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第一章
一.锁相环组成
PLL两种工作状态:捕获状态和锁定(或称同步)状态
锁定后频差,相差为
基本锁相环的组成:
⑴ 鉴相器(Phase Detector)---PD
⑵ 环路滤波器(Loop Filter)---LF
⑶ 压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator)---VCO
为输入量的瞬时相位。
为输入量的瞬时相位。
各部分分析:
1.鉴相器 是一个相位比较器,用于比较与之间的相位差
再经过低通滤波器(LPF)滤除成分之后,得到误差电压
令 为鉴相器的最大输出电压,得到
2.环路滤波器及其传输函数
环路滤波器是一个线性电路,在时域分析中可用一个传输算子来表示,其中是微分算子;在频域分析中可用传递函数表示,其中是复频率;若用代入就得到它的频率响应,故环路滤波器模型可表示为图
定义控制电压
(1)RC积分滤波器这是结构最简单的低通滤波器,
传输算子:,
是时间常数,这是这种滤波器唯一可调的参数。
令p=jΩ,并代入(1-18)式,即可得滤波器的频率特性:
低通特性,相位滞后。当频率很高时,幅度趋于零,相位滞后接近于。
(2)无源比例积分滤波器无源比例积分滤波器如图1-9(a)所示,它与RC积分滤波器相比,附加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。
传输算子:
;是两个独立的可调参数。
频率特性:
据此可作出对数频率特性,如图1-9(b)所示。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
图1-9 无源比例积分滤波器的组成与对数频率特性 (a)组成 (b)频率特性
低通特性。
从相频特性上看,当频率很高时有相位超前校正的作用,这是由相位超前因子引起的。这个相位超前作用对改善环路的稳定性是有用的。
(3)有源比例积分滤波器有源比例积分滤波器由运算放大器组成,电路如图
它的传输算子:,;;
是运算放大器无反馈时的电压增益
若运算放大器的增益很高,则传输算子可以近似为
图1-10 有源比例积分滤波器的组成与对数频率特性 (a)组成 (b)频率特性
负号对环路的工作没有影响,分析时可以不予考虑。故传输算子可以近似为
式中τ1=R1C。(传输算子的分母中只有一个p,是一个积分因子,故高增益的有源比例积分滤波器又称为理想积分滤波器。显然,A越大就越接近理想积分滤波器。此滤波器的频率响应为
低通特性,比例作用。相频特性有超前校正。
3.压控振荡器
压控振荡器是一个电压-频率变换装置,在环中作为被控振荡器,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
是压控振荡器的瞬时角频率;
为控制灵敏度或称为增益系数,单位是。
由于压控振荡器的输出反馈到鉴相器上,对鉴相器输出误差电压起作用的不是其频率而是其相位
即
改写成算子形式为
二 关于捕获锁定两种工作状态
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。一般情况,输入信号频率ωi与被控振荡器自由振荡频率ωo不同,即两者之差Δωo≠0。若没有相位跟踪系统的作用,两信号之间相差
锁定状态
捕获状态终了,环路的状态稳定在
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
常数
评价捕获过程性能有两个主要指标。一个是环路的捕获带Δωp,即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。
另一个指标是捕获时间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
捕获时间Tp的大小除决定于环路参数之外,还与起始状态有关。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。
三 动态方程
令环路增益锁相环路动态方程的一般形式
:环路的瞬时频差;
。当输入固定频率信号时,就是固有频差;
:瞬时相差作用下的误差电压瞬时值
:误差电压经环路滤波器过滤之后加到VCO上的控制电压瞬时值
:控制电压加到VCO上所引起振荡频率相对于自由振荡频率的频差,即控制频差
由此得到动态方程物理概念上的含意:瞬时频差=固有频差-控制频差。
锁相环路的稳态相差。
四一阶锁相环路捕获锁定与失锁
五 课堂讲解的例题及作业
第二章
一 写传输函数
相频特性:反映不同频率信
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