模擬集成電路系統(tǒng)第8章

1、第八章第八章 反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)增益控制（自動(dòng)增益控制（AGC）電路）電路第三節(jié)第三節(jié) 自動(dòng)頻率控制（自動(dòng)頻率控制（AFC）電路）電路第四節(jié)第四節(jié) 模擬鎖相環(huán)路（模擬鎖相環(huán)路（APLL）第五節(jié)第五節(jié) APLL電路及應(yīng)用電路及應(yīng)用（一）反饋控制系統(tǒng)的構(gòu)成（一）反饋控制系統(tǒng)的構(gòu)成參考參考信號(hào)信號(hào)Xr(t)比較器比較器控制信號(hào)控制信號(hào)發(fā)生器發(fā)生器可控器件可控器件反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)反饋反饋信號(hào)信號(hào)Xf(t)誤差誤差信號(hào)信號(hào)Xe(t)控制控制信號(hào)信號(hào)Xc(t)輸入輸入信號(hào)信號(hào)Xi(t)輸出輸出信號(hào)信號(hào)X0(t)它由它由比較器、控制信號(hào)發(fā)生器、可控器件比較器、控

2、制信號(hào)發(fā)生器、可控器件和和反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)四部分構(gòu)成。四部分構(gòu)成。如圖：如圖：第一節(jié)第一節(jié) 概述概述（二）反饋控制系統(tǒng)各部分功能（二）反饋控制系統(tǒng)各部分功能比較器比較器將反饋信號(hào)將反饋信號(hào)Xf(t)與參考信號(hào)與參考信號(hào)Xr(t)比較后產(chǎn)生誤比較后產(chǎn)生誤差信號(hào)差信號(hào)Xe (t)?？刂菩盘?hào)發(fā)生器控制信號(hào)發(fā)生器在誤差信號(hào)在誤差信號(hào)Xe (t)的作用下產(chǎn)生控制信的作用下產(chǎn)生控制信號(hào)號(hào)Xc(t)，以對(duì)可控器件的某一特性進(jìn)，以對(duì)可控器件的某一特性進(jìn)行控制。行控制?？煽仄骷煽仄骷?受控于控制信號(hào)受控于控制信號(hào)Xc(t),對(duì)輸出信號(hào)對(duì)輸出信號(hào)X0(t)進(jìn)行進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)從輸出信號(hào)從輸出信號(hào)

3、X0(t)中提取所需比較的分量饋送至中提取所需比較的分量饋送至比較器比較器。（三）、反饋控制電路的分類（三）、反饋控制電路的分類據(jù)反饋控制的對(duì)象分為：據(jù)反饋控制的對(duì)象分為：自動(dòng)增益控制（自動(dòng)增益控制（AGC） 用以穩(wěn)定輸出電壓信號(hào)的幅度用以穩(wěn)定輸出電壓信號(hào)的幅度。自動(dòng)頻率控制（自動(dòng)頻率控制（AFC） 用以控制目標(biāo)信號(hào)的頻率，使其用以控制目標(biāo)信號(hào)的頻率，使其與通道中心頻率一致，以獲得諧與通道中心頻率一致，以獲得諧頻增益。頻增益。 自動(dòng)相位控制（自動(dòng)相位控制（APC） 用以同步振蕩信號(hào)的頻率、實(shí)現(xiàn)用以同步振蕩信號(hào)的頻率、實(shí)現(xiàn)相位跟蹤。這種電路亦稱鎖相環(huán)相位跟蹤。這種電路亦稱鎖相環(huán)路路(PLL)。據(jù)

