鎖相環(huán)PLL1教學(xué)講解課件

了解鎖相環(huán)的基本工作原理；掌握鎖相環(huán)工作過(guò)程的分析方法；了解鎖相環(huán)在實(shí)際中的應(yīng)用。了解鎖相環(huán)的基本工作原理；1概述PLL基本原理PD特性分析XORPD原理濾波器特性VCO特性簡(jiǎn)單PLL分析CPPFD原理CPPLL分析PLL數(shù)學(xué)模型PLL傳遞函數(shù)PLL的應(yīng)用概述21920年出現(xiàn)了超外差收音機(jī)，原理和鎖相環(huán)類似；鎖相的概念是30年代提出；1932有人論述了無(wú)線電信號(hào)的同步接收，《相位鎖定》，H.deBellescize；第一次普遍應(yīng)用鎖相環(huán)的是電視接收機(jī)中的水平掃描和垂直掃描的同步方面。1920年出現(xiàn)了超外差收音機(jī)，原理和鎖相環(huán)類似；3第一次空間應(yīng)用是從發(fā)射第一批人造衛(wèi)星開(kāi)始的；多譜勒效應(yīng)和本身頻漂，頻率誤差很大，108M+/-3KHz；要求普通接收機(jī)有6KHz的帶寬，而信號(hào)本身可包含在大約6Hz的帶寬內(nèi)；噪聲功率與帶寬成正比，若用普通接收機(jī)，要花1000倍的代價(jià)，才能把有用的信號(hào)找出來(lái)；噪聲可以用窄帶濾波器來(lái)抑制，因此，具有窄頻帶寬和跟蹤特性的鎖相技術(shù)的應(yīng)用是必然的。第一次空間應(yīng)用是從發(fā)射第一批人造衛(wèi)星開(kāi)始的；4目前，PLL技術(shù)的應(yīng)用更為廣泛；遠(yuǎn)到太空，近到你身邊；大到衛(wèi)星通訊，小到手機(jī)、無(wú)線耳機(jī)，甚至幾塊錢(qián)的小收音機(jī)。目前，PLL技術(shù)的應(yīng)用更為廣泛；5反饋控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)增益控制（AGC）電路：在輸入信號(hào)幅度變化很大的情況下，使輸出信號(hào)幅度保持恒定或僅在較小范圍內(nèi)變化的一種自動(dòng)控制電路，AGC控制的是電壓。自動(dòng)頻率控制（AFC）電路：是一種頻率反饋控制系統(tǒng)，AFC電路控制的是信號(hào)的頻率。自動(dòng)相位控制（APC）電路：又叫鎖相環(huán)路。(PhaseLockedLoop，簡(jiǎn)稱PLL)，是一種相位反饋控制系統(tǒng)，鎖相環(huán)路控制的是信號(hào)的相位。反饋控制系統(tǒng)的分類6反饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)AFC的特點(diǎn)：誤差信號(hào)是頻率，所以穩(wěn)定時(shí)有頻差;APC的特點(diǎn)：誤差信號(hào)是相位，所以穩(wěn)定時(shí)有相差。反饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)7基本的PLL包括：鑒相器（PD）；低通（環(huán)路）濾波器（LPF）；壓控震蕩器（VCO）。基本的PLL包括：8鑒相器的輸出信號(hào)是輸入信號(hào)和壓控振蕩器輸出信號(hào)之間相位差的函數(shù)；vd(t)經(jīng)環(huán)路濾波器濾波，濾除高頻分量提取出直流分量后，成為壓控振蕩器的控制電壓；在vp(t)的作用下，壓控振蕩器輸出信號(hào)的頻率將發(fā)生相應(yīng)變化并反饋到鑒相器，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，VCO的頻率逐漸接近vi(t)的頻率；相位差維持在一個(gè)小的范圍，則進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。鑒相器的輸出信號(hào)是輸入信號(hào)和壓控振蕩器輸出信號(hào)之間相位差的函9捕獲狀態(tài)：環(huán)路由失鎖進(jìn)入鎖定的過(guò)程壓控振蕩器的頻率向著接近輸入信號(hào)頻率的方向變化；捕獲狀態(tài)：環(huán)路由失鎖進(jìn)入鎖定的過(guò)程10鎖定狀態(tài)：跟蹤輸入信號(hào)相位的漂移或調(diào)制變化的過(guò)程穩(wěn)態(tài)后，壓控振蕩器的輸出信號(hào)頻率與輸入信號(hào)頻率相等；穩(wěn)態(tài)后，輸出信號(hào)相位與輸入信號(hào)相位差為一定值。