锁相技术第6章
锁相技术第6章
NE560是单片集成锁相环路中最基本的一种电路，其方框
图如图6-31所示。
66
第六章 集成锁相环路
图6-31 NE560方框图
67
第六章 集成锁相环路
2. NE562 NE562是应用广泛的一种单片集成锁相环路。其线路、性
能和应用与NE560也基本相同，其组成方框图如图6-32所示。
68
第六章 集成锁相环路
31
第六章 集成锁相环路
图6-15 CMOS数字比相器
32
第六章 集成锁相环路
三、门鉴相器 图6-16示出了或门鉴相器的原理图、工作波形与真值表。 假设u1(t)、u2(t)两个方波的周期相同，相差为θe，且空度比为 1∶1，分析可得输出平均误差电压为
(6-12)
33
第六章 集成锁相环路
图6-16 或门鉴相器 (a) 原理图；(b)波形；(c)真值表
式中
18
第六章 集成锁相环路
图6-5 改进后的双平衡模拟乘法器
19
第六章 集成锁相环路
图6-6 MC1495／1595模拟乘法器
20
第六章 集成锁相环路
根据本电路的特定设计，负载电阻在电路中已做好，所以 1、2端差动输出的电压可写成
(6-9)
式中u1(t)、u2(t)为相乘器的两个输入电压(V)，Re1和Re2分别为 接在6、7端和8、9端的增益调整电阻(kΩ)。
前又出现了新的改进电路，如图6-5所示。
17
第六章 集成锁相环路
在这种电路中，输入信号u1(t)先经过V7、V8后，再送入双 差动电路。这时，(6-7)式中的U1被二极管VD1和VD2的正向压降 之差
所代替。由于ΔUD与温度有关，将ΔUD代入(6-7)式，可把关于 温度T的因子消去，得 (6-8)
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。
精品课件-锁相技术(郑继禹)-第5章
37
第五章 数 字 锁 相 环
第三节 超前-滞后型位同步数字环 对于超前-滞后数字锁相环, 我们结合一个位同步提取加以 说明。超前-滞后数字锁相环组成如图5-16所示。
38
第五章 数 字 锁 相 环
图 5-16 超前-滞后数字锁相环基本组成
39
第五章 数 字 锁 相 环
33
Hale Waihona Puke 第五章 数 字 锁 相 环
由于(5-7)式含有时间变量不易运算，故将正弦函数uo(k)变 换成方波U(k)，即
(5-8) 式中
(5-9)
34
令 式中
第五章 数 字 锁 相 环
(5-10)
(5-11)
35
而 从而有 所以
第五章 数 字 锁 相 环 36
(5-12) (5-13)
第五章 数 字 锁 相 环
代入(5-28)式, 可得 (5-29)
56
第五章 数 字 锁 相 环
从而有环路可锁定的最高频率(或速率) 环路可锁定的最低频率(或速率) 锁定(或同步)范围
57
(5-30) (5-31) (5-32)
第五章 数 字 锁 相 环
在通信过程中, 若信号发生暂时中断, 则原处于同步状态的 环路就失去控制, 由于未控制时频差为ΔB=B－BC, 因而位同步 信号相位就会相对于输入信号相位而发生偏移, 偏移的数值应为
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5-17所示。
40
第五章 数 字 锁 相 环
图5-17 位同步数字环组成电路
41
第五章 数 字 锁 相 环
锁相技术课件
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
播和电子测量仪器等方面得到了广泛的应用。
《锁相技术》
第6章 锁相环路的应用
于He (s)具有高通特性，只要在He (s) 的通带之内，
输出信号频偏正比于调制信号的幅度。----调频波
调相波：
2
(s)
He (s)
Ko s
sU F
(s)
对调制信号先 微分再调频
2 (s) He (s)KoUF (s)
输出信号相位正比于调制信号的幅度。----调相波
《锁相技术》
第6章 锁相环路的应用
音频信号调频，则输入瞬时频率为：
载频
i (t) c sin t
Δω为峰 值频偏
当 0 时，i c ，所以 实际是叠加到c 上的。
做出 H ( ji ) i 的关系图，就是环路对输入信号 瞬时频率i 的振幅频率响应：
《锁相技术》
第6章 锁相环路的应用
-3dB点
2c
① 具有带通滤波特性。带宽为 2c 。 ② 由于锁相环的跟踪性能，其中心频率可以跟踪输
fd
fo N V
fo N Vfr
