121-集成電路鎖相環(huán)及其應用電路設計課件

1電子線路設計任課教師：王維博電氣信息學院信息工程系2012年9月1電子線路設計任課教師：王維博2鎖相的意義

實現(xiàn)相位同步的自動控制，能夠完成兩個電信號相位同步的自動控制閉環(huán)系統(tǒng)叫做鎖相環(huán)，簡稱PLL。它廣泛應用于廣播通信、頻率合成、自動控制及時鐘同步等技術領域。12.1集成電路鎖相環(huán)及其應用電路設計第12章綜合性電子線路應用設計2鎖相的意義實現(xiàn)相位同步的自動控制，能夠完成3VCO輸出頻率的高低由低通濾波器輸出的平均電壓Uc大小決定。VCO的輸出Uo接至相位比較器的一個輸入端，外部輸入信號Ui與來自VCO的輸出信號Uo相比較，經過相位比較器產生的誤差輸出電壓Ud正比于Ui和Uo兩個信號的相位差，經過低通濾波器濾除高頻分量后，得到一個平均值電壓Uc。這個平均值電壓Uc朝著減小VCO輸出頻率和輸入頻率之差的方向變化，直至VCO輸出頻率和輸入信號頻率獲得一致。這時兩個信號的頻率相同，兩相位差保持恒定（即同步）稱作相位鎖定。鎖相環(huán)路基本組成方框圖3VCO輸出頻率的高低由低通濾波器輸出的平均電壓U4壓控振蕩器壓控振蕩器是一個電壓-頻率變換裝置,在環(huán)路中作為被控振蕩器,它的振蕩頻率應隨輸入控制電壓Uc(t)線性地變化（在一定范圍內），可用線性方程來表示即ωV(t)=ωV+KVUc(t)當Uc(t)=0時，VCO的固有振蕩頻率為ωV

。鎖相環(huán)路基本組成方框圖ωVωV(t)Uc(t)4壓控振蕩器鎖相環(huán)路基本組成方框圖ωVωV(t)Uc(t)5

輸入信號和輸出信號的相位關系系統(tǒng)的瞬時相差θe(t)=θ1(t)-θ2(t)鎖相環(huán)路基本組成方框圖5輸入信號和輸出信號的相位關系系統(tǒng)的瞬時相差θe(t6圖12.1.3捕捉帶Δfv與同步帶ΔfL失鎖鎖定失鎖鎖定6圖12.1.3捕捉帶Δfv與同步帶ΔfL失鎖7

12.1.3數(shù)字鎖相環(huán)及其應用電路設計

CC4046：通用的CMOS鎖相環(huán)集芯片。 特點：電源電壓范圍寬（為3V－18V），輸入阻抗高(約100MΩ)，動態(tài)功耗小，在中心頻率f0為10kHz下功耗僅為600μW，屬微功耗器件。7

12.1.3數(shù)字鎖相環(huán)及其應用電路設計8CC4046方框圖N8CC4046方框圖N9VCO的固有振蕩頻率由C1，R1，R2決定，一般R2=∞9VCO的固有振蕩頻率由C1，R1，R2決定，一般R2=∞10TypicalcentrefrequencyasafunctionofcapacitorC1;T=25℃;VCOINat1/2VDD;INHatVSS;R2=∞（VCOwithoutfrequencyoffset）.固有振蕩頻率fv與R1,C1的關系10Typicalcentrefrequencyas11鎖相環(huán)電路的應用倍頻：鑒相器環(huán)路濾波器壓控振蕩器分頻器÷ｎ11鎖相環(huán)電路的應用倍頻：鑒相器環(huán)路壓控分頻器12分頻：鑒相器環(huán)路濾波器壓控振蕩器倍頻器×ｎ鎖相環(huán)電路的應用12分頻：鑒相器環(huán)路壓控倍頻器鎖相環(huán)電路的應用13頻率合成：鑒相器環(huán)路濾波器壓控振蕩器分頻器÷ｎ分頻器÷m即鎖相環(huán)電路的應用13頻率合成：鑒相器環(huán)路壓控分頻器分頻器即鎖相環(huán)電路的應用14÷m÷n14÷m÷n1574LS191（74LS190/191/192/193）（參見教材179頁）

單時鐘4位同步BCD碼十六進制計數(shù)器。

異步預置；同步計數(shù)；進/借位；級聯(lián)進位加/減可逆1574LS191（74LS190/191/192/193）16÷m÷nfofoCO/BORCCP當D3D2D1D0=0000時，n=16當D3D2D1D0=0001時，n=1516÷m÷nfofoCO/BORCCP當D3D2D1D0=017設fR=32kHzm=2，則當D3D2D1D0=0000時，n=16，÷m÷nfo則當D3D2D1D0=0001時，n=15，17設fR=32kHzm=2，÷m÷nfo則當18÷m÷n18÷m÷n19電子線路設計任課教師：王維博電氣信息學院信息工程系2012年9月1電子線路設計任課教師：王維博20鎖相的意義

