![(材料物理与化学专业论文)自校准锁相环设计研究.pdf_第1页](http://file.renrendoc.com/FileRoot1/2019-12/13/dcff1cb8-b751-4cd3-a30d-ae62287e63c5/dcff1cb8-b751-4cd3-a30d-ae62287e63c51.gif)
![(材料物理与化学专业论文)自校准锁相环设计研究.pdf_第2页](http://file.renrendoc.com/FileRoot1/2019-12/13/dcff1cb8-b751-4cd3-a30d-ae62287e63c5/dcff1cb8-b751-4cd3-a30d-ae62287e63c52.gif)
![(材料物理与化学专业论文)自校准锁相环设计研究.pdf_第3页](http://file.renrendoc.com/FileRoot1/2019-12/13/dcff1cb8-b751-4cd3-a30d-ae62287e63c5/dcff1cb8-b751-4cd3-a30d-ae62287e63c53.gif)
![(材料物理与化学专业论文)自校准锁相环设计研究.pdf_第4页](http://file.renrendoc.com/FileRoot1/2019-12/13/dcff1cb8-b751-4cd3-a30d-ae62287e63c5/dcff1cb8-b751-4cd3-a30d-ae62287e63c54.gif)
![(材料物理与化学专业论文)自校准锁相环设计研究.pdf_第5页](http://file.renrendoc.com/FileRoot1/2019-12/13/dcff1cb8-b751-4cd3-a30d-ae62287e63c5/dcff1cb8-b751-4cd3-a30d-ae62287e63c55.gif)
已阅读5页,还剩43页未读, 继续免费阅读
版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
摘要( a b s t r a c t ) 自 校准锁相环设计研究 摘要 锁相环应用场合广泛, 是很多数模混合芯片中的模块。 电荷泵锁相环产品设 计中 有两个重要问 题: 1 ) 制造工艺参数、 温度和电 源电 压的 变化, 会显著改变锁 相环的特征参数, 进而改变其性能; 2 ) 环路滤波器的电 容面积非常大, 常常抬高 制造成本,在窄带宽的场合,这个问题更加突出。 针对这两个问题, 本文提出了自 校准的设计方法。 在电压到电流的转换电路 ( v 2 d 中, 通过提供自 校准的静态直流电流, 降低了v c o的 增益; 利用校准的控 制字, 调整v c o的增益, 使其在不同工艺参数下的变化范围缩小。 v c o增益及 其变化范围的缩小,都有效地缓解了上述的两个问题。 在一个通信产品设计的过程当中, 需要一个输出为6 2 2 .8 m h z , 带宽1 0 0 k h z 的p l l 。采用自 校准的设计方法,使得环路滤波电容从 7 n f ,降低到了3 n f 。相 应的芯片面积节省了约0 . 8 m m z o 关键字:工艺参数、自 校准、锁相环、数模混合信号、硬件描述语言 摘要( a b s t r a c t ) s t u d y o n s e l f - c a l i b r a t i o n p l l d e s i g n ab s t r a c t p h a s e - l o c k e d l o o p ( p l l ) h a s w i d e a p p l i c a t i o n f i e l d a n d o f t e n p r e s e n t s i t s e l f a s a mo d u l e i n mi x e d - s i g n a l i c s . i n t h e c h a r g e p u m p p l l d e s i g n t h e r e e x i s t t w o i mp o r t a n t日 s s u e s ,1 ) t h e v a r i a t i o n s o f p r o c