2022年锁相技术期末总复习提纲.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆第一章一.锁相环组成PLL两种工作状态 ：捕捉状态和锁定（或称同步）状态锁定后频差e0,相差为e常数基本锁相环的组成： 鉴相器（ Phase Detector）-PD 环路滤波器（ Loop Filter）-LF 压控振荡器（ Voltage Controlled Oscillator）-VCO 1 t 为输入量 ui t 的瞬时相位；2 t 为输入量 uo t 的瞬时相位；各部分分析：K1鉴相器t是一个相位比较器,用于比较o1to与22t之间的相位差m uituoKm Uisinot1tUcost t名师归纳总结 1

2、Km UiUosin2ot1t2t1Km UiUosin1t2t第 1 页,共 16 页22再经过低通滤波器（LPF）滤除2o成分之后,得到误差电压- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆令Ududt1Km UiUosin1t2tu d tUdsine t21KiUo为鉴相器的最大输出电压,得到m U22. 环路滤波器及其传输函数其中环路滤波器是一个线性电路, 在时域分析中可用一个传输算子F p来表示,p ddt是微分 算 子；在 频 域分析 中 可用传递函数Fs 表示, 其中s j是复频率；如用sj代入就得到它的频率响应F j,故

3、环路滤波器模型可表示为图定义掌握电压uctudtFp名师归纳总结 （1）RC积分滤波器这是结构最简洁的低通滤波器, Fj111第 2 页,共 16 页传输算子：Fp 111,p1RC是时间常数,这是这种滤波器唯独可调的参数；令 p=j , 并代入 1-18 式, 即可得滤波器的频率特性：j- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆低通特性,相位滞后；当频率很高时,幅度趋于零,相位滞后接近于 2；（2）无源比例积分滤波器无源比例积分滤波器如图 滤波器相比,附加了一个与电容器串联的电阻 数；传输算子：Fp1p21p11-9a 所示,它与

4、RC积分 R2,这样就增加了一个可调参1R 1R 2 C；21R2C是两个独立的可调参数；频率特性：Fjj21j1据此可作出对数频率特性 , 如图 1-9b 所示；这也是一个低通滤波器 , 与 RC 积分滤波器不同的是 , 当频率很高时名师归纳总结 FjR 1R 1R 2第 3 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆图 1-9 无源比例积分滤波器的组成与对数频率特性 a组成 b频率特性低通特性；子1从相频特性上看, 当频率很高时有相位超前校正的作用,这是由相位超前因j2引起的；这个相位超前作用对改善环路的稳固性是有

5、用的；（3）有源比例积分滤波器有源比例积分滤波器由运算放大器组成,电路如图它的传输算子：Fp A1p2,1R 1AR 1R 2 C；2R2C；1p1A 是运算放大器无反馈时的电压增益如运算放大器的增益A 很高,就传输算子可以近似为F p A1p21p1A11p2pARC 1A1p2pARC1p2pRC名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆图 1-10 有源比例积分滤波器的组成与对数频率特性 a组成 b频率特性负号对环路的工作没有影响, 分析时可以不予考虑；故传输算子可以近似为Fp 1pp21式

6、中 1=R1C； 传输算子的分母中只有一个p, 是一个积分因子 , 故高增益的有源比例积分滤波器又称为抱负积分滤波器；此滤波器的频率响应为明显,A 越大就越接近抱负积分滤波器；Fj1jj12低通特性,比例作用；相频特性有超前校正；3.压控振荡器 压控振荡器是一个电压 - 频率变换装置,在环中作为被控振荡器,它的振荡频率应随输入掌握电压uct线性地变化 , 即应有变换关系udt起作v toKouc tvt是压控振荡器的瞬时角频率；K 为掌握灵敏度或称为增益系数,单位是radsV；由于压控振荡器的输出反馈到鉴相器上,对鉴相器输出误差电压用的不是其频率而是其相位名师归纳总结 - - - - - -

7、-第 5 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆tvdotKotu c d00即2 tKotucd0改写成算子形式为2tKouctp二 关于捕捉锁定两种工作状态捕捉过程从输入信号加到锁相环路的输入端开头,始终到环路达到锁定的全过程,称为捕捉过程；一般情形 ,输入信号频率 i 与被控振荡器自由振荡频率如没有相位跟踪系统的作用o,两信号之间相差e oti 锁定状态捕捉状态终了 ,环路的状态稳固在 o 不同 ,即两者之差 o 0；在输入固定频率信号的条件之下,环路进入同步状态后,输出信号与输入信号之间频差等于零,相差等于常数 ,即e 0e 常数评

