第八章鎖相技術(shù)5-2(跟蹤同步)課件

8.2鎖相環(huán)的跟蹤特性鎖相環(huán)的兩個(gè)基本狀態(tài)：鎖定、失鎖兩個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程捕捉：從失鎖鎖定跟蹤：鎖定輸入信號(hào)頻率變化又鎖定8.2.1靜態(tài)特性（1）鎖定時(shí)瞬時(shí)頻差為零進(jìn)入鑒相器的兩個(gè)信號(hào)頻率相等

本節(jié)內(nèi)容：①

環(huán)路鎖定時(shí)的一些特性②

鎖定環(huán)路對(duì)輸入信號(hào)頻率變化的跟蹤過(guò)程③衡量環(huán)路跟蹤特性?xún)?yōu)劣的指標(biāo)8.2鎖相環(huán)的跟蹤特性鎖相環(huán)的兩個(gè)基本狀態(tài)：鎖定、失鎖兩18.2.1靜態(tài)特性（1）鎖定時(shí)瞬時(shí)頻差為零進(jìn)入鑒相器的兩個(gè)信號(hào)頻率相等

8.2.1靜態(tài)特性（1）鎖定時(shí)瞬時(shí)頻差為零進(jìn)入鑒相器的兩2（2）穩(wěn)態(tài)相位誤差鎖定時(shí)兩信號(hào)頻差為零,相位誤差

?0一定是常數(shù)

——稱(chēng)為穩(wěn)態(tài)相位誤差

（2）穩(wěn)態(tài)相位誤差鎖定時(shí)兩信號(hào)頻差為零,相位誤差?3為什么會(huì)有穩(wěn)態(tài)相位誤差？LF控制VCO的頻率，使，環(huán)路鎖定為什么會(huì)有穩(wěn)態(tài)相位誤差？LF控制VCO的頻率，使4穩(wěn)態(tài)相位誤差多大？LFVCO直流鎖定穩(wěn)態(tài)相位誤差多大？LFVCO直流鎖定5無(wú)源濾波器≤

有源理想積分濾波器=環(huán)路直流增益

——環(huán)路增益，越大，或越小，則越小無(wú)源濾波器≤有源理想積分濾波器=環(huán)路直6例8.2.1已知：采用無(wú)源比例積分濾波器，輸入信號(hào)頻率為，環(huán)路鎖定。某鎖相環(huán)的正弦鑒相器最大輸出電壓，VCO的自由振蕩頻率，壓控靈敏度為（1）鎖定時(shí)控制頻差為多大？（2）鎖定時(shí)，VCO控制電壓是多大？（3）穩(wěn)態(tài)相位誤差？問(wèn)：解：（1）鎖定時(shí)控制頻差等于輸入頻差，即例8.2.1已知：采用無(wú)源比例積分濾波器，輸入信號(hào)頻率7（2）VCO的控制特性為，所以，（3）穩(wěn)態(tài)相位誤差是度（2）VCO的控制特性為8穩(wěn)態(tài)相位誤差的用途：LF控制VCO的頻率，使，環(huán)路鎖定穩(wěn)態(tài)相位誤差的用途：LF控制VCO的頻率，使9此電壓是靠環(huán)路鎖定前（從失鎖到鎖定的過(guò)程中）誤差信號(hào)在理想積分器上的積累而成的。VCO的控制電壓并不等于零，仍為若采用有源理想積分濾波器對(duì)應(yīng)鑒相器輸出電壓？此電壓是靠環(huán)路鎖定前（從失鎖到鎖定的過(guò)程中）VCO的控制電108.2.2

線(xiàn)性跟蹤特性跟蹤——鎖定時(shí)，若輸入信號(hào)頻率或相位發(fā)生變化，環(huán)路通過(guò)自身調(diào)節(jié)，來(lái)維持鎖定狀態(tài)的過(guò)程稱(chēng)為跟蹤跟蹤線(xiàn)性跟蹤——變化引起的很小——環(huán)路線(xiàn)性化非線(xiàn)性跟蹤——同步分析線(xiàn)性系統(tǒng)的方法線(xiàn)性系統(tǒng)求出系統(tǒng)傳遞函數(shù)8.2.2線(xiàn)性跟蹤特性跟蹤——鎖定時(shí)，若輸入信號(hào)頻率11開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)閉環(huán)傳遞函數(shù)誤差傳遞函數(shù)線(xiàn)性環(huán)路的傳遞函數(shù)分析線(xiàn)性跟蹤的依據(jù)：線(xiàn)性化鎖相環(huán)模型：＋－輸入是輸出是開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)閉環(huán)傳遞函數(shù)誤差傳遞函數(shù)線(xiàn)性環(huán)路的傳遞函數(shù)分析線(xiàn)121.開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)3.誤差傳遞函數(shù)2.閉環(huán)傳遞函數(shù)1.開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)3.誤差傳遞函數(shù)2.閉環(huán)傳13理解傳遞函數(shù)的含義①傳遞函數(shù)是將鎖相環(huán)近似為線(xiàn)性系統(tǒng)后得出的，

