笫7章锁相环路1解读
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锁相环教学讲义
3、压控振荡器（VCO）
输入输出特性：
o(t)oK uc(t) K
压控灵敏度
3 锁相环的基本组成分析
3、压控振荡器（VCO）
例
O(t)22R1RR34CuUi(Zt)
令：
2R4 1
2R1R3CUZ
K
uc(t)ui(t)
则有： O(t)Kuc(t)
若当uc(t)为零或直流电压时，其固有振荡角频率为ωo,
使捕捉时间变长的主要原因。
(3) Δωi很大：Δωi远远大于环路滤波器的通频带和捕捉频带。 这时鉴相器输出的电压uD(t)不能通过环路滤波 器，滤波器的输出为零或保持不变，VCO的输出
频率也保持不变，环路处于失锁状态。
2. 跟踪过程
跟踪过程——已锁定的环路，若ωi（或o）发生变化时，则 VCO振荡角频率o跟踪ωi而变化，维持o=ωi
捕捉带（ΔωP）——能够由失锁进入锁定所允许的输入信号角频
率ωi偏离o的最大值|Δωi|(最大固有角频
差)
捕捉时间（τP）——捕捉过程所需要的时间。
当未加ui(t)时，VCO上没有控制电压，振荡角频率为o。
当加入恒定ωi的输入时→产生固有角频差Δωi= ωi-o，同时形
成瞬时相差φe(t) uD(t)
uD(t)
(a) 0
uD(t)
ωa
o
ΔωP
(捕捉带)
锁相环路（PLL） 及应 用
本章教学内容
1 锁相环路概述 2 锁相环的基本结构和工作原理 3 锁相环的基本组成分析 4 锁相环的环路模型 5 环路的捕捉与跟踪过程 6 锁相环的应用
教学重点
▪锁相环的构成及基本原理 ▪环路的锁定、捕捉和跟踪；环路的同步带 和捕捉带 ▪锁相环的数学模型
输入输出特性：
o(t)oK uc(t) K
压控灵敏度
3 锁相环的基本组成分析
3、压控振荡器（VCO）
例
O(t)22R1RR34CuUi(Zt)
令：
2R4 1
2R1R3CUZ
K
uc(t)ui(t)
则有： O(t)Kuc(t)
若当uc(t)为零或直流电压时，其固有振荡角频率为ωo,
使捕捉时间变长的主要原因。
(3) Δωi很大：Δωi远远大于环路滤波器的通频带和捕捉频带。 这时鉴相器输出的电压uD(t)不能通过环路滤波 器，滤波器的输出为零或保持不变，VCO的输出
频率也保持不变，环路处于失锁状态。
2. 跟踪过程
跟踪过程——已锁定的环路，若ωi（或o）发生变化时，则 VCO振荡角频率o跟踪ωi而变化，维持o=ωi
捕捉带（ΔωP）——能够由失锁进入锁定所允许的输入信号角频
率ωi偏离o的最大值|Δωi|(最大固有角频
差)
捕捉时间（τP）——捕捉过程所需要的时间。
当未加ui(t)时，VCO上没有控制电压，振荡角频率为o。
当加入恒定ωi的输入时→产生固有角频差Δωi= ωi-o，同时形
成瞬时相差φe(t) uD(t)
uD(t)
(a) 0
uD(t)
ωa
o
ΔωP
(捕捉带)
锁相环路（PLL） 及应 用
本章教学内容
1 锁相环路概述 2 锁相环的基本结构和工作原理 3 锁相环的基本组成分析 4 锁相环的环路模型 5 环路的捕捉与跟踪过程 6 锁相环的应用
教学重点
▪锁相环的构成及基本原理 ▪环路的锁定、捕捉和跟踪；环路的同步带 和捕捉带 ▪锁相环的数学模型
《锁相环路》课件
PLL运行过程详解
1
PLL频率同步
通过调整VCO频率，使输入和输出信号达到相同频率
2
PLL相位同步
确保输入和输出信号在相位上保持一致
3
实际应用举例介绍
视频信号处理、数字信号处理和时钟信号稳定性提升
常见问题及解决方案
测试方法及工具介绍
有效测试和验证PLL的性能和稳定性
故障排除及修复方法
解决PLL运行中的常见问题和故障
结语
PLL在现代电子行业中的 应用前景
PLL的广泛应用将推动电子行 业的发展
教学总结
