第四章鎖相環(huán)路課件

主要內(nèi)容4-1引言4-2鎖相環(huán)路的線性分析4-2鎖相環(huán)路的非線性分析4-3集成鎖相環(huán)4-4鎖相環(huán)路的應(yīng)用1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2作業(yè)：教科書P189：4-8，4-93反饋控制電路

信號有三個(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，可形成三種類型的反饋控制電路.4-1引言4●自動增益控制(AGC:AutomaticGainControl)●自動頻率控制(AFC:AutomaticFrequencyControl)●鎖相環(huán)路(PLL:PhaseLockedLoop)

5一AGC原理簡介AGC通常在接收放大中使用，以保證在接收信號強(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。6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)的高放或中放級使用，反饋控制量一般取自檢波輸出。

7NoAGCDelayedAGCSimpleAGC102030405060-35-10-20-30-25-15-508例如：SimpleAGCCircuit

低通……檢波中放前級9二

AFC原理簡介帶有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曲線起始頻差穩(wěn)態(tài)頻差10頻率調(diào)節(jié)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，穩(wěn)態(tài)頻差不會為零！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。

11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

121鑒相器（PhaseDetector，PD）1314鑒相器的相位模型θi（t）+Kdsinθe（t）─θo（t）uo（t）152環(huán)路濾波器uc(t)=F(p)

uD(t)uc（t）RC無源濾波器uD（t）16uc（t）uD（t）RC無源比例積分濾波器17uD（t）uc（t）R1CR1有源比例積分濾波器183壓控振蕩器

（VoltageControlOscillator，VCO）19ωo（t）uc（t）ωo0ＶＣＯ控制特性20環(huán)路輸出/輸入相位之間的關(guān)系為K0

uc（t）θo（t）=K0uc（t）dtK0／Ｐuc（t）θo（t）=K0uc（t）／ＰＶＣＯ的相位模型21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）222324環(huán)路閉環(huán)傳輸函數(shù)：25一階環(huán)路無環(huán)路濾波器的一階環(huán)路輸入信號頻率和VCO輸出頻率差為

0時(shí)26環(huán)路鎖定所允許的最大頻差：27線性環(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)2829誤差頻率響應(yīng)(采用有源比例積分濾波器)30環(huán)路的暫態(tài)響應(yīng)假設(shè)環(huán)路是線性系統(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)見教科書:P16731線性環(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）32333435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）/8

H（j2f）20BLf等效噪聲帶寬的幾何意義1364-2鎖相環(huán)路的非線性分析環(huán)路鎖定、失鎖、牽引過程

o=i-o（1）o

比較小時(shí)環(huán)路的快捕過程t1t2t（t）

i

o01

o

o37（t）

o

i0t1t2t1

o

o環(huán)路的快捕過程38（2）o

很大時(shí)，o=i-o比較大，環(huán)路失鎖39（t）

i

o0tIIIIII

o環(huán)路的頻率捕捉過程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)40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）無源比例積分濾波器（2）有源比例積分濾波器

A——運(yùn)放增益413快捕帶

P=4

n4捕捉時(shí)間Tp42一階環(huán)路的相圖分析43

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=K4445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46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47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)路臺階波產(chǎn)生器VCO粗調(diào)電壓輸出48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49鑒相器IIVCO跟隨器

NVDD16PH1114PH123VCoo4

2PH01

13PH02CC

67Vss11Vss12inh5R1VssR2Vss9VCo1R104-3集成鎖相環(huán)CD4046內(nèi)部電路框圖504-4鎖相環(huán)路的應(yīng)用混頻中放鑒相

NVCO低通中頻參考電壓

IO

i

O

i-O

i-O鎖相接收機(jī)的組成問題：1（1）Bi>5B3dB;（2）環(huán)路增益不能太大；2假鎖1鎖相接收機(jī)512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525354普通鑒相器的門限效應(yīng)與鎖相鑒頻器的門限效應(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)信號與窄帶噪聲的合成矢量5556

n(t)

n(t)4

20-2tt

n(t)的變化和頻率尖峰的形成57頻率合成器參考頻率源脈沖形成取樣