1、會計學1第八第八(d b) 高頻電子電路高頻電子電路第一頁，共47頁。 在反饋在反饋(fnku)(fnku)控制電路里，比較器、控制信號發生器、可控器件、反饋控制電路里，比較器、控制信號發生器、可控器件、反饋(fnku)(fnku)網絡四部分構成了一個負反饋網絡四部分構成了一個負反饋(fnku)(fnku)閉合環路。閉合環路。 比較器比較器 控制信控制信號發生器號發生器 可控器件可控器件反饋網絡反饋網絡參考信號參考信號 xr(t)反饋信號反饋信號 xf(t)誤差信號誤差信號 xe(t)控制信號控制信號 xc(t)輸出信號輸出信號 x0(t)輸入信號輸入信號 xi(t)圖81 反饋(fnku)控

2、制系統的組成第1頁/共47頁第二頁，共47頁。8.1 8.1 自動增益控制自動增益控制(kngzh)(AGC)(kngzh)(AGC)電路電路 自動增益控制自動增益控制(AGC)(AGC)電路是某些電子設備特別是接收設備的重要輔助電路之一電路是某些電子設備特別是接收設備的重要輔助電路之一，其主要作用是使設備的輸出電平，其主要作用是使設備的輸出電平(din pn)(din pn)保持為一定的數值。因此也稱自動保持為一定的數值。因此也稱自動電平電平(din pn)(din pn)控制控制(ALC)(ALC)電路。電路。 8.1 AGC電路電路(dinl)的工作原理的工作原理 1. 電路組成框圖電路

3、組成框圖 輸入電壓輸入電壓 Ui比較器比較器 控制信控制信號發生器號發生器 可控增可控增益放大器益放大器低通濾波低通濾波參考電壓參考電壓 Ur反饋電壓反饋電壓 Uf誤差電壓誤差電壓 ue控制電壓控制電壓 uc輸出電壓輸出電壓 U0kpk1KV電平檢測電平檢測直流放大直流放大k2k3 設設:輸入信號振幅為輸入信號振幅為Ui，輸出信號振幅為，輸出信號振幅為U0，可控增益放大器增益為，可控增益放大器增益為KV(uc)，是，是控制信號控制信號uc的函數，則有的函數，則有 U0 = KV(uc)Ui 輸入信號很弱時，接收機增益大，輸入信號很弱時，接收機增益大，AGC不作用。不作用。輸入信號很強時，輸入信

4、號很強時， AGC作用，使接收機增益減小。作用，使接收機增益減小。所以，所以，AGC電路是輸入信號電平變化時，用電路是輸入信號電平變化時，用改變增益改變增益的方法維持輸出信號的方法維持輸出信號電平基本不變的一種反饋控制系統。電平基本不變的一種反饋控制系統。第2頁/共47頁第三頁，共47頁。Uo0Ui第3頁/共47頁第四頁，共47頁。圖延遲圖延遲AGC特性特性(txng)曲線曲線 Uo0UiUominUomaxUiminUimax2). 延遲延遲AGC電路電路 在延遲在延遲AGC電路里有一個起控門限電路里有一個起控門限,即比較即比較(bjio)器參考電壓器參考電壓Ur,它對應的輸入信號振幅它對應

5、的輸入信號振幅Uimin,如圖所示。如圖所示。 第4頁/共47頁第五頁，共47頁。圖延遲圖延遲(ynch)AGC電路電路 至信號檢波延遲電壓VCCC1R1RCAGC電壓VD第5頁/共47頁第六頁，共47頁。自動增益控制電路的主要要求：控制范圍要寬，信自動增益控制電路的主要要求：控制范圍要寬，信號號(xnho)失真要小，要有適當的響應時間。失真要小，要有適當的響應時間。若：若： AGC電路輸入信號電平電路輸入信號電平(din pn)允許允許變化范圍變化范圍minmaxiiiUUm minmaxoooUUm AGC電路輸出信號電平電路輸出信號電平(din pn)允許允許變化范圍變化范圍在給定輸出電

6、平變化范圍內，允許輸入電平的變化范圍愈大，在給定輸出電平變化范圍內，允許輸入電平的變化范圍愈大，意味著意味著AGC電路的控制范圍愈寬。電路的控制范圍愈寬。增益控制倍數：增益控制倍數：nvminmaxmaxmaxminminminmaxminmax/vvioioooiioivKKUUUUUUUUmmn式中，式中，KVmax=Uomin/Uimin表示表示AGC電路的最大增益，電路的最大增益，KVmin=Uomax/Uimax表示表示AGC電路的最小增益。電路的最小增益。第6頁/共47頁第七頁，共47頁。8.2 8.2 自動頻率自動頻率(pnl)(pnl)控制控制(AFC)(AFC)電路電路 電路

7、的組成和基本電路的組成和基本(jbn)(jbn)特性特性 1. AFC電路電路(dinl)的組成的組成 (1) 頻率比較器頻率比較器 頻率比較器頻率比較器濾波器濾波器可控頻率電路可控頻率電路kpkcH(s)r y yueucUc(s)Ue(s)r(s)y(s) 頻率比較器的輸出誤差電壓頻率比較器的輸出誤差電壓ue與這兩個輸入信號的頻率差有關，而與這兩個信與這兩個輸入信號的頻率差有關，而與這兩個信號的幅度無關，號的幅度無關，ue為為ue= kp (r- -y)式中，式中，kp在一定的頻率范圍內為常數，實際上就是鑒頻跨導。在一定的頻率范圍內為常數，實際上就是鑒頻跨導。 常用的頻率比較電路有兩種形式