总结PLL的重要概念和应用
参考文献
[1] "频锁相环PLL原理及应 用"，陈书康
《锁相环路》PPT课件
# 锁相环路PPT课件
什么是锁相环路（PLL）？
介绍PLL概念及作用 PLL的基本结构和原理
PLL系统的组成
信号源
产生输入信号用于锁相环路的比较和调整
相位比较器
比较输入信号和反馈信号之间的相位差异
可变频率振荡器（VCO）
根据相位比较器输出调整产生的输出信号频率
分频器
将输出信号分频并作为反馈信号输入到相位 比较器
锁相环路的工作原理
可能是由于环路带宽设置过宽、VCO的调谐灵敏度较高、环路 增益较大等。
解决方案
减小环路带宽，降低VCO的调谐灵敏度，减小环路增益。
Part
05
锁相环路的优化设计
选择合适的鉴相器与压控振荡器
鉴相器选择
鉴相器是锁相环路中的核心元件，用于比较输入信号与压控振荡器输出信号的 相位差。根据应用需求，选择合适的鉴相器，如模拟鉴相器和数字鉴相器，确 保环路性能达到最佳。
高速锁定
锁相环路具有快速锁定能力，能够在短时间内实现相位同 步。
自动跟踪相位变化
锁相环路能够自动跟踪输入信号的相位变化，实现输出信 号与输入信号的相位同步。
高精度相位调整
锁相环路能够实现高精度相位调整，具有较低的相位噪声 。
工作原理概述
鉴相器
鉴相器用于比较输入信号 和输出信号的相位差，产 生一个误差信号。
雷达系统中的信号处理
雷达系统在探测、跟踪和识别目标时，需要处理大量的回波 信号。锁相环路在雷达信号处理中起到关键作用，用于实现 回波信号的频率跟踪和信号解调。
通过比较回波信号与本地振荡器信号的相位差，锁相环路能 够自动调整本地振荡器信号的频率，使其与回波信号的频率 一致，实现回波信号的准确解调。这有助于提高雷达系统的 目标检测和识别能力。
Part
06
锁相环路的实际应用案例
无线通信中的频率合成
频率合成器是无线通信系统中的关键组成部分，用于产生高精度、高稳定度的频率信号。 锁相环路被广泛应用于频率合成器中，通过比较输出信号与参考信号的相位差，自动调 整输出信号的频率，实现输出信号与参考信号的相位同步。
锁相环路在频率合成中的应用，能够提高频率信号的稳定性和精度，减小信号的相位噪 声，为无线通信系统的稳定运行提供保障。
解决方案
减小环路带宽，降低VCO的调谐灵敏度，减小环路增益。
Part
05
锁相环路的优化设计
选择合适的鉴相器与压控振荡器
鉴相器选择
鉴相器是锁相环路中的核心元件，用于比较输入信号与压控振荡器输出信号的 相位差。根据应用需求，选择合适的鉴相器，如模拟鉴相器和数字鉴相器，确 保环路性能达到最佳。
高速锁定
锁相环路具有快速锁定能力，能够在短时间内实现相位同 步。
自动跟踪相位变化
锁相环路能够自动跟踪输入信号的相位变化，实现输出信 号与输入信号的相位同步。
高精度相位调整
锁相环路能够实现高精度相位调整，具有较低的相位噪声 。
工作原理概述
鉴相器
鉴相器用于比较输入信号 和输出信号的相位差，产 生一个误差信号。
雷达系统中的信号处理
雷达系统在探测、跟踪和识别目标时，需要处理大量的回波 信号。锁相环路在雷达信号处理中起到关键作用，用于实现 回波信号的频率跟踪和信号解调。
通过比较回波信号与本地振荡器信号的相位差，锁相环路能 够自动调整本地振荡器信号的频率，使其与回波信号的频率 一致，实现回波信号的准确解调。这有助于提高雷达系统的 目标检测和识别能力。
Part
06
锁相环路的实际应用案例
无线通信中的频率合成
频率合成器是无线通信系统中的关键组成部分，用于产生高精度、高稳定度的频率信号。 锁相环路被广泛应用于频率合成器中，通过比较输出信号与参考信号的相位差，自动调 整输出信号的频率，实现输出信号与参考信号的相位同步。
锁相环路在频率合成中的应用，能够提高频率信号的稳定性和精度，减小信号的相位噪 声，为无线通信系统的稳定运行提供保障。
