通信電路原理：第7章 鎖相環(huán)路4

1、笫7章 鎖相環(huán)路 7.1 概 述7.2 PLL基本原理7.3 PLL的線(xiàn)性分析7.4 PLL的非線(xiàn)性分析7.6 PLL電路實(shí)例與應(yīng)用舉例7.8 自動(dòng)頻率控制電路(AFC)7.9小結(jié)窄帶跟蹤濾波器載波恢復(fù)電路鎖相鑒頻-調(diào)制跟蹤環(huán)17.6.1 PLL的基本特性與應(yīng)用領(lǐng)域（1）鎖定特性：環(huán)路鎖定狀態(tài)時(shí)，VCO跟蹤輸入信號(hào)頻率，只有很小的穩(wěn)態(tài)相差。叫“取樣鎖相環(huán)”。這種環(huán)路可用于載波恢復(fù)和頻率合成。（2）載波跟蹤特性：壓控振蕩器的輸出頻率只跟蹤輸入信號(hào)的載頻，稱(chēng)之為載波跟蹤狀態(tài)，這種環(huán)路叫“載波跟蹤環(huán)”，或稱(chēng)“窄帶跟蹤環(huán)”。這種環(huán)路可用于鎖相接收機(jī)。（3）調(diào)制跟蹤特性：壓控振蕩器的輸出頻率跟蹤輸入的調(diào)

2、制信號(hào)變化。這種狀態(tài)就是調(diào)制跟蹤狀態(tài)，這種環(huán)稱(chēng)為“調(diào)制跟蹤環(huán)路 ”或“寬帶跟蹤環(huán)”。這種環(huán)路可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的調(diào)角信號(hào)的解調(diào)。（4）易于集成化、小型化，可使成本降低且便于利用。（5）主要應(yīng)用領(lǐng)域：窄帶跟蹤接收；鎖相鑒頻；載波恢復(fù)；頻率合成。7.6 PLL電路實(shí)例與應(yīng)用舉例27.6.2 窄帶跟蹤濾波器（鎖相接收機(jī)） -載波跟蹤環(huán)（1）空間信號(hào)的基本特性衛(wèi)星或其它宇宙飛行器向地面發(fā)回的信號(hào)通常都較微弱。頻率漂移嚴(yán)重（因存在多普勒效應(yīng)與振蕩器中心頻率不穩(wěn)）。例如：頻率為100MHZ，多普勒頻移為3KHz。信號(hào)本身頻帶寬度較窄。例如：為6Hz左右。若使用普通接收機(jī)，帶寬為6KHz左右。接收機(jī)帶寬比信號(hào)帶寬

3、大1000倍，接收的噪聲大1000倍，很微弱的信號(hào)被淹沒(méi)。 鎖相接收機(jī)的中頻頻率可以跟蹤接收信號(hào)頻率的漂移，而且?guī)捰趾苷视址Q(chēng)為“窄帶跟蹤濾波器”。37.6.2 窄帶跟蹤濾波器-載波跟蹤環(huán)（續(xù)1）（2）原理方框圖本地標(biāo)準(zhǔn)中頻參考信號(hào) f4 ，是高度穩(wěn)定的。混頻器輸出中頻信號(hào)的頻率與本地中頻參考信號(hào)的頻率相等。f1有漂移，f2 跟蹤 f1 的漂移。PLL電路設(shè)計(jì)為窄帶（6Hz），故又稱(chēng)為“窄帶跟蹤濾波器” 。頻譜圖說(shuō)明47.6.2 窄帶跟蹤濾波器-載波跟蹤環(huán)（續(xù)2）（3）跟蹤濾波器的頻率特性57.6.3 用作相干解調(diào)器中的載波恢復(fù)電路實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)，需要一個(gè)與輸入信號(hào)頻率相等和有很小相差的本地