4、環(huán)路內(nèi)部是模擬電路。據(jù)環(huán)路內(nèi)部是模擬電路還是數(shù)字電路，進(jìn)而分為：還是數(shù)字電路，進(jìn)而分為： 模擬鎖相環(huán)（模擬鎖相環(huán)（APLL） 數(shù)字鎖相環(huán)（數(shù)字鎖相環(huán)（DPLL）。）。第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)增益控制電路自動(dòng)增益控制電路電壓比較器可控增益放大器控制信號(hào)發(fā)生器電平檢測(cè)器低通濾波器直流放大器URueucUoui反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)一、一、AGC電路的組成框圖電路的組成框圖根據(jù)輸入信號(hào)的類型、特點(diǎn)及控制要求，主要有兩根據(jù)輸入信號(hào)的類型、特點(diǎn)及控制要求，主要有兩種類型：種類型：1.簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單AGC2.延遲延遲AGC二、二、AGC電路的類型電路的類型（一）簡(jiǎn)單（一）簡(jiǎn)單AGC電路電路UOUi簡(jiǎn)單AGC電路的控制特性特

5、點(diǎn)：特點(diǎn)：UR=0。只要輸入信號(hào)。只要輸入信號(hào)Ui幅幅度增加，度增加，AGC的的作用就會(huì)使增益作用就會(huì)使增益A減小。減小。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，無需比較器。簡(jiǎn)單，無需比較器。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：不管幅度大小，均降低不管幅度大小，均降低增益。致使增益。致使Ui很弱時(shí)，很弱時(shí)，Uo很小，很小，接收靈敏度降低接收靈敏度降低.其控制特性如圖：其控制特性如圖：延遲AGC電路的控制特性UR（二）延遲（二）延遲AGC電路電路基本思想：基本思想： Ui很弱時(shí)，很弱時(shí)， AGC不起作用；只有不起作用；只有Ui達(dá)到某一達(dá)到某一門限值門限值UR時(shí)，時(shí)，AGC才起作用。才起作用。其控制特性如圖：其控制特性如圖：無無AGC有有AG

6、C1. 用用AGC電壓去調(diào)節(jié)放大器的參量電壓去調(diào)節(jié)放大器的參量2. 在放大級(jí)間插入受在放大級(jí)間插入受AGC電壓控制電壓控制的可控衰減器的可控衰減器三、控制增益的方法三、控制增益的方法由小信號(hào)諧振放大電路增益表達(dá)式：由小信號(hào)諧振放大電路增益表達(dá)式：Au(j o)=-n1n2gm/GT可知可知，改變改變gm或或GT都將使都將使Au改變。改變。（一）（一）調(diào)節(jié)放大器調(diào)節(jié)放大器的參量的參量1.UAGC調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)gm調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)Au(j )gmIEMNgm的大小與工作點(diǎn)電流的大小與工作點(diǎn)電流IE有關(guān)其關(guān)系有關(guān)其關(guān)系曲線如圖：曲線如圖：所以用所以用UAGC控制控制IB 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)IE 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)gm控制電路如圖：控

7、制電路如圖：uiu0ECUAGCui反向反向AGC正向正向AGC(2)(1)對(duì)具有曲線對(duì)具有曲線(1) 特性的管子構(gòu)成的放大特性的管子構(gòu)成的放大器，若工作點(diǎn)設(shè)在器，若工作點(diǎn)設(shè)在M點(diǎn)的左側(cè)，則點(diǎn)的左側(cè)，則uiUAGCIE gmAu (稱稱反反向向AGC)。對(duì)具有曲線對(duì)具有曲線(2)特性的管子構(gòu)成的放大特性的管子構(gòu)成的放大器，若工作點(diǎn)設(shè)在器，若工作點(diǎn)設(shè)在N點(diǎn)的右側(cè)，則點(diǎn)的右側(cè)，則uiUAGCIE gmAu (稱正稱正向向AGC)。ABDR1R2R3UAGCECT1T2（一）調(diào)節(jié)放大器的參量（一）調(diào)節(jié)放大器的參量2. UAGC調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)GT調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)Au(j )控制電路如圖：（設(shè)管子為反向控制電路如圖：

