电荷泵锁相环..76页PPT

锁相环原理整理ppt共27页文档

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 dtAdsinet
此时 et it ot 0 t id t it
即 dtAdsinit
此时，dtA dsin it ct，使 o ( t )在 r 下摆动，而 i
6.4
锁定状态的稳态相位差式中，n为正整数。
earcsinAdAi0 2n
随着 i 的增加，A、B两点逐渐靠近，当 i Ao 时，A、B两点重合，无稳定的平衡点，环路无法锁定，如图（b）、（c）所示。
图6.4.1 一阶环路的动态方程图解
所以，环路能够锁定所允许的最大
A d A o ，且环路的各种重要特性也都由它来决定。如若希望环路的同步范围大和稳态相差小，则要求增益A d A o 大。
但在增大 A d A o 的同时，环路的上限频率 H 也提高了，结果将使环路的滤波性能变坏。
二阶环的路的同步带 LAdA0AF(0)
实际上，任何环路的同步带均等于环路直流总增益A 0 。在二阶环路中，其捕捉过程中的快捕锁定过程与一阶环路相同，但其频率牵引过程却与一阶环不同。
是正弦波，而是正半周长负半周短的不对称波形。
d 中的平均分量（V D ）和基波分量（Vd sine）可由LF
取出加到VCO上，且V D
为正值。正的 V D
使VCO的
的平均
o
值由 r 上升到 r a v 。显然，通过这样的反馈和控制过
程，使
o 的平均值向
i 靠近，这个新的
为n+1， n为LF的阶数。如当采用一阶无源RC积分滤波器时，则PLL为二阶。
二、一阶环路捕捉过程的讨论无环路滤波器（AF (p) 1）的锁相环为一阶环，其动

电荷泵锁相环..

环路传递函数
F(s)=(1+τ 2s)/τ 1s
(4.3.4)
可得此环路的数学模型,如图4.3.2和图4.3.3(复频域) 所示。
θi(s)
＋－
＋
θe(s)
ud(s)
Kd
1 2s 1 s
uc(s)
Ko/s
θo(s)
图4.3.2 二阶电荷泵PLL的相位模型 △ω i(s) △ω (s) ＋ K’d ＋－ ud(s) 1 2 s uc(t)
4.1 电荷泵锁相环(CPPL) 电荷泵锁相环如图4.1.1所示。
ui(t) FPD CP LF VCO uo(t)
图4.1.1
电荷泵锁相环
图中: FPD是鉴频鉴相器;
CP是电荷泵;
是模数混合环，与模拟锁相环唯一不同的是鉴相器包括FPD和CP,称为电荷泵鉴相器。它是数字式的,具有鉴频鉴相功能,CP为LF提供充放电电荷。为简化分析过程,以图4.1.2所示的双D鉴相器为例, 来说明鉴频鉴相器的工作原理。
设电荷泵能提供的充放电电流为Ip,则充放电电流在一个周期内的平均值为: id(t)=Ipθe(t)/2π
e (t ) 2
(4.1.1)
上式即为这种电荷泵鉴相器的鉴相特性。考虑到相位的周期性,式(4.1.1)所表示的鉴相特性可用图4.1.4表 id(t) 示。
I
-4π
-2π
P
0 -IP
2π
o (t )
o c
p
(4.2.2)
V (t ) K ouc (t )
(4.2.3)
综合考虑(4.1.1) ～(4.1.4)式及（4.2.1）～（4.2.3）, 可得环路的相位模型和频率模型分别如图4.2.2和 4.2.3所示。

锁相技术第5章电荷泵锁相环

与模拟锁相环相比，电荷泵锁相环的鉴相器是由鉴频鉴相器和电荷泵组成，鉴频鉴相器不仅具有鉴频功能，而且具有鉴相功能，电荷泵能为环路滤波器提供充放电电流，而模拟锁相环一般采用模拟乘法器作鉴相器，只具有鉴相功能。
3
5.1 电荷泵鉴频鉴相器数学模型
电流型电荷泵鉴频鉴相器
“1”
DQ
UP
FF
u1
s 1
s
2
C1
(
s
b
1

1)
Ho(
j)

KVCO I 2
p
(b) b 1
(
j 1
j
)
2
C1
(
j b 1
1)
Ho(
j)