8、：一是常用的頻率比較電路有兩種形式：一是鑒頻器鑒頻器，二是混頻，二是混頻- -鑒頻器。鑒頻器。 AFC電路的控制對象是電路的控制對象是信號的頻率信號的頻率。 作用作用: 自動控制振蕩器的振蕩頻率。自動控制振蕩器的振蕩頻率。第7頁/共47頁第八頁，共47頁。可控頻率可控頻率(pnl)電路電路 可控頻率可控頻率(pnl)電路是在控制信號電路是在控制信號uc的的作用下，用以改變輸出信號頻率作用下，用以改變輸出信號頻率(pnl)的裝的裝置。顯然，它是一個電壓控制的振蕩置。顯然，它是一個電壓控制的振蕩器，其典型特性如圖所示。一般器，其典型特性如圖所示。一般這個特性也是非線性的，但在一定的這個特性也是非線

9、性的，但在一定的范圍內如范圍內如CD段可近似表示為線性關系段可近似表示為線性關系圖可控頻率電路圖可控頻率電路(dinl)的控制特的控制特性性ccyoyuK 式中式中Kc為常數為常數(chngsh)，實際是壓控靈敏度。這一特性，實際是壓控靈敏度。這一特性稱之為控制特性。稱之為控制特性。yoy第8頁/共47頁第九頁，共47頁。 2. AFC電路基本電路基本(jbn)特性的分特性的分析析控制元件控制元件頻率頻率(pnl)比較器比較器KP可控頻率可控頻率(pnl)電路電路KCr)(sUe)(sreu)( scu)(sUc)(syr控制元件不受影響。鑒頻器無輸出,0eryu：為被穩定頻率：為被穩定頻率：

10、為標準頻率：為標準頻率當當ryryryryyryeryeryuFu剩余頻差有處于穩定狀態時，必須上，在被穩定的振蕩器即穩定自動微調過程即停止。，即減小到某一定值結果使變化，則控制元件參數發生變化（,)yy第9頁/共47頁第十頁，共47頁。混頻混頻(hn pn)本振本振（壓控振蕩（壓控振蕩(zhndng)）中放中放鑒頻鑒頻(jin pn)低通濾波低通濾波調頻通信機的調頻通信機的AFC 系統方框圖系統方框圖sfif 0fif中心頻率中心頻率osifff低放低放控制對象控制對象反饋控制器反饋控制器cueuif:鑒頻器的中心頻率鑒頻器的中心頻率即即AFC系統的標準頻率系統的標準頻率,要求很穩定。要求很

11、穩定。變化時當0000fuuffffceisi等于剩余誤差iifff顯然，剩余誤差越小越好。顯然，剩余誤差越小越好。euff00VCO 的調制特性的調制特性鑒頻特性曲線鑒頻特性曲線000000eeeiiufufufff鑒頻特性鑒頻特性VCO 的調制特性的調制特性本振本振本振fufuffueee0000利用誤差電壓控制利用誤差電壓控制VCO的頻率的頻率eu第10頁/共47頁第十一頁，共47頁。混頻混頻(hn pn)本振本振（壓控振蕩（壓控振蕩(zhndng)）中放中放鑒頻鑒頻(jin pn)低通濾波低通濾波sfif 0fif中心頻率中心頻率osifff控制對象控制對象反饋控制器反饋控制器cueu

12、iifff低放低放f1u0Q1f2u3uQu5u4uaa a bb f f euQf：為剩余失諧：為剩余失諧若：初始失諧為若：初始失諧為1f則則1u2u3uf f f 鑒頻器輸出控制電壓鑒頻器輸出控制電壓1u作用到壓控元件使作用到壓控元件使f下降下降QfQ點為點為AFC 的動態平衡點的動態平衡點f 第11頁/共47頁第十二頁，共47頁。可見，任何頻率偏移可見，任何頻率偏移Q點的擾動，最終被點的擾動，最終被AFC系統自動地系統自動地調整調整(tiozhng)回回Q點。初始失諧一定時，為了減小剩余失諧點。初始失諧一定時，為了減小剩余失諧 ，必，必須加大鑒頻特性曲線與調制特性曲線斜率。須加大鑒頻特性

13、曲線與調制特性曲線斜率。QfQQQAFCfffffK111QQdfuStan自動微調系數自動微調系數(xsh)：AFC系統的工作效率。系統的工作效率。 定義(dngy)：鑒頻特性斜率：鑒頻特性斜率：調制特性斜率：調制特性斜率：QQQQmuffuffS11tan將將（）和（）代入（）和（）代入 （），得（），得mdAFCSSK1AFCK越大，表明越大，表明AFC越有效，越有效， 和和 符號必須相反，整個符號必須相反，整個系統才是穩定的。系統才是穩定的。dSmS第12頁/共47頁第十三頁，共47頁。ABCPfHf3Qf捕捉帶捕捉帶同步帶同步帶1232Qf1Qffeu0不同的初始不同的初始(ch s

14、h)失諧失諧 值，調制特性曲線與值，調制特性曲線與 軸交不同點，只有初始軸交不同點，只有初始(ch sh)失諧值在一定范失諧值在一定范圍內，圍內，AFC系統才能作用。系統才能作用。最終將已失諧的頻率微調最終將已失諧的頻率微調回來。回來。1ffP捕捉帶、同步帶捕捉帶、同步帶捕捉帶的確定捕捉帶的確定(qudng)Pf第13頁/共47頁第十四頁，共47頁。8.3 鎖相環路鎖相環路(PLL) 鎖相環路（鎖相環路（Phase locked loop縮寫縮寫PLL）是一種相位自動控制電路，其作用是實現）是一種相位自動控制電路，其作用是實現(shxin)環路輸出信號與輸入信號之間無誤差的頻率跟蹤，僅存在某一