锁相环的基本知识
锁相环（一）工作原理去耦：去耦，专指去除芯片电源管脚上的噪声。
该噪声是芯片本身工作产生的。
在直流电源回路中，负载的变化会也引起电源噪声。
去耦的基本方法是采用去耦电容。
作用编辑防止发生不可预测的反馈，影响下一级放大器或其它电路正常工作。
例如使用一个共发射极接法三极管，由于Vcc有内阻，当基极输入交流信号，会在电源Vcc电流（基极集电极电流和）产生交流电流，从而影响偏置端基极。
导致输出端电压不稳定。
通常的解决办法是使用电容对Vcc交流接地，去除此影响。
这个解决办法叫做去耦。
去耦：专指去除芯片电源管管脚上的噪声,该噪声是芯片本身工作产生的。
在直流电源回路中，负载的变化会引起电源噪声。
例如在数字电路中，当电路从一个状态转换为另一种状态时，就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压。
配置去耦电容可以抑制因负载变化而产生的噪声，是抑制电路板的可靠性设计的一种常规做法。
配置原则编辑●电源输入端跨接一个电解电容器，如果印制电路板的位置允许，采用比较大的电解电容器的抗干扰效果会更好。
●为每个集成电路芯片配置一个0.01uF的陶瓷电容器。
如遇到印制电路板空间小而装不下时，可每4～10个芯片配置一个1～10uF钽电解电容器，这种器件的高频阻抗特别小，在500kHz～20MHz范围内阻抗小于1Ω，而且漏电流很小（0.5uA以下）。
●对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和ROM、RAM等存储型器件，应在芯片的电源线（Vcc）和地线（GND）间直接接入去耦电容。
●去耦电容的引线不能过长，特别是高频旁路电容不能带引线。
目录1.1分类2.2常见的电源噪声及解决方案分类编辑根据传播方向的不同，分为两类：1.从电源进线引入的外界干扰；2.由电子设备产生并经电源线传导出去的噪声。
从形成特点看，噪声干扰分为串模干扰和共模干扰两种：1.串模干扰是两条电源线之间（简称线对线）的噪声；2.共模干扰则是两条电源线对大地（简称线对地）的噪声。
模拟电子技术基础 7.3锁相环路(PLL)PPT课件
PD
LF
VCO
输入调频信号
输出解调信号
uＣ(t)
捕捉带 ＞ 输入调频信号的最大频偏
环路带宽＞输入调频信号中调制信号的频谱பைடு நூலகம்度
为实现不失真解调，要求：
2. 调幅波的同步检波
乘积型同步检波框图
AMXY
LPF
uO(t)
ur(t)
us(t)
同步信号利用PLL提取
2. 调幅波的同步检波
PDⅡ的输入信号只在上升沿起作用，故该PD能处理非常窄的脉冲。
工作波形
VCO输入
VDD
PDⅡ输出
u14
u3
u13
锁定指示：锁定时高电平 失锁时低电平
u1
u9
PDⅡ称为鉴频鉴相器，因为：
o
uD(t)
PLL基本方程 的含义？
PLL基本方程 的含义？
7.3 锁相环路
可以锁定相位，可以消除频率误差,实现频率的无误差跟踪
主要要求：
掌握PLL的基本组成、工作原理和锁定的概念。
了解PLL的相位模型和基本方程。
了解PLL的捕捉与跟踪。
7.3 锁相环路
了解集成PLL和PLL的应用。
7.3.1 锁相环路基本原理
一、 锁相环路基本组成
鉴相器（PD）：用以比较ui、 uo相位， 输出反映相位误差 的电压uD(t)
CMOS锁相环路CD4046简介
为数字PLL。内有两个PD、VCO、缓冲放大器、输入信号放大与整形电路、内部稳压器等。
具有电源电压范围宽（5~15V）、功耗低、输入阻抗高等优点。工作频率0~1MHz
内部VCO产生50%占空比的方波。输出电平可与TTL电平或CMOS电平兼容。
解调电压输出
LF
VCO
输入调频信号
输出解调信号
uＣ(t)
捕捉带 ＞ 输入调频信号的最大频偏
环路带宽＞输入调频信号中调制信号的频谱பைடு நூலகம்度