e s s p a r a m e t e r s , t e mp e r a t u r e a n d p o w e r s u p p l y g r e a t l y c h a n g e t h e c h a r a c t e r i s t i c s a n d h e n c e p e r f o r m a n c e o f t h e p l l ; 2 ) t h e l o o p f i l t e r c a p a c i t o r s i z e i s v e r y l a r g e , w h i c h c a u s e s l a r g e c o s t e s p e c i a l l y i n t h e n a r r o w - b a n d c a s e . t h e t h e s i s p u t s f o r w a r d t h e s e l f - c a l i b r a t i o n d e s i g n m e t h o d t o r e l i e v e t h e p r o b l e m s . i n t h e v 2 i b l o c k , a p p l y i n g a s e l f - c a l i b r a t i n g s t a t i c a c c u r r e n t l o w e r s t h e v c o g a i n a n d a d j u s t i n g t h e g a i n a c c o r d i n g t o t h e c o n t r o l c o d e m a k e s i t s v a r i a t i o n s m a l l . t h e l o w e r i n g o f g a in a n d i t s v a r i a t io n b o t h h e l p t o s o l v e t h e t w o p r o b l e m s e f f e c t i v e l y . i n a c o m m u n i c a t i o n a p p l i c a t i o n c h i p , a p l l w i t h t h e o u t p u t c l o c k o f 6 2 2 . 0 8 mh z , t h e b a n d w i d t h l e s s t h a n 1 0 0 k h z a n d t h e d a mp i n g f a c t o r l a r g e r t h a n 0 . 7 0 7 i s n e e d e d . t h e s e l f - c a l i b r a t i o n me t h o d r e d u c e s t h e l o o p fi l t e r c a p a c i t o r f r o m 7 n f t o 3 n f , a p p r o x i m a t e ly s a v i n g 0 .8 m m 2 c h ip a r e a , w h ic h is q u it e r e m a r k a b l e . k e y w o r d s : p r o c e s s p a r a m e t e r , s e l f - c a l i b r a t i o n , p l l , m i x e d - s i g n a l , v e r i l o g - a 第一章 引言 第一章 引言 1 研究背景和论文组织 在锁相环的设计中, 的分析) : 设计者面临着两个非常重要的问题 ( 详见文中相关章节 制造工艺参数、温度和电源电压的变化,会显著改变锁相环的特征参数, 进而改变其性能; 环路滤波器的电容面积非常大, 常常抬高制造成本, 在带宽窄的场合, 这 个问题更加突出。 、1 12 了 这两个问题, 事关产品的性能和竞争力 这两个问题而展开的。 现实意义巨大。 作者的研究就是为解决 文章的内容安排是这样的: 在本章的其它部分, 简单介绍了锁相环的原理和 应用。 