锁相环路的基本工作原理.ppt

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1、第一章 锁相环路的基本工作原理,本章主要内容：锁相环路的一些基本概念的建立锁相环路的数学模型和动态方程的确立一阶锁相环路的分析,绪 言,锁相就是自动控制完成相位同步。能够实现两个电信号相位同步的自动控制系统叫做锁相环路,简称锁相环(PLL-Phase-locked-loop)。,1.1锁定与跟踪的概念,锁相环路(PLL)是一个相位跟踪系统,方框图表示如下。,设输入信号为：,载波角频率,相对与 的瞬时相位,1.当=常数时，是初相，是载波。2.当 是t 的函数时，是角度调制信号（调频或调相）。,PLL内部VCO的自由振荡角频率,锁相环路中，输入信号 对环路的作用是在它的瞬时相位 的作用下，改变输出

2、信号 的瞬时相位，所以对于锁相环路来说，更关心的是它的输入和输出信号的相位关系。,设输出信号为：,是在输入信号控制下，相对于 的瞬时相位，是时间 t 的函数。,一、相位关系 在虚轴上的投影来表示 在实轴上的投影来表示（如图）,由于 和 的参考点不同，对输入信号的瞬时相位做如下变换。,锁相环路的“固有频差”,从图上可以得到两个信号的瞬时相位之差,固有频差：为输入信号角频率与环路自由振荡 角频率之差，称为环路的固有频差。,输入信号的瞬时相位为：,以 为参考的输入信号的瞬时相位,输出信号的瞬时相位为：,以 为参考的输出信号的瞬时相位,环路的瞬时相位差：（矢量表示方法如图所示）,环路瞬时频差：,输入信

3、号的瞬时角频率,输出信号的瞬时角频率,结论：,当 时，、相对旋转，随时 间的增长逐渐增大，锁相环路处于非锁定状态（失锁状态）。,当 时，、相对位置不变，固定，而且数值很小，锁相环路处于锁定状态（同步状态）。如上页矢量图所示,二、捕获过程 概念：从输入信号加到锁相环路的输入端开始,一直到环路达到锁定的全过程,称为捕获过程。,数值很小的量，但不为零,数值很小的量，但不为零,这一过程所用的时间为捕获时间,捕获过程中瞬时相差与瞬时频差的典型时间图分析,三、锁定状态 环路锁定状态（同步状态）的条件：,特例：环路输入固定频率信号时的分析,设输入信号为：,输出信号为：,常数,载波,则有：,输出信号表达式为：

4、,进入同步状态后：,结论：锁相环路进入同步状态后，和 频率相同，相位相差，输出信号锁定在输入信号上。即：=常数；=0,四、环路的基本性能要求,评价捕获性能指标：,和环路的参数、起始状态有关，越大，越长。,评价环路跟踪性能指标：,1、稳态相差：,环路锁定之后的瞬时相差。,是个固定值，反映了环路跟踪精度，是一项重要指标。,、之间的关系：,1.2 环路组成及模型建立,锁相环路的基本构成：鉴相器（）环路滤波器（）压控振荡器（）,一、鉴相器,实现方案：一般用乘法器来实现（如图）,乘法器输出信号为：,相乘系数,成分,经LPF后输出信号为：,鉴相器的数学模型,鉴相器的数学模型可以表示为：,鉴相器的鉴相特性为

5、如图所示的正弦鉴相特性：,二、环路滤波器,2、环路滤波器的参数调整，对环路各项性能指标产生重要影响。,2、频域模型：,环路滤波器的模型及分析方法：,1、时域模型：,PLL中常用的三种环路滤波器,为时间常数,三、压控振荡器,在环路中作为被控振荡器,它的振荡频率应随输入控制电压 线性地变化，即应有变换关系：,VCO的瞬时角频率,控制灵敏度或称增益系数,控制特性曲线如右图所示,VCO线性控制特性,实际VCO控制特性,压控振荡器输出信号的瞬时相位为：,则有：,是积分算子，VCO固有的积分环节,工作过程 不为零相位模型是进一步研究锁相环的基础,四、环路相位模型,1.3 环路的动态方程,根据环路相位模型可

