锁相技术第六章　集成锁相环路.ppt

　　　　　　第一节　概　　述　　1. 集成锁相环路的特点　　锁相环是一个相位反馈控制系统，最大特点是可以不用电感线圈，实现对输入信号频率和相位的自动跟踪。由于锁相环路易于集成化，且性能优越，所以锁相集成电路已成为继集成运算放大器之后，又一个用途广泛的多功能集成电路。 　　2. 锁相集成电路的分类　　锁相集成电路种类很多。按电路程式可分为模拟式与数字式两大类。按用途，无论模拟式还是数字式，又都可分为通用型与专用型两种。 　　 　　3. 工艺特点　　锁相集成电路的工艺比较复杂，涉及的工艺种类较多。一般来说，模拟型以线性集成电路为主，而且几乎都是双极性的。数字型是用逻辑电路构成的，以TTL(包括HTTL、LSTTL、STTL等)电路为主。在要求高速的逻辑电路中采用ECL电路。 　　　　第二节　集 成 鉴 相 器一、模拟乘法器　　用模拟乘法器作鉴相器，便于集成化，它在单片模拟集成锁相环中广泛采用。目前许多技术可以完成相乘作用，但在集成化模拟乘法器中运用最普遍的是所谓“可变跨导”法。 　　图 6-1示出了平衡模拟乘法器的原理图。电路由两个差动对V1、V2和V3、V4以及恒流源IO组成。RL为差动对的负载电阻，它与电容C组成低通滤波器。u1(t)、u2(t)为输入电压。ud(t) 为输出误差电压。u1(t)控制Ic3在 V1、V2中的分配，故Ic1、Ic2与Ic3、u1(t)都有关，u2(t)控制IO在V3、V4中的分配，故Ic3 与 IO、u2(t)有关。最终Ic1、Ic2与u1(t)、u2(t)有关，亦即 ud(t)与u1(t)、u2(t)有关。若V1～V4特性完全一致，同时设 　　　　　　　u1(t)=U1 sin(ωt－θe)　　　　　　　(6-1) 　　　　　　　　u2(t)=U2 cos ωt　　　　　　　　　(6-2) 　　则分析表明：　　(1) 当u1(t)、u2(t)均为高电平时，有 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(6-3)式中UR=(1／2)IORL。可见，输出电压平均值与输入信号u1(t)、u2(t)无关。乘法器具有三角形鉴相特性，如图6-2所示。 图6-1　平衡模拟乘法器原理图 图6-2　模拟乘法器三角形鉴相特性 　　误差电压最大值为+UR，最小值为－UR，鉴相特性斜率为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(6-4)　　(2) 当u1(t)为低电平，u2(t)为高电平时，有 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(6-5) 　　(3) 当u1(t)、u2(t)均为低电平时 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(6-6)可见，输出电压平均值与U1、U2的乘积成正比，乘法器同样具有正弦形鉴相特性。 　　分析表明，当u1(t)为低电平，u2(t)为高电平时，有 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(6-7)可见，在这种工作条件下，双平衡模拟乘法器仍具有正弦形鉴相特性，但双端输出平均误差电压比平衡模拟乘法器大了一倍。 图6-3　双平衡模拟乘法器原理图 图6-4　MC1496／1596模拟乘法器 　　由前面分析可以看出，平衡模拟乘法器与双平衡模拟乘法器输出平均电压的系数与绝对温度T有关。当温度T升高30℃时，系数缩小10％，这就使锁相环路增益及其它性能随温度发生变化。为了克服这个缺点，并扩大u1(t)的输入线性动态范围，目前又出现了新的改进电路，如图6-5所示。 　　在这种电路中，输入信号u1(t)先经过V7、V8后，再送入双差动电路。这时，(6-7)式中的U1被二极管VD1和VD2的正向压降之差所代替。由于ΔUD与温度有关，将ΔUD代入(6-7)式，可把关于温度T的因子消去，得 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(6-8)式中 图6-5　改进后的双平衡模拟乘法器 图6-6　MC1495／1595模拟乘法器 　　根据本电路的特定设计，负载电阻在电路中已做好，所以1、2端差动输出的电压可写成 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(6-9)式中u1(t)、u2(t)为相乘器的两个输入电压(V)，Re1和Re2分别为接在6、7端和8、9端的增益调整电阻(kΩ)。 图6-7　XR-2208方框图 图6-8　XR-2208原理电路图 二、数字式鉴频鉴相器　　数字式鉴频鉴相器是用脉冲后沿触发来进行工作的，属边沿触发型电路。它不仅有鉴相功能，而且还有鉴频功能。这种鉴相器最早来自摩托罗拉公司公布的MC4044的芯片中。 图6-9　数字式鉴频鉴相器电路 图6-10　同频鉴相波形 (a) R与V同相；(b) R滞后V；(c) R超前V 图6