第二章讨论电荷泵锁相环的结构、 模型和噪声特性。 第三章阐述了本课题 的目 标、 挑战和实现方法以及结果。 第四章作一小结并展望将来的工作。 最后是 参考文献与致谢。 第一章 引吉 2 锁相环的原理与应用 最早的关于锁相的描述由d e b e l l e s c i z e 发表于1 9 3 2 年。当时是为了处理无 线电 信号的同 步接受问题f l 。旋即 在电 子学和通信中得到广泛应用。锁相技术 在不同工艺和应用场合中的实现方法不尽相同,这也吸引了设计人员的研究兴 趣。但是锁相环的基本结构和原理自 其发明以来,几乎一直没有变化 2 0 2 . 1 锁相环原理 一个锁相环包括三个基本部分 ( 图1 - 1 ) : 1 .鉴相器 ( p d) 2 .环路滤波器 ( l p f ) 3 .压控振荡器 ( v c o ) 输 入信 号 输 出信 号 图 1 一 1基本锁相环 鉴相器将周期性输入信号的相位与压控振荡器 ( v c o )输出的相位作比 较, 它的输出是两个输入相位差的量度。这个输出电压被环路滤波器滤波后,加到 v c o上。 v c o的控制电压改变其振荡频率, 以减小其输出与p l l 输入信号的相 位差。当环路“ 锁定” 后, v c o的控制电压使得v c o的频率严格等于输入信号 的平均频率。显然,锁相环可以应用在自 动频率控制 ( a f c )中。 为了维持“ 锁定” 所需的控制电压, 一般在鉴相器的输出有一个非零值。 因 此, 环路工作时, 有一个固定的相差。 然而事实上在一个精心设计的环中, 这个 相差很小。 另一个稍有不同的解释也许有助于理解环路的工作。 假设输入信号的相位和 频率携带着某种信息,并且被噪声干扰。锁相环的任务是去除噪声,重现信号。 为了重现信号,需要一个频率与信号中的频率非常接近的本地振荡器 ( l o c a l o s c i l la t o r ) 。本地振荡器和输入信号波形在鉴相器中相互比较,输出表示瞬时的 相差。 为了抑制噪声, 这个相差在一定时间长度内取了平均值以后, 被用来建立 振荡器的频率。 如果最初的信号很好 ( 频率稳定) , 本地振荡器需要很少的信息就可以轻而 第一章 引言 易举的 跟踪输入信号。 这个信息可以 在一个长的时间内取平均得到, 从而可以去 除很大的噪声。环路的输入是一个很 “ 脏”的信号,而输出是 “ 干净”的信号。 因此,也可以把锁相环理解成一种通过信号,抑制噪声的 “ 滤波器” 。这种 “ 滤 波器”的两个重要特点是带宽很窄和自 动跟踪输入信号。 第二章将结合电 荷泵锁相环( c h a r g e p u m p p h a s e - lo c k e d l o o p ) 深入的讨论锁 相环的结构、模型和噪声特性。 2 .2 锁相环的 应用: 发明7 0 年以 来,锁相技术在电子学、 通信和测量中不断得到新的应用。包 存储器、 微处理器、 硬盘驱动器,射频和无线电发送接受器以及光纤接受器 应用 1 :频率倍乘和时钟综合 在图 1 - 2中,v c o的输出在反馈到鉴相器之前经过一个分频器,频率除以 m。从而在p l l 锁定后,在f o u t 得到了输入6 n 频率的m倍的时钟口 在某些场合, 如r f系统中,需要一个高频的,并可以频率精确可调的本地 振荡器( l o ) . p l l的倍乘频率的能力使之成为极具吸引力的 频率和时钟综合器。 图1 - 3 3 所示的是一个锁相频率综合器的 例子。 目 标是产生一个输出的时钟, 从 9 0 0 mh z 到9 2 5 .4 mh z 按2 0 0 k h z 的步长可调, 共1 2 8 个通道 ( c h a n n e l ) 。 环路中 的分频器满足m = n p + s , n p = 4 5 0 0 s 从0 到1 2 7 可编程。 这样如果f p, e f = 2 0 0 k h z , 那么, f o u r 就可以从f m i n 到$ n a x 可调, 其中: 加i n = ( 4 5 0 0 + 0 ) * 2 0 0 k h z = 9 0 0 mh z f m a x = ( 斗 5 0 0 + 1 2 7 ) * 2 0 0 k h z = 9 2 5 . 