KVCO I p 2
b
1 ( )2
()
b 1 2C1
1 ( j )2 b 1
Ho ( j) 1 c 为环路带宽(也称穿越频率)，此时相角位移为：
号的信道噪声；环路内部噪声：PLL内部各模块产生的噪声，如鉴相器
和压控振荡器等部件。
若环路用作频率信号源，噪声与干扰会使输出信号频谱不纯，输出相位产生随机的抖动，频率稳定度变差；若环路用作通信的收发射机，则输出信噪比下降。较强的噪声与干扰还会使环路跟踪性能下降，失锁。同时，必然会增加环路捕获困难。
周期抖动（period jitter）一般有两种表示值： Peak-to-Peak值（峰-峰值）：在第N个周期的上升沿
可能出现的最大偏移值。 RMS值（均方根值）：指第N个周期上升沿相位变化的
标准方差。
24
周期抖动（period jitter）
在周期抖动（period jitter）的测量中：如果N<10，那么周期抖动（period jitter）称为

超高频RFID阅读器电荷泵锁相环设计

超高频RFID阅读器电荷泵锁相环设计锁相环是在模拟/数字电路设计中的一种非常重要和实用的电路结构[1]。

锁相环[2-3]由鉴频鉴相器、电荷泵、滤波器、压控振荡器以及分频器等构成，在具体电路设计中还可能涉及到基准(PTAT)电路和一些简单的数字电路。

由于锁相环正常工作时能通过内部电路中精准的负反馈机制提供稳定的输出频率作为本振信号，因此，该结构广泛应用于数字及模拟电路设计之中。

1 电荷泵锁相环电路设计1.1 电荷泵锁相环原理与整体结构图1所示为电荷泵锁相环[4]的系统结构图。

620)this.style.width=620;" border=0 alt=超高频RFID阅读器电荷泵锁相环设计src="技术2021/ddk0lludrsi2021.gif"> 锁相环系统的基本原理为：最初外部参考信号与分频器输出信号同时输入给系统，送入鉴频鉴相器;鉴频鉴相器检测ωout与ωin两路信号的相位差和频率差以及上升沿和下降沿，并随时根据它们的上升、下降变化决定电荷泵的开启和关断状态;电荷泵的输出电压Ud经过滤波器滤波，产生输出电压Vctrl，Vctrl作用在压控振荡器上，产生输出频率;压控振荡器的作用是使输出频率随输入控制电压的变化按照一定比例变化，分频比为N的分频器保证：fvco=fref×N，其中fvco为VCO的输出频率，fref为参考频率。

锁相环内部负反馈机制使整个系统达到锁定状态。

620)this.style.width=620;" border=0 alt=超高频RFID阅读器电荷泵锁相环设计src="技术2021/5ojmqpg2zol2021.gif"> 出信号被送入鉴频鉴相器，初始相位差使环路无法锁定，经过一段时间的相位积累就能达到频率捕获。

针对死区问题，本设计所采用的去死区的方法是增加延时单元，延时单元应用串联连接的反相器链。

锁相环pll原理与应用PPT教学课件

第一部分：锁相环基本原理（P1）
• 一、锁相环基本组成
• 一个典型的锁相环（PLL）系统，是由鉴相器（PD），压控荡器（VCO）和低通滤波器（LPF）三个基本电路组成
Ud = Kd (θi–θo)
UF = Ud F（s）
Ui PD
LPF
VCO
Uo
do
dt
KOU F
• 二．鉴相器（PD）
• Ud = Kd *θ • Kd 为鉴相灵敏度
开门脉冲和记数脉冲发生器
• 为了使后面的控制引导电路能正常工作，还需一种开门脉冲。也就是每按一次键，即每输出一列脉冲（不管这一列含有几个号码脉冲）就要产生一个开门脉冲。同时为了使后面的记数电路能正确记数，还应保证“先开门后送计数脉冲”。也就是要求开门脉冲要比送到计数器的号码脉冲超前一点。所以开门脉冲和号码脉冲的时间关系应如图
3）拨盘开关式1—999KHZ
频率合成器
（P10）
• 单片4522分频器
9V
9V
9V
A
100K 100K
16 15 14 13 12 11 10 9 4522
12345678
4 2
拨盘开关
1 8
100K 100K
CP
用三片4522组成1——999HHZ频率
V
合V成器（P11）
100K VDD 16 13
• 一、PLL频率合成器实验
• 当PLL处于锁定状 Ui PD 态时，PD两个输入
Байду номын сангаасUo
LPF
VCO
信号的频率一定精 1/N
确相等,
• 所以可得：
• f0 = N *fi • fi为晶振标准信号

