笫7章锁相环路课件.ppt

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1、笫笫7章章 锁相环路锁相环路 一、锁相环路的基本概念一、锁相环路的基本概念u反馈控制电路反馈控制电路概概概概 述述述述 uu PLLPLL各部件的特性与数学模各部件的特性与数学模各部件的特性与数学模各部件的特性与数学模型型型型二、二、PLL的线性分析的线性分析uuP L L P L L 的线性模型与传递函数的线性模型与传递函数的线性模型与传递函数的线性模型与传递函数uuP L L P L L 的稳态相差的稳态相差的稳态相差的稳态相差uPLL的稳定性（的稳定性（*）三、三、PLL的非线性分析的非线性分析uu一阶环路的非线性分析一阶环路的非线性分析一阶环路的非线性分析一阶环路的非线性分析 uu二阶

2、环路的非线性分析二阶环路的非线性分析二阶环路的非线性分析二阶环路的非线性分析四、四、四、四、集成锁相环介绍集成锁相环介绍PLL电路实例与应用举例电路实例与应用举例uuPLLPLL基本原理基本原理基本原理基本原理uuPLLPLL的环路方程与相位模型的环路方程与相位模型的环路方程与相位模型的环路方程与相位模型uuP L L P L L 的跟踪特性的跟踪特性的跟踪特性的跟踪特性uuP L L P L L 的频率特性的频率特性的频率特性的频率特性uPLL的噪声特性（的噪声特性（*）2001年9月-12月1通信电路原理-无九四、四、集成锁相环集成锁相环集成锁相环集成锁相环u集成集成PLL（环路滤波器外加

3、）类型：（环路滤波器外加）类型：l模拟环（模拟环（APLL）鉴相器为模拟相乘器鉴相器为模拟相乘器 通用型：通用型：VCO，PD，（，（+放大器）放大器）专用型：锁相解调，调频立体声解调，电专用型：锁相解调，调频立体声解调，电视的色同步环视的色同步环l数字环（数字环（DPLL）由部分数字电路，（主要是鉴相器为）由部分数字电路，（主要是鉴相器为数字鉴相器）和全部数字电路（包括数字鉴相器、数字滤数字鉴相器）和全部数字电路（包括数字鉴相器、数字滤波器、数控振荡器）构成。波器、数控振荡器）构成。通用型：通用型：VCO，PD，（，（+分频器）分频器）专用型：用于频率合成器，电机控制专用型：用于频率合成器，

4、电机控制2001年9月-12月2通信电路原理-无九u集成锁相环主要部件集成锁相环主要部件1 1、集成集成鉴相器：鉴相器：鉴相器：鉴相器：数字比相型、模拟相乘器型、抽样保持型。数字比相型、模拟相乘器型、抽样保持型。l l模拟模拟模拟模拟相乘器型：相乘器型：灵敏度较低，线性较好，锁定时两信号有灵敏度较低，线性较好，锁定时两信号有90度相移。度相移。l数字鉴相器：数字鉴相器：异或门：输入为对称方波，锁定时两信号有异或门：输入为对称方波，锁定时两信号有90度相移度相移R-S触发器：输入为脉冲或方波，锁定时两信号有触发器：输入为脉冲或方波，锁定时两信号有90度相移度相移边沿触发边沿触发(上升沿或下降沿）

5、鉴频鉴相器：上升沿或下降沿）鉴频鉴相器：输入为脉冲或方输入为脉冲或方波，锁定时两信号有波，锁定时两信号有0度或度或180度相移，有鉴频和鉴相功能。度相移，有鉴频和鉴相功能。常用于锁相频率合成器中。常用于锁相频率合成器中。2001年9月-12月3通信电路原理-无九u集成集成鉴相器举例鉴相器举例鉴相器举例鉴相器举例n n数字式鉴频鉴相器数字式鉴频鉴相器数字式鉴频鉴相器数字式鉴频鉴相器l l特点：特点：特点：特点：有鉴相功能及鉴频功能。能使有鉴相功能及鉴频功能。能使有鉴相功能及鉴频功能。能使有鉴相功能及鉴频功能。能使PLLPLL的快捕带加宽，捕的快捕带加宽，捕的快捕带加宽，捕的快捕带加宽，捕捉时间大

6、为缩短，而且其鉴相特性的线性范围很宽。捉时间大为缩短，而且其鉴相特性的线性范围很宽。捉时间大为缩短，而且其鉴相特性的线性范围很宽。捉时间大为缩短，而且其鉴相特性的线性范围很宽。l l组成组成组成组成:由数字比相器、电荷泵和滤波器三部分组成。由数字比相器、电荷泵和滤波器三部分组成。由数字比相器、电荷泵和滤波器三部分组成。由数字比相器、电荷泵和滤波器三部分组成。l l电路工作原理电路工作原理电路工作原理电路工作原理:以以以以T4044T4044数字式鉴频鉴相器电路数字式鉴频鉴相器电路数字式鉴频鉴相器电路数字式鉴频鉴相器电路 为例为例为例为例 9 9个与非门个与非门个与非门个与非门 组成数字比相器组

