锁相技术第4章
锁相技术及频率合成
技术优势与挑战
技术优势
PLL和FS的结合可以实现快速频率切 换、低相位噪声、高分辨率等优点。
技术挑战
需要解决PLL和FS之间的相位噪声传 递和杂散抑制等问题,以确保输出信 号的质量。
实际应用案例
通信系统中的频率合成
用于产生稳定的本振信号,确保接收和发射信号的稳定性和准确 性。
雷达系统中的频率合成
锁相技术原理
锁相技术的基本原理是利用负反馈控制,将外部输入信号与 内部振荡信号进行相位比较,并根据比较结果调整内部振荡 器的参数,使两者的相位保持一致。
当外部输入信号的频率与内部振荡信号的频率相差较小时, 锁相环能够自动跟踪输入信号的频率,并保持两者之间的相 位差恒定。
锁相技术的应用
锁相技术在通信、雷达、导航 、测量等领域得到广泛应用。
智能化
利用人工智能和机器学习技术,实 现锁相技术及频率合成的智能化控 制,提高系统的自适应性。
研究热点与前沿
宽频带、高精度频率合成
01
研究宽频带、高精度频率合成技术,以满足通信、雷达、电子
对抗等领域的需求。
快速频率跳变
02
研究快速频率跳变技术,实现快速切换和灵活的通信方式,提
高通信系统的抗干扰能力和保密性。
电子对抗
在电子对抗领域,锁相技术和频率合成技术用于生成干扰信号和探测信
号,对于提高电子设备的抗干扰能力和探测能力具有重要作用。
02
锁相技术概述
锁相技术定义
Байду номын сангаас
01
锁相技术是一种通过相位比较和 调整实现信号频率跟踪和锁定相 位的电子技术。
02
它利用外部输入信号与内部振荡 信号的相位比较,自动调整内部 振荡器的参数,使两者的相位保 持一致。
锁相技术复习大纲(第一章到第四章)
第1章 锁相环路的基本工作原理一、锁相环的基本组成及原理PLL 由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)和电压控制振荡器(VCO)三个基本部件组成的,基本构成如图,了解这三个基本部件的功能及数学模型,在此基础上完成环路动态方程模型的建立。
应理解θ1(t)与θ2(t)是以VCO 的自由振荡角频率w0为参考频率进行相位比较。
具体说明参见教材P2。
1、鉴相器鉴相器是一个相位比较装置,用来检测输入信号相位θ1(t)与反馈信号相位θ2(t)之间的相位差θe(t)。
输出的误差信号ud(t)是相差θe(t)的函数,即鉴相特性f [θe(t)]可以是多种多样的,有正弦形特性、三角形特性、锯齿形特性等等。
常用的正弦鉴相器可用模拟相乘器与低通滤波器的串接作为模型,如图所示。
鉴相器的输出电压:2、环路滤波器环路滤波器具有低通特性,它可以起到低通滤波器的作用,更重要的是它对环()sin ()d d e u t U t θ=路参数(如环路稳定性、环路单边噪声带宽、环路捕获时间等)调整起着决定性的作用。
环路滤波器是一个线性电路,在时域分析中可用一个传输算子F(p)来表示,其中p(≡d /dt)是微分算子;在频域分析中可用传递函数F(s)表示,其中s(a+j Ω)是复频率;若用s=j Ω代入F(s)就得到它的频率响应F(j Ω)。
主要了解RC 积分滤波器、无源比例积分滤波器及有源比例积分滤波器这三类环路滤波器的电路形式及传输函数。
a 、 R C 积分滤波器:式中τ1=RC 是时间常数,这是这种滤波器唯一可调的参数。
滤波器的频率特 性b 、无源比例积分滤波器式中τ1=(R1+R2)C ;τ2=R2C 。
这是两个独立的可调参数,其频率响应为c 、有源比例积分滤波器式中τ1=(R1+AR1+R2)C ;τ2=R2C ;A 是运算放大器无反馈时的电压增益。
若A 很大则有不考虑负号的影响,因为负号表示,鉴相器工作在鉴相器特性曲线斜率为负的那一段。
锁相环基本概念PPT课件
ui(t)
PD ud(t) LF
uc(t) VCO
uo(t)
uf(t)
PLL
图1.2.1 基本锁相环组成
实际使用的锁相环还可能包含放大器、混频器、分 频器、滤波器等部件,但这些部件不影响锁相环的工 作原理,可不予考虑。
u(t) VCO
uf(t)
PLL
uo(t)
图1.2.1 基本锁相环组成
ui(t)
PD
ud(t) LF
uc(t) VCO
uo(t)
uf(t)
PLL
图1.2.1 基本锁相环组成
在锁相环中,PD是控制器,VCO是控制对象,LF是校 正网络,基本锁相环中反馈网络的传递函数为1。反 馈网络的传递函数为1 的环路称为单位反馈环,它的 反馈信号等于输出信号,反馈量等于输出量。在本 书中,无特殊说明的锁相环皆是单位反馈环。
