鎖相環(huán)和頻率和成（課堂PPT）

1、第6章 鎖相環(huán)路鎖相環(huán)路的基本工作原理基本組成工作原理鎖相環(huán)路的性能分析鎖相環(huán)路的相位模型與環(huán)路方程捕捉過(guò)程與跟蹤過(guò)程鎖相環(huán)路的基本特性集成鎖相環(huán)路及其應(yīng)用集成鎖相環(huán)鎖相環(huán)應(yīng)用頻率合成內(nèi)內(nèi)容容提提要要6.1 鎖相環(huán)基本工作原理組成框圖ui(t)和VCO的uo(t) 在PD中進(jìn)行比較，PD輸出的誤差電壓ud(t)是二者相位差的函數(shù)。如果兩者頻率相同，相位差恒定，則經(jīng)LF后無(wú)輸出；如果兩者頻率不同，則經(jīng)LF后得到控制電壓去控制VCO的振蕩頻率，直至環(huán)路進(jìn)入“鎖定”狀態(tài)。 工作原理6.2 鎖相環(huán)的性能分析鑒相器的電路模型環(huán)路濾波器的電路模型壓控振蕩器的電路模型鎖相環(huán)的相位模型及環(huán)路方程捕捉過(guò)程跟蹤過(guò)

2、程鎖相環(huán)的基本特性本節(jié)內(nèi)容：鑒相器的電路模型1.鑒相器的輸出電壓是ui(t)和uo(t)相位差的函數(shù) 。2.典型的乘積型鑒相器中，鑒相器的低頻分量輸出為：)()()()(sin)(OieeddttttAtu其中 鑒相器框圖 鑒相器電路模型分析3. 乘積型鑒相器具有正弦規(guī)律的鑒相特性。環(huán)路濾波器的電路模型微分方程 ：)()()(dFCtupAtu 常見(jiàn)環(huán)路濾波器的形式 環(huán)路濾波器電路模型其中，AF(p)為傳遞函數(shù)。壓控振蕩器的電路模型壓控振蕩器的特性可用調(diào)頻特性來(lái)表示)(C0r0tuA 壓控振蕩器的電路模型P=d/dt為微分算子 在一定范圍內(nèi)o與 uc(t) 幾乎成線性關(guān)系 有：A A0 0為V

3、CO的壓控靈敏度。 鎖相環(huán)的相位模型及環(huán)路方程鎖相環(huán)的相位模型)(sin1)()()()()(eFodiotppAAAttttie)()(sin)()(ieFodetpttAAAtp瞬時(shí)頻差控制頻差固有頻差 環(huán)路方程捕捉過(guò)程環(huán)路由失鎖進(jìn)入鎖定的過(guò)程i 較小ud(t) 能順利通過(guò)LF得到uC(t) 控制VCO環(huán)路鎖定 捕捉帶(p ) 環(huán)路由失鎖進(jìn)入鎖定所允許信號(hào)頻率偏離r的最大值。 捕捉時(shí)間(P )環(huán)路由失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)所需的時(shí)間i較大 ud(t) 通過(guò)LF有較大衰減 uC(t) 較小經(jīng)頻率牽引過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)環(huán)路鎖定i很大 ud(t) 不能通過(guò)LF產(chǎn)生uC(t) VCO不受控環(huán)路失鎖跟蹤過(guò)程環(huán)路

4、維持鎖定的過(guò)程能夠維持環(huán)路鎖定所允許的最大固有頻差|i| ，稱(chēng)為鎖相環(huán)路的跟蹤帶或同步帶。 跟蹤過(guò)程（同步過(guò)程） 跟蹤帶（同步帶） 跟蹤帶（同步帶）和環(huán)路濾波器的帶寬及壓控振蕩器的頻率控制范圍有關(guān)。如果輸入信號(hào)頻率i 或VCO振蕩頻率o 發(fā)生變化，則VCO振蕩頻率o跟蹤i 而變化，維持o =i 的鎖定狀態(tài)，稱(chēng)為跟蹤過(guò)程或同步過(guò)程。鎖相環(huán)的基本特性環(huán)路鎖定后，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)頻率相等，沒(méi)有剩余頻差（有微小固定相差） 良好的窄帶特性 鎖定后沒(méi)有頻差 自動(dòng)跟蹤特性環(huán)路相當(dāng)于一個(gè)高頻窄帶濾波器，只讓輸入信號(hào)頻率附近的頻率成份通過(guò)環(huán)路在鎖定時(shí)，輸出信號(hào)頻率和相位能在一定范圍內(nèi)跟蹤輸入信號(hào)頻率和相位的變