15、固定的相位差。環路輸出信號與輸入信號之間無誤差的頻率跟蹤，僅存在某一固定的相位差。 PLL電路電路(dinl)廣泛應用于廣泛應用于 精精密密測測量量頻頻率率合合成成遙遙測測遙遙成成電電視視通通信信第14頁/共47頁第十五頁，共47頁。鎖相環的基本原理鎖相環的基本原理 一、鎖相環的組成一、鎖相環的組成(z chn)部件部件 PLL是一個相位負反饋系統，可對輸入信號的頻率與相位實施是一個相位負反饋系統，可對輸入信號的頻率與相位實施(shsh)跟蹤。跟蹤。 )()()(VCOLFPD壓壓控控振振蕩蕩器器環環路路濾濾波波器器鑒鑒相相器器三個基本三個基本(jbn)部分構成部分構成 PD PD LF LF

16、VCOvi(t)vd(t)vc(t)vo(t)i(t)o(t)e(t)vo(t) PD PD LF LFVCO第15頁/共47頁第十六頁，共47頁。1、鑒相器（、鑒相器（PD）即即 )()()()(0ttftftvied PD PDvi(t)/ i(t)vo(t) /o(t)vd(t) /e(t)鑒相器是一個相位比較器，鑒相器是一個相位比較器， 輸出信號輸出信號 是兩個輸入信號是兩個輸入信號 )(tvd與與的相位差的相位差 e 的函數，的函數， vi(t)vo(t)正弦特性，三角正弦特性，三角(snjio)波特性，鋸齒波特波特性，鋸齒波特性等，其中最基本的是正弦波特性，性等，其中最基本的是正弦

17、波特性，它可用一個模擬乘法器與低通濾波它可用一個模擬乘法器與低通濾波器串接而成。器串接而成。e(t)vd(t)鑒相特性鑒相特性(txng)的形式有許多種，的形式有許多種，如如:乘法器乘法器低 通 濾低 通 濾波波PDvi(t)vo(t)vd(t)如果設環路輸入如果設環路輸入(shr)信號：信號： )t (tsinV)t (viiimi PLL環輸出的反饋信號：環輸出的反饋信號： )t (tcosV2)t (tsinV)t (v00m000m00 經過相乘，并濾除和頻分量，可得輸出的誤差電壓為：經過相乘，并濾除和頻分量，可得輸出的誤差電壓為： )t(t)t(tsinVKV21)t(v00iim0

18、imd edksin其中其中 )t ()t ()t (t)t (t2100iie )t (tt)t (i0i1 )t(ti0 )t()t(02 )(0i0 為輸入信號的瞬時相位差。為輸入信號的瞬時相位差。 )t(e 由上式可得鑒相器的數學模型，由上式可得鑒相器的數學模型，如下圖所示，如下圖所示， 1(t)-2(t) sinkd) t (sinkvedd 另外，可以看出：另外，可以看出：當當 時，時， 6e)t(k)t(sinkvededd 第16頁/共47頁第十七頁，共47頁。2、環路、環路(hun l)濾波器濾波器LF 環路濾波器具有低通特性，其環路濾波器具有低通特性，其主要作用是濾除鑒相器

19、輸出端的高頻分量和噪聲主要作用是濾除鑒相器輸出端的高頻分量和噪聲， 經經LF后得到一個平均電壓后得到一個平均電壓 用來控制用來控制VCO的頻率變化，常見的濾波器有以下幾種形式。的頻率變化，常見的濾波器有以下幾種形式。) t (vd)t (vcRCvd（t）vc（t）R C積 分積 分(jfn)濾波濾波器器vd（t）vc（t）無源比例無源比例(bl)積分濾積分濾波器波器vd（t）vc（t）有源比例積有源比例積分濾波器分濾波器 RC積分濾波器積分濾波器傳輸函數：傳輸函數： ssRcsRcscRscsVsVsFdc11111111)()()(R1CR2R1R2C-+第17頁/共47頁第十八頁，共47

20、頁。無源比例無源比例(bl)積分濾波器積分濾波器 12212212s1s1RRsc1csR1sc1RRsc1R)s(F R1CR2vd（t）vc（t）無源比例積分無源比例積分濾波器濾波器其中：其中： cR,c )RR(221211 , 通常通常R1R2有源比例有源比例(bl)積分濾波器積分濾波器1212121111)(sscsRcsRRscRZZsFf)s(V)s(F)s(Vdc 有有 如果將如果將F（s）中的中的s用微分算子用微分算子p替代，可寫出濾波器的輸出電壓替代，可寫出濾波器的輸出電壓 與輸入信號與輸入信號 之間的微分方程：之間的微分方程： ) t (vc) t (vd)t (v )p

