《反馈控制电路》PPT课件.ppt

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1、链接文稿主目录第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路 7.1 自动增益控制电路自动增益控制电路 7.2 自动频率控制电路自动频率控制电路 7.3 锁相环路（锁相环路（PLL）7.4 频率合成器频率合成器 本章小结本章小结链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路 根据需要控制的参量不同，反馈控制电路有：根据需要控制的参量不同，反馈控制电路有：自动增益控制电路自动增益控制电路 自动频率控制电路自动频率控制电路 自动相位控制电路自动相位控制电路 简称简称APC，用于锁定相位，故又称锁相，用于锁定相位，故又称锁相环路，简称环路，简称PLL。简称简称AFC，用于维持工作频率稳定。，用

2、于维持工作频率稳定。又称自动电平控制电路，简称又称自动电平控制电路，简称AGC，用，用于控制输出信号大小。于控制输出信号大小。引言引言链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路7.1 自动增益控制电路自动增益控制电路主要要求：主要要求：了解自动增益控制电路的组成、工作原理和应用。了解自动增益控制电路的组成、工作原理和应用。了解常用增益控制电路。了解常用增益控制电路。链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路7.1.1 自动增益控制电路的作用自动增益控制电路的作用作用：通过闭合环路的反馈控制作用，可使输入信号作用：通过闭合环路的反馈控制作用，可使输入信号ui 幅度

3、增幅度增大或减小时，输出信号幅度保持恒定或仅在很小的范围内变化大或减小时，输出信号幅度保持恒定或仅在很小的范围内变化一、一、AGC的组成、工作原理与作用的组成、工作原理与作用链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路具有简单具有简单AGC 的调幅接收机框图的调幅接收机框图 可控增益放大器可控增益放大器反馈控制器反馈控制器 LPF简单简单AGC 缺点：缺点：只要有输入信号，只要有输入信号，AGC 就起控制作用，对接收弱信号不利。就起控制作用，对接收弱信号不利。二、二、AGC的应用的应用是高性能接收机的重要辅助电路是高性能接收机的重要辅助电路链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控

4、制电路反馈控制电路具有延迟式具有延迟式AGC 的调幅接收机框图的调幅接收机框图当当AGC检波器输检波器输入信号幅度小于入信号幅度小于UR时，时，AGC检波检波器不工作，器不工作，AGC 电压为零，电压为零，AGC不起控制作用。不起控制作用。当当AGC检波器输入检波器输入信号幅度大于信号幅度大于UR时，时，AGC 电路才起控电路才起控制作用。制作用。链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路7.1.2 增益控制电路增益控制电路1.控制晶体管发射极电流实现增益控制控制晶体管发射极电流实现增益控制AGC 放大电路放大电路Au gmgm IE/UT当信号电压当信号电压,使使 -UC，则

5、则IE,gm,Au 通常将控制电压通常将控制电压加至基极或发射极加至基极或发射极链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路2.差分放大器增益控制电路差分放大器增益控制电路通过改变对管的通过改变对管的电流分配比、负电流分配比、负反馈深度、恒流反馈深度、恒流源电流源电流等来实现等来实现对增益的控制。对增益的控制。ic1=ic2+ic3Ui一定时，则一定时，则 ic1 一定。一定。若若Uc，则，则 ic2 ic3输出电压输出电压，Au。利用利用Uc控制控制ic2 和和 ic3的分配比来实现增益控制的分配比来实现增益控制链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路7.2

6、自动频率控制电路自动频率控制电路主要要求：主要要求：了解自动频率控制电路的组成、工作原理和应用。了解自动频率控制电路的组成、工作原理和应用。链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路7.2.1 工作原理工作原理当当 fr=fo时，时，uD(t)=0，fo不变不变当当 fr fo时时，uD(t)正比于正比于（fo fr)，得，得uc c(t t)控制控制 fo o向向 fr r 接近接近有剩余频差是有剩余频差是AFC 的缺点。的缺点。鉴频特性和压控振荡器压控特性的灵敏度越大，则鉴频特性和压控振荡器压控特性的灵敏度越大，则 f 越小。越小。经若干调节周期，环路最后锁定在经若干调节周