7、成数字比相器组成数字比相器组成数字比相器,将输入信号将输入信号将输入信号将输入信号R R与来自与来自与来自与来自VCOVCO的频的频的频的频率可变的信号率可变的信号率可变的信号率可变的信号 比相（后沿比）比相（后沿比）比相（后沿比）比相（后沿比）,在比相器输出端在比相器输出端在比相器输出端在比相器输出端U U和和和和D D，以，以，以，以逻辑电平给出相位超前、滞后以及超前、滞后量的信息。逻辑电平给出相位超前、滞后以及超前、滞后量的信息。逻辑电平给出相位超前、滞后以及超前、滞后量的信息。逻辑电平给出相位超前、滞后以及超前、滞后量的信息。T1 T1 T1 T1T7T7T7T7组成电荷泵，作用是在数

8、字比相器输出组成电荷泵，作用是在数字比相器输出组成电荷泵，作用是在数字比相器输出组成电荷泵，作用是在数字比相器输出U U和和和和D D的高低的高低的高低的高低电平控制下，使电平控制下，使电平控制下，使电平控制下，使T1T1T7T7管子导通、截止，变换成管子导通、截止，变换成管子导通、截止，变换成管子导通、截止，变换成模拟电压。模拟电压。模拟电压。模拟电压。组成有源比例积分滤波器形成所需的控制电压组成有源比例积分滤波器形成所需的控制电压组成有源比例积分滤波器形成所需的控制电压组成有源比例积分滤波器形成所需的控制电压电路图电路图电路图电路图2001年9月-12月4通信电路原理-无九 数字式鉴频鉴相

9、器数字式鉴频鉴相器数字式鉴频鉴相器数字式鉴频鉴相器（续）（续）T4044T4044数字式鉴频鉴相器数字式鉴频鉴相器数字式鉴频鉴相器数字式鉴频鉴相器 比相器比相器比相器比相器电荷泵电荷泵电荷泵电荷泵有源比例积分滤波器有源比例积分滤波器有源比例积分滤波器有源比例积分滤波器返回返回返回返回2001年9月-12月5通信电路原理-无九T4044T4044同频鉴相波形同频鉴相波形同频鉴相波形同频鉴相波形（a a）R R与与与与V V同相；（同相；（同相；（同相；（b b）R R滞后滞后滞后滞后V V；（；（；（；（c c）R R超前超前超前超前V V2001年9月-12月6通信电路原理-无九T4044T4

10、044的鉴频波形的鉴频波形的鉴频波形的鉴频波形 数字式鉴频鉴相器（续）数字式鉴频鉴相器（续）数字式鉴频鉴相器（续）数字式鉴频鉴相器（续）2001年9月-12月7通信电路原理-无九当环路存在频差时，通过比相器和电荷泵的共同作用，当环路存在频差时，通过比相器和电荷泵的共同作用，当环路存在频差时，通过比相器和电荷泵的共同作用，当环路存在频差时，通过比相器和电荷泵的共同作用，有一数值上接近的正向或负向阶跃电压加到达林顿电有一数值上接近的正向或负向阶跃电压加到达林顿电有一数值上接近的正向或负向阶跃电压加到达林顿电有一数值上接近的正向或负向阶跃电压加到达林顿电路的输入端，使它输出的直流控制电压迅速地向最小

11、路的输入端，使它输出的直流控制电压迅速地向最小路的输入端，使它输出的直流控制电压迅速地向最小路的输入端，使它输出的直流控制电压迅速地向最小或最大值跳变，从而控制或最大值跳变，从而控制或最大值跳变，从而控制或最大值跳变，从而控制VCOVCO的频率迅速地向减小频的频率迅速地向减小频的频率迅速地向减小频的频率迅速地向减小频差的方向变化，故电路起到了鉴频的作用。差的方向变化，故电路起到了鉴频的作用。差的方向变化，故电路起到了鉴频的作用。差的方向变化，故电路起到了鉴频的作用。数字式鉴频鉴相器（续）数字式鉴频鉴相器（续）数字式鉴频鉴相器（续）数字式鉴频鉴相器（续）鉴频作用鉴频作用鉴频作用鉴频作用2001年

12、9月-12月8通信电路原理-无九 集成压控振荡器两种基本类型。集成压控振荡器两种基本类型。集成压控振荡器两种基本类型。集成压控振荡器两种基本类型。电流积分型电流积分型电流积分型电流积分型，它的基本原理是：定时电容在被控电流源的，它的基本原理是：定时电容在被控电流源的，它的基本原理是：定时电容在被控电流源的，它的基本原理是：定时电容在被控电流源的作用下交替充电放电，形成振荡波形。作用下交替充电放电，形成振荡波形。作用下交替充电放电，形成振荡波形。作用下交替充电放电，形成振荡波形。振荡频率取决于充振荡频率取决于充振荡频率取决于充振荡频率取决于充电和放电速度电和放电速度电和放电速度电和放电速度，在电