为实现不失真解调，要求：
2. 调幅波的同步检波
乘积型同步检波框图
AMXY
LPF
uO(t)
ur(t)
us(t)
同步信号利用PLL提取
2. 调幅波的同步检波
PDⅡ的输入信号只在上升沿起作用，故该PD能处理非常窄的脉冲。
工作波形
VCO输入
VDD
PDⅡ输出
u14
u3
u13
锁定指示：锁定时高电平 失锁时低电平
u1
u9
PDⅡ称为鉴频鉴相器，因为：
o
uD(t)
PLL基本方程 的含义？
PLL基本方程 的含义？
7.3 锁相环路
可以锁定相位，可以消除频率误差,实现频率的无误差跟踪
主要要求：
掌握PLL的基本组成、工作原理和锁定的概念。
了解PLL的相位模型和基本方程。
了解PLL的捕捉与跟踪。
7.3 锁相环路
了解集成PLL和PLL的应用。
7.3.1 锁相环路基本原理
一、 锁相环路基本组成
鉴相器（PD）：用以比较ui、 uo相位， 输出反映相位误差 的电压uD(t)
CMOS锁相环路CD4046简介
为数字PLL。内有两个PD、VCO、缓冲放大器、输入信号放大与整形电路、内部稳压器等。
具有电源电压范围宽（5~15V）、功耗低、输入阻抗高等优点。工作频率0~1MHz
内部VCO产生50%占空比的方波。输出电平可与TTL电平或CMOS电平兼容。
解调电压输出
锁相技术及频率合成
FM /RF 输入1
FM /RF
12 13
输入2
15
VC O 2 输入
3
VC O
输出 4
Uc 16
PD
A3 1
偏压参考源
环路 滤波器
14
13
LF
VC O
56
接定时 电 容C T
去加重 10
A1
A2
9 FM 解调输出
限幅器
7 跟踪范 围控制
8 － U c或 地
图7.16 L562方框图
运放输入 1 2
第7章 锁相技术及频率合成
相应地，鉴相器输出的误差电压ud(t)=AdsinΔωit。 显然，ud(t)是频率为Δωi的差拍电压。下面分三种情况 进行讨论：
(1)Δωi(t)较小，即VCO的固有振荡频率ωr与输入信 号频率ωi相差较小。
(2)Δωi较大，即ωr与ωi相差较大，使Δωi超出环路 滤波器的通频带，但仍小于捕捉带Δωp。
7.1.2 锁相环路的数学模型
1. 鉴相器
在锁相环路中，鉴相器是一个相位比较装置，用
来检测输入信号电压ui(t)和输出信号电压uo(t)之间的相 位差，并产生相应的输出电压ud(t)。
设压控振荡器的输出电压uo(t)为
uo(t)=Uomcos［ωrt+φo(t)］
(7―1)
设环路输入电压ui(t)为
锁定条件可写成
lim de(t) 0
t dt
(7―21)
把dφe(t)/dt＝0代入式(7―20)，可得
Asine(t)i
(7―22)
第7章 锁相技术及频率合成
上式表明，环路锁定时控制频差等于固有频差。
由于锁定时,φe(t)=φe(∞)，故由上式可得
第7章数字锁相环
《锁相技术》
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-11 数字环路滤波器一般形式
第7章 数字锁相环
3. 数字压控振荡器(DCO)数字压控振荡器的基本组 成如图7-13所示。它由频率稳定的信号钟、计数器与 比较器组成,其输出是一取样脉冲序列,脉冲周期受数字 环路滤波器送来的校正电压控制。前一个取样时刻的 校正电压将改变下一个取样时刻的脉冲时间的位置。 DCO在环路中又被称为本地受控时钟或本地参考时钟 信号。
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-2 触发器型鉴相器
第7章 数字锁相环
(2) 奈奎斯特速率抽样鉴相器。该型鉴相器组成如 图7-3所示。模数变换器(A/D)的抽样率按带通信号的取 样定理选择，以使取样后信号含有充分的输入信号相 位信息。
