第四章鎖相環(huán)路

第四章鎖相環(huán)路1第1頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三主要內(nèi)容4-1引言4-2鎖相環(huán)路的線(xiàn)性分析4-2鎖相環(huán)路的非線(xiàn)性分析4-3集成鎖相環(huán)4-4鎖相環(huán)路的應(yīng)用2第2頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三本章參考文獻(xiàn)［１］鄭繼禹等編.鎖相環(huán)路原理和應(yīng)用,人民郵電出版社,1984［２］羅偉雄等編.鎖相技術(shù)與應(yīng)用.北京理工大學(xué)出版社3第3頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三作業(yè)：教科書(shū)P189：4-8，4-94第4頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三反饋控制電路

信號(hào)有三個(gè)參量：幅度、頻率、相位。利用負(fù)反饋方式分別控制這三個(gè)參量，可形成三種類(lèi)型的反饋控制電路.4-1引言5第5頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三●自動(dòng)增益控制(AGC:AutomaticGainControl)●自動(dòng)頻率控制(AFC:AutomaticFrequencyControl)●鎖相環(huán)路(PLL:PhaseLockedLoop)

6第6頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一AGC原理簡(jiǎn)介AGC通常在接收放大中使用，以保證在接收信號(hào)強(qiáng)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(shè)定值。7第7頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三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(jī)的高放或中放級(jí)使用，反饋控制量一般取自檢波輸出。

8第8頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三NoAGCDelayedAGCSimpleAGC102030405060-35-10-20-30-25-15-509第9頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三例如：SimpleAGCCircuit

低通……檢波中放前級(jí)10第10頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二

AFC原理簡(jiǎn)介帶有AFC功能的AM超外差接收機(jī)

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(xiàn)起始頻差穩(wěn)態(tài)頻差11第11頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三頻率調(diào)節(jié)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，穩(wěn)態(tài)頻差不會(huì)為零！任何負(fù)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12頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三壓控振蕩器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13頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1鑒相器（PhaseDetector，PD）14第14頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三15第15頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三鑒相器的相位模型θi（t）+Kdsinθe（t）─θo（t）uo（t）16第16頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2環(huán)路濾波器uc(t)=F(p)uD(t)uc（t）RC無(wú)源濾波器uD（t）17第17頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三uc（t）uD（t）RC無(wú)源比例積分濾波器18第18頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三uD（t）uc（t）R1CR1有源比例積分濾波器19第19頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3壓控振蕩器

（VoltageControlOscillator，VCO）20第20頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三ωo（t）uc（t）ωo0ＶＣＯ控制特性21第21頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三環(huán)路輸出/輸入相位之間的關(guān)系為K0uc（t）θo（t）=K0uc（t）dtK0／Ｐuc（t）θo（t）=K0uc（t）／ＰＶＣＯ的相位模型22第22頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三環(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23頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三24第24頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三25第25頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三環(huán)路閉環(huán)傳輸函數(shù)：26第26頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一階環(huán)路無(wú)環(huán)路濾波器的一階環(huán)路輸入信號(hào)頻率和VCO輸出頻率差為0時(shí)27第27頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三環(huán)路鎖定所允許的最大頻差：28第28頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三線(xiàn)性環(huán)路的頻率響應(yīng)和暫態(tài)響應(yīng)1環(huán)路的頻率響應(yīng)（1）閉環(huán)頻率響應(yīng)(采用有源比例積分濾波器)29第29頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三30第30頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三誤差頻率響應(yīng)(采用有源比例積分濾波器)31第31頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三環(huán)路的暫態(tài)響應(yīng)假設(shè)環(huán)路是線(xiàn)性系統(tǒng)，t<0時(shí)處于鎖定狀態(tài),t=0時(shí)環(huán)路出現(xiàn)不同的相位變化.觀察輸出相位的變化過(guò)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(jiàn)教科書(shū):P16732第32頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三線(xiàn)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(xiàn)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33頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三34第34頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三35第35頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三36第36頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三環(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37頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4-2鎖相環(huán)路的非線(xiàn)性分析環(huán)路鎖定、失鎖、牽引過(guò)程o=i-o（1）o比較小時(shí)環(huán)路的快捕過(guò)程t1t2t（t）io01oo38第38頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（t）oi0t1t2t1oo環(huán)路的快捕過(guò)程39第39頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）o很大時(shí)，o=i-o比較大，環(huán)路失鎖40第40頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（t）io0tIIIIIIo環(huán)路的頻率捕捉過(guò)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(shí)41第41頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三環(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(shí)際環(huán)路（1）無(wú)源比例積分濾波器（2）有源比例積分濾波器A——運(yùn)放增益42第42頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3快捕帶P=4n4捕捉時(shí)間Tp43第43頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一階環(huán)路的相圖分析44第44頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三oBB’A’A

e

2n（2n+1）K

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

L=H=K45第45頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三46第46頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三捕捉方法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47頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三輸入鑒相器移相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48頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三輸入鑒相器脈沖形成環(huán)路濾波VCO計(jì)數(shù)器變斜率掃描環(huán)路臺(tái)階波產(chǎn)生器VCO粗調(diào)電壓輸出49第49頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三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50頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三鑒相器IIVCO跟隨器NVDD16PH1114PH123VCoo42PH0113PH02CC67Vss11Vss12inh5R1VssR2Vss9VCo1R104-3集成鎖相環(huán)CD4046內(nèi)部電路框圖51第51頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4-4鎖相環(huán)路的應(yīng)用混頻中放鑒相NVCO低通中頻參考電壓IOiOi-Oi-O鎖相接收機(jī)的組成問(wèn)題：1（1）Bi>5B3dB;（2）環(huán)路增益不能太大；2假鎖1鎖相接收機(jī)52第52頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2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53頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三54第54頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三55第55頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三普通鑒相器的門(mén)限效應(yīng)與鎖相鑒頻器的門(mén)限效應(yīng)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(hào)與窄帶噪聲的合成矢量56第56頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三57第57頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三n(t)n(t)420-2ttn(t)的變化和頻率尖峰的形成58第58頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三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)的組成u