13、容容量一定时，取决于电流源的电流，在电容容量一定时，取决于电流源的电流，在电容容量一定时，取决于电流源的电流，在电容容量一定时，取决于电流源的电流大小。大小。大小。大小。通过外加电压控制电流源电流大小可以实现对振荡通过外加电压控制电流源电流大小可以实现对振荡通过外加电压控制电流源电流大小可以实现对振荡通过外加电压控制电流源电流大小可以实现对振荡频率的控制。频率的控制。频率的控制。频率的控制。这类电路具有良好的线性压控特性。这类电路具有良好的线性压控特性。这类电路具有良好的线性压控特性。这类电路具有良好的线性压控特性。变容管调谐的集成变容管调谐的集成变容管调谐的集成变容管调谐的集成LCLC振荡器

14、。在集成电路内，由正反馈振荡器。在集成电路内，由正反馈振荡器。在集成电路内，由正反馈振荡器。在集成电路内，由正反馈电路产生和维持振荡。振荡频率由电路产生和维持振荡。振荡频率由电路产生和维持振荡。振荡频率由电路产生和维持振荡。振荡频率由LCLC决定，因此只要用控决定，因此只要用控决定，因此只要用控决定，因此只要用控制电压改变变容二极管的电容，便可以改变振荡频率，这制电压改变变容二极管的电容，便可以改变振荡频率，这制电压改变变容二极管的电容，便可以改变振荡频率，这制电压改变变容二极管的电容，便可以改变振荡频率，这种电路的电压种电路的电压种电路的电压种电路的电压频率特性往往是非线性的。频率特性往往是

15、非线性的。频率特性往往是非线性的。频率特性往往是非线性的。u集成集成VCO2001年9月-12月9通信电路原理-无九集成集成VCO举例：举例：变流式电容充放电压控振荡器变流式电容充放电压控振荡器 变流式电容充放电变流式电容充放电变流式电容充放电变流式电容充放电VCOVCO原理框图原理框图原理框图原理框图 高，高，高，高，闭合，闭合，闭合，闭合，断开断开断开断开 低，低，低，低，断开，断开，断开，断开，闭合闭合闭合闭合 返回返回返回返回返回返回返回返回2 22001年9月-12月10通信电路原理-无九 电流转发器的功能是保持电流电流转发器的功能是保持电流电流转发器的功能是保持电流电流转发器的功能

16、是保持电流 和和和和 的大小相等；的大小相等；的大小相等；的大小相等；幅度鉴别器的作用是当其输入端的电压高于其正触发电平幅度鉴别器的作用是当其输入端的电压高于其正触发电平幅度鉴别器的作用是当其输入端的电压高于其正触发电平幅度鉴别器的作用是当其输入端的电压高于其正触发电平时，它的输出为高电平，反之输出为低电平。时，它的输出为高电平，反之输出为低电平。时，它的输出为高电平，反之输出为低电平。时，它的输出为高电平，反之输出为低电平。工作过程工作过程工作过程工作过程:为低，则为低，则为低，则为低，则 断开，断开，断开，断开，闭合。恒流源电流闭合。恒流源电流闭合。恒流源电流闭合。恒流源电流 全部流入电容

17、，全部流入电容，全部流入电容，全部流入电容，使其两端电压升高。当增加到幅度鉴别器的正触发电平使其两端电压升高。当增加到幅度鉴别器的正触发电平使其两端电压升高。当增加到幅度鉴别器的正触发电平使其两端电压升高。当增加到幅度鉴别器的正触发电平 时，它时，它时，它时，它的输出的输出的输出的输出 变成高电平。变成高电平。变成高电平。变成高电平。闭合，闭合，闭合，闭合，断开，电流源电流断开，电流源电流断开，电流源电流断开，电流源电流 全部变成全部变成全部变成全部变成 流入电流转发流入电流转发流入电流转发流入电流转发器。根据电流转发器的特性，器。根据电流转发器的特性，器。根据电流转发器的特性，器。根据电流转

18、发器的特性，电容器以电流，电容器以电流，电容器以电流，电容器以电流 放电放电放电放电,变流式电容充放电压控振荡器变流式电容充放电压控振荡器(续续1)上升和下降的斜率是一样的。当上升和下降的斜率是一样的。当上升和下降的斜率是一样的。当上升和下降的斜率是一样的。当 下降到幅度鉴别器的反向下降到幅度鉴别器的反向下降到幅度鉴别器的反向下降到幅度鉴别器的反向触发电平时，它的输出触发电平时，它的输出触发电平时，它的输出触发电平时，它的输出 又变为低电平，重复开始时的过程，又变为低电平，重复开始时的过程，又变为低电平，重复开始时的过程，又变为低电平，重复开始时的过程，从而形成了周期性的振荡。从而形成了周期性

19、的振荡。从而形成了周期性的振荡。从而形成了周期性的振荡。若电流源电流随控制信号变化，若电流源电流随控制信号变化，若电流源电流随控制信号变化，若电流源电流随控制信号变化，则输出信号的频率随控制信号的变化而变化则输出信号的频率随控制信号的变化而变化则输出信号的频率随控制信号的变化而变化则输出信号的频率随控制信号的变化而变化。2001年9月-12月11通信电路原理-无九(1)(1)可控电流源可控电流源可控电流源可控电流源它使它使它使它使 ，而，而，而，而 的值的值的值的值是由电源电压是由电源电压是由电源电压是由电源电压 、外接、外接、外接、外接电阻电阻电阻电阻 和控制电压和控制电压和控制电压和控制电