6、以得到：,整理得到：,为环路增益,环路的动态方程：,锁相环路动态方程的物理概念解释：,2、,在输入固定频率信号的情况下等于零,3、,VCO瞬时角频率 相对于 的频差，称为控制频差。,这样动态方程就可以写成：,瞬时频差=固有频差-控制频差,环路开始工作时，控制频差为零；随着时间的增长，固有频差不变，控制频差增长，瞬时频差减小；锁定后固有频差等于控制频差，瞬时频差为零。此时，环路稳态频差为零，即，稳态相差 为固定值，控制电压 为直流。,环路增益,固有频差,控制频差,环路锁定时，直流控制电压,输入信号频率增加，U增加，达到鉴频器输出的最大值，稳态相差为90。这就是环路能够保持锁定状态的继续，这时的频

7、差称为环路的同步带,计算举例,已知一阶锁相环路鉴相器的Ud=2V，压控振荡器的Ko=104HzV(或2104radsV)，自由振荡频率o=2106rads。问当输入信号频率 i=21015103rads时。环路能否锁定？若能锁定，稳态相差等于多大？此时的控制电压等于多少？,环路可以捕获锁定,总增益：,固有频差：,因为：,稳态相差：,误差电压：,第四节 一阶锁相环路的捕获、锁定、与失锁,PLL中的基本概念非常多，而且非常重要，为了建立巩固环路中的一些常用概念，在此来讨论一种最简单的PLL，即无环路滤波器的PLL，此时PLL为一阶环，一阶PLL无应用价值，但有理论上的价值,一阶PLL的基本构成方框

8、图,一阶PLL的相位模型,一阶锁相环路是没有滤波器的锁相环路,即 F(p)=1(1-35)将此式代入环路动态方程的一般形式(1-30)式得 pe(t)=p1(t)-Ksine(t)(1-36)这是一个一阶非线性微分方程。故这种锁相环路也就称为一阶锁相环路。,捕获时：假设输入为固定频率信号，1(t)=ot+i 且令 p1(t)=o(1-37)是常数,再令 是环路的瞬时频差,将(1-37)、(1-38)式代入(1-36)式后可得,(1-38),(1-39),一、oK时的捕获与锁定 由于 oK,该曲线应与横轴相交,图形如图1-14。,图1-14 oK时的一阶环动态方程图解,相点沿着相轨迹的运动规律可

9、分成两种情况：,为周期函数每个周期有两个交点，,状态向锁定点A靠拢的过程是渐近的。从理论上说,因为A点的=0,真正到达A点所需的时间为无穷大。实际上只要接近A点到一定的范围之内,就可以认为环路达到了锁定状态。对于锁定状态的稳态相差,可令(1-39)式中的 为零来求得,(1-40),图1-15 一阶环捕获过程中相差随时间的变化,二、oK 时的失锁状态 oK时的(t)与e(t)关系曲线如图1-16所示。相轨迹不与横轴相交,平衡点消失,成为一条单方向运动的正弦曲线。不论初始状态处于相轨迹上的哪一点,状态都将按箭头所指方向沿相轨迹一直向右转移,环路无法锁定,处于失锁状态。在失锁状态时,环路瞬时相差无休

10、止地增长,不断地进行周期跳越；瞬时频差则周期性地在oK的范围内摆动。,图1-16 oK时的一阶环动态方程图解,控制电压,图1-17(c)中,v(t)-o为控制频差,i-v(t)为瞬时频差,而i-o为固有频差。计算表明,它们之间的关系为,(1-41),三、o=K时的临界状态 o=K是一种临界情况。这时,轨迹正好与横轴相切,A点与B点重合为一点,如图1-18所示。这个点所对应的环路状态实际上是不稳定的,这种临界状态的出现有两种情况。,图1-18 o=K时一阶环动态方程图解,捕获带：环路能够牵引捕获从而入锁的最大固有频差不经过周期跳跃就入锁的捕获过程称为快捕，相应的捕获带称为快捕带。环路能够维持锁定

11、状态的最大固有频差，同步带,o=K是能够维持环路锁定状态的最大固有频差,称为锁相环路的同步带,用符号H表示。就一阶环而言,显然 H=K(1-42)一阶环的捕获带 p=K(1-43)一阶环的快捕带 L=K(1-44)在数值上等于环路增益,即 H=p=L=K(1-45),【计算举例】已知一阶锁相环路鉴相器的Ud=2V,压控振荡器的Ko=104HzV(或2104radsV),自由振荡频率 o=2106rads。问当输入信号频率 i=21015103rads时,环路能否锁定？若能锁定,稳态相差等于多大？此时的控制电压等于多少？先计算环路增益,一:填空题:名词解释:捕获带(捕获过程):同步带:快捕带:相

