基于MATLAB鎖相環(huán)課件

本次答辯內(nèi)容1.研究目的與意義2.基本原理3.工作任務(wù)4.鎖定性能5.環(huán)路性能6.穩(wěn)定性能7.調(diào)制作用8.結(jié)論目的與意義

鎖相環(huán)（PhaseLockedLoop）的輸出信號(hào)能夠自動(dòng)跟蹤輸入信號(hào)的頻率和相位變化，它具有獨(dú)特的窄帶跟蹤性能，既能跟蹤輸入信號(hào)，又能對(duì)輸入噪聲進(jìn)行窄帶濾波。在現(xiàn)代集成電路中，鎖相環(huán)是一種廣泛應(yīng)用于模擬、數(shù)字及數(shù)模混合電路系統(tǒng)中的非常重要的電路模塊。在通信和數(shù)字系統(tǒng)中可以作為時(shí)鐘恢復(fù)電路應(yīng)用；在電視和無線通信系統(tǒng)中可以用作頻率合成器來選擇不同的頻道；PLL還可應(yīng)用于頻率調(diào)制信號(hào)的解調(diào)?？傊?，PLL已經(jīng)成為許多電子系統(tǒng)的核心部分。因此，研究鎖相環(huán)具有重要意義?；驹?.鑒相器（PD）是相位比較裝置，它把輸出信號(hào))和參考信號(hào)的相位進(jìn)行比較，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于兩信號(hào)相位差)的誤差電壓。完成相位—電壓的變換作用。2.環(huán)路濾波器（LPF）是一個(gè)線性低通濾波器，用來濾除誤差電壓中的高頻成份和調(diào)整環(huán)路參數(shù)，以保證環(huán)路所要求的性能，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3.壓控振蕩器（VCO）是一個(gè)電壓－頻率變換裝置，受控制電壓的控制，使壓控振蕩器的頻率向參考信號(hào)的頻率靠近，也就是使兩者頻率之差越來越小，直至消除頻差而鎖定。1.基本組成基本原理t<t。時(shí),PLL為鎖定狀態(tài)。當(dāng)t=t。時(shí),輸入信號(hào)頻率有一個(gè)小的階躍(為了分析簡單,假設(shè)階躍頻率比較小)，輸入信號(hào)的相位領(lǐng)先于輸出信號(hào)，兩者的相位差將開始隨著時(shí)間增加，導(dǎo)致鑒相器產(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間增加的輸出信號(hào)ud(t)，該信號(hào)經(jīng)過低通濾波器濾波，經(jīng)一定延遲，產(chǎn)生控制信號(hào)uc(t)，它也隨時(shí)間增加。因此壓控振蕩器的頻率也增加，這會(huì)減小輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相位差。經(jīng)過一定的時(shí)間，振蕩器的振蕩頻率將調(diào)節(jié)到與輸入信號(hào)的頻率相等。2.PLL的響應(yīng)過程基本原理3.基本原理1.當(dāng)相位差為一個(gè)固定的值時(shí)，鎖相環(huán)頻率相等。2.鎖相環(huán)頻率相等，相位差保持不變。3.當(dāng)頻率相等，存在恒定的相位誤差時(shí)，這個(gè)相位差經(jīng)鑒相器和環(huán)路濾波器轉(zhuǎn)化為直流控制電壓控制VCO的振蕩頻率使頻率相等。4.當(dāng)頻率不等時(shí)，相位差不為恒定值，鑒相器的輸出電壓發(fā)生變化，調(diào)整VCO的振蕩頻率，直至頻率相等。工作任務(wù)

本次設(shè)計(jì)的任務(wù)1.在輸入信號(hào)的相位發(fā)生階躍變化時(shí)，分析鎖相環(huán)性能；2分析調(diào)制作用。1.2.調(diào)制作用鎖定性能1.一階鎖相環(huán)1.一階鎖相環(huán)的傳輸函數(shù)的時(shí)域響應(yīng)2.一階鎖相環(huán)誤差傳輸函數(shù)時(shí)域響應(yīng)當(dāng)輸入相位發(fā)生階躍變化時(shí)，如1所示。Kd

＊Kv=1，建立時(shí)間t1=1.58。Kd

＊Kv=4,建立時(shí)間t2=0.4。當(dāng)增益增大時(shí)，建立時(shí)間較短。當(dāng)輸入相位發(fā)生階躍變化時(shí)，如2所示。Kd

