锁相技术第三章 环路噪声性能.ppt

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  第一节 环路的加性噪声相位模型   图 3-1为仅计及输入白高斯噪声n(t)作用的锁相环路的基本组成。图中ui(t)为环路输入信号电压, 其表示式为 (3-1)   经环路前置带通滤波器的作用, n(t)为一个窄带白高斯噪声电压, 可表示为(见附录一) (3-2)  图 3-1 有输入噪声时环路的基本组成   这样, 加在环路输入端的电压是信号与噪声之和, 即 压控振荡器输出电压为                          (3-3) ui(t)+n(t)与uo(t)经鉴相器相乘作用, 并略去二次谐波项后, 其输出为                          (3-4) 式中 为瞬时相位误差;                          (3-5) 为等效相加噪声电压; 为误差电压的幅度。   显然, ud(t)经环路滤波器处理后加至压控振荡器输入端, 压控振荡器的输出相位θ2(t)则为                          (3-6) 或表示为                          (3-7)   (3-7)式就是考虑输入白高斯噪声时环路的非线性随机微分方程, 与之对应的环路噪声相位模型如图 3-2所示。与无噪声时环路相位模型相比, 在鉴相器输出端增加了相加项N(t)。按照(3-5)式, N(t)也是一个随机的变化量, 其统计特性同nc(t)、ns(t)及θ2(t)有关。 图 3-2 有输入噪声时环路相位模型   在环路带宽比输入信号带宽窄得多时, 则仅由输入噪声作用引起的环路输出相位θ2(t)的变化要比nc(t)、ns(t)慢得多, 因而可认为θ2(t)与nc(t)、ns(t)互不相关。在这个前提下, 根据 nc(t)、ns(t)的性质, 不难证明N(t)也是均值为零、自相关函数与nc(t)、ns(t)的自相关函数相同的窄带白高斯噪声, 而且方差值为  第二节 对输入白高斯噪声的线性过滤特性   在线性近似下, 输入噪声等效为N(s)的环路的线性化噪声相位模型如图 3-3(a)所示。对线性系统, 运算上可使用拉氏变换, 故图 3-3中使用了拉氏算符s。 图 3-3 有输入噪声时环路线性化噪声相位模型 (a) 等效为N(s);(b) 等效为θni(s)   由于环路已近似为线性系统, 研究环路对噪声电压N(t)的响应就成为环路对噪声的线性过滤问题。此外, 对于线性系统, 若只研究噪声的过滤问题, 可令输入信号相位θ1(s)=0, 这不影响分析的结果。按照图 3-3(a)所示模型, 可列出环路方程式为 因此得                          (3-9) 若将(3-9)式中N(s)/Kd看做等效输入相位噪声θni(s), 则有 (3-10) 一、环路输出噪声相位方差   前面已经谈到, 等效相加噪声电压N(t)是一个功率谱在[ 0,Bi/2 ] 区域内均匀分布的白高斯噪声电压, 其单边功率谱密度为2(Ud2/Ui2)No, 故等效输入相位噪声qni(t)的单边功率谱密度为                          (3-11) 对应地, 环路等效输入相位噪声方差则为                          (3-12)   按照(3-10)式, 可获得经环路过滤后的输出相位噪声的单边功率谱密度    为 (3-13) 环路输出相位噪声方差 (3-14)   通常, 环路带宽

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