鎖相技術(shù)第4章.ppt

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1、第四章環(huán)路捕獲性能§4.1捕獲的基本概念1.捕獲環(huán)路從開始狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)的過程稱為捕獲。即：失鎖鎖定2.相位捕獲與頻率捕獲相位捕獲：在捕獲過程中，沒有的越變。如一階環(huán)：,只有壓控振蕩器一個(gè)固有積分環(huán)節(jié)，捕獲過程中，在2π的周期內(nèi)環(huán)路鎖定，所以一階環(huán)只有相位捕獲，沒有頻率捕獲。頻率捕獲：環(huán)路中至少有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，VCO有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，。二階環(huán)既有頻率捕獲又有相位捕獲3.自捕獲與輔助捕獲（捕獲方法）自捕獲：依靠環(huán)路自身的控制能力達(dá)到捕獲鎖定。輔助捕獲：借助于輔助電路實(shí)現(xiàn)捕獲鎖定。環(huán)路的跟蹤性能和捕獲性能對(duì)環(huán)路參數(shù)的要求是矛盾的。因此，為發(fā)揮環(huán)路的跟蹤性能，一般要犧牲環(huán)路的捕獲性能，捕獲過程借助于

2、輔助捕獲電路來完成。鎖定工程上常用的近似分析方法：①相平面法：圖解分析二階非線性微分方程。②準(zhǔn)線性法：適用于任何階次的環(huán)路，對(duì)于高階環(huán)的分析更精確。捕獲過程的特點(diǎn)：①將在大范圍內(nèi)變化,甚至有多個(gè)2π周期跳越。②鑒相特性為非線性。③動(dòng)態(tài)方程為非線性微分方程。4.捕獲性能的分析方法§4.2捕獲過程與捕獲特性一、一階鎖相環(huán)路的捕獲如果輸入固定頻率的信號(hào)：相軌跡方程按照相軌跡方程可以建立瞬時(shí)頻差和瞬時(shí)相差之間的關(guān)系圖稱為“相平面圖”。討論：1.曲線上任意一點(diǎn)為相點(diǎn)，它反映了環(huán)路工作狀態(tài)的變化過程。2.上半平面，意味著隨時(shí)間的增長而增長，即相點(diǎn)向右移動(dòng)。而下半平面的相點(diǎn)向左移動(dòng)。3.每個(gè)2周期內(nèi)和橫軸有

3、兩個(gè)交點(diǎn)，交點(diǎn)處：穩(wěn)定平衡點(diǎn)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)時(shí)的動(dòng)態(tài)方程圖解AB﹡4.穩(wěn)態(tài)相差一般認(rèn)為相差接近A點(diǎn)環(huán)路就進(jìn)入到了鎖定狀態(tài)。5.當(dāng)時(shí)，環(huán)路動(dòng)態(tài)方程無解，不能進(jìn)入鎖定狀態(tài)。當(dāng)時(shí)，環(huán)路為臨界鎖定狀態(tài)。6.、、的關(guān)系一階鎖相環(huán)的可調(diào)參數(shù)只有K時(shí)的動(dòng)態(tài)方程圖解二、二階鎖相環(huán)路的捕獲以無源比例積分濾波器為例分析環(huán)路的捕獲過程當(dāng)輸入固定頻率信號(hào)時(shí)：=0再將上式兩邊除以,得相軌跡方程環(huán)路高頻總增益對(duì)于上述方程的解析求解很難，利用計(jì)算機(jī)輔助的方法獲得相平面圖條件是：討論：1.相平面圖是由相軌跡簇構(gòu)成的，不同的起始頻差有就不同的相軌跡。2.相軌跡是有方向的曲線上半平面：下半平面：3.當(dāng)起始頻差比較大時(shí)，相軌跡近似正弦

4、波，但在每個(gè)周期后，會(huì)向橫軸靠近。（靠近鎖定點(diǎn)）4.當(dāng)時(shí)，起始頻差，環(huán)路剛好進(jìn)入相位捕獲。5.平衡點(diǎn)的條件：穩(wěn)定平衡點(diǎn)：不穩(wěn)定平衡點(diǎn)：當(dāng)n=0時(shí)的穩(wěn)態(tài)相差為：環(huán)路鎖定環(huán)路失鎖6.相軌跡圖中沒有明顯的時(shí)間信息，但隱含著和隨時(shí)間變化的信息，根據(jù)相軌跡圖可以得到和隨時(shí)間變化的關(guān)系圖。三、捕獲過程的定性分析輸入信號(hào)：固定頻率信號(hào)2.頻率捕獲結(jié)束后，環(huán)路進(jìn)入相位捕獲。鎖定狀態(tài)相位捕獲結(jié)束不超越靠近環(huán)路開始工作，頻率捕獲結(jié)束§4.3捕獲帶與捕獲時(shí)間捕獲帶和捕獲時(shí)間的精確分析。必須嚴(yán)格求解環(huán)路的非線性微分方程，很困難。目前一些學(xué)者采用準(zhǔn)線性近似法來分析捕獲帶和捕獲時(shí)間，其結(jié)果在工程上有適用價(jià)值。一、二階環(huán)的

5、快捕帶與快捕時(shí)間快捕帶：保證環(huán)路只有相位捕獲的最大固有頻差對(duì)于無源比例積分濾波器二階環(huán)，從相平面圖的分析中可知：當(dāng)時(shí)，環(huán)路剛好進(jìn)入相位捕獲。具有正弦鑒相特性的二階環(huán)的最大快捕時(shí)間二、二階環(huán)的捕獲帶與捕獲時(shí)間快捕時(shí)間：相位捕獲過程所需的時(shí)間作為粗略工程估算捕獲帶：保證環(huán)路必然進(jìn)入鎖定的最大固有頻差使用準(zhǔn)線性近似法得到的捕獲帶的計(jì)算公式：是環(huán)路濾波器的直流頻率響應(yīng)是的實(shí)部K是環(huán)路總增益適用范圍：具有正弦鑒相特性的環(huán)路；環(huán)路濾波器可以任意階次的。1.有源比例積分濾波器二階環(huán)捕獲帶和捕獲時(shí)間捕獲帶：捕獲時(shí)間：P85（4-19）2.無源比例積分濾波器二階環(huán)的捕獲帶和捕獲時(shí)間時(shí)捕獲時(shí)間：捕獲帶：P85（4

6、-20）捕獲帶：P85[計(jì)算舉例]3.RC積分濾波器二階環(huán)的捕獲帶1/τ=P854-17）P854-18）具有環(huán)路濾波器傳遞函數(shù)F(s)=(1+st2)／(1+st1)的二階環(huán)路,其參量為:ωn=100rad／s,K=2×105rad／2,Δfo=600Hz。計(jì)算ΔwH,ΔwL,TLmax,Δwp和Tp值。解:而可見Δwo>>ΔwL,Δwo<

7、的帶寬a.提高環(huán)路增益Kb.加大環(huán)路濾波器的帶寬c.減小環(huán)路的起始頻差①越寬越好②越小越好2.改善捕獲性能要求：3.改善環(huán)路捕獲性能和提高環(huán)路跟蹤性能是矛盾的。解決的辦法：1.犧牲環(huán)路的捕獲性能，提高環(huán)路的跟蹤性能。依靠輔助捕獲電路提高環(huán)路的捕獲性能。（原則）2.輔助捕獲分為輔助頻率捕獲和輔助相位捕獲。①相位捕獲：一般依靠環(huán)路自身實(shí)現(xiàn)，在高要求的數(shù)字通信系統(tǒng)中，設(shè)置輔助相位捕獲裝置。②輔助頻率捕獲