锁相环典型应用精.ppt

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1、锁相环典型应用第1页，本讲稿共18页2、锁相分频：、锁相分频：在在锁相环路中插入倍频器就可构成锁相分频电路锁相环路中插入倍频器就可构成锁相分频电路。如下。如下图所示：图所示：i(t)PD PD LF LFVCOvi(t)vo(t)o(t)No(t)当环路锁定时：当环路锁定时：式中式中N为倍频器的倍频次数。为倍频器的倍频次数。继续继续休息1休息2返回返回第2页，本讲稿共18页3、锁相混频器、锁相混频器 设混频器的本振信号频率为设混频器的本振信号频率为L，在，在Lo时混频器时混频器的输出频率为（的输出频率为（L-o），经差频放大器后加到鉴相器上。），经差频放大器后加到鉴相器上。当环路锁定时当环路锁

2、定时 继续继续o(t)i(t)L(t)PDPD LF LFVCOvi(t)vo(t)|L(t)-o(t)|混频混频差频放大差频放大休息1休息2返回返回第3页，本讲稿共18页4、频率合成器、频率合成器 频率合成器是利用一个标准信号源的频率来产生一系频率合成器是利用一个标准信号源的频率来产生一系列所需频率的技术。列所需频率的技术。锁相环路加上一些辅助电路后，就锁相环路加上一些辅助电路后，就能容易地对一个标准频率进行加、减、乘、除运算而产能容易地对一个标准频率进行加、减、乘、除运算而产生所需的频率信号，且合成后的信号频率与标准信号频生所需的频率信号，且合成后的信号频率与标准信号频率具有相同的长期频率

3、稳定度及具有较好的频率纯度率具有相同的长期频率稳定度及具有较好的频率纯度，如果结合单片微机技术，可实现自动选频和频率扫描。如果结合单片微机技术，可实现自动选频和频率扫描。锁相式单环频率合成器基本组成如下图所示：锁相式单环频率合成器基本组成如下图所示：当环路锁定后，鉴相器两路输入频率相等当环路锁定后，鉴相器两路输入频率相等即：即：当当N改变时，输出信号频率相应为改变时，输出信号频率相应为fi 的整数倍变化。的整数倍变化。PD PD LF LFVCOvi(t)vo(t)fi(t)fo(t)fo(t)/N晶振晶振fi(t)/M继续继续休息1 休息2返回返回第4页，本讲稿共18页 环环C例：下图为三环

4、式频率合成器方框图例：下图为三环式频率合成器方框图已知：已知：求输出信号频率范围及频率间隔求输出信号频率范围及频率间隔 环环A环环BPDPDLFLFVCOfi(t)fA(t)fA(t)/NAPDPDLFLFVCOfi(t)fB(t)fA(t)/NBPDPDLFLFVCO混频混频 带通带通fo(t)fc(t)fo-fB继续继续休息1休息2返回返回第5页，本讲稿共18页解：解：而而 而环路而环路C为混频环，为混频环，即当环路锁定时：即当环路锁定时：有有 当当NA=300，NB=351时，时，当当NA=301，NB=351时，时，因此频率间隔：因此频率间隔：PDPDLFLFVCOfi(t)fA(t)

5、fA(t)/NAPDPDLFLFVCOfi(t)fB(t)fB(t)/NBPDPDLFLFVCO混频混频带通带通fo(t)fc(t)fo-fB而当而当 =399，=397时输出频率最高。时输出频率最高。所以，合成器的频率范围为：（所以，合成器的频率范围为：（35.440.099）MHz继续继续休息1休息2返回返回第6页，本讲稿共18页5、锁相环调频电路、锁相环调频电路 普通的直接调频电路中，振荡器的中心频率稳定度较差，而锁普通的直接调频电路中，振荡器的中心频率稳定度较差，而锁相调频电路能得到中心频率稳定度很高的调频信号相调频电路能得到中心频率稳定度很高的调频信号,锁相环调频电路锁相环调频电路如