《锁相技术》
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-3 奈奎斯特速率抽样鉴相器
图7-15 超前—滞后数字锁相环基本组成 《锁相技术》
第7章 数字锁相环
一、电路组成与说明 电路实例是数字通信中常用的一种简单的超前—滞 后位同步环路,未用序列滤波器,电路组成如图7-16所示。
《锁相技术》
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-16 位同步数字环组成电路
第7章 数字锁相环
二、环路位同步原理 图7-18为图7-16方案内各点的波形图,这里为分析 简便,以均匀变换的数字脉冲序列作为输入信号,它与随 机的数字脉冲序列作用下环路取得位同步的原理是一 样的。
《锁相技术》
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-7 简单二元鉴相器
第7章 数字锁相环
图 7-8 上 的 中 相 积 分 — 抽 样 — 清 除 电 路 是 用 来 判 断 DCO输出与码元转换边沿之间相位关系的。例如,中相 积分区间跨在从正到负的两个码元之间,而积分结果为 正,说明DCO时钟超前;积分结果为负,说明DCO时钟滞 后;积分结果为零,相位准确对准。
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-11 数字环路滤波器一般形式
第7章 数字锁相环
3. 数字压控振荡器(DCO)数字压控振荡器的基本组 成如图7-13所示。它由频率稳定的信号钟、计数器与 比较器组成,其输出是一取样脉冲序列,脉冲周期受数字 环路滤波器送来的校正电压控制。前一个取样时刻的 校正电压将改变下一个取样时刻的脉冲时间的位置。 DCO在环路中又被称为本地受控时钟或本地参考时钟 信号。
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-2 触发器型鉴相器
第7章 数字锁相环
(2) 奈奎斯特速率抽样鉴相器。该型鉴相器组成如 图7-3所示。模数变换器(A/D)的抽样率按带通信号的取 样定理选择，以使取样后信号含有充分的输入信号相 位信息。
《锁相技术》
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-3 奈奎斯特速率抽样鉴相器
图7-15 超前—滞后数字锁相环基本组成 《锁相技术》
第7章 数字锁相环
一、电路组成与说明 电路实例是数字通信中常用的一种简单的超前—滞 后位同步环路,未用序列滤波器,电路组成如图7-16所示。
《锁相技术》
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-16 位同步数字环组成电路
第7章 数字锁相环
二、环路位同步原理 图7-18为图7-16方案内各点的波形图,这里为分析 简便,以均匀变换的数字脉冲序列作为输入信号,它与随 机的数字脉冲序列作用下环路取得位同步的原理是一 样的。
《锁相技术》
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-7 简单二元鉴相器
第7章 数字锁相环
图 7-8 上 的 中 相 积 分 — 抽 样 — 清 除 电 路 是 用 来 判 断 DCO输出与码元转换边沿之间相位关系的。例如,中相 积分区间跨在从正到负的两个码元之间,而积分结果为 正,说明DCO时钟超前;积分结果为负,说明DCO时钟滞 后;积分结果为零,相位准确对准。
锁相环路-通信电路-课件-07
14
PLL具有两种工作状态
