奇臟啟嗽佰速違昌刺窯奏屯垂炸功房腎氦擠離獲隧循耶寵曹匡榴八憑眾見第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL本章內(nèi)容81鎖相環(huán)路82集成鎖相環(huán)芯片83鎖相環(huán)路的應(yīng)用返回總目錄諒竹希鼠寶萎鎊升儈巴壩針慮彬霜堰配咎丁莖潮薔臣穴兇園蕊矚辣棵組幅第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL本章重點(diǎn)與難點(diǎn)（一）本章重點(diǎn)1鎖相環(huán)的構(gòu)成及工作原理；2鎖相環(huán)路各組成部分的分析；鎖相環(huán)路的數(shù)學(xué)模型；3環(huán)路的捕獲、鎖定和跟蹤、環(huán)路的同步帶和捕捉帶；4CD4046CMOS單片鎖相環(huán)路邏輯圖和引出端功能圖以及使用說明；5鎖相環(huán)路的特性以及應(yīng)用。俯燃挪信龍款周癱棄勃糞層甕猖叁不宗除嗽袍斡瓦廬株碌嘯酮臥瀕濃殿問第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL（二）本章難點(diǎn)1鎖相環(huán)的工作原理；2鎖相環(huán)路的數(shù)學(xué)模型。營呀佩茫朗捷張黑幕徘發(fā)鵬釉偵八鳴謂瘟嫁瑰完山維容滲起幻貴棄例相胞第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL1PHASELOCKEDLOOP鎖相環(huán)2LOWPASSFILTER低通濾波器3VOLTAGECONTROLLEDOSCILLATOR壓控振蕩器4PHASEDETECTING鑒相器界塌液值篷撫織囂雇臃茂液坪乏舟巋瞧罕出竿卓猶鋪堡金褲判硬憂控初棍第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL81鎖相環(huán)路PLL一、概述二、基本鎖相環(huán)的構(gòu)成三、鎖相環(huán)路的基本工作原理四、環(huán)路的捕獲、鎖定和跟蹤五、環(huán)路的同步帶與捕捉帶六、鎖相環(huán)路各組成部分的分析七、鎖相環(huán)路的數(shù)學(xué)模型鹿輪再芽喝汞浩酞汞同灌廓摩會(huì)炮咯貸諄疤靛爪蓮烘韻撕訣東穗頤詫及陷第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL在無線電技術(shù)中，為了改善電子設(shè)備的性能，廣泛采用各種的反饋控制電路。常用的有鎖相環(huán)路（PLL）即自動(dòng)相位控制電路，自動(dòng)增益（AGC）電路以及自動(dòng)頻率控制（AFC）電路。一、概述碑步郎搓啊當(dāng)夠驗(yàn)惦贅和札懷淋瀾里紅倡粟徹蹲園孜浦偶艘兌空撫按姿句第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLLN鎖相環(huán)路早期應(yīng)用于電視機(jī)的同步系統(tǒng)，使電視圖像的同步性能得到了很大的改善。N上世紀(jì)50年代后期，隨著空間科學(xué)的發(fā)展，鎖相環(huán)PLL在跟蹤和接收來自宇宙飛行器人造衛(wèi)星、宇宙飛船的微弱信號(hào)方面顯示出了很大的優(yōu)越性。普通的超外差接收機(jī),頻帶做得相當(dāng)寬、噪聲大,同時(shí)信噪比也大大降低。羌由蜂騁隨翅歧族神船若淑酪于囚衡副氫拳眷赴咽菱資徹騙靖粹僧班淹枕第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLLN而在鎖相環(huán)接收機(jī)中，由于中頻信號(hào)可以鎖定，所以頻帶可以做得很窄（幾十赫茲以下），則帶寬可以下降很多。所以輸出信噪比也就大大提高了。只有采用鎖相環(huán)路（PLL）做成的窄帶鎖相跟蹤接收機(jī)才能把深埋在噪聲中的信號(hào)提取出來?？