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1、第七讲环路的捕获性能(1)上次课复习第一节捕获的基本概念第二节捕获过程与捕获特性第三节捕获带与捕获时间本次课小结环路噪声性能环路噪声相位模型对输入白高斯噪声的线性过滤特性环路对压控振荡器相位噪声的线性过滤环路对各类噪声与干扰的线性过滤环路跳周与门限PLL在噪声输入时的相位输出和动态方程图3-3有输入噪声时环路线性化噪声相位模型(a)等效为N(s)；(b)等效为θni(s)研究环路对噪声电压N(t)的响应－－环路对噪声的线性过滤问题环路的基本关系式一、环路输出噪声相位方差二、环路噪声带宽BL三、环路信噪比图3-7考虑了VCO噪声的环路线性化噪声相位模型图3-11锁相式
2、频率合成器原理方框图但由于噪声的随机性,对于某个瞬间出现的较强噪声使环路相差有可能产生一个或多个2π周期的跳越,跳周的次数就是环路失锁的次数,因此用环路“平均跳周时间”、“跳周概率”和“失锁概率”等统计量能更好地衡量有噪环路的非线性跟踪性能。当(S／N)L降低到环路失锁后不再能重新捕获，产生了环路噪声门限的概念。一、二阶环噪声性能结论表3-1第一节捕获的基本概念1.捕获－－环路进入锁定的过程在前面各章的分析中,都是在假定环路已经锁定的前提下来讨论环路的跟踪和过滤性能,因为失锁的环路是不可能表现出这些性能的。实际工作中，如开机、换频或由开环到闭环，一开始环路总是失锁的
3、，因此环路需经由失锁到锁定的过程。2.相位捕获与频率捕获相位捕获－－在捕获过程中,相位差没有2π的周期跳越。在一阶环中,没有环路滤波器,只有压控振荡器一个固有积分环节,所以一阶环只有相位捕获,频率捕获－－在二阶环中，存在两个积分环节，当时，会产生稳定的差拍状态，环路会失锁，当 时，环路只有相位捕获过程，当时，环路滤波器中的积分环节会差拍波中的直流分流积分，不断牵引着VCO的振荡频率往输入频率的方向靠近，最终导致环路锁定。这一过程就是频率捕获过程或频率牵引过程。3.自捕获与辅助捕获自捕获－－如果环路依靠自己的控制能力达到捕获锁定,称这种捕获过程为自捕获。
4、自捕获慢、范围小、不太可靠。辅助捕获－－若环路借助于辅助电路才能实现捕获锁定,则称这种捕获过程为辅助捕获。辅助捕获也有相位捕获与频率捕获之分。4.捕获性能的分析方法在捕获过程中,瞬时相差将在大范围内变化,甚至有多个2π的周期跳越。捕获过程为一种非线性现象。(1)相平面法。这是一种利用 平面关系图形图解分析二阶非线性微分方程的方法。(2)准线性法。它基于环路中含有低通滤波环节的事实,鉴相器输出的任何形式的差拍周期信号,经过低通滤波器以后,都可近似为直流与正弦信号的和第2节捕获过程与捕获特性一、捕获过程为了理解环路的捕获性能,必须先了解环路的捕获过程。为此我们借
5、助于非理想二阶环的相平面图来作出其捕获过程的时间图。所谓相平面图是指环路相差θe与其导数的关系图形在环路非线性微分方程的一般形式(1-30)式中,将代入,可得再将上式两边除以,得相轨迹方程(4-1)(4-2)图4-1实际上是具有无源比例积分滤波器的二阶环,在给定环路参数的条件下,环路方程的图解表示。图中实际的纵坐标为图4-1非理想二阶环相平面令方程(4-1)式中dθe／dt=0,d2θe／dt2=0,可得稳定平衡点:不稳定平衡点式中n=0,1,2,…。由(4-3)式看出,当n=0时,(4-3)(4-4)(4-5)(4-6)图4-2固定频率输入下,具有无源比例积分滤
6、波器的二阶环捕获过程时间图图4-2固定频率输入下,具有无源比例积分滤波器的二阶环捕获过程时间图根据θe～t曲线,由关系式ud(t)=Udsinθe(t)(4-7)可画出鉴相器输出电压随时间的变化曲线,如图4-2(c)所示。又从第一章的分析知道,在固定频率输入的情况下,存在关系所以环路滤波器输出的控制电压为(4-8)二、捕获过程的特性从图4-2这组曲线,可以清晰地看到环路从起始到锁定的捕获全过程。下面我们将对捕获全过程作进一步说明。图4-3二阶环的牵引模型捕获过程的特性表现为4步1：LF对差拍电压中的交流分量进行按比例衰减，同时对直流分量进行积分。2：当
7、时，频率捕获过程－－相位捕获过程（一阶环没有频率捕获过程，因为没有直流分量的积分环节）3：交流分量进行按比例衰减后，对VCO进行调频，锁定后控制电压的交流分量消失，为纯直流分量。4： ，一阶环与非理想二阶环不能锁定，理想二阶环经长时间的积分后可进入锁定。第3节捕获带与捕获时间捕获带－－保证环路必然进入锁定的最大固有频差。快捕带－－保证环路在一个周期内进入锁定的最大固有频差。捕获时间－－频率捕获过程所需要的时间。快捕时间－－相位捕获所需的时间。一、二阶环的快捕带与快捕时间在失锁状态下,鉴相器的输出是一个差拍电压。由于环路滤波器对差拍电压按比例衰减,使