4 mh z 如果某些场合需要频率相同,相差恒定的一系列时钟信号,则可以通过从 v c o 各级延时单元分别中抽取时钟输出。 图1 - 2频率倍乘 第一章 引言 c h a n n e l s e l e c t 图 1 一 3时钟综合 应用2 ; 抑制时序抖动 ( j it t e r ) 和时 钟歪斜 ( s k e w ) 信号在信道中传输时常造成时序上的抖动, 如图1 - 4 , 由 本节前述的p l l 原 理可知, 这个j i t t e r 可以 方便的 通过p l l 加以 去除。 锁相环在数字系统中的最早应用是抑制时钟歪斜 ( s k e w l假设有一对同步 的数据和时钟线进入一个数字电路模块。 由于时钟通常需要驱动大量的晶体管和 长的互连线。 所以常常将时钟通过一个大的缓冲器, 以提高驱动能力。 这样一来, 数字电路中的时钟与数据之间就有一个歪斜, 这势必造成时序放慢。 如图1 - 5 所 示。图1 - 6 所示的电路可以解决这个问 题。 这里c k in 加在一个片上p l l 上, 缓 冲器放在环内。由于p l l 保证了c k i n 与c k 。 的相差几乎为零。 歪斜被去除了。 值得注意的是v c o的输出可能与c k in不对齐,但是我们并不关心这一点,因 为v v c o 没有被用来作时钟。 卜t 申+o t l扫+0 t2 卜t叫 图1 - 4时序抖动 3 第一章 引言 i 一一一一一一爪 疵 去 蔽药 , 一 一 州 图卜 5时钟和数据歪斜 图1 - 6用p l l 去除时钟/ 数据歪斜 应用 3 : f m 解调 p l l 用于f m解调时, 将调频信号v *作为锁相环的输入参考信号 ( 参见图 1 - 1 ) , 显然, 为了跟踪v fm 的频率, v c o的控制电压必须随着v *的频率而相应 的改变。调制的信号就从v c 0的控制电压被解调出来了。 p l l 有极其广泛的应用。 本文所写的p l l 即为一个同 步光通信网 络( s o n e f ) 用的电路中的一部分。 第二章 电荷泵锁相环 第二章 电荷泵锁相环 与传统的乘法器或异或门鉴相器锁相环相比 较, 电荷泵锁相环具有三个方面 的优势:一是锁定范围由压控振荡器的输出范围决定,较宽,且不会出现误锁; 二是锁定后的固定相差很小,仅由失配决定:三是锁定速度快。 本章将讨论电荷泵锁相环的结构和模型并简单介绍噪声分析。 粼电 荷泵锁相环的电路结构 1 , 5 电 荷泵锁相环的典型结构如图 2 - 1 所示, 包括:鉴相鉴频器 ( p f d ) 、电荷 泵 ( c p ) 、环路滤波器 ( l p f ) 、压控振荡器 ( v c o )和反馈分频器 ( d i v i d e r ) . 其原理是: p f d将参考时钟和反馈时钟的相位和频率进行比较, 将它们的差转换 成相应脉宽的控制信号,使c p对l p f进行充电或放电,以此增大或减小v c , 进而使v c o振荡加快或减慢, 最终使反馈时钟与参考时钟等频率等相位。 c h a r g ep u m p i c p 月l p f卜v c 川v c a 图2 - 1电荷泵锁相环的典型结构 下面将分别介绍各个部分。 1 . 1 鉴相鉴频器( p f d ) 鉴相鉴频器的选取对锁相环的性能影响很大。 在传统的锁相环中, 很多都采 用四 象限 乘法器鉴 相 6 1 . 数字 锁相环中 常 用的 有异或门 鉴 相器, 边沿触发的r - s 触发器和鉴相鉴频器。 异或门鉴相器线性范围仅为z, 且与占空比有关, 而这将 产生一个相位误差;r - s 触发器的线性范围为2 ) r ,与占空比无关,但是若v c a 的频率范围足够宽,则可能锁定在参考时钟的高次谐波上;p f d 的线性范围为 4 1 r ,与占空比无关,且避免了r - s 触发器可能出现的问题。 在图2 - 2 所示的p f d中, 它的 工作过程是这样的: 如果。 a 。 。 , 在q 。 产生正 脉冲, 同 时仇保持零; 若。 a - w b , 但是存在相位差, 则 在q a ( a提前) 或q b ( b提前) 产生于相差 等宽的脉冲。 第二章 电荷泵锁相环 : 二巨二 牛 : 图2 - 2 p f d的工作过程:( a ) w ,a ( b ) w a = a a 。 