6、下图所示。环路滤波器的带宽必须很窄，截至频率应小于调制信号如下图所示。环路滤波器的带宽必须很窄，截至频率应小于调制信号的频率。的频率。fi(t)晶振晶振 PD PD LF LF VCOfo(t)调频波调频波f(t)调制信号调制信号+当调制信号为锯齿波时，可输出扫频信号。当调制信号为数字脉当调制信号为锯齿波时，可输出扫频信号。当调制信号为数字脉冲时，可产生移频键控调制（冲时，可产生移频键控调制（FSK信号）信号）调制信号作为调制信号作为VCO控制电压的一部分使其频率产生相应的变化，由此控制电压的一部分使其频率产生相应的变化，由此在输出端得到已调频信号。在输出端得到已调频信号。继续继续休息1休息2

7、返回返回第7页，本讲稿共18页6、锁相解调电路、锁相解调电路(1)、调频波解调、调频波解调下图是用锁相环实现调频波解调的原理框图。下图是用锁相环实现调频波解调的原理框图。如如果果将将环环路路的的频频带带设设计计的的足足够够宽宽，使使环环路路捕捕捉捉带带大大于于调调频频波波的的最最大大频频偏偏，利利用用锁锁相相环环的的跟跟踪踪特特性性，可可以以使使VCO的的振振荡荡频频率率跟跟踪踪输输入入调调频频波波的的瞬瞬时时频频率率。如如果果VCO的的电电压压-频频率率特特性性是是线线形形的的，则则加加到到VCO的的控控制制电电压压的的变变化化规规律律必必与与调调频频波波的的瞬瞬时时频频率率变变化化规规律律

8、相相同同，因因此此在在LF的的输输出出端端可可获获得得不不失失真真的的解解调调输输出出。调调频频波波锁锁相相解调的优点是解调门限值比普通鉴相器低解调的优点是解调门限值比普通鉴相器低45dB。PDPDLFLFVCOVFM(t)调频波调频波V(t)调制信号调制信号继续继续休息1休息2返回返回第8页，本讲稿共18页(2)、AM信号的同步检波信号的同步检波 下图是用锁相环实现下图是用锁相环实现AM信号同步检波的原理框图。信号同步检波的原理框图。PD PD LF LF VCOVAM(t)调幅波调幅波V(t)调制信号调制信号/2移项移项同步检波同步检波 当环路工作在载波跟踪状态时，当环路工作在载波跟踪状态

9、时，VCO输出频率与环路输入输出频率与环路输入已调信号的载波相同，但存在已调信号的载波相同，但存在/2的固定相移。的固定相移。因此，经过因此，经过/2移项后变成与输入已调信号的载频相同移项后变成与输入已调信号的载频相同的信号。将它与输入已调信号共同加到同步检波器就能得的信号。将它与输入已调信号共同加到同步检波器就能得到解调信号输出。到解调信号输出。继续继续返回返回第9页，本讲稿共18页BG322、X38、CD4046、MC1404b。5.3单片集成锁相环电路单片集成锁相环电路模拟锁相环路：模拟锁相环路：NE560、NE561、562、565 L562、L564、SL565、KD801、KD80

10、2、KD8041等。等。数字锁相环路：数字锁相环路：一、一、NE562 NE562（国国内内同同类类产产品品L562、KD801、KD8041）是是目目前前广广泛泛应应用用的一种多功能单片锁相环路。的一种多功能单片锁相环路。1NE562组成框图组成框图 NE562是最高工作频率可达是最高工作频率可达30MHz的通用型集成锁相环。的通用型集成锁相环。继续继续返回返回第10页，本讲稿共18页定时电容定时电容CrPDLF限幅限幅VCOA1A2A312111523415678910131416Vcc外接环路滤波外接环路滤波器器RC元件元件去加重去加重-VEE跟踪跟踪范围范围偏压偏压输出输出FM解调解调

