《通信电子线路》第十章.ppt

高频电子线路  7.1 锁相环路 7.1 锁相环路 一、锁相环路的基本工作原理 各组成部分作用 2. 工作原理 当VCO的角频率wo（或输入信号角频率wi）发生变化时，输入到PD的电压uo（t）和ui（t）之间将产生相应的相位变化，鉴相器输出一个与相位误差成比例的误差电压ud（t） ，经过LF取出缓慢变化的直流电压uC （t） ，去控制压控振荡器输出信号的频率和相位，使得uo（t）和ui（t）间的频率和相位差减小，直到压控振荡器输出信号的频率等于输入信号频率时，相位差等于常数，锁相环路进入锁定状态。 二、鉴相器的数学模型 ⒈ 瞬时相位差表达式 ⒉ 模拟相乘器的鉴相作用 ⒊ 鉴相器的数学模型 三、环路滤波器的数学模型 ⒈无源及有源比例积分滤波器 ⒉环路滤波器数学模型 四、压控振荡器的数学模型 ⒉ 压控振荡器的特性曲线 ⒊ 压控振荡器的数学模型 ⒊ 压控振荡器的数学模型 五、锁相环路的数学模型和相位模型 六、锁相环路的捕捉和跟踪 注意：并不是任何情况下环路都能锁定。若VCO固有振荡频率与输入信号频率相差（固有频差）太大，则环路失锁。 一般Ao和Ad越大，环路滤波器的通频带越宽，固有频差越小，环路入锁就越快，捕捉时间就越短。 环路锁定条件：当环路锁定时，wo= wi，uo（t）和ui（t）间的相位差φe（t）为一恒定值 ，即t无穷大时，limdφe（t）/dt＝0 高频电子线路 7.2 锁相环的应用简介 一、锁相环路的基本特性 二、应用简介 ⒉ 锁相调频与解调 锁相调频 锁相调频 锁相解调 ⒊ 调幅波的同步检波 ⒋ 频率合成器 锁相倍频和分频 ⑵ 频率合成器 频率合成器 * * 前面讲到AGC可以自动调节增益，使输出电平一定；利用AFC可以控制振荡频率，并使之稳定。但由于一般的AFC技术存在着固有频率误差问题（因为AFC是利用误差来减小误差），往往达不到所要求的频率精度。 由于相位是频率变化对时间的积分，所以频率和相位有关，就可以通过控制相位来控制频率——锁相环路。 1. 锁相环路的组成框图 鉴相器（相位比较器）：将输入参考信号的相位和压控振荡器（VCO）的输出信号的相位比较，输出一个与相位差有关的误差电压。 环路滤波器（低通滤波器）：滤去鉴相器输出信号中的高频分量，只让直流和低频分量通过，得到一控制电压uC （t） 压控振荡器（电压—频率转换器）：是振荡瞬时角频率wo（t）受控制电压uC（t）控制的振荡器，使输出频率与输入参考频率相等。 设输入参考信号为 ui（t）=Uimcos[wit+φi（t）] 设压控振荡器输出电压为 uo（t）=Uomcos[wrt+φo（t）] 为便于比较，统一用VCO的固有振荡相位 wrt为参考令φ2（t）= φo（t） 令φ1（t）= [wit+φi（t）]- wrt =（wi-wr ）t+φi（t）=⊿ wit +φi（t） 则ui（t）=Uimcos[wrt+φ1（t）] uo（t）=Uomcos[wrt+φ2（t）] 误差相位φe（t）= φ1（t）- φ2（t） ud`（t）=A ui（t） uo（t） =AUimcos[wrt+φ1（t）]Uomcos[wrt+φ2（t）] =1/2AUimUrmsin[2wrt+φ1（t）+φ2（t）] + 1/2AUimUrmsin[φ1（t） -φ2（t）] ud（t）=1/2AUimUrmsin[φ1（t）-φ2（t）] =Ad sin[φ1（t）-φ2（t）] =Ad sinφe（t） Kd为鉴相器传输系数 鉴相器的输出电压ud（t）是误差相位 φe（t）的函数。 环路滤波器具有低通特性，可以起到鉴相器中低通滤波作用，用于把鉴相器输出电压中的高频分量及干扰分量抑制掉，而让低频分量或直流分量通过。 常用的环路滤波器有无源比例积分滤波器及有源比例积分滤波器。 滤波器的传输函数为AF（p） 则 uC（t）= AF（p） ud（t） ⒈ 一种简单的压控振荡器 特性曲线方程 wo（t）=wr+AouC（t） wr为未加控制电压仅有静态偏压时的固有角 频率，Ao为控制灵敏度单位rad/（SV） 由于压控振荡器的输出反馈到鉴相器上，对鉴相器起作用的不是其频率，而是其瞬时相位 φ（t）=∫ wo（t）dt = wrt+Ao∫uC（t）dt 故压控振荡器输出电压uo（t）以wrt为参考的瞬 时相位为 φo（t） =