锁相环路具有两种工作状态：捕获与跟踪。 (1)捕获状态──环路由失锁进入锁定的过程 开始工作时，环路是失锁的。压控振荡器的频率将 向着接近输入信号频率的方向变化，这就是捕获状 态。－－（捕捉带内） (2)跟踪状态─环路锁定后VCO跟踪输入信号频率与 相位的漂移或调制变化的过程。－－（同步带内）
17
（1）鉴相器（PD）
统一参考相位
为便于比较，统一以VCO的自由振荡相位 为参考 ，输入信号相位改写为：
i 0t i (t ) o0t (i 0 o0 )t i (t ) o0t 1 (t )
1 (t ) (i 0 o0 )t i (t ) 0t i (t )
5
AGC控制特性
当输入信号小于门限电平V1时， 系统无控制作用
输出电压随输入电压线性放大
当输入信号超过门限电平V1时， AGC电路起控制作用
输出电压随输入电压的增强， 仅有极小的变化
放大器输出电平几乎是固定 的
当输入信号很大，超过AGC控 制电路工作范围，AGC控制作 用消失
9
简单AGC电路
调幅接收机AGC电路－改变中频放大器工作点，改变增益
Vcc
R6
R5
C5
至下级 中放
C6
D
R1
R2
R4
C4
C1
C2
AGC 电压
C3
至低放
R3
低通滤波
电平检测
10
差分放大器增益控制电路（见教材p112)
图中T1 T2 组成差分放大器，信号从两个晶体管的基极输入，由两 个集电极间输出。 VCC D 增益控制电压 VC 经 R A 加于两二极 D1、 2 的正 D 极， D1 、 2 构成差分放大器的发射极负反馈电路。 RC RC 26(mV ) 设每只二极管的动态内阻为 rd ， rd I E (mA) IE为流过二极管的电流。
PLL具有两种工作状态
锁相环路具有两种工作状态：捕获与跟踪。 (1)捕获状态──环路由失锁进入锁定的过程 开始工作时，环路是失锁的。压控振荡器的频率将 向着接近输入信号频率的方向变化，这就是捕获状 态。－－（捕捉带内） (2)跟踪状态─环路锁定后VCO跟踪输入信号频率与 相位的漂移或调制变化的过程。－－（同步带内）
17
（1）鉴相器（PD）
统一参考相位
为便于比较，统一以VCO的自由振荡相位 为参考 ，输入信号相位改写为：
i 0t i (t ) o0t (i 0 o0 )t i (t ) o0t 1 (t )
1 (t ) (i 0 o0 )t i (t ) 0t i (t )
5
AGC控制特性
当输入信号小于门限电平V1时， 系统无控制作用
输出电压随输入电压线性放大
当输入信号超过门限电平V1时， AGC电路起控制作用
输出电压随输入电压的增强， 仅有极小的变化
放大器输出电平几乎是固定 的
当输入信号很大，超过AGC控 制电路工作范围，AGC控制作 用消失
9
简单AGC电路
调幅接收机AGC电路－改变中频放大器工作点，改变增益
Vcc
R6
R5
C5
至下级 中放
C6
D
R1
R2
R4
C4
C1
C2
AGC 电压
C3
至低放
R3
低通滤波
电平检测
10
差分放大器增益控制电路（见教材p112)
图中T1 T2 组成差分放大器，信号从两个晶体管的基极输入，由两 个集电极间输出。 VCC D 增益控制电压 VC 经 R A 加于两二极 D1、 2 的正 D 极， D1 、 2 构成差分放大器的发射极负反馈电路。 RC RC 26(mV ) 设每只二极管的动态内阻为 rd ， rd I E (mA) IE为流过二极管的电流。
第7章锁相解调
(7.2.1)
式中mf为FM信号的调制指数,ρi为输入信噪比。
限速鉴频器的输出信噪比ρo与收入信噪 mf=10 比ρi之间的关系曲线如图7.2.2所示。 ρ0/dB 由图可见,只有当ρi比较大时, ρ0才 60 与ρi成直线关系,当ρi小于某一值 mf=5 时, ρ0随ρi的减小而急剧下降。这 就是所谓门限效应。 40 锁相鉴相器也有门限效应。但 其门限值比限幅鉴相器的门限 值低,所以常称锁相鉴相器是 低门限鉴相器或门限扩展器。 现在来分析限幅鉴相器的门限机 理。不管鉴频器ρi数值为多少,都 可以用图7.2.1来分析限幅鉴频 器的噪声性能。
