锁相技术第1章资料
锁相技术复习要求
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。
锁相技术知识点总结
锁相技术知识点总结一、锁相放大器的原理锁相放大器是锁相技术的核心设备，其原理是利用相位敏感检测器（PSD）和低通滤波器实现对输入信号的相位测量和提取。
相位敏感检测器是将输入信号和参考信号相乘，然后通过低通滤波器滤除高频信号，得到一个与输入信号相位有关的直流信号。
通过对这个直流信号进行放大和数字化处理，就可以得到输入信号的相位信息。
锁相放大器的原理可以简单地用一个比喻来理解，就是通过将输入信号和参考信号进行“比对”，得到两者之间的相位差，然后通过放大和数字化处理来得到相位信息。
二、锁相放大器的工作原理锁相放大器的工作原理可以分为两个步骤：信号相位的检测和信号的放大和数字化处理。
在信号相位的检测步骤中，输入信号和参考信号经过相位敏感检测器进行相乘，并通过低通滤波器滤除高频信号，得到一个与输入信号相位有关的直流信号。
在信号的放大和数字化处理步骤中，直流信号经过放大器进行放大，然后经过模数转换器进行数字化处理，得到输入信号的相位信息。
整个过程中，锁相放大器可以通过调节参考信号的相位、频率和幅度来对输入信号进行精确的测量和控制。
三、锁相放大器的应用锁相放大器广泛应用于科学研究、通信、医学、生物化学、工业控制等领域。
在科学研究领域，锁相放大器常用于对微弱信号的测量和分析；在通信领域，锁相放大器常用于对调制信号的检测和解调；在医学领域，锁相放大器常用于生物信号的测量和分析；在生物化学领域，锁相放大器常用于对生物信号的检测和分析；在工业控制领域，锁相放大器常用于对工艺参数的测量和控制。
锁相放大器通过提高信噪比和测量精度，可以满足不同领域对信号测量和控制的需求。
四、锁相放大器的发展趋势随着科学技术的发展，锁相放大器的性能不断提高，应用领域不断拓展。
锁相放大器的发展趋势主要包括以下几个方面：一是性能的提高，包括测量精度的提高、频率范围的扩大、动态范围的增加等；二是功能的增强，包括新的信号处理算法、新的控制方式、新的接口标准等；三是应用领域的拓展，包括科学研究、通信、医学、生物化学、工业控制等领域的应用；四是结构的优化，包括体积的缩小、功耗的降低、成本的降低等。
《锁相技术》课件第1章
(1-34)
第四节 一阶锁相环路的捕获、锁定与失锁
最简单的锁相环路是没有滤波器的锁相环路, 即
F(p)=1
(1-35)
将此式代入环路动态方程的一般形式(1-30)式得
pqe(t)=pq1(t)－K sinqe(t)
式中qi为常数, 是输入信号的起始相位。而
当环路经捕获过程进入同步之后, 据(1-12)式, 输出信号的
瞬时相位qo(t)和瞬时频偏 (t)应满足下述关系：
将此式代入输出信号表达式(1-2), 得
由上述可知, 在输入固定频率信号的条件之下, 环路进入 同步状态后, 输出信号与输入信号之间频差等于零, 相差等于 常数, 即
的环路构成, 不难将这三个模型连接起来得到环路的模型, 如 图 1-13所示。
图 1-13 锁相环路的相位模型
第三节 环路的动态方程
按图 1-13 所示的环路相位模型, 不难导出环路的动态方程 (1-26) (1-27)
将(1-27)式代入(1-26)式得 令环路增益
(1-28) (1-29)
是误差电压经环路滤波器过滤之后加到压控振荡器上的控制电 压的瞬时值。
是控制电压uc(t)加至压控振荡器所引起振荡频率wv(t)相对于自 由振荡频率wo的频差。这个由于控制作用所引起的频差不妨
称之为控制频差。于是动态方程(1-30)构成了如下的关系：
瞬时频差=固有频差－控制频差
这个关系式在环路动作的始终都是成立的。
(1-15)
第二节 环 路 组 成
锁相环路为什么能够进入相位跟踪, 实现输出与输入信号 的同步呢？因为它是一个相位的负反馈控制系统。这个负反馈 控制系统是由鉴相器(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 1-4所示。
锁相技术
锁相技术--模拟调频调相的调制器通信工程（2）班一、模拟调频调相的原理1、调频与调相信号设幅度为1的单一频率Ω的调制信号)（1）t=tu)sin(Ω(ϕ+F则调频信号为[]{}t t u U t u F c c FM )(sin )(ωω∆+= （2）式中c ω为载频；c U 为载波幅度；ω∆为峰值频偏。
