鎖相技術(shù)期末總復(fù)習(xí)提綱

1、第一章一.鎖相環(huán)組成PLL兩種工作狀態(tài)：捕獲狀態(tài)和鎖定（或稱同步）狀態(tài)鎖定后頻差，相差為 基本鎖相環(huán)的組成： 鑒相器（Phase Detector）-PD 環(huán)路濾波器（Loop Filter）-LF 壓控振蕩器（Voltage Controlled Oscillator）-VCO為輸入量的瞬時相位。為輸入量的瞬時相位。各部分分析：1鑒相器 是一個相位比較器，用于比較與之間的相位差 再經(jīng)過低通濾波器（LPF）濾除成分之后，得到誤差電壓 令為鑒相器的最大輸出電壓，得到2.環(huán)路濾波器及其傳輸函數(shù)環(huán)路濾波器是一個線性電路，在時域分析中可用一個傳輸算子來表示，其中是微分算子；在頻域分析中可用傳遞函數(shù)表示

2、，其中是復(fù)頻率；若用代入就得到它的頻率響應(yīng)，故環(huán)路濾波器模型可表示為圖定義控制電壓 （1）RC積分濾波器這是結(jié)構(gòu)最簡單的低通濾波器,傳輸算子：，是時間常數(shù)，這是這種濾波器唯一可調(diào)的參數(shù)。令p=j,并代入(1-18)式,即可得濾波器的頻率特性：低通特性，相位滯后。當(dāng)頻率很高時，幅度趨于零，相位滯后接近于。（2）無源比例積分濾波器無源比例積分濾波器如圖1-9(a)所示，它與RC積分濾波器相比，附加了一個與電容器串聯(lián)的電阻R2，這樣就增加了一個可調(diào)參數(shù)。傳輸算子：；是兩個獨立的可調(diào)參數(shù)。頻率特性：據(jù)此可作出對數(shù)頻率特性,如圖1-9(b)所示。這也是一個低通濾波器,與RC積分濾波器不同的是,當(dāng)頻率很高

3、時圖1-9 無源比例積分濾波器的組成與對數(shù)頻率特性 (a)組成 (b)頻率特性低通特性。從相頻特性上看，當(dāng)頻率很高時有相位超前校正的作用，這是由相位超前因子引起的。這個相位超前作用對改善環(huán)路的穩(wěn)定性是有用的。（3）有源比例積分濾波器有源比例積分濾波器由運(yùn)算放大器組成，電路如圖它的傳輸算子：，；是運(yùn)算放大器無反饋時的電壓增益若運(yùn)算放大器的增益很高，則傳輸算子可以近似為 圖1-10 有源比例積分濾波器的組成與對數(shù)頻率特性 (a)組成 (b)頻率特性負(fù)號對環(huán)路的工作沒有影響,分析時可以不予考慮。故傳輸算子可以近似為 式中1=R1C。(傳輸算子的分母中只有一個p,是一個積分因子,故高增益的有源比例積分

4、濾波器又稱為理想積分濾波器。顯然,A越大就越接近理想積分濾波器。此濾波器的頻率響應(yīng)為 低通特性，比例作用。相頻特性有超前校正。3.壓控振蕩器壓控振蕩器是一個電壓-頻率變換裝置，在環(huán)中作為被控振蕩器，它的振蕩頻率應(yīng)隨輸入控制電壓 線性地變化,即應(yīng)有變換關(guān)系是壓控振蕩器的瞬時角頻率； 為控制靈敏度或稱為增益系數(shù)，單位是。由于壓控振蕩器的輸出反饋到鑒相器上，對鑒相器輸出誤差電壓起作用的不是其頻率而是其相位即 改寫成算子形式為 二 關(guān)于捕獲鎖定兩種工作狀態(tài)捕獲過程 從輸入信號加到鎖相環(huán)路的輸入端開始,一直到環(huán)路達(dá)到鎖定的全過程,稱為捕獲過程。一般情況,輸入信號頻率i與被控振蕩器自由振蕩頻率o不同,即兩

5、者之差o0。若沒有相位跟蹤系統(tǒng)的作用,兩信號之間相差鎖定狀態(tài) 捕獲狀態(tài)終了,環(huán)路的狀態(tài)穩(wěn)定在 在輸入固定頻率信號的條件之下,環(huán)路進(jìn)入同步狀態(tài)后,輸出信號與輸入信號之間頻差等于零,相差等于常數(shù),即 常數(shù)評價捕獲過程性能有兩個主要指標(biāo)。一個是環(huán)路的捕獲帶p,即環(huán)路能通過捕獲過程而進(jìn)入同步狀態(tài)所允許的最大固有頻差omax。若o>p,環(huán)路就不能通過捕獲進(jìn)入同步狀態(tài)。另一個指標(biāo)是捕獲時間Tp,它是環(huán)路由起始時刻t0到進(jìn)入同步狀態(tài)的時刻ta之間的時間間隔,即 捕獲時間Tp的大小除決定于環(huán)路參數(shù)之外,還與起始狀態(tài)有關(guān)。一般情況下輸入起始頻差越大,Tp也就越大。通常以起始頻差等于p,來計算最大捕獲時間,