鎖定狀態(tài)：跟蹤輸入信號(hào)相位的漂移或調(diào)制變化的過(guò)程11監(jiān)測(cè)兩個(gè)輸入信號(hào)的相位差的電路，叫鑒相器。監(jiān)測(cè)兩個(gè)輸入信號(hào)的相差；用輸出電壓的大小來(lái)反映監(jiān)測(cè)結(jié)果。監(jiān)測(cè)兩個(gè)輸入信號(hào)的相位差的電路，叫鑒相器。12常用的鑒相器有四種類型數(shù)字鑒相器；模擬鑒相器；抽樣鑒相器；鑒頻鑒相器；根據(jù)不同的要求，使用不同的鑒相器。常用的鑒相器有四種類型13鑒相器的特性輸出的平均值和輸入的相位差成線性比例（）；和之間是直線關(guān)系，且當(dāng)時(shí)，直線過(guò)原點(diǎn)；鑒相器的增益就是直線的斜率，單位為伏/弧度。鑒相器的特性14為鑒相器的最大輸出電壓，它在一定程度上反映了鑒相器的靈敏度。為鑒相器的最大輸出電壓，它在一定程度上反映了鑒相器的15我們分析具有正弦鑒相特性的鑒相器，比如模擬乘法器，模擬乘法器是一個(gè)合適的鑒相器的數(shù)學(xué)模型，但卻很少在實(shí)際中應(yīng)用。因?yàn)?，典型的模擬乘法器只能工作在較低頻。我們分析具有正弦鑒相特性的鑒相器，比如模擬乘法器，模擬乘法器16鎖相環(huán)PLL1教學(xué)講解課件17鎖相環(huán)PLL1教學(xué)講解課件18鎖相環(huán)PLL1教學(xué)講解課件19鎖相環(huán)PLL1教學(xué)講解課件20

輸入、輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)鑒相器相乘后得到：輸入、輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)鑒相器相乘后得到：21鎖相環(huán)PLL1教學(xué)講解課件22鎖相環(huán)PLL1教學(xué)講解課件23鎖相環(huán)PLL1教學(xué)講解課件24鎖相環(huán)PLL1教學(xué)講解課件25鎖相環(huán)PLL1教學(xué)講解課件26鎖相環(huán)PLL1教學(xué)講解課件27鎖相環(huán)PLL1教學(xué)講解課件28鎖相環(huán)PLL1教學(xué)講解課件29鎖相環(huán)PLL1教學(xué)講解課件30了解鎖相環(huán)的基本工作原理；掌握鎖相環(huán)工作過(guò)程的分析方法；了解鎖相環(huán)在實(shí)際中的應(yīng)用。了解鎖相環(huán)的基本工作原理；31概述PLL基本原理PD特性分析XORPD原理濾波器特性VCO特性簡(jiǎn)單PLL分析CPPFD原理CPPLL分析PLL數(shù)學(xué)模型PLL傳遞函數(shù)PLL的應(yīng)用概述321920年出現(xiàn)了超外差收音機(jī)，原理和鎖相環(huán)類似；鎖相的概念是30年代提出；1932有人論述了無(wú)線電信號(hào)的同步接收，《相位鎖定》，H.deBellescize；第一次普遍應(yīng)用鎖相環(huán)的是電視接收機(jī)中的水平掃描和垂直掃描的同步方面。1920年出現(xiàn)了超外差收音機(jī)，原理和鎖相環(huán)類似；33第一次空間應(yīng)用是從發(fā)射第一批人造衛(wèi)星開(kāi)始的；多譜勒效應(yīng)和本身頻漂，頻率誤差很大，108M+/-3KHz；要求普通接收機(jī)有6KHz的帶寬，而信號(hào)本身可包含在大約6Hz的帶寬內(nèi)；噪聲功率與帶寬成正比，若用普通接收機(jī)，要花1000倍的代價(jià)，才能把有用的信號(hào)找出來(lái)；噪聲可以用窄帶濾波器來(lái)抑制，因此，具有窄頻帶寬和跟蹤特性的鎖相技術(shù)的應(yīng)用是必然的。第一次空間應(yīng)用是從發(fā)射第一批人造衛(wèi)星開(kāi)始的；34目前，PLL技術(shù)的應(yīng)用更為廣泛；遠(yuǎn)到太空，近到你身邊；大到衛(wèi)星通訊，小到手機(jī)、無(wú)線耳機(jī)，甚至幾塊錢(qián)的小收音機(jī)。