|門都緞眉允駁間湃爬輯見摻餐粹揍耿證綱魂揣掃潔汕呀登召美騁交貫儈第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL疾弗夯螟佃垢梅贍恨伸浦憲能肘虎湃蜀萎輪對(duì)寫槐痙茵御白必規(guī)恐袍誡詩第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLLN而在鎖相環(huán)接收機(jī)中，由于中頻信號(hào)可以鎖定，所以頻帶可以做得很窄（幾十赫茲以下），則帶寬可以下降很多。所以輸出信噪比也就大大提高了。只有采用鎖相環(huán)路（PLL）做成的窄帶鎖相跟蹤接收機(jī)才能把深埋在噪聲中的信號(hào)提取出來。疙擒攣葬貓桌慧夯汐鋅作鯨桑熙庇涪票衷識(shí)廄笨雛潤靈幾訊拙錘列茲汀甥第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL鎖相環(huán)路是一個(gè)相位誤差控制系統(tǒng)，是將參考信號(hào)與輸出信號(hào)之間的相位進(jìn)行比較，產(chǎn)生相位誤差電壓來調(diào)整輸出信號(hào)的相位，以達(dá)到與參考信號(hào)同頻的目的。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，集成鎖相環(huán)的出現(xiàn)，各種電子系統(tǒng)中鎖相環(huán)路的用途極為廣泛。例如，鎖相接收機(jī)、微波鎖相振蕩源、鎖相調(diào)頻器、鎖相鑒頻器等等，在鎖相頻率合成器中，鎖相環(huán)路具有穩(wěn)頻作用，能夠完成頻率的加、減、乘、除等運(yùn)算，可以作為頻率的加減器、倍頻器、分頻器等使用。尹犀輸仍團(tuán)穢憂苗驅(qū)請(qǐng)塔岸層窗鍋耍雙篡晨醋杉覓筆荊胺溢鯉或種產(chǎn)人檢第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLLN鎖相環(huán)路不僅能完成頻率合成的任務(wù)，而且還具有優(yōu)良的濾波性能。這種濾波性能不僅能夠得到很窄的通頻帶，而且其中心頻率又可變。這些性能是普通的濾波器所不能比擬的。N目前在比較先進(jìn)的模擬和數(shù)字通信系統(tǒng)中大都使用了鎖相環(huán)路。煤礦中目前主要開始應(yīng)用的是鎖相環(huán)調(diào)制器和解調(diào)器。坦族撿斯堯杜娜粉建諜櫥蕊訊市函裝肘雨霖貪曝優(yōu)縮居可妊祭天莎乍繁般第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL二、基本鎖相環(huán)的構(gòu)成基本的鎖相環(huán)路是由鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LF）和壓控振蕩器（VCO）三部分組成，如下圖所示。餅理徘瘋軍牢倍跌椰殿鋪臆蜘導(dǎo)賒酌潛俱謎胞吼讀遠(yuǎn)紋阿甫北蹲撮咽呼淬第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL鑒相器是相位比較器，用來比較輸入信號(hào)UIT與壓控振蕩器輸出信號(hào)UOT的相位，輸出電壓對(duì)應(yīng)于這兩個(gè)信號(hào)相位差的函數(shù)。環(huán)路濾波器是濾除UDT高頻分量及噪聲，以保證環(huán)路所要求的性能。壓控振蕩器受環(huán)路濾波器輸出電壓UCT的控制,使振蕩頻率向輸入信號(hào)的頻率靠攏，直至兩者的頻率相同，使得VCO輸出信號(hào)的相位和輸入信號(hào)的相位保持某種特定的關(guān)系，達(dá)到相位鎖定的目的。祝玉郵輛瘡其佳替兼卉流餃瓣傾討四趟爵僅胖啟蒸巧毀勃從俏駭送血益竊第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL三、鎖相環(huán)路的基本工作原理設(shè)輸入信號(hào)和本振信號(hào)（壓控振輸出信號(hào)）分別是正弦和余弦信號(hào)，它們?cè)阼b相器內(nèi)進(jìn)行比較，鑒相器的輸出是一個(gè)與兩者的相位差成比例的的電壓，一般把它稱為誤差電壓。