21、(F)t (vdc 其中其中(qzhng) dtdp 為微分算子，為微分算子， 由上式可得環路濾波器的電路模型如右圖所示。由上式可得環路濾波器的電路模型如右圖所示。F(p) t (vd)t (v )p(F)t (vdc vd（t）vc（t）有源比例積有源比例積分濾波器分濾波器R1R2C-+第18頁/共47頁第十九頁，共47頁。 壓控振蕩器：壓控振蕩器：是瞬時頻率是瞬時頻率 控制的振蕩器控制的振蕩器。其控制特性可用壓控特性曲線來描述，如右圖所示。其控制特性可用壓控特性曲線來描述，如右圖所示。 )t(v)t(cc受受電電壓壓 ovc(t)c)t(VKc00c 其中：其中： 0vVCOc0 在在：為

22、為 時的固有振蕩頻率：時的固有振蕩頻率： SradK0：壓控靈敏度：壓控靈敏度 VSrad 由于由于(yuy)VCO的輸出反饋到鑒相器，而從鎖相環的控制作用來看，的輸出反饋到鑒相器，而從鎖相環的控制作用來看，VCO對鑒相器起作用的不是其頻率而是相位，故對上式積分即可求出相位：對鑒相器起作用的不是其頻率而是相位，故對上式積分即可求出相位： t020t0c00c)t (tdt)t (vKtdt)t ( t0c0c02)t(vpKdt)t(vK)t( 上式中：上式中： dtp1t0 為積分算子為積分算子 壓控振蕩器數學模型如右圖所示。壓控振蕩器數學模型如右圖所示。 KO/p)t (vc)t(2 第1

23、9頁/共47頁第二十頁，共47頁。 F(p)1(t) e(t) sinkd KO/p2(t)t (sinkvedd ) t (v )p(F) t (vdc p) t (vK) t (co2 二、鎖相環路相位模型和基本二、鎖相環路相位模型和基本(jbn)方程方程1、相位、相位(xingwi)模型模型 將上述鎖相環的三個基本部件的模型按環路將上述鎖相環的三個基本部件的模型按環路(hun l)組成框圖聯接起來，即可構成鎖相環路組成框圖聯接起來，即可構成鎖相環路(hun l)相位模型，如下圖所示：相位模型，如下圖所示： 2、基本方程、基本方程 根據鎖相環路相位模型，可得到以相位形式表示的基本微分方程：

24、根據鎖相環路相位模型，可得到以相位形式表示的基本微分方程： ) t () t (21e )t (sin)p(Fkkp1)t (p)t (vk)t (edo1c01 環路的微分方程為：環路的微分方程為：)t(p)t(sin)p(Fkk)t(p)t(sin)p(Fkk)t(p)t(p1ed0eed01e 或或第20頁/共47頁第二十一頁，共47頁。3、環路工作、環路工作(gngzu)的定性分析的定性分析 設設:輸入信號為固定頻率的正弦信號（即輸入信號為固定頻率的正弦信號（即 均為常量）均為常量）ii, 由于由于 i0i0i1tt )()t ( 有：有： 011)t(dtd)t(p 固有角頻差固有角

25、頻差 代入環路代入環路(hun l)的微分方程可得：的微分方程可得：0ed0e)t (sin)p(Fkkdt)t (d 上式左邊第一項上式左邊第一項 dt) t (de )t (e 環路的環路的瞬時角頻差瞬時角頻差。 左邊第二項：左邊第二項： )t (sin)p(Fkked0 )t(p2 c0cc0)t (Vk 是是VCO受控制電壓受控制電壓Vc(t)的作用后輸出的瞬時角頻率的作用后輸出的瞬時角頻率 c 與固有振蕩頻率與固有振蕩頻率 o 之差，稱為之差，稱為控制角頻差控制角頻差。 由以上由以上(yshng)分析可得：分析可得： 0ce)t ( 結論：閉合環路中任何時刻滿足：結論：閉合環路中任何

26、時刻滿足： 瞬時頻差瞬時頻差+控制頻差控制頻差=固有頻差固有頻差。 第21頁/共47頁第二十二頁，共47頁。三、鎖相環路的工作三、鎖相環路的工作(gngzu)原理原理 設壓控振蕩器的固有振蕩頻率為設壓控振蕩器的固有振蕩頻率為 ,而當環路閉合瞬間，外輸入信號角頻率而當環路閉合瞬間，外輸入信號角頻率 與與 即不相同也不相干，則鑒相器輸出的差拍電壓為：即不相同也不相干，則鑒相器輸出的差拍電壓為：0 0 i )()()sin()(00tttktuiidd )()(sin00tttkid 失鎖狀態失鎖狀態(zhungti) 如果環路固有角頻差如果環路固有角頻差 環路低通濾波器的通頻帶環路低通濾波器的通頻

27、帶 0 LFBW則差拍電壓則差拍電壓 將被濾除，而不能形成控制電壓將被濾除，而不能形成控制電壓 )t (vd)t (vc壓控振蕩器輸出角頻率壓控振蕩器輸出角頻率 不變化即不變化即0 ,0c 則則 0e)t( 即：環路的瞬時頻差即：環路的瞬時頻差= 固有頻差固有頻差環路此時環路此時(c sh)處于失鎖狀態。處于失鎖狀態。第22頁/共47頁第二十三頁，共47頁。鎖定鎖定(su dn)狀態狀態 由于由于 i 很接近很接近 0 ，所以，所以 c 很可能擺動到很可能擺動到 i 上，當上，當 0ci 時：相位差時：相位差 常常數數 iciiett 如果如果 十分接近十分接近 ，即固有頻差，即固有頻差 ，則