但是a超前b 事实_ 匕 图2 - 2 中的p f d可以 看成一个由 沿触发的时 序状态机,如图2 - 3 所示。 一种实现方法如图2 - 4 所示。 鉴相鉴频器的相位特性如图2 一所示,纵坐标是输 出的平均电压,横坐标是相位差。 q n= oq r= 1q n= oq r= o q n= 1q r= q 图2 - 3 p f d的状态图 图2 - 4 p f d的一种实现方法及其中d f f的实现 第二帝 电荷泵锁相环 v 4 u t n 2n 中 - 2 n 图2 - 5 p f d的鉴相特性 如. 2 电荷泵 ( c p ) 和环路滤波器 ( l p f ) 电 荷泵在p f d的两个输出的控制下对环路滤波器进行充放电,从而将相位 差转换成电压信号。因此c p是一上一下两个电流源,如图2 - 6 所示。 喇d d a 当 7 a 图2 . 6 . 电荷泵和环路滤波器 当p f d的输出j p或d o wn为高电平时,相应的开关闭合,c p给l p f充 或放大小为i p的电 流。 l p f可分为无源或有源,又可分为一阶和多阶。图 2 - 7 j q 第二章 电荷泵v ia 相环 所示的是三种常见的滤波器。它们在5 域的传递函数分别是: ( a ) h( s ) i 二 : 一, 1 十 s r , ( b ) h( s ) = i +s r , s 丁 1 和( c ) z ( s ) = i +s r , s c , 其中: 、 = r , 口,: , = r 2 q。 星示 vo v i mf 洁 - - v o 图2 - 7三种不同 的 滤波 器: ( a ) 一阶无 源 ( b ) 一阶 有源 ( c ) 一阶 无 源滤波阻 抗 妇.3 压控振荡器 ( v c o ) v c o也许是p l l中最重要的一个部分了。它的功能是实现电 压对频率的控 制。对v c o而言,有几个参数很重要: i )频率可调范围:即 v c o稳定振荡的最高和最低频率。这个范围必 须能够瞿盖一些因素带来的频率变化,包括:输入参考时钟变化, 工艺参数、温度和电源电压的变化。否则, p l l无法正常工作。 2 )抖动和相位噪声: v c o的噪声直接出现在输出信号上, 因此很重要。 v c o的噪声来源包括: 无源和有源器件噪声、 衬底和电源祸合噪声 以及器件失配等。 由 于环路本身的带宽远小于输入时钟, 加之v c o 的输出一般又要经分频器后再反馈到p f d,因此抖动和噪声将会积 累起来。为了得到 “ 干净”的时钟,降低 v c o的本征噪声显得很 重要。 3 )输入输出的线性度: 理想情况是 v c o的 输出 频率和控制电 压的关 系 是: o a ,n = o , + k v c o砚。 其中o f: 称为v c o 的中 心 频率, k v c n 称 为v c o的增益。 线性度差将带来p l l 稳定性问题 ( 详见胆中的分 析) 。 振荡器可分为: 谐 波振荡 器、 松弛 振荡器和环路 振荡器 7 l 。由 于 便于集成 的原因,环形压控振荡器在p l l中得到了广泛的应用。 众所周知, 对于负反 馈环形振荡器而言 ,其 环路增益h ( l o ) 满足以下条件 第二章 电 荷泵锁相环 的将在口 。 的频率上起振: ih ( j w o ) i ? 1 l h( i q ) o ) = 1 8 0 0 ( 2 - 1 ) ( 2 - 2 ) 由于差分结构对噪声有较强的抑制作用,成为最常采用的v c o结构。差分 结构的另一个优点是可以用偶数级延时单元构成 v c o从而可以得到正交的时 反馈分频器 ( d i v i d e r ) 反馈分频起将v c o的输出分频后输出到p f d与参考时钟进行比较。 分频器 04 钟如 的重要指标是速度。不论是瞬态或稳态,分频器都必须能对v c o的输出正确分 频。瞬态时v c o的频率会偏离振荡频率较远。 在一些场合, 可以通过对分频器的分数进行编程来得到不同频率的时钟。 这 种情况下,为保证锁相环的 性能,电 荷泵的电 流也要同时 可编程 ( 详见 2中 相 关分析) 第二章 电荷泵锁相环 2 电 荷泵锁相环的线性模型 5 本节将给出锁定状态下的电荷泵锁相环的线性模型, 在此基础上讨论环路稳 定性及与性能相关的环路参数、电路参数的选取原则。 