PLL的线性微分模型.ppt

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1、笫7章锁相环路7.1概述7.2PLL基本原理7.2.1PLL各部件的特性与数学模型7.2.2PLL的环路方程与相位模型7.3PLL的线性分析7.4PLL的非线性分析7.5集成锁相环介绍7.6PLL电路实例与应用举例2021/9/917.1概述（1）三种反馈控制系统分类自动增益控制（AGC）电路：在输入信号幅度变化很大的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化的一种自动控制电路。自动频率控制（AFC）电路：是一种频率反馈控制系统，AFC电路控制的是信号的频率。自动相位控制（APC）电路：又叫锁相环路。(P

2、haseLockedLoop,简称PLL)，是一种相位反馈控制系统，锁相环路控制的是信号的相位。2021/9/927.1概述（续）（2）反馈控制系统的原理（与负反馈放大器比较）相同点：皆是自动调节系统。不同点：一是调节对象不同。（有频率F与相位P）二是分析方法不同。负反馈放大器有放大器与线性反馈电路；反馈控制系统除有放大器外，还有非线性部件，要用非线性分析方法。（3）反馈控制系统的特点AFC的特点是：误差信号是频率，所以稳定时有频差。APC的特点是：误差信号是相位，所以稳定时只有相差。2021/9/937.2PL

3、L基本原理：7.2.1PLL的方框原理图（1）三个基本部件组成：鉴相器，环路滤波器和压控振荡器。（2）基本原理：鉴相器的输出信号是输入信号和压控振荡器输出信号之间相位差的函数。经环路滤波器滤波（也可能包括放大），滤除高频分量后，成为压控振荡器的控制电压。在的作用下，压控振荡器输出信号的频率将发生相应变化并反馈到鉴相器。最后进入稳定状态。2021/9/947.2.1PLL的方框原理图（续）(2)锁定状态──VCO跟踪输入信号频率与相位的漂移或调制变化的过程。当系统开始工作时，压控振荡器的频率将向着接近输入信号频率的

4、方向变化，这就是捕获状态。当PLL达到稳定状态后，若输入信号为一固定频率的正弦波，则压控振荡器的输出信号频率与输入信号频率相等，它们之间的相位差为一常值，这种状态称为环路的锁定状态。锁相环通常有两种不同的跟踪状态：调制跟踪与载波跟踪。压控振荡器的输出信号跟踪输入的调制信号变化。这种状态就是调制跟踪状态，这种环路称为“调制跟踪环路”。调制跟踪环路可实现高质量的调角信号的解调。压控振荡器的输出信号频率只跟踪输入信号的载频，那么就称之为载波跟踪状态，这叫载波跟踪环，或称“窄带跟踪环”。锁相环路具有两种工作状态：(1)捕

5、获状态──环路由失锁进入锁定的过程；2021/9/957.2.2PLL各部件的特性与数学模型：（1）鉴相器（PD）常用的鉴相器有以下几类：数字鉴相器、模拟相乘器、抽样鉴相器和鉴频鉴相器等。作为原理分析，通常使用具有正弦鉴相特性的鉴相器。式中，为输入信号的瞬时相位；为压控振荡器输出信号的瞬时相位。2021/9/96（1）鉴相器（PD）（续1）设相乘器的相乘系数为k，单位为1/V。输入信号为：式中，为正弦信号的振幅，为中心角频率，是以载波相位为参考的瞬时相位。若输入信号为一固定的正弦波，则是一常数，即的初始相位。假

6、设输出信号为：式中，为余弦信号的振幅，为环路VCO自由振荡角频率，是输出信号以其自由振荡相位为参考的瞬时相位。2021/9/97（1）鉴相器（PD）（续2）统一参考相位：一般情况下，两信号的频率是不同的。为了便于比较，现统一以VCO的自由振荡相位为参考，于是输入信号相位需改写为：式中：改写输入和输出信号表示式：2021/9/98（1）鉴相器（PD）（续3）输入信号与输出信号经过相乘器后得到：再经过低通滤波滤除成分，便得到误差电压：令,，不难看出为鉴相器的最大输出电压，它在一定程度上反映了鉴相器的灵敏度。单位为（V

7、）。返回2021/9/99（1）鉴相器（PD）（续4）则上式可写成：这就是正弦鉴相特性。（讲义下册95）需要指出的是，在上面的推导过程中，设两个输入信号互为正交信号形式，因而得到正弦特性。若改设两信号同为正弦或余弦，则将会得到余弦特性。不论是那种特性，环路的稳态工作区域总是在特性的线性区域内，环路锁定时相位比较器输出电压为零附近。则可写成线性表示式：讨论：若用代表相乘器两个输入信号的瞬时相位误差，即假设，有2021/9/910（1）鉴相器（PD）（续5）正弦鉴相器的数学模型2021/9/911（2）环路滤波器（L

8、F）锁相环路中的滤波器是线性低通滤波器，它主要有两个功能：第一，滤除误差信号中的高频分量；第二，为锁相环路提供一个短期的记忆，如果系统由于瞬时噪声而失锁，可确保锁相环路迅速重新捕获信号。环路滤波器由线性元件，电阻、电容和运算放大器组成。环路滤波器采用的电路结构不同时，传递函数的阶数不同。锁相环路中，通常采用一阶滤波器电路。有时需要较强地抑制鉴相器输出中的交流分量时，也采用