式中m(t)为基带信号,发“1”时,m(t)=1,发“0”时m(t)=1,对ui(t)作平方运算,得:
1 2 1 2 u (t ) m (t ) sin c t m (t ) m (t ) cos(2c t ) 2 2 1 1 cos(2c t ) (7.3.2) 2 2
ρ0/dB 锁相鉴频 1dB 1dB 0
限幅鉴频 5 10 ρi/dB
图7.2.6 鉴频特性示意图
例7-1 某卫星直播电视锁相鉴频器输入信号最大频 偏△fmax=8,4MHz,基带信号最高频率fm=6.5MHz,
ζ=0.5,fn=8.0MHz,求门限ρi。 解: 前置滤波器带宽为: Bi=2(△fmax+fm)=29.8MHz
第7章 锁相解调 内容:1.介绍锁相鉴频的低门限机理; 2.2PSK、4PSK信号的锁相解调原理; 3.FM立体声解码; 4.彩色付载波同步。
7.1 二点注入式锁相调频
7.2 锁相鉴频低门限机理 7.3 2PSK信号的锁相解调 7.4 4PSK信号的锁相解调 7.5 FM立体声解码 7.6 彩色付载波同步 7.7 小结
式中mf为FM信号的调制指数,ρi为输入信噪比。
限速鉴频器的输出信噪比ρo与收入信噪 mf=10 比ρi之间的关系曲线如图7.2.2所示。 ρ0/dB 由图可见,只有当ρi比较大时, ρ0才 60 与ρi成直线关系,当ρi小于某一值 mf=5 时, ρ0随ρi的减小而急剧下降。这 就是所谓门限效应。 40 锁相鉴相器也有门限效应。但 其门限值比限幅鉴相器的门限 值低,所以常称锁相鉴相器是 低门限鉴相器或门限扩展器。 现在来分析限幅鉴相器的门限机 理。不管鉴频器ρi数值为多少,都 可以用图7.2.1来分析限幅鉴频 器的噪声性能。
式中m(t)为基带信号,发“1”时,m(t)=1,发“0”时m(t)=1,对ui(t)作平方运算,得:
1 2 1 2 u (t ) m (t ) sin c t m (t ) m (t ) cos(2c t ) 2 2 1 1 cos(2c t ) (7.3.2) 2 2
ρ0/dB 锁相鉴频 1dB 1dB 0
限幅鉴频 5 10 ρi/dB
图7.2.6 鉴频特性示意图
例7-1 某卫星直播电视锁相鉴频器输入信号最大频 偏△fmax=8,4MHz,基带信号最高频率fm=6.5MHz,
ζ=0.5,fn=8.0MHz,求门限ρi。 解: 前置滤波器带宽为: Bi=2(△fmax+fm)=29.8MHz
第7章 锁相解调 内容:1.介绍锁相鉴频的低门限机理; 2.2PSK、4PSK信号的锁相解调原理; 3.FM立体声解码; 4.彩色付载波同步。
7.1 二点注入式锁相调频
7.2 锁相鉴频低门限机理 7.3 2PSK信号的锁相解调 7.4 4PSK信号的锁相解调 7.5 FM立体声解码 7.6 彩色付载波同步 7.7 小结
《锁相环路》课件
环路滤波器
01
环路滤波器是锁相环路中的重要组成部分，用于滤除
鉴相器输出信号中的高频分量，以减小噪声和干扰。
02
它通常由RC电路或运算放大器构成，能够实现低通
滤波功能。
03
环路滤波器的参数设置对锁相环路的性能有很大影响
，需要根据实际情况进行调整。
压控振荡器
01
压控振荡器是锁相环路中的输出信号源，用于产生调频或调相 的输出信号。
05
锁相环路的设计与实现
设计原则与步骤
设计原则：稳定性、准确 性、可靠性、易实现性。
1. 确定系统参数和性能指 标。
3. 进行理论分析和仿真验 证。
设计步骤
2. 选择合适的元件和电路 结构。
4. 优化设计并进行实验测 试。
实现方法与技巧
实现方法：硬件实现、软件实现、软硬件结合 实现。
01
1. 选择合适的元件和电路，确保稳定性。
跟踪速的频率与相位精度
频率精度