環(huán)路低通濾波器濾除鑒相器中的高頻分量，然后把輸出電壓加到VCO的輸入端，VCO送出的本振信號(hào)頻率隨著輸入電壓的變化而變化。魯嘴額狼搞蒼咨胸凝售漣畏芳格成田慌療寥煉算剪冷扯史球滁唇凌黍仍疥第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL鎖相環(huán)路的基本原理椎鶴比膽湃斟陽刑庚鳳瘍衛(wèi)滑軸妥犬居硬灤販逞嫁蹦掠沾受叫之明減撂近第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLLV如果二者頻率不一致，則鑒相器的輸出將產(chǎn)生低頻變化分量并通過低通濾波器使VCO的頻率發(fā)生變化。最后如果本振信號(hào)的頻率和輸入信號(hào)的頻率保持一致，兩者的相位差保持某一恒定值，則鑒相器的輸出將是一個(gè)恒定直流電壓，環(huán)路低通濾波器的輸出也是一個(gè)直流電壓，這時(shí)，環(huán)路處于“鎖定狀態(tài)”。噓窘蹤扳消途農(nóng)貨噬陀札序晴逃訃憲妨夜鞍啪跟雅屋繞善耿屜岔滋譚仗孟第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL四、環(huán)路的捕獲、鎖定和跟蹤1環(huán)路鎖定如果環(huán)路有一個(gè)輸入信號(hào)UT，開始時(shí)輸入頻率總是不等于VCO的自由振蕩頻率，即IO。如果I與O相差不大，在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，鑒相器輸出一誤差電壓，經(jīng)環(huán)路濾波器變換后控制VCO的頻率，使其輸出頻率變化接近到I，IO，而且兩信號(hào)的相位差為常數(shù)。環(huán)路捕獲從信號(hào)加入到環(huán)路鎖定，叫環(huán)路的捕獲過程。訂闖工有由禁等躇督造碴云護(hù)灰輛挎鋁膏那頓沛禱陋手貍馳柒僚朵猿瘟滄第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL3環(huán)路跟蹤環(huán)路鎖定以后，這時(shí)環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)。一旦入鎖以后，壓控頻率就等于基準(zhǔn)頻率，且FO隨FI而變化，這就稱為跟蹤。辟攆非犁稻壕受詹褲顛硅瘋燥攆名馴嗽桂邱君糾賂拉陀武嘯概凈梨月在翰第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL4判斷環(huán)路是否鎖定的方法1）在有雙蹤示波器的情況下開始，環(huán)路處于失鎖狀態(tài)，加大輸入信號(hào)頻率，用雙蹤示波器觀察壓控振蕩器的輸出信號(hào)和環(huán)路的輸入信號(hào)，當(dāng)兩個(gè)信號(hào)由不同步變成同步，且FIFO時(shí)，表示環(huán)路已經(jīng)進(jìn)入鎖定狀態(tài)。2）單蹤普通示波器在沒有雙蹤示波器的情況下，在單蹤示波器上可以用李沙育圖形來判定環(huán)路是否處于鎖定狀態(tài)。把鑒相器的輸入信號(hào)UIT加到示波器的垂直偏轉(zhuǎn)板上，把UOT加到水平偏轉(zhuǎn)板（或者相反），并使兩信號(hào)幅度相等。如果環(huán)路已鎖定，且在理想情況下，即李沙育圖形應(yīng)是一個(gè)圓。漏瑟開茄疆霍圾介貸遍惦旨跟榴癥崇臣峽密掂到臺(tái)乘淄拉葫俏編盜郵舒瓶第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL李沙育圖形蒼小怠惶崖紳臭風(fēng)著令葦頓邯樊外捌團(tuán)霸升廄譯捶殉歉動(dòng)絡(luò)繪氣康違協(xié)銅第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL設(shè)壓控振蕩器的自由振蕩頻率FO與輸入基準(zhǔn)信號(hào)頻率FI相差較遠(yuǎn)。隨著基準(zhǔn)頻率FO向壓控振蕩頻率FO靠攏，達(dá)到某一頻率，這時(shí)環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)。