6、并把它作為環(huán)路的性能指標(biāo)之一。三 動態(tài)方程令環(huán)路增益鎖相環(huán)路動態(tài)方程的一般形式：環(huán)路的瞬時頻差；。當(dāng)輸入固定頻率信號時，就是固有頻差；：瞬時相差作用下的誤差電壓瞬時值：誤差電壓經(jīng)環(huán)路濾波器過濾之后加到VCO上的控制電壓瞬時值：控制電壓加到VCO上所引起振蕩頻率相對于自由振蕩頻率的頻差，即控制頻差由此得到動態(tài)方程物理概念上的含意：瞬時頻差=固有頻差-控制頻差。鎖相環(huán)路的穩(wěn)態(tài)相差。四一階鎖相環(huán)路捕獲鎖定與失鎖五 課堂講解的例題及作業(yè)第二章一 寫傳輸函數(shù)相頻特性：反映不同頻率信號進(jìn)入系統(tǒng)后的工作時間幅頻特性：反映不同頻率信號進(jìn)入系統(tǒng)后的工作范圍線性相位模型復(fù)頻域：頻域：復(fù)頻域相位模型開環(huán)傳函：閉環(huán)傳

7、函：誤差傳函：表2-1環(huán)路的“型”數(shù)理想積分環(huán)節(jié)的個數(shù)。原點處極點的個數(shù)，也就是環(huán)路中理想積分環(huán)節(jié)的個數(shù)。二 穩(wěn)定性的計算題（過程）本意例題及作業(yè)第三章大小反映環(huán)路對輸入噪聲的濾除能力。越小，方差越小，說明環(huán)路對噪聲的濾波能力越強(qiáng)。1、 一階環(huán)結(jié)論：只有一個可調(diào)參數(shù)K,且與K成正比，若提高環(huán)路增益，將增大，對噪聲的濾除能力變差,故應(yīng)用較少。2、 典型二階環(huán)（RC積分器）存在和一階環(huán)同樣的缺點,變化時不變,也難以滿足多方面性能要求.3.有源比例積分器的二階理想環(huán)可調(diào)參數(shù)較多. 4.無源比例積分器二階非理想環(huán)當(dāng)K>>時，環(huán)路信噪比計算公式輸入信噪比 環(huán)路信噪比 =輸入信號載波功率 /通

8、過環(huán)路帶寬為Bi的前置濾波器的噪聲功率。由（3-12）得 反映前置濾波器對噪聲的抑制能力。 等效輸入相位噪聲 鑒相器引入的電壓噪聲 VCO內(nèi)部產(chǎn)生的相位噪聲跳周：在低時，環(huán)路相差可能跳躍一個或幾個周期才能重新穩(wěn)定下來的現(xiàn)象稱為跳周。發(fā)生跳周也就是環(huán)路出現(xiàn)短暫的失鎖，跳周的次數(shù)就是環(huán)路的失鎖次數(shù)。環(huán)路噪聲門限：即當(dāng)?shù)陀谶@個門限電平時，環(huán)路將失鎖二者引起的失鎖性質(zhì)不同。跳周是因為環(huán)路信噪比小，當(dāng)噪聲較大導(dǎo)致失鎖，他在一段時間后會自己重新鎖定的。而門限則是因為環(huán)路門限低，而且失鎖以后不提高s/n就不能再重新鎖定了。例題及作業(yè)第四章一 捕獲的概念環(huán)路由失鎖進(jìn)入鎖定的過程，稱為捕獲。相位捕獲和頻率捕（1

9、）一階PLL由于沒有環(huán)路濾波器，只有壓控振蕩器一個積分環(huán)節(jié)，所以一階環(huán)只有相位捕獲，即在捕獲過程中，相位差沒有的周期跳躍。（2）二階PLL由于有環(huán)路濾波器和壓控振蕩器兩個積分環(huán)節(jié)，這樣可對鑒相器輸出的電壓進(jìn)行積分，得到不斷增長的直流控制電壓，使輸入輸出頻差減小。因此，二階PLL中存在相位捕獲和頻率捕獲兩個捕獲過程。自捕獲與輔助捕獲（1）自捕獲：如果環(huán)路依靠自己的控制能力達(dá)到捕獲鎖定, 稱這種捕獲過程為自捕獲。 （2）輔助捕獲：若環(huán)路借助于輔助電路才能實現(xiàn)捕獲鎖定, 則稱這種捕獲過程為輔助捕獲。捕獲性能的分析方法捕獲全過程：在固定頻率的輸入信號和壓控振蕩器反饋的調(diào)頻信號作用下，鑒相器輸出差拍電壓