目前，PLL技術(shù)的應(yīng)用更為廣泛；35反饋控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)增益控制（AGC）電路：在輸入信號(hào)幅度變化很大的情況下，使輸出信號(hào)幅度保持恒定或僅在較小范圍內(nèi)變化的一種自動(dòng)控制電路，AGC控制的是電壓。自動(dòng)頻率控制（AFC）電路：是一種頻率反饋控制系統(tǒng)，AFC電路控制的是信號(hào)的頻率。自動(dòng)相位控制（APC）電路：又叫鎖相環(huán)路。(PhaseLockedLoop，簡(jiǎn)稱PLL)，是一種相位反饋控制系統(tǒng)，鎖相環(huán)路控制的是信號(hào)的相位。反饋控制系統(tǒng)的分類36反饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)AFC的特點(diǎn)：誤差信號(hào)是頻率，所以穩(wěn)定時(shí)有頻差;APC的特點(diǎn)：誤差信號(hào)是相位，所以穩(wěn)定時(shí)有相差。反饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)37基本的PLL包括：鑒相器（PD）；低通（環(huán)路）濾波器（LPF）；壓控震蕩器（VCO）?；镜腜LL包括：38鑒相器的輸出信號(hào)是輸入信號(hào)和壓控振蕩器輸出信號(hào)之間相位差的函數(shù)；vd(t)經(jīng)環(huán)路濾波器濾波，濾除高頻分量提取出直流分量后，成為壓控振蕩器的控制電壓；在vp(t)的作用下，壓控振蕩器輸出信號(hào)的頻率將發(fā)生相應(yīng)變化并反饋到鑒相器，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，VCO的頻率逐漸接近vi(t)的頻率；相位差維持在一個(gè)小的范圍，則進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。鑒相器的輸出信號(hào)是輸入信號(hào)和壓控振蕩器輸出信號(hào)之間相位差的函39捕獲狀態(tài)：環(huán)路由失鎖進(jìn)入鎖定的過(guò)程壓控振蕩器的頻率向著接近輸入信號(hào)頻率的方向變化；捕獲狀態(tài)：環(huán)路由失鎖進(jìn)入鎖定的過(guò)程40鎖定狀態(tài)：跟蹤輸入信號(hào)相位的漂移或調(diào)制變化的過(guò)程穩(wěn)態(tài)后，壓控振蕩器的輸出信號(hào)頻率與輸入信號(hào)頻率相等；穩(wěn)態(tài)后，輸出信號(hào)相位與輸入信號(hào)相位差為一定值。鎖定狀態(tài)：跟蹤輸入信號(hào)相位的漂移或調(diào)制變化的過(guò)程41監(jiān)測(cè)兩個(gè)輸入信號(hào)的相位差的電路，叫鑒相器。監(jiān)測(cè)兩個(gè)輸入信號(hào)的相差；用輸出電壓的大小來(lái)反映監(jiān)測(cè)結(jié)果。監(jiān)測(cè)兩個(gè)輸入信號(hào)的相位差的電路，叫鑒相器。42常用的鑒相器有四種類型數(shù)字鑒相器；模擬鑒相器；抽樣鑒相器；鑒頻鑒相器；根據(jù)不同的要求，使用不同的鑒相器。常用的鑒相器有四種類型43鑒相器的特性輸出的平均值和輸入的相位差成線性比例（）；和之間是直線關(guān)系，且當(dāng)時(shí)，直線過(guò)原點(diǎn)；鑒相器的增益就是直線的斜率，單位為伏/弧度。鑒相器的特性44為鑒相器的最大輸出電壓，它在一定程度上反映了鑒相器的靈敏度。為鑒相器的最大輸出電壓，它在一定程度上反映了鑒相器的45我們分析具有正弦鑒相特性的鑒相器，比如模擬乘法器，模擬乘法器是一個(gè)合適的鑒相器的數(shù)學(xué)模型，但卻很少在實(shí)際中應(yīng)用。因?yàn)?，典型的模擬乘法器只能工作在較低頻。我們分析具有正弦鑒相特性的鑒相器，比如模擬乘法器，模擬乘法器46鎖相環(huán)PLL1教學(xué)講解課件47鎖相環(huán)PLL1教學(xué)講解課件48鎖相環(huán)PLL1教學(xué)講解課件49鎖相環(huán)PLL1教學(xué)講解課件