2 . 1 锁 定状 态下环 路的 传递函 数 电荷泵锁相环本质上是一个离散系统。 然而当环路处于锁定状态时, 鉴相鉴 频器的两个输入端相位差很小, 如果环路带宽相对于输入频率很小, 那么就可以 把它近似成为一个连续系统。可以用5 域的传递函数来描述。 假 设p l l 锁 定, 输 入 信号 的 角 频 率 是a rr , 设 相 位 差为乓一 氏二 氏。由 前 述 的p f d 的 性质可知, 输入信号的 相位误差决定了u p 和d o w n 的脉冲宽 度,即u p 或 d o w n 的开启时间是: ( 2 - 3 ) a 珠为正 表 示u p , 即 充电;氏为 负 表示d o w n , 即 放电 . 在一个周期内电 荷泵以电 流工 p 向 滤波器 ( 阻抗) 充 ( 放)电t 。 秒。而一个 周 期 共 有 2 /t/ 0), 秒 。 因 此 , 一 个 周 期 内 的 平 均 电 流 是 : t - i _ = 2/ / 一 9 2z ( 2 - 4 ) 0 因此,在线性模型中, p f d与c p 可以组合在一起当成一个“ 相位差控制的 电流源, 。因此可以将p l l的线性模型表示为图2 - 8 0 图2 - 8锁定状态下电荷泵锁相环的线性模型 图中k v c 。表示v c o的增益,即 单位控制电 压变化所引 起的频率的变化。 理想情况下位一常数。由于相位是频率的积分,因此其传递函数可表示为 第二章 1 匕 荷泵倾相环 k it丫。 z f (s ) 是 滤 波 阻 孤 由图2 - 8 可得传递函数为: 1 )相位传递函数: h ( s ) = b o b . k v c o i p z f ( s ) l ( 2 mv) s + k v c o i p z f ( s ) / ( 2 m v ) ( 2 - 5 ) 2 )相差传递函数: b . s 月- ( s ) =一 二 n , s + k v c o 几z ,; ( s ) l ( 2 t n ) ( 2 - 6 ) 它们与常规锁相环的传递函数形式上完全一样。 电荷泵锁相环实质上使用简 单的无源滤波阻抗代替了常规锁相环中的有源滤波器。 2 一二阶电 荷泵锁相环的 稳定性 若环路滤波器采取图2 - 7 ( c ) 所示的一阶无源滤波阻抗的形式, 则构成一个二 阶锁相环。以z f ( s ) = 1 + s z 2 s c , 代入式 ( 2 - 5 )和 ( 2 - 6 )可得: 1 )相位传递函数: k v c o 1 , 17 2 h ( s ) _b , 2 ) n c i2 , rn c ,2 和, s + 口 。 2w b ,k 姗 p z 2 2 z nc. 2 r n c + 荃 一 c o i 三 2 尤nc : + k vc o i p 2 ; r n c , s 2 + 2 和。 : + (t , x 2 ( 2 - 7 ) 2 )相差传递函数: h, ( s ) s 2s + k vc o i p t 2 s + 2 7 c 入 7 c k v c o i p s 2 + 2 匆 s + 山 n 2co 2 ) r nc. ( 2 - 8 ) 其中,自 然频率c o , 和阻尼因子杏 分别为: 仍= k v c o i p 2 1 r nc. ( 2 - 9 ) c=工 r , c , 2 ( 2 - 1 0 ) 定义环路增益 第二章 电荷泵锁相环 k = k yc o i n r =( 2 - 1 1 ) 2 ) r n 阻尼因子,自 然频率和环路增益是p l l最重要的参数,三个中的任意两个就完 全定义了p l l的线性的时间平均行为。它们相互间的关系是: k=2 卵 。 ( 2 - 1 2 a ) k z 2 = 4 ,; 2 k i r 2 = o ) 2 要讨论锁相环的稳定性问题 环传递函数为: ( 2 - 1 2 6 ) ( 2 - 1 2 c ) 就要研究它的开环传递函数。由图2 - 8 可得开 k v c p i n r 2 _i _ _k,. ( : ( s ) = 一 z ( s ) 一 2 汀s 1 2 1 d v c 几 , + k vco l ns + 2 允 v c , n s2 ( 2 - 1 3 ) 代入c t) 。 