6.4 鉴频电路

二、鉴相器的主要质量指标 （1）鉴相特性曲线： 鉴相器的输出电压与输入信号的瞬时相位偏移的关系。 通常要求是线性关系。
（2）鉴相跨导： 鉴相特性在原点处的斜率。
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duo S | 0 定义： d
（3）鉴相线性范围： 通常应大于调相波最大相移的二倍。 （4）非线性失真，应尽可能小。
鉴相器
数字鉴相器
6
叠加型 门电路鉴相器
EXIT
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6.5 调角信号的解调
一、乘积型鉴相器
u1 (PM)
乘法器
低通滤波器
uo(t)
u2 (参考信号)
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设u1 U1m cos[ c t 1 (t )]
1 ( t ) k P u ( t ) 一般来说， u 1 和 u 2 为正交关系，
u0 2

K M U1m RL sin[1 (t )]
2

K M U1m RL sin 1 t
鉴相跨导： S
2
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K M U1m RL

6 rad
2 e max
线性鉴相范围:
e max
鉴Baidu Nhomakorabea特性曲线
10
EXIT
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6.5 调角信号的解调
2
EXIT
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6.5 调角信号的解调
一、鉴频器的主要质量指标 (1)鉴频特性曲线 (S曲线） 指鉴频器的输出电压uo(t)与输入FM信号瞬时频偏Δω(t)或Δf(t) 之间的关系曲线 . 由调频信号的特征：
uo(t)
kf 合 或： f ( t ) f c u ( t ) f c f ( t ) 肥 2 工 kf 所以： 业 f ( t ) u ( t ) 2 大 学
低通滤 波器 uo(t)
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1 0 c t q th u2 2kT 1 c t 2 q 4 4 4 th u sin t sin3 t sin5ct 展开为傅氏级数 2 c c 2KT 3 5 4 4 i K M U1m cos[ct 1 (t )][ sin ct sin 3ct ] 3 2 2 K M U1m sin 1 t K M U1m sin 2c t 1 t
2 2 K M U1m sin 2ct 1 (t ) K M U1m sin 4ct 1 (t ) 3 3
9
EXIT
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6.5 调角信号的解调
二、乘积型鉴相器
（二） u 1 为小信号，u 2 为大信号
经低通滤波器滤波，在负载 RL可得输出电压为
17
(4) 锁相环路鉴频
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6.5 调角信号的解调
例1： 鉴频器输入信号为 ui (t ) 3 cos[c t 10sin 2 103 t ](V )
已知鉴频跨导 S D 5m V / kHz, 线性鉴频范围大于 2f m , 求鉴频输出电压 u0 (t )
分析：鉴频特性曲线为鉴频器的输出电压与输入信号的瞬时频率 偏移之间的关系，而鉴频跨导为鉴频特性曲线的斜率，所以有：
u d e U dm e
e 0
EXIT
14
其鉴相跨导为 S Udm /
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6.5 调角信号的解调
6.5.3 鉴频器
一、鉴频器的分类 (1) 调频－调幅调频变换型
斜率鉴频器 相位鉴频器 比例鉴频器 调频波FM
uFM
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-π


6
6
π
2 e max
(e )
1 ( t )
e 0
S
1 K M U 1mU 2 m RL 2
8
鉴相特性曲线
线性鉴相范围: e max rad
6
EXIT
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6.5 调角信号的解调
二、乘积型鉴相器
（二） u 1 为小信号，u 2 为大信号 (U2m 100mV ) 根据模拟乘法器的特性，其输出电流 u1 q 乘法器 i K M u1th u2 2kT u2 是大信号, 双曲线函数具有开关函数的形式 u2
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分类：
13
EXIT
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6.5 调角信号的解调
（一）异或门鉴相器
u 2 两方波信号， 1、信号 u 和 1
两信号延时为
e，它反映了两信号的相位差，
e 2 e / Ti
2、异或门的特点:两个输入电平不
合 同时，输出为“1”，其余为“0”。 肥 工 3、经低通滤波器滤波后，输出电压 业 u d e 与 e 的关系为三角形，可表示为 大 e 0 e U dm 学

