鎖相環(huán)pll原理與應(yīng)用

《鎖相環(huán)pll原理與應(yīng)用》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、鎖相環(huán)PLL原理與應(yīng)用第一部分：鎖相環(huán)基本原理一、鎖相環(huán)基本組成二、鑒相器（PD）三、壓控振蕩器（VCO）四、環(huán)路濾波器（LPF）五、固有頻率ωn和阻尼系數(shù)?的物理意義六、同步帶和捕捉帶第二部分：鎖相環(huán)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一、PLL參數(shù)測(cè)試一、壓控靈敏度KO的測(cè)量二、鑒相靈敏度Kd的測(cè)量三、環(huán)路開環(huán)增益（KH）的測(cè)量四、同步帶和捕捉帶的測(cè)量五、ωn、ξ的測(cè)量實(shí)驗(yàn)二、PLL應(yīng)用實(shí)驗(yàn)一、PLL頻率合成器實(shí)驗(yàn)二、PLL調(diào)頻（FM）解調(diào)三、鎖相式雙音多頻信號(hào)（DTMF）解碼器四、PLL數(shù)字調(diào)諧實(shí)驗(yàn)五、設(shè)計(jì)5/6分頻器實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^上述實(shí)驗(yàn)，使大家對(duì)由模擬電路、數(shù)字電路組

2、成的硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、電路的搭接、故障的分析判斷、故障的排除得到一次鍛煉。第一部分：鎖相環(huán)基本原理（P1）一、鎖相環(huán)基本組成一個(gè)典型的鎖相環(huán)（PLL）系統(tǒng)，是由鑒相器（PD），壓控蕩器（VCO）和低通濾波器（LPF）三個(gè)基本電路組成Ud=Kd(θi–θo)UF=UdF（s）二．鑒相器（PD）Ud=Kd*?θKd為鑒相靈敏度三．壓控振蕩器（VCO）（P2）ωo（t）=ωom+K0UF（t）K0——VCO控制特性曲線的斜率，常稱為VCO的控制靈敏度，或稱壓控靈敏度。四、環(huán)路濾波器，這里僅討論無源比例積分濾波器其傳遞函數(shù)為：式中：τ1=R1Cτ2=R2C當(dāng)

3、鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)時(shí)，鑒相器（PD）的兩輸入端一定是兩個(gè)頻率完全一樣但有一定相位差的信號(hào)。如果它們的頻率不同，則在壓控振蕩器（VCO）的輸入端一定會(huì)產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)使壓控振蕩器的振蕩頻率發(fā)生變化，最終使鑒相器（PD）的兩輸入信號(hào)（一個(gè)是鎖相環(huán)的輸入信號(hào)Vi,一個(gè)是壓控振蕩器的輸出信號(hào)Vo）的頻率完全一樣，則環(huán)路系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。五、系統(tǒng)的固有頻率ωn和阻尼系數(shù)?的物理意義（P3）一個(gè)ＲＬＣ串聯(lián)電路，當(dāng)輸入端加一個(gè)階躍電壓時(shí)，輸出端電壓變化有三種可能當(dāng)鎖相環(huán)的輸入信號(hào)的相位有一個(gè)階躍跳變時(shí)，輸出信號(hào)相位的變化也有三種情況ωn、ξ就是指欠阻尼振蕩時(shí)的振

4、蕩頻率和和阻尼系數(shù)六、鎖相環(huán)的同步和捕捉同步狀態(tài)：鎖相環(huán)的輸出頻率（或VCO的頻率）ωo能跟蹤輸入頻率ωi的工作狀態(tài)，稱為同步狀態(tài)（或鎖定狀態(tài)），在同步狀態(tài)下，始終有ωo=ωi。這時(shí)如果用示波器觀察Vi與Vo,即使單路觸發(fā)，兩個(gè)波形都是清晰穩(wěn)定的。同步帶：在鎖相環(huán)保持同步的條件下，輸入頻率ωi的最大變化范圍，稱為同步帶寬，用?ωH表示。超出此范圍，環(huán)路則失鎖。捕捉帶失鎖時(shí)，ωo?ωi，如果從兩個(gè)方向設(shè)法改變?chǔ)豬，使ωi向ωo靠攏，進(jìn)而使?ωo=（ωi－ωo）?，當(dāng)?ωo小到某一數(shù)值時(shí)，環(huán)路則從失鎖進(jìn)入鎖定狀態(tài)。這個(gè)使PLL經(jīng)過頻率牽引最終導(dǎo)致入鎖的

