锁相环路幻灯片.ppt

《锁相环路幻灯片.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锁相环路幻灯片.ppt（18页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、锁相环路http:/ 电子技术论坛 http:/ 电子发烧友第1页，共18页，编辑于2022年，星期三http:/ 电子技术论坛 http:/ 电子发烧友自动增益、频率控制电路自动增益、频率控制电路自动增益、频率控制电路自动增益、频率控制电路8-3-1 PLL8-3-1 PLL基本工作原理基本工作原理基本工作原理基本工作原理8-3-2 PLL8-3-2 PLL基本组成电路分析基本组成电路分析基本组成电路分析基本组成电路分析8-3-6 8-3-6 集成锁相环集成锁相环集成锁相环集成锁相环8-3-3 PLL8-3-3 PLL锁相模型锁相模型锁相模型锁相模型8-3-4 PLL8-3-4 PLL的捕捉

2、与跟踪过程的捕捉与跟踪过程的捕捉与跟踪过程的捕捉与跟踪过程8-3-5 PLL8-3-5 PLL的基本特性的基本特性的基本特性的基本特性8-3-7 8-3-7 锁相环的应用锁相环的应用锁相环的应用锁相环的应用第2页，共18页，编辑于2022年，星期三http:/ 电子技术论坛 http:/ 电子发烧友uC(t)uD(t)ouo(t)输出信号i ui(t)输入参考信号PDLFVCO8-3-1 PLL基本工作原理基本工作原理 通过相位自动控制来精确的实现频率自动控制 AFC系统的缺点存在固有频率误差，达不到所需频率精度 PLL系统（锁相环路）通过控制相位来控制频率。利用相位 反馈控制技术，只存在剩余

3、相位差，消除了剩余频差，即通过相位自动控 制系统可实现精确的频率自动控制。锁相环路（PLL）组成框图如图所示：第3页，共18页，编辑于2022年，星期三http:/ 电子技术论坛 http:/ 电子发烧友包括三个主要的部分：1)鉴相器（PD）；2)环路滤波器（LF）；3)压控振荡器（VCO）。工作原理锁相环是利用两个信号之间的相位误差来控制压 控振荡器输出信号的频率，最终使两个信号之间 的相位差保持恒定，从而达到使两个信号频率相 等的目的。失锁状态锁相环路中，如果压控振荡器的角频率o与输 入信号角频率i不相同时，则称锁相环路处于 失锁状态第4页，共18页，编辑于2022年，星期三http:/

4、电子技术论坛 http:/ 电子发烧友此时输入到鉴相器的电压ui(t)和uo(t)之间相位差变动,并输出一与相位差成比例的误差电压uD(t)该电压经环路滤波器（实际为低通滤波器）取出直流或低频分量uC(t)作为控制电压（uC(t)随相位差而变化）加到压控振荡器上压控振荡器频率不断改变ui(t)和uo(t)之间的相位差减小，最终二者相位被“锁定”且频率相等，此时我们称环路处于锁定状态。捕捉过程锁相环路刚开始处于失锁状态由失锁锁定的 过程称为。跟踪过程当环路锁定后，由于某种原因引起i与o发生变 化时（只要变化不很大），环路通过自身的调节 作用，可使o跟踪i而变化，从而维持环路的锁 定。捕捉与跟踪是

5、锁相环路的两种不同的自动调节过程。第5页，共18页，编辑于2022年，星期三http:/ 电子技术论坛 http:/ 电子发烧友 锁相环路的性能主要取决于鉴相器、压控振荡器和环路 滤波器三个基本组成部分 8-3-2 PLL基本组成分析基本组成分析设环路输入参考信号电压为 ui(t)=Uimsini t 压控振荡器的输出电压为 uo(t)=Uomcosr t+o(t)输入、输出信号间的瞬时相差为 e(t)rt+i(t)rt+o(t)=i(t)o(t)鉴相器将此相位差转换成相应的电压，然后再利用该电压去控制压控振荡器。1.鉴相器第6页，共18页，编辑于2022年，星期三http:/ 电子技术论坛

6、http:/ 电子发烧友鉴相器的电路很多。当采用模拟乘法器作鉴相器时，其输出为uD(t)=KmUimUomsin2rt+i(t)+o(t)+KmUimUomsini(t)o(t)讨论：1）第一项为高频分量，被环路滤波器所滤除。2）第二项为鉴相器的输出电压 uD(t)=KmUimUomsini(t)o(t)令：Kd=KmUimUom 鉴相灵敏度，表示鉴相器的最大输出 电压 又已知 e(t)i(t)o(t)所以上式可化为 uD(t)=Kdsine(t)2.环路滤波器 滤除鉴相器输出电压中的高频分量，起平滑滤波的作用，提高环路的稳定性第7页，共18页，编辑于2022年，星期三http:/ 电子技术论

7、坛 http:/ 电子发烧友环路滤波器分类1）简单RC积分滤波器；2）无源RC比例积分滤波器；3）有源比例积分滤波器，第8页，共18页，编辑于2022年，星期三http:/ 电子技术论坛 http:/ 电子发烧友3.压控振荡器 是一种瞬时振荡角频率受控制电压uC(t)控制的振荡器，也就是一种电压频率变换器。VCO特性曲线振荡角频率随控制电压uC(t)变化的曲线。一般 为非线性曲线，压控振荡器的控制特性及其电 路模型如图所示。压控振荡器的控制特性及其电路模型(a)VCO特性曲线 (b)VCO电路模型uC(t)o(t)(b)第9页，共18页，编辑于2022年，星期三http:/ 电子技术论坛 ht