①增加前置分频器，解决了输出频率高于程序分频
器的工作频率的问题，提高了输出频率范围。
《锁相技术》
第6章 锁相环路的应用
②输出频率增量为Vfr ，频率分辨率降低了。
③如果保持原有的频率分辨率 fr ，需要使参考频率
锁相技术——张厥盛 第三章
20)式可得
n BL (1 4 2 ) 8
(3-25)
《锁相技术》
第 3章 环路噪声性能
图3-5 采用简单RC积分滤波器二阶
《锁相技术》
第 3章 环路噪声性能
图3-6 理想二阶环的BL／ωn～ζ关系曲线
《锁相技术》
第 3章 环路噪声性能 4.采用无源比例积分滤波器的二阶环采用与有源比 例积分滤波器的二阶环相同的方法,可得
(3-3)
(3-4)
e ( t ) 1 ( t ) 2 ( t )
Ud Ud N (t ) [ne (t ) cos 2 (t ) ne (t ) sin 2 ( t )] n ( t ) (3-5) Ui Ui 1 U d K mU iU o 2
《锁相技术》
s
《锁相技术》
2 ( s)
第 3章 环路噪声性能
图3-3 有输入噪声时环路线性化噪声相位模型 《锁相技术》
(a)等效为N(s)； (b)等效为θni(s)
第 3章 环路噪声性能
因此得
N ( s ) F ( s ) Ko KF ( s ) N ( s) N ( s) s 2 ( s) H ( s) KF ( s ) s KF ( s ) K d Kd 1 s 2 s ) H ( s ) ni ( s )
相位模型如图3-10所示。
Ko F ( p ) 2 (2) [U d sin e (t ) N (t )] p d e d1 Ko F ( p )[U d sin e (t ) N (t )] dt dt
(3-6)
(3-7)
《锁相技术》
第 3章 环路噪声性能
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》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)
16、锁相技术
锁相技术一、引言锁相，就是实现两个电信号相位同步的自动控制。
锁定放人器(LIA —L0ck —in AmDlmer)是锁相技术在微弱信号检测中的应用，本实验将研究锁定放大器的原理和应用。
实验的目的要求是：l 了解锁定放大器的工作原理，着重掌握相关器的原理。
2学会使用锁定放大器，并用它测量p ．n 结势垒电容。
二、原理(一)锁定放大器的基本原理本实验采用NL 一1锁定放大器，其原理框图见图12．k 锁定放大器是一种交流电压表，它能精确地测定深埋在噪声之中的周期重复信号的幅值及相位，这种抑制噪声的作用主要是通过相关器实现的，使用时，除要输入待测信号外，还要输入参考信号。
图12—1 NL 一1锁定放大器原理框图1、相关器 锁定放大器中的相关器如图12—2所示。
它由相乘电路和低通滤波器组成，相乘电路有许多形式，如开关型、电流控制型等等，NL 一1锁定放大器采用开关型。
低通滤波器具有压缩噪声带宽，让直流信号通过的作用，它抑制噪声的能力可以用“等效噪声带宽”图12—2相关器这一参数来描述，可以求出，图12—2中的低通滤波器的等效噪声带宽f n=1144RC T= 低通滤波器的时间常数T=Rc ，T 越长则f n 越小，但实际上由于漂移等问题，T 是不能太长的。
下面是相关器的工作原理。
相关器采用的是所谓相关接收技术。
设输入信号为()Vi t ，参考信号为()Vr t ，由于低通滤波器实际上是一个积分器，因此相关器的输出0V 是()Vi t 和()Vr t 乘积，再对时间积分，并取平均值有0V = ()1lim ()2T i t T V t Vr t dt T τ→∞--⎰ (12-1)式中t 是参考信号相对于输入信号的延迟时间，积分时间上限T 即低通滤波器的时间常数，通常把式(12．1)所表示的0V 称为()Vi t 和()Vr t 的相关函数，实现求相关函数的电子线路称为相关器或相关接收器。
下面的讨论会更清楚相关器的作用。
锁 相 技 术 第6章
(6-11)
《锁相技术》
第6章 锁相环路的应用
图 6-7 AM信号的PLL同步解调 《锁相技术》
第6章 锁相环路的应用
图 6-7 AM信号的PLL同步解调 《锁相技术》
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. 调频与调相信号仍设幅度为 1 的单一频率Ω的调 制信号 uF(t)=sin(Ωt+φ) 则调频信号为 uFM(t)=Uc sin｛［ωc+ΔωuF(t)］t｝ 式中ωc为载频； Uc为载波幅度； Δω为峰值频偏。 (6-13) (6-12)