12、位余量:增益余量:环路信噪比:捕获时间:,三:计算题和系统推导计算题:一阶环路系统推导(1)画出环路的S域模型，推出开环传递函数，闭环传递函数和误差传递函数（2)写出环路的动态方程（3）在给定的环路滤波函数下，推导二阶环路的相平面方程（4）画出环路对应的噪声相位模型,频率合成器：频率合成的概念，由给出的系统，写出输出频率的表达式,2.1 线性相位模型与传递函数,一、线性相位模型的建立,锁相环路同步时，很小，鉴相器工作在“0”点附近，此时鉴相特性可以用一条直线来代替。此直线的斜率为：,则有：,用直线代替正弦鉴相特性,动态方程：,非线性微分方程,线性化的动态方程为：,环路总增益,环路的时域线性相位

13、模型：,动态方程的复频域表达形式：,拉氏变换,环路复频域的线性相位模型：,线性系统的传递函数的定义：,二、传递函数,2、闭环传递函数：,3、误差传递函数,、之间的关系：,是研究锁相环常用的三种传递函数，它们之间的关系在工程设计中常用。,2.2 二阶线性系统的一般性能,一、二阶系统及其描述,如图所示的RLC电路,应用克希霍夫定律，可以建立方程：,经拉氏变换得到：,RLC电路的时域表达式：,RLC为系统的电路参数,一般为分析方便，采用系统参数：,无阻尼振荡频率,RLC电路的复频域表达式：,用系统参数描述的RLC电路的时域表达形式,RLC电路的传递函数,用电路参数的描述,用系统参数的描述,二、RLC

14、电路的时间响应及其指标,当 时，对上述方程求解：,当 时：无阻尼状态,当 时：临界阻尼状态,当 时：过阻尼状态,一般二阶系统都设计到欠阻尼状态，锁相环也一样。,描述暂态过程的指标：,5.最大过冲量,以上参数由系统或电路参数决定的，影响暂态性能,6.稳态误差,系统的相对稳定性,前四个指标是表示暂态过程快慢程度的指标。上述暂态响应指标，并非任何情况下都必须采用。对于一个欠阻尼系统，如果这些指标完全确定，则系统的单位阶跃响应曲线也就确定了。稳态误差是系统另一重要指标，在锁相环电路中就是稳态的相差。,2.3 环路对输入暂态信号的响应,研究内容：环路在同步状态时，当输入信号的频率、相位发生变化时，环路会

15、出现一个跟踪过程。,暂态相位误差,稳态相位误差,研究对象：三种常用的一阶滤波器构成的二阶环,输入信号：相位阶跃、频率阶跃、频率斜升信号,研究方法：,二、稳态相位误差,不同锁相环在不同输入信号下的稳态相差：,讨论：,三阶三型环,1.输入信号变化越快，跟踪性能越差。,2.输入信号相同，不同的锁相环其稳态相差不同。,3.环路的“阶”与“型”,“阶”：环路 总极点的个数。即环路中积分环节的个数，或动态方程的阶数。,“型”：环路 处于零点处的极点个数。即环路中理想积分环节（）的个数,例：无源比例积分滤波器二阶环,二阶1型环,理想二阶环,二阶2型环,决定环路稳态相差的不是“阶数”而是“型数”,4.稳态相差

16、等于零的解释,环路跟踪状态如何维持呢？,原因：（环路滤波,积分环节）暂态过程中，对滤波器充电形成，达到稳态后，但对于一个理想积分环节来说，得到了保持，维持了环路的跟踪状态。,2.4 环路对输入正弦相位信号的响应,一、锁相环路频率响应的概念,对于一般线性系统RLC电路,频率响应 表明了频率为 的正弦电压 的作用下，输出电压 的幅度、相位与输入电压 之间的关系。,RC积分滤波器的锁相环（频率响应和RLC一样）,频率响应 表明了频率为 的正弦输入相位 的作用下，输出相位 的幅度、相位与输入相位之间的关系。,锁相环的频率响应是环路对输入信号的相位频谱的响应，而不是对输入信号电压频谱的响应。,2.截止频

