第四章锁相环路课件

主要内容4-1引言4-2锁相环路的线性分析4-2锁相环路的非线性分析4-3集成锁相环4-4锁相环路的应用1本章参考文献［１］郑继禹等编.锁相环路原理和应用,人民邮电出版社,1984［２］罗伟雄等编.锁相技术与应用.北京理工大学出版社2作业：教科书P189：4-8，4-93反馈控制电路

信号有三个参量：幅度、频率、相位。利用负反馈方式分别控制这三个参量，可形成三种类型的反馈控制电路.4-1引言4●自动增益控制(AGC:AutomaticGainControl)●自动频率控制(AFC:AutomaticFrequencyControl)●锁相环路(PLL:PhaseLockedLoop)

5一AGC原理简介AGC通常在接收放大中使用，以保证在接收信号强弱变化悬殊(几百微伏～几百毫伏变化)的条件下，保持放大器输出电平为某一设定值。6高放混频低放中放检波低通直放AGC延迟BackwardAGC

后向AGC一般在接收机的高放或中放级使用，反馈控制量一般取自检波输出。

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

低通……检波中放前级9二

AFC原理简介带有AFC功能的AM超外差接收机

混频器中放滤波放大VCOAM波至检波限幅鉴频VCO压控特性鉴频特性S曲线起始频差稳态频差10频率调节进入稳态后，稳态频差不会为零！任何负反馈控制系统，其反馈控制量的稳态误差不为零。

11压控振荡器ui鉴相器环路滤波器uDuCuO锁相环路的组成框图fifoPLL基本组成原理与环路方程

121鉴相器（PhaseDetector，PD）1314鉴相器的相位模型θi（t）+Kdsinθe（t）─θo（t）uo（t）152环路滤波器uc(t)=F(p)

uD(t)uc（t）RC无源滤波器uD（t）16uc（t）uD（t）RC无源比例积分滤波器17uD（t）uc（t）R1CR1有源比例积分滤波器183压控振荡器

（VoltageControlOscillator，VCO）19ωo（t）uc（t）ωo0ＶＣＯ控制特性20环路输出/输入相位之间的关系为K0

uc（t）θo（t）=K0uc（t）dtK0／Ｐuc（t）θo（t）=K0uc（t）／ＰＶＣＯ的相位模型21环路的传输函数θi（t）Kdsinθe（t）θo（t）uD（t）锁相环路相位模型F（P）K0/Pθe（t）uc（t）222324环路闭环传输函数：25一阶环路无环路滤波器的一阶环路输入信号频率和VCO输出频率差为

0时26环路锁定所允许的最大频差：27线性环路的频率响应和暂态响应1环路的频率响应（1）闭环频率响应(采用有源比例积分滤波器)2829误差频率响应(采用有源比例积分滤波器)30环路的暂态响应假设环路是线性系统，t<0时处于锁定状态,t=0时环路出现不同的相位变化.观察输出相位的变化过程(采用有源比例积分滤波器)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)见教科书:P16731线性环路的噪声性能输入相加噪声调制噪声分频触发噪声杂波干扰鉴相器非线性失真跳周脉冲噪声取样脉冲泄露直流放大器输出噪声交流干扰VCO内部噪声压控振荡器鉴相器环路滤波器

O（t）各种噪声示意图

i（t）32333435环路等效噪声带宽BL一阶环路：BL=K0Kd/4有源比例积分滤波器的二阶环路：BL=

n（1+42）/8

H（j2f）20BLf等效噪声带宽的几何意义1364-2锁相环路的非线性分析环路锁定、失锁、牵引过程

o=i-o（1）o

比较小时环路的快捕过程t1t2t（t）

i

o01

o

o37（t）

o

i0t1t2t1

o

o环路的快捕过程38（2）o

很大时，o=i-o比较大，环路失锁39（t）

i

o0tIIIIII

o环路的频率捕捉过程ud（t）

0tUo正弦波和调频波鉴相后的输出电压波形（3）o

不是很大时40环路的同步和捕捉性能1同步带

H

2捕捉带

P

理想锁相环（有源比例积分滤波器）

P=

实际环路（1）无源比例积分滤波器（2）有源比例积分滤波器

A——运放增益413快捕带

P=4

n4捕捉时间Tp42一阶环路的相图分析43

oBB’A’A

e

2n

（2n+1）K

e一阶环路相图A：稳定平衡点B：不稳定平衡点

P=

L=

H=K4445捕捉方法1扫描法输入主鉴相器移相90o正交鉴相环路滤波VCO平滑滤波锁定指示方框图输出46输入鉴相器移相90o正交鉴相环路滤波VCO平滑滤波辅助捕捉锁相环扫描电压产生VCO粗调电压输出47输入鉴相器脉冲形成环路滤波VCO计数器变斜率扫描环路台阶波产生器VCO粗调电压输出48鉴频鉴相法输出鉴相器环路滤波VCO有鉴相的锁相环鉴相器输入49鉴相器IIVCO跟随器

NVDD16PH1114PH123VCoo4

2PH01

13PH02CC

67Vss11Vss12inh5R1VssR2Vss9VCo1R104-3集成锁相环CD4046内部电路框图504-4锁相环路的应用混频中放鉴相

NVCO低通中频参考电压

IO

i

O

i-O

i-O锁相接收机的组成问题：1（1）Bi>5B3dB;（2）环路增益不能太大；2假锁1锁相接收机512锁相鉴频鉴相环路滤波VCO输出滤波输入输出输出滤波锁相鉴频器组成525354普通鉴相器的门限效应与锁相鉴频器的门限效应ui(t)+n(t)

n(t)ui(t)x(t)y(t)ui(t)+n(t)

n(t)ui(t)x(t)y(t)信号与窄带噪声的合成矢量5556

n(t)

n(t)4

20-2tt

n(t)的变化和频率尖峰的形成57频率合成器参考频率源脉冲形成取样