由图可见,锁相环是一个反馈系统(闭环控制系统) 。 基本锁相环是一个全反馈系统,因为uf(t)=uo(t) 。
PD对输入信号ui(t)和反馈信号uf(t)的相位作比较, 其输出信号可表示为
ud(t)=f[θe(t)]
(1.2.1)
式中θe(t)是输入信号和反馈信号的相位差,f[·]表 示运算关系。
2021/6/19
12
LF是一个线性低通网络,用来滤除ud(t)中的高频成分 和调整环路参数,它对环路的性能指标有重要影响。 它的输出uc(t)被用来控制VCO的频率和相位。常 称ud(t)为误差信号,uc(t)为控制信号,它们之间的关 系为 uc(t)=F(p)ud(t)…(1.2.2)
式中p为微分算子,F(p)为LF的传输算子。
到70年代,随着集成电路技术的发展,逐渐出现了集成 的环路部件、通用单片集成锁相环路以及多种专用 集成锁相环路,这就为锁相技术在更广泛的领域应用 提供了条件,从而使锁相技术得到了广泛的应用。
锁相技术——张厥盛
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
《 锁相技术》
图1-7 环路滤波器的模型
第1章 锁相环路的基本工作原理
1. RC积分滤波器这是结构最简单的低通滤波器,电 路构成如图1-8(a),*其传输算子
F( p) 1
1 p1
(1-18)
式中τ1=RC是时间常数,这是这种滤波器唯一可调的 参数。
F ( p) A1 p 2 1 p1
式中τ1=(R1+AR1+R2)C;τ2=R2C; A是运算放大器无反馈时的电压增益。 若运算放大器的增益A很高,则
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
图1-9 无源比例积分滤波器的组成与对数频率特性
《 锁相技术》
(a)组成;(b)频率特性
第1章 锁相环路的基本工作原理
负号对环路的工作没有影响,分析时可以不予考虑。 故传输算子可以近似为
F ( p) 1 p 2 p1
(1-22)
式中τ1=R1C。(1-22)式传输算子的分母中只有一个 p,是一个积分因子,故高增益的有源比例积分滤波器又 称为理想积分滤波器。显然,A越大就越接近理想积分 滤波器。此滤波器的频率响应为
令p=jΩ,并代入(1-18)式,即可得滤波器的频率特性
F ( j) 1
1 j1
(1-19)
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
图1-8 RC积分滤波器的组成与对数频率特性
《 锁相技术》
(a)组成; (b)频率特性
第1章 锁相环路的基本工作原理
2. 无源比例积分滤波器无源比例积分滤波器如图
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
图1-2(a)所示。从图上可以得到两个信号的瞬时相 位之差
锁相技术知识点
第一章锁相环路的基本工作原理:1.锁相环路是一个闭环的相位控制系统;锁相环路(PLL)是一个相位跟踪系统,它建立了输出信号顺时相位与输入信号瞬时相位的控制关系。
2. 若输入信号是未调载波,θi(t)即为常数,是u i(t)的初始相位;若输入信号时角调制信号(包括调频调相),θi(t)即为时间的函数。
3.ωo是环内被控振荡器的自由振荡角频率;θo(t)是以自由振荡的载波相位ωo t为参考的顺时相位,在未受控制以前它是常数,在输入信号控制之下,θo(t)即为时间的函数。
4. 输入信号频率与环路自由振荡频率之差,称为环路的固有频率环路固有角频差:输入信号角频率ωi与环路自由振荡角频率ωo之差。
瞬时角频差:输入信号频率ωi与受控压控振荡器的频率ωv之差。
控制角频差:受控压控振荡器的频率ωv与自由振荡频率ωo之差。
三者之间的关系:瞬时频差=固有频差-控制频差。
5. 从输入信号加到锁相环路的输入端开始,一直到环路达到锁定的全过程,称为捕获过程。
6. 对一定环路来说,是否能通过捕获而进入同步完全取决于起始频差。
7. 锁定状态又叫同步状态:①同频②相位差固定8. 锁定之后无频差,这是锁相环路独特的优点。
9. 捕获时间T p的大小除决定于环路参数之外,还与起始状态有关。
10.若改变固有频差∆ωo,稳定相差θe(∞)会随之改变。
11.锁相环路基本构成:由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)和电压控制振荡器(VCO)组成。
12.鉴相器是一个相位比较装置,鉴相器的电路总的可以分为两大类:第一类是相乘器电路,第二类是序列电路。