＊Kv=1，建立時(shí)間t3=1.59。Kd

＊Kv=4,建立時(shí)間t4=0.37。當(dāng)增益增大時(shí)，建立的時(shí)間較短。鎖定性能2.二階鎖相環(huán)1.二階鎖相環(huán)的傳輸函數(shù)的時(shí)域響應(yīng)2.二階鎖相環(huán)誤差傳輸函數(shù)時(shí)域響應(yīng)當(dāng)輸入相位發(fā)生階躍變化時(shí)，如1所示。當(dāng)輸入相位發(fā)生階躍變化時(shí)，如2所示。Kd*Kv=1Kd*Kv=4波峰時(shí)間0.490.19波峰值1.2081.083建立時(shí)間2.241.64Kd*Kv=1Kd*Kv=4波谷時(shí)間0.50.2波谷值-0.2-0.2建立時(shí)間2.232.07鎖定性能3.一階鎖相環(huán)與二階鎖相環(huán)比較傳輸函數(shù)誤差函數(shù)針對(duì)Kd

＊Kv=1，分析鎖相環(huán)建立時(shí)間一階1.59二階2.23但是在實(shí)際應(yīng)用中很少用到，因?yàn)樗鼪]有環(huán)路濾波器，環(huán)路高頻成分不能被濾除。一階鎖相環(huán)建立時(shí)間較短，振蕩較小。環(huán)路性能1.鑒相器輸出12

隨著時(shí)間的增大，ud先增大后減小,最后趨于0，也就是鎖相環(huán)鎖定。其中達(dá)到波峰值的時(shí)間為0.1，趨于穩(wěn)定的時(shí)間為1.91。

圖2為相位誤差響應(yīng)，變化與ud一致，為鑒相器的輸入。由公式ud

=Kdθe可知，當(dāng)出現(xiàn)相位差θe時(shí)，引起ud變化。鑒相器完成相位—電壓的變換作用。數(shù)學(xué)模型是增益模塊。ud

=Kdθe

2.低通濾波器輸出

低通濾波器的輸出增加，即為壓控振蕩器的輸入。幅值隨著時(shí)間先增大后減小，并趨于穩(wěn)定。穩(wěn)定時(shí)間為1.89。

環(huán)路濾波器作用可以濾除誤差電壓ud中的高頻分量。具有低通特性。數(shù)學(xué)模型為環(huán)路性能3.壓控振蕩器

壓控振蕩器是一個(gè)電壓－頻率變換裝置，振蕩頻率wv應(yīng)隨輸入控制電壓uc線性地變化。數(shù)學(xué)模型當(dāng)輸入信號(hào)發(fā)生階躍變化時(shí)，環(huán)路濾波器的輸出逐漸升高，從而導(dǎo)致壓控振蕩器的頻率發(fā)生變化來減少環(huán)路濾波器的相位誤差。壓控振蕩器起的是積分器得作用，并且斜率為1.

綜上所述，鎖相環(huán)的響應(yīng)過程可以這樣描述：輸入信號(hào)的相位領(lǐng)先于輸出信號(hào)，兩者的相位差將開始隨著時(shí)間增加，導(dǎo)致鑒相器產(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間增加的輸出信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過低通濾波器濾波，經(jīng)一定延遲，產(chǎn)生控制信號(hào)，它也隨時(shí)間增加。因此壓控振蕩器的頻率也增加，這會(huì)減小輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相位差。經(jīng)過一定的時(shí)間，振蕩器的振蕩頻率將調(diào)節(jié)到與輸入信號(hào)的頻率相等。環(huán)路性能阻尼系數(shù)對(duì)穩(wěn)定性的影響穩(wěn)定性能阻尼系數(shù)的值建立時(shí)間0.27.520.53.510.7072.240.82.5112.224.23

是鎖相環(huán)的常取值。調(diào)制作用1.原理

調(diào)頻波的特點(diǎn)是頻率隨調(diào)制信號(hào)幅度的變化而變化。壓控振蕩器的振蕩頻率取決于輸入電壓的幅度。根據(jù)鎖相環(huán)的工作原理和調(diào)頻波的特點(diǎn)可得解調(diào)電路組成框圖

因?yàn)檎{(diào)頻信號(hào)的頻率隨調(diào)制信號(hào)振幅的變化而變化，當(dāng)調(diào)制信號(hào)的幅度為零時(shí)，調(diào)頻波的頻率稱為中心頻率。調(diào)制作用2.波形其中我們?cè)O(shè)置載波頻率fc為200。當(dāng)調(diào)制信號(hào)振幅為-2時(shí)，中間信號(hào)的頻率小于中心頻率當(dāng)調(diào)制信號(hào)振幅為2時(shí)，左邊信號(hào)的頻率大于中心頻率。當(dāng)調(diào)制信號(hào)振幅為0時(shí)，調(diào)頻波頻率與壓控振蕩器頻率（中心頻率）與相等，圖中右邊信號(hào)我們也可用公式驗(yàn)證：左邊信號(hào)：中間信號(hào)：結(jié)論本次論文完成內(nèi)容：（1）根據(jù)仿真波形，分析一，二階鎖相環(huán)的鎖定性能，并對(duì)二者進(jìn)行了比較。（2）分別對(duì)鎖相環(huán)基本模塊的輸