《锁相技术》
第6章 锁相环路的应用
二、频率特性 锁相环路对输入高频信号的带通特性是由环路传 递函数的低通特性所决定的。设输入信号被正弦音频 信号调频，则输入瞬时频率为
i (t ) c sin t
式中ωc是载频； Ω为调制音频；Δω为峰值频偏。 根据第一章的定义，输入相位为
1 (t ) cos t
u AM (t ) [1 m Au p (t )] uc (t ) mA mA U c {sin ct cos[( c )t ] cos[( c )t ] 2 2
(6-8)
《锁相技术》
第6章 锁相环路的应用
2 调制器 用集成锁相环路很容易构成一个性能良 好的AM调制器。这时，环中的相乘器不再作鉴相器应 用，而是直接用它的相乘功能；压控振荡器也不再作 被控振荡器，而是直接产生载波信号。 由此构成如图 6-4框图。
第6章 锁相环路的应用
第2节 调制器与解调器
一、调幅信号的调制与解调 1. 调幅信号设未调载波为
uc (t ) U e sin c t
锁相技术总复习
第一章一.锁相环组成PLL 两种工作状态：捕获状态和锁定（或称同步）状态 锁定后频差0=∙e θ，相差为常数=e θ基本锁相环的组成：⑴ 鉴相器（Phase Detector ）---PD ⑵ 环路滤波器（Loop Filter ）---LF⑶ 压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator ）---VCO()t 1θ为输入量()t u i 的瞬时相位。
()t 2θ为输入量()t u o 的瞬时相位。
各部分分析：1．鉴相器 是一个相位比较器，用于比较()t 1θ与()t 2θ之间的相位差错误！未找到引用源。
)]()(sin[21)]()(2sin[21)](cos[)](sin[)()(212121t t U U K t t t U U K t t U t t U K t u t u K o i m o o i m o o o i m o i m θθθθωθωθω-+++=++= 再经过低通滤波器（LPF ）滤除o ω2成分之后，得到误差电压)]()(sin[21)(21t t U U K t u o i m d θθ-=令 o i m d U U K U 21=为鉴相器的最大输出电压，得到)](sin[)(t U t u e d d θ= 2.环路滤波器及其传输函数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)(p F 来表示，其中)(dt d p ≡是微分算子；在频域分析中可用传递函数)(s F 表示，其中)(Ω+=j s α是复频率；若用Ω=j s 代入就得到它的频率响应)(Ωj F ，故环路滤波器模型可表示为图定义控制电压 ()()()p F t u t u d c =（1）RC 积分滤波器这是结构最简单的低通滤波器, 传输算子：111)(τp p F +=，RC =1τ是时间常数，这是这种滤波器唯一可调的参数。
令p=j Ω,并代入(1-18)式,即可得滤波器的频率特性：111)(τΩ+=Ωj j F低通特性，相位滞后。
《锁相技术第章》课件
优化方法
通过调整环路带宽和相位裕量 ，可以提高线性范围和降低失
真性能。
04
锁相环路的设计与实现
设计步骤与注意事项
设计步骤 确定系统性能指标：包括锁定时间、跟踪精度、噪声抑制等。
选择合适的鉴相器、环路滤波器和压控振荡器。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
设计步骤与注意事项
计算相关参数：如环路带宽、滤波器阶数等。 搭建电路并测试性能。
仿真验证法
利用仿真软件模拟环路行为，验证环路设计 的正确性。
测试系统搭建与性能评估
测试系统搭建
性能评估指标
根据锁相环路的特性，搭建相应的测试系 统，包括信号源、示波器、频谱分析仪等 。
设定环路性能评估指标，如锁定时间、跟 踪精度、噪声性能等。
测试步骤
性能评估
按照设定的测试步骤，对环路进行测试， 记录测试数据。
数字化与软件化
01
随着技术的发展，锁相技术正朝着数字化和软件化的方向发展
，提高集成度和灵活性。
高性能与低成本
02
追求高性能的同时降低成本是锁相技术的重要发展趋势，以满
足更广泛的应用需求。
多功能与智能化
03
