锁相环基本原理 很有用的资料

《锁相环基本原理 很有用的资料》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、锁相环基本原理一个典型的锁相环（PLL）系统，是由鉴相器（PD），压控荡器（VCO）和低通滤波器（LPF）三个基本电路组成，如图1，Ud=Kd(θi–θo)UF=UdF（s）θiθo图1一．鉴相器（PD）构成鉴相器的电路形式很多，这里仅介绍实验中用到的两种鉴相器。1．异或门鉴相器异或门的逻辑真值表示于表1，图2是逻辑符号图。输入输出ABF000011101110表1图2从表1可知，如果输入端A和B分别送2π入占空比为50%的信号波形，则当两者存在相位差Dθ时，输出端F的波形的占空比与Dθ有关，见图3。

2、将F输出波形通过积分器平滑，则积分器输出波形的平均值，它同样与Dθ有关，这样，我们就可以利用异或门来进行相位到电压Dθ的转换，构成相位检出电路。于是经积图3分器积分后的平均值（直流分量）为：UU=Vdd*Dθ/p(1)Vcc不同的Dθ，有不同的直流分量Vd。Dθ与V的关系可用图4来描述。从图中可知，两者呈简单线形关1/2Vcc系：Ud=Kd*Dθ(2)1/2ππDθ24Kd为鉴相灵敏度图41．边沿触发鉴相器前已述及，异或门相位比较器在使用时要求两个作比较的信号必须是占空比为50%的波形，这就给应用带来

3、了一些不便。而边沿触发鉴相器是通过比较两输入信号的上跳边沿（或下跳边沿）来对信号进行鉴相，对输入信号的占空比不作要求。二．压控振荡器（VCO）压控振荡器是振荡频率ω0受控制电压UF（t）控制的振荡器，即是一种电压——频率变换器。VCO的特性可以用瞬时频率ω0（t）与控制电压UF（t）之间的关系曲线来表示。未加控制电压时（但不能认为就是控制直流电压为0，因控制端电压应是直流电压和控制电压的叠加），VCO的振荡频率，称为自由振荡频率ωom，或中心频率，在VCO线性控制范围内，其瞬时角频率可表示为：ωo

4、（t）=ωom+K0UF（t）式中，K0——VCO控制特性曲线的斜率，常称为VCO的控制灵敏度，或称压控灵敏度。三．环路滤波器这里仅讨论无源比例积分滤波器如图5。其传递函数为：式中：τ1=R1Cτ2=R2C图5四．锁相环的相位模型及传输函数图6图6为锁相环的相位模型。要注意一点，锁相环是一个相位反馈系统，在环路中流通的是相位，而不是电压。因此研究锁相环的相位模型就可得环路的完整性能。24由图6可知：（1）当A点断开环路时，锁相环的开环相位传输函数为KL(S)=（2）环路闭合时的相位传输函数为H（S）（

5、3）环路闭合时的相位误差传输函数为He（S）=当环路滤波器选用无源比例积分滤波器时，经推导可得：H（S）=式中，，τ1=R1C,τ2=R2C2xx=,K=KdKo同样可得：He(S)=ωn称为系统的固有频率或自然角频率；x称为系统的阻尼系数。要注意的是上面讨论中的ω指的是输入信号相位的变化角频率，而不是输入信号本身的角频率。如输入信号是调频信号，则ω指的是调制信号的角频率而不是载波的角频率。一．锁相环的同步与捕捉24锁相环的输出频率（或VCO的频率）ωo能跟踪输入频率ωi的工作状态，称为同步状态，在同

6、步状态下，始终有ωo=ωi。在锁相环保持同步的条件下，输入频率ωi的最大变化范围，称为同步带宽，用DωH表示。超出此范围，环路则失锁。失锁时，ωo¹ωi，如果从两个方向设法改变ωi，使ωi向ωo靠拢，进而使Dωo=（ωi－ωo）¯，当Dωo小到某一数值时，环路则从失锁进入锁定状态。这个使PLL经过频率牵引最终导致入锁的频率范围称为捕捉带Dωp。同步带DωH，捕捉带Dωp和VCO中心频率ωo的关系如图7。图7实验原理及步骤利用CMOS固有的低功耗、宽工作电源、集成度高等特点，可以设计出性能良好、使用方便

7、的锁相环单片电路。其中CD4046是一种能工作在1MHZ以下的通用PLL产品，它广泛应用于通信计算机接口领域。图8示出CD4046的电路方框功能图。在这个单片集成电路中，内含两个相位比较器，其中PD1是异或门鉴相器；PD2是边沿触发式鉴相器。另外电路中含有一个VCO，一个前置放大器A1，一个低通滤波器输出缓冲放大器A2和一个内部5V基准稳压管。从图8可看出，引脚（16）是正电源引入端；（8）脚是负电源端，在用单电源时接地；（6）脚，（7）脚外接电阻C67；（11）脚外接电阻R11和C67决定了VCO的

8、自由振荡频率；（12）脚外接电阻R12，它用作确定在控制电压为零时的最低振荡频率fomin;(5)脚为VCO禁止端，当（5）脚加上“1”电平图8CD4046原理图（即VDD）时，VCO停止工作，当为“0”电平（即VSS24）时，VCO工作；（14）脚是PLL参考基准输入端；（4）脚是VCO输出；（3）是比较输入端；（2）和（13）脚分别是PD1和PD2的输出端；（9）脚是VCO的控制端；（10）是缓冲放大器的输出端；（1）脚和（2）脚配合可做锁定指示；（