8、tp:/ 电子发烧友 锁相环路的相位模型如下图所示。它明确地表示了锁相环路的相位反馈调节关系 8-3-3 PLL相位模型相位模型o(t)uD(t)e(t)i(t)o(t)Kdsine(t)uC(t)F(p)Ko/p锁相环路相位模型o(t)uD(t)e(t)i(t)o(t)Kdsine(t)uC(t)F(p)Ko/p 锁相环路相位模型8-3-4 PLL的捕捉与跟踪过程的捕捉与跟踪过程第10页，共18页，编辑于2022年，星期三http:/ 电子技术论坛 http:/ 电子发烧友 1.捕捉过程 是锁相环路由起始的失锁状态进入锁定状态的过程。捕捉带（P）能够由失锁进入锁定所允许的输入信号角频 率i偏

9、离r的最大值|i|(最大固有角频 差)捕捉时间（P）捕捉过程所需要的时间。当未加ui(t)时，VCO上没有控制电压，振荡角频率为r。当加入恒定i的输入时产生固有角频差i=i-r，同时形 成瞬时相差e(t)=i t鉴相器输出误差电压 uD(t)=Kdsini t。显然，uD(t)是频率为i的差拍电压。第11页，共18页，编辑于2022年，星期三http:/ 电子技术论坛 http:/ 电子发烧友(1)i较小：这时由于i在环路滤波器的通频带内，uD(t)的 基波分量能够顺利通过环路滤波器加到VCO 上，控制VCO的振荡频率向输入信号频率的方向 偏移，直到o=i，环路进入锁定状态。(2)i较大：这时

10、i超出环路滤波器的通频带，但仍在捕捉 频带内。这时uD(t)通过环路滤波器有较大衰减，使控制电压uC(t)很小，o(t)不能立即变化到i。经过多个差拍(i-o)周期，VCO振荡频率o(t)的 平均值逐步靠近i，最终o(t)=i，环路锁定。频率牵引：通常将o(t)的平均值逐步靠近i的现象。它是 使捕捉时间变长的主要原因。(3)i很大：i远远大于环路滤波器的通频带和捕捉频带。这时鉴相器输出的电压uD(t)不能通过环路滤波 器，滤波器的输出为零或保持不变，VCO的输出 频率也保持不变，环路处于失锁状态。第12页，共18页，编辑于2022年，星期三http:/ 电子技术论坛 http:/ 电子发烧友

11、2.跟踪过程 跟踪过程已锁定的环路，若i（或o）发生变化时，则 VCO振荡角频率o跟踪i而变化，维持o=i 的锁定状态，这个过程就是跟踪过程。跟踪带（H）维持环路锁定所允许的最大固有角频差|i|称为锁相环路的同步带或跟踪带。跟踪的基本原理与捕捉类似，跟踪范围也是有限的，它取决 于环路的控制频差。捕捉带小于跟踪带因为在捕捉过程中，由于环路滤波器的 存在，当固有角频差|i|较大时，误 差电压uD(t)将受到较大衰减，此时环路 的控制能力较差。第13页，共18页，编辑于2022年，星期三http:/ 电子技术论坛 http:/ 电子发烧友00HPdcba o oiiuD(t)uD(t)(跟踪带)(捕

12、捉带)(a)(b)捕捉带与跟踪带8-3-5 PLL的基本特性的基本特性1.锁定特性2.跟踪特性3.窄带滤波特性第14页，共18页，编辑于2022年，星期三http:/ 电子技术论坛 http:/ 电子发烧友特点成本降低，可靠性提高，使用方便，应用广泛。分类按电路组成分1）模拟锁相环路：本组成部件以模拟电 路为主 2）数字锁相环路：本组成部件以数字电 路为主 按按其用途分1）通用型：通常使用的皆属通用型 2）专用型：用于调频立体声解码电路及电 视机中的正交色差信号同步检 波环路等专用场合的锁相环路 属于专用型。8-3-6 集成锁相环集成锁相环8-3-7 锁相环的应用锁相环的应用第15页，共18页

13、，编辑于2022年，星期三http:/ 电子技术论坛 http:/ 电子发烧友 具有许多独特优点，所以在通信、电视、广播、空间技 术等方面得到广泛的应用。1.锁相鉴频电路o(t)输入调频信号输出解调信号uC(t)i(t)PDLFVCO调频信号的锁相解调电路2.调幅信号的同步检波第16页，共18页，编辑于2022年，星期三http:/ 电子技术论坛 http:/ 电子发烧友解调电压输出ur(t)ui(t)PDLFVCO/2移相器同步检波器LPF3.锁相接收机中频信号本地标准i输入信号混频器中频放大器PDVCOLF o中频信号输出第17页，共18页，编辑于2022年，星期三http:/ 电子技术论坛 http:/ 电子发烧友作业题：作业题：P192 1、4、5 预习：预习：个人完成总复习 课后小结见黑板第18页，共18页，编辑于2022年，星期三