8、判捕捉过程性能有两个主要指标；一个是环路的捕捉带 p,即环路能通过捕捉过程而进入同步状态所答应的最大固有频差 o max o p,环路就不能通过捕捉进入同步状态；另一个指标是捕捉时间Tp,它是环路由起始时刻t 0到进入同步状态的时刻t a之间的时间间隔,即Tpt at o捕捉时间 Tp的大小除打算于环路参数之外,仍与起始状态有关； 一般情形下输入起始频差越大 ,Tp 也就越大；通常以起始频差等于 p,来运算最大捕捉时间,并把它作为环路的性能指标之一；三 动态方程名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不

9、学就殆e t1t2t2 tKoUdFp sine tpe tp1 tKoUdFp sinetp令环路增益KKoUd锁相环路动态方程的一般形式petp1 tKFpsinetpet：环路的 瞬时频差 ；p1todit；当输入固定频率信号时,p1t就是 固有频差o；dtKFpsine tKoFp UdsinetKoFp ud tKoudtu dtUdtsine t：瞬时相差作用下的误差电压瞬时值u c tFp u d t：误差电压udt经环路滤波器过滤之后加到VCO上的掌握电压瞬时值率p2 tKouctKFp sine t：掌握电压uct加到 VCO上所引起振荡频vt相对于自由振荡频率o的频差,即

10、掌握频差由此得到动态方程物理概念上的含意：瞬时频差 =固有频差 - 掌握频差 ；锁相环路的稳态相差；etarcsinKFo0 j0p1 tKFp sineKFp sineto四一阶锁相环路捕捉锁定与失锁五 课堂讲解的例题及作业其次章一 写传输函数 相频特性 ：反映不同频率信号进入系统后的工作时间 幅频特性 ：反映不同频率信号进入系统后的工作范畴 线性相位模型名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆1tetKdudtF pu ctK o2tp时域pet2tKoKdFp e tp1 t复频域：i t

11、sis e tes u c tucs 频域：spj复频域相位模型1s es2KdKFs Fs K o2s开环传函：H os ss 1s s闭环传函：Hs 2s KFs 11s 1s sKFs Hs 1KF s sKF s s1Hos Ho s 误差传函：Hes e s s1s sKF s HoHes 11Ho s 1Hs Hos 表 2-1 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆n1 LC名师归纳总结 2nR第 9 页,共 16 页L- - - - - - -精选学习资料 - - - - -

12、- - - - 学而不思就惘,思而不学就殆环路的“ 型” 数抱负积分环节的个数；原点处极点的个数,也就是环路中抱负积分环 节的个数；二 稳固性的运算题（过程）本意例题及作业第三章B 大小反映环路对输入噪声的滤除才能；B 越小,方差2 n o越小,说明环路对噪声的滤波才能越强；1、 一阶环BLKKoKdB 与 K 成正比,如提高环路增益,B 将增大,44结论：只有一个可调参数 K,且对噪声的滤除才能变差 ,故应用较少；2、 典型二阶环（ RC积分器）2Hjj22nj2B 不变 ,也难以满意多方面性能要求. nnB L8nK4存在和一阶环同样的缺点 , 1变化时3.有源比例积分器的二阶抱负环Hjn

13、j22njnj22n22nB L8 14可调参数较多 . 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆4.无源比例积分器二阶非抱负环BL8n12BLn K242当 Kn时,8n1环路信噪比运算公式输入信噪比S Ni2 iu/ 通过环路带宽为Bi 的前置滤波器的噪环路信噪比S NLS Ni=输入信号载波功率2声功率；2 u iu2Si212iNoB i2NoB i由（ 3-12）得N2ni反映前置滤波器对噪声的抑制才能；名师归纳总结 SL环路输入端的信号功率u22第 11 页,共 16 页N通过环路

14、的噪声功率NoBLu2 iu2 i2NoBL2NoB L22NoBLnou2 iSL1N2no- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆nituPDtnvt1etKdF pK onvtp等效输入相位噪声u PDt鉴相器引入的电压噪声2或几个 2周期才能重新稳固下nvtVCO内部产生的相位噪声跳周 ：在低SNL时,环路相差可能跳动一个来的现象称为跳周； 发生跳周也就是环路显现短暂的失锁,跳周的次数就是环路的失锁次数；环路噪声门限 ：即当 S N L 低于这个门限电平常,环路将失锁二者引起的失锁性质 不同 ；跳周是由于环路信噪比小,当噪声

15、较大导致失锁,他在一段时间后会自己重新锁定的；而门限就是由于环路门限低,而且失锁以后不提高 s/n 就不能再重新锁定了；例题及作业第四章一 捕捉的概念环路由失锁进入锁定的过程,称为捕捉；相位捕捉和频率捕（1）一阶 PLL 由于没有环路滤波器,只有压控振荡器一个积分环节,所以一阶环只有相位捕捉,即在捕捉过程中,相位差没有2的周期跳动；（2）二阶 PLL 由于有环路滤波器和压控振荡器两个积分环节,这样可对鉴相器输出的电压进行积分, 得到不断增长的直流掌握电压, 使输入输出频差减小；因此,二阶 PLL中存在相位捕捉和频率捕捉两个捕捉过程；自捕捉与帮助捕捉（1）自捕捉：假如环路依靠自己的掌握才能达到捕