乘法器
低通滤 波器
uo(t)
1 1 K M U1mU 2 m sin 1 (t ) K M U1mU 2 m sin 2c t 1 (t ) 2 2
u2
合 经低通滤波器滤波，在负载 RL可得输出电压为 肥 u 1 K U U R sin[ (t )] 1 K U U R sin (t ) M 1m 2 m L 1 0 M 1m 2 m L 1 2 2 工 uo ( t ) 业 当 1 ( t ) rad 1 (t ) sin 1 (t ) 6 du 大 鉴相跨导：S 0 学 d e
q 4 4 4 th u2 sin ct sin3ct sin5ct 合 2KT 3 5 肥 q q i I th u th u2 乘法器输出电流 0 1 工 2 KT 2 KT
业 大 学
4 4 4 4 I 0 cos[ct 1 t ] cos3[ct 1 t ] ( sin ct sin 3ct ) 3 3 8 8 I 0 2 sin[1 t ] I 0 2 sin[2 ct 1 t ]
(3 )
sin 6ct 31 (t )
EXIT
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6.5 调角信号的解调
二、乘积型鉴相器
（三） u 1 为大信号，u 2 为大信号
经低通滤波器滤波，在负载 RL可得输出电压为
8 8 u0 I 0 RL 2 sin 1 (t ) sin 3 ( t ) 1 2 (3 )
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6.5 调角信号的解调
6.5 调角信号的解调
主要要求：
了解鉴频和鉴相电路的主要指标
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了解鉴相器的工作原理
掌握鉴频的实现方法 掌握相位鉴频器和比例鉴频器的工作原理
1
EXIT
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6.5 调角信号的解调
6.5.1 概述
调频波的解调（鉴频）： 从调频波中取出原调制信号。
(t ) c k f u (t ) c (t )
0
Δf
表明：要实现无失真鉴频，要求鉴频器的输出电压 uo (t ) 与频偏 f (t ) 成线性关系。 EXIT
3
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6.5 调角信号的解调
uo(t)
一、鉴频器的主要质量指标 （2）鉴频跨导(鉴频灵敏度)
SD 定义：
频率—幅度线 性变换网络
uFM-AM
AM－FM
包络检波器
uΩ
u
t
t
t
15
EXIT
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6.5 调角信号的解调
一、鉴频器的分类 (2) 相移乘积型
uFM
相乘器
低通滤波器
uΩ
合 肥 工 在集成电路调频机中较多采用的相移乘积鉴频器。它是将输入 FM 业 信号经移相网络后生成与 FM 信号电压正交的参考信号电压，它与 大 输入的 FM 信号电压同时加入相乘器，相乘器输出再经低通滤波器 学 滤波后，便可还原出原调制信号。
u1 乘法器 低通滤 波器 uo(t)
二、乘积型鉴相器
（三） u 1 为大信号，u 2 为大信号
i I 0th q q u1th u2 2 KT 2 KT
u2
展开为傅氏级数
th
4 q 4 4 cos 5 c t 1 (t ) u1 cos c t 1 (t ) cos 3 c t 1 (t ) 5 2 KT 3
实现上述功能的电路称为鉴频器。
FM
鉴频器
u
输出与输入信号的瞬时 频率偏移成正比。
调相波的解调（鉴相）： 从调相波中取出原调制信号。 实现上述功能的电路称为鉴相器。
PM
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鉴相器
c、c 、 c 2、 .......
u 输出与输入信号的瞬时 相位偏移成正比。

从频谱上看：调角信号的解调也是频谱的非线性搬移的过程
90o移相网络
16
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6.5 调角信号的解调
一、鉴频器的分类 (3) 脉冲计数式
uFM
(零比较器）
非线性变换网络
调频脉 冲序列 低通滤波器
uΩ
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调频脉冲序列中的平均分量为
u oAV
U m U m [ f c f ( t )] T (t )
脉幅
脉宽 EXIT
鉴相器
uo ( t )
1 (t ) : u1 (t )
u1 ( t )
的瞬时相位。
1 (t )
u2 ( t )
当线性鉴相的情况下，输出电压 uO (t ) 合 与两个输入电压的瞬时相位差成正比。 肥 即 u ( t ) k[ ( t ) ( t )]
2 (t )
o 1 2 工 业 鉴相器可实现PM信号的解调，但也广泛用于解调FM信号，以及锁 大 相技术及频率合成技术中。 乘积型 学 模拟鉴相器
duo |f 0 df
0 Bm
Δf
合 肥 SD值越大，鉴频曲线越陡，鉴频能力越强。 工 鉴频特性曲线接近于直线的频率范围。 业 （3）鉴频线性范围： 大 Bm>2Δfm 学
表明了鉴频特性曲线在原点（f 0） 处的斜率。
（4）非线性失真：应尽可能小
4
EXIT
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6.5 调角信号的解调
合 肥 2 工 当 (t ) 3 时， u I R [2 2 (t )] S I 0 RL 1 0 0 L 1 鉴相跨导： 2 2 业 大 线性鉴相范围 : e max 学
2n 1 2 当 1 (t ) 时， u0 I 0 RL 1 (t ) 2 2
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u0 (t ) S D f (t ) 解： ui (t ) 3 cos[ c t 10sin2 103 t ] d ( t ) ( t ) 10 2 103 cos 2 103 t dt ( t ) f ( t ) 10 103 cos 2 103 t 2
而
u2 U2m sin[c t 2 (t )]
为了分析方便,假设 2 (t ) 0
即u2 U2m sin c t
7
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6.5 调角信号的解调
二、乘积型鉴相器 （小于26mV） （一） u 1 和 u 2 均为小信号
根据模拟乘法器的特性，其输出电流 u1
i KM u1u2 KMU1mU2m cos[ct 1 (t )]sin ct
5
EXIT
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6.5 调角信号的解调
6.5.2 鉴相器
鉴相器是用来比较两个输入电压 u1 ( t ) 和 u2 ( t ) 的相位，而输出电压 u0 ( t ) 是两个输入电压相位差的函数，
即
uo (t ) f [1 (t ) 2 (t )]
其中： 2 (t ) : u2 (t ) 的瞬时相位。
I0
I0
11
8
3
sin 2 ct 31 (t ) I 0 2
sin 2ct 1 (t ) I 0 2
2
8
8
8
2 38
I0
3 8
sin 4 ct 1 (t )
2
3 2
sin 4 ct 31 (t )
(3 )
sin 31 (t ) I 0

2 n 1 2
I 0 RL [
8


1
n 1
sin 2n 1 1 t ]
2
12
可见乘积型鉴相器应尽量采用 大信号工作状态,这样可获得较 宽的线性鉴相范围。
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6.5 调角信号的解调
二、门电路鉴相器
特点: 电路简单、线性鉴相范围大，易于集成化 或门鉴相器 异或门鉴相器