實現(xiàn)相位同步的自動控制，能夠完成兩個電信號相位同步的自動控制閉環(huán)系統(tǒng)叫做鎖相環(huán)，簡稱PLL。它廣泛應用于廣播通信、頻率合成、自動控制及時鐘同步等技術領域。12.1集成電路鎖相環(huán)及其應用電路設計第12章綜合性電子線路應用設計2鎖相的意義實現(xiàn)相位同步的自動控制，能夠完成21VCO輸出頻率的高低由低通濾波器輸出的平均電壓Uc大小決定。VCO的輸出Uo接至相位比較器的一個輸入端，外部輸入信號Ui與來自VCO的輸出信號Uo相比較，經過相位比較器產生的誤差輸出電壓Ud正比于Ui和Uo兩個信號的相位差，經過低通濾波器濾除高頻分量后，得到一個平均值電壓Uc。這個平均值電壓Uc朝著減小VCO輸出頻率和輸入頻率之差的方向變化，直至VCO輸出頻率和輸入信號頻率獲得一致。這時兩個信號的頻率相同，兩相位差保持恒定（即同步）稱作相位鎖定。鎖相環(huán)路基本組成方框圖3VCO輸出頻率的高低由低通濾波器輸出的平均電壓U22壓控振蕩器壓控振蕩器是一個電壓-頻率變換裝置,在環(huán)路中作為被控振蕩器,它的振蕩頻率應隨輸入控制電壓Uc(t)線性地變化（在一定范圍內），可用線性方程來表示即ωV(t)=ωV+KVUc(t)當Uc(t)=0時，VCO的固有振蕩頻率為ωV

。鎖相環(huán)路基本組成方框圖ωVωV(t)Uc(t)4壓控振蕩器鎖相環(huán)路基本組成方框圖ωVωV(t)Uc(t)23

輸入信號和輸出信號的相位關系系統(tǒng)的瞬時相差θe(t)=θ1(t)-θ2(t)鎖相環(huán)路基本組成方框圖5輸入信號和輸出信號的相位關系系統(tǒng)的瞬時相差θe(t24圖12.1.3捕捉帶Δfv與同步帶ΔfL失鎖鎖定失鎖鎖定6圖12.1.3捕捉帶Δfv與同步帶ΔfL失鎖25

12.1.3數(shù)字鎖相環(huán)及其應用電路設計

CC4046：通用的CMOS鎖相環(huán)集芯片。 特點：電源電壓范圍寬（為3V－18V），輸入阻抗高(約100MΩ)，動態(tài)功耗小，在中心頻率f0為10kHz下功耗僅為600μW，屬微功耗器件。7

12.1.3數(shù)字鎖相環(huán)及其應用電路設計26CC4046方框圖N8CC4046方框圖N27VCO的固有振蕩頻率由C1，R1，R2決定，一般R2=∞9VCO的固有振蕩頻率由C1，R1，R2決定，一般R2=∞28TypicalcentrefrequencyasafunctionofcapacitorC1;T=25℃;VCOINat1/2VDD;INHatVSS;R2=∞（VCOwithoutfrequencyoffset）.固有振蕩頻率fv與R1,C1的關系10Typicalcentrefrequencyas29鎖相環(huán)電路的應用倍頻：鑒相器環(huán)路濾波器壓控振蕩器分頻器÷ｎ11鎖相環(huán)電路的應用倍頻：鑒相器環(huán)路壓控分頻器30分頻：鑒相器環(huán)路濾波器壓控振蕩器倍頻器×ｎ鎖相環(huán)電路的應用12分頻：鑒相器環(huán)路壓控倍頻器鎖相環(huán)電路的應用31頻率合成：鑒相器環(huán)路濾波器壓控振蕩器分頻器÷ｎ分頻器÷m即鎖相環(huán)電路的應用13頻率合成：鑒相器環(huán)路壓控分頻器分頻器即鎖相環(huán)電路的應用32÷m÷n14÷m÷n3374LS191（74LS190/191/192/193）（參見教材179頁）

單時鐘4位同步BCD碼十六進制計數(shù)器。

異步預置；同步計數(shù)；進/借位；級聯(lián)進位加/減可逆1574LS191（74LS190/191/192/193）34÷m÷nfofoCO/BORCCP當D3D2D1D0=0000時，n=16當D3D2D