第7讲_集成锁相环路分解.ppt

f0 7.3 集成锁相环路的应用 FM调制电路 组成框图 工作原理 压控振荡器直接用于调频 利用锁相环的锁定特性，得到稳定的载波频率 7.3 集成锁相环路的应用 AM同步解调电路 组成框图 工作原理 利用锁相环来产生与AM信号载波同频同相的解调参考信号 7.3 集成锁相环路的应用 锁相跟踪滤波器 跟踪滤波器： 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 特点： 即使外输入信号消失 或淹没在噪声中， 仍能保持环路的锁定 * 模拟集成电路原理与应用 王青蒂 qingdiwang@ 第7讲 集成锁相环路 7.1 锁相环路的工作原理 7.2 集成锁相环路中的单元电路 7.3 集成锁相环路的应用 7.1 锁相环路的工作原理 锁相技术 锁相 使自激振荡器的振荡信号和基准信号的频率保持相等，而相位保持某一个固定的最小差值 锁相环路（PLL）：实现锁相 相位反馈自动控制电路 可高性能地完成信号的提取、同步、追踪 以及完成调制、解调、相位检测、频率合成等功能 7.1 锁相环路的工作原理 锁相环路的组成 组成框图 鉴相器（PD） 环路滤波器（LF） 压控振荡器（VCO） vi(t) vd(t) vc(t) vo(t) vo(t) 7.1 锁相环路的工作原理 锁相环路的组成 鉴相器 实现相位差—电压变换 将输入基准信号vi(t)与压控振荡器输出信号vo(t)的相位进行比较，产生对应于两信号相位差的误差电压vd(t) 多采用具有正弦鉴特性模拟乘法器 鉴相器工作原理以及各信号相位定义 输入信号、压控振荡器输出信号 vi(t) vd(t) vo(t) ?ot是压控振荡器固有振荡相位，以此改写输入信号瞬时相位： 7.1 锁相环路的工作原理 锁相环路的组成 鉴相器工作原理以及各信号相位定义 输入信号、压控振荡器输出信号 输入信号瞬时相位： 其中： 又令 锁相环输入输出信号可改写为： 为固有角频差 均以固有振荡相位?ot为参考 7.1 锁相环路的工作原理 锁相环路的组成 鉴相器工作原理以及各信号相位定义 鉴相器输出误差电压vd(t) 乘法器输出： 经低通滤波后的实际输出电压： 其中 为鉴相灵敏度 为两信号的瞬时相差 Kd Kd 7.1 锁相环路的工作原理 锁相环路的组成 环路滤波器 线性低通滤波器 抑制高频分量，获得更纯的控制电压vc(t) 用于控制压控振荡器的输出频率?v 环路滤波器的传递函数描述 时域描述（线性微分方程） 频域描述（拉氏变换） vc(t) vd(t) Vc(t) Vd(t) 7.1 锁相环路的工作原理 锁相环路的组成 压控振荡器 电压—频率（电压—相位）变换电路 振荡瞬时角频率?v(t)随控制电压vc(t)而变化 在较大范围内， ?v(t)与vc(t)成线性关系 控制特性方程为： 其中?o为固有振荡频率 Ko为控制灵敏度，量纲为rad/s·V 7.1 锁相环路的工作原理 锁相环路的组成 压控振荡器 输出电压的瞬时相位θ2(t)直接影响鉴相器的输出 改写成微分算子形式： 数学模型： vc(t) 7.1 锁相环路的工作原理 锁相环路相位模型和基本方程 相位模型 环路微分方程： vd(t) vc(t) 7.1 锁相环路的工作原理 锁相环路相位模型和基本方程 环路微分方程： 当输入信号vi(t)的角频率?i和初相位θi均为固定值时 因此在任何时刻 为环路瞬时角频差 固有角频差 控制角频差 7.1 锁相环路的工作原理 锁相环路的捕捉、锁定与失锁 捕捉过程 初始时刻，外输入信号角频率?i与固有振荡角频率?o不相等也不相干 鉴相器输出这两个信号的差拍信号 若 大于环路低通滤波器的通频带，差拍信号被滤除，不能形成控制电压，压控振荡器输出角频率仍为?o ，系统不发生改变 若 在环路低通滤波器的通频带内，差拍信号通过环路滤波器控制压控振荡器，产生中心频率为?o的调频信号 上下对称的正弦波 为固定值 7.1 锁相环路的工作原理 锁相环路的捕获、锁定与失锁 捕捉过程 中心频率为?o的调频信号立即送返至鉴相器 鉴相器输出正弦波和调频波的差拍波 差拍波不再是正弦信号，正负半周不对称 不对称的差拍波的直流、基波分量被环路滤波器保留，加到压控振荡器 直流分量使压控振荡器的中心频率向?i偏移 中心频率的偏移使得差拍信号的频率变低，直流分量变大 使得压控振荡器的角频率更快地靠近?i 7.1 锁相环路的工作原理 锁相环路的捕获、锁定与失锁 锁定 直到压控振荡器输出的瞬时角频率 鉴相器输