通信电路原理笫7章锁相环路.ppt
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1、笫7章 锁相环路,一、锁相环路的基本概念反馈控制电路概 述 PLL各部件的特性与数学模型二、PLL的线性分析P L L 的线性模型与传递函数P L L 的稳态相差PLL的稳定性(*)三、PLL的非线性分析一阶环路的非线性分析 二阶环路的非线性分析四、集成锁相环介绍PLL电路实例与应用举例,PLL基本原理PLL的环路方程与相位模型P L L 的跟踪特性P L L 的频率特性PLL的噪声特性(*),一、锁相环路的基本概念,1、锁相环路是一种相位反馈控制系统。,比较器,可控设备,反馈环节,r(t),e(t),y(t),反馈控制系统原理框图如下:,反馈控制电路的特点自动调节系统。若反馈控制电路的输入、
2、输出量之间的关系偏离了预定的关系式,通过比较器,检测并输出相应的误差电压,该电压去控制可控设备对输出量进行调节,最后使输入、输出量之间接近预定的关系 改善系统性能。反馈控制电路是依靠误差进行调节的,一般都存在稳态误差,是一种有误差的控制电路。,1、AGC(自动增益制),反馈控制电路,需调节量,可控设备,比较器,稳态误差,电压或电流,根据需要比较和调节的参量不同,反馈控制电路分以下几类:,检波器,可控增益放大器,电压或电流差,2、AFC(自动频率控制),频率,鉴频器,压控振荡器(VCO),频差,3、PLL(Phase Locked Loop),相位,鉴相器,压控振荡器(VCO),相差(无频差),
3、PLL广泛用于滤波、频率综合、调制与解调、信号检测等方面。,思考:与反馈放大器有何、异同?,2、PLL组成方框图及基本工作原理:,(1)三个基本部件组成:鉴相器,环路滤波器和压控振荡器。,(2)基本工作原理:鉴相器比较压控振荡器输出信号 与输入信号 的相位,并输出正比于相位差的误差电压。,经环路滤波器滤波(也可能包括放大),滤除高频分 量后,成为压控振荡器的控制电压。,在 的作用下,压控振荡器输出信号的频率将不断变化(向输入信号频率靠拢)并将相位反馈到鉴相器。直至环路进入锁定状态:VCO的输出频率等于Vi(t)的频率。鉴相器输出一恒定直流电压。,PLL的工作状态,(2)锁定状态VCO跟踪输入信
4、号频率与相位的漂移或调制 变化的过程。(同步带内),当PLL达到稳定状态后,若输入信号为一固定频率的正弦波,则压控振荡器的输出信号频率与输入信号频率相等,它们之间的相位差为一常值。,锁相环路具有两种工作状态:,(1)捕获状态环路由失锁进入锁定的过程;,锁定状态的特点:只有稳态相差,无频差。,当系统开始工作时,压控振荡器的频率将向着接近输入信号频率的方向变化,这就是捕获状态。(捕捉带内),锁相环通常有两种不同的跟踪状态:调制跟踪与载波跟踪。,压控振荡器的输出信号跟踪输入的调制信号变化(环路带宽 较宽)。这种状态就是调制跟踪状态,并称这种锁相环路为“调制跟踪环”。调制跟踪环可实现高质量的调角信号的
5、解调。,压控振荡器的输出信号频率只跟踪输入信号的载频,那么 就称之为载波跟踪状态,这叫载波跟踪环,或称“窄带跟踪环”。,PLL的工作状态(续),载波跟踪环用于相干解调中提取载波。,常用的鉴相器有以下几类:数字鉴相器、模拟相乘器、抽样鉴相器和鉴频鉴相器等。,作为原理分析,通常使用具有正弦鉴相特性的鉴相器。,式中,为输入信号 的瞬时相位;,为压控振荡器输出信号 的瞬时相位。,(1)鉴相器(PD):完成输入信号与压控振荡信号之间 的相位差到电压的变换。,3、PLL各部件的特性与数学模型,(1)鉴相器(续2)鉴相器的两个输入端信号,输入参考信号vi(t)的中心角频率为i0,i(t)为以i0t为参考相位
6、的瞬时相位-如果输入信号为单频正弦波,那么i(t)为常数;如果输入是一个调相波,那么i(t)按调制信号的规律而变化压控振荡器输出信号vo(t)的中心角频率为o0,o(t)为以o0t为参考相位的瞬时相位-o0是VCO的自由振荡角频率(未加控制信号vp(t)时的振荡频率),(1)鉴相器(PD)(续3)统一参考相位:,一般情况下,两信号的频率是不同的。为了便于比较,现统一以VCO 的自由振荡相位 为参考,于是输入信号相位需改写为:,式中:,改写输入和输出信号表示式:,(1)鉴相器(续4)正弦鉴相特性,输入信号与输出信号经过相乘器后得到:,再经过低通滤波滤除 成分,便得到误差电压:,令,,不难看出 为
7、鉴相器的最大输出电压,它在一定程度上反映了鉴相器的灵敏度。单位为(V)。,正弦鉴相特性,(1)鉴相器(PD)(续4),则上式 可写成:,鉴相特性可写成线性表示式:,讨论:,若用 代表相乘器两个输入信号的瞬时相位误差,即,假设,则,单位V/rad,鉴相器的功能体现在两方面:一是比较,将两个相位相减;二是鉴相,将相位差转换为误差电压。该电压在环路锁定前不断变化,进行频率搜索,一旦找到输入信号频率,鉴相器输出恒定误差电压,用于保持环路锁定。鉴相器的两个重要指标是鉴相灵敏度(希望高)和线性鉴相范围(希望大)。,正弦鉴相特性,(2)环路滤波器(LF),锁相环路中的滤波器是线性低通滤波器,它主要有两个功能
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