将（1）式带入（2）式得[]{}t t u U t u c c FM )sin(sin )(ϕωω+Ω∆+= 已调信号的幅度为常数，其瞬时频偏正比于调制信号。
调频信号也可以用频谱来表示。
单一频率Ω正弦信号调制的调频信号，其频谱不再像条幅信号那样是三条谱线，而是有无限多的谱线。
谱线的频率为Ω±Ω±Ω±n c c c ωωω,...,2,，其中n 为正整数。
第n 对谱线的幅度为（设1=c U ）)()()(mf J J n A n n c =Ω∆=Ω±ωω 式中)(mf J n 是n 阶贝塞尔函数；mf 为调频指数。
调频信号可分为窄带和宽带两类。
所谓窄带调频信号是指峰值频偏ω∆远小于条调制频率Ω，即mf <<1.这时，只有n=0和n=1的内塞尔函数有值，调频信号只有三条谱线，其带宽为)(2Hz B FM πΩ±=。
所谓宽带调频信号是指mf >>1，有很多谱线。
作为一个粗略的近似，可以忽略mf n >的那些频谱，其带宽可近似为)(2Hz B FM πω∆±=。
2、调相信号调相信号的特征是其瞬时相位与调制信号成正比，可表示为)](sin[)(t u t U t u F c c PM ϕω∆+=（3） 式中ϕ∆为峰值相偏。
若调制信号仍同（1）式，则代入第（3）式得[])sin(sin )(ϕϕω+Ω∆+=t t U t u c c PM 它的频谱也包含有一组间隔为Ω的谱线。
频谱为Ω±n c ω的频谱幅度为（设1=c U ）)()(ϕω∆=Ω±n c J n A 。
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。
锁相技术第1章 锁相环的基本概念
t 出频率精确锁定在输入信号的 频率上，控制电压：
t
uc (t) KVCO
8
锁相环的工作状态
根据环路滤波器类型的不同，最终相位误差理 论上将会减小到0或一个非常小的值，此时环 路进入锁定状态，环路由失锁状态进入锁定状 态的过程，称为环路的捕获。
第1章 锁相环的基本概念
本章简介
锁相环的构成 锁相环的工作原理
锁定状态 捕获状态 锁相环的应用 锁相环性能指标 锁相环分类
2
锁相环的构成
输入参考 信号
ui (t)
鉴相器 PD
ud (t) 环路滤波器 uc (t) 压控振荡器
LF
VCO
输出信号
uo (t)
锁相环（Phase Locked Loop-PLL）是一个闭环负反馈 相位控制系统，在不同的实际应用中，锁相环是各种 各样的，但无论多么复杂的锁相环应用都包含以下3个 不可缺少的基本单元电路：
由此可知：锁相环包含两个工作状态：锁定状 态和捕获状态。
9
锁相环的应用
锁相环有一个非常显著的特性：能从噪声中恢复输入 信号。当输入信号包含有很多随机噪声时，鉴相器能排除 其它干扰，仅仅检测输入信号与输出信号的相差。包含在 输入信号中的噪声会使输入信号的过零点前后抖动（在频 域中称为相位噪声），这将导致鉴相器输出的误差电压ud (t) 围绕误差电压的平均值 u d上下波动（幅度噪声不会对PLL 造成影响）。通过环路低通滤波器的过滤作用，将得到稳 定的直流输出uc (t)，它控制压控振荡器的输出频率等于输 入信号的频率，相位等于输入信号相位的平均值。这样， PLL实质上能从噪声中提取有用信号，同时PLL能跟踪输入 信号的相位，保持锁定。
《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。
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1
锁相环路是一种反馈电路，锁相环的英文全称是Phase-Locked Loop,简称PLL。
其作用是使得电路上的时钟和某一外部时钟的相位同步。
因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。
锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。
在数据采集系统中，锁相环是一种非常有用的同步技术，因为通过锁相环，可以使得不同的数据采集板卡共享同一个采样时钟。
因此，所有板卡上各自的本地80MHz和20MHz时基的相位都是同步的，从而采样时钟也是同步的。