20、压 决决决决定的。当定的。当定的。当定的。当 和和和和 选定后，选定后，选定后，选定后，的值将随的值将随的值将随的值将随 变化。这个变化。这个变化。这个变化。这个电流源的总输出电流电流源的总输出电流电流源的总输出电流电流源的总输出电流I I0 0=2 =2 ，用改变用改变用改变用改变 的办法调整的办法调整的办法调整的办法调整压控振荡器的中心频率。压控振荡器的中心频率。压控振荡器的中心频率。压控振荡器的中心频率。二极管是为防止发射结被二极管是为防止发射结被二极管是为防止发射结被二极管是为防止发射结被反向击穿而加入的保护管。反向击穿而加入的保护管。反向击穿而加入的保护管。反向击穿而加入的保护管。可

21、控电流源电路可控电流源电路可控电流源电路可控电流源电路2001年9月-12月12通信电路原理-无九(2)(2)电流转发器电流转发器电流转发器电流转发器构成改进型电流源电构成改进型电流源电构成改进型电流源电构成改进型电流源电路，它使得路，它使得路，它使得路，它使得 和和和和 两两两两个支路的电流相个支路的电流相个支路的电流相个支路的电流相等。等。等。等。、和和和和 构构构构成开关，它等效框图中成开关，它等效框图中成开关，它等效框图中成开关，它等效框图中的的的的 。和和和和 在这里在这里在这里在这里等效于等效于等效于等效于 。2001年9月-12月13通信电路原理-无九变流式电容充放电变流式电容充

22、放电变流式电容充放电变流式电容充放电VCO NE566VCO NE566原理图原理图原理图原理图 2001年9月-12月14通信电路原理-无九uuPLLPLL电路实例电路实例电路实例电路实例PDVCOAMP-集成锁相环集成锁相环NE565介绍介绍2 23 35 54 410107 71 19 98 8为为为为VCOVCO定时电阻和电容定时电阻和电容定时电阻和电容定时电阻和电容为环路滤波器为环路滤波器为环路滤波器为环路滤波器2001年9月-12月15通信电路原理-无九 NE565 NE565工作频率低于工作频率低于工作频率低于工作频率低于1MHz1MHz 电源电压电源电压电源电压电源电压:最大锁

23、定范围最大锁定范围最大锁定范围最大锁定范围 输入电阻输入电阻输入电阻输入电阻:10 :10 典型工作电流典型工作电流典型工作电流典型工作电流:8mA:8mA集成锁相环集成锁相环NE565介绍介绍(续续1)适用于适用于适用于适用于FSKFSK解调解调解调解调,单音解码单音解码单音解码单音解码,数据同步数据同步数据同步数据同步,倍频等倍频等倍频等倍频等.电路电路电路电路:鉴相器鉴相器鉴相器鉴相器双平衡模拟相乘器双平衡模拟相乘器双平衡模拟相乘器双平衡模拟相乘器 VCO-VCO-变流式电容充放电变流式电容充放电变流式电容充放电变流式电容充放电VCO,VCO,决定决定决定决定VCOVCO中心频率中心频率

24、中心频率中心频率 滤波器滤波器滤波器滤波器滤波电容外滤波电容外滤波电容外滤波电容外 接。接。接。接。VCO VCO输出端与鉴相器反馈输入端是断开的输出端与鉴相器反馈输入端是断开的输出端与鉴相器反馈输入端是断开的输出端与鉴相器反馈输入端是断开的 2001年9月-12月16通信电路原理-无九NE565 PLLNE565 PLL内部电路内部电路内部电路内部电路集成锁相环集成锁相环NE565介绍介绍(续续2)2001年9月-12月17通信电路原理-无九集成锁相环集成锁相环NE565介绍介绍(续续3)uu 利用附录中利用附录中利用附录中利用附录中PLLPLL的宏模型对的宏模型对的宏模型对的宏模型对NE5

25、65NE565进行进行进行进行PSPICEPSPICE仿真仿真仿真仿真12 K12 K ，10NF,VCOf010NF,VCOf02.5KHz2.5KHz，VCOVCO的压控灵敏度为的压控灵敏度为的压控灵敏度为的压控灵敏度为1KHz/V1KHz/V左右。左右。左右。左右。RfRf为片内电阻，其值为为片内电阻，其值为为片内电阻，其值为为片内电阻，其值为3.6 K3.6 K ，电容外接，电容外接，电容外接，电容外接2001年9月-12月18通信电路原理-无九n n（2 2）端输入一个变化速率缓慢的频率正斜升信号）端输入一个变化速率缓慢的频率正斜升信号）端输入一个变化速率缓慢的频率正斜升信号）端输入

