锁相环和频率和成课件

1、第6章 锁相环路,锁相环路的基本工作原理 基本组成 工作原理 锁相环路的性能分析 锁相环路的相位模型与环路方程 捕捉过程与跟踪过程 锁相环路的基本特性 集成锁相环路及其应用 集成锁相环 锁相环应用 频率合成,内 容 提 要,1,学习交流PPT,6.1 锁相环基本工作原理,组成框图,ui(t)和VCO的uo(t) 在PD中进行比较，PD输出的误差电压ud(t)是二者相位差的函数。如果两者频率相同，相位差恒定，则经LF后无输出；如果两者频率不同，则经LF后得到控制电压去控制VCO的振荡频率，直至环路进入“锁定”状态。,工作原理,2,学习交流PPT,6.2 锁相环的性能分析,鉴相器的电路模型 环路滤

2、波器的电路模型 压控振荡器的电路模型 锁相环的相位模型及环路方程 捕捉过程 跟踪过程 锁相环的基本特性,本节内容：,3,学习交流PPT,鉴相器的电路模型,1.鉴相器的输出电压是ui(t)和uo(t)相位差的函数 。 2.典型的乘积型鉴相器中，鉴相器的低频分量输出为：,鉴相器框图,鉴相器电路模型,分析,3. 乘积型鉴相器具有正弦规律的鉴相特性。,4,学习交流PPT,环路滤波器的电路模型,微分方程 ：,常见环路滤波器的形式,环路滤波器电路模型,其中，AF(p)为传递函数。,5,学习交流PPT,压控振荡器的电路模型,压控振荡器的特性可用调频特性来表示,压控振荡器的电路模型,P=d/dt为微分算子,在

3、一定范围内o与 uc(t) 几乎成线性关系 有：,A0为VCO的压控灵敏度。,6,学习交流PPT,锁相环的相位模型及环路方程,锁相环的相位模型,瞬时频差,控制频差,固有频差,环路方程,7,学习交流PPT,捕捉过程环路由失锁进入锁定的过程,i 较小ud(t) 能顺利通过LF得到uC(t) 控制VCO环路锁定,捕捉带(p ) 环路由失锁进入锁定所允许信号频率偏离r的最大值。 捕捉时间(P )环路由失锁状态进入锁定状态所需的时间,i较大 ud(t) 通过LF有较大衰减 uC(t) 较小经频率牵引过程时间长环路锁定,i很大 ud(t) 不能通过LF产生uC(t) VCO不受控环路失锁,8,学习交流PP

4、T,跟踪过程环路维持锁定的过程,能够维持环路锁定所允许的最大固有频差|i| ，称为锁相环路的跟踪带或同步带。,跟踪过程（同步过程）,跟踪带（同步带）,跟踪带（同步带）和环路滤波器的带宽及压控振荡器的频率控制范围有关。,如果输入信号频率i 或VCO振荡频率o 发生变化，则VCO振荡频率o跟踪i 而变化，维持o =i 的锁定状态，称为跟踪过程或同步过程。,9,学习交流PPT,锁相环的基本特性,环路锁定后，输出信号与输入信号频率相等，没有剩余频差（有微小固定相差）,良好的窄带特性,锁定后没有频差,自动跟踪特性,环路相当于一个高频窄带滤波器，只让输入信号频率附近的频率成份通过,环路在锁定时，输出信号频

5、率和相位能在一定范围内跟踪输入信号频率和相位的变化,10,学习交流PPT,6.3 集成锁相环路及其应用,本 节 内 容,集成锁相环路简介,锁相环的应用,频率合成,锁相倍频、分频与混频 锁相调频与鉴频 调幅波的同频检波 彩色电视机色副载波的提取 锁相接收机,主要技术指标 锁相频率合成器,11,学习交流PPT,集成锁相环简介,集成锁相环按其内部电路结构可分为 模拟锁相环和数字锁相环 集成锁相环按其用途可分为 通用型和专用型 集成锁相环按其工作频率可分为 低频（1MHz以下）、高频（130MHz）和超高频（30MHz以上） 几种通用的集成锁相环 L565（低频）、L562（高频）和L564（超高频）