28、差拍電壓，則差拍電壓 不會被環路濾波器濾除而形成控制電壓不會被環路濾波器濾除而形成控制電壓 ，去控制壓控振蕩器，去控制壓控振蕩器，VCO產生中心頻率為產生中心頻率為 的調頻信號的調頻信號0 )(tuc)(tudLFOBW i 0 VCO的瞬時振蕩頻率的瞬時振蕩頻率 將以將以 為中心在一定范圍內來回擺動，即環路產生了控制頻差為中心在一定范圍內來回擺動，即環路產生了控制頻差 0 c c 此時鑒相器輸出電壓是一個較小的直流電壓，環路此時鑒相器輸出電壓是一個較小的直流電壓，環路(hun l)進入鎖定狀態。進入鎖定狀態。第23頁/共47頁第二十四頁，共47頁。牽引捕捉牽引捕捉(bzhu)狀態狀態 當當

29、介于上述兩者之間時，如果介于上述兩者之間時，如果VCO的瞬時頻率的瞬時頻率 圍繞圍繞 為中心擺動的范圍小，至使為中心擺動的范圍小，至使 不可能擺動到不可能擺動到 處時，環路不能立即入鎖。此時處時，環路不能立即入鎖。此時VCO輸出的調頻波，其調制頻率就是差拍頻率，與輸入信號輸出的調頻波，其調制頻率就是差拍頻率，與輸入信號 經鑒相器經鑒相器PD鑒相，輸出一個正弦波與調頻波的差拍電壓：鑒相，輸出一個正弦波與調頻波的差拍電壓：Oi0 c 0 c i ivttsink)t(vcidd 如果令如果令: 0i 另有另有 )t (tt00c )t (tsink)t (v00dd 其中其中 0t )(toi0

30、顯然顯然 )(tvd不再是一個正弦電壓，而是一個上下不對稱的不再是一個正弦電壓，而是一個上下不對稱的差拍電壓；經環路濾波后有直流電壓差拍電壓；經環路濾波后有直流電壓 )(tvc加到加到VCO的的 控制端，從而使控制端，從而使 )(00tvkcc 的偏移增大，使的偏移增大，使 c 更接更接 i ,上述過程持續直到上述過程持續直到 ic ，環路進入鎖定狀態。，環路進入鎖定狀態。 vdt第24頁/共47頁第二十五頁，共47頁。跟蹤跟蹤(gnzng)狀態狀態當環路已處于鎖定狀態后，如果當環路已處于鎖定狀態后，如果 )(tvi的頻率和相位的頻率和相位有稍變化時，有稍變化時， 例如：例如： ci 則則 c

31、cdevv 000直到直到 ic ，狀態鎖定為止。，狀態鎖定為止。 evd同理如果同理如果 ci 則則 ccdevv 000直到直到 ic ，狀態鎖定為止。，狀態鎖定為止。 cvc第25頁/共47頁第二十六頁，共47頁。四 、 鎖 相 環 性 能四 、 鎖 相 環 性 能(xngnng)分析分析 鎖相環性能主要指標有：鎖相環性能主要指標有： 同步帶寬同步帶寬 捕捉帶寬捕捉帶寬 穩態相差穩態相差H p )( e 1.同步帶寬同步帶寬 H 設環路已處于鎖定狀態，當緩慢改變輸入信號頻率使固有頻差值向正或負方向逐步增大時，設環路已處于鎖定狀態，當緩慢改變輸入信號頻率使固有頻差值向正或負方向逐步增大時，

32、由于環路的自身調節作用，能夠維持環路鎖定的最大頻差由于環路的自身調節作用，能夠維持環路鎖定的最大頻差 稱為環路同步帶稱為環路同步帶，記作，記作。由于環路鑒頻特性對零點是對稱的，因此同步帶相對于。由于環路鑒頻特性對零點是對稱的，因此同步帶相對于也是對稱的。也是對稱的。om H o 2.捕捉帶寬捕捉帶寬 p 設鎖相環路處于失鎖狀態，改變設鎖相環路處于失鎖狀態，改變 使固有頻差使固有頻差 減少減少,環路能夠經牽引捕獲而入鎖的最大固有頻差值環路能夠經牽引捕獲而入鎖的最大固有頻差值 稱為環路稱為環路捕捉帶捕捉帶 。通常。通常 。i o om p Hp 第26頁/共47頁第二十七頁，共47頁。3穩態相穩態

33、相差差 )( e 環路處于鎖定狀態時，存在著的固定相差稱為穩態相位環路處于鎖定狀態時，存在著的固定相差稱為穩態相位誤差誤差 。)( e 由方程：由方程： oed0e)t(sin)p(Fkkdt)t(d 環路鎖定意味著瞬時頻差為零，即環路鎖定意味著瞬時頻差為零，即 0)( dttde 此時此時 )0(sin)(1Fkkodoe 式中，式中， 為環路直流總增益，其值增大可使為環路直流總增益，其值增大可使 減少。減少。 )0(Fkkod)( e 第27頁/共47頁第二十八頁，共47頁。4 鎖 相 環 性 能 鎖 相 環 性 能(xngnng)特點特點 鎖相環路用作調頻信號解調時，與普通鑒頻器相比較，

34、有低門限信噪比特性。這是因為環路有反饋鎖相環路用作調頻信號解調時，與普通鑒頻器相比較，有低門限信噪比特性。這是因為環路有反饋(fnku)控制作用，跟蹤相位差小，降低了鑒相特性的非線形影響，從而改善了門限效應。控制作用，跟蹤相位差小，降低了鑒相特性的非線形影響，從而改善了門限效應。（1） 環路環路(hun l)在鎖定狀態下無剩余頻差在鎖定狀態下無剩余頻差 鎖相環路對輸入的固定基準頻率鎖定后，鎖相環路對輸入的固定基準頻率鎖定后，壓控振蕩器輸出頻率與基準頻率的頻差為零。環路輸出可做到無剩余頻差存在壓控振蕩器輸出頻率與基準頻率的頻差為零。環路輸出可做到無剩余頻差存在，是一個理想的頻率控制系統。，是一個