和4 得: g ( s ) 其中,c o - = 2 ws + w2 二一 s= 4 2 co z s + 4 2 w : 2 s 2 ( 2 - 1 4 ) 1 1 2 2 = 1 1 r , c, 是环 路的 零点, 对 于一个固 定的l p f , 它是固定 不 变的。因此常用。作为归一化量研究开 环传递函 数g ( s ) ( 式( 2 - 1 3 ) ) 。 其幅频相频 曲线如图2 - 9 所示。 从图中 可见, 对不同的荟( 0 . 1 - 5 ) , 相频 特性是一样的, 而幅频不同。 为了 获得大的 相位裕量和增益裕量, 的值应大于一定的 值。 由 于在原点 有二阶极点 g ( s ) 在 低 频 有 一 1 8 0 “ 的 相位, 因 此 相 位 裕 量由 单 位 增益 带宽 与 零点0 ) : 的 相 对 位 置 决 定 , 其 大 小 “ 。 、 (% % :) 。 由 式 ( 2 - 1 4 ) 可 知 , 当 )g ( j (o ) 卜1 时 , 有: ( 2 - 1 5 ) 刁.盈 一一 .几.!卜1卫j. 定义 第二章 电荷泵锁相环 尸 一 残 火 a 2 1+ f zf z二 1 ( 2 - 1 6 ) 则有: ( 2 - 1 7 ) 若 要 求6 0 。 的 相 位 裕 量 , 则 f = 万。 由 式 ( 2 - 1 7 ) 可 得 : 5 二 。 .6 2 。 即 当 4 大 于。 6 2 时, 可以保证g ( s ) 的相位裕量大于6 0 0。 这样闭 环以 后,系统才能稳定。 b o d e 以. 夕目 m 霖 幸乏于乡 巴二一 下泛甘一卜 尸.leelll.wel胜1日 0090巧的1 自11口几j. 口。勺.价.几 _ _ 一卜扮-一打 丫 万 r 一 1 。八j g 图2 - 9二阶电荷泵锁相环线性模型的频响特性 2 3二阶电 荷泵锁相环的跟踪性能 电荷泵锁相环的一个重要特点, 是对输入相位的跟踪能力。 所谓跟踪能力是 指当输入产生相位差时, p l l自 动调整输出相位, 以减小相位差的能力。 这也正 是其得到广泛应用的基础。 衡量环路跟踪性能好坏的指标是跟踪相位误差。 环路 的跟踪相位误差包括暂态相位误差和稳态相位误差。从输入相位发生改变时起, 输出经暂态过程达到稳定。 输出达到稳定状态的相位一误差称为稳态相位误差, 暂 态过程的跟踪相位误差称为暂态相位误差。 上述由于输入变化而引起的相位误差的大小, 不仅与环路本身参数有关, 还 第二章 电荷泵锁相环 和输入信号的 变化形式有关。 下面将详细讨论三种典型的 输入相位信号下的稳态 和暂态相位误差。 可以用拉氏 变换的终值定理来得到稳态相位误差。 假设输入相位信号的拉氏 变换是t9 r ( 乃相位误差的传递函数为h , ( 习,则输出的相位误差信号为 9 ( s ) = b ; ( s ) h , ( s ) , 稳态 相位误差是: i i me e ( t ) = l i ms o , ( s ) = l i ms 8 ; ( s ) h , ( s ) ( 2 - 1 8 ) 而 暂 态 相 位 误差 可以 通过 对8 e ( s ) 进 行 拉氏 反 变换 得 到。 下面分别讨论在相位阶跃, 频率阶跃和频率斜升等几种典型输入相位信号下环路 的稳态和暂态相位误差。 将相位误差传递函 数式( 2 - s ) 重写如下: b . s 2 打 _ ( s) =一= ( t ; s +2 /4 d a s + u o - ( 2 - 1 9 ) 1 ) 输入相位作幅度为 b 的阶跃: 在时域下 8 , ( t ) = b ,. ( s ) = t 1 9 u ( t ) ,二 ( t ) 是单 位阶跃信号, 拉式变换6 ; ( s ) = ao 因而 9 ( s ) h a ( s ) s d 8 s + 2 久s + rv , 2 ( 2 - 2 0 ) 代入式( 2 - 1 8 ) 得到: l i mo ( t ) = l i m - 三竺生一二 。 s $ + 2 枷. s + o) q ( 2 - 2 1 ) 即稳态相位误差为零。 