7、期，环路最后锁定在 fo=fr+f 这个这个 f 称为剩余频率误差，简称剩余频差。称为剩余频率误差，简称剩余频差。链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路7.2.2 应用举例应用举例广泛用作接收机和发射机中的广泛用作接收机和发射机中的自动频率微调电路自动频率微调电路比之普通调幅接收机多了比之普通调幅接收机多了限幅鉴频器、低通滤波和放大电路限幅鉴频器、低通滤波和放大电路等，并将本机振荡器改为等，并将本机振荡器改为VCO。AFC 保证了混频器输出频率接近保证了混频器输出频率接近fI，从而提高接收机灵敏度，从而提高接收机灵敏度和选择性。和选择性。具有具有AFC 的调幅接收机框图的调

8、幅接收机框图链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路具有具有AFC 的调频发射机框图的调频发射机框图鉴频器的中心频率调整在（鉴频器的中心频率调整在（fr fc）上。当）上。当调频振荡器的中调频振荡器的中心频率发生漂移时，混频器输出的频差也跟随变化，使鉴频心频率发生漂移时，混频器输出的频差也跟随变化，使鉴频器输出电压发生变化，经窄带器输出电压发生变化，经窄带LPF 滤除调制频率分量后，将滤除调制频率分量后，将反映调频波中心频率漂移的缓变电压，加至调频振荡器上，反映调频波中心频率漂移的缓变电压，加至调频振荡器上，调节其振荡频率使其中心频率漂移减小。调节其振荡频率使其中心频率漂移减

9、小。由于由于fr 稳定度很高，稳定度很高，因此可提高中心频率稳定度。因此可提高中心频率稳定度。链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路7.3 锁相环路（锁相环路（PLL）主要要求：主要要求：掌握掌握PLLPLL的作用、基本组成和工作原理的作用、基本组成和工作原理了解了解PLLPLL的数学模型的数学模型了解了解PLLPLL的捕捉与跟踪的捕捉与跟踪了解集成了解集成PLLPLL及其应用及其应用链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路7.3.1 锁相环路基本原理锁相环路基本原理鉴相器（鉴相器（PD）：用以比较用以比较ui、uo相位，相位，输出反映相位误差输出反映相位

10、误差 的的电压电压uD(t)。环路滤波器（环路滤波器（LF）：用以滤除误差信号中的高频分量和噪用以滤除误差信号中的高频分量和噪声，提高系统稳定性。声，提高系统稳定性。压控振荡器（压控振荡器（VCO）：在在uC(t)控制下输出相应频率控制下输出相应频率 fo o。链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路两个正弦信号的频率和相位之间的关系两个正弦信号的频率和相位之间的关系若能保证两个信号之间的相位差恒定，则若能保证两个信号之间的相位差恒定，则这两个信号的频率必相等。这两个信号的频率必相等。链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路若若w wi w wo，则则ui(

11、t)和和uo(t)之间产生相位变化之间产生相位变化，鉴相器输出，鉴相器输出误差电压误差电压uD(t)，它与瞬时误差相位成正比，它与瞬时误差相位成正比，经过环路滤波，经过环路滤波，滤除了高频分量和噪声而取出缓慢变化的电压滤除了高频分量和噪声而取出缓慢变化的电压uc(t)，控制，控制VCO 的角频率的角频率 w wo，去接近，去接近w wi。最终使最终使 w wi=w wo，相位误差为常数，环路锁定，这时的相位误，相位误差为常数，环路锁定，这时的相位误差称为剩余相位误差或稳态相位误差。差称为剩余相位误差或稳态相位误差。链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路7.3.2 锁相环路的

