121-集成电路锁相环及其应用电路设计课件.ppt

1、1电子线路设计电子线路设计任课教师：王维博任课教师：王维博电气信息学院信息工程系电气信息学院信息工程系2012年年9月月2锁相的意义锁相的意义 实现相位同步的自动控制，能够完成两实现相位同步的自动控制，能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做锁相环，简称锁相环，简称PLL。它广泛应用于广播通信、。它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等技术领域。频率合成、自动控制及时钟同步等技术领域。 12.1 集成电路锁相环及其应用电路设集成电路锁相环及其应用电路设计计第第12章章 综合性电子线路应用设计综合性电子线路应用设计3 VCO输出频率的高低

2、由低通滤波器输出的平均电输出频率的高低由低通滤波器输出的平均电压压Uc大小决定。大小决定。VCO的输出的输出Uo接至相位比较器的一接至相位比较器的一个输入端，外部输入信号个输入端，外部输入信号Ui与来自与来自VCO的输出信号的输出信号Uo相比较，经过相位比较器产生的误差输出电压相比较，经过相位比较器产生的误差输出电压Ud正比于正比于Ui和和Uo两个信号的相位差，经过低通滤波器两个信号的相位差，经过低通滤波器滤除高频分量后，得到一个平均值电压滤除高频分量后，得到一个平均值电压Uc。这个平。这个平均值电压均值电压Uc朝着减小朝着减小VCO输出频率和输入频率之差输出频率和输入频率之差的方向变化，直至

3、的方向变化，直至VCO输出频率和输入信号频率获输出频率和输入信号频率获得一致。这时得一致。这时两个信号的频率相同，两相位差保持两个信号的频率相同，两相位差保持恒定（即同步）称作相位锁定恒定（即同步）称作相位锁定。 锁相环路基本组成方框图锁相环路基本组成方框图owiwow4压控振荡器压控振荡器 压控振荡器是一个压控振荡器是一个电压电压-频率频率变换装置变换装置,在环路中作为被控振荡在环路中作为被控振荡器器,它的振荡频率应随输入控制电它的振荡频率应随输入控制电压压Uc(t)线性地变化（线性地变化（在一定范围在一定范围内内），可用线性方程来表示），可用线性方程来表示即即 V(t)=V + KV Uc

4、(t)当当Uc(t)=0时，时，VCO的固有振荡频的固有振荡频率为率为V 。锁相环路基本组成方框图锁相环路基本组成方框图owiwowV VV V(t)(t)U Uc c(t)(t)5 输入信号和输出信号的相位关系输入信号和输出信号的相位关系系统的瞬时相差系统的瞬时相差e(t)=1(t)-2(t)锁相环路基本组成方框图锁相环路基本组成方框图owiwow6图图12.1.3 捕捉带捕捉带f fv v与同步带与同步带f fL Lowiwow失锁失锁锁定锁定失锁失锁锁定锁定712.1.3 数字锁相环及其应用电路设计数字锁相环及其应用电路设计 CC4046：通用的：通用的CMOS锁相环集芯锁相环集芯片。片

5、。特点：电源电压范围宽（为特点：电源电压范围宽（为3V18V），输入阻抗高），输入阻抗高(约约100M)，动态功，动态功耗小，在中心频率耗小，在中心频率f0为为10kHz下功耗仅为下功耗仅为600W，属微功耗器件。，属微功耗器件。 8 CC4046方框图方框图owiwowN N9VCOVCO的固有振荡频率的固有振荡频率由由C C1 1，R R1 1，R R2 2决定，决定，一般一般R R2 2=10Typical centre Typical centre frequency as a frequency as a function of function of capacitor C1;ca

6、pacitor C1; T = 25; T = 25; VCOIN at 1/2 VDD;VCOIN at 1/2 VDD; INH at VSS; INH at VSS; R2 = R2 = （VCO VCO without without frequency frequency offsetoffset）. .固有振荡频率固有振荡频率fvfv与与R1,C1R1,C1的关系的关系11锁相环电路的应用锁相环电路的应用倍频：倍频：鉴相器鉴相器环路环路滤波器滤波器压控压控振荡器振荡器i y )(ti )(ty 分频器分频器yynww=yiyiwwnwnw12分频：分频：鉴相器鉴相器环路环路滤波器滤

7、波器压控压控振荡器振荡器i y )(ti )(ty 倍频器倍频器yynww=iyiywnwwwn锁相环电路的应用锁相环电路的应用13iw频率合成：频率合成：鉴相器鉴相器环路环路滤波器滤波器压控压控振荡器振荡器i ow)(ti ( )otj分频器分频器ioiooiffffmnnffm=分频器分频器m即即ow锁相环电路的应用锁相环电路的应用14m mn noRoRffmnnffm=of1574LS191（74LS190/191/192/193） （参见教材（参见教材179页）页） 单时钟单时钟4位同步位同步 BCD码码 十六进制计数器十六进制计数器。 异步预置；异步预置；同步计数；同步计数；进进/借位；借位；级联进位级联进位加加/减可逆减可逆16m mn nfofoCO/BOCO/BORCRCCPCP当当D3D2D1D0=0000时，时，n=16当当D3D2D1D0=0001时，时，n=1517设设fR= 32kHz m=2 ，则当则当 D3D2D1D0=0000时，时，n=16 ，16322562oRnffkHzm=240oRnffkHzm=m mn nfo则当则当 D3D2D1D0=0001时，时，n=15，18m mn noRoRffmnnffm=