8、（設(shè)管子為反向AGC）阻尼二極管阻尼二極管D和和R1、R2、R3用用來調(diào)節(jié)第一回路的總電導(dǎo)，使來調(diào)節(jié)第一回路的總電導(dǎo)，使D、R2并聯(lián)在第一回路。并聯(lián)在第一回路。Ui較小時(shí)較小時(shí) UAGC IC2 UB UA D截止截止 D、R2 支路近似開路，支路近似開路，GT1 Au Ui較大時(shí)，較大時(shí)， UAGC IC2 UB UA D導(dǎo)通導(dǎo)通 rd+R2并聯(lián)在并聯(lián)在第一回路第一回路 GT1 Au 這種電路可有效的防止接收機(jī)因強(qiáng)這種電路可有效的防止接收機(jī)因強(qiáng)Ui造成的過載及堵塞現(xiàn)象。造成的過載及堵塞現(xiàn)象。( (二二) )電控衰減器增益控制電路電控衰減器增益控制電路 前述方法的缺點(diǎn)前述方法的缺點(diǎn):UAGC變

9、化變化GT變化IE變化解決方法：解決方法：采用電控衰減器采用電控衰減器AGC電路電路ToLC1變化使B(=GT/CT）、同時(shí)， RiRo、 CiCo變化，( (二二) )電控衰減器增益控制電路電控衰減器增益控制電路電路如圖電路如圖:UiUoUoUi+UAGCRFCRFCRRDD(a)(b)+UAGCRFC的作用：的作用：(1)防止高頻信號(hào)回串影響防止高頻信號(hào)回串影響UAGC(2)對(duì)直流控制電壓對(duì)直流控制電壓UAGC短路短路原理：原理：利用二極管的變阻特利用二極管的變阻特性與性與R構(gòu)成分壓。構(gòu)成分壓。以以(a)為例為例,UAGCrd Au RrrKdd應(yīng)該指出：應(yīng)該指出：衰減系數(shù)衰減系數(shù)K受下級(jí)

10、輸入阻抗的限制，當(dāng)頻率較高時(shí)受下級(jí)輸入阻抗的限制，當(dāng)頻率較高時(shí)二極管的電容效應(yīng)會(huì)影響二極管的電容效應(yīng)會(huì)影響K，所以一般選取等效電容小的，所以一般選取等效電容小的PIN二二極管。極管。第三節(jié)第三節(jié) 自動(dòng)頻率控制（自動(dòng)頻率控制（AFC）電路）電路 目的目的穩(wěn)定振蕩頻率穩(wěn)定振蕩頻率電路組成電路組成頻率比較器頻率比較器Kd低通濾波器低通濾波器F(S)可控頻率器件可控頻率器件Ko r r(S)uc(t)Uc(S)Ud(S)ud(t) v v(S)電路組成框圖電路組成框圖ui(t)一、一、AFC電路工作原理電路工作原理一、一、AFC電路工作原理電路工作原理 頻率比較器頻率比較器有兩種：有兩種：(1)鑒頻器

11、鑒頻器-中心頻率中心頻率 0起參考信號(hào)起參考信號(hào) r的作用。其輸出誤差電壓的作用。其輸出誤差電壓為為ud(t)=kd( 0- v)= kd( r- v)。(2)混頻混頻鑒頻器鑒頻器-本振信號(hào)本振信號(hào) L與輸出信號(hào)混頻，然后鑒頻，參考與輸出信號(hào)混頻，然后鑒頻，參考 信號(hào)信號(hào) r= o+ L。其輸出誤差電為。其輸出誤差電為 ud(t)=kd( r- v)= kd ( 0+ L) - v 低通濾波器低通濾波器-濾除誤差信號(hào)濾除誤差信號(hào)ud(t)中的干擾成分，輸出控制電壓中的干擾成分，輸出控制電壓 信號(hào)信號(hào)uc(t)?？煽仡l率器件可控頻率器件-一般是一般是VCO,其輸出振蕩頻率為其輸出振蕩頻率為 v=