12、数学模型锁相环路的数学模型一、鉴相器一、鉴相器(PD)设压控振荡器的输出电压为设压控振荡器的输出电压为o0 是压控振荡器未加控制电压时固有振荡角频率；是压控振荡器未加控制电压时固有振荡角频率；o(t)是以是以o0为参考的瞬时相位。为参考的瞬时相位。环路输入电压环路输入电压ui(t)为为其相位可改写为其相位可改写为则则ui(t)与与uo(t)之间的瞬时相位差之间的瞬时相位差为为以以o0为参考的输入为参考的输入信号瞬时相位。信号瞬时相位。设鉴相器具有正弦鉴相特性，则设鉴相器具有正弦鉴相特性，则链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路二、压控振荡器二、压控振荡器(VCO)在在uc=

13、0 附近，附近，控制特性近似线性：控制特性近似线性：以以o0为参考的瞬时相位为参考的瞬时相位 o(t)为为可见可见压控振荡器是一个理想的积分器压控振荡器是一个理想的积分器将积分符号用将积分符号用微分算子微分算子p=d/dt 的的 倒数表示，则得倒数表示，则得VCO的控制特性的控制特性VCO的相位模型的相位模型链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路环路滤波器的电路模型环路滤波器的电路模型三、环路滤波器三、环路滤波器(LF)RC 积分滤波器积分滤波器RC 比例积分滤波器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图（图（b）电路的传递函数为）电路的传递函数为将将AF(s)

14、中的复频率中的复频率s 用微分算子用微分算子p 替换，可替换，可得得链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路四、四、PLL的相位模型和基本方程的相位模型和基本方程环路的基本方程式为环路的基本方程式为两边对两边对t 求导数并移项，得求导数并移项，得锁相环路相位模型锁相环路相位模型链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路称瞬时角频差，表示称瞬时角频差，表示VCO 角频率角频率o 偏离输入角频率偏离输入角频率i 的数值的数值称控制角频差，表示压控振荡器在称控制角频差，表示压控振荡器在 uc(t)=AdAF(p)sin e(t)的作用下，产生振荡角频率的作用下，产生

15、振荡角频率o 偏离偏离o0的数值。的数值。称输入固有角频差，表示输入信号角频率称输入固有角频差，表示输入信号角频率i 偏离偏离o0的数值。的数值。链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路可见：可见：锁相环路闭合后的任何时刻，瞬时角频差锁相环路闭合后的任何时刻，瞬时角频差e(t)与控制与控制 角频差角频差o(t)之和恒等于输入固有角频差之和恒等于输入固有角频差i(t)若输入固有角频差若输入固有角频差i(t)=i为常数，即为常数，即ui(t)为恒定频率的为恒定频率的输入信号，则在环路进入锁定过程中，输入信号，则在环路进入锁定过程中，瞬时角频差瞬时角频差e(t)不断不断减小，而减小

16、，而控制角频差控制角频差o(t)不断增大，两者之和恒等于不断增大，两者之和恒等于i，直，直到瞬时角频差减小到零，控制角频差增大到到瞬时角频差减小到零，控制角频差增大到i，压控振荡器的，压控振荡器的振荡角频率振荡角频率o等于输入信号角频率等于输入信号角频率i 时，环路进入锁定。时，环路进入锁定。环路锁定时的相位误差环路锁定时的相位误差 e(t)是一个固定值，用是一个固定值，用 e 表示，称为表示，称为剩余相位误差或稳态相位误差。正是这个稳态相位误差，才使剩余相位误差或稳态相位误差。正是这个稳态相位误差，才使鉴相器输出一个直流电压，控制压控振荡器的振荡角频率，使鉴相器输出一个直流电压，控制压控振荡

17、器的振荡角频率，使之等于输入信号角频率。之等于输入信号角频率。环路锁定时，环路锁定时，i 增大，增大，e 也相应增大。说明也相应增大。说明i 越大，将越大，将VCO 振荡角频率调整到等于输入信号角频率所需的控制电压越振荡角频率调整到等于输入信号角频率所需的控制电压越大，因而产生这个控制电压的大，因而产生这个控制电压的 e 也就越大。但也就越大。但i 过大，环路过大，环路将无法锁定，此时环路将不存在使它锁定的将无法锁定，此时环路将不存在使它锁定的 e。链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路7.3.3 锁相环路捕捉与跟踪锁相环路捕捉与跟踪由失锁进入锁定的过程称为由失锁进入锁定的