6、,12,学习交流PPT,应用之一：锁相倍频、分频与混频,倍频电路框图,当反馈环路是分频器时倍频电路 当反馈环路是倍频器时分频电路 当反馈环路是混频器和中频放大器时混频电路,13,学习交流PPT,应用之二：锁相调频和鉴频,锁相环调频,锁相环使VCO的中心 频率稳定在晶振频率 上，同时调制信号也 加至VCO上，从而实 现调频,当输入调频波的频率发生 变化时，经PD和LF后将得 到一个与输入信号的频率 变化相同的控制电压，即 实现鉴频,锁相环鉴频,14,学习交流PPT,应用之三：调幅波的同步检波,原理框图,工作原理,在对DSB及SSB调幅信号解调的同步检波器中，必须有一与载波信号同频同相 的同步参考

7、信号。图中用载波跟踪锁相环路，在VCO输出端经900移相后而得到该信号 。,15,学习交流PPT,应用之四：彩色电视色副载波的提取,原理框图,工作原理,在彩色电视中，为了重现彩色，接收端必须要有与发送端完全相同的色副载波。而其中的色同步信号是其产生的基准。图中利用锁相环使VCO产生的色副载波，根据锁相环的工作特点，该信号的频率和相位受输入端色同步信号的控制。,16,学习交流PPT,应用之五：锁相接收机,原理框图,工作原理,通过锁相环VCO产生本振频率，实现对输入信号频率的跟踪，保证输出中频信号频率相对稳定。,17,学习交流PPT,频率合成器的主要技术指标,频率范围 频率合成器的工作频率范围 频

8、率间隔 相邻频率之间的最小间隔，又称分辨力 频率转换时间 从一个工作频率转换到另一个工作频率，并达到稳定工作所需要的时间 频率稳定度与准确度 稳定度在一定时间内频率偏差标称频率的程度 准确度实际工作频率与标称频率之间的偏差 频谱纯度输出信号接的正弦波的程度,18,学习交流PPT,单环式锁相频率合成器,由晶体振荡器产生标准频率源fs，经参考分频器R分频后，得到 参考频率fr = fs /R 送到鉴相器的一输入端，VCO输出频率fo经N分 频后送到鉴相器的二输入端 。环路锁定时有fr=fo /N，因此VCO 输出信号频率为fo = N fS /R= N fr 。即输出信号频率fo为输入参考 信号频

9、率fr的N倍，改变N(分频系数)就可得到不同频率的输出。,19,学习交流PPT,频率合成器实例,由CD4046组成的频率合成器：,20,学习交流PPT,单环式频率合成器存在的问题,减小输出频率间隔和减小频率转换时间是矛盾的 。要减小输出频率间隔，就必须减小输入参考频率fr。因环路滤波器的带宽必须小于参考频率，因而环路滤波器的带宽也要压缩。环路的捕捉时间或跟踪时间就要加长，即频率合成器的频率转换时间加大。 锁相环路内接入分频器后，其环路增益将下降为原来的1/N。当要求频率间隔很小时，其分频比N的变化范围将很大，导致环路增益也大幅度的变化，从而影响到环路的动态工作性能。 可编程分频器的分频比的数目

10、决定了合成器输出信道的数目，而程序分频的输入频率就是合成器的输出频率。由于可编程分频器的工作频率比较低，无法满足大多数通信系统中工作频率高的要求。,21,学习交流PPT,多环式锁相频率合成器,上图为三环频率合成器组成框图。它由三个锁相环路 组成。环路A和B为单环频率合成器，环C为混频环。,22,学习交流PPT,吞脉冲程序分频器,工作原理：设计数开始时模式控制输出1，双模前置分频器和两计数器在输入脉冲作用下同时计数，当辅助计数器计满A个脉冲后模式控制电路输出低电平0，辅助计数器停止计数，同时使双模前置分频器分频比变为P,然后继续工作， 主计数器也继续 计数满N个脉冲 后，使模式控制 电路重新恢复高 电平、双模前置 分频器恢复(P+1) 分频比，各部件 进入第二个计数 周期。,23,学习交流PPT,吞脉冲频率合成器,上图是用吞脉冲程序分频器构成的吞脉冲频率合成器，其输出信号频率为：f0=(PN+A)fr 可见： fo提高了P倍，而频率间隔仍保持为fr 。,24,学习交流PPT,用MC145146构成的吞脉冲频率合成器,25,学习交流PPT,本章小结,锁相环路是利用相位的调节，以消除频率误差的自动控制系统，它由鉴相器、环路滤波器、压控