10、。由于差拍電壓是不對稱的，其直流分量不為零，通過環(huán)路濾波器的積分作用，使控制電壓Uc(t)中的直流分量不斷增加，從而牽引著壓控振蕩器的平均功率使他不斷地向信號頻率（t）靠攏因而使平均頻差不斷減小，經(jīng)過一定的時間后，平均頻差減小到快進(jìn)入快捕帶時，頻率捕獲過程結(jié)束。此后進(jìn)入相位捕獲，變化不再超過2，最終趨于穩(wěn)態(tài)值同時 也分別趨于穩(wěn)態(tài)值，壓控振蕩器的頻率被鎖定在輸入信號上，捕獲全過程結(jié)束捕獲帶：保證環(huán)路必然進(jìn)入鎖定的最大固有頻差值。會推導(dǎo)（五步）1、 有源比例積分濾波器二階環(huán)2、 無源比例積分濾波器二階環(huán)時，可化簡為：3、 RC積分濾波器的二階環(huán) 快捕帶：保證環(huán)路只有相位捕獲一個過程的最大固有頻差值

11、。 快捕時間：捕獲時間：頻率捕獲時間+相位捕獲時間頻率捕獲時間：頻率捕獲過程所需的時間，也稱頻率牽引時間。相位捕獲時間：相位捕獲過程所需的時間，也稱快捕時間。捕獲時間：把頻差從下降到所需的時間定義為捕獲時間。 有源和無源比例積分濾波器的捕獲時間都是： 例題和課后習(xí)題為什么要使用輔助捕獲：為改善環(huán)路捕獲性能，總希望捕獲帶越寬越好，捕獲時間越短越好。為了加大環(huán)路的捕獲帶，應(yīng)提高環(huán)路的增益或者增加濾波器的帶寬。為縮短環(huán)路的捕獲時間，除采用與前者相同的措施外，還可設(shè)法減小作用到環(huán)路上的起始頻差。為了有效地克服延滯于假鎖，在環(huán)路中也往往要求加入輔助捕獲裝置。方法（5種）：人工電調(diào) 、自動掃描 、輔助鑒頻

12、 、變帶寬 、變增益第七章頻率合成方法（三個題）能正確使用間接頻率合成方法進(jìn)行相關(guān)設(shè)計變模分頻合成器：前置分頻的PLL合成器、雙模分頻PLL合成器、下變頻中規(guī)模(MSI)集成頻率合成器MC145106多環(huán)頻率合成器：后置分頻器的PLL合成器、三環(huán)和雙環(huán)鎖相頻率合成器小數(shù)分頻合成器（會計算）1、鎖相環(huán)路是一個相位跟蹤系統(tǒng)，它建立了輸出信號瞬時相位與輸入信號瞬時相位的控制關(guān)系。2、環(huán)路的兩種基本工作狀態(tài)：捕獲過程、鎖定狀態(tài)。3、全數(shù)字鎖相環(huán)主要由數(shù)字鑒相器、數(shù)字環(huán)路濾波器、數(shù)字壓控振蕩器三部分組成。4、固有頻差、瞬時角頻差和控制角頻差三者之間的關(guān)系：瞬時頻差=固有頻差-控制頻差。5、若一個鎖相環(huán)路的截止頻率C=1000rad/s，輸入信號為ui（t）=Uisin1000000t+2sin（100t+i），環(huán)路這時處于調(diào)制跟蹤狀態(tài)。7、開環(huán)增益達(dá)到0dB時的頻率稱為增益臨界頻率；相位余量是指開環(huán)增益降至0dB時，開環(huán)相移量與的差值。8、相軌跡方程反映了瞬時頻差與瞬時相差的關(guān)系式。9、載波跟蹤特性的三重含意：一是窄帶：二是跟蹤：三是放大：。10、根據(jù)奈奎斯特準(zhǔn)則，可以用鎖相環(huán)路開環(huán)頻率響應(yīng)的伯德圖來直接判定鎖相環(huán)路閉環(huán)時的穩(wěn)定性。11、頻率合成有三種方法：直接數(shù)字頻率合成是最新的頻率合成