因为每块板卡的采样时钟都是同步的，所以都能严格地在同一时刻进行数据采集。
锁相环路是一个相位反馈自动控制系统。
它由以下三个基本部件组成：鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）。
锁相环的工作原理：1. 压控振荡器的输出经过采集并分频；2. 和基准信号同时输入鉴相器；3. 鉴相器通过比较上述两个信号的频率差，然后输出一个直流脉冲电压；4. 控制VCO，使它的频率改变；5. 这样经过一个很短的时间，VCO 的输出就会稳定于某一期望值。
锁相环可用来实现输出和输入两个信号之间的相位同步。
当没有基准（参考）输入信号时，环路滤波器的输出为零（或为某一固定值）。
这时，压控振荡器按其固有频率fv进行自由振荡。
当有频率为fR的参考信号输入时，uR 和uv同时加到鉴相器进行鉴相。
如果fR和fv相差不大，鉴相器对uR和uv进行鉴相的结果，输出一个与uR和uv的相位差成正比的误差电压ud，再经过环路滤波器滤去ud中的高频成分，输出一个控制电压uc，uc将使压控振荡器的频率fv（和相位）发生变化，朝着参考输入信号的频率靠拢，最后使fv= fR，环路锁定。
环路一旦进入锁定状态后，压控振荡器的输出信号与环路的输入信号（参考信号）之间只有一个固定的稳态相位差，而没有频差存在。
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
• • • •
锁相技术
测量用信号源技术专题
锁相环概述
• 锁相环（PLL）是一个闭路锁定之后，稳态频差等于零；稳态相 差通常总是存在的，等于一个固定值，反 映环路跟踪的精度，是一个重要指标。存 在剩余误差是误差控制系统的特点。
鉴相器
（1）模拟乘法器(MC1496/1596，XR－2208) （2）数字鉴相器 边沿触发式：MC4044 电平比较式： CD4046 (或门，异或门鉴相器)
－鉴相特性：三角形鉴相特性 －鉴频特性：近似阶跃曲线
压控振荡器
• • • • 积分－施密特型：NE566,XR-2206 射级耦合多谐振荡器：MC1658 LC负阻型(变容二极管)：E1648 数字门电路型：CD4046内部VCO
环路滤波器
具有低通滤波特性，对锁相环路参数调 整起着决定作用。 RC积分滤波器 无源比例积分滤波器 有源比例积分滤波器 其他…
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
固定，而且数值很小，锁相环路处于锁定状态 （同步状态）。如上页矢量图所示
➢当
•
1(t)
•
2 (t)
时，U i
、UO 相对旋转，e (t) 随时
间的增长逐渐增大，锁相环路处于非锁定状态
（失锁状态）。
•
e (t) 0 时，系统失锁
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
二、捕获过程 概念：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。
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
ε∆ω接 近于零
系统初进跟踪
《 锁相技状术态的》时间
Tp=ta-to为捕获时间
进入同步动状态的时间
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
e
特例：环路输入固定频率信号时的分析
载波
设输入信号为：ui (t) Ui sin[it i (t)]
Uo cos[ot (i o )t i e ]
UUooccoos[s(ot it i ie ]e )
结论：锁相环路进入同步状态后，uo (t)和ui (t) 频率相
同，相位相差 e ，输出信号锁定在输入信号上。
即：
e (t) =常数；
•
e(t) =0
这就是以固定频率输入信号时，环路的同步状态的条件
对输入信号的瞬时相位做如下变换。
it i (t) ot (i o )t i (t)
o i o
锁相环路的 “固有频差”
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
固有频差：为输入信号角频率与环路自由振荡 角频率之差，称为环路的固有频差。
o i o
输入信号的瞬时相位为：
it i (t) ot ot i (t) ot 1(t)