未来的锁相技术将具备更多的功能和智能化特性，如自适应滤
波、自动校准等。
THANKS
感谢观看
跟踪范围与动态响应
跟踪范围
指锁相环路能够跟踪的 输入信号频率范围。
动态响应
指锁相环路对输入信号 频率变化的响应速度。
影响因素
跟踪范围和动态响应受 到环路带宽、相位裕量
和阻尼系数的影响。
优化方法
通过调整环路带宽和相 位裕量，可以提高跟踪
范围和动态响应。
噪声性能
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。
锁相技术名词解释简答题和计算公式
名词解释和简答题整理第一章锁相环路的基本工作原理：1.锁相环（PLL）---锁相环是一个能够跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统。
2.捕获带：环路能通过捕获过程而进入同步状态所允许的最大固有频差｜Δωo｜max。
3.同步带：锁相环路能够保持锁定状态所允许的最大固有频差｜Δωo｜max。
4.快捕带：保证环路只有相位捕获一个过程的最大固有频差值｜Δωo｜max。
5.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。
6.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u d(t)是相差θe(t)的函数。
7.锁相环路由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器三个主要部件构成；其独特的性能有载波跟踪特性、调制跟踪特性和低门限特性。
8.环路滤波器---即低通滤波器，滤除鉴相器输出电压中的高频分量，起平滑滤波的作用，提高环路的稳定性。
9.压控振荡器---压控振荡器是一个电压-频率变换装置,它的振荡频率应随输入控制电压u c(t)线性地变化。
10.环路的动态方程：pθe(t)= pθ1(t)-K o U d F（p）sin θ1(t)11.相平面：将瞬时频差与瞬时相差的关系在平面直角坐标系中所做的图。
相点：是相平面上相轨迹上的一个点，表示环路在某一时刻的状态。
12.如果锁相环路的起始状态处于不稳定平衡点时，环路自身没有能力摆脱这种状态，只有依靠外力（噪声或人为扰动）才能使环路偏离这个状态而进行捕获；所以一旦遇到这种情况就可能出现在不稳定平衡状态的滞留，致使捕获过程延长。
这种现象称为锁相环路的延滞现象。
13.环路固有频差Δωo大于环路增益K，锁相环路处于失锁差拍状态，被控振荡器未被输入信号锁定；但是由于锁相环路的控制作用，使锁相环路的平均频率向输入信号频率方向牵引。
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。
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NE564是工作频率高达50 MHz的一块超高频通用单片集
式中
18
第六章 集成锁相环路
图6-5 改进后的双平衡模拟乘法器
19
第六章 集成锁相环路
图6-6 MC1495环路
根据本电路的特定设计，负载电阻在电路中已做好，所以 1、2端差动输出的电压可写成
(6-9)
式中u1(t)、u2(t)为相乘器的两个输入电压(V)，Re1和Re2分别为 接在6、7端和8、9端的增益调整电阻(kΩ)。
相环中，如CD4046中的鉴相器就采用异或门电路。
39
第六章 集成锁相环路
图6-19 异或门鉴相器鉴相特性
40
第六章 集成锁相环路
第三节 集成压控振荡器
一、积分-施密特触发电路型压控振荡器 图6-20示出了一个积分-施密特触发型压控振荡器原理图。
41
第六章 集成锁相环路
图6-20 积分-施密特触发型压控振荡器原理图
48
第六章 集成锁相环路
图6-23 XR-2206方框图
49
第六章 集成锁相环路
二、射极耦合多谐振荡器型压控振荡器 图6-24示出了射极耦合压控多谐振荡器的原理电路的各点
波形图。
50
第六章 集成锁相环路
图6-24 射极耦合压控多谐振荡器 (a) 原理电路；(b) 各点波形
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第六章 集成锁相环路
7
第六章 集成锁相环路
图 6-1示出了平衡模拟乘法器的原理图。电路由两个差动 对V1、V2和V3、V4以及恒流源IO组成。RL为差动对的负载电阻，
它与电容C组成低通滤波器。u1(t)、u2(t)为输入电压。