26、一个变化速率缓慢的频率正斜升信号,VCO,VCO自自自自由振荡频率由振荡频率由振荡频率由振荡频率2.5KHz,2.5KHz,观察环路滤波器输出的控制电压波形观察环路滤波器输出的控制电压波形观察环路滤波器输出的控制电压波形观察环路滤波器输出的控制电压波形 。l l环路刚工作时，输入信号频率低，它与环路刚工作时，输入信号频率低，它与环路刚工作时，输入信号频率低，它与环路刚工作时，输入信号频率低，它与VCOVCO输出频率间频输出频率间频输出频率间频输出频率间频差较大，环路滤波器输出为一频率较高且上下不对称的差拍差较大，环路滤波器输出为一频率较高且上下不对称的差拍差较大，环路滤波器输出为一频率较高且上

27、下不对称的差拍差较大，环路滤波器输出为一频率较高且上下不对称的差拍信号信号信号信号 。随时间增长，一是因输入信号频率渐渐增大，它与。随时间增长，一是因输入信号频率渐渐增大，它与。随时间增长，一是因输入信号频率渐渐增大，它与。随时间增长，一是因输入信号频率渐渐增大，它与VCOVCO的输出频差慢慢减小，二是由于环路滤波器的积分作用，的输出频差慢慢减小，二是由于环路滤波器的积分作用，的输出频差慢慢减小，二是由于环路滤波器的积分作用，的输出频差慢慢减小，二是由于环路滤波器的积分作用，输出直流电压不断增加，频率牵引作用增强，差拍频率明显输出直流电压不断增加，频率牵引作用增强，差拍频率明显输出直流电压不断

28、增加，频率牵引作用增强，差拍频率明显输出直流电压不断增加，频率牵引作用增强，差拍频率明显变低。变低。变低。变低。频率牵引阶段频率牵引阶段频率牵引阶段频率牵引阶段l l频率为频率为频率为频率为2.116KHz2.116KHz时，控制电压突然产生一个负跳变。时，控制电压突然产生一个负跳变。时，控制电压突然产生一个负跳变。时，控制电压突然产生一个负跳变。相位锁定相位锁定相位锁定相位锁定l l此后，此后，此后，此后，VCOVCO输出频率便跟踪输入信号变化（图上表现为环输出频率便跟踪输入信号变化（图上表现为环输出频率便跟踪输入信号变化（图上表现为环输出频率便跟踪输入信号变化（图上表现为环路滤波器输出的直

29、流电压与信号源的控制电压重合。）路滤波器输出的直流电压与信号源的控制电压重合。）路滤波器输出的直流电压与信号源的控制电压重合。）路滤波器输出的直流电压与信号源的控制电压重合。）uu用仿真法测量用仿真法测量用仿真法测量用仿真法测量PLLPLL的捕捉带、同步带的捕捉带、同步带的捕捉带、同步带的捕捉带、同步带2001年9月-12月19通信电路原理-无九l l几十几十几十几十msms后在频率后在频率后在频率后在频率3.284KHz3.284KHz时，误差电压突然下降，时，误差电压突然下降，时，误差电压突然下降，时，误差电压突然下降，而后，环路滤波器输出的控制电压与输入信号的控制而后，环路滤波器输出的控

30、制电压与输入信号的控制而后，环路滤波器输出的控制电压与输入信号的控制而后，环路滤波器输出的控制电压与输入信号的控制电压分离，环路滤波器又输出差拍信号。失锁电压分离，环路滤波器又输出差拍信号。失锁电压分离，环路滤波器又输出差拍信号。失锁电压分离，环路滤波器又输出差拍信号。失锁 从以上现象得到：从以上现象得到：从以上现象得到：从以上现象得到：当环路滤波器当环路滤波器当环路滤波器当环路滤波器CfCf170NF170NF时时时时l l捕捉带低端为捕捉带低端为捕捉带低端为捕捉带低端为:2.5-2.116=0.384KHz:2.5-2.116=0.384KHz，l l同步带高端为同步带高端为同步带高端为同

31、步带高端为 :3.284-2.5=0.784KHz:3.284-2.5=0.784KHzn n输入为慢变化、输入为慢变化、输入为慢变化、输入为慢变化、负斜率的频率斜升负斜率的频率斜升负斜率的频率斜升负斜率的频率斜升信号时信号时信号时信号时,观察环路滤波观察环路滤波观察环路滤波观察环路滤波器输出的控制电压波形，可得到：器输出的控制电压波形，可得到：器输出的控制电压波形，可得到：器输出的控制电压波形，可得到：当环路滤波器当环路滤波器当环路滤波器当环路滤波器CfCf170NF170NF时时时时,l l捕捉带高端为捕捉带高端为捕捉带高端为捕捉带高端为:2.913-2.5=0.413KHz 2.913-