相对与 it的
设输入信号为： ui (t) Ui sin[it i (t)] 瞬时相位
1.当 i (t) =常数时，i (t) 是初相，ui (t)是载波。 2.当i(t) 是t 的函数时，ui (t)是角度调制信号（调频 或调相）。
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
设输出信号为：uo (t) Uo cos[ot o (t)]
位关系。
《 锁相技术》
第1章)
U i
UO
在虚轴上的投影来表示 在实轴上的投影来表示（如图）
从图上可以得到两个信号的瞬时相位之差
e (t) [it i (t)] [ot o (t)] (i o )t i (t) o (t)
由于i (t)和o (t) 的参考点不同，
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)
1(t)
o
di (t)
dt
d2 (t )
dt
环路的 固有频差
《 锁相技术》
输入信号的 瞬时频偏
输出信号的 瞬时频偏
第1章 锁相环路的基本工作原理
结论：
•
e (t) 0时，系统锁定
•
•
➢当 1(t) 2(t) 时，U i 、UO 相对位置不变，e (t)
第1章 锁相环路的基本工作原理
第一章 锁相环路的基本工作原理
本章主要内容： ➢ 锁相环路的一些基本概念的建立 ➢ 锁相环路的数学模型和动态方程的确立 ➢ 一阶锁相环路的分析
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
§1.1锁定与跟踪的概念
锁相环路(PLL)是一个相位跟踪系统,方框图表示如下。
载波角频率
输出信号为：uo (t) Uo cos[ot o (t)]
常数
则有： e (t) 1(t) 2(t)
ot i o (t)
常数
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
进入同步状态后：e (t) e 代入上式
o (t) ot i e
输出信号表达式 为：
uo (t) Uocoo(st[)otoot i e ]
输出信号的瞬时相位为：
ot o (t) ot 2 (t)
《 锁相技术》
比较两不同信号， 选取参考相位
以 ot 为参
考的输入信号 的瞬时相位
以 ot 为参考
的输出信号的 瞬时相位
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
路
相位比较器。
低通滤波。
电压－频率变换器。
组
成
输入
输出
输入
输出 输入
输出
1(t) 2 (t )
捕获过程中：
瞬时相差 e (t)
瞬时频差
•
e (t)
2n e
数值很小 的量，但
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
． 能否通过捕获而进入同步完 全取决于起始频差Δωo
θe(t) 趋 于稳定
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
四、环路的基本性能要求 评价捕获性能指标：
1.捕获带 P ：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。
p o max
2.捕获时间 TP：环路由起始时刻 t0 到进入同步状 态的时刻 ta 之间的时间间隔。
和环路的参数、起
始 大状 ，态T越有P 长关。，越o
o
《 锁相技术》
i
i'
'' i
第1章 锁相环路的基本工作原理
§1.2 环路组成及模型建立 锁相环路的基本构成： ➢鉴相器（ PD ） ➢环路滤波器（ LF ） ➢压控振荡器（VCO ）
《 锁相技术》
..
第1章 锁相环路的基本工作原理
1
1
2
环
鉴相器（PD）： 环路滤波器（LF）： 压控振荡器（VCO）：
Tp ta to
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
评价环路跟踪性能指标：
1、稳态相差 e () ： 环路锁定之后的瞬时相差。
是个固定值，反映了环路跟踪
2、同步带 H ： 精度，是一项重要指标。
锁相环路能够保持锁定状态所允许的最大固有频差。
o 、P 、H 之间的关系：
H P o
i'' i' i