《鎖相技術(shù)》PPT課件

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1、第一章鎖相環(huán)路的基本工作原理本章主要內(nèi)容：鎖相環(huán)路的一些基本概念的建立鎖相環(huán)路的數(shù)學(xué)模型和動態(tài)方程的確立一階鎖相環(huán)路的分析§1.1鎖定與跟蹤的概念鎖相環(huán)路(PLL)是一個相位跟蹤系統(tǒng),方框圖表示如下。設(shè)輸入信號為：載波角頻率相對與的瞬時相位1.當=常數(shù)時，是初相，是載波。2.當是t的函數(shù)時，是角度調(diào)制信號（調(diào)頻或調(diào)相）。PLL內(nèi)部VCO的自由振蕩角頻率鎖相環(huán)路中，輸入信號對環(huán)路的作用是在它的瞬時相位的作用下，改變輸出信號的瞬時相位，所以對于鎖相環(huán)路來說，更關(guān)心的是它的輸入和輸出信號的相位關(guān)系。設(shè)輸

2、出信號為：是在輸入信號控制下，相對于的瞬時相位，是時間t的函數(shù)。一、相位關(guān)系在虛軸上的投影來表示在實軸上的投影來表示（如圖）由于和的參考點不同，對輸入信號的瞬時相位做如下變換。鎖相環(huán)路的“固有頻差”從圖上可以得到兩個信號的瞬時相位之差固有頻差：為輸入信號角頻率與環(huán)路自由振蕩角頻率之差，稱為環(huán)路的固有頻差。輸入信號的瞬時相位為：以為參考的輸入信號的瞬時相位輸出信號的瞬時相位為：以為參考的輸出信號的瞬時相位環(huán)路的瞬時相位差：（矢量表示方法如圖所示）環(huán)路瞬時頻差：輸入信號的瞬時角頻率輸出信號的瞬時角頻率

3、結(jié)論：當時，、相對旋轉(zhuǎn)，隨時間的增長逐漸增大，鎖相環(huán)路處于非鎖定狀態(tài)（失鎖狀態(tài)）。當時，、相對位置不變，固定，而且數(shù)值很小，鎖相環(huán)路處于鎖定狀態(tài)（同步狀態(tài)）。如上頁矢量圖所示二、捕獲過程概念：從輸入信號加到鎖相環(huán)路的輸入端開始,一直到環(huán)路達到鎖定的全過程,稱為捕獲過程。數(shù)值很小的量，但不為零數(shù)值很小的量，但不為零捕獲過程中：瞬時相差瞬時頻差這一過程所用的時間為捕獲時間捕獲過程中瞬時相差與瞬時頻差的典型時間圖分析．三、鎖定狀態(tài)環(huán)路鎖定狀態(tài)（同步狀態(tài)）的條件：特例：環(huán)路輸入固定頻率信號時的分析設(shè)輸入信

4、號為：輸出信號為：常數(shù)載波則有：輸出信號表達式為：進入同步狀態(tài)后：結(jié)論：鎖相環(huán)路進入同步狀態(tài)后，和頻率相同，相位相差，輸出信號鎖定在輸入信號上。即：=常數(shù)；=0四、環(huán)路的基本性能要求1.捕獲帶：環(huán)路能通過捕獲過程而進入同步狀態(tài)所允許的最大固有頻差。評價捕獲性能指標：2.捕獲時間：環(huán)路由起始時刻t0到進入同步狀態(tài)的時刻ta之間的時間間隔。和環(huán)路的參數(shù)、起始狀態(tài)有關(guān)，越大，越長。評價環(huán)路跟蹤性能指標：1、穩(wěn)態(tài)相差：環(huán)路鎖定之后的瞬時相差。是個固定值，反映了環(huán)路跟蹤精度，是一項重要指標。鎖相環(huán)路能夠保持

5、鎖定狀態(tài)所允許的最大固有頻差。2、同步帶：、、之間的關(guān)系：§1.2環(huán)路組成及模型建立鎖相環(huán)路的基本構(gòu)成：鑒相器（）環(huán)路濾波器（）壓控振蕩器（）一、鑒相器功能：相位比較器1、檢測和的相位差。2、輸出的誤差信號是相差的函數(shù)，即實現(xiàn)方案：一般用乘法器來實現(xiàn)（如圖）乘法器輸出信號為：相乘系數(shù)成分經(jīng)LPF后輸出信號為：為鑒相器的最大輸出電壓環(huán)路的瞬時相差鑒相器的數(shù)學(xué)模型鑒相器的數(shù)學(xué)模型可以表示為：鑒相器的鑒相特性為如圖所示的正弦鑒相特性：二、環(huán)路濾波器特點：1、環(huán)路濾波器具有低通濾波特性，。2、環(huán)路濾波器的

6、參數(shù)調(diào)整，對環(huán)路各項性能指標產(chǎn)生重要影響。2、頻域模型：環(huán)路濾波器的模型及分析方法：1、時域模型：傳遞函數(shù)為復(fù)頻率傳輸算子微分算子為頻率響應(yīng)PLL中常用的三種環(huán)路濾波器1、RC積分濾波器電路構(gòu)成如圖所示：為時間常數(shù)幅頻特性相頻特性2.無源比例積分濾波器電路構(gòu)成如圖所示：τ1=(R1+R2)Cτ2=R2C對數(shù)頻率特性如圖所示：積分因子相位超前因子低通特性、相位滯后3、有源比例積分濾波器電路構(gòu)成如圖所示：A是運算放大器無反饋時的電壓增益式中τ1=(R1+AR1+R2)C；τ2=R2C；當A很大時，（負

7、號對環(huán)路沒有影響，忽略）理想積分濾波器的傳輸算子高增益有源比例積分濾波器稱為理想積分濾波器三、壓控振蕩器壓控振蕩器是一個電壓-頻率變換裝置，如圖VCO在環(huán)路中作為被控振蕩器,它的振蕩頻率應(yīng)隨輸入控制電壓線性地變化，即應(yīng)有變換關(guān)系：VCO的瞬時角頻率控制靈敏度或稱增益系數(shù)控制特性曲線如右圖所示VCO線性控制特性實際VCO控制特性壓控振蕩器輸出信號的瞬時相位為：則有：VCO的數(shù)學(xué)模型（如圖）是積分算子，VCO固有的積分環(huán)節(jié)工作過程不為零相位模型是進一步研究鎖相環(huán)的基礎(chǔ)四、環(huán)路相位模型§1.3環(huán)路的動態(tài)

8、方程根據(jù)環(huán)路相位模型可以得到：整理得到：為環(huán)路增益環(huán)路的動態(tài)方程：鎖相環(huán)路動態(tài)方程的物理概念解釋：1、環(huán)路的瞬時頻差2、在輸入固定頻率信號的情況下等于零環(huán)路的固有頻差3、VCO瞬時角頻率相對于的頻差，稱為控制頻差。這樣動態(tài)方程就可以寫成：瞬時頻差=固有頻差-控制頻差環(huán)路開始工作時，控制頻差為零；隨著時間的增長，固有頻差不變，控制頻差增長，瞬時頻差減??；鎖定后固有頻差等于控制頻差，瞬時頻差為零。此時，環(huán)路穩(wěn)態(tài)頻差為零，即，穩(wěn)態(tài)相差為固定值，控制電壓為直流。環(huán)路動態(tài)方程的階數(shù)：非線性微