35、理想的頻率控制系統。 （2） 鎖相環有良好的窄帶特性鎖相環有良好的窄帶特性 鎖相環具有窄帶特性，鎖相環具有窄帶特性，當壓控振蕩器頻率鎖定在輸入頻率上時，僅位于輸入信號頻率附近的干擾成分能以低頻干擾的形式進入環路，而絕大多數的干擾會受到環路低通濾波器的抑制當壓控振蕩器頻率鎖定在輸入頻率上時，僅位于輸入信號頻率附近的干擾成分能以低頻干擾的形式進入環路，而絕大多數的干擾會受到環路低通濾波器的抑制，從而減少了對壓控振蕩器的影響。，從而減少了對壓控振蕩器的影響。（3） 良好的跟蹤特性良好的跟蹤特性 VCO的輸出頻率可以跟蹤輸入信號的變化，表現出良好的跟蹤特性的輸出頻率可以跟蹤輸入信號的變化，表現出良好的

36、跟蹤特性。在接收有多普勒頻移的動目標時，這種特性尤為重要。在接收有多普勒頻移的動目標時，這種特性尤為重要。 (4) 低門限特性低門限特性第28頁/共47頁第二十九頁，共47頁。9 . 6 鎖 相 環 的 典 型鎖 相 環 的 典 型(dinxng)應用應用1、鎖相倍頻、鎖相倍頻(bi pn) 在鎖相環路的反饋在鎖相環路的反饋(fnku)通道中插入分頻器就可構通道中插入分頻器就可構成鎖相倍頻電路。如下圖所示：成鎖相倍頻電路。如下圖所示： i(t) PD PD LF LFVCOvi(t)vo(t)o(t)o(t)/NN 當環路鎖定時，鑒相器兩輸入信號頻率相等。當環路鎖定時，鑒相器兩輸入信號頻率相等

37、。即有：即有：iiNN 00式中式中N為分頻器的倍頻比。為分頻器的倍頻比。 第29頁/共47頁第三十頁，共47頁。2 、 鎖 相 分 頻、 鎖 相 分 頻(fn pn)： 在鎖相環路中插入倍頻器就可構成鎖相分頻在鎖相環路中插入倍頻器就可構成鎖相分頻(fn pn)電路。如下圖所示：電路。如下圖所示： i(t) PD PD LF LFVCOvi(t)vo(t)o(t)No(t)N 當環路鎖定時當環路鎖定時： NNiooi 式中式中N為倍頻為倍頻(bi pn)器的倍頻器的倍頻(bi pn)次數。次數。 第30頁/共47頁第三十一頁，共47頁。3、鎖相混頻器、鎖相混頻器 設混頻器的本振信號頻率設混頻器

38、的本振信號頻率(pnl)為為L ，在，在Lo時混頻器的輸出頻率時混頻器的輸出頻率(pnl)為（為（L-o），經差頻放大），經差頻放大器后加到鑒相器上。器后加到鑒相器上。 當環路當環路(hun l)鎖鎖定時定時 )()(iLooLi o(t)i(t)L(t) PDPD LF LFVCOvi(t)vo(t)|L(t)-o(t)| 混頻混頻差頻放大差頻放大第31頁/共47頁第三十二頁，共47頁。4、頻率、頻率(pnl)合合成器成器 頻率合成器是利用一個標準信號源的頻率來產生頻率合成器是利用一個標準信號源的頻率來產生一系列所需頻率的技術。鎖相環路加上一些輔助電路一系列所需頻率的技術。鎖相環路加上一些輔

39、助電路后，就能容易地對一個標準頻率進行加、減、乘、除后，就能容易地對一個標準頻率進行加、減、乘、除運算而產生所需的頻率信號，且合成后的信號頻率與運算而產生所需的頻率信號，且合成后的信號頻率與標準信號頻率具有相同的長期頻率穩定度及具有較好標準信號頻率具有相同的長期頻率穩定度及具有較好的頻率純度的頻率純度(chnd)，如果結合單片微機技術，可實，如果結合單片微機技術，可實現自動選頻和頻率掃描。現自動選頻和頻率掃描。 鎖相式單環頻率合成器基本鎖相式單環頻率合成器基本(jbn)組成如下圖所示：組成如下圖所示： 當環路鎖定后，鑒相器兩路輸入頻率相等當環路鎖定后，鑒相器兩路輸入頻率相等即：即： iooif

40、MNfNfMf 當當N改變時，輸出信號頻率相應為改變時，輸出信號頻率相應為fi 的整數倍變化。的整數倍變化。 PD PD LF LFVCOvi(t)vo(t)fi(t)fo(t)fo(t)/N晶振晶振fi(t)/MN M 第32頁/共47頁第三十三頁，共47頁。 環環C例：下圖為三環式頻率例：下圖為三環式頻率(pnl)合成器合成器方框圖方框圖已知：已知： 397351,399300,100 BAiNNKHzf求輸出求輸出(shch)信號頻率范圍及頻率間隔信號頻率范圍及頻率間隔 環環A環環BPDPDLFLFVCOfi(t)fA(t)fA(t)/NAPDPDLFLFVCOfi(t)fB(t)fA(

