低通特性的通帶之內(nèi)，這時環(huán)路可以良好的傳遞相位調(diào)制，壓控振蕩器的輸出相位B2（t）就可以良好地跟蹤輸入相位B i（t）的變化。即環(huán)路處于調(diào)制跟蹤狀態(tài)。4. 調(diào)制跟蹤：（當(dāng)Q小于w n,即處于閉環(huán)低通特性的通帶之內(nèi)時），環(huán)路輸出相位B 2（t）將跟蹤B 1（t）的瞬時變化,壓控振蕩器的輸出電壓 Uo（t）也就成為一個正弦調(diào)相信號，這種跟蹤狀態(tài)稱為調(diào)制跟蹤?？勺髡{(diào)頻信號的解調(diào)器。5. 載波跟蹤：（當(dāng)Q大于w n,即輸入信號的調(diào)制頻率處于閉環(huán)低通特性的通帶之外時）環(huán) 路輸出相位不

7、能跟蹤輸入的相位調(diào)制，而是跟蹤了輸入信號載頻的漂移，這種跟蹤稱為 載波跟蹤。6. 載波跟蹤環(huán)可用于提取輸入已調(diào)信號的載波，也可提取淹沒在噪聲中的載波信號。7. 根據(jù)奈奎斯特準(zhǔn)則，可以用鎖相環(huán)路開環(huán)頻率響應(yīng)的伯德圖來直接判定鎖相環(huán)路閉環(huán)時 的穩(wěn)定性。8. 開環(huán)增益達(dá)到 0dB時的頻率稱為增益臨界頻率，用QT表示；開環(huán)相移達(dá)到n的頻率稱為相位臨界頻率，用符號Qk表示。9. 相位余量是指開環(huán)增益降至OdB時，開環(huán)相移量與n的差值。增益余量是指開環(huán)相移達(dá)到n時，開環(huán)增益低于OdB的dB數(shù)。第三章環(huán)路噪聲性能：1. 環(huán)路輸入信噪比（S/ N）i :指的是輸入信號載波功率 /2與通過環(huán)路前置帶寬 B的噪聲

8、 功率NdB之比。2. 環(huán)路信噪比（S/ N）l：是指輸入信號載波功率"/2與可通過環(huán)路單邊噪聲帶寬Bl的噪聲功率NoBl之比。反映了對噪聲的抑制能力。3. 在低（S/ N）l時，出現(xiàn)的另一個現(xiàn)象是環(huán)路相差可能跳越一個二或幾個匚周期才能重新穩(wěn)定下來，這種現(xiàn)象叫做跳周。第四章環(huán)路的捕獲性能：1. 如果環(huán)路依靠自己的控制能力達(dá)到捕獲鎖定，稱這種捕獲過程為自捕獲。2. 若環(huán)路借助于輔助電路才能實(shí)現(xiàn)捕獲鎖定，則稱這種捕獲過程為輔助捕獲。3. 相軌跡：是相平面上相點(diǎn)的移動形成的一條軌跡，它反映了環(huán)路狀態(tài)的變化過程。相軌跡方程：瞬時頻差與瞬時相差的關(guān)系式。4. 輔助頻率捕獲的基本出發(fā)點(diǎn):（1）減

9、小作用到環(huán)路上的起始頻差，使之盡快的落入快捕帶內(nèi)，達(dá)到快捕鎖定。屬于這方面的有人工電調(diào)、輔助掃描、輔助鑒頻和鑒頻鑒相；（2）使用兩種不同的環(huán)路帶寬或增益，捕獲時使環(huán)路具有較大的帶寬和增益，鎖定以后使環(huán)路帶寬或增益減小。就是所謂的變帶寬和變增益法。5. 變帶寬法的基本原理是在捕獲過程中使環(huán)路具有較大的帶寬，以擴(kuò)大捕獲帶；在鎖定后,則使環(huán)路的帶寬變窄，以保證跟蹤和濾波性能；加大環(huán)路的帶寬還必須保證環(huán)路工作于門限之上；通過改變環(huán)路濾波器的帶寬可以實(shí)現(xiàn)變帶寬。6. 變增益法的基本工作原理是在捕獲過程中提高環(huán)路的增益，以擴(kuò)大捕獲帶；捕獲過程中通過輔助鑒相器使直流放大器的增益變大，是捕獲帶變寬；在鎖定后，

10、環(huán)路的增益降低。第五章集成鎖相環(huán)路：1. 模擬乘法器可以完成兩輸入信號的相乘作用，用作鑒相器的主要特點(diǎn)是輸出電壓的平均值與兩輸入信號的幅度成正比，輸出頻率為輸入差拍；模擬乘法器鑒相器具有正弦鑒相 特性；四象限模擬乘法器特點(diǎn)是工作頻帶較寬，線性好、精度好，可輸入正弦信號等。2. T4044數(shù)字式鑒頻鑒相器電路主要由數(shù)字比相器（9個與非門）、電荷泵（ViV7）和一個作為LF用的放大器（達(dá)林頓電路）三部分組成。3. 射極耦合多諧振蕩器型壓控振蕩器的工作原理：交叉耦合的晶體管 V、V2組成正反饋級，在Vi、V2相互翻轉(zhuǎn)時，并分別接受有電壓Uc控制的恒流源丨01、I 02（通常選擇I 01=1 02=|