32、2.5=0.413KHz，l l同步带低端为同步带低端为同步带低端为同步带低端为 :2.5-1.717=0.783KHz:2.5-1.717=0.783KHz2001年9月-12月20通信电路原理-无九 输入为慢变化、正斜率的频率斜升信号时输入为慢变化、正斜率的频率斜升信号时输入为慢变化、正斜率的频率斜升信号时输入为慢变化、正斜率的频率斜升信号时,环路滤波器输出的环路滤波器输出的环路滤波器输出的环路滤波器输出的控制电压波形控制电压波形控制电压波形控制电压波形340nF340nF170nF170nF返回返回返回返回2001年9月-12月21通信电路原理-无九170nF170nF340nF340n

33、F输入为慢变化、负斜率的频率斜升信号时输入为慢变化、负斜率的频率斜升信号时输入为慢变化、负斜率的频率斜升信号时输入为慢变化、负斜率的频率斜升信号时,环路滤波环路滤波环路滤波环路滤波器输出的控制电压波形器输出的控制电压波形器输出的控制电压波形器输出的控制电压波形返回返回返回返回2001年9月-12月22通信电路原理-无九n n CfCf170nF170nF时时时时n n 滤波器电容滤波器电容滤波器电容滤波器电容CfCf=340nF=340nF时（带宽减小）时（带宽减小）时（带宽减小）时（带宽减小）n n 结论结论结论结论:n仿真结果仿真结果仿真结果仿真结果在低端的入锁频率为在低端的入锁频率为在低

34、端的入锁频率为在低端的入锁频率为2.116KHz2.116KHz，在高端的失锁频率，在高端的失锁频率，在高端的失锁频率，在高端的失锁频率3.284KHz3.284KHz，在高端的入锁频率，在高端的入锁频率，在高端的入锁频率，在高端的入锁频率2.913KHz2.913KHz，在低端的失，在低端的失，在低端的失，在低端的失锁频率锁频率锁频率锁频率1.717KHz1.717KHz。l l环路的捕捉带低端为环路的捕捉带低端为环路的捕捉带低端为环路的捕捉带低端为0.384KHz0.384KHz，高端为，高端为，高端为，高端为0.413KHz0.413KHz；同；同；同；同步带低端为步带低端为步带低端为步

35、带低端为0.783KHz0.783KHz，高端为，高端为，高端为，高端为0.784KHz0.784KHz。环路的捕捉带低端为环路的捕捉带低端为环路的捕捉带低端为环路的捕捉带低端为0.237KHz0.237KHz，高端为，高端为，高端为，高端为0.293KHz0.293KHz；同步带低端为同步带低端为同步带低端为同步带低端为0.753KHz0.753KHz，高端为，高端为，高端为，高端为0.773KHz 0.773KHz 二阶环路捕捉过程分频率牵引和相位锁定两阶段二阶环路捕捉过程分频率牵引和相位锁定两阶段二阶环路捕捉过程分频率牵引和相位锁定两阶段二阶环路捕捉过程分频率牵引和相位锁定两阶段 减小环

36、路滤波器带宽，会使环路捕捉时间增加，捕捉减小环路滤波器带宽，会使环路捕捉时间增加，捕捉减小环路滤波器带宽，会使环路捕捉时间增加，捕捉减小环路滤波器带宽，会使环路捕捉时间增加，捕捉带与同步带均减小，而在抑制干扰和噪声方面有改善带与同步带均减小，而在抑制干扰和噪声方面有改善带与同步带均减小，而在抑制干扰和噪声方面有改善带与同步带均减小，而在抑制干扰和噪声方面有改善.2001年9月-12月23通信电路原理-无九uPLL的的基本特性与基本特性与应用举例应用举例nPLL的基本特性的基本特性（1）优良的窄带滤波特性）优良的窄带滤波特性 普通滤波器无法实现普通滤波器无法实现普通滤波器无法实现普通滤波器无法实

37、现PLLPLL锁定时，位于输入信号频率附近的干扰成分将以低频干扰锁定时，位于输入信号频率附近的干扰成分将以低频干扰锁定时，位于输入信号频率附近的干扰成分将以低频干扰锁定时，位于输入信号频率附近的干扰成分将以低频干扰形式进入环路，而绝大部分的干扰会受到环路滤波器低通特性形式进入环路，而绝大部分的干扰会受到环路滤波器低通特性形式进入环路，而绝大部分的干扰会受到环路滤波器低通特性形式进入环路，而绝大部分的干扰会受到环路滤波器低通特性的抑制，使误差信号得到平滑不再抖动，的抑制，使误差信号得到平滑不再抖动，的抑制，使误差信号得到平滑不再抖动，的抑制，使误差信号得到平滑不再抖动，VCOVCO输出得到提纯。

38、输出得到提纯。输出得到提纯。输出得到提纯。环路对干扰的抑制作用就相当于一个很窄的高频带通滤波器，环路对干扰的抑制作用就相当于一个很窄的高频带通滤波器，环路对干扰的抑制作用就相当于一个很窄的高频带通滤波器，环路对干扰的抑制作用就相当于一个很窄的高频带通滤波器，它的带宽可以做得很窄。另一方面，由于它的带宽可以做得很窄。另一方面，由于它的带宽可以做得很窄。另一方面，由于它的带宽可以做得很窄。另一方面，由于PLLPLL能自动跟踪输入能自动跟踪输入能自动跟踪输入能自动跟踪输入信号频率，以保证窄带的实现。而普通滤波器无法跟踪。信号频率，以保证窄带的实现。而普通滤波器无法跟踪。信号频率，以保证窄带的实现。而