ud(t) 为输出误差电压。u1(t)控制Ic3在 V1、V2中的分配，故Ic1、 Ic2与Ic3、u1(t)都有关，u2(t)控制IO在V3、V4中的分配，故Ic3 与 IO、u2(t)有关。最终Ic1、Ic2与u1(t)、u2(t)有关，亦即 ud(t)与u1(t)、 u2(t)有关。若V1～V4特性完全一致，同时设
分析表明，其振荡频率为 (6-22) 式中gm为压控恒流源的跨导；
gm Ko 4CTU D
为压控振荡器的控制灵敏度。
(6-23)
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第六章 集成锁相环路
图6-25 MC1658的实际电路
53
第六章 集成锁相环路
三、LC负阻型压控振荡器 图6-26示出了一个宜于单片集成的变容管调谐的LC压控振 荡器原理图。 从10端向电路内部看, 由端电压uc1的上升引起端电流Ic1的 下降, 呈现负阻效应。据此构成负阻振荡器。当回路中存在一 初始扰动时，在正反馈瞬间会产生如下过程：
有振荡频率f之间在数值上均有如下近似关系：
(6-33)
70
第六章 集成锁相环路
3. XR-215 XR-215是最高工作频率可达35 MHz的高频单片集成锁相
环路，其方框图如图6-33 所示。
71
第六章 集成锁相环路
图6-33 XR-215方框图
72
第六章 集成锁相环路
二、超高频单片集成锁相环 1. NE564
u1(t)=U1 sin(ωt－θe)
u2(t)=U2 cos ωt
8
(6-1)
(6-2)
第六章 集成锁相环路
则分析表明： (1) 当u1(t)、u2(t)均为高电平时，有
(6-3)
式中UR=(1／2)IORL。可见，输出电压平均值与输入信号u1(t)、 u2(t)无关。乘法器具有三角形鉴相特性，如图6-2所示。
图6-30 5G4046与CD4046中的VCO实际线路
64
第六章 集成锁相环路
分析可得
(6-30)
式中UTN和UTP分别为N沟道和P沟道场效应管的阈电压。将 (6-30)式代入(6-29)式，得到
(6-31)
65
第六章 集成锁相环路
第四节 通用单片集成锁相环
一、高频单片集成锁相环 1. NE560
42
第六章 集成锁相环路
分析可得
(6-16)
式中gm为恒流源跨导；
(6-17) 为振荡器压控灵敏度。
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第六章 集成锁相环路
图6-21 SL566的实际电路
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第六章 集成锁相环路
图6-22 ICL8038方框图
45
第六章 集成锁相环路
频率可根据下式计算： (6-18)
若RA=RB=RT，则
NE560是单片集成锁相环路中最基本的一种电路，其方框
图如图6-31所示。
66
第六章 集成锁相环路
图6-31 NE560方框图
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第六章 集成锁相环路
2. NE562 NE562是应用广泛的一种单片集成锁相环路。其线路、性
能和应用与NE560也基本相同，其组成方框图如图6-32所示。
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第六章 集成锁相环路
数字型是用逻辑电路构成的，以TTL(包括HTTL、LSTTL、 STTL等)电路为主。在要求高速的逻辑电路中采用ECL电路。
4
第六章 集成锁相环路
5
第六章 集成锁相环路
6
第六章 集成锁相环路
第二节 集 成 鉴 相 器
一、模拟乘法器
用模拟乘法器作鉴相器，便于集成化，它在单片模拟集成 锁相环中广泛采用。目前许多技术可以完成相乘作用，但在集 成化模拟乘法器中运用最普遍的是所谓“可变跨导”法。
前又出现了新的改进电路，如图6-5所示。
17
第六章 集成锁相环路
在这种电路中，输入信号u1(t)先经过V7、V8后，再送入双 差动电路。这时，(6-7)式中的U1被二极管VD1和VD2的正向压降 之差
所代替。由于ΔUD与温度有关，将ΔUD代入(6-7)式，可把关于 温度T的因子消去，得 (6-8)
(6-10) 式中
(6-11)
为鉴相器灵敏度。Udm=0.75 V，故Kd=0.12 V/rad。由(6-10)式
得到的鉴相特性如图6-12所示，具有三角形鉴相特性。