41、t)/NBPDPDLFLFVCO混頻混頻 帶通帶通fo(t)fc(t)fo-fBAN BN 100 第33頁/共47頁第三十四頁，共47頁。解：解： iAAfNf iBBfNf 而而 iAAcfNff100100 而環路而環路C為混頻環，即當環路鎖定時：為混頻環，即當環路鎖定時： Bcfff 0有有 iBABcfNNfff)100(0 當當NA=300，NB=351時，時， KHzf35400100)351100300(min0 當當NA=301，NB=351時，時， KHzf35401100)351100301(0 因此頻率因此頻率(pnl)間隔：間隔： KHz1fffmin00 PDPDL

42、FLFVCOfi(t)fA(t)fA(t)/NAPDPDLFLFVCOfi(t)fB(t)fB(t)/NBPDPDLFLFVCO混頻混頻帶通帶通fo(t)fc(t)fo-fBAN BN 100 而當而當 =399， =397時輸出頻率最高。時輸出頻率最高。 ANBNKHz40099100)397100399(fmax0 所以，合成器的頻率所以，合成器的頻率(pnl)范圍為：（范圍為：（35.440.099）MHz第34頁/共47頁第三十五頁，共47頁。5、鎖相環調頻、鎖相環調頻(dio pn)電路電路 普通的直接調頻電路中，振蕩器的中心頻率穩定度較差，而鎖相調頻電路能得到普通的直接調頻電路中，

43、振蕩器的中心頻率穩定度較差，而鎖相調頻電路能得到(d do)中心頻率穩定度很高的調頻信號中心頻率穩定度很高的調頻信號,鎖相環調頻電路如下圖所示。環路濾波器的帶寬必須很窄，截至頻率應小于調制信號的頻率。鎖相環調頻電路如下圖所示。環路濾波器的帶寬必須很窄，截至頻率應小于調制信號的頻率。 fi(t)晶振晶振 PD PD LF LF VCOfo(t)調頻波調頻波f(t)調制信號調制信號+ 當調制信號為鋸齒波時，可輸出掃頻信號。當調制信號為數字當調制信號為鋸齒波時，可輸出掃頻信號。當調制信號為數字(shz)脈沖時，可產生移頻鍵控調制（脈沖時，可產生移頻鍵控調制（FSK信號）信號） 調制信號作為調制信號作

44、為VCO控制電壓的一部分使其頻率產生相應的變化，由此在輸出端得到已調頻信號。控制電壓的一部分使其頻率產生相應的變化，由此在輸出端得到已調頻信號。 第35頁/共47頁第三十六頁，共47頁。6、鎖相解調、鎖相解調(ji dio)電路電路 (1)、調頻、調頻(dio pn)波解調波解調下圖是用鎖相環實現調頻下圖是用鎖相環實現調頻(dio pn)波解調的原理框圖。波解調的原理框圖。 如果將環路的頻帶設計的足夠寬，使環路捕捉帶大于調頻波的最大頻偏，利用鎖相環的跟蹤特性，可以使如果將環路的頻帶設計的足夠寬，使環路捕捉帶大于調頻波的最大頻偏，利用鎖相環的跟蹤特性，可以使VCO的振蕩頻率跟蹤輸入調頻波的瞬時頻

45、率。如果的振蕩頻率跟蹤輸入調頻波的瞬時頻率。如果VCO的電壓的電壓-頻率特性是線形的，則加到頻率特性是線形的，則加到VCO的控制電壓的變化規律必與調頻波的瞬時頻率變化規律相同，因此在的控制電壓的變化規律必與調頻波的瞬時頻率變化規律相同，因此在LF的輸出端可獲得不失真的解調輸出。調頻波鎖相解調的優點是解調門限值比普通鑒相器低的輸出端可獲得不失真的解調輸出。調頻波鎖相解調的優點是解調門限值比普通鑒相器低45dB。PDPDLFLFVCOVFM(t)調頻波調頻波V(t)調制信號調制信號第36頁/共47頁第三十七頁，共47頁。(2)、AM信號信號(xnho)的同步的同步檢波檢波 下圖是用鎖相環實現下圖是

46、用鎖相環實現AM信號同步檢波信號同步檢波(jinb)的原理框圖。的原理框圖。 PD PD LF LF VCOVAM(t)調幅波調幅波V(t)調制信號調制信號/2移項移項同步檢波同步檢波 當環路工作在載波當環路工作在載波(zib)跟蹤狀態時，跟蹤狀態時，VCO輸出頻率與環路輸入已調信號的載波輸出頻率與環路輸入已調信號的載波(zib)相同，但存在相同，但存在/2的固定相移。的固定相移。 因此，經過因此，經過/2移項后變成與輸入已調信號的載頻相同的信號。將它與輸入已調信號共同加到同步檢波器就能得到解調信號輸出。移項后變成與輸入已調信號的載頻相同的信號。將它與輸入已調信號共同加到同步檢波器就能得到解調

47、信號輸出。 第37頁/共47頁第三十八頁，共47頁。BG322、X38、CD4046、MC1404b。單片集成單片集成(j chn)鎖相環電鎖相環電路路模擬模擬(mn)鎖相環路：鎖相環路： N E 5 6 0、N E 5 6 1、5 6 2 、 5 6 5 L562、L564、SL565、KD801、KD802、KD8041等。等。數字數字(shz)鎖相環路：鎖相環路： 一、一、NE562 NE562（國內同類產品（國內同類產品L562、KD801、KD8041）是目前廣泛應用的一種多功能單片鎖相環路。）是目前廣泛應用的一種多功能單片鎖相環路。 1NE562組成框圖組成框圖 NE562是最高工