锁相环路输出信号的频率与输入信号的频率之间的误差。
相位精度
锁相环路输出信号的相位与输入信号的相位之间的误差。
抗干扰性能与稳定性
抗干扰性能
锁相环路在存在噪声或干扰的情况下，保持锁定状态的能力。
稳定性
锁相环路在各种工作条件下，性能参数的变化情况，以及环路对参数变化的适应能力。
输出信号的调整与控制
调整环路参数
根据误差信号调整环路参数，如环路滤波器的增益、相位滞后等，以控制环路输 出信号的相位。
控制环路状态
通过调整环路参数，控制环路的锁定状态，使环路输出信号的相位与输入信号保 持一致。
04
锁相环路的性能指标
锁定时间与跟踪速度
锁定时间
【非常好】锁相环原理解析
随时间摆动。
6.4
当 o r 时， e t 随时间 i o 减小，pe小， 增长慢。
当o r 时，
pe大， i o 增大，
e t 随时间增长快。
如图6.4.2（a）所示。
显然， d (t ) 不再是正弦 波，而是正半周长、负半周
锁定。
（B）i 比（A）大
d 经LF后的衰减更大，加到VCO上的 c很小。 显然，
VCO的 o在 r 上、下摆动的幅度更小。使o 不能摆到 i
上，但由于i是恒定的，而 o 又在r 、下摆动，因而
6.4
他们之间的差拍 i o 将相应随时间摆动。使d 不再 是正弦波，而是正半周长负半周短的不对称波形。
i 30 103 o e arcsin arcsin 48.59 Ad A0 4 104
要维持此相差的误差电压为
c d Ad sin e (t ) 2sin 48.59o 1.5(V)
2、当 i Ad A0 时 设 i i r ，闭合前：VCO的角频率为 r 环路闭合的瞬间，由PD产生 d t Ad sin e t 此时
在二阶环路中，由于有低通滤波器作为环路滤波器，
它相当于一个积分器，将鉴相器输出的直流分量积分。 从而使环路滤波器输出的控制电压不断增加，使压控振
荡器的振荡频率不断向输入信号频率靠近，直至环路进
入相位锁定状态。如果有源积分滤波器为理想积分滤波 器，那么不管固有频差为多大，经过频率牵引总能使环 路达到锁定状态.
1 1 c RC
2
1 RC 的条件
∴ AF c
1 c RC
1 代入计算 c 的公式中： c Ad Ao c RC
锁相环路概述
环，二阶
●
环路得到广泛应用。 环路通常称为＊阶＊型环，其中“阶”用大写一、二 、
三表示，它取决于环路传递函数分母的最高次幂数，
“型”用1 、 2 、 3表示，取决于环路中理想积分环节的 个数。
四、环路跟踪性能分析 以一阶环路频响特性为例（对输入相位的调制频率Ω而言）
1 . 闭环传递函数频响特性
可见：
③环路锁定过程e 是变化的,所以vd(t)是交变的电压;一旦 锁定 Vd为直流电压。 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F(P)的阶数。 四、环路滤波器 1. RC积分滤波器 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 其中 ，F (s)为一个极点而无零点的多 项式
2. 无源RC比例积分滤波器
电压传输系数为：
若作为环路滤波器： 其中 AF
1
s
2
1
F
2
(S )
2
，
1 s 1 2
为一个极点一个零点的多项式
3. 有源RC比例积分（或RC理想积分）滤波器
电压传输系数为：
若作为环路滤波器：
其中 A
F 2 1
,F (S ) s
c）实际中二阶锁相环可以兼顾环路抑制干扰、噪声能力 与环路稳定性能，所以得到广泛应用。
7－3－2 环路的非线性分析 一、 基本概念 1. 相图法 2. 相平面 3. 相点 4. 相轨迹 5. 相轨迹方程
二、一阶环路的相图
1. 一阶环的相轨迹方程. 相图的特点 ①. 求相轨迹方程
ee i i AOsin ee((t)) AO sin t