要求

＋－理解傳遞函數(shù)的含義①傳遞函數(shù)是將鎖相環(huán)近似為線(xiàn)性系統(tǒng)后得14②鎖相環(huán)是相位傳遞系統(tǒng)。傳遞函數(shù)中的S表示輸入輸出信號(hào)

相位變化的頻率，而不是輸入輸出信號(hào)的載頻。＋－②鎖相環(huán)是相位傳遞系統(tǒng)。傳遞函數(shù)中的S表示輸入輸出信號(hào)＋－15③閉環(huán)傳遞函數(shù)的幅頻特性當(dāng)S→0時(shí)，

→1；當(dāng)S→

∞

時(shí)，

→0——低通④誤差傳遞函數(shù)的幅頻特性當(dāng)S→0時(shí)，→0；當(dāng)S→∞時(shí)，

→1——高通③閉環(huán)傳遞函數(shù)的幅頻16——環(huán)路阻尼系數(shù)（無(wú)量綱）——環(huán)路無(wú)阻尼振蕩頻率（rad/s)引入和來(lái)描述鎖相環(huán)的傳遞函數(shù)——環(huán)路阻尼系數(shù)（無(wú)量綱）——環(huán)路無(wú)阻尼振蕩頻率（rad/s17傳遞函數(shù)的表達(dá)式及與環(huán)路濾波器關(guān)系——無(wú)阻尼振蕩頻率（rad/s)，——阻尼系數(shù)（無(wú)量綱）傳遞函數(shù)的表達(dá)式及與環(huán)路濾波器關(guān)系——無(wú)阻尼振蕩頻率（rad18鎖相環(huán)輸入信號(hào)的相位（頻率）變化情況：相位突變——PSK調(diào)制信號(hào)頻率突變——FSK調(diào)制信號(hào)頻率（相位）正弦變化——模擬調(diào)頻FM（調(diào)相PM）鎖相環(huán)路對(duì)其響應(yīng)——瞬態(tài)響應(yīng)鎖相環(huán)路對(duì)其響應(yīng)——正弦響應(yīng)跟蹤分析什么？鎖相環(huán)輸入信號(hào)的相位（頻率）變化情況：相位突變——PSK調(diào)制193.正弦響應(yīng)初始狀態(tài)：環(huán)路鎖定于設(shè)：輸入信號(hào)為調(diào)頻波——最大頻偏、——載頻、——調(diào)制信號(hào)頻率輸入相位：輸出信號(hào)：輸入信號(hào)：?jiǎn)枺狠斎胄盘?hào)的相位(或頻率)做正弦變化時(shí),環(huán)路的跟蹤過(guò)程？即＝？3.正弦響應(yīng)初始狀態(tài)：環(huán)路鎖定于設(shè)：輸入信號(hào)為調(diào)頻波——最20正弦頻率為閉環(huán)傳遞函數(shù)的含義：

表征了鎖相環(huán)路對(duì)角頻率

為不同值的輸入相位的通過(guò)能力

在通帶內(nèi)，0外，＝0線(xiàn)性環(huán)路H(s)正弦頻率為閉環(huán)傳遞函數(shù)的含義：表征了鎖相環(huán)21VCO輸出信號(hào)：的變化頻率在通帶內(nèi)，為調(diào)頻波外，為單頻載波

結(jié)論：控制鎖相環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)的帶寬，就能決定輸出信號(hào)

是否跟蹤上輸入信號(hào)的角度調(diào)制變化問(wèn)題：①閉環(huán)傳遞函數(shù)的帶寬＝？，受什么參數(shù)影響？②正弦跟蹤時(shí)，誤差相位＝？鎖相環(huán)調(diào)頻波？VCO輸出信號(hào)：的變化頻率在22令=，將下降3dB所對(duì)應(yīng)的頻率記為——即為帶寬由傳遞函數(shù)的表達(dá)式可以求出3dB帶寬與、有關(guān)由決定當(dāng)確定時(shí)，與成正比帶寬令=，將下降3dB所對(duì)應(yīng)的頻率記為23

