第1章 锁相环路的基本工作原理nh.ppt

第1章 锁相环路的基本工作原理 第1节 锁定与跟踪的概念 第2节 环路组成 第3节 环路的动态方程 第4节 一阶锁相环路的捕获、锁定与失锁 第1节 锁定与跟踪的概念 锁相环路(PLL)是一个相位跟踪系统, 是关于相位的负反馈自动控制系统。 Ui是输入信号的幅度； ωi是载波角频率； θi(t)是以载波相位ωit为参考的瞬时相位。 若输入信号是未调载波（固定频率）,θi(t)即为常数,是ui(t)的初始相位；若输入信号是角调制信号(包括调频调相),θi(t)即为时间的函数。 Uo是输出信号的幅度； ωo是环内被控振荡器的自由振荡角频率； θo(t)是以自由振荡的载波相位ωot为参考的瞬时相位,在未受控制以前它是常数,在输入信号的控制之下,θo(t)即为时间的函数。 Uo是输出信号的幅度； ωo是环内被控振荡器的自由振荡角频率； θo(t)是以自由振荡的载波相位ωot为参考的瞬时相位,在未受控制以前它是常数,在输入信号的控制之下,θo(t)即为时间的函数。 二、捕获过程 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。 一般Δωo≠0，若没有相位跟踪系统的作用,两信号之间相差将随时间不断增长。 三、锁定状态 同步（跟踪）状态：捕获状态终了,环路的状态稳定在 将此式代入输出信号表达式： 由上可知,在输入固定频率信号的条件之下,环路进入同步状态后,输出信号与输*入信号之间频差等于零,相差等于常数,即 四、环路的基本性能要求 1.捕获过程性能主要指标: 环路的捕获带Δωp:环路能通过捕获过程而进入同步状态所允许的最大固有频差｜Δωo｜max。若ΔωoΔωp,环路就不能通过捕获进入同步状态。故 捕获时间Tp:它是环路由起始时刻t0到进入同步状态的时刻ta之间的时*间间隔,即 决定于环路参数及起始状态有关。一般情况下输入起始频差越大,Tp也就越大。通常以起始频差等于Δωp,来计算最大捕获时间,并把它作为环路的性能指标之一。 2.同步状态主要性能指标: 环路的同步带ΔωH:环路能够保持锁定状态所允许的最大固有频差｜Δωo｜max。 ΔωoΔωH,环路将不能维持锁定。 第2节 环路组成 一、鉴相器 作用：是一个相位比较装置,用来检测输入信号相位θ1(t)与反 馈信号相位θ2(t)之间的相位差θe(t)。输出的误差信号 ud(t)是相差θe(t)的函数。 鉴相特性有正弦形、三角形以及锯齿形特性等等。 设相乘器的相乘系数为Km［单位为1／V］,输入信号ui(t)与反馈信号uo(t)经相乘作用 再经过低通滤波器(LPF)滤除2ωo成分之后,得到误差电压 二、环路滤波器 低通特性, 对环路参数调整起着决定性的作用。 线性电路：传输算子F(p)来表示, p(≡d／dt) 传递函数F(s)表示, s是复频率； s=jΩ代入，就得到它的频率响应F(jΩ) 1. RC积分滤波器 多了一个与电容器串联的电阻R2,这样就增加了一个可调参数,它的传输算子为 这也是一个低通滤波器,与RC积分滤波器不同的是,当频率很高时 传输算子 式中τ1=(R1+AR1+R2)C；τ2=R2C； A是运算放大器无反馈时的电压增益。