13.环路滤波器具有低通特性。
常见的环路滤波器有RC积分滤波器、无源比例积分滤波器和有源比例积分滤波器三种。
(会推导它们的传输算子)14.电压振荡器是一个电压-频率变换装置,它的振荡频率应随输入控制电压u c(t)线性的变化。
15.压控振荡器应是一个具有线性控制特性的调频振荡器。
要求压控振荡器的开环噪声尽可能低,设计电路时应注意提高有载品质因素和适当增加振荡器激励功率,降低激励级的内阻和振荡管的噪声系数。
锁相技术第二版课程设计
锁相技术第二版课程设计一、前言锁相技术是现代电子技术中的一个重要分支,其在通信、测量、控制等领域中得到广泛应用。
本课程旨在介绍锁相技术的原理、应用和实现方法等内容,希望通过本课程的学习,学生能够掌握锁相技术的基本理论和实际应用,提高其综合能力。
二、课程大纲1. 锁相技术基础•锁相环的基本原理•锁相环的组成和功能•锁相环的稳态和暂态分析2. 锁相技术应用•频率合成器的实现与应用•相位比较器的实现与应用•时序恢复器的实现与应用•噪声抑制器的实现与应用3. 锁相环性能分析•相位噪声和抖动分析•动态响应和稳态误差分析•锁定时间和稳定性分析4. 实验设计•锁相环稳态分析实验•锁相环暂态响应实验•锁相环应用实验三、学习要求1.学生需要具备电路分析、信号处理、数字电路等基本知识和实验技能;2.学生需要具备一定的数学基础,掌握傅里叶变换等相关知识;3.学生需要具备一定的编程能力,能够使用Matlab等软件实现锁相环相关实验设计和仿真;4.学生需要熟悉使用锁相环芯片和相关测试仪器,了解其原理和使用方法。
四、教学方法本课程采用理论讲授、实验教学相结合的教学方法。
1.理论部分:通过课堂讲授、PPT演示和问题解答等方式,让学生全面理解锁相技术的基本原理和应用;2.实验部分:通过实验操作和数据分析等方式,让学生深入了解锁相技术的实际应用和性能分析;3.课程设计:通过开设锁相技术相关的课程设计,培养学生综合运用锁相技术及其相关知识的能力。
五、考核方式本课程采用阶段性考核和综合性考核相结合的方式。
1.阶段性考核:每学期将定期进行理论考试和实验操作考核,考查学生的基本理解和实践能力;2.综合性考核:课程设计及论文,考查学生的锁相技术应用和发展能力以及综合素养。
六、参考资料1.John F. Kser,。
《锁相技术》课件
减小功耗的措施
采用低功耗的器件
如低功耗的VCO、鉴相器等。
优化电路设计
优化电路设计,降低功耗。
开启/关闭不必要的功能
在不需要时关闭某些功能,降低功耗。
01
锁相环路的测试与 验证
测试方法与测试环境
测试方法
采用模拟信号源和频谱分析仪对锁相环路的性能进行测试。
感谢观看
THANKS
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
21世纪
随着通信技术的发展,锁相技 术在移动通信、卫星通信等领
域得到广泛应用。
01
锁相环路的工作原 理
锁相环路的组成
鉴相器(PD)
VCO(压控振荡器)
用于检测输入信号与输出信号的相位 差。
用于产生可调频率的输出信号,通过 电压控制其振荡频率。
环路滤波器(LF)
用于滤除鉴相器产生的误差电压中的 高频分量,平滑输出电压。
锁相技术在其他领域的应用探索
要点一
总结词
要点二
详细描述
除了通信领域,锁相技术在其他领域也有广泛的应用前景 。
随着科技的不断发展,锁相技术的应用领域也在不断拓展 。未来,锁相技术有望在雷达、导航、电子对抗、电力系 统等领域得到广泛应用。例如,在雷达领域,锁相技术可 以实现高精度、高稳定性的频率源,提高雷达的探测精度 和距离分辨率;在电力系统领域,锁相技术可以用于实现 电网的稳定运行和故障诊断等方面。
测试环境
在实验室条件下进行,确保测试结果的准确性和可靠性。
测试结果与分析
测试结果
锁相环路在低频和高频段均表现出良 好的跟踪性能和噪声抑制能力。
锁相技术
设输出信号为:uo (t) Uo cos[ot o (t)]
PLL内部VCO的 自由振荡角频率
是在输入信号控制下,
相对于 ot的瞬时相位,
是时间 t 的函数。
锁相环路中,输入信号 ui (t) 对环路的作用是 在它的瞬时相位 i (t) i (t) 的作用下,改变输出 信号 uo (t) 的瞬时相位 o (t) o (t) ,所以对于锁相 环路来说,更关心的是它的输入和输出信号的相
不为零
数值很小 的量,但
不为零
这一过程所用的时间为捕获时间 TP
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
捕获过程中瞬时相差与瞬时频差的典型时间图分析
.