11、 0）的交替充放電。 得到的輸出方波頻率 f必然與G、l。及二極管正相壓降有關(guān)，又因I 01=1 02 同時受控于Uc，則f也與uc有關(guān)。KoIo4CtUdgm4CtUdgm%4CtUdK°u。4. 在負(fù)阻型壓控振蕩器中，端電壓的上升引起端電流的下降，此時端口點(diǎn)電阻為負(fù)值。這 種現(xiàn)象稱為負(fù)阻效應(yīng)。5. CMOSE控振蕩器的工作原理：CMOSf關(guān)（P、N）、（ R、N2）在門電路輸出的控制下分別導(dǎo)通與截止；對Ct充放電，充電或放電過程中隨著 CT兩端的電壓的變化觸發(fā) R-S觸發(fā) 器的翻轉(zhuǎn)；故輸出頻率 f必然與Ct、I 0有關(guān)，又因I 0受電壓Uc的控制，貝U f與Uc有關(guān)。 這就是壓控

12、振蕩器的工作原理。第六章鎖相環(huán)路的應(yīng)用：1. 鎖相環(huán)路的三個獨(dú)特的優(yōu)良性能分別為：載波跟蹤特性、調(diào)制跟蹤特性和低門限特性。 典型應(yīng)用載波跟蹤特性的應(yīng)用：作為一個窄帶濾波器，可提取淹沒在噪聲中的信號； 調(diào)制跟蹤特性：可制成高性能的調(diào)制器和解調(diào)器；低門限特性：用于解調(diào)調(diào)頻、調(diào)相信 號時，可取得門限擴(kuò)展的效果，用于解調(diào)數(shù)字調(diào)制信號時，可是誤碼率降低。2. 鎖相環(huán)路的載波跟蹤特性：無論輸入鎖相環(huán)路的信號是已調(diào)制的還是為調(diào)制的，只要信 號中包含有載波頻率成分，就可將環(huán)路設(shè)計(jì)成一個窄帶跟蹤濾波器，跟蹤輸入信號載波 成分的頻率與相位的變化，環(huán)路的輸出信號就是（放大的）需要提取得載波信號。這就 是鎖相環(huán)路的載

13、波跟蹤特性。載波跟蹤特性的三重含意：一是窄帶：鎖相環(huán)路利用環(huán)路濾波器的低通特性來實(shí)現(xiàn)輸入信號載頻上的窄帶帶通特性，有效地濾除輸入信號伴隨的噪聲與干擾；二是跟蹤：環(huán)路能夠在保持窄帶特性的情況下跟蹤輸入載波頻率的漂移； 三是放大：可將弱輸入載波信號放大為強(qiáng)信號輸出。3. 調(diào)制跟蹤特性（解調(diào)器）：只要讓環(huán)路有適當(dāng)寬度的低頻通帶，壓控振蕩器輸出信號的 頻率與相位就能跟蹤輸入調(diào)頻或調(diào)相信號的變化，即得到輸入角調(diào)制信號的復(fù)制品，這 就是調(diào)制跟蹤特性。4. 低門限特性：一般環(huán)路的通頻帶總比環(huán)路輸入端的前置通頻帶窄得多，因而環(huán)路信噪比明顯高于輸入信噪比，環(huán)路能在低輸入信噪比的條件下工作，即具有低門限的優(yōu)良特性

14、。5. 跟蹤濾波器：是一個帶通濾波器，其中心頻率能夠自動跟蹤輸入信號載波頻率的變化。 當(dāng)輸入信號暫時消失時，環(huán)路濾波器輸出的控制電壓不會立即消失，壓控振蕩器能在一 個短時間內(nèi)維持振蕩頻率不變，因而鎖相環(huán)還能跟蹤衰弱信號。6. 為什么鎖相環(huán)路對輸入信號來說具有帶通濾波的特性？鎖相環(huán)路能夠跟蹤輸入信號載 波成分頻率和相位的變化，可以有效地濾去輸入信號伴隨的噪聲與干擾，環(huán)路輸出信號 就是需要提取得載波信號；鎖相環(huán)路對輸入高頻信號的帶通特性是由環(huán)路傳遞函數(shù)的低 通特性決定的（鎖相環(huán)路主要是利用環(huán)路濾波器的低通特性來實(shí)現(xiàn)輸入信號載頻上的窄 帶帶通特性的）；在高載頻上，用鎖相環(huán)路可以將通帶做到幾赫茲的帶寬