4、參考載波。如果輸入信號(hào)內(nèi)含有載波頻率分量，則可用一個(gè)帶寬很窄的濾波器將其提取出來(lái)。PLL的帶寬可以做得很窄，而且能夠跟蹤載波頻率的變化，所以用它來(lái)提取載波特別合適。對(duì)于PSK等不包含有載頻及其倍頻成分的信號(hào)，不能直接用載波跟蹤環(huán)提取載波，必須選用非線(xiàn)性變換（例如：利用平方律器件的平方作用），將PSK信號(hào)中的載波信息變換成載波分量，再提取出來(lái)作相干解調(diào)載波使用。這種抑制載波的已調(diào)信號(hào)的載波提取的鎖相環(huán)路形式很多，例如有：平方環(huán)、Costas環(huán)、反調(diào)制環(huán)等。 67.6.3 用作相干解調(diào)器中的載波恢復(fù)電路（續(xù)1）（1）平方環(huán)它利用平方律器件的平方作用，將無(wú)載頻分量的輸入信號(hào)變換為有載頻倍頻分量的信號(hào)

5、輸出，利用載波跟蹤環(huán)提取出此倍頻分量，再經(jīng)分頻可獲得相干載波。77.6.3 用作相干解調(diào)器中的載波恢復(fù)電路（續(xù)2）（2）Costas 環(huán)考斯特斯環(huán)（又稱(chēng)同相-正交環(huán)）。它由兩個(gè)互為正交的環(huán)路通路組成，利用相乘器的非線(xiàn)性變換功能，環(huán)路設(shè)計(jì)成窄帶，可以提取相干載波同時(shí)解調(diào)信號(hào)。v2(t)v1(t)vo(t)v3(t)v4(t)vd(t)87.6.3 用作相干解調(diào)器中的載波恢復(fù)電路（續(xù)3）97.6.4 鎖相鑒頻-調(diào)制跟蹤環(huán)（1）原理方框圖環(huán)路對(duì)于輸入相位的變化相當(dāng)于一低通濾波器。若輸入信號(hào)為調(diào)頻信號(hào)，中心角頻率為i0 ，相位變化部分i (t)。當(dāng)環(huán)路已鎖定于i0 ，并且假定對(duì)輸入相位i (t) ，環(huán)

6、路的傳輸特性近似為1，則有o (t) =i (t) ，即壓控振蕩器的相位變化部分與輸入信號(hào)相同。產(chǎn)生o (t) 的變化所需的控制電壓vp (t) 與調(diào)制信號(hào)成正比。107.6.4 鎖相鑒頻-調(diào)制跟蹤環(huán)（續(xù)1）（2）求解調(diào)信號(hào)的輸出vp (t) 輸入調(diào)頻信號(hào)：鎖定時(shí)振蕩器輸出信號(hào)：由相位關(guān)系有：上圖117.6.4 鎖相鑒頻-調(diào)制跟蹤環(huán)（續(xù)2）（3）實(shí)驗(yàn)電路127.6.5 其他應(yīng)用電路 鎖定時(shí)一、鎖相倍頻二、 鎖相分頻 鎖定時(shí)13三、 鎖相混頻鎖定時(shí)四、鎖相調(diào)頻：14五、鎖相調(diào)相:157.8 自動(dòng)頻率控制1。AFC的電路方框圖：頻率比較器LPF可控頻率電路167.8 自動(dòng)頻率控制（AFC）（續(xù)2）