5、頻率范圍稱為捕捉帶?ωp。同步帶?ωH，捕捉帶?ωp和VCO中心頻率ωo的關(guān)系實(shí)驗(yàn)原理及步驟P（4）CD4046原理圖實(shí)驗(yàn)一、PLL參數(shù)測(cè)試（P5）一、壓控靈敏度KO的測(cè)量二、鑒相靈敏度Kd的測(cè)量。三、環(huán)路開環(huán)增益（KH）的測(cè)量當(dāng)鑒相器比較兩同相信號(hào)時(shí)，UF=0，VC0振蕩于fmin;當(dāng)鑒相器比較兩反相信號(hào)時(shí)，UF=VDD，VCO振蕩于fmax在理想情況下KH=2(fmax-fmin)同步帶的測(cè)量調(diào)信號(hào)源（圖11）頻率約為４０４６Ａ的中心頻率。示波器分別測(cè)Ui和Uo，并以Ui作為示波器的觸發(fā)同步信號(hào)，頻率計(jì)測(cè)Ui，這時(shí)示波器可顯示兩個(gè)穩(wěn)定的波形，即

6、Ui和Uo是鎖定的。在一定范圍內(nèi)緩慢改變信號(hào)源頻率，可看到兩個(gè)波形的頻率同時(shí)變化，且都保持穩(wěn)定清晰，這就是跟蹤。但當(dāng)信號(hào)源頻率遠(yuǎn)大于（高端）或遠(yuǎn)小于（低端）４０４６Ａ的中心頻率時(shí)，Ui波形還保持穩(wěn)定清晰，但Uo不能保持穩(wěn)定清晰，這就是失鎖。記下剛出現(xiàn)失鎖時(shí)的Ui頻率即高端頻率fHH和低端頻率fHL，則同步帶ΔfH＝fHH－fHL。由于我們用的是PD1，是異或門相鑒器，當(dāng)Ui和Uo為分?jǐn)?shù)倍數(shù)關(guān)系時(shí)，也可能出現(xiàn)兩個(gè)穩(wěn)定的波形，這種情況應(yīng)認(rèn)為是“失鎖”。只有出現(xiàn)兩個(gè)同頻的穩(wěn)定波形時(shí)才認(rèn)為是“鎖定捕捉帶的測(cè)量環(huán)路失鎖后，緩慢改變信號(hào)源頻率，從高端或低端向４

7、０４６Ａ的中心頻率靠近，當(dāng)信號(hào)源頻率分別為fＰH和fＰL時(shí)，環(huán)路又鎖定。則環(huán)路捕捉帶ΔfP＝fPH－fPL。ωn、ξ的測(cè)量P（8）當(dāng)信號(hào)源的頻率突然改變時(shí)（即對(duì)應(yīng)Uj方波的前后沿），UF都產(chǎn)生一次阻尼振蕩。從阻尼振蕩波形可測(cè)出A1、A2、T，并由A1、A2、T求出PLL的ωn和ξωn、ξ的實(shí)際測(cè)量波形實(shí)驗(yàn)二、PLL應(yīng)用實(shí)驗(yàn)P（9）當(dāng)PLL處于鎖定狀態(tài)時(shí)，PD兩個(gè)輸入信號(hào)的頻率一定精確相等,所以可得：f0=N*fifi為晶振標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通過改變分頻比N，便可獲得同樣精度的不同頻率信號(hào)輸出一、PLL頻率合成器實(shí)驗(yàn)1）1KHZ標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源用CMOS與非門和4M

8、晶體組成4MHz振蕩器。圖中Rf使F1工作于線性放大區(qū)。晶體的等效電感，C1、C2構(gòu)成諧振回路。C1、C2可利用器件的分布