28
第六章 集成锁相环路
图6-12 鉴相特性
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第六章 集成锁相环路
图6-13 鉴频波形
30
第六章 集成锁相环路
图6-14 鉴频特性
第六章 集成锁相环路
第六章 集成锁相环路
第一节 第二节 第三节 第四节 习题
概述 集成鉴相器 集成压控振荡器 通用单片集成锁相环
1
第六章 集成锁相环路
第一节 概
1. 集成锁相环路的特点
述
锁相环是一个相位反馈控制系统，最大特点是可以不用电
感线圈，实现对输入信号频率和相位的自动跟踪。由于锁相环
路易于集成化，且性能优越，所以锁相集成电路已成为继集成 运算放大器之后，又一个用途广泛的多功能集成电路。
2
第六章 集成锁相环路
2. 锁相集成电路的分类 锁相集成电路种类很多。按电路程式可分为模拟式与数字
式两大类。按用途，无论模拟式还是数字式，又都可分为通用
型与专用型两种。
3
第六章 集成锁相环路
3. 工艺特点 锁相集成电路的工艺比较复杂，涉及的工艺种类较多。一
般来说，模拟型以线性集成电路为主，而且几乎都是双极性的。
21
第六章 集成锁相环路
图6-7 XR-2208方框图
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第六章 集成锁相环路
图6-8 XR-2208原理电路图
23
第六章 集成锁相环路
二、数字式鉴频鉴相器 数字式鉴频鉴相器是用脉冲后沿触发来进行工作的，属边
沿触发型电路。它不仅有鉴相功能，而且还有鉴频功能。这种
鉴相器最早来自摩托罗拉公司公布的MC4044的芯片中。
54
第六章 集成锁相环路
图6-26 LC负阻压控振荡器原理图
55
第六章 集成锁相环路
反之亦然。可见V1呈现一负阻并接在振荡回路两端，所以 这种振荡器是一个负阻振荡器。分析可得振荡频率为
(6-24)
CD为变容二极管的电容，且
(6-25)
56
第六章 集成锁相环路
将(6-25)式代入(6-24)式，可得
34
第六章 集成锁相环路
将(6-12)式示于图6-17。由图可见，或门鉴相器具有三角 形鉴相特性，其鉴相特性斜率为
(6-13)
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第六章 集成锁相环路
图6-17 或门鉴相器鉴相特性
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第六章 集成锁相环路
图6-18示出了异或门鉴相器的原理图、工作波形与真值表。 若输入方波信号的条件与前面相同，分析可得输出平均误差电 压为
(6-14)
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第六章 集成锁相环路
图6-18 异或门鉴相器 (a) 原理图；(b) 波形；(c) 真值表
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第六章 集成锁相环路
将(6-14)式示于图6-19。由图可见，异或门鉴相器同样具 有三角形鉴相特性，其鉴相特性斜率为
(6-15)
与或门鉴相器比较，其鉴相特性斜率大了一倍，输出信号频率 也大了一倍，故输出纹波较小。因此，在许多集成化的数字锁
(6-6)
可见，输出电压平均值与U1、U2的乘积成正比，乘法器同样具 有正弦形鉴相特性。
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第六章 集成锁相环路
分析表明，当u1(t)为低电平，u2(t)为高电平时，有
(6-7)
可见，在这种工作条件下，双平衡模拟乘法器仍具有正弦形鉴 相特性，但双端输出平均误差电压比平衡模拟乘法器大了一倍。
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第六章 集成锁相环路
图6-3 双平衡模拟乘法器原理图
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第六章 集成锁相环路
图6-4 MC1496／1596模拟乘法器
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第六章 集成锁相环路
由前面分析可以看出，平衡模拟乘法器与双平衡模拟乘法 器输出平均电压的系数与绝对温度T有关。当温度T升高30℃时，