考纲—锁相与频率合成技术

锁相与频率合成技术南京理工大学编（高纲号 0552）Ⅰ、课程性质与设置目的要求“锁相与频率合成技术”课程是江苏省高等教育自学考试电子信息工程专业的必修课，主要内容为锁相技术的基本原理、电路与应用。

锁相与频率合成技术是实现相位自动控制的一门科学，是专门研究系统相位关系的技术。

随着科学技术的发展，人们对各种设备的控制精度要求越来越高，在无线电技术中自动控制技术的应用已经进入了第三代。

第一代是自动增益控制（AGC）；第二代是自动频率控制（AFC）；第三代是自动相位控制（APC）。

而锁相技术就是第三代的控制技术。

锁相技术的核心是锁相环路，所谓的锁相环路是一个实现相位自动锁定的控制系统。

锁相环路具有两个突出的特性：第一是窄带滤波特性；第二是宽带跟踪特性。

这两个特性使得锁相技术在电子技术领域得到了广泛的应用，特别是随着集成电路技术、数字技术以及通讯和计算机技术的发展，极大地推动了锁相技术的发展和应用。

目前，锁相技术已经形成一门比较系统的理论科学，锁相技术的应用主要包含以下几个方面：跟踪滤波、频率合成与频率变换、模拟和数字信号的相干解调、数字通讯、调制与解调、检波、稳频和位频等。

设置本课程的目的和要求：通过本课程的学习，使自学应考者掌握锁相技术的原理和锁相环路的性能，熟悉锁相环路的分析方法，了解锁相技术在电子技术领域中的应用。

锁相技术是理论性与工程性都很强的一门课程，学生应具备必要的数学、电子线路、数字电路、信号与系统等课程的知识，在掌握环路原理和性能的基础上领会应用，在学习应用中进一步深化和理解环路的原理和性能，理论联系实际，为在今后的工程实践中灵活应用锁相环路打下基础。

Ⅱ、考试目标（考核知识点、考核要点）第一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。

二、考核要求（一）线性相位模型与传递函数1、识记：（1）环路传递函数的概念；（2）讨论传递函数的含义。

2、领会：（1）锁相环路的线性相位模型；（2）环路的线性动态方程；（3）环路开环传递函数；（4）环路闭环传递函数；（5）环路误差传递函数：（6）采用三种常用滤波器环路的传递函数。

（二）二阶线性系统的一般性能1、识记：（1）环路自然角频率ωn；（2）环路阴尼系数ζ；（3）环路的主要性能指标：延迟时间、上升时间、峰值时间、暂态时间、最大过冲量。

2、领会：（1）三种典型环路的ωn、ζ表示方法；（2）环路的频率响当当应及特性。

（三）环路对输入暂态信号的响应1、识记：（1）环路的暂态相差；（2）相位阶跃；（3）频率阶跃；（4）频率斜升；（5）稳态相差。

2、领会：（1）分析二阶环路对输入暂态响应的方法；（2）采用无源比例积分滤波器的二阶环路对三种暂态信号输入的响应；（3）采用理想积分滤波器的二阶环路对三种暂态信号输入的响应。

3、应用：（1）环路暂态相差与稳态相差的计算。

（四）环路对输入正弦相位信号的响应1、识记：（1）环路频率响应的概念；（2）环路输入相位的调制频率Ω；（3）调制跟踪环；（4）载波跟踪的概念。

2、领会：（1）常用二阶环的闭环频率响应；（2）常用二阶环的误差频率响应；（3）二阶环路频率特性的特点：无论采用何种滤波器的二阶环路，其闭环频率响应具有低通的性质、共误差频率响应具有高通的性质。

3、应用：（1）调制跟踪环的特点和应用；（2）载波跟踪环的特点与应用。

（五）环路稳定性1、识记：（1）环路稳定性及判别方法；（2）稳定余量；（3）相位余量；（4）增益余量。

2、领会：（1）伯德准则；（2）采用伯德准则或稳定余量判断环路的稳定性。

（六）非线性跟踪1、识记：（1）最大同步扫描速率的概念；（2）最大频率阶跃量的概念。

2、领会：（1）非线性跟踪的稳态相差。

第三章环路噪声性能一、考核知识点（一）环路存在噪声时的相位数学模型（仅含输入噪声及仅含VCO噪声两种情况）；（二）环路噪声带宽B L及含义；（三）跳周、平均跳周时间、跳周概率。