锁相环PLL原理与应用ppt

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这种情况应认为是“失锁”。只有出现两个同频的稳定波形时才认为是“锁定
捕捉带的测量
• 环路失锁后，缓慢改变信号源频率，
从高端或低端向４０４６Ａ的中心
频率靠近，当信号源频率分别为fＰ H和fＰL时，环路又锁定。则环路捕捉带ΔfP ＝ fPH－fPLfPH fHH
f
ωn、ξ的测量
捕捉带
• 失锁时，ωoωi，如果从两个方向设法改变ωi，使ωi向ωo靠拢，进而使ωo =（ωi－ωo），当ωo 小到某一数值时，环路则从失锁进入锁定状态。这个使PLL经过频率牵引最终导致入锁的频率范围称为捕捉带ωp。
同步带ωH，捕捉带ωp 和VCO 中心频率ωo的关系
o P
H
-
实验原理及步骤 P（4）
9V
9V
10K
W1
10K
Ui
T
16 15 14 13 12 11 10
9
Ui 100u
4046B
A1
12345678
UF
A2
P（8）
1n
9V
1M
10K
16 15 14 13 12 11 10 9
4046A 12345678
100K
Uf 100K
510 4n7
1n 9V
100K
100K
9V 10K
W2 10K

锁相环路能分析-PPT精品文档30页

稳态相位误差： e ls i0sm e H (s)i(s) 2 niA d A io
二、正弦稳态响应
锁相环路的正弦稳态响应是指输入相位为正弦信号时环路的输出响应。
输入相位： i(t) = imsin( t + i) 输出相位： o(t) = omsin( t + o)
t
0vc(t)dt
(a) 图 6–2–2 VCO 的电路模型
用微分算子 p = d/dt 表示
o(t)

Ao
vc(t) p
电路模型
三、环路低通滤波器
作用：滤除鉴相器输出电流中的无用组合分量及其干扰分量，以达到环路要求的性能，并保证环路的稳定性。
1．简单 RC 滤波器
传递函数：
A F(s)V V d c((s s))R 1 /1 s /(s (C )C )1 1 s
vc(t) = AF(p)vd(t)
电路模型：
四、基本环路方程
基本回路方程：
e (t)i(t)-o (t)i(t)- A d A o A F (p )1 p sie (t n )
或：
pe(t) + AdAoAF(p)sine(t) = pi(t)
瞬时角频差 e(t)：
频率。
i
r
di(t)
dt
o
r
do(t)
dt
(a) 图 6–2–1 鉴相器的电路模型
即：
vo(t) = Vom cos[rt + o(t) + ] 一般取
2
(a) 图 6–2–1 鉴相器的电路模型
即：
vo(t) = Vom sin[rt + o(t)]
鉴相器输出的平均电压：

《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

锁相环路学习.pptx

2
(n2 2 ) 2n2
e
tg1
2n n2 2
第29页/共62页
28
环路的暂态响应
• 假设环路是线性系统，t<0 时处于锁定状态, t=0 时环路出现不同的相位变化. 观察输出相位的变化过程 (采用有源比例积分滤波器)
• t<0, ui(t)=Uimsint • uo(t)=Uomcost • T=0, ui(t)=Uimsin[t+ i(t)] • uo(t)=Uomcos[t+ o(t)] • e(S)=[1-H(S)] i(S)
H（j2f）2
• 一阶环路： 1
• BL=K0Kd/4
• 有源比例积分滤波器的二阶环路：
• BL=n（1+42） /8
0
BL
f
等效噪声带宽的几何意义
34
第35页/共62页
4-2 锁相环路的非线性分析
• 环路锁定、失锁、牵引过程
o= i - o
（1） o 比较小时
1
（t）
o
i o
o
0
t1 t2
t
环路第3的6页快/共捕62页过程
1 锁相接收机
i -O
i 混频
O
N
中放 VCO
i -O 鉴相低通
问题：
锁相接收机的组成
1（1）Bi>5B3dB; （2）环路增益不能太大；
2 假锁
第50页/共62页
中频参考电压 IO
49
2 锁相鉴频
输入
鉴相
输出滤波环路滤波
VCO 锁相鉴频器组成
输出滤波
输出
50
第51页/共62页
输入调频信号：ui (t) Uim sin[it m (t)]