39、普通滤波器无法跟踪。信号频率，以保证窄带的实现。而普通滤波器无法跟踪。（2 2）优良的载波跟踪和调制跟踪特性）优良的载波跟踪和调制跟踪特性）优良的载波跟踪和调制跟踪特性）优良的载波跟踪和调制跟踪特性无论输入信号是已调制或未调制的，只要含有载波分量，无论输入信号是已调制或未调制的，只要含有载波分量，无论输入信号是已调制或未调制的，只要含有载波分量，无论输入信号是已调制或未调制的，只要含有载波分量，用载波跟踪环可获得频率稳定度很高的载波。用载波跟踪环可获得频率稳定度很高的载波。用载波跟踪环可获得频率稳定度很高的载波。用载波跟踪环可获得频率稳定度很高的载波。只要环路有适当带宽，调制跟踪环能跟踪输入调

40、角信号的频率只要环路有适当带宽，调制跟踪环能跟踪输入调角信号的频率只要环路有适当带宽，调制跟踪环能跟踪输入调角信号的频率只要环路有适当带宽，调制跟踪环能跟踪输入调角信号的频率与相位变化。与相位变化。与相位变化。与相位变化。2001年9月-12月24通信电路原理-无九（4）低门限特性：）低门限特性：门限取决于环路信噪比，一般环路的带宽总比环路输入端门限取决于环路信噪比，一般环路的带宽总比环路输入端的前置通频带窄得多，因而具有较高的环路信噪比，可取的前置通频带窄得多，因而具有较高的环路信噪比，可取得低门限性能。它用作调频解调时，与一般限幅鉴频器相得低门限性能。它用作调频解调时，与一般限幅鉴频器相比

41、门限可改善比门限可改善35dB。n主要应用：主要应用：窄带跟踪接收；锁相鉴频；载波恢复；频率合窄带跟踪接收；锁相鉴频；载波恢复；频率合 成成 等。等。（3 3）、理想的频率控制特性）、理想的频率控制特性）、理想的频率控制特性）、理想的频率控制特性PLLPLL是一个相差控制系统，当环路处于锁定状态时，是一个相差控制系统，当环路处于锁定状态时，是一个相差控制系统，当环路处于锁定状态时，是一个相差控制系统，当环路处于锁定状态时，环路输出只有稳态相差而无剩余频差存在，即能实现环路输出只有稳态相差而无剩余频差存在，即能实现环路输出只有稳态相差而无剩余频差存在，即能实现环路输出只有稳态相差而无剩余频差存在

42、，即能实现理想的频率控制，而自动频率控制（理想的频率控制，而自动频率控制（理想的频率控制，而自动频率控制（理想的频率控制，而自动频率控制（AFCAFC）系统总）系统总）系统总）系统总是有剩余频差的。是有剩余频差的。是有剩余频差的。是有剩余频差的。（5 5）易于集成：体积小型、使用方便。）易于集成：体积小型、使用方便。）易于集成：体积小型、使用方便。）易于集成：体积小型、使用方便。2001年9月-12月25通信电路原理-无九1、空间技术应用窄带跟踪滤波器（锁相接收机）、空间技术应用窄带跟踪滤波器（锁相接收机）（1）空间信号的基本特性）空间信号的基本特性 卫星或其它宇宙飞行器向地面发回的卫星或其它

43、宇宙飞行器向地面发回的信号通常都很微弱信号通常都很微弱。频率漂移严重频率漂移严重（因存在多普勒效应与振荡器中心频率不稳）。因存在多普勒效应与振荡器中心频率不稳）。例如：频率为例如：频率为100MHZ，多普勒频移为多普勒频移为 3KHZ。信标信号本身频带宽度较窄信标信号本身频带宽度较窄。约为。约为6HZ左右。左右。若使用普通接收机，带宽至少若使用普通接收机，带宽至少6KHZ左右。接收机带宽比信号左右。接收机带宽比信号带宽大带宽大1000倍，接收的噪声大倍，接收的噪声大1000倍，在接收机解调器前的信倍，在接收机解调器前的信噪比噪比1030dB。信号被噪声淹没。信号被噪声淹没。锁相接收机的中频频率

44、可以跟踪接收信号频率的漂移，而且锁相接收机的中频频率可以跟踪接收信号频率的漂移，而且带宽又很窄，故又称为带宽又很窄，故又称为“窄带跟踪滤波器窄带跟踪滤波器”。比普通接收机信。比普通接收机信噪比提高噪比提高3040dB。测速与测距是确定飞行器运行轨道的两种重要技术手段测速与测距是确定飞行器运行轨道的两种重要技术手段，测速定轨测速定轨就是接收信标信号。就是接收信标信号。2001年9月-12月26通信电路原理-无九窄带跟踪滤波器窄带跟踪滤波器-锁相接收机（锁相接收机（续续续续1 1）（2）方框原理图）方框原理图PDLFVCO中放中放混频混频倍频倍频 本地标准中频参考信号本地标准中频参考信号 ，是高度