15、。鎖相環(huán)路的 調(diào)制跟蹤特性同樣說明了環(huán)路對輸入信號的帶通特性。7. 二元數(shù)據(jù)信號的移頻鍵控信號FSK以及移相鍵控信號 PSK> （會畫波形）8. 頻率合成器是將一個高精確度和高穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)參考頻率，經(jīng)過混頻、倍頻與分頻等對 它進(jìn)行加、減、乘、除的四則運(yùn)算，最終產(chǎn)生大量的具有同樣精確度和穩(wěn)定度的頻率源。9. 頻率合成的方法有直接頻率合成、間接合成和直接數(shù)字頻率合成。直接頻率合成：利用 混頻器、倍頻器、分頻器盒帶通濾波器來完成對頻率的四則運(yùn)算的合成方法，是最早的 頻率合成方法。間接頻率合成：應(yīng)用鎖相環(huán)路的頻率合成方法，是目前應(yīng)用最廣泛的一種頻率合成方法。直接數(shù)字頻率合成：是利用數(shù)字計(jì)算機(jī)和數(shù)

16、模變換器來產(chǎn)生信號,完成直接數(shù)字頻率合成的方法是用計(jì)算機(jī)求解一個數(shù)學(xué)遞推關(guān)系式，或者采用查表的方法得出對應(yīng)相位的信號幅值，送到D/A產(chǎn)生所需要的信號。是最新的頻率合成方法。10. 雙模分頻器的工作原理：雙模分頻器有兩個分頻模數(shù)，控制電平為高、低電平時其分頻 摸數(shù)分別為V+1和V;其輸出同時送給兩個可編程分頻器N和Nb ( N> NO,并同時進(jìn)行減法計(jì)數(shù)；在一個完整的周期中，輸入的周期數(shù)為D= (V+1) N2+V ( N-N2) =VN+N2.。雙模分頻合成器在保持分辨率的條件下提高了頻率合成器的工作頻率，頻率轉(zhuǎn)換時間也未受到影響。11小數(shù)分頻實(shí)現(xiàn)的基本原理 ：N.F=m.n=m*(10

17、-n)+(m+1)*n/10。(在10次分頻中)12. 在相干解調(diào)中，要求在接收端提供一個參考載波，它應(yīng)與信號載波相同步，稱相干載波。載波同步是在接收端提取相干載波的過程。13. 從接收信號提取相干載波的過程(或稱載波同步)有兩種基本方法：一是在發(fā)送信號的 同時，輔助傳送一個較弱的載波信號，稱為插入導(dǎo)頻法。另一種是直接從已調(diào)信號中提 取相干載波。需要設(shè)計(jì)特殊的鎖相環(huán)路，即所謂抑制載波跟蹤環(huán)，才能完成載波同步的 功能。14. 位同步，或稱為碼元同步，是要在接收端確定每一個碼元的起始時刻。15. 相移器是使相位超前或滯后的裝置，用PLL很容易做成非常精確的90°相移器。第七章數(shù)字鎖相環(huán)：

18、1. 全數(shù)字鎖相環(huán)主要由數(shù)字鑒相器、數(shù)字環(huán)路濾波器、數(shù)字壓控振蕩器(DCO三部分組成。與模擬環(huán)路相比：在全數(shù)字鎖相環(huán)中，誤差控制信號是離散的數(shù)字信號而不是模擬電壓，因而受控的輸出相位的改變是離散的而不是連續(xù)的；且環(huán)路的組成部件也全用數(shù) 字電路實(shí)現(xiàn)。2. 按數(shù)字鑒相器的實(shí)現(xiàn)方式可分為(1)觸發(fā)器型數(shù)字鎖相環(huán)(FF-DPLL) ; (2)奈奎施特型數(shù)字鎖相環(huán)(NR-DPLL； ( 3)過零檢測式數(shù)字鎖相環(huán)(ZC-DPLL) ; (4)超前滯后型數(shù) 字鎖相環(huán)(LL-DPLL)。3. 數(shù)字環(huán)路濾波器由 A/D、數(shù)字計(jì)算器和 D/A三部分組成。原理是 A/D將輸入的樣值變換 為二進(jìn)制數(shù)字代碼序列；數(shù)字計(jì)算器按照要求的濾波性能對輸入數(shù)字代碼進(jìn)行數(shù)字計(jì)算與處理；D/A再將運(yùn)算處理后的代碼變換為樣值輸出。數(shù)爭D/A輸出公式：(1)RC積分濾波器的二階環(huán)無源比例積分濾波器的二階 環(huán)理想二階環(huán)無阻尼振”1蕩頻率3 n匹 1阻尼系數(shù)12來E1 ,1 11lK1、-J)J 一2 'K 12 1(K2 1(2)閉環(huán)傳遞函數(shù)KF(s) = Ho(s)s KF (s) 1 Ho(s)開環(huán)傳遞函數(shù)