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
三、锁定状态
环路锁定状态(同步状态)的条件:
e((tt))
(t) 2n e
K0 p
整理得到:pe (t) p1(t) KoUd F ( p)sine(t)
uc (t)
环路的动态方程:
K KoUd
pe (t) p1(t) KF ( p)sine(t)
K K0Ud 为环路增益
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
锁相环路动态方程的物理概念解释:
第1章 锁相环路的基本工作原理
环路的瞬时相位差:(矢量表示方法如图所示)
e (t) 1(t) 2(t)
输入信号的 瞬时角频率
输出信号的 瞬时角频率
环路瞬时频差:
de (t)
dt
1(t)2 (t)
(t)
e (t)
锁相技术第二版(郑继禹 万心平)课后答案
第一章第二章 2-1 解: (a)(b)201012()()()()(/).()()(/).()()()()d e e U s K F s s s K s U s s K s U s s s s θθθθθθ'Ω'ΩΩ=⎧⎪=⎪⎨=⎪⎪=-⎩ =>[]0()()()e K s U s U s sθ'ΩΩ=-, 001()()()()d d K K K K F s U s F s U s s s 'ΩΩ⎡⎤+=⎢⎥⎣⎦=>00()()()()()d d U s K K F s H s U s s K K F s 'ΩΩ==+ (c) 闭环传递函数(带入F(s))21212212(1)/(1)()(1)/(1)(1)K s s H s s K s s K sK s s K Kτττττττ++=++++=+++ ==> 二阶环所以开环传递函数211()()(1)()1()(1)o H s KF s K s H s H s s s s ττ+===-+==>1型环2-2 分析方法:(电流节点法,I=I1+I2,求I:复频域Laplace 变换 c=>1/(sc),Uc(s)=-AUi(s), 虚短虚断的概念:Ui(t)=0)12I=I o iI U KU +⎧⎨=-⎩==> 123(1/)i d o io i o i U U U U U U R R R sC U KU ---⎧=+⎪+⎨⎪=-⎩==>12212()(1)o d U s R F s KU s R K R ττ+==-+++ ==>[]223112323(1)()R R C R K R R R R Cττ=⎧⎨=+++⎩环路闭环传递函数0012022220//()()2d d d d n n K K sK K K K K KR H s s K K F s s s τττξωω+==++⋅+==>n ω=ξ=2-5 见P34 例题2-8 由Ui ==> Ω=102<Ωc=103 ==>调制跟踪 Ω=102<Ωc=10 ==>载波跟踪2-9 理想二阶环 闭环传递函数2222()2n n n n s H s s s ξωωξωω+=++==> 频率响应2n 22n 2()2n n j H j j ωξωωξω+ΩΩ=-Ω+Ω引入/n x ω=Ω ==> 212()12j xH jx x j xξξ+=-+ 令2|()|1/2H jx ===>1/2221cc n x ξωΩ⎡==++⎣当 0.5ξ= ==>cnωΩ=1.82 ==> 33.6410c πΩ=⨯ (rad/s)3.1有源比例积分滤波器。
锁相技术复习要求
锁相技术复习要点第1章 锁相环路的基本工作原理一、考核知识点(一)锁相环路的基本工作原理;(二)锁相环路的相位数字模型及其微分方程;(三)锁相环路的基本性能。
二、考核要求(一)锁定与跟踪的概念1、识记:(1)相位的概念;(2)锁相环路的定义;(3)环路的捕获带(4)环路的同步带。
2、领会:(1)锁相环路是一个相位跟踪系统,它建立了输出信号瞬时相位与输入信号瞬时相位的控制关系(2)几个重要参数:载波相位、瞬时相位、自由振荡角频率、瞬时相差、移稳态相差;(3)环路的两种基本工作状态:捕获过程、锁定状态。
3、应用:(1)环路是处于锁定状态的判定依据;(2)一阶环稳态相差的计算。
(二)环路组成1、识记:(1)环路的基本部件;(2)鉴相器的作用与数学模型;(3)鉴相器的分类:模拟乘法器鉴相器、序列电路(数字鉴相器);(4)环路滤波器的作用与数学模型;(5)压控振荡器的作用与数学模型;(6)压控灵敏度;(7)压控振荡器的种类。