12、 v0+K0uc(t)。 其中，其中， v0： uc(t)=0時(shí)時(shí)VCO的振蕩頻率；的振蕩頻率； K0 : 控制靈敏度控制靈敏度 。二、主要性能指標(biāo)二、主要性能指標(biāo)-暫、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和跟蹤特性暫、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和跟蹤特性 AFC電路的數(shù)學(xué)模型電路的數(shù)學(xué)模型(1)頻率比較器的數(shù)學(xué)模型頻率比較器的數(shù)學(xué)模型對(duì)對(duì)ud(t)= kd( r- v)= kd(r- v ）= kd e(t)取拉氏變換，得到取拉氏變換，得到ud(S)= kd(r(S)- v(S) ）= kd e(S)(2)低通濾波器的數(shù)學(xué)模型低通濾波器的數(shù)學(xué)模型(3)可控頻率器件的數(shù)學(xué)模型可控頻率器件的數(shù)學(xué)模型由此可得頻率比較器的數(shù)學(xué)模型由此可得頻率比

13、較器的數(shù)學(xué)模型Kdr(S)v(S) e(S)Ud(S)F(S)Ud(S)Uc(S) K0Uc(S)v(S) K0Uc(S)v(S)Kdr(S)v(S) e(S)ud(S)F(S)所以,AFC電路的數(shù)學(xué)模型電路的數(shù)學(xué)模型:顯見顯見,它是頻它是頻率反饋系統(tǒng)。率反饋系統(tǒng)。（一）暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)（一）暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)由由AFC電路的電路的數(shù)學(xué)模型可得：數(shù)學(xué)模型可得： K0Uc(S)v(S)Kdr(S)v(S) e(S)ud(S)F(S)1.開環(huán)傳輸函數(shù)：開環(huán)傳輸函數(shù)：0)()()()(KSFKsssGdev2.閉環(huán)傳輸函數(shù)：閉環(huán)傳輸函數(shù)：)()(1)()(00SSFKKSFKKSrddv所以，輸出頻率偏移

14、函數(shù)為：所以，輸出頻率偏移函數(shù)為：)(1)()(1)()()()(00SFKKSFKKSGSGSSSHddrv對(duì)此式取拉式反變換即可得對(duì)此式取拉式反變換即可得AFC電路的時(shí)域暫態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。電路的時(shí)域暫態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。（二）跟蹤特性（二）跟蹤特性 K0Uc(S)v(S)Kdr(S)v(S) e(S)ud(S)F(S)由由AFC數(shù)學(xué)模數(shù)學(xué)模型可知，誤差型可知，誤差函數(shù)函數(shù)E(S)為為)(11)(1)()(1)()()(0SFKKSHSSSSSEdrvre顯見，顯見， e(S)越小，跟蹤特性越好。越小，跟蹤特性越好。例如求例如求 r發(fā)生階躍變化發(fā)生階躍變化 r情況下，情況下，AFC環(huán)路的穩(wěn)態(tài)

15、響應(yīng)環(huán)路的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。SSrr)(頻率階躍的象函數(shù)為頻率階躍的象函數(shù)為SSESre)()(環(huán)路中產(chǎn)生的誤差響應(yīng)為環(huán)路中產(chǎn)生的誤差響應(yīng)為據(jù)拉式變換的終值定理，可求得穩(wěn)態(tài)頻率誤差：據(jù)拉式變換的終值定理，可求得穩(wěn)態(tài)頻率誤差：)0(1)(lim)(lim000FKKSESSdrrSeSe其中，其中，F(xiàn)(0)為低通濾波器為低通濾波器 的直流傳輸函數(shù)。的直流傳輸函數(shù)。 e -稱為稱為AFC環(huán)路的剩余頻差。環(huán)路的剩余頻差。 r說明說明AFC有自動(dòng)調(diào)節(jié)頻差的能力。有自動(dòng)調(diào)節(jié)頻差的能力。 e KV時(shí)，上式無解，即環(huán)路不存在鎖定的時(shí)，上式無解，即環(huán)路不存在鎖定的 e ,，所以所以能維持鎖定所允能維持鎖定所允許的最大