11、输出输出VCO输出输出 反馈反馈信号输入信号输入信号输入信号输入 NE562123456789101112131415 16PD（鉴相器）：采用双平衡模拟乘法器（鉴相器）：采用双平衡模拟乘法器 LF：13、14脚可外接脚可外接RC元件构成环路滤波器。元件构成环路滤波器。VCO：是射极定时的压控多谐振荡器，定时电容由：是射极定时的压控多谐振荡器，定时电容由5、6脚外接电脚外接电容。容。限限幅幅器器：是是与与VCO串串接接的的一一级级控控制制电电路路，7脚脚注注入入电电流流的的大大 小小可可以以控制环路的跟踪范围。控制环路的跟踪范围。放放大大器器A1、A2、A3：作作为为隔隔离离，缓缓冲冲放放大大

12、器器，10脚脚用用于于外外接接去去加加重重电电容容。当当环环路路用用于于解解调调时时，A1，A2的的放放大大作作用用可可以以提提高高9脚脚输输出出的的解解调调信信号号的的电电平平值值。既既可可以以保保证证VCO的的频频稳稳度度，又又放放大大了了VCO的的输输出出电电压压，使使3、4脚脚输输出出的的电电压压幅幅度度增增大大到到约约4.5V，以以满满足足PD对对VCO信信号号电电压压幅度的要求。幅度的要求。11，12脚：外接输入信号。脚：外接输入信号。VCO输输出出3、4脚脚与与PD的的反反馈馈信信号号输输入入端端2、15脚脚之之间间，可可外外接接其其它它部件以发挥多功能作用。部件以发挥多功能作用

13、。继续继续休息1休息2返回返回第11页，本讲稿共18页2NE562的使用说明的使用说明(1)输输入入信信号号从从11、12脚脚输输入入时时，应应采采用用电电容容耦耦合合，以以避避免免影响输入端的直流电位，要求容抗影响输入端的直流电位，要求容抗 输入电阻（输入电阻（2K ）。）。可以双端输入，也可单端输入，单端输入时，另一端应可以双端输入，也可单端输入，单端输入时，另一端应交流接地，以提高交流接地，以提高PD增益。增益。(2)环路滤波的设计环路滤波的设计 NE562常用的环路滤波器有下图所示的四种形式：常用的环路滤波器有下图所示的四种形式：NE562RCRCCfCf1314NE562RCRCCf

14、1314CfNE562RCRCCf1314RfRfNE562RCRCCf1314Rf继续继续PDLF限幅限幅VCOA1A2A312111523415678910131416Vcc外接环路滤波外接环路滤波器器RC元件元件去加重去加重-VEE跟踪跟踪范围范围偏压偏压输出输出FM解调解调输出输出VCO输出输出 反馈反馈信号输入信号输入信号输入信号输入返回返回第12页，本讲稿共18页13、14脚的外接电路与脚的外接电路与NE562内部的内部的PD负载电阻负载电阻Rc共同构成积分共同构成积分滤波器。滤波器。一般已知一般已知Rc=6 K ,通常选在通常选在50200 之间，根据所要之间，根据所要求设计的环

15、路滤波器截至频率求设计的环路滤波器截至频率 可计算出可计算出 值：值：对图对图(a):对图对图(b):对图对图(c):对图对图(d):NE562RCRCCfCf1314NE562RCRCCf1314CfNE562RCRCCf1314RfRfNE562RCRCCf1314Rf继续继续返回返回第13页，本讲稿共18页(3)VCO的输出方式与频率调整的输出方式与频率调整1VOC信信号号输输出出端端3、4脚脚与与地地之之间间应应当当接接上上数数值值相相等等的的射射极极电电阻阻，阻阻值值一一般般为为212 K ,使使内内部部射射极极输输出出器器的的平平均均电电流流不不超过超过4mA.2当当VCO输输出出

16、需需与与逻逻辑辑电电路路连连接接时时，必必须须外外接接电电平平移移动动电电路路，使使VCO输输出出端端12V的的直直流流电电平平移移到到某某一一低低电电平平值值上上，并并使使输输出出方方波波符合逻辑电平要求，工作频率可达到符合逻辑电平要求，工作频率可达到20MHz。图（图（a）为实用的单端输出，）为实用的单端输出，图图（b）为为实实用用的的双双端端驱驱动动的的电平移动电路，电平移动电路，NE56234图（图（a）5v输出到输出到逻辑电逻辑电平平NE5623416图（图（b）5v18v输出到输出到逻辑电逻辑电平平继续继续返回返回第14页，本讲稿共18页3VCO的的频频率率及及其其跟跟踪踪范范围围