7、2。AFC電路的圖解分析方法：下面討論無(wú)濾波器AFC電路的工作情況：頻率比較器可控頻率電路上面的兩個(gè)特性曲線(xiàn)圖將改畫(huà)成下面的兩個(gè)圖；用圖解法求聯(lián)立解時(shí)，將兩個(gè)特性曲線(xiàn)圖畫(huà)在同一坐標(biāo)圖上。17所以，當(dāng)初始頻差 時(shí)，AFC電路才能正常工作。穩(wěn)態(tài)頻差的減小平衡點(diǎn)分析187.8 自動(dòng)頻率控制（AFC）（續(xù)3）3。AFC電路的應(yīng)用：混頻器中頻放大器解調(diào)器壓控 振蕩器鑒頻器混頻器中頻放大器鑒頻器壓控 振蕩器低通濾波器 輸出信號(hào) 接收信號(hào) 輸出信號(hào) 接收信號(hào) 調(diào)幅接收機(jī)AFC電路方框圖：本地振蕩頻率發(fā)生正偏離；中頻放大器頻率也發(fā)生正偏離；鑒頻器輸出電壓降低 LO頻率；中頻頻率偏離的數(shù)值減少。調(diào)頻接收機(jī)AFC

8、電路方框圖：調(diào)頻接收機(jī)的鑒頻器也是 AFC電路；鑒頻器輸出信號(hào)經(jīng)低通濾波器分離；低通濾波器輸出電壓降低 LO頻率；中頻頻率偏離的數(shù)值減少。19第七章小結(jié)（1）一個(gè)相位數(shù)學(xué)模型20小結(jié)（續(xù)1）（2）兩個(gè)數(shù)學(xué)方程線(xiàn)性化復(fù)頻域方程:時(shí)域方程:（3）三個(gè)傳遞函數(shù)誤差傳遞函數(shù)：閉環(huán)傳遞函數(shù)：開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)：21小結(jié)（續(xù)2）（4）線(xiàn)性PLL的特性與分析的方法跟蹤特性：采用拉氏變換及其逆變換的方法求解瞬變過(guò)程；采用拉氏終值定理求穩(wěn)態(tài)相差。頻率特性：利用閉環(huán)傳遞函數(shù)求相位傳遞的幅頻特性和相頻特性，環(huán)路 3dB 帶寬。穩(wěn)定特性：利用開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)。輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的表達(dá)式及關(guān)系22小結(jié)（續(xù)3）（5）非線(xiàn)性分析的幾

9、個(gè)問(wèn)題相平面圖的特點(diǎn)。 穩(wěn)定平衡點(diǎn)與不穩(wěn)定平衡點(diǎn)的含義。同步帶H的含義。捕捉帶P ，快捕帶L 與捕捉時(shí)間TP 的含義。捕捉過(guò)程：頻率牽引過(guò)程與相位鎖定過(guò)程。輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的表達(dá)式及關(guān)系23小結(jié)（續(xù)4）（6） PLL的應(yīng)用載波跟蹤環(huán)-窄帶跟蹤環(huán)。 調(diào)制跟蹤環(huán)-寬帶跟蹤環(huán)。載波恢復(fù)-平方環(huán)和 Costas環(huán)。頻率合成-取樣鎖相環(huán)。（7） AFC電路AFC的電路方框圖AFC電路的圖解分析方法24舉例1：一階環(huán)路的正弦鑒相器靈敏度為 ，壓控振蕩器調(diào)制靈敏度為 ，電壓幅度為 ，中心角頻率為求：環(huán)路鎖定時(shí)的穩(wěn)態(tài)相差 ；壓控振蕩器的直流控制電壓。（2）設(shè)輸入信號(hào)為：求：環(huán)路鎖定時(shí)壓控振蕩器的輸出電壓 ；環(huán)路的3dB 帶寬為多少KHz。（1）設(shè)輸入信號(hào)為：25舉例2：一階環(huán)路接通瞬間輸入和輸出信號(hào)分別為：環(huán)路參數(shù)有兩種組合： （1）（2）求：（1）上述兩種環(huán)路參數(shù)下，哪一種能使環(huán)路鎖定？為什么？（2）計(jì)算環(huán)路鎖定后的穩(wěn)態(tài)相差。（3）寫(xiě)出輸出信號(hào) 的表示式和環(huán)路的3dB 帶寬。26圣 誕 快 樂(lè)作業(yè)：舉例1、舉例227舉例1求解：返回求：環(huán)路鎖定時(shí)的穩(wěn)態(tài)相差