第四章锁相环路课件.ppt

1、1主要内容主要内容n4-1 引言 n4-2锁相环路的线性分析n4-2 锁相环路的非线性分析n4-3 集成锁相环n4-4 锁相环路的应用2本章参考文献n郑继禹等编.锁相环路原理和应用,人民邮电出版社,1984n罗伟雄等编.锁相技术与应用.北京理工大学出版社3作业：n教科书P189：n4-8，4-94反馈控制电路反馈控制电路 n信号有三个参量：信号有三个参量：幅度、频率、相位幅度、频率、相位。利用。利用负反馈方式分别控制这三个参量，可形成三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种类型的反馈控制电路.()cosAS tt4-1 引言引言5自动增益控制自动增益控制 (AGCAGC:

2、Automatic Gain Control):Automatic Gain Control)自动频率控制自动频率控制 (AFCAFC:Automatic Frequency:Automatic Frequency Control)Control)锁相环路锁相环路 n(PLLPLL:Phase Locked Loop):Phase Locked Loop)6一一 AGC原理简介原理简介nAGCAGC通常在接收放大中使用，以保证在通常在接收放大中使用，以保证在接收信号强弱变化悬殊接收信号强弱变化悬殊(几百微伏几百几百微伏几百毫伏变化毫伏变化)的条件下，保持放大器输出电的条件下，保持放大器输出电平

3、为某一设定值。平为某一设定值。7高高放放混混频频低低放放中中放放检检波波低低通通直直放放AGC延延迟迟Backward AGC 后向后向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。一般取自检波输出。8No AGCDelayed AGCSimple AGC102030405060-35-10-20-30-25-15-50(IF)outu(RF),inu(IF)inu)B(duA(RF)Bm()dinu9例如：例如：Simple AGC Circuit 21bQAGC1212ccRRVVVRRRR低通低通 检波检波 中放前级中放前级

4、AGC0V1R2RccV10二二 AFC原理简介原理简介带有AFC功能的AM超外差接收机 混频器混频器中放中放滤波放大滤波放大VCOVCOAM波至检波波至检波限幅限幅鉴频鉴频IFLcfff cf Lf f cV cV VCOVCO压控特性压控特性鉴频特性鉴频特性S S曲线曲线()cVfcv0ef起始频差(Normal)IFIFfffef稳态频差11频率调节进入稳态后，频率调节进入稳态后，稳态频差稳态频差不会不会为零！为零！任何负反馈控制系统，其反馈控制量任何负反馈控制系统，其反馈控制量的稳态误差不为零的稳态误差不为零。12压控振荡器压控振荡器ui鉴相器鉴相器环路滤波器环路滤波器uDuCuO锁相

5、环路的组成框图锁相环路的组成框图fifoPLL基本组成原理与环路方程基本组成原理与环路方程 0()()()()()()()DiocDoocutu tF P uttK u t 13n1 鉴相器（鉴相器（Phase Detector，PD）102()sin()()cos()iimioomu tUttu tUtt1411112()()()()()()()()()sin()()cos()()()ioiooiiiooiimoioomooottttttttttttu tUttu tUtttt 根据鉴相器“同频下比相”的原则，改写输入相角：15)()(sinttttKuoieedD）（）（鉴相器若鉴相器为正

6、弦型乘积鉴相器的相位模型鉴相器的相位模型i（t）+Kdsine（t）o（t）uo（t）162 环路滤波器环路滤波器uc(t)=F(p)uD(t)uc（t）RC无源滤波器无源滤波器uD（t）17uc（t）uD（t）RC无源比例积分滤波器无源比例积分滤波器18uD（t）uc（t）R1CR1有源比例积分滤波器有源比例积分滤波器193 压控振荡器（Voltage Control Oscillator，VCO）dttuPKdttuKtdttuKtdtttVCOKtuKtcococooocoo)(1)()()()()()()()(00000用运算微积分表示：输出总相位：压控振荡器灵敏度频率；未加控制电压时

7、的振荡20o（t）uc（t）o0控制特性控制特性21环路输出/输入相位之间的关系为dttuKcoioie)(K0 uc（t）o（t）=K0uc（t）dtK0uc（t）o（t）=K0uc（t）的相位模型的相位模型22环路的传输函数i（t）Kdsine（t）o（t）uD（t）锁相环路相位模型锁相环路相位模型F（P）K0/Pe（t）uc（t）2300()sin()()()()()()()()()()()()()sin()DdiocDoceioeideutKttu tF P utPtK u ttttPtPtK K F Pt2400sin()()()()()()()()()()eeeideeidettP

8、tPtK K F PtSSSSK K F SS25环路闭环传输函数：环路闭环传输函数：环路开环传输函数SSFKKSGSGSGSSFKKSSFKKSHSFKKSSFKKSSSHdddddio)()()(1)()(1)()()()()()()(0000026()0()1()sin()e tideF PPPtK Kt 00000()/sin0siniedeededtdtPtK KtPtK Kt 27max0dK K28线性环路的频率响应和暂态响应线性环路的频率响应和暂态响应n1 环路的频率响应n（1）闭环频率响应(采用有源比例积分滤波器)21/2222212()()()121(2)()11(2)on

9、innnnnjjH jjjH j294222221/2331()2(21)10221(21)1nndBndBH j 带宽：30误差频率响应误差频率响应(采用有源比例积分滤波器)221222222222)()(2)()()()(1)(nnennennieeetgjHjjjjHjHjH误差频率响应：31环路的暂态响应环路的暂态响应n假设环路是线性系统，t0 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)nt5B3dB;（2）环路增益不能太大；2 假锁1 锁相接收机锁相接收机522 锁相鉴频锁相鉴频鉴鉴 相相环路滤波环路滤波VCO输出滤波输出滤波输

10、入输入输出输出输出滤波输出滤波53()sin()()()()()iimimmmu tUttduttdtuSSS输入调频信号：其调制信号：取拉氏变换：5400000()()()()()1()()()()()()()()()()imedddcdedmndSSSSSSK K F SSK K F SUSSK K F SUSKS F SK F SH SSSUSSK K F SK环路的相位差：从环路滤波器输出端取解调电压：55普通鉴相器的门限效应与锁相鉴频器的门限效应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

11、)y(t)信号与窄带噪声的合成矢量信号与窄带噪声的合成矢量56)()()(txtutyarctgin：由噪声引起的相位噪声当输入信噪比较大时，57n(t)n(t)420-2tt n(t)的变化和频率尖峰的形成的变化和频率尖峰的形成58频率合成器频率合成器参考参考频率源频率源脉冲脉冲形成形成取样保持取样保持鉴相器鉴相器环路环路滤波滤波VCOuR(t)frus(t)Mfr取样环的组成取样环的组成uR(t)us(t)uD(t)R1R2R3C1C取样保持鉴相器取样保持鉴相器59110200021()()1;()sin()()sin()()RrnrrssmssmrrruttnTtTtfu tUtu tUmtmttnTt取样脉冲：取样周期：初始时延；取样的信号电压：式中：取样时刻60100101010210212()sin()sin2sinsin()()()()()DsmrrsmsmsmeerrutUmnTtTUmnmUmUttmmtmtmtm理想取样时的样品电压：式中：61数字式锁相频率合成器数字式锁相频率合成器频率源频率源数字分频数字分频 M鉴相器鉴相器F(S)VCOfo/Mfrfo=M fr数字式锁相频率合成器的组成数字式锁相频率合成器的组成62