18、过程称为捕捉捕捉过程。能够由失锁进入锁定过程。能够由失锁进入锁定的最大输入固有频差称为环路捕捉带，用的最大输入固有频差称为环路捕捉带，用p表示表示。若环路初始状态是锁定的，因某种原因使频率发生变化，环若环路初始状态是锁定的，因某种原因使频率发生变化，环路通过自身的调节来维持锁定的过程称为路通过自身的调节来维持锁定的过程称为跟踪跟踪过程。能够保过程。能够保持跟踪的输入信号频率与压控振荡器频率最大频差范围称为持跟踪的输入信号频率与压控振荡器频率最大频差范围称为同步带（又称跟踪带），用同步带（又称跟踪带），用H表示。表示。捕捉过程：捕捉过程：失锁失锁 锁定锁定 跟踪过程：跟踪过程：锁定锁定 维持锁定

19、维持锁定链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路当当 w wi 从低频至从低频至高频缓慢变化时高频缓慢变化时未加控制电压未加控制电压(即即uD(t)=0)时的时的VCO振荡频率振荡频率uD(t)Ow wo0o0w waw wi失锁失锁锁锁定定w wb失锁失锁当当 w wi 从高频至从高频至低频缓慢变化时低频缓慢变化时w wc锁锁定定w wd捕捉带捕捉带同步带同步带 w wP w wH通常捕捉带小于通常捕捉带小于同步带同步带链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路7.3.4 集成锁相环路集成锁相环路模拟模拟PLL：模拟：模拟PD LF VCO数字数字PLL：全

20、数字：数字：全数字：数字PD 数字数字LF 数字数字VCO模拟模拟+数字：数字数字：数字PD 模拟模拟 LF 模拟模拟VCO按电路构成分类按电路构成分类通用通用 PLL专用专用 PLL按用途分类按用途分类链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路一、通用型单片集成锁相环路一、通用型单片集成锁相环路L562内部结构内部结构引脚引脚工作频率达工作频率达30MHz链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路L562内部内部VCO 采用射极耦合多谐振荡器电路采用射极耦合多谐振荡器电路振荡频率为振荡频率为设起始时设起始时V1导通、导通、V2截止，则截止，则VCC通通过过V3

21、、V1向向C充电，充电电流为充电，充电电流为I02。由于由于V1导通时导通时UE1 VCC UBE(on)，故，故C充电使充电使UE2下降，当其下降到（下降，当其下降到（VCC UDUBE(on)）时，）时，V2导通导通,使使UC2由由VCC下降为下降为（VCC UD），致使），致使V1截截止，止，VCC通过通过V4、V2向向C反向充电，反向充电，充电电流为充电电流为I01，使，使UE1下降，直到引下降，直到引起起V1重新导通、重新导通、V2又截止。如此循环又截止。如此循环链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路二、二、CMOS锁相环路锁相环路CD4046为数字为数字PLL。

22、内有两个。内有两个PD、VCO、缓冲、缓冲放大器、输入信号放大与整形电路、内放大器、输入信号放大与整形电路、内部稳压器等。部稳压器等。具有电源电压范围宽、功耗低、输入阻抗具有电源电压范围宽、功耗低、输入阻抗高等优点。工作频率达高等优点。工作频率达1MHz内部内部VCO 产生产生50%占空比的方波。输出电占空比的方波。输出电平可与平可与TTL电平或电平或CMOS 电平兼容。电平兼容。具有相位锁定状态指示具有相位锁定状态指示链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路PD由异或门构成，由异或门构成，具有三角形鉴相特性。具有三角

23、形鉴相特性。它要求两个输入信号它要求两个输入信号均为均为50%占空比占空比的方的方波。当无输入信号时，波。当无输入信号时，其输出电压为其输出电压为VDD/2，用以确定用以确定VCO的自由的自由振荡频率振荡频率。信号输入端：允许输信号输入端：允许输入左右的小信号或方入左右的小信号或方波，经波，经A1放大和整形，放大和整形，提供满足提供满足PD要求的方要求的方波。波。PD采用数字式鉴频鉴相器，输入信号只在上。升沿起作用，采用数字式鉴频鉴相器，输入信号只在上。升沿起作用，故该故该PD能处理非常窄的脉冲。能处理非常窄的脉冲。便于快速锁定。便于快速锁定。通常输入信噪比以及固有频差较小时采用通常输入信噪比