17、率,分析：,1.理想二阶环对输入相位来说,相当于一个低通滤波器。在x1的频率范围内,对数振幅响应超过0dB。且阻尼系数越小,其峰值越高，下降速度越快。,一般情况下，认为 是截止频率，则有,当 时，环路不能传递相位控制，就不能跟踪 的变化。由于此时误差频率响应呈高通特性，则有 和 一样的变化。此时锁相环的状态称为-载波跟踪状态。,三、调制跟踪与载波跟踪,1.调制跟踪,概念：当 时，跟踪 的变化。,若：,则有：,这种状态为调制跟踪状态，此时的锁相环称为调制跟踪环。,正弦相位,应用：可以作为调频信号的解调器,载波 调制信号,解调信号,设：FM波的调制信号为：,载波为：,则有：FM已调波的瞬时角频率为

18、,已调波的瞬时相位为,调频波的完整表达式为：,和 相比较，幅度成比例,相位增加了,解调输出信号,锁相环VCO的输出信号为：,VCO的控制电压：,2.载波跟踪,当 大于,即调制频率处于闭环低通特性的通带之外时，已不能跟踪 的变化。此时，VCO就没有相位调制,输出是一个未调载波。,当输入信号 的载频产生缓慢漂移时，由于环路要维持锁定，VCO输出的未调载波的频率也会跟随着漂移，跟踪输入信号的载波。,锁相环此时的工作状态称为载波跟踪，环路称为载波跟踪环。,2.5 环路稳定性,一、稳定性判别方法,稳定性判定原则：,如果负反馈系统的开环增益，同时开环移相，则系统不稳定。,如果系统闭环传递函数 至少有一个极

19、点位于S平面的右半平面，则系统不稳定。,如图为环路开环频率响应的波特图,1、当 时,系统稳定,2、当 时,系统不稳定,3、当 时,系统临界稳定,系统稳定性判定条件：,为保证所设计的环路的稳定性，相位余量一般为30-60之间。,工程设计时，要求应用的环路远离临界稳定条件！并且保留一定的“稳定余量”。,增益余量：,开环相移达到 时，开环增益低于0dB的dB数。,相位余量：,开环增益达到0dB时，开环相移量与 的差值。,2.6 非线性跟踪,线性跟踪状态：,很小，鉴相器工作在线性区,动态方程：,对于非线性微分方程的求解比较困难，只能对一些特殊的问题做一些简单的分析。,第3章 环路噪声性能,第1节 环路

20、噪声相位模型第2节 对输入白高斯噪声的线性过滤特性第3节 环路对压控振荡器相位噪声的线性过滤第4节 环路对各类噪声与干扰的线性过滤第5节 环路跳周与门限,第三章 环路的噪声性能,噪声与干扰两大类：一：与信号一起进入环路的输入噪声和谐波干扰。包括信号源或信道产生的白高斯噪声、环路作载波提取时信号调制形成的调制噪声。二：环路部件产生的内部噪声与谐波干扰，压控振荡器的寄生干扰。,第1节 环路噪声相位模型,图3-1为仅计及输入白高斯噪声n(t)作用的锁相环路基本组成。图中ui(t)为环路输入信号电压,其表示式为 ui(t)=Uisinot+1(t)(3-1)经环路前置带通滤波器的作用,n(t)为一个窄

21、带白高斯噪声电压,可表示为(见附录一)n(t)=nc(t)cosot-ns(t)sinot(3-2),图3-1 有输入噪声时环路的基本组成,这样,加在环路输入端的电压是信号与噪声之和,即 ui(t)+n(t)=Uisinot+1(t)+nc(t)cosot-ns(t)sinot压控振荡器输出电压为 uo(t)=Uocosot+2(t)(3-3),ui(t)+n(t)与uo(t)经鉴相器相乘作用,并略去二次谐波项后,其输出为,(3-3),(3-4),(3-5),等效相加噪声电压,误差电压的幅度,(3-4)式表示在输入噪声作用下鉴相器的数学模型。鉴相器输出电压由两项组成：一项由瞬时相位误差e(t)

