锁相环路(PLL).ppt

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 笫8章 锁相环路（PLL）及其他反馈控制电路 主要教学内容 三种反馈控制电路：PLL、AGC和AFC 锁相环路的构成及基本原理。 环路的锁定、捕捉和跟踪；环路的同步带和捕捉带 锁相环的数学模型。 锁相环路的应用 教学重点 锁相环的构成及基本原理 环路的锁定、捕捉和跟踪；环路的同步带和捕捉带 锁相环的数学模型 教学难点 锁相环的基本原理 环路的锁定、捕捉和跟踪 锁相环的数学模型 课时分配 总计2学时。 8.1 锁相环路 锁相环路的基本特性 二、锁相环的构成及基本原理 三、各组成部分分析 （1）正弦波鉴相器的数学模型 （1）正弦波鉴相器的数学模型（续） （2）正弦波鉴相器线性化的数学模型 2、环路滤波器（LF） （1）RC积分滤波器 （2）无源比例积分滤波器 （3）有源比例积分滤波器 3、压控振荡器（VCO） 3、压控振荡器（续） 四、锁相环的数学模型 五、环路的锁定、捕获和跟踪 3、环路的跟踪 六、环路的同步带和捕捉带 8.3 锁相环路的应用 一、在调制解调技术中的应用 实现锁相调频的条件 CC4046锁相调频实际电路 2、锁相鉴频电路 CD4046锁相解调电路 NE-564调相解调电路 工作电压12V 二、在空间技术上的应用 窄带跟踪滤波器——锁相接收机 三、在稳频技术中的应用 振荡器的稳定与提纯 振荡器的稳定与提纯 2、频率合成器 8.4 自动增益控制电路 8.5 自动频率控制电路 第八章 小结 1、用于振荡器的稳定与频谱提纯 AGC，Automatic Gain Control： 在输入信号幅度变化很大的情况下，用改变增益的方法，维持输出信号幅度基本不变的一种反馈控制系统。 AFC，Automatic Frequency Control： 在输入信号频率变化很大的情况下，利用反馈，控制振荡器输出信号频率，使之稳定的一种反馈控制系统。 三种反馈控制电路：PLL、AGC和AFC 锁相环路是一个相位误差控制系统，其基本组成部分为： 鉴相器 环路滤波器 压控振荡器 锁相环路的锁定、捕获、跟踪、入锁、失锁 锁相环路的应用广泛 * * 一、基本概念 三种反馈控制系统 自动相位控制 （APC，Automatic Phase Control）电路， （又叫锁相环路PLL ，Phase Locked Loop) 是一种相位反馈控制系统。 将参考信号与输出信号间的相位进行比较，产生相位误差电压来调整输出信号的相位，以达到与参考信号同频的目的。 特点：锁相环路控制的是信号的相位，即误差信号是相位， 所以稳定时只有相差。 自动频率控制（AFC，Automatic Frequency Control）电路 是一种频率反馈控制系统。控制的是信号的频率。 特点：误差信号是频率，所以稳定时有频差。 自动增益控制（AGC，Automatic Gain Control）电路： 在输入信号幅度变化很大的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化的一种自动控制电路。 锁定时无频差 环路锁定时输出与输入之间只有一固定的相位差，频带差则等于零。因而可实现无误差的频率跟踪。 良好的窄带跟踪特性 环路锁定时可以对噪声进行过滤，完成窄带滤波器的作用。 良好的调制跟踪特性 可以设计成跟踪输入信号的瞬时相位变化。这时环路既可输出经过提纯的已调制信号，也可作为解调器输出解调信号。 门限性能好 易于集成化 基本部件都易于采用模拟集成电路。 1、鉴相器（PD） 常用的鉴相器有数字、模拟、抽样和鉴频鉴相器等。 作为原理分析，通常使用具有正弦鉴相特性的鉴相器。 设输入信号为： 式中，U1m为正弦信号的振幅，ωi为中心角频率，θi(t)是以载波相位ωit为参考的瞬时相位。若输入信号为一固定的正弦波，则θi(t)=θi是一常数， 即ui(t)的初始相位。 式中，U2m为余弦信号的振幅，ωo为环路VCO的自由振荡角频率，θo(t)是输出信号以自由振荡相位ωot为参考的瞬时相位。 设输出信号为： 固有频差 两信号经乘法器相乘后，设乘法器的增益系数为Am（单位为1/V）。则输出为： ud随两信号的相位差作周期性的正弦变化 →正弦波鉴相器 Kd为鉴相器的最大输出电压，在一定程度上反映了鉴相器的灵敏度。单位为（V）。 作拉氏变换，得到频域内的鉴相特性： 线性低通滤波器 锁相环路中通常采用一阶滤波器电路；有时需要较强地抑制鉴相器输出中的交流分量时，也采用高阶滤波电路。 两个功能： 滤除误差信号中的高频分量及噪声； 为锁相环路提供一个短期的记忆，如果系统由于瞬时噪声而失锁，可确保锁相环路迅速重新捕获信号。 组成——线性元件电阻、电容和电感及运算放大器。 锁相环路中通常采用的滤波器电路 RC积分滤波器 无源比例积分滤