2、领会:(1)锁相环路的组成及框图;(2)正弦鉴相器及数学模型;(3)几种常用的环路滤波器及传递函数;(4)锁相环路的相位数学模型。
3、应用;(1)理想积分滤波器分析;(2)非常用环路滤波器的传递函数求解。
(三)环路的动态方程1、 识记:(1)瞬时频差;(2)控制频差;(3)固有频差;(4)环路增益K。
2、 领会:(1)锁相环路动态方程3、应用:(1)锁相环路动态方程的含意;(2)稳态相差的求解。
(四)一阶环路的捕获、锁定与失锁。
1、识记:(1)一阶环路;(2)相点;(3)相轨迹(4)相平面。
2、领会:(1)一阶环路的非线性微分方程;(2)相轨迹上相点的含义。
3、应用:(1)频率牵引现象;(2)一阶环路的捕获带、同步带、快捕带。
第二章 环路跟踪性能一、考核知识点(一)锁相环路的线性相位模型及传递函数;(二)锁相环路的性能指标;(三)二阶环路在典型输入下的响应;(四)环路的频率响应。
锁相
摘要随着现代通信、雷达、电子侦察和对抗技术的飞速的发展,对作为核心部件的频率合成器的性能指标提出了越来越高的要求,宽频带、高频率分辨、低捷变时间、高频率稳定度、低相位噪声、低杂散、能程控等。
这些技术要求用普通的模拟电路技术是很难达到的,频率合成技术是产生大量高精度、高稳定度频率信号的主要技术。
小数分频频率合成器则是近年来出现的一种新技术,它与传统的整数分频频率合成器相比具有频率分辨率高、相位噪声低等优点。
本文介绍了锁相环和频率合成技术的基础理论,并对小数分频锁相环频率合成器及其实现技术进行了探讨。
ABSTRACTToday, as the electronic technology is developing fantastically fast, the request for higher performance of synthesizers is put forward, wide frequency range, high frequency resolution, low jump time, low phase noise, high spurious restraining and controlled by program. These requirements are too hard to be reached by using normal analog circuit. Frequency synthesizer is the key technology to produce a great deal of high resolution, high stabilization frequency signal.Fraction-N phase locked loop (FNPLL) frequency synthesizer has been appeared in recent years. It has the advantage of high frequency resolution and low phase noise when compared with traditional Integer-N phase locked loop (NPLL) frequency synthesizer.In this paper the basic theory of phase locked loop (PLL) and frequency synthesizer technology were introduced, the theory and implement of FNPLL frequency synthesizer were discussed too.目录一、锁相环基本原理 (4)1.1锁相环原理及组成 (4)1.2 锁相环路的相位模型及其基本方程 (4)二、频率合成基本原理 (5)2.1频率合成概念 (5)2.2频率合成器及其技术指标 (5)2.2.1频率范围 (5)2.2.2频率间隔(频率分辨率) (6)2.2.3频率转换时间 (6)2.2.4准确度与频率稳定度 (6)2.3频率合成器的类型 (6)2.3.1直接式频率合成器(DS) (6)2.3.2间接式频率合成器(IS) (6)2.3.3直接数字式频率合成器(DDS) (7)三、Σ-△小数分频锁相环频率合成器 (7)3.1锁相环频率合成器的发展 (7)3.2 Σ-△小数分频锁相环频率合成器工作原理 (7)四、结束语 (9)一锁相环基本原理1.1 锁相环原理及组成PLL是一种反馈控制电路,其特点是:利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。