16、固有頻差許的最大固有頻差Vmax=KV，據(jù)跟蹤帶定義有，據(jù)跟蹤帶定義有H= Vmax= KV= KdKoF(0) 五、模擬鎖相環(huán)路兩種調(diào)節(jié)過程五、模擬鎖相環(huán)路兩種調(diào)節(jié)過程（二）環(huán)路的捕捉過程（二）環(huán)路的捕捉過程環(huán)路處于失鎖時(shí)，環(huán)路處于失鎖時(shí)， VCO與目標(biāo)信號(hào)頻率間存在頻差與目標(biāo)信號(hào)頻率間存在頻差V= S- V ，若若V過大，超過過大，超過LF的帶寬，的帶寬，ud(t)將將不能通過不能通過LF,產(chǎn)生不了控制電產(chǎn)生不了控制電壓壓uc(t)，環(huán)路無法捕捉到，環(huán)路無法捕捉到 S、一直處于失鎖。因此，存在著一個(gè)、一直處于失鎖。因此，存在著一個(gè)保證環(huán)路由失鎖經(jīng)捕捉而進(jìn)入鎖定的最大允許值保證環(huán)路由失鎖經(jīng)捕

17、捉而進(jìn)入鎖定的最大允許值Vmax, 將它稱為將它稱為捕捉帶捕捉帶（用（用p表示）。表示）。-環(huán)路由失鎖進(jìn)入鎖定的過程環(huán)路由失鎖進(jìn)入鎖定的過程設(shè)被捕信號(hào)為固定頻率的載波，則動(dòng)態(tài)平衡方程可寫成：0( )(0)( )edeVptK K Fsint做出的相圖如圖：A B e(t)3-22p e(t)KdKoF(0)V當(dāng)起始頻差V0時(shí)，時(shí)， e(t)為增函為增函數(shù)，軌跡向右。數(shù)，軌跡向右。當(dāng)當(dāng)p e(t) KdKoF(0)，鎖定點(diǎn)鎖定點(diǎn)消失，不能入鎖。消失，不能入鎖。所以，捕捉帶所以，捕捉帶p =Vmax= KdKoF(0)A B e(t)3-22p e(t)KdKoF(0)V六、模擬鎖相環(huán)路線性分析六

18、、模擬鎖相環(huán)路線性分析（一）（一）APLL的線性化的線性化跟蹤過程中，在跟蹤過程中，在 e(t) /6時(shí)，時(shí)，ud(t)=Kdsin e(t) Kd e(t)所以，有：所以，有：p e(t)+KoKdF(p) e(t)=p 1(t) 對(duì)上式取拉氏變換、并加以整理得到：對(duì)上式取拉氏變換、并加以整理得到：)()()()(1SSSSFKKSeode由此可得到由此可得到APLL線性化相位模型：線性化相位模型：Ko/SUC(S)dK 1(S) e(S) 2(S)Ud(S)F(S) 2(S)其中，其中， 2(S)=KdKoF(S) e(S)/S六、模擬鎖相環(huán)路線性分析六、模擬鎖相環(huán)路線性分析（二）（二）A

19、PLL的相位傳輸函數(shù)的相位傳輸函數(shù)1.開環(huán)傳輸函數(shù)開環(huán)傳輸函數(shù)2.閉環(huán)傳輸函數(shù)閉環(huán)傳輸函數(shù)3.誤差傳輸函數(shù)誤差傳輸函數(shù)SSFKKSSSGde)()()()(02)()()(1)()()()(0012SFKKSSFKKSGSGSSSHdd)()(11)()()(01SFKKSSSGSSSHdee誤差傳輸函數(shù)與閉環(huán)傳輸函數(shù)的關(guān)系：誤差傳輸函數(shù)與閉環(huán)傳輸函數(shù)的關(guān)系：He(S)=1-H(s)說明：說明：以上各式是研究跟蹤特性和頻率特性等的常用公式以上各式是研究跟蹤特性和頻率特性等的常用公式。六、模擬鎖相環(huán)路線性分析六、模擬鎖相環(huán)路線性分析（三）跟蹤特性分析（三）跟蹤特性分析KKSSSSSGSSSHde