45、稳定的。，是高度稳定的。载频漂移的输入信号在环路锁定时，混频器输出中频信号载频漂移的输入信号在环路锁定时，混频器输出中频信号的频率与本地中频参考信号的频率相等，即能准确落在中频的频率与本地中频参考信号的频率相等，即能准确落在中频频带中央频带中央。中频滤波器可用窄的带通滤波器，解调不失真。中频滤波器可用窄的带通滤波器，解调不失真。有漂移，有漂移，跟踪跟踪 的漂移。的漂移。PLL电路设计为窄带（几电路设计为窄带（几100HZ）2001年9月-12月27通信电路原理-无九窄带跟踪滤波器（窄带跟踪滤波器（续续续续2 2）（3）跟踪滤波器的频率特性）跟踪滤波器的频率特性跟踪范围l l跟踪滤波器带宽为环路

46、跟踪滤波器带宽为环路跟踪滤波器带宽为环路跟踪滤波器带宽为环路3dB3dB带宽的两倍。跟踪范围为同步带宽的两倍。跟踪范围为同步带宽的两倍。跟踪范围为同步带宽的两倍。跟踪范围为同步带的两倍。带的两倍。带的两倍。带的两倍。2001年9月-12月28通信电路原理-无九2、用作相干解调器中的载波恢复电路、用作相干解调器中的载波恢复电路-平方环平方环 对于抑制载波调幅信号和数字相位键控信号，相干解调是对于抑制载波调幅信号和数字相位键控信号，相干解调是最佳解调方式。最佳解调方式。实现相干解调，需要一个与输入信号频率相等和有很小相差实现相干解调，需要一个与输入信号频率相等和有很小相差的本地参考载波。的本地参考

47、载波。如果输入信号内含有载波频率分量，则可用一个带宽很窄的如果输入信号内含有载波频率分量，则可用一个带宽很窄的滤波器将其提取出来。滤波器将其提取出来。PLL的带宽可以做得很窄，而且能够的带宽可以做得很窄，而且能够跟踪载波频率的变化，所以用它来提取载波特别合适。跟踪载波频率的变化，所以用它来提取载波特别合适。对于移相键控对于移相键控(PSK)信号，由于其频谱中不包含有载频及其倍信号，由于其频谱中不包含有载频及其倍频成分，故不能直接用载波跟踪环提取载波，必须选用非线性频成分，故不能直接用载波跟踪环提取载波，必须选用非线性变换（利用平方律器件的平方作用），将变换（利用平方律器件的平方作用），将PSK

48、信号中的载波信信号中的载波信息变换成载波分量；再用息变换成载波分量；再用PLL提取出来作相于解调载波使用。提取出来作相于解调载波使用。2001年9月-12月29通信电路原理-无九用作相干解调器中的载波恢复电路用作相干解调器中的载波恢复电路-平方环（平方环（续续续续）利用平方律器件的平方作用，将无载频分量的输入信号变换利用平方律器件的平方作用，将无载频分量的输入信号变换为有载频倍频分量的信号输出，用载波跟踪环提取出为有载频倍频分量的信号输出，用载波跟踪环提取出2倍频分倍频分量，再经分频可获得相干载波。然后进行相干解调。量，再经分频可获得相干载波。然后进行相干解调。PDLFVCO带通带通带通带通低

49、通低通平方平方解调输出解调输出抑制载波调幅波的解调框图抑制载波调幅波的解调框图抑制载波调幅波的解调框图抑制载波调幅波的解调框图2001年9月-12月30通信电路原理-无九3、锁相鉴频、锁相鉴频-调制跟踪环调制跟踪环（1）方框原理图）方框原理图鉴相器鉴相器（PD）环路滤波器环路滤波器（LF）压控振荡器压控振荡器(VCO)解调信号的输出解调信号的输出 环路对于输入相位的变化相当于一低通滤波器环路对于输入相位的变化相当于一低通滤波器。若输入信号为调频信号，中心角频率为若输入信号为调频信号，中心角频率为 ，相位变化部分，相位变化部分为为 。当环路已锁定于。当环路已锁定于 ，并且假定对输入相位，并且假定

50、对输入相位 ，环路的传输特性近似为环路的传输特性近似为1，则有，则有 ，即压控振荡器，即压控振荡器的相位变化部分与输入信号相同。的相位变化部分与输入信号相同。产生产生 的变化所需的控制电压的变化所需的控制电压 与调制信号成正比。与调制信号成正比。返回返回2001年9月-12月31通信电路原理-无九锁相鉴频锁相鉴频-调制跟踪环（调制跟踪环（续续续续1 1）（2）求解调信号的输出）求解调信号的输出设：设：锁定时：锁定时：有：有：上图上图2001年9月-12月32通信电路原理-无九锁相鉴频锁相鉴频-调制跟踪环（调制跟踪环（续续续续2 2）（3）NE565鉴频实验电路鉴频实验电路PDVCO2AMPVC