24、以及固有频差较小时采用PD，输入信噪比较高或固有频差较大时，采用输入信噪比较高或固有频差较大时，采用PD。链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路R1、R2、C 确定确定VCO 频率范围。频率范围。R1 控制最高频率，控制最高频率，R2 控制控制最低频率。最低频率。R2=时，最低频率为零。无输入信号时，时，最低频率为零。无输入信号时，PD 将将VCO 调整到最低频率调整到最低频率接低电平时才接低电平时才允许允许VCO工作工作链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路7.3.5 锁相环路的应用锁相环路的应用一、锁相环路的基本特性一、锁相环路的基本特性（1）环路锁

25、定时，鉴相器的两个输入信号频率相等，环路锁定时，鉴相器的两个输入信号频率相等，没有频率误差没有频率误差。（2）频率跟踪特性频率跟踪特性：环路锁定时，环路锁定时，VCO 输出频率能输出频率能 在一定范围内跟踪输入信号频率的变化。在一定范围内跟踪输入信号频率的变化。（3）窄带滤波特性窄带滤波特性：可以实现高频窄带带通滤波。可以实现高频窄带带通滤波。链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路二、锁相鉴频电路二、锁相鉴频电路工作原理工作原理：输入为调频信号，当环路锁定后，压控振荡器的振输入为调频信号，当环路锁定后，压控振荡器的振荡频率就精确地跟踪输入调频信号的瞬时频率而变化，产生具荡频

26、率就精确地跟踪输入调频信号的瞬时频率而变化，产生具有相同调制规律的调频信号。只要压控振荡器的频率控制特性有相同调制规律的调频信号。只要压控振荡器的频率控制特性是线性的，压控振荡器的控制电压是线性的，压控振荡器的控制电压uc(t)就是输入调频信号的原就是输入调频信号的原调制信号。调制信号。环路带宽大于输入调频信号中调制信号的频谱宽度。环路带宽大于输入调频信号中调制信号的频谱宽度。要求要求：捕捉带捕捉带 输入调频信号的最大频偏输入调频信号的最大频偏链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路三、调幅波的同步检波三、调幅波的同步检波有有/2固定相移固定相移工作原理工作原理：输入为调幅信

27、号或带有导频的单边带信号，输入为调幅信号或带有导频的单边带信号，LF的的通频带很窄，使锁相环路锁定在调幅信号的载频上，这样压控通频带很窄，使锁相环路锁定在调幅信号的载频上，这样压控振荡器就可以提供能跟踪调幅信号载波频率变化的同步信号。振荡器就可以提供能跟踪调幅信号载波频率变化的同步信号。再利用同步检波器可以得到解调电压输出。再利用同步检波器可以得到解调电压输出。注意注意：压控振荡器输出电压与输入已调信号的载波电压间有压控振荡器输出电压与输入已调信号的载波电压间有/2的固定相移，因此须经过的固定相移，因此须经过/2的移相器加到同步检波器上，的移相器加到同步检波器上，这样才能使这样才能使VCO输出

28、电压与已调信号的载波电压同相。输出电压与已调信号的载波电压同相。链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路四、锁相接收机（利用窄带跟踪特性）四、锁相接收机（利用窄带跟踪特性）信号频率漂移较严重时，若采用普通接收机，就要求带宽较宽，信号频率漂移较严重时，若采用普通接收机，就要求带宽较宽，这可能导致接收机输出信噪比严重下降而无法检出有用信号。这可能导致接收机输出信噪比严重下降而无法检出有用信号。采用锁相接收机，利用采用锁相接收机，利用PLL 的窄带跟踪特性，就可自动跟踪信的窄带跟踪特性，就可自动跟踪信号频率进行接收，有效提高输出信噪比。号频率进行接收，有效提高输出信噪比。链接本章文