锁相技术课件PPT(完整版)
FSK 输入
锁定 指示
NE567方框图
NE567 拨号音解码 电路实现
一、概述
§6.3 频率合成
1. 概念
频率合成器是将一个高精确度和高稳定度的标准
参考频率,经过混频、倍频与分频等对它进行加、
减、乘、除的四则运算,最终产生大量的具有同样
精确度和稳定度的频率源。
2. 应用 频率合成器在雷达、通信、遥控遥测、电视广
§6.1 跟踪滤波器 概念:跟踪滤波器的中心频率自动的跟踪输入信号 载波频率的变化,但相对带宽不变。
锁相环路可以实现跟踪滤波
VCO输出的 信号就是经 过滤波后的
输入信号
当n时,uo (t)是ui (t) 的复制品。 当n时,uo (t)是提纯的载波,但有90 o 的相差。
一、跟踪特性的测量 跟踪特性:环路uo(t) 和ui (t) 瞬时频率的变化关系。
uc (t)
1 Ko
d dt
2
(t
)
1 H ( j) sin{t Arg[H ( j)]}
Ko
电路实现: 5G4046实现FM解调电路
确定振荡 频率和FM 载频一致
NE562实现FM解调器电路
三、数字调频和调相信号的调制与解调 1. 移频键控(FSK)和移相键控(PSK)
2. FSK调制器的电路实现(XR-215)
解调器用锁相环实现调幅信号解调lpftuamturtuftuturam?ttmtmtuccacacc??????sincos2cos2sin??????????锁相技术221sincos222caacummtt?????sin22sin22acacmtmt????????????调制信号成分载波的二次谐波载波的二次谐波经lpf后输出调制信号第6章锁相环路的应用am信号的pll同步解调原理锁相技术第6章锁相环路的应用am信号pll同步解调电路实现ne561锁相技术rut90度移相第6章锁相环路的应用90移相网络lf锁相技术tuamvco频率调整第6章锁相环路的应用二模拟调频和调相信号的调制与解调1
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一、二阶环的快捕带与快捕时间
2 0
2
AB
着 e (t)随时间的增长而增长,
即相点向右移动。而下半平
o
K
时的动态方程图解
面的相点向左移动。
3. 每个2 周期内和横轴有两个交点,交点处:
e(t) 0
eA eB
Hale Waihona Puke 2n 2narcsin o
K arcsin
o
K
稳定平衡点
不稳定平 衡点
《锁相技术》
第4章 环路捕获性能
4. 稳态相差
ud (t) Ud sine (t)
uc
(t
)
e
(t
) o
Ko
第4章 环路捕获性能
三、捕获过程的定性分析
输入信号:固定频率信号
1. 环路开始工作, ud (t) 0 F( p) uc (t)
频率捕 获结束
1 KH
e (t)
1 e (t)
i
v (t)
2. 频率捕获结束后,环路进入相位捕获。
《锁相技术》
一阶锁相环的可调 参数只有K
第4章 环路捕获性能
二、二阶锁相环路的捕获
以无源比例积分滤波器为例分析环路的捕获过程
F ( p) p 2 1
pe (t)d1
dt
p1 1
p1(to) K
p 2 p1
1sin 1
e
(t
)
p2e (t)1 p21(t) p1(t) K ( p2 1)sine (t) pe (t)
矛盾的。因此,为发挥环路的跟踪性能,一般要牺牲 环路的捕获性能,捕获过程借助于辅助捕获电路来完 成。
《锁相技术》
第4章 环路捕获性能
4. 捕获性能的分析方法 捕获过程的特点: ① e(t)将在大范围内变化, 甚至有多个2π周期跳越。 ②鉴相特性为非线性。 ③动态方程为非线性微分方程。
工程上常用的近似分析方法: ①相平面法: 图解分析二阶非线性微分方程。
《锁相技术》
第4章 环路捕获性能
频率捕获:环路中至少有两个积分环节, VCO 有一个积分环节,F ( p) 1 。
PD
LF
e (t) ud (t)uc (t) v i
锁
二阶环既有频率捕获又有相位捕获
定
3. 自捕获与辅助捕获(捕获方法) 自捕获:依靠环路自身的控制能力达到捕获锁定。 辅助捕获:借助于辅助电路实现捕获锁定。 环路的跟踪性能和捕获性能对环路参数的要求是
e
arcsine
aorcsin
K