22、决定,它主要体现了信号相位的作用；另一项为等效相加噪声电压N(t),它是噪声的作用项。显然,ud(t)经环路滤波器处理后加至压控振荡器输入端,压控振荡器的输出相位2(t)则为,(3-6),(3-7),根据nc(t)、ns(t)的性质,不难证明N(t)也是均值为零、自相关函数与nc(t)、ns(t)的自相关函数相同的窄带白高斯噪声,而且方差值为,(3-8),图3-2 有输入噪声时环路相位模型,No为输入噪声n(t)在Bi带宽内均匀分布的单边功率谱密度（W/Hz),图3-3 有输入噪声时环路线性化噪声相位模型(a)等效为N(s)；(b)等效为ni(s),二、环路噪声带宽 BL 由(3-16)式BL

23、的定义不难看出BL的物理含义。,因此,等效矩形滤波器的带宽为,环路BL的含义说明,第4章 环路捕获性能,第1节 捕获的基本概念第2节 捕获过程与捕获特性第3节 捕获带与捕获时间第4节 辅助捕获方法,第1节 捕获的基本概念,1.捕获概念在前面各章的分析中,都是在假定环路已经锁定的前提下来讨论环路的跟踪和过滤性能,因为失锁的环路是不可能表现出这些性能的。环路需经由失锁进入锁定的过程称为捕获过程。2.相位捕获与频率捕获如前所述,在一阶环中,没有环路滤波器,只有压控振荡器一个固有积分环节,所以一阶环只有相位捕获,即在捕获过程中,相位差没有2的周期跳越。二阶环中，共有两个积分环节，环路滤波器对差怕电压中

24、的直流分量积分，不断增长的直流控制电压，牵引压控振荡器的平均频率，朝减小与信号频差的方向变化，最终进入锁定，故二阶环中，相位捕获与频率捕获同时存在。,3.自捕获与辅助捕获如果环路依靠自己的控制能力达到捕获锁定,称这种捕获过程为自捕获。若环路借助于辅助电路才能实现捕获锁定,则称这种捕获过程为辅助捕获。自捕获慢，范围小，可靠性小。实际电路设计中，跟踪，过滤、与捕获性能对环路参数的要求矛盾。故可借助辅助捕获电路，来改善环路的捕获性能。有辅助相位捕获和辅助频率捕获两种电路。4.捕获性能的分析方法在捕获过程中,瞬时相差将在大范围内变化,甚至有多个2的周期跳越。(1)相平面法。这是一种图解分析二阶非线性微

25、分方程的方法。(2)准线性法。它基于环路中含有低通滤波环节的事实,鉴相器输出的任何形式的差拍周期信号,经过低通滤波器以后,都可近似为直流与正弦信号的和。这一合成电压作用到压控振荡器上，通过环路反馈控制，使鉴相器的输出直流成分朝着是环路平均频差减小的方向增长，差怕频差逐渐下降。,第2节 捕获过程与捕获特性,一阶锁相环：当固有频差，不能捕获锁定，但出现稳定的差拍电压。当 时，环路在相差 内会立即锁定。一阶环中，只有相位的捕获过程。二阶环中，当 时，也会产生稳定的差拍状态，环路不能入锁。当 时，只有相位捕获过程。当 时，压控振荡器的频率将逐渐被牵引，向输入频率靠拢，最终导致环路进入锁定，即捕获过程或

26、频率牵引过程。,一、捕获过程 为了理解环路的捕获性能,必须先了解环路的捕获过程。为此我们借助于非理想二阶环的相平面图来作出其捕获过程的时间图。所谓相平面图是指环路相差e与其导数 的关系图形。,在环路非线性微分方程的一般形式(1-30)式中,将,代入,可得,再将上式两边除以,得相轨迹方程,(4-1),(4-2),图4-1实际上是具有无源比例积分滤波器的二阶环,在给定环路参数的条件下,环路方程的图解表示。图中实际的纵坐标为,图4-1 非理想二阶环相平面,(1)相轨迹是有方向的曲线，上半平面，频差大于零，相点随时间从左向右运动，下半平面，频差小于零，相点随时间从右向左运动。（2）在每个周期内，横轴上