29、稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路7.4 频率合成器频率合成器为实现高质量的无线通信，抗干扰，近代通信系统往往要求为实现高质量的无线通信，抗干扰，近代通信系统往往要求通信机具有大量的、可供用户选择的、能迅速更换的频率稳通信机具有大量的、可供用户选择的、能迅速更换的频率稳定度和精度很高的载波信号频率。定度和精度很高的载波信号频率。晶体振荡器虽然频率稳定度和精度很高，但其频率值只能在晶体振荡器虽然频率稳定度和精度很高，但其频率值只能在很小范围内微调。很小范围内微调。频率合成器作用频率合成器作用：利用一个或多个基准频率，产生一系列等利用一个或多个基准频率，产生一系列等间隔的离散频率。这

30、些频率的频率稳定度和精度均和基准频间隔的离散频率。这些频率的频率稳定度和精度均和基准频率的相同，且频率转换的时间很短。率的相同，且频率转换的时间很短。链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路主要要求：主要要求：掌握频率合成器的作用。掌握频率合成器的作用。了解频率合成器的种类与主要性能指标。了解频率合成器的种类与主要性能指标。掌握简单锁相频率合成器的组成与工作原理。掌握简单锁相频率合成器的组成与工作原理。了解提高锁相频率合成器输出频率的方法。了解提高锁相频率合成器输出频率的方法。7.4 频率合成器频率合成器链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路7.4.1 频

31、率合成器的主要技术指标频率合成器的主要技术指标1.频率范围频率范围2.频率间隔（又称分辨率）频率间隔（又称分辨率）频率稳定度指：频率稳定度指：在规定的观测时间内，输出频率偏离标称值在规定的观测时间内，输出频率偏离标称值的程度。一般用偏离值与输出频率的相对值来表示。的程度。一般用偏离值与输出频率的相对值来表示。频率准频率准确度指：确度指：实际工作频率与标称频率值之差，又称频率误差。实际工作频率与标称频率值之差，又称频率误差。3.频率转换时间频率转换时间4.频率稳定度和准确度频率稳定度和准确度相邻频率之间的最小间隔。相邻频率之间的最小间隔。从一个工作频率转换到另一个工作频率，并达到稳定工作所从一个

32、工作频率转换到另一个工作频率，并达到稳定工作所需要的时间。它包含电路延迟时间和需要的时间。它包含电路延迟时间和PLL的捕捉时间。的捕捉时间。频率合成器的工作频率范围。频率合成器的工作频率范围。5.频谱纯度频谱纯度链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路5.频谱纯度频谱纯度指输出信号接近正弦波的程度。用有用信号电平与各寄生频指输出信号接近正弦波的程度。用有用信号电平与各寄生频率分量总电平之比的分贝值表示。率分量总电平之比的分贝值表示。多数来自混频器，多数来自混频器，对称分布于有用对称分布于有用信号两侧。信号两侧。链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路7.4.

33、2 锁相频率合成器锁相频率合成器一、简单锁相频率合成器一、简单锁相频率合成器环路锁定时环路锁定时fr=fs/R=fo/N故得故得 fo=N fs/R=N fr改变改变N可得不同输出频率。可得不同输出频率。频率分辨率为频率分辨率为fr。链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路参考分频器由参考分频器由12级二进制计数器构成。取分频比级二进制计数器构成。取分频比 R=28=256，则得，则得频率间隔为：频率间隔为：fr=1024kHz/256=4kHz。CD4046组成的频率合成器实例组成的频率合成器实例N分频器采用可编程分频器分频器采用可编程分频器CC40103构成。图中构成。图

