【精品】鎖相論文

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1、1什么叫鎖相環(huán)鎖相環(huán)是指一種電路或者模塊，它用于在通信的接收機(jī)中，其作用是對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理，并從其中提取某個(gè)吋鐘的相位信息?；蛘哒f(shuō)，對(duì)于接收到的信號(hào)，仿制一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，使得這兩個(gè)信號(hào)從某種角度來(lái)看是同步的（或者說(shuō)，相干的）。由于鎖定情形下（即完成捕捉后），該仿制的時(shí)鐘信號(hào)相對(duì)于接收到的信號(hào)中的時(shí)鐘信號(hào)具有一定的相差，所以很形象地稱其為鎖相器。而一般情形下，這種鎖相環(huán)的三個(gè)組成部分和相應(yīng)的運(yùn)作機(jī)理是：1鑒相器：用于判斷鎖相器所輸出的時(shí)鐘信號(hào)和接收信號(hào)屮的時(shí)鐘的相差的幅度；2可調(diào)相/調(diào)頻的時(shí)鐘發(fā)生器器：用于根據(jù)鑒相器所輸出的信號(hào)來(lái)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)鎖相器

2、內(nèi)部的時(shí)鐘輸岀信號(hào)的頻率或者和位，使得鎖相器完成上述的固定相差功能;3環(huán)路濾波器：用于對(duì)鑒相器的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波和平滑，大多數(shù)情形下是一個(gè)低通濾波器，用于濾除由于數(shù)據(jù)的變化和其他不穩(wěn)定因素對(duì)整個(gè)模塊的影響。從上可以看岀，大致有如下框圖：?—

3、鑒相器

4、—->—

5、環(huán)路濾波器

6、—->—

7、受控吋鐘發(fā)生器卜一IIIIII可見(jiàn)，是一個(gè)負(fù)反饋環(huán)路結(jié)構(gòu),所以一般稱為鎖相環(huán)（PI丄：PhaseLockingLoop）鎖相環(huán)有很多種類，可以是數(shù)字的也可以是模擬的也可以是混合的，可以用于恢復(fù)載波也可以用于恢復(fù)基帶信號(hào)時(shí)鐘2.鎖相環(huán)的基本組成許多電子設(shè)備要正常工作，通常需

8、要外部的輸入信號(hào)與內(nèi)部的振蕩信號(hào)同步，利用鎖相環(huán)路就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。鎖相環(huán)路是一種反饋控制電路，簡(jiǎn)稱鎖相環(huán)（PLL）。鎖相環(huán)的特點(diǎn)是：利用外部輸入的參考信號(hào)控制環(huán)路內(nèi)部振蕩信號(hào)的頻率和相位。因鎖相環(huán)可以實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)頻率對(duì)輸入信號(hào)頻率的自動(dòng)跟蹤，所以鎖相環(huán)通常用于閉環(huán)跟蹤電路。鎖相環(huán)在工作的過(guò)程中，當(dāng)輸出信號(hào)的頻率與輸入信號(hào)的頻率相等時(shí)，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，即輸岀電壓與輸入電壓的相位被鎖住，這就是鎖相環(huán)名稱的由來(lái)。鎖相環(huán)通常由鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LF）和壓控振蕩器（VC0）三部分組成，鎖相環(huán)組成的原理框圖如圖8-4-1所示

9、。圖8-1-1鎖相環(huán)中的鑒相器乂稱為相位比較器，它的作用是檢測(cè)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相位差，并將檢測(cè)出的相位差信號(hào)轉(zhuǎn)換成uD（t）電壓信號(hào)輸出，該信號(hào)經(jīng)低通濾波器濾波后形成壓控振蕩器的控制電壓uC（t）,對(duì)振蕩器輸岀信號(hào)的頻率實(shí)施控制。呦0ujt)0——3.鎖相環(huán)的工作原理鎖相環(huán)中的鑒相器通常由模擬乘法器組成，利用模擬乘法器組成的鑒相器電路如圖8-4-2所示。鑒相器的工作原理是：設(shè)外界輸入的信號(hào)電壓和壓控振蕩器輸岀的信號(hào)電壓分別為：旳0XS血時(shí)+4C0】(8-4-1)引?=呼*坷?】(8-4-2)式屮的30為壓控振蕩器在輸入控制電壓為零或?yàn)橹绷麟妷簳r(shí)

10、的振蕩角頻率，稱為電路的固有振蕩角頻率。則模擬乘法器的輸出電壓uD為：嚀=?。皿?=皿％詛呼M他]c<4屮十％?]諄皿％?((砒2珂?D用低通濾波器IF將上式中的和頻分量濾掉，剩下的差頻分量作為壓控振蕩器的輸入控制電壓uC(t)o即uC(t)為：%?詩(shī)BJJg血{[即4目?]-W+略(0]}二—五K嗎-AbX+M(O-^(OD(8-4-3)(8-4-4)式屮的3i為輸入信號(hào)的瞬時(shí)振蕩角頻率，0i(t)和00(t)分別為輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的瞬時(shí)位相，根據(jù)相量的關(guān)系可得瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)位相的關(guān)系為：即則，瞬時(shí)相位差Od為(8-4-5)對(duì)兩邊求微分，可得頻

11、差的關(guān)系式為4%,叫-叫工I血駕?-略Q)]AA(8-4-6)上式等于零，說(shuō)明鎖相環(huán)進(jìn)入相位鎖定的狀態(tài)，此時(shí)輸出和輸入信號(hào)的頻率和相位保持恒定不變的狀態(tài)，uc(t)為恒定值。當(dāng)上式不等于零時(shí)，說(shuō)明鎖相環(huán)的相位還未鎖定，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的頻率不等，uc(t)隨吋間而變。因壓控振蕩器的壓控特性如圖8-4-3所示，該特性說(shuō)明壓控振蕩器的振蕩頻率3U以30為屮心，隨輸入信號(hào)電壓uc(t)的變化而變化。該特性的表達(dá)式為(8-4-6)上式說(shuō)明當(dāng)UC(t)隨時(shí)間而變時(shí)，壓控振蕩器的振蕩頻率3U也隨時(shí)間而變，鎖相環(huán)進(jìn)入“頻率牽引”，自動(dòng)跟蹤捕捉輸入信號(hào)的頻率，使

12、鎖相環(huán)進(jìn)入鎖定的狀態(tài)，并保持30二3i的狀態(tài)不變。4性能分析二階系統(tǒng)的輸出響應(yīng)如下圖所示由圖可見(jiàn)，當(dāng)0

13、率響應(yīng)X（町4(8)固定頻率輸入下，具有無(wú)源比例積分濾波器的二階環(huán)捕獲過(guò)程時(shí)間圖0.(叫5n/2-271■3n/2?n-n