16、捉锁定 , 称这种捕捉过程为自捕捉；（2）帮助捕捉：如环路借助于帮助电路才能实现捕捉锁定 , 就称这种捕捉过程为帮助捕捉；名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆捕捉性能的分析方法捕捉全过程：在固定频率的输入信号和压控振荡器反馈的调频信号作用下,鉴相器输出差拍电压；由于差拍电压是不对称的, 其直流重量不为零, 通过环路滤波器的积分作用,使掌握电压 Uct中的直流重量不断增加,从而牵引着压控振荡器的平均功率v t 使他不断地向信号频率 i（t）靠拢因而使平均频差 e t 不断减小, 经过一定的时

17、间后,平均频差减小到快进入快捕带L时,频率捕捉过程终止；此后进入相位捕捉,et变化不再超过 2 ,最终趋于稳态值同时也分别趋于稳态值,压控振荡器的频率被锁定在输入信号i上,捕捉全过程终止捕捉带 ：保证环路必定进入锁定的最大固有频差值；会推导（五步）1、 有源比例积分滤波器二阶环p2、 无源比例积分滤波器二阶环KppK212n时,可化简为：2Kn3、 RC积分滤波器的二阶环p.168K.2 37Kn1快捕带 ：保证环路只有相位捕捉一个过程的最大固有频差值；名师归纳总结 LK22n第 13 页,共 16 页1快捕时间 ：TLmax1015K2n捕捉时间：频率捕捉时间+相位捕捉时间- - - - -

18、 - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆频率捕捉时间：频率捕捉过程所需的时间,也称频率牵引时间；相位捕捉时间：相位捕捉过程所需的时间,也称快捕时间；捕捉时间 ：把频差从o下降到L所需的时间定义为捕捉时间T ；有源和无源比例积分滤波器的捕捉时间都是：Tp2203n例题和课后习题为什么要使用帮助捕捉 ：为改善环路捕捉性能, 总期望捕捉带越宽越好, 捕捉时间越短越好； 为了加大环路的捕捉带,应提高环路的增益或者增加滤波器的带宽；为缩短环路的捕捉时间,除采纳与前者相同的措施外, 仍可设法减小作用到环路上的起始频差；为了有效 地克服延滞于假锁,在环路中也往往要

19、求加入帮助捕捉装置；方法（ 5 种）：人工电调、自动扫描、帮助鉴频、变带宽、变增益第七章 频率合成方法（三个题）能正确使用间接频率合成方法进行相关设计变模分频合成器：前置分频的PLL合成器、双模分频PLL合成器、下变频中规模 MSI集成频率合成器 MC145106 多环频率合成器：后置分频器的 小数分频合成器（会运算）PLL合成器、三环和双环锁相频率合成器1、锁相环路是一个相位跟踪系统,它建立了输出信号瞬时相位与输入信号瞬时 相位的掌握关系；名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆2、环路的两

20、种基本工作状态：捕捉过程、锁定状态；3、全数字锁相环主要由数字鉴相器、数字环路滤波器、数字压控振荡器三部分 组成；4、固有频差、瞬时角频差和掌握角频差三者之间的关系：瞬时频差 =固有频差 -掌握频差；5、如一个锁相环路的截止频率C=1000rad/s ,输入信号为 ui （t ）=Uisin1000000t+2sin（100t+ i ） ,环路这时处于调制跟踪状态；7、开环增益达到 0dB 时的频率称为增益临界频率；相位余量是指开环增益降至 0dB时,开环相移量与 的差值；8、相轨迹方程反映了瞬时频差与瞬时相差的关系式；9、载波跟踪特性的三重含意：一是窄带：二是跟踪：三是放大：；10、依据奈奎

21、斯特准就, 可以用锁相环路开环频率响应的伯德图来直接判定锁相环路闭环时的稳固性；11、频率合成有三种方法： 直接数字频率合成是最新的频率合成方法；直接频率合成是最早的频率合成方法； 间接频率合成是目前应用最广泛的一种频率合成方法；12、数字锁相环由数字鉴相器、数字滤波器与数字压控振荡器（DOC）三个数字 电路部件组成； 解决可编程分频器的最高工作频率比合成器频率低的方法：P154前置分频的 PLL合成器、双模分频 PLL合成器、下变频解决辨论力与转换时间冲突的方法：P154多环频率合成器、小数分频合成器名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆课堂讲解的例题及作业题名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 16 页