通信电路原理笫7章锁相环路

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1、笫7章锁相环路一、锁相环路的基本概念反馈控制电路概述PLL各部件的特性与数学模型二、PLL的线性分析PLL的线性模型与传递函数PLL的稳态相差PLL的稳定性（*）三、PLL的非线性分析一阶环路的非线性分析二阶环路的非线性分析四、集成锁相环介绍PLL电路实例与应用举例PLL基本原理PLL的环路方程与相位模型PLL的跟踪特性PLL的频率特性PLL的噪声特性（*）2001年9月--12月1《通信电路原理》--无九一、锁相环路的基本概念1、锁相环路是一种相位反馈控制系统。比较器可控设备反馈环节r(t)e(t

2、)y(t)反馈控制系统原理框图如下：反馈控制电路的特点自动调节系统。若反馈控制电路的输入、输出量之间的关系偏离了预定的关系式，通过比较器，检测并输出相应的误差电压，该电压去控制可控设备对输出量进行调节，最后使输入、输出量之间接近预定的关系－－改善系统性能。反馈控制电路是依靠误差进行调节的，一般都存在稳态误差，是一种有误差的控制电路。2001年9月--12月2《通信电路原理》--无九1、AGC（自动增益制）反馈控制电路需调节量可控设备比较器稳态误差电压或电流根据需要比较和调节的参量不同，反馈控制电路分

3、以下几类：检波器可控增益放大器电压或电流差2、AFC（自动频率控制）频率鉴频器压控振荡器（VCO）频差3、PLL(PhaseLockedLoop）相位鉴相器压控振荡器（VCO）相差（无频差）PLL广泛用于滤波、频率综合、调制与解调、信号检测等方面。思考：与反馈放大器有何、异同？2001年9月--12月3《通信电路原理》--无九2、PLL组成方框图及基本工作原理：（1）三个基本部件组成：鉴相器，环路滤波器和压控振荡器。（2）基本工作原理：鉴相器比较压控振荡器输出信号与输入信号的相位，并输出正比于相位差

4、的误差电压。经环路滤波器滤波（也可能包括放大），滤除高频分量后，成为压控振荡器的控制电压。在的作用下，压控振荡器输出信号的频率将不断变化（向输入信号频率靠拢）并将相位反馈到鉴相器。直至环路进入锁定状态：VCO的输出频率等于Vi(t)的频率。鉴相器输出一恒定直流电压。2001年9月--12月4《通信电路原理》--无九PLL的工作状态(2)锁定状态──VCO跟踪输入信号频率与相位的漂移或调制变化的过程。－－（同步带内）当PLL达到稳定状态后，若输入信号为一固定频率的正弦波，则压控振荡器的输出信号频率与输

5、入信号频率相等，它们之间的相位差为一常值。锁相环路具有两种工作状态：(1)捕获状态──环路由失锁进入锁定的过程；锁定状态的特点：只有稳态相差，无频差。当系统开始工作时，压控振荡器的频率将向着接近输入信号频率的方向变化，这就是捕获状态。－－（捕捉带内）2001年9月--12月5《通信电路原理》--无九锁相环通常有两种不同的跟踪状态：调制跟踪与载波跟踪。压控振荡器的输出信号跟踪输入的调制信号变化（环路带宽较宽）。这种状态就是调制跟踪状态，并称这种锁相环路为“调制跟踪环”。调制跟踪环可实现高质量的调角信号

6、的解调。压控振荡器的输出信号频率只跟踪输入信号的载频，那么就称之为载波跟踪状态，这叫载波跟踪环，或称“窄带跟踪环”。PLL的工作状态（续）载波跟踪环用于相干解调中提取载波。2001年9月--12月6《通信电路原理》--无九常用的鉴相器有以下几类：数字鉴相器、模拟相乘器、抽样鉴相器和鉴频鉴相器等。作为原理分析，通常使用具有正弦鉴相特性的鉴相器。式中，为输入信号的瞬时相位；为压控振荡器输出信号的瞬时相位。（1）鉴相器（PD）：完成输入信号与压控振荡信号之间的相位差到电压的变换。3、PLL各部件的特性与数

7、学模型2001年9月--12月7《通信电路原理》--无九（1）鉴相器（续2）－－鉴相器的两个输入端信号输入参考信号vi(t)的中心角频率为i0，i(t)为以i0t为参考相位的瞬时相位-如果输入信号为单频正弦波，那么i(t)为常数；如果输入是一个调相波，那么i(t)按调制信号的规律而变化压控振荡器输出信号vo(t)的中心角频率为o0，o(t)为以o0t为参考相位的瞬时相位-o0是VCO的自由振荡角频率（未加控制信号vp(t)时的振荡频率）2001年9月--12月8《通信电路原理》--

8、无九（1）鉴相器（PD）（续3）－－统一参考相位：一般情况下，两信号的频率是不同的。为了便于比较，现统一以VCO的自由振荡相位为参考，于是输入信号相位需改写为：式中：改写输入和输出信号表示式：2001年9月--12月9《通信电路原理》--无九（1）鉴相器（续4）－－正弦鉴相特性输入信号与输出信号经过相乘器后得到：再经过低通滤波滤除成分，便得到误差电压：令,，不难看出为鉴相器的最大输出电压，它在一定程度上反映了鉴相器的灵敏度。单位为（V）。正弦鉴相特性2001年9月--