34、中N=29。改变改变N 可获得可获得不同频率的信不同频率的信号输出。号输出。作业：作业：链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路二、简单频率合成器存在的问题二、简单频率合成器存在的问题1.频率间隔不能很小频率间隔不能很小2.锁相环路内接入分频器后，环路增益下降为原来锁相环路内接入分频器后，环路增益下降为原来1/N。对于输。对于输出频率高、频率覆盖范围宽的合成器，当要求频率间隔很小时，出频率高、频率覆盖范围宽的合成器，当要求频率间隔很小时，N 的变化范围将很大，这将使环路增益也大幅度变化，从而影的变化范围将很大，这将使环路增益也大幅度变化，从而影响环路的动态性能。响环路的动态性

35、能。3.输出频率受到可编程分频器的限制，可编程分频器的工作频输出频率受到可编程分频器的限制，可编程分频器的工作频率比较低，无法满足大多数通信系统中工作频率高的要求。率比较低，无法满足大多数通信系统中工作频率高的要求。fr 小时，环路滤波器的带宽也要小（带宽需小于小时，环路滤波器的带宽也要小（带宽需小于fr，以滤除，以滤除PD 输出信号中的参考频率及其谐波分量），这使频率转换时输出信号中的参考频率及其谐波分量），这使频率转换时的环路捕捉时间或跟踪时间加长，即减小频率间隔与减小频率的环路捕捉时间或跟踪时间加长，即减小频率间隔与减小频率转换时间是矛盾的。转换时间是矛盾的。另外，另外，fr 小不利于降

36、低小不利于降低VCO 引入的噪声。引入的噪声。链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路减小频率间隔而不降低参考频率减小频率间隔而不降低参考频率 fr。采用多环式锁相频率合成器。采用多环式锁相频率合成器。解决问题的方法如下：解决问题的方法如下：由于固定分频器速度远比程序分频器由于固定分频器速度远比程序分频器的高，故采用由固定分频器与程序分的高，故采用由固定分频器与程序分频器组成的吞脉冲可变分频器，可既频器组成的吞脉冲可变分频器，可既获得小的频获得小的频 率间隔，又显著提高输出率间隔，又显著提高输出频率。频率。构成吞脉冲锁相频率合成器。构成吞脉冲锁相频率合成器。链接本章文稿主页面

37、第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路三、多环式锁相频率合成器三、多环式锁相频率合成器fA=(NA/100)frfB=NB frfo=fA+fBfA=fofB=(NA/100 NB)fr单环单环单环单环混频环混频环频率间隔为频率间隔为1kHz 链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路四、吞脉冲锁相频率合成器四、吞脉冲锁相频率合成器两种计数模式的固两种计数模式的固定分频器：控制电定分频器：控制电平为高电平时，分平为高电平时，分频比为（频比为（P+1）；）；控制电平为低电平控制电平为低电平时，分频比为时，分频比为P。主计数器的模主计数器的模N必必须须大于辅助计数器大于辅助计数器

38、的模的模A。吞脉冲程序分频器的工作过程：吞脉冲程序分频器的工作过程：计数开始时，设模式控制电路输出为高电计数开始时，设模式控制电路输出为高电平平1，则双模分频器和主、辅计数器在输入脉冲作用下同时计数，当辅助，则双模分频器和主、辅计数器在输入脉冲作用下同时计数，当辅助计数器计满计数器计满A个脉冲时，使模式控制电路输出低电平个脉冲时，使模式控制电路输出低电平0，使辅助计数器停止，使辅助计数器停止计数，同时使双模分频器分频比变为计数，同时使双模分频器分频比变为P，继续工作，主计数器也继续计数，继续工作，主计数器也继续计数，直至计满直至计满N个脉冲后，使模式控制电路输出恢复为高电平、双模分频器分个脉冲

39、后，使模式控制电路输出恢复为高电平、双模分频器分频比恢复为（频比恢复为（P1），电路进入下一个计数周期。），电路进入下一个计数周期。1.吞脉冲程序分频器吞脉冲程序分频器链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路在一个计数周期内，总计脉冲数量为在一个计数周期内，总计脉冲数量为n=(P+1)A+P(N-A)=PN+A吞脉冲可变分频器的分频比为吞脉冲可变分频器的分频比为 f0/f0=1/(PN+A)N、A 均为整数均为整数0、1、2链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路2.吞脉冲集成锁相频率合成器吞脉冲集成锁相频率合成器吞脉冲程序分频器吞脉冲程序分频器吞脉冲程序分