0．50．707

1

1．822．0582．483dB帶寬與阻尼系數(shù)的關(guān)系推論：可以用來(lái)說(shuō)明環(huán)路3dB帶寬的大小0．70724對(duì)鎖相環(huán)的頻率響應(yīng)應(yīng)強(qiáng)調(diào)以下幾個(gè)概念：①鎖相環(huán)閉環(huán)函數(shù)的頻率響應(yīng)是描述對(duì)輸入調(diào)頻信號(hào)中不同調(diào)制頻率的響應(yīng)，也即對(duì)輸入信號(hào)的相位譜的響應(yīng)鎖相環(huán)輸入——單音調(diào)頻信號(hào)：的頻譜瞬時(shí)相位的頻譜的幅度譜的相位譜H（s）的低通特性——對(duì)相位譜而言對(duì)鎖相環(huán)的頻率響應(yīng)應(yīng)強(qiáng)調(diào)以下幾個(gè)概念：①鎖相環(huán)閉環(huán)函數(shù)的25環(huán)路鎖定于，所以輸出信號(hào)：環(huán)路工作狀態(tài)：在通帶內(nèi)，0外，＝0的幅度譜相位譜H（s）的低通特性——對(duì)相位譜而言環(huán)路鎖定于，所以輸出信號(hào)：環(huán)路工作狀態(tài)：在26②對(duì)輸入信號(hào)的電壓譜，鎖相環(huán)相當(dāng)于是

中心頻率位于處的帶通濾波器

鎖相環(huán)輸入調(diào)頻波：當(dāng)，調(diào)制頻率位于H（s）通帶內(nèi)

PLL調(diào)頻波當(dāng)調(diào)制頻率位于H（s）通帶外

PLL單頻載波高頻寬帶濾波器高頻窄帶濾波器②對(duì)輸入信號(hào)的電壓譜，鎖相環(huán)相當(dāng)于是鎖相環(huán)輸入調(diào)頻波：當(dāng)27鎖相環(huán)作為帶通濾波器的應(yīng)用寬帶環(huán)——寬帶調(diào)制跟蹤環(huán)——用于調(diào)頻波解調(diào)窄帶環(huán)——在很高的載頻上實(shí)現(xiàn)通頻帶極窄的濾波器，相當(dāng)于具有極高的Q值——用于載波提取

帶寬的調(diào)節(jié)——調(diào)節(jié)環(huán)路增益，時(shí)間常數(shù)

鎖相環(huán)作為帶通濾波器的應(yīng)用寬帶環(huán)——寬帶調(diào)制跟蹤環(huán)——用于調(diào)28線(xiàn)性跟蹤小結(jié):1.工作前提與分析依據(jù)：三個(gè)傳遞函數(shù)：開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)、閉環(huán)傳遞函數(shù)和誤差傳遞函數(shù)誤差相位較小，將環(huán)路方程線(xiàn)性化2.應(yīng)用的環(huán)路參數(shù)與電路部件參數(shù):環(huán)路增益和環(huán)路濾波器的時(shí)間常數(shù)

環(huán)路自由振蕩角頻率與阻尼系數(shù)3.衡量跟蹤性能指標(biāo):環(huán)路3dB帶寬、過(guò)沖量、建立時(shí)間和穩(wěn)態(tài)相位誤差，可以通過(guò)調(diào)節(jié)電路參數(shù)、、來(lái)控制環(huán)路的性能，以實(shí)現(xiàn)環(huán)路的不同應(yīng)用線(xiàn)性跟蹤小結(jié):1.工作前提與分析依據(jù)：三個(gè)傳遞函數(shù)：開(kāi)環(huán)傳298.2.3非線(xiàn)性跟蹤——同步工作情況——輸入信號(hào)頻率發(fā)生變化，但跟蹤過(guò)程中，誤差相位較大，環(huán)路方程不能線(xiàn)性化分析方法——環(huán)路非線(xiàn)性微分方程（分析略）初始狀態(tài)——環(huán)路鎖定同步帶——環(huán)路鎖定，輸入信號(hào)頻率極緩慢變化時(shí)，環(huán)路能保持鎖定（跟蹤上）的最大輸入頻差指標(biāo)：8.2.3非線(xiàn)性跟蹤——同步工作情況——輸入信號(hào)頻30鎖定輸入信號(hào)頻率變化引起變化能鎖定