48、作頻率可達是最高工作頻率可達30MHz的通用型集成鎖相環。的通用型集成鎖相環。 第38頁/共47頁第三十九頁，共47頁。定時定時(dn sh)電容電容CrPDLF限幅限幅VCOA1A2A312111523415678910131416Vcc外接環路濾波外接環路濾波器器RC元件元件去加重去加重-VEE跟蹤跟蹤范圍范圍偏壓偏壓輸出輸出FM解調解調輸出輸出VCO輸出輸出 反饋反饋信號輸入信號輸入信號輸入信號輸入 NE562123456789101112131415 16PD（鑒相器）：采用（鑒相器）：采用(ciyng)雙平衡模擬乘法器雙平衡模擬乘法器 LF：13、14腳可外接腳可外接RC元件元件(y

49、unjin)構成環路濾波器。構成環路濾波器。 VCO：是射極定時的壓控多諧振蕩器，定時電容由：是射極定時的壓控多諧振蕩器，定時電容由5、6腳外接電容。腳外接電容。限幅器：是與限幅器：是與VCO串接的一級控制電路，串接的一級控制電路，7腳注入電流的大腳注入電流的大 小可以控制環路的跟蹤范圍。小可以控制環路的跟蹤范圍。 放大器放大器A1、A2、A3：作為隔離，緩沖放大器，：作為隔離，緩沖放大器，10腳用于外接去加重電容腳用于外接去加重電容 。當環路用于解調時，。當環路用于解調時，A1，A2的放大作用可以提高的放大作用可以提高9腳輸出的解調信號的電平值。既可以保證腳輸出的解調信號的電平值。既可以保證

50、VCO的頻穩度，又放大了的頻穩度，又放大了VCO的輸出電壓，使的輸出電壓，使3、4腳輸出的電壓幅度增大到約腳輸出的電壓幅度增大到約4.5V，以滿足，以滿足PD對對VCO信號電壓幅度的要求。信號電壓幅度的要求。 11，12腳：外接輸入信號。腳：外接輸入信號。 VCO輸出輸出3、4腳與腳與PD的反饋信號輸入端的反饋信號輸入端2、15腳之間，可外接其它部件以發揮多功能作用。腳之間，可外接其它部件以發揮多功能作用。 第39頁/共47頁第四十頁，共47頁。2 N E 5 6 2 的 使 用的 使 用(shyng)說明說明 (1) 輸入信號從輸入信號從11、12腳輸入時，應采用電容耦合，以避免影響輸入端的

51、直流電位，要求容抗腳輸入時，應采用電容耦合，以避免影響輸入端的直流電位，要求容抗 輸入電阻（輸入電阻（2K ）。）。 )(tVic 1 可以雙端輸入，也可單端輸入，單端輸入時，另一端應交流接地，以提高可以雙端輸入，也可單端輸入，單端輸入時，另一端應交流接地，以提高PD增益。增益。 )(tVi(2)環路環路(hun l)濾波的設計濾波的設計 NE562常用常用(chn yn)的環路濾波器有下圖所示的四種形式：的環路濾波器有下圖所示的四種形式： NE562RCRCCfCf1314NE562RCRCCf1314CfNE562RCRCCf1314RfRfNE562RCRCCf1314RfPDLF限幅限

52、幅VCOA1A2A312111523415678910131416Vcc外接環路濾波外接環路濾波器器RC元件元件去加重去加重-VEE跟蹤跟蹤范圍范圍偏壓偏壓輸出輸出FM解調解調輸出輸出VCO輸出輸出 反饋反饋信號輸入信號輸入信號輸入信號輸入第40頁/共47頁第四十一頁，共47頁。13、14腳的外接電路與腳的外接電路與NE562內部內部(nib)的的PD負載電阻負載電阻Rc共同構成積分濾波器。共同構成積分濾波器。 一般已知一般已知Rc=6 K , 通常選在通常選在50200 之間，根據所要求設計的環路濾波器截至頻率之間，根據所要求設計的環路濾波器截至頻率 可計算出可計算出 值：值： fR c f

53、C對圖對圖(a): ccccfRfRC 211 對圖對圖(b): ccccfRfRC 4121 對圖對圖(c): )(21)(1fccfccfRRfRRC 對圖對圖(d): )RR2(f21)RR2(1Cfccfc0f NE562RCRCCfCf1314NE562RCRCCf1314CfNE562RCRCCf1314RfRfNE562RCRCCf1314Rf第41頁/共47頁第四十二頁，共47頁。(3)VCO的輸出方式的輸出方式(fngsh)與頻率與頻率調整調整1VOC信號輸出端信號輸出端3、4腳與地之間應當接上腳與地之間應當接上數值相等數值相等的射極電阻，阻值一般為的射極電阻，阻值一般為212 K ,使內部射極輸出器的平均電流不超過使內部射極輸出器的平均電流不超過4mA. 2當當VCO輸出需與邏輯電路連接時，必須外接電平移動電路，使輸出需與邏輯電路連接時，必須外接電平移動電路，使VCO輸出端輸出端12V的直流電平移到某一低電平值上，并使輸出方波符合邏輯電平要求的直流電平移到某一低電平值上，并使輸出方波符合邏輯電平要求(yoqi)，工作頻率可達到，工作頻率可達到20MHz。 圖