北航通信电路原理课件ch07_2

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1、笫7章锁相环路7.1概述7.2PLL基本原理7.3PLL的线性分析7.4PLL的非线性分析7.5集成锁相环介绍7.6PLL电路实例与应用举例2021/9/11《通信电路原理》--北航06年思考题一：从电路原理方框图，PLL的非线性分析表现在那里？思考题二：从锁相环路的两种工作状态（捕获状态锁定状态），PLL的线性分析表现在那个工作状态？思考题三：PLL的线性分析如何使用PLL线性化模型中的传递函数？思考题四：PLL的线性分析是求出跟踪特性和频率特性。从PLL基本原理到PLL线性分析的思考题2021年9月1日2《通

2、信电路原理》--北航06年从PLL基本原理到PLL线性分析的思考题_12021/9/13《通信电路原理》--北航06年从PLL基本原理到PLL线性分析的思考题_2PLL的三个传递函数：误差传递函数；闭环传递函数；开环传递函数。2021/9/14《通信电路原理》--北航06年笫7章锁相环路7.3PLL的线性分析7.3.1PLL的线性模型与传递函数7.3.2PLL的跟踪特性7.3.3PLL的稳态相差7.3.4PLL的频率特性7.3.5PLL的稳定性（*）7.3.6PLL的噪声特性（*）2021/9/15《通信电路原理

3、》--北航06年7.3PLL的线性分析PLL在锁定状态下，如果输入信号的频率或相位发生了某种变化，输出信号将跟踪输入信号频率或相位的这种变化；跟踪过程中，假设相位误差较小，则PLL可以被视为是线性系统。利用线性化模型的传递函数，求出跟踪特性和频率特性。传递函数：从PLL的线性化模型入手，得到该模型的传递函数。跟踪特性：考察输入信号的相位或频率有突变（阶跃变化）后，误差相位从稳态---时变---锁定，进入新的稳态的变化过程。67.3PLL的线性分析（续1）频率特性：输入信号为单频调制的调角波时，相位的变化是正弦波变

4、化，频率特性就是考察输出信号相位对输入相位变化变化的频率响应（对于不同的Ω）；输入信号的相位为正弦波变化规律，输出信号的相位也是正弦波变化规律，只是这个正弦波相位的大小和延时是输入信号相位经过PLL线性系统后的结果。这就是相位传输中的幅度频率特性和相位频率特性，环路带宽。2021/9/17《通信电路原理》--北航06年7.3.1PLL的线性模型与传递函数（1）线性化相位数学模型2021/9/18《通信电路原理》--北航06年（1）线性化相位数学模型（续1）则非线性微分方程变成线性微分方程：当满足的条件下，正弦鉴相

5、特性可写成线性表示式：2021/9/19《通信电路原理》--北航06年（2）定义PLL的三个传递函数误差传递函数：该式表示输入信号与压控振荡器输出信号之间的误差相位与输入信号相位的关系，称为环路的误差传递函数。闭环传递函数：该式表示压控振荡器输出信号相位与输入信号相位的关系，称其为环路的闭环传递函数。开环传递函数：返回2021年9月1日10（3）PLL的分类和待解决的问题由于鉴相特性的非线性，有线性PLL和非线性PLL。根据锁相环路中的环路滤波器的阶数决定PLL的阶数：直通电路，为一阶PLL；三种积分滤波器电路，

6、为二阶PLL；有：一阶线性PLL；一阶非线性PLL；二阶线性PLL；二阶非线性PLL。讨论的问题：锁定特性、跟踪特性、频率特性；稳定特性、噪声特性；同步带、捕捉特性、捕捉时间、捕捉带。11（3）PLL的分类和待解决的问题（续1）分析的方法：线性PLL采用拉氏变换及其逆变换的方法；非线性PLL主要采用相平面图法；学会使用MATLAB程序辅助分析。《锁相环设计、仿真与应用》（英）RolandE.Best编清华大学出版社AgilentADS>>DesignGuide>>PLL2021/9/112《通信电路原理》--北航

7、06年（4）PLL实际环路的传递函数一阶PLL：直通电路，。二阶PLL：理想积分滤波器，。这里引入环路的自然角频率和阻尼系数两参数。2021/9/113《通信电路原理》--北航06年（5）PLL环路中ωn和ζ的物理意义：与下面的二阶电路的传递函数相对比：2021/9/114《通信电路原理》--北航06年采用不同环路滤波器二阶PLL的传递函数2021/9/115《通信电路原理》--北航06年7.3.2PLL的跟踪特性：瞬态响应和稳态相差对于已经锁定的环路，当输入信号的频率或相位发生某种变化时，环路将使压控振荡器的频

8、率和相位跟踪输入信号的变化。在输入信号发生变化后的一段时间里，环路有一瞬变过程。这个瞬变过程的具体状况与PLL的组成有关，也与输入信号的频率或相位的变化规律有关。这就是求出θe(t)，θ2(t)的过程。瞬变过程结束后，环路即进入稳定状态。这时，压控振荡器与输入信号有相同的频率和一固定的相差，这固定的相差称为稳态相差。2021/9/116《通信电路原理》--北航06年7.3