对式( 2 - 2 0 ) 进行反拉式变换, 按照阻尼系数b 的大小 分为三种不同 情况加以 讨论: a ) 当l 1 时, e ( t ) 二 庚 一 卿cosh(寸 犷一 1 w t ) - b 当 = i 时, 一 s 扩一 1 i n h ( 寸 一 l c o rt t ) ( 2 - 2 2 ) b e, ( t ) = 4 8 ( 1 一 。 o f ) - r ( 2 - 2 3 ) 第二章 电荷泵锁相环 c ) 当0 l 时, b e ( t ) = s i n h ( v - , 一 i mt ) ( 2 - 2 7 ) b ) 当 = 1 时, 8 ( t ) =a 2 1t es a = ( 2 - 2 8 ) c ) 当o c 1 时, 第二章 电 荷泵锁相环 9 , ( t ) =共一 共e -s c o sh (召 4- - l . .t) 十 一 l c o t ) ( 2 - 3 2 ) 田田宕着,s in h (, c!- z=1 b ) 当c- = 1 时, 。 。 (,) 一 共一 共e -s (1 + 0) t)( 2 - 3 3 ) 口。山rt c ) 当0 ; 1 时, 0 , (t) 一 共一 共e -s c o s ( 1 - 4 , . .t) + 山,山 s in ( 寸 1 一 5 2 0) . t ) ( 2 - 3 4 ) 不同 值下的 相 差响 应公 式 2 - 3 2 , 3 3 , 3 4 ) 可 表示 成曲 线如图2 - 1 2 所示。 以 上用拉式变换讨论了二阶电 荷泵锁相环的 跟踪性能。 由图2 - 1 0 , 1 1 , 1 2 可见: 当 小于1 时, 暂态 过程表现为 欠阻 尼的 振荡, 以 减幅 振荡的 形 式 逼近稳定值, 阻 尼因子越小, 到达最终值得振荡次 数越多, 振荡越强烈; 当 大于1 时, 暂态 过程呈非周期性,5 越大, 达到稳定 值的时间越长;4 等于1 是临界阻尼状况, 最快到达稳定值。 可见 的 取值必须适中, 尤其必须防止阻 尼因子过小而引 起环 路振荡,失去跟踪能力。 犯 一二阶电 荷泵锁相 环的 离 散时 间 分 析【 5 1 以 上讨论都是基于线性连续系统模型。 但是本质上, 电荷泵锁相环是离散系 统, 只有在离散分析稳定的前提下, 系统才会逐渐收敛, 进而能够满足线性模型 的 近似条件, 2 .3 中的 分析才有意义。 因 此为 保证稳定性必须对其进行离散分析。 在z 域,系统传递函数的分母 ( 特征方程)是: d (z ) 一 (: 一 1) , 一 (: 一 1) 2 rk l + 27 r + 山 1 丁 z口 1 丁 z ( 2 - 3 5 ) 其中,k = k r , , 可看作 对零点cq , = 万 归 一 化的 环路增 益。6 o i r
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 人教版五年级语文下册各单元试题及答案(附期中期末)
- 《空间艺术的杰出创造-中国传统雕塑艺术欣赏》 课件 -2024-2025学年赣美版初中美术八年级上册
- 2025年江苏省高考数学选择题专项训练(附答案解析)
- 2024-2030年全球与中国地塞米松环氧水解物行业市场现状调研分析及发展前景报告
- 2024-2030年全球与中国切丝切片机行业市场现状调研分析及发展前景报告
- 2024至2030年中国语音生物识别系统市场研发创新及发展环境洞察报告
- 2024-2030年中国饮料乳制品市场专题研究及市场前景预测评估报告
- 2024-2030年中国超声波工业清洗机市场专题研究及市场前景预测评估报告
- 2024至2030年中国汽车改装行业前景规模及未来发展趋势预测报告
- 2024-2030年中国熨烫机市场专题研究及市场前景预测评估报告
- 电梯日管控、周排查、月调度内容表格
- 施工放线测量记录表(自动计算)
- 商业综合体项目接管验收手册
- EHS安全巡检检查表
- 六年级上册英语素材重点单词及句型整理 join in剑桥英语
- 分权手册(流程汇编)(共28页)
- [悼词范文]悼词四字经典悼词(最新)
- YY∕T 0868-2021 神经和肌肉刺激器用电极
- 临床试验标准操作规程SOP
- 招商证券公司客户分级服务标准指引
- 沥青拌合站设备保养计划汇总
评论
0/150
提交评论