17、能能调调整整与与控控制制。VCO频频率率的的调调整整，除除采采用用直直接接调调节节与与定定时时电电容容并并联联的的微微变变电电容容外外，还还有有如如下下图图所所示的方法：示的方法：NE562568RRCTEA图图(a)图图(a)电电路路的的VCO的的工工作频率为：作频率为：其中其中 V时时VCO的的为为 固有振荡频率，改变固有振荡频率，改变值，振荡频率相对变化。值，振荡频率相对变化。NE56256810K10KCT图图(b)NE56256810K10KCT5K图图(c)图图(b)、(c)，可可将将VCO频频率率扩扩展展到到30MHz以以上上，（c）可可用用外外接接电位器电位器 微调频率。微调频

18、率。继续继续返回返回第15页，本讲稿共18页(4)PD的反馈输入与环路增益控制方式的反馈输入与环路增益控制方式 PD的的反反馈馈输输入入方方式式一一般般采采用用单单端端输输入入工工作作方方式式，如如右右图图所所示示，1脚脚的的+7.7V电电压压经经R（2 K）分分别别加加到到反反馈馈输输入入端端2、15脚脚作作为为IC内内部部电电路路基基极极的的偏偏压压，而而且且1脚脚到到地地接接旁旁路路电电容容，反反馈馈信信号号从从VCO的的3脚输出，并经分压电阻取样后，通过耦合电容加到脚输出，并经分压电阻取样后，通过耦合电容加到2脚构成闭环系统。脚构成闭环系统。环环路路增增益益还还普普遍遍采采用用在在13

19、、14脚脚并并接接电电阻阻 的的方方式式，此此时的环路总增益为：时的环路总增益为：的单位为的单位为 可以抵消因可以抵消因 上升而使上升而使 过大造成过大造成的工作不稳定性。的工作不稳定性。NE56211523CCCB77VR2kR2kR111kR21k继续继续返回返回第16页，本讲稿共18页(5)解调输出方式解调输出方式 当当NE562用用作作FM信信号号的的解解调调时时，解解调调信信号号由由脚脚输输出出，此此时时脚脚需需外外接接一一个个电电阻阻到到地地（或或负负电电源源）作作为为NE562内内部部电电路路的的射射极极负负载载，电电阻阻数数值值要要合合适适（常常取取15k）以以确确保保内内部部

20、射射极极输输出出电电流流不不超超过过5mA，另外，另外脚应外加重电容。脚应外加重电容。PDLF限幅限幅VCOA1A2A312111523415678910131416Vcc外接环路滤波外接环路滤波器器RC元件元件去加重去加重-VEE跟踪跟踪范围范围偏压偏压输出输出FM解调解调输出输出VCO输出输出 反馈反馈信号输入信号输入信号输入信号输入继续继续返回返回第17页，本讲稿共18页3、NE562应用实例应用实例 NE562内内部部限限幅幅器器集集电电极极电电流流受受7脚脚外外接接电电路路的的控控制制，一一般般7脚脚注注入入电电流流增增加加，则则内内部部限限幅幅器器集集电电流流减减少少，VCO跟跟踪踪范范围围小小；反反之之则则跟跟踪踪范范围围增增大大。当当脚脚注注入入电电流流大大于于0.7mA时时，内内部部限限幅幅器器截截至至，VCO的的控制被截断，控制被截断，VCO处于失控自由振荡工作状态（系统失锁）。处于失控自由振荡工作状态（系统失锁）。跟踪范围跟踪范围控制控制RfRf11K1K 16 15 14 13 12 11 10 9 NE562 1 2 3 4 5 6 7 8 CTCCCCCBCfCfRLVCC12K1K1K0.10.10.1FM输入输入解调输出解调输出返回返回第18页，本讲稿共18页