20、e221)(11)()()(衡量環(huán)路跟蹤性能的指標(biāo)是跟蹤相位誤差，即衡量環(huán)路跟蹤性能的指標(biāo)是跟蹤相位誤差，即 e(t)的暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)響的暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。前者描述了跟蹤速度和跟蹤過程中相位誤差波動(dòng)的大??；后者應(yīng)。前者描述了跟蹤速度和跟蹤過程中相位誤差波動(dòng)的大??；后者是是t時(shí)的相位誤差值時(shí)的相位誤差值 e .舉例說明其分析方法。設(shè)舉例說明其分析方法。設(shè)APLL采用采用RC積分濾波器，積分濾波器，11)(1SSFSSKKSGd20)(若令12 ,02ndnKK22222)(nnneSSSSSH有設(shè)t0以后的固有相位差為：tdttStS01)(對(duì)上式取拉氏變換，對(duì)上式取拉氏變換，21/)(SSS)2()

21、2()()()(221nnnSeeSSSSSSHS對(duì)上式取拉氏反變換，得到對(duì)上式取拉氏反變換，得到11221222221 2( )2(1)2(1)(1 2)ntssennnntesintcost暫態(tài)響應(yīng)暫態(tài)響應(yīng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)第一項(xiàng)：第一項(xiàng)：dSnSeKK02第二項(xiàng)：是振幅為指數(shù)衰減函數(shù)的兩個(gè)正弦振蕩的差值，兩者振第二項(xiàng)：是振幅為指數(shù)衰減函數(shù)的兩個(gè)正弦振蕩的差值，兩者振蕩頻率相同，相位相差蕩頻率相同，相位相差 /2，振幅不同。當(dāng)，振幅不同。當(dāng)t時(shí)，此時(shí)，此項(xiàng)項(xiàng)0，所以是暫態(tài)響應(yīng)。，所以是暫態(tài)響應(yīng)。六、模擬鎖相環(huán)路線性分析六、模擬鎖相環(huán)路線性分析（四）頻率特性分析（四）頻率特性分析-在不同頻率輸

22、入時(shí)具有不同的傳輸能力。在不同頻率輸入時(shí)具有不同的傳輸能力。令令j =S,則則222)2()(11)(nnjH當(dāng)當(dāng) 取不同值時(shí)，其幅頻特性曲線也不同，環(huán)路具有低通特性。當(dāng)取不同值時(shí)，其幅頻特性曲線也不同，環(huán)路具有低通特性。當(dāng) =0.707時(shí)特性最平坦，此時(shí)上限頻率為時(shí)特性最平坦，此時(shí)上限頻率為210KKdnH第五節(jié)第五節(jié) APLL電路及其應(yīng)用電路及其應(yīng)用一、集成鎖相環(huán)路一、集成鎖相環(huán)路-將將PD、VCO、放大器等集成在一塊芯片、放大器等集成在一塊芯片上，各部件之間不連接或部分連接，以便上，各部件之間不連接或部分連接，以便于插入環(huán)路濾波器中的阻容元件或其它電于插入環(huán)路濾波器中的阻容元件或其它電路

23、，具有靈活、功能強(qiáng)等特點(diǎn)。路，具有靈活、功能強(qiáng)等特點(diǎn)。按最高工作頻率不同，集成鎖相環(huán)分為：按最高工作頻率不同，集成鎖相環(huán)分為：低頻型（低頻型（f30MHz)（一）鎖相接收機(jī)（電路框圖如圖）（一）鎖相接收機(jī)（電路框圖如圖）fs:接收的目標(biāo)信號(hào)頻率接收的目標(biāo)信號(hào)頻率；fd:經(jīng)混頻后的差頻，即經(jīng)混頻后的差頻，即中頻信號(hào)中頻信號(hào)fI;鎖相目的：鎖相目的：使使fd fI混混 頻頻中中 放放N倍頻倍頻VCO LF fsfIf0fo=Nfofd=fo-fSfd=fIuc(t)ud(t)PD原理：原理：將將fd、fI 加至加至 PD進(jìn)行鑒相，利用差拍電壓進(jìn)行鑒相，利用差拍電壓uc(t)去控制去控制VCO。鎖。