40、频器的分频比是吞脉冲程序分频器的分频比是PN+A，锁相环路锁定时，锁相环路锁定时可得可得f0=(PN+A)fr链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路12位可编程位可编程二进制计数二进制计数器。器。R:34095（即（即212-1）。）。锁定时输出锁定时输出一脉宽极窄一脉宽极窄的脉冲；失的脉冲；失锁时，输出锁时，输出脉宽较宽且脉宽较宽且不时变化的不时变化的矩形脉冲。矩形脉冲。f0=(PN+A)frN:31027 （即（即210-1）A:3127 （即（即27-1）3.MC145146吞脉冲集成锁相频率合成器吞脉冲集成锁相频率合成器MC145 系列集成频率合成器件，采用系列集成

41、频率合成器件，采用CMOS 工艺。其中工艺。其中MC145200、MC145201工作频率可达工作频率可达2GHz。链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路本章小结本章小结通信与电子设备中广泛采用的反馈控制电路有自动增益控通信与电子设备中广泛采用的反馈控制电路有自动增益控制电路（制电路（AGC）、自动频率控制电路（）、自动频率控制电路（AFC）和自动相位）和自动相位控制电路（控制电路（APC），它们用来改善和提高整机的性能。），它们用来改善和提高整机的性能。AGC用来稳定输出电压或电流的幅度；用来稳定输出电压或电流的幅度；AFC 用于维持工作用于维持工作频率的稳定；频率的稳定

42、；APC又称锁相环路（又称锁相环路（PLL），用于实现两个），用于实现两个电信号的相位同步。电信号的相位同步。锁相环路是利用相位的调节以消除频率误差的自动控制系统，锁相环路是利用相位的调节以消除频率误差的自动控制系统，由鉴相器、环路滤波器、压控振荡器等组成。当环路锁定时，由鉴相器、环路滤波器、压控振荡器等组成。当环路锁定时，环路输出信号频率与输入信号（参考信号）频率相等，但两环路输出信号频率与输入信号（参考信号）频率相等，但两信号之间保持一恒定的剩余相位误差。信号之间保持一恒定的剩余相位误差。锁相环路广泛应用于滤波、频率合成、调制与解调等方面。锁相环路广泛应用于滤波、频率合成、调制与解调等方面

43、。链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路在锁相环路中应搞清楚两种自动调节过程，若锁相环路的初在锁相环路中应搞清楚两种自动调节过程，若锁相环路的初始状态是失锁的，通过自身的调节，始状态是失锁的，通过自身的调节，由失锁进入锁定的过程由失锁进入锁定的过程称为捕捉过程；若环路初始状态是锁定的，因某种原因使频称为捕捉过程；若环路初始状态是锁定的，因某种原因使频率发生变化，环路通过自身的调节来维持锁定的过程，称为率发生变化，环路通过自身的调节来维持锁定的过程，称为跟踪过程。跟踪过程。捕捉特性用捕捉带表示，跟踪特性用同步带表示。捕捉特性用捕捉带表示，跟踪特性用同步带表示。锁相频率合成器由

44、基准频率产生器和锁相环路构成，锁相频率合成器由基准频率产生器和锁相环路构成，基准频基准频率产生器为合成器提供高稳定的参考频率，锁相环路则利用率产生器为合成器提供高稳定的参考频率，锁相环路则利用其良好的窄带跟踪特性，使输出频率保持在参考频率的稳定其良好的窄带跟踪特性，使输出频率保持在参考频率的稳定度上。度上。采用多环锁相或吞脉冲可变分频器，可使锁相频率合成器的采用多环锁相或吞脉冲可变分频器，可使锁相频率合成器的工作频率提高，又可获得所需的频率间隔。工作频率提高，又可获得所需的频率间隔。链接本章文稿主页面第第 7 章章 反馈控制电路反馈控制电路感谢使用本高频电子线路电子教案感谢使用本高频电子线路电子教案欢迎提出宝贵意见欢迎提出宝贵意见