二、考核要求（一）环路噪声相位模型1、识记：（1）噪声与干扰的来源；（2）分析有噪声环路的方法。

2、领会：（1）环路存在噪声时的相位数学模型（仅含输入噪声及仅含VCO噪声两种情况）。

（二）环路对输入白高斯噪声的线性过滤特性1、识记：（1）环路的噪声带宽B L；（2）环路的信噪比。

2、领会：（1）仅含输入噪声的相位数学模型；（2）环路输出噪声相位方差；（3）环路的噪声带宽B L的含义；（4）环路对输入噪声的过滤特性。

3、应用：（1）环路噪声带宽的计算；（2）环路信噪比的计算。

（三）环路对压控振荡器相位噪声的线性过滤1、领会：（1）仅含VCO噪声的相位数学模型；（2）环路对VCO噪声的过滤特性。

（四）环路跳周与门限1、识记：（1）跳周的概念；（2）环路噪声门限。

2、领会：（1）平均跳周时间及其计算；（2）跳周概率的含义及其计算。

第四章环路捕获性能一、考核知识点（一）捕获的概念及捕获过程；（二）环路捕获的性能参数（捕获带、捕获时间）；（三）辅助捕获的方法。

二、考核要求（一）捕获的基本概念1、识记：（1）捕获的概念；（2）频率捕获；（3）相位捕获；（4）自捕获；（5）辅助捕获；（6）研究捕获过程的常用方法。

（二）捕获过程与捕获特性2、领会：（1）捕获过程；（2）捕获过程的特性。

（三）捕获带与捕获时间1、识记：（1）捕获带；（2）快捕带；（3）频率捕获时间；（4）快捕时间（相位捕获时间）。

2、领会：（1）二阶环的捕获带与捕获时间计算。

（四）辅助捕获方法1、识记：（1）辅助捕获的作用；（2）辅助捕获的基本出发点。

2、领会：（1）辅助捕获的方法；（2）辅助捕获的原理（辅助鉴频、变带宽、变增益）。

第五章集成锁相环路一、考核知识点（一）集成锁相环路的分类及特点；（二）数字式鉴频鉴相器的工作原理；（三）数字压控振荡器的工作原理；（四）集成频率合成器的工作原理。

二、考核要求（一）集成鉴相器1、识记：（1）集成鉴相器的类型。

2、领会：（1）模拟乘法器鉴相器的工作原理及鉴相特性；（2）门鉴相器的工作原理及鉴相特性；（3）数字式鉴频鉴相器的基本组成；（4）数字式鉴频鉴相器的工作原理；（5）数字式鉴频鉴相器的鉴相特性与鉴频特性。

（二）集成压控振荡器1、识记：（1）常用的集成压控振荡器类型。

2、领会：（1）LC负阴型压控振荡器的工作原理；（2）数字门电路型压控振荡器的工作原理。

（三）通用单片集成锁相环1、识记：（1）NE560、NE562的组成与特性；（2）XR-215的组成与特性；（3）L564的组成与特性；（4）NE567的组成与特性；（5）5G4046的组成与特性。

（四）集成频率合成器1、识记：（1）集成频率合成顺的主要部件；（2）MC145106的内部组成；（3）MC145145的内部组成；（4）MC145152的内部组成。

2、领会：（1）MC145106组成的组合式集成频率合成器框图及工作原理。

第六章锁相环路的应用一、考核知识点（一）锁相环路的特性及含义；（二）典型的锁相环路应用；（三）跟踪滤波器；（四）调制与解调；（五）频率合成。

二、考核要求（一）跟踪滤波器1、识记：（1）跟踪滤波器。

2、领会：（1）跟踪滤波器的跟踪特性；（2）跟踪滤波器频率特性。

3、应用：（1）相干解调的概念。

（二）调制器与解调器1、识记：（1）带载波的双边带调幅信号DSB-AM；（2）抑制载波的单边带调辐信号SSB-AM；（3）残留边带的调幅信号VSB-AM；（4）抑制载波的双边带调幅信号；（5）调频信号；（6）调相信号；（7）频移键控FSK；（8）相移键控PSK。

2、领会：（1）AM同步解调的工作原理；（2）调频信号与调相信号的相互转换；（3）调频信号解调的工作原理。

3、应用：（1）几种FM解调器电路；（2）FSK解调的应用。

（三）频率合成1、识记：（1）频率合成的定义；（2）频率合成的三种方法、工作原理及特点。

2、领会：（1）双模分频锁相合成器的工作原理、特点及分频比的计算；（2）四模分频锁相合成器的工作原理及分频比的计算；（3）小数分频频率合成器的工作原理及特点。

3、应用：（1）频率合成器实例及输出频率计算；（2）双环锁相频率合成器的输出频率计算。

（四）载波同步1、识记：（1）相干载波；（2）提取相干载波的方法：插入导频法、直接提取法。

2、领会：（1）平方环的工作原理、作用、特点；（2）同相正交环的工作原理。

（五）位同步1、识记：（1）位同步的概念；（2）外同步法；（3）自同步法。

2、应用：（1）几种典型的位同步模拟环。

（六）FM立体声解码1、识记：（1）FM立体声信号；（2）FM立体声解码器的组成。

2、领会：（1）FM立体声解码器的工作过程。

（七）电动机转速控制1、领会：（1）锁相电机控制的工作原理；（2）锁相电机控制系统的工作模型。

（八）锁相接收机1、识记：（1）锁相接收机的一般过程。

2、领会：（1）锁相接收机的工作原理。