27、有两个特殊点（奇点），一个点许多相轨迹卷向它，这是环路稳定的平衡点（锁定点），另一点有趋向它，也有离开它的相轨迹，这是环路不稳定的平衡点（鞍点）。,二、捕获过程的特性在固定频率的输入信号和压控振荡器反馈的调制信号作用下，鉴相器输出差拍电压。上下不对称，平均分量（直流分量）不为零。经环路滤波积分作用，控制电压中的直流分量不断增加，牵引着严控振荡器的平均频率不断向信号频率靠拢。经一定时间，平均频差减小到进入快捕带，频率捕获结束。进入相位捕获，相差变化不在超越一个周期,环路滤波对差怕电压中的交流进行按比例衰减，直流分量进行积分。二阶环的捕获过程是个牵引的过程，一阶环视渐进稳定过程,图4-3 二阶环的

28、牵引模型,改善环路的捕获性能，总希望捕获带宽，捕获时间短。提高增益或增加滤波器带宽可以加大捕获带设法减小作用到环路上的起始频差，缩短环路的捕获时间。但是加大环路增益或滤波器带宽与提高环路的跟踪性能和滤波性能的要求相矛盾。所以在实际应用中，采用一些辅助捕获的办法，同时也有效克服了延滞和假锁现象。,第4节 辅助捕获方法,相位捕获时间远小于频率捕获时间，在工程计算PLL的捕获时间一般忽略。但是，随着频率捕获技术的改进，频率捕获时间大大缩短。如在TDMA数字卫星通信系统中，苛刻的同步要求下必须考虑相位的捕获。辅助频率捕获的出发点（1)减小作用到环路上的起始频差，如人工电调、辅助扫描、辅助鉴频和鉴频鉴相

29、等（2）使用两种不同的环路带宽或增益，即变带宽和变增益法。,第5章 集成锁相环路,第1节 概述第2节 集成鉴相器第3节 集成压控振荡器第4节 通用单片集成锁相环第5节 集成频率合成器,第1节 概述,锁相环路在电子技术领域应用十分广泛，为了方便调整，期望它能集成化、数字化、小型化和通用化。现在集成芯片很多集成锁相环路的特点锁相环是一个相位反馈控制系统，最大特点是可以不用电感线圈，实现对输入信号频率和相位的自动跟踪。锁相集成电路的分类锁相集成电路种类很多。可分为模拟式与数字式两大类。,第6章 锁相环路的应用,第1节 跟踪滤波器第2节 调制器与解调器第3节 频率合成第4节 载波同步第5节 位同步第6

30、节 FM立体声解码 第7节 彩色副载波同步第8节 电动机转速控制第9节 锁相接收机第10节 其它应用,锁相换路应用,1.载波跟踪特性：窄带：有效滤除噪声与干扰跟踪：保持在窄带特性情况下跟踪输入载波频率的漂移，普通滤波不行将弱输入载波信号放大为强信号输出。2.调制跟踪特性3.低门限特。锁相环的门限取决于环路信噪比，故环路能在底输入信噪比条件下工作，这样，只要将环路设计成窄带，就可把淹没在噪声中的微弱信号提取出来。,第1节 跟踪滤波器,跟踪滤波器是一个带通滤波器，其中心频率能自动地跟踪输入信号载波频率的变化。由锁相环路工作原理知道，锁相环路本身就具有这样的性能，只是其输出信号的相位可能(取决于所用

31、鉴相器的类型)与输入信号相位差90而已。,图6-1(b)为输入衰落信号情况下，锁相环路的输入与输出信号的波形。锁相环路作为跟踪滤波器时应从压控振荡器输出uo(t)，在窄带设计条件下它是经过提纯的输入信号载波，可用于信号的相干解调等。,图6-1 锁相环路跟踪衰落信号,根据压控振荡器的特性，它的瞬时振荡频率,当环路锁定时，v(t)=i(t)，因而,瞬时频偏，调制信号决定,一、跟踪特性 锁相环路的跟踪特性是可以测量的。以CMOS集成锁相环路5G4046构成的跟踪滤波器如图6-2(a)。在电源电压为10V，中心频率fo=100kHz的情况下，用XY记录仪直接测得的结果如图6-2(b)。扫描范围覆盖环路