5、化6.3 集成鎖相環(huán)路及其應(yīng)用本本節(jié)節(jié)內(nèi)內(nèi)容容 集成鎖相環(huán)路簡(jiǎn)介 鎖相環(huán)的應(yīng)用 頻率合成鎖相倍頻、分頻與混頻鎖相調(diào)頻與鑒頻調(diào)幅波的同頻檢波彩色電視機(jī)色副載波的提取鎖相接收機(jī) 主要技術(shù)指標(biāo)鎖相頻率合成器集成鎖相環(huán)簡(jiǎn)介集成鎖相環(huán)按其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)可分為 模擬鎖相環(huán)和數(shù)字鎖相環(huán)集成鎖相環(huán)按其用途可分為 通用型和專(zhuān)用型集成鎖相環(huán)按其工作頻率可分為 低頻（1MHz以下）、高頻（130MHz）和超高頻（30MHz以上）幾種通用的集成鎖相環(huán) L565（低頻）、L562（高頻）和L564（超高頻）應(yīng)用之一：鎖相倍頻、分頻與混頻倍頻電路框圖當(dāng)反饋環(huán)路是分頻器時(shí)倍頻電路當(dāng)反饋環(huán)路是倍頻器時(shí)分頻電路當(dāng)反饋環(huán)路是混頻器

6、和中頻放大器時(shí)混頻電路應(yīng)用之二：鎖相調(diào)頻和鑒頻 鎖相環(huán)調(diào)頻鎖相環(huán)使VCO的中心頻率穩(wěn)定在晶振頻率上，同時(shí)調(diào)制信號(hào)也加至VCO上，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻當(dāng)輸入調(diào)頻波的頻率發(fā)生變化時(shí)，經(jīng)PD和LF后將得到一個(gè)與輸入信號(hào)的頻率變化相同的控制電壓，即實(shí)現(xiàn)鑒頻鎖相環(huán)鑒頻應(yīng)用之三：調(diào)幅波的同步檢波原理框圖 工作原理在對(duì)DSB及SSB調(diào)幅信號(hào)解調(diào)的同步檢波器中，必須有一與載波信號(hào)同頻同相 的同步參考信號(hào)。圖中用載波跟蹤鎖相環(huán)路，在VCO輸出端經(jīng)900移相后而得到該信號(hào) 。應(yīng)用之四：彩色電視色副載波的提取原理框圖 工作原理F在彩色電視中，為了重現(xiàn)彩色，接收端必須要有與發(fā)送端完全相同的色副載波。而其中的色同步信號(hào)是其產(chǎn)生

7、的基準(zhǔn)。圖中利用鎖相環(huán)使VCO產(chǎn)生的色副載波，根據(jù)鎖相環(huán)的工作特點(diǎn)，該信號(hào)的頻率和相位受輸入端色同步信號(hào)的控制。應(yīng)用之五：鎖相接收機(jī)原理框圖 工作原理F通過(guò)鎖相環(huán)VCO產(chǎn)生本振頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)頻率的跟蹤，保證輸出中頻信號(hào)頻率相對(duì)穩(wěn)定。頻率合成器的主要技術(shù)指標(biāo)頻率范圍頻率合成器的工作頻率范圍頻率間隔相鄰頻率之間的最小間隔，又稱(chēng)分辨力頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間從一個(gè)工作頻率轉(zhuǎn)換到另一個(gè)工作頻率，并達(dá)到穩(wěn)定工作所需要的時(shí)間頻率穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度穩(wěn)定度在一定時(shí)間內(nèi)頻率偏差標(biāo)稱(chēng)頻率的程度準(zhǔn)確度實(shí)際工作頻率與標(biāo)稱(chēng)頻率之間的偏差頻譜純度輸出信號(hào)接的正弦波的程度單環(huán)式鎖相頻率合成器由晶體振蕩器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率源fs，經(jīng)參考分頻

