通信电子电路第8章

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1、8.0概述8.1锁相环路的基本组成与原理分析8.2锁相环路的跟踪特性和捕捉性能8.3锁相环路的噪声和稳定性8.4锁相环路的实现电路8.5锁相环路的应用8.6频率合成技术第八章锁相与频率合成技术(PLL&FrequencySynthesizer)18.0概述锁相技术是一种相位负反馈控制技术。其实现电路也叫做锁相环路（PLL—PhaseLockedLoop），组成原理图如下：第八章锁相与频率合成技术(PLL&FrequencySynthesizer)它具有如下特点：（1）锁定后只有剩余相差，没有剩余频差。（2）系统特性（与LPF关系密切）

2、对锁定过程和剩余相差影响很大。——载波跟踪与调制跟踪（3）PLL的组成决定了它的特性是非线性的。2锁相技术在通信系统中具有十分广泛的用途。可用来实现以下功能：载波跟踪与恢复接收机同步信号产生窄带接收锁相解调锁相倍频与锁相混频频率合成与任意信号发生第八章锁相与频率合成技术(PLL&FrequencySynthesizer)3通信系统中为了保证系统总的性能，需要采用利用负反馈原理构成的具有自动调节控制作用的电路来适应外部条件的变化，可一般性的称其为反馈控制电路。其基本框图如下：第八章锁相与频率合成技术(PLL&FrequencySynth

3、esizer)目的使输出量随输入量的变化而变化。输入量不变时，抑制其它因素变化所引起的变化。特点（1）输出与输入之差为系统控制动作的起源。（2）负反馈以减小误差（3）对外部干扰和内部参数变化的影响具有抑制作用（4）有利于减小系统的非线性失真4常用的反馈控制电路：AGC(AutoGainControl)AFC(AutoFrequencyControl)PLL(PhaseLockedLoop)性能稳定性：t系统作用>误差。系统收敛。快速性：在尽量短的时间内消除误差。准确性：使剩余误差尽量小。控制系统与信号处理电路对于同一个电路，从信号

4、处理角度来讨论的输入输出及处理电路，与从控制角度所讨论的输入输出及处理电路是两个完全不同的概念：信号处理：对输入信号处理以得到有用的信息输出。反馈控制：对信号处理电路的某些参量进行控制，使信号处理电路的参数或指标符合我们的要求。第八章锁相与频率合成技术(PLL&FrequencySynthesizer)58.1锁相环路的基本组成与原理分析锁相环路（PLL—PhaseLockedLoop），组成原理图如下：第八章锁相与频率合成技术(PLL&FrequencySynthesizer)讨论锁相环路的工作过程，必须对其各组成单元的数学模型有比

5、较清楚的概念。6锁相环路的构成与数学模型（1）鉴相器（PhaseDiscriminator)鉴相器模型如图（a）。第八章锁相与频率合成技术(PLL&FrequencySynthesizer)设wr为VCO的自由振荡（不加控制电压）的频率，并以此为参考：7采用“模拟乘法器＋滤波器”鉴相，可得：第八章锁相与频率合成技术(PLL&FrequencySynthesizer)相应的鉴相器模型如图（b）。从乘法器鉴相模型可看出，鉴相器的特性是非线性的，由此导致整个环路的特性为非线性的。8（2）压控振荡器（VoltageControlledOsci

6、llator)压控振荡器的输出频率受控制电压vc的控制而变化。一般情况下认为w～vc特性是线性的，有：第八章锁相与频率合成技术(PLL&FrequencySynthesizer)其中Ko为压控灵敏度。若用微分算子表示，可得：相应的模型如图（b）。9（3）环路低通滤波器（LoopFilter)为滤除鉴相器输出信号中的干扰和无用组合频率分量，采用低通滤波器取出鉴相器输出的平均分量。通过使用不同的电路，可选择不同的滤波频率特性KF(p)，从而对环路的动态性能和稳定性产生影响。常用的环路滤波器有如下几种形式：（a）简单RC滤波器第八章锁相与频

7、率合成技术(PLL&FrequencySynthesizer)10（b）无源比例积分滤波器第八章锁相与频率合成技术(PLL&FrequencySynthesizer)（c）有源比例积分滤波器11综上可得环路模型为：第八章锁相与频率合成技术(PLL&FrequencySynthesizer)环路的基本方程为：其中：瞬时角频差：VCO频率与输入频率之差。控制角频差：Vc作用下VCO频率受控部分。输入固有角频差：输入频率偏离wr的值。12环路基本方程给出了以下基本关系：瞬时频差＋控制频差＝固有频差该关系式表示存在固有频差的情况下，通过环路的

8、自动调整，控制频差不断加大，瞬时频差不断减小，最终达到控制频差等于固有频差，瞬时频差为0的状态。例8－2：设Dwi(t)=DwiU(t)为常数，且系统的LF为纯阻网络，KF(p)=KF，求其剩余相差。解：环路锁定则有：相