锁相环性能分析.doc

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1、锁相环性能分析林倩倩现代通信技术实验室锁相环是一个使输出信号（由振荡器产生的）与参考信号或者输入信号在频率和相位上同步的电路。是实现两个信号相位同步的自动控制系统。在同步（也成为锁定）状态，振荡器输出信号和参考信号之间的相位差为零，或者保持常数。60年代初随着数字通信系统的发展，锁相环应用愈广，例如为相干解调提取参考载波、建立位同步等。锁相环技术H前的应用集屮在以下三个方面：第一，信号的调制和解调；第二，信号的调频和解调；第三，信号频率合成电路。锁相环（phase-lockedloop）为无线电发射屮使频率较为稳定的一种方法，

2、主要有VC0（压控振荡器）和PLLIC，压控振荡器给出一个信号，一部分作为输出，另一部分通过分频与PELTC所产生的本振信号作相位比较，为了保持频率不变，就要求相位差不发牛改变，如果有相位差的变化，则PLLIC的电压输出端的电压发生变化,去控制VC0,直到相位差恢复!达到锁频的H的！！能使受控振荡器的频率和相位均与输入信号保持确定关系的闭环电子电路锁相环的基本组件包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器，三者共同形成了一个负反馈结构，如图1所示。鉴相器用于判断压控振荡器的输出信号与输入信号Z间的相差幅度，输出至低通滤波器进行滤波和平

3、滑，以消除高频干扰和其他不稳定因索的影响，并以此作为压控振荡器的控制信号；压控振荡器根据相位误差信号，自适应的调节内部吋钟输出信号，使其频率和相位与输入信号保持一致，完成锁相功能。数字锁相环的工作原理为:数字锁相环主要由相位参考提取电路、晶体振荡器、分频器、相位比较器、脉冲补抹门等组成。分频器输出的信号频率与所需频率十分接近，把它和从信号屮提取的相位参考信号同吋送入相位比较器，比较结果示出本地频率高了吋就通过补抹门抹掉一个输入分频器的脉冲，相为于本地振荡频率降低；和反，若示出本地频率低了吋就在分频器输入端的两个输入脉冲间插入一

4、个脉冲，相当于本地振荡频率上升，从而达到同步。1鉴相器：用于判断锁相器所输出的吋钟信号和接收信号屮的吋钟的相差的幅度;2可调札1/调频的吋钟发生器器：用于根据鉴相器所输出的信号來适当的调节锁相器，内部的吋钟输出信号的频率或者相位，使得锁相器完成上述的固定相差功能；3环路滤波器：用于对鉴相器的输出信号进行滤波和平滑，大多数情形下是一个低通滤波器，用于滤除由于数据的变化和其他不稳定因素对整个模块的影响。鉴相器的工作原理是：设外界输入的信号电床和床控振荡器输出的信号电床分别为：旳=4直畔+角©]式屮的3。为圧控振荡器在输入控制电圧为

5、零或为直流电圧时的振荡角频率，称为电路的固有振荡角频率。则模拟乘法器的输出电压5为：詰紅W.丘(如乜他4*4耳(0]用低通滤波器LF将上式屮的和频分量滤掉，剩下的差频分量作为床控振荡器的输入控制电压Uc(t)o即Uc(t)为：式屮的5为输入信号的瞬时振荡角频率，()i(t)和()。(t)分别为输入信号和输出信号的瞬吋位相，根据相量的关系可得瞬吋频率和瞬吋位相的关系为：即网=邮金乂.则，瞬时相位差兀为划=£叫_叫＞”对©_坷®对两边求微分，可得频差的关系式为［血~dt

6、入信号的频率和相位保持恒定不变的状态，uc(t)为恒定值。为上式不等于零时，说明锁相环的相位还未锁定，输入信号和输出信号的频率不等，Uc(t)随吋间而变。因圧控振荡器的圧控特性如图8-4-3所示，该特性说明圧控振荡器的振荡频率3以3。为屮心，随输入信号电压g(t)的变化而变化。该特性的表达式为上式说明当Uc(t)随时间而变时，压控振荡器的振荡频率3.也随时间而变，锁相环进入“频率牵引”，自动跟踪捕捉输入信号的频率，使锁相环进入锁定的状态，并保持3°=3i的状态不变。锁相环性能分析设0为相位误差，岛为鉴相器增益，鉴相器的数学模型

7、为:叫EK/因此，鉴相器的数学模型是一个增益为的简单的零阶模块。鉴相器的传输函数可以写为：乙凹=心0($)设环路滤波器的传输函数为F(s),分析VCO的传输函数，我们知道VCO的角频率可以表刀%为：692(r)=5+A692(r)=%+K{}uf(r)其屮K°称为VCO的增益。我们对频率的变化△购积分得到相位Q0、⑴=^co2(t)dt=K(J«f⑴山对上式进行拉普拉斯变换，得到VCO的传输函数：空2=丘〃/($)s所以对于信号来说，VCO可以简单的看成一个积分器。相位的传输函数恥)=鵲=怎陽語Y为分频系数$+K（）KdF（Q

8、/N系统误差传输函数(s)定义为比⑸=乞凹0

9、Cv)h(,(c把误差相位0与输入相位q联系起来。亿⑴和hcv)Z

10、hJ有一个简单的关系式：He(s)=l-H(s)锁相环在调制和解调中的应用(1)调制和解调的概念为了实现信息的远距离传输，在发信端通常采用调制的方法对信号进行调制