锁相环路与频率合成.doc

§7-1锁相环路概述第七章锁相环路与频率合成§7-2锁相环路基本工作原理§7-3锁相环路分析§7-5频率合成§7-4锁相环路的应用§7-1锁相环路概述一、发展历史三、锁相环路分析方法二、锁相环路的特点§7-1锁相环路概述一.发展历史第七章锁相环路与频率合成20世纪30年代——接收设备锁相同步控制20世纪40年代——电视接收同步扫描20世纪50年代——锁相接收机实现卫星通信技术20世纪60年代——各部件制作费用昂贵所以它的发展受限制20世纪70年代——成为现代通信、电子技术领域中不可缺少的重要控制技术●●●●●锁相技术是通信、导航、广播与电视通信、仪器仪表测量、数字信号处理及国防技术中得到广泛应用的一门重要的自动反馈控制技术..具有频率准确跟踪性能.具有良好窄带高频跟踪性能称载波跟踪型.具有良好的带通滤波性能称调制跟踪型.具有良好门限效应.易集成化数字化三、锁相环路分析方法图解法:相图法.描述函数法总之锁相环路是朝着集成化.多用化.数字化的方向发展。20世纪80年代以后——数字锁相、集成锁相以及频率合成技术大大推动数字通信、卫星通信的发展●二、锁相环路的特点§7-2锁相环路基本工作原理一、框图与各部分作用二、环路工作原理三、环路相位模式和环路方程四、环路滤波器§7-2锁相环路基本工作原理一、框图与各部分作用各部分的作用PD————产生误差电压?LF————产生控制电压VCO————产生瞬时输出频率Ctυdtυ●▲▲▲●框图PLL环路在某一因素作用下利用输入与输出信号的相位差产生误差电压并滤除其中非线性成分与噪声后的纯净控制信号控制压控振荡器使朝着缩小固有角频差方向变化一旦趋向很小常数称为剩余相位差时则锁相环路被锁定了即0iωωet?et?et?e?∞Ctυ充分必要条件●eet??∞0iωω1、原理与环路锁定的充分必要条件●原理二、环路工作原理2.举例说明以一阶锁相环为例未锁定锁定可见环路锁定过程中是从02π周期的变化若干周期后使则环路被锁定。et?ee??∞1.相位模式①求环路中各部件的数学表示式与数学模式A鉴相器PD叠加型其中/iimisinVttυω?00mr0cosVttυω?三、环路相位模式和环路方程乘积型B环路滤波器LFC压控振荡器VCO则数学模型为②.环路的相位模型若上述经PD输出的误差电压可表示为2.环路方程及其物理意义②物理意义①方程a各项的物理意义b方程的物理意义:在任何时候环路开环输入固有角频率永远恒等于环路闭环瞬时角频差和环路控制角频差之和。在锁定过程瞬时角频差逐渐减小控制角频差逐渐增大它们之和永远恒等于开环时输入固有角频差。3.结论①只有环路锁定时瞬时角频差为0才实现了频率准确跟踪.②环路进入锁定的条件为显然愈大愈iOAω∑Δ≤OA∑小环路稳定性愈好。1.RC积分滤波器其中为一个极点而无零点的多Fs四、环路滤波器常用的环路滤波器有电压传输系数为若作为作为环路滤波器锁定Vd为直流电压。③环路锁定过程是变化的所以vdt是交变的电压一旦e?④环路方程是非线性微分方程其中非线性取决于鉴相器而微分方程阶数取决于环路滤波器多项式FP的阶数。项式2.无源RC比例积分滤波器为一个极点一个零点的多项式电压传输系数为若作为环路滤波器2F12Aτττ22111SsFsτττ其中3.有源RC比例积分或RC理想积分滤波器项式因为极点在原点所以是理想的积分环节。电压传输系数为若作为环路滤波器21SsFsτ2F1Aττ其中为一个极点一个零点的多SF§73锁相环路分析731锁相环路线性化分析的条件和环路传递函数732环路的非线性分析一、环路线性化1.线性化条件2.线性化环路方程3.线性化环路相位模式eπ6?≤§73锁相环路分析731锁相环路线性化分析的条件和环路传递函数1.复频域中线性环路方程P→S代之2.环路传递函数定义:环路传递函数是表示输出与输入相位拉氏变换之比二、环路传递函数用复频域环路传递函数描述PLL.线性网络可以用传递函数描述线性环路系统可以用环路传递函数描述用复频域传递函数描述可以简化系统的分析所以可●●●4.结论Hs.Hes均与Hos有关环路滤波器不同Fs不同环路传递函数也不同可将分母标准化后进行比较。3.环路传递函数类型开环传递函数闭环传递函数误差传递函数ooesHss??oisHss??eeisHss??●●●●●三、环路传递函数分母标准化频域中传递函数L.R.C串联振荡网络标准化传递函数并画出幅频特性先求传递函数HS:把分母进行标准化为标准化传递函数●●●●222nnSSξωω●1.举例说明画出幅频特性点击演示●若对应ξ0.707中幅频特性下降了3dBnωωn1ωω称为截止角频率此频率用下标c记为ωcωn结论分母标准化便于环路比较呈低通滤波特性截止频率Cnωω2.不同环路分母标准化的环路传递函数不同环路、ξ都不同