32、的同步范围，速率足够低，保证滤波输出电压能跟上变化，这样，输入扫描信号（正比与环路输入频率）与控制电压（正比于VCO的瞬时频率）之间的关系，即为环路的跟踪特性。,图 6-2 锁相环路跟踪特性的测量,图 6-2 锁相环路跟踪特性的测量,当输入频率下降时得到图中实线，在fi=f3=1208kHz处环路捕获，在fi=f1=41kHz处失锁。由此可算得环路的同步带,捕获带,第4节 载波同步,在相干解调中，要求接收端提供一个参考载波，与信号载波同步，称相干载波.插入导频法和相移键控法插入导频法：在发送信号的同时，辅助发送一个较弱的载波信号相移键控法：直接从已调信号中提取相干载波 一、平方环 接收信号本身

33、虽然没有载波的频谱分量,但显然内中含有载频的信息,只要经过非线性变换即可产生载波的倍频分量,例如BPSK信号 ui(t)=Uim(t)sinot+1(t)(6-40),第5节 位同步,位同步（码元同步）：在接收端确定每一个码元的起止时刻。外位同步：在传送数字信号的同时，再专门传送一个位同步信号。自同步法：数字信号自身可能并不含有位速率的频谱成分，但却含有位速率信息，用专门设计的电路系统可将同步信号提取出来。分为开环滤波和闭环锁定,空间技术中，测速与测距是确定飞行器运行轨道的两种手段。都依靠接收飞行器发来的信号进行测量。问题：发射功率小，通信距离远，信号微弱；多普勒频移及振荡器的频漂，接收机的中

34、频通带必须足够宽。故接受解调器前的信号噪声功率必然相当低，必须使用窄带锁相跟踪接收机。,第9节 锁相接收机,第6章 锁相频率合成器,第1节 频率合成概述第2节 单环锁相频率合成器第3节 变模分频锁相频率合成器第4节 多环锁相频率合成器第5节 小数分频锁相频率合成器第6节 集成锁相频率合成器第7节 锁相频率合成器实例,第1节 频率合成概述,一、频率合成的基本含义 频率合成：将一个高精确度和高稳定度的标准参考频率，经过混频、倍频与分频等对它进行加、减、乘、除的四则运算，最终产生大量的具有同样精确度和稳定度的新的频率输出。频率合成技术是研究高性能频率源的一门技术。晶振的频率是单一的，许多无线电设备都

35、要求在一个很宽的频率范围内提供大量稳定的频率点，每个点都要有较高的准确度和稳定度。例短波SSB通信机，要求在230MHz范围内，提供以100Hz为间隔的28万个频率点，每个频点都要求较高的频率准确度和稳定度,三、频率合成的方法1.直接频率合成（DS）利用混频器、倍频器、分频器和带通滤波器来完成对频率 的四则运算。问题：混频输出的和、差频靠得太近，滤波器难以实现。解决：双混频分频技术、漂移抵消技术,混频器,滤波器,f1,f2,双混频分频方案,f1、f2为辅助频率，且满足,双混频分频方案特点：1.实用，可得到较好的混频比，放宽对BF指标要求；2.多个模块级联，可形成任意分辨力；3.可在级联的每一级

36、中使用相同的BF、f1、f2,2.锁相频率合成（IS）它是一种间接合成方法，目前应用最为广泛。,在环路锁定时，鉴相器两输入的频率相同，即 fd是VCO输出频率fo经N次分频后得到的，即,解决：下变频PLL合成器:,fo=Nfr+fM,前置分频：在可编程分频器的前端加一个固定模数V的前置分频器。ECL或CaAs的固定模数分频器可工作到1GHz以上，这就大大提高了合成器的工作频率。,前置分频环问题：分辨率降低解决：变模分频、小数分频、多环技术,一、双模分频合成器,在一个完整的周期中，输入的周期数为 D=(V+1)N2+(N1-N2)V=VN1+N2 若V=10，则 D=10N1+N2，fo=Dfr,后置分频：用高参考频率而且仍能得到高频率分辨力的一种可能的方法是，在锁相环路的输出端再进行分频，如图VCO输出频率经M次分频之后为,多环合成器中用几个PLL：高位环提供分辨率差但较高的频率输出，低位环提供分辨率高但较低的频率输出，再用一个环路将这两部分输出加起来，从而获得分辨率高，工作频率也高且频率转换快速的合成输出。,