8、器R分頻后，得到參考頻率fr = fs /R 送到鑒相器的一輸入端，VCO輸出頻率fo經(jīng)N分頻后送到鑒相器的二輸入端 。環(huán)路鎖定時(shí)有fr=fo /N，因此VCO輸出信號(hào)頻率為fo = N fS /R= N fr 。即輸出信號(hào)頻率fo為輸入?yún)⒖夹盘?hào)頻率fr的N倍，改變N(分頻系數(shù))就可得到不同頻率的輸出。 頻率合成器實(shí)例由CD4046組成的頻率合成器：?jiǎn)苇h(huán)式頻率合成器存在的問(wèn)題減小輸出頻率間隔和減小頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間是矛盾的 。要減小輸出頻率間隔，就必須減小輸入?yún)⒖碱l率fr。因環(huán)路濾波器的帶寬必須小于參考頻率，因而環(huán)路濾波器的帶寬也要壓縮。環(huán)路的捕捉時(shí)間或跟蹤時(shí)間就要加長(zhǎng)，即頻率合成器的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間加

9、大。鎖相環(huán)路內(nèi)接入分頻器后，其環(huán)路增益將下降為原來(lái)的1/N。當(dāng)要求頻率間隔很小時(shí)，其分頻比N的變化范圍將很大，導(dǎo)致環(huán)路增益也大幅度的變化，從而影響到環(huán)路的動(dòng)態(tài)工作性能?？删幊谭诸l器的分頻比的數(shù)目決定了合成器輸出信道的數(shù)目，而程序分頻的輸入頻率就是合成器的輸出頻率。由于可編程分頻器的工作頻率比較低，無(wú)法滿足大多數(shù)通信系統(tǒng)中工作頻率高的要求。多環(huán)式鎖相頻率合成器上圖為三環(huán)頻率合成器組成框圖。它由三個(gè)鎖相環(huán)路組成。環(huán)路A和B為單環(huán)頻率合成器，環(huán)C為混頻環(huán)。 吞脈沖程序分頻器工作原理：設(shè)計(jì)數(shù)開(kāi)始時(shí)模式控制輸出1，雙模前置分頻器和兩計(jì)數(shù)器在輸入脈沖作用下同時(shí)計(jì)數(shù)，當(dāng)輔助計(jì)數(shù)器計(jì)滿A個(gè)脈沖后模式控制電路輸

10、出低電平0，輔助計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，同時(shí)使雙模前置分頻器分頻比變?yōu)镻然后繼續(xù)工作，主計(jì)數(shù)器也繼續(xù)計(jì)數(shù)滿N個(gè)脈沖后，使模式控制電路重新恢復(fù)高電平、雙模前置分頻器恢復(fù)(P+1)分頻比，各部件進(jìn)入第二個(gè)計(jì)數(shù)周期。 吞脈沖頻率合成器上圖是用吞脈沖程序分頻器構(gòu)成的吞脈沖頻率合成器，其輸出信號(hào)頻率為：f0=(PN+A)fr 可見(jiàn)： fo提高了P倍，而頻率間隔仍保持為fr 。用MC145146構(gòu)成的吞脈沖頻率合成器 本章小結(jié)鎖相環(huán)路是利用相位的調(diào)節(jié)，以消除頻率誤差的自鎖相環(huán)路是利用相位的調(diào)節(jié)，以消除頻率誤差的自動(dòng)控制系統(tǒng)，它由鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩動(dòng)控制系統(tǒng)，它由鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器等組成。器等組成。鎖相環(huán)路廣泛用于濾波、頻率合成、調(diào)制與解調(diào)等鎖相環(huán)路廣泛用于濾波、頻率合成、調(diào)制與解調(diào)等各方面。各方面。在鎖相環(huán)路中，由失鎖進(jìn)入鎖定的過(guò)程稱(chēng)為捕捉過(guò)在鎖相環(huán)路中，由失鎖進(jìn)入鎖定的過(guò)程稱(chēng)為捕捉過(guò)程；環(huán)路通過(guò)自身的調(diào)節(jié)來(lái)維持鎖定的，稱(chēng)為跟蹤程；環(huán)路通過(guò)自身的調(diào)節(jié)來(lái)