24、鎖定時(shí)，其輸出振蕩的定時(shí)，其輸出振蕩的N倍頻倍頻(f0=Nf0)與與fs之差之差fd可與可與fI完全同步。完全同步。接收機(jī)本振頻率可通過改變接收機(jī)本振頻率可通過改變N來調(diào)整，達(dá)到切換接收目標(biāo)信號(hào)頻來調(diào)整，達(dá)到切換接收目標(biāo)信號(hào)頻率的目的。率的目的。二、二、APLL 的應(yīng)用的應(yīng)用（二）相干解調(diào)（二）相干解調(diào)平方器平方器解調(diào)解調(diào) PD VCO LF LF 1/2 BF us(t) (DSB) s 2 s2 2 s2 2 s2 s s 因因DSB中無載頻，所以中無載頻，所以要實(shí)現(xiàn)解調(diào)，需加相干要實(shí)現(xiàn)解調(diào)，需加相干（其頻率等于原載頻）（其頻率等于原載頻）的信號(hào)。用的信號(hào)。用PLL可方便可方便地從地從DS

25、B波中提取出解波中提取出解調(diào)所必須的相干載波調(diào)所必須的相干載波。電路框圖如圖所示電路框圖如圖所示原理：原理：DSB信號(hào)經(jīng)平方器（可用乘法器）變換成含有信號(hào)經(jīng)平方器（可用乘法器）變換成含有2 s、2 s2 、 2 的信號(hào)，用窄帶濾波器的信號(hào)，用窄帶濾波器BF濾除濾除2 s2 、 2 ，利用利用PLL提取出提取出2 s，經(jīng)二分頻，即得到相干載頻經(jīng)二分頻，即得到相干載頻 s，供，供DSB解調(diào)用。解調(diào)用。（三）同步檢波（三）同步檢波利用利用APLL可輕而易舉的將淹可輕而易舉的將淹沒在噪聲中的載波提取出來。沒在噪聲中的載波提取出來。 PD 90o相移相移VCO LF 電路框圖如圖電路框圖如圖us(t)

26、(AM)RCC1u (t)設(shè)設(shè)us(t)=Us(1+masin t)Cos st鎖定時(shí)，鎖定時(shí)，VCO輸出頻率與輸入載輸出頻率與輸入載波同步，即波同步，即u0(t)=U0sin st所以相移后所以相移后u0(t)=U0cos st乘法器輸出：乘法器輸出：um(t)=Kmus(t)uo(t)=Ud+Udmasin t+Ud(1+ masin t)Cos2 st= Udmasin t用C1隔掉用用RC低通濾除低通濾除其中其中，Ud=KmUsUo/2（四）鎖相調(diào)制（四）鎖相調(diào)制晶振晶振1/NVCO LF PDfrPM或或FMUP(PM)UF(FM)()()()()()(00sHsssFssFsKUU

27、KKKdppd調(diào)相的實(shí)現(xiàn)，由于晶振的輸出相位調(diào)相的實(shí)現(xiàn)，由于晶振的輸出相位 s=常數(shù)，設(shè)常數(shù)，設(shè)N=1,VCO輸出輸出的已調(diào)相位信息為：的已調(diào)相位信息為：)(sH式中式中為閉環(huán)傳遞函數(shù)，具有低通特性。為閉環(huán)傳遞函數(shù)，具有低通特性。Kd1相當(dāng)于相當(dāng)于調(diào)相靈敏度，量綱是調(diào)相靈敏度，量綱是rad/v.為避免調(diào)相的非線性失真，為避免調(diào)相的非線性失真，Kd應(yīng)應(yīng)保持為常數(shù)，或者保持為常數(shù)，或者 e6調(diào)頻的實(shí)現(xiàn)：調(diào)頻的實(shí)現(xiàn)：)(1)()()()(000sHssFssssUKKKUKFdF)()()(00sFsssKKUKdF輸出輸出 相位相位調(diào)制輸出頻率信息調(diào)制輸出頻率信息 0=)(ss。因此，。因此，由于