oo K o
K K
环路锁定 环路失锁
《锁相技术》
第4章 环路捕获性能
6. 相轨迹图中没有明显的时间信息,但隐含着 e(t) 和e (t) 随时间变化的信息,根据相轨迹图可以得 到 e(t) 和 e (t) 随时间变化的关系图。
《锁相技术》
第4章 环路捕获性能
《锁相技术》
相轨迹方程
按照相轨迹方程可以建立瞬时频差 e(t)和瞬 时相差 e(t)之间的关系图 [e(t),e(t)] 称为“相
平面图”。
《锁相技术》
第4章 环路捕获性能
讨论: 1. 曲线上任意一点为相点
,[e﹡(t ),e (t )]
e (t )
K
它反映了环路工作状态的变
化过程。
o
e (t)
2. 上半平面 e(t) 0 ,意味
de de
(t) (t)
1
1
[1
2
cose
(t)]
1
1e (t
)
[o
K
sine
(t)]
KH
K 2 1
环路高频总增益
KH
de de
( 1
KH1
cos
e
)
1
e
( o KH1
sine ) 2
对于上述方程的解析求解很难,利用计算机
辅助的方法获得相平面图
[e' (t),e (t)]
条件是:e' (t)
1 KH
当输入固定频率信号时: =0
o
p2e (t)
o 1
K
1
sine (t)
K2 1
cose (t)
pe (t)
1
1
pe (t)
d
2e (t)
dt 2
o 1
K
1
sine (t)
[K
2 1
cose (t)
1 ]de (t) 1 dt
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再将上式两边除以 de / dt e , 得相轨迹方程
e(t) e(t)
②准线性法:适用于任何阶次的环路,对于高阶环 的分析更精确。
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第4章 环路捕获性能
§4.2 捕获过程与捕获特性 一、一阶锁相环路的捕获
F( p) 1
pe (t) p1(t) K sine (t)
如果输入固定频率的信号: 1(t) ot i
e(t) o K sine(t)
每个 2 周期后,会向横轴靠近。(靠近锁定点)
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4. 当 e' (t) 1时,起始频差 o KH ,环路刚好
进入相位捕获。
5.
平衡点的条件:de (t)
dt
0;
d
2e (t)
dt 2
0
稳定平衡点e :arcsine Kaorcsi2nnKo 2n 不稳定平衡e 点: arecsinKaorcsi2nnKo 2n 当n=0时的稳态相差为:
de
dt
KH1 10 KH2 2
o KH
2
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讨论: 1. 相平面图是由相 轨迹簇构成的,不 同的起始频差有就 不同的相轨迹。
2. 相轨迹是有方向 的曲线
上半平面:e(t) 0 t e(t) 相点右移 下半平面:e(t) 0 t e(t) 相点左移
3. 当起始频差比较大时,相轨迹近似正弦波,但在
第4章 环路捕获性能
第四章 环路捕获性能
§4.1 捕获的基本概念
1. 捕获 环路从开始状态进入锁定状态的过程称为捕获。
即:失锁
锁定
2. 相位捕获与频率捕获
相位捕获:在捕获过程中,e (t) 没有2 的越变。
如一阶环:F ( p) 1 , 只有压控振荡器一个固有 积分环节 1 p,捕获过程中,在2π的周期内环路锁定, 所以一阶环只有相位捕获,没有频率捕获。
不超 e (t) e ()
越 2 ud (t) ud sin()
相位 捕获
锁定 状态
uc (t) uc ()
结束
v靠近i v i
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§4.3 捕获带与捕获时间 捕获带和捕获时间的精确分析。必须严格求解
环路的非线性微分方程,很困难。目前一些学者采
用准线性近似法来分析捕获带和捕获时间,其结果
eA
2n
arcsin
o
K
一般认为相差接近A点环路就进入到了锁定状态。
5.当
o
K
时,e (t )
0
环路动态方程无解,不
K e (t)
能进入锁定状态。
当o K 时,环路为 o
o
临界锁定状态。
2 0
K e (t)
2
6. H、 p、L的关系
o K o K
时的动态方程图解
H p L K