电荷泵锁相环...ppt

《电荷泵锁相环...ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第4章电荷泵锁相环内容:1.电荷泵工作原理、数学模型;2.二阶环、三阶环的性能指标;3.电荷泵在频率合成器中的应用。4.1电荷泵鉴相器4.2电荷泵锁相环数学模型4.3二阶电荷泵锁相环4.4三阶电荷泵锁相环4.5集成电荷泵锁相环CD40464.6电荷泵锁相环频率合成器4.7小结4.1电荷泵锁相环(CPPL)电荷泵锁相环如图4.1.1所示。FPDCPLFVCOui(t)uo(t)图4.1.1电荷泵锁相环图中:FPD是鉴频鉴相器;CP是电荷泵;为简化分析过程,以图4.1.2所示的双D鉴相器为例,来说明鉴频鉴相器的工作原理。是模数混合环，与模拟锁相环唯一不

2、同的是鉴相器包括FPD和CP,称为电荷泵鉴相器。它是数字式的,具有鉴频鉴相功能,CP为LF提供充放电电荷。IDQCIRDCIRDIDQ&udVCCui(t)uo(t)VCC图4.1.2双D鉴相器表4.1.1D触发器真值表0101Qn+1Dn4.1.1鉴相原理设ui(t)、uo(t)的频率分别为fr和fv。根据电路图及真值表,很容易得到当ui(t)和uo(t)频率相同时的三组鉴相波形,如图4.1.3所示。ui(t)uo(t)ud(a)同相TθeT/2π(b)ui(t)超前uo(t)(c)uo(t)超前ui(t)图4.1.3fr=fv时FPD波形图中虚

3、线表示考虑器件的时延时出现的窄脉冲,它对鉴相器性能无影响,可不考虑。输出脉宽:鉴相器有三种工作状态:u、d同为低电平;u为高电平,d为低电平;u为低电平,d为高电平;分别称为n、u和状态d。在u状态下,u端输出的脉冲使电荷泵对环路充电。在d状态下,d端输出的脉冲使电荷泵对环路放电。在n状态下,环路滤波器既不充电也不放电。故称为三态鉴相器。设电荷泵能提供的充放电电流为Ip,则充放电电流在一个周期内的平均值为:id(t)=Ipθe(t)/2π(4.1.1)上式即为这种电荷泵鉴相器的鉴相特性。考虑到相位的周期性,式(4.1.1)所表示的鉴相特性可用图4.

4、1.4表示。id(t)IP-IP-4π-2π2π4π0θe(t)图4.1.4电流型鉴相器的鉴相特性曲线把这种能在充放电时提供恒定电流的电荷泵鉴相器称为电流型电荷泵鉴相器;对应的环路简称为电流型锁相环。反之,称为电压型电荷泵鉴相器。对应的环路简称为电压型电荷泵锁相环。在环路锁定之前,fr和fv不可能相等。环路锁定后,两者也不可能完全相等。若差别不大,ui(t)和uo(t)的上升沿之间的时间间隔不超过ui(t)的周期,则上述鉴相特性还是成立的。此时的鉴相波形如图4.1.5所示。ui(t)uo(t)ud图4.1.5fr≈fv时FPD波形id(t)IP-I

5、P-4π-2π2π4π0θe(t)图4.1.4电流型鉴相器的鉴相特性曲线当上述条件不满足时,则不能用图4.1.4说明三态鉴相器的鉴相特性。因为这时在ui(t)(或uo(t))的一个周期内有几个周期的uo(t)(或ui(t))信号,不好定义相位误差。当然在图4.1.5中用ui(t)的周期作为标准来定义相位误差也是一种近似分析方法。当fr和fv差别较大时,这种鉴相器有鉴频功能,这正是所希望的。4.1.2鉴频原理图中I(t)表示电荷泵提供的电流。ui(t)uo(t)I(t)Ip0图4.1.6fr>fv时电流型鉴相器的鉴相波形u设鉴相器为电流型,当时的波形

6、如图4.1.6所示。当fr

7、ω(t)有关,而且与ui(t)及uo(t)的相位也有关。如图4.1.7所示。图4.1.7△ω(t)=ωr/2,时电流型鉴相器的鉴频特性(a)id(t)≈IP/2(b)id(t)≈IP当uo(t)的上升沿稍微比ui(t)的上升沿滞后一点时,id(t)≈Ip/2,如图(a)所示。随着相位滞后量的增加,id(t)增加。当uo(t)的上升沿比ui(t)的上升沿滞后时间接近ui(t)的一个周期时,id(t)≈Ip,如图(b)所示。ωrωV取中值id(t)=3IP/4作为△ω(t)=ωr/2时充电电流的平均值。同理,△ω(t)=－ωr即ωv=2ωr时id(t)

8、=－3IP/4。考虑到这些特殊数值及id(t)与△ω(t)不可能为直线关系,可得到如图4.1.8中实线所示的鉴频特性。由图