28、由于)(1sH是高通函數(shù)，因此為避免低頻失真，其截止是高通函數(shù)，因此為避免低頻失真，其截止頻率小于頻率小于min。此外，為避免非線性失真，。此外，為避免非線性失真，K0應(yīng)為常應(yīng)為常數(shù)。數(shù)。由于由于 PD的鑒相范圍有限，調(diào)制指數(shù)的鑒相范圍有限，調(diào)制指數(shù)mp、mf不能過大，不能過大，要提高調(diào)制指數(shù)要提高調(diào)制指數(shù)mp、mf，可引入可引入1/N的分頻器。的分頻器。（五）數(shù)字頻率合成系統(tǒng)（五）數(shù)字頻率合成系統(tǒng)頻率合成技術(shù)在雷達(dá)、通信、電視廣播、遙控遙測(cè)和測(cè)頻率合成技術(shù)在雷達(dá)、通信、電視廣播、遙控遙測(cè)和測(cè)量領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。量領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。具其組成原理，可分為兩類：具其組成原理，可分為兩類：1.以

29、濾波器為主的直接頻率合成技術(shù)以濾波器為主的直接頻率合成技術(shù)2.鎖相頻率合成技術(shù)鎖相頻率合成技術(shù)數(shù)字頻率合成器的優(yōu)點(diǎn)：數(shù)字頻率合成器的優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、功耗小、便于集成等。體積小、重量輕、功耗小、便于集成等。1.單環(huán)數(shù)字頻率合成器單環(huán)數(shù)字頻率合成器組成框圖如圖組成框圖如圖晶振晶振1/NVCO LF PD設(shè)要求移動(dòng)電臺(tái)頻道設(shè)要求移動(dòng)電臺(tái)頻道識(shí)別能力為識(shí)別能力為100Hz,則則基準(zhǔn)頻率基準(zhǔn)頻率fr和鑒相器的和鑒相器的工作頻率取為工作頻率取為100Hz, VCO輸出頻率輸出頻率f0為為3 3.9999MHz,頻道間隔頻道間隔 f0(亦稱步長(zhǎng)亦稱步長(zhǎng))為為100Hz,可變分頻器的分頻系數(shù)可變分頻器的

30、分頻系數(shù)N= f0/ fr=（ 3 3.9999 ） 106/100=30000 39999由由f0=Nfr可知，改變分頻系數(shù)可知，改變分頻系數(shù)N可改變輸出頻率可改變輸出頻率f0。frf0f01.單環(huán)數(shù)字頻率合成器單環(huán)數(shù)字頻率合成器晶振晶振1/NVCO LF PD缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：(1) PD工作頻率低，一般僅為工作頻率低，一般僅為100 1000Hz,LF的頻帶很窄的頻帶很窄環(huán)路捕捉帶環(huán)路捕捉帶p很窄，很窄，捕捉時(shí)間較長(zhǎng)。捕捉時(shí)間較長(zhǎng)。頻率合成器的穩(wěn)頻率合成器的穩(wěn)定度與晶體振蕩器定度與晶體振蕩器（基準(zhǔn)源）在同一（基準(zhǔn)源）在同一數(shù)量級(jí)。數(shù)量級(jí)。(2) 要求要求N很大很大,N環(huán)路增益環(huán)路增益KV(=K0KdF(0)/N) ,要求要求VCO的的變換增益變換增益K0 影響穩(wěn)定性。影響穩(wěn)定性。解決方法：解決方法：采用多環(huán)數(shù)字頻率合成器。采用多環(huán)數(shù)字頻率合成器。2.雙環(huán)數(shù)字頻率合成器雙環(huán)數(shù)字頻率合成器晶振晶振VCO1LF1 PD11/Nr1/Nr1/N11/N2VCO2LF2 PD21/Nr1/N2混頻混頻LF III組成框圖如圖組成框圖如圖fR1fR1fR2fR2f01f01它包括兩個(gè)數(shù)字鎖相環(huán)