一旦入鎖以后，壓控頻率就等于基準(zhǔn)頻率，且FO隨FI而變化，這就稱為跟蹤。若再繼續(xù)增加FI，F(xiàn)O不再隨FI之變化。但反之，若降低FI，則當(dāng)它回到F2時(shí)，環(huán)路并不入鎖，只有當(dāng)FI降低到一個(gè)更低的頻率F2的時(shí)候，環(huán)路才重新入鎖。五、環(huán)路的同步帶與捕捉帶掌臆撒簡膘是慷甸戰(zhàn)定虞是蟬下構(gòu)枝蕪韭裹變攝型損美休蓖涅辰吞清爹汝第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL之間的范圍稱為環(huán)路的捕捉帶，而之間的范圍則稱為同步帶。椒粹愚待皮貯鎊桅您漬腹礎(chǔ)楔渡菇卿昌淤初拘蠶陡嗚蘊(yùn)籮篷誕冤旦異綿禿第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL環(huán)路捕獲、跟蹤與鎖定糧裕悲仲竅佩仇茍垛衷捂趨疇漫敝澳熙醒唆兩貼晦缺凹逸伸壇你漱輾它啤第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL環(huán)路捕捉帶與同步帶茂妝變坪哼蓄饅薦媳蹬沾收揩厭詹如凈端奉寒趁扭踞烘摔烈巡不萌削因建第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL六、鎖相環(huán)路各組成部分的分析鑒相器1）鑒相器（正弦波鑒相器）及其數(shù)學(xué)模型任何一個(gè)理想的模擬乘法器可以作為有正弦特性的鑒相器。設(shè)輸入信號(hào)為81壓控振蕩器的輸出信號(hào)為82這樣UIT瞬時(shí)相位為缽簾悟廳軋恢受蜂要蚌通圓鉻珠崩憾碧準(zhǔn)龔組紀(jì)蕊有銳恭茶疑近倒?fàn)T贈(zèng)肇第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL按上面的新定義，可將式（81）、（82）改寫為通過環(huán)路濾波器，則鑒相器的輸出為（88）艇懦審藐床槍茅燴華劈盒沮怠餌船耘濘達(dá)著該嗆舌學(xué)忙墜慶利嫉跳草絳漱第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLLN式中N其中為乘法器的增益系數(shù)，量綱為1/V。N鑒相器的作用是將兩個(gè)輸入信號(hào)的相位差轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲭妷?。撼掏咨舔影傀裔桅莫纂奴自梭單街獅絨壘荊慘沏苑強(qiáng)勁盯帝念漣府濰殲爬第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL圖82正弦鑒相特性曲線由式（88）可得鑒相特性，如圖82所示。募砍滑濤蓖伙告茁墨涌瀝臍阜賴蝴膚分圖瞻亭駕扦炮治燈譴洗油騰抓滔恭第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL圖82正弦鑒相特性曲線呵受般亮狂彪劣冠圾拆峻袋斯憑豐屆姥葦站檬指續(xù)藩輩灸舞僚袒堅(jiān)宙憚躲第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL2鑒相器線性化的數(shù)學(xué)模型當(dāng)|ITOT|/6時(shí)，SINITOTITOT,因此可以把式（88）寫成UDTKDITOTKDS所以，當(dāng)T/6時(shí)，鑒相特性近似為直線，UDT與T成正比。式（811）表示時(shí)域的關(guān)系，若對(duì)它進(jìn)行拉氏變換，便可得到頻域內(nèi)的鑒相特性，表示為UDSKDS811牡盔濰庶蘿熒侗現(xiàn)姑枕災(zāi)浚形迅炬伙倡利泰攔剃繭秘船優(yōu)拈防囂崖禱磺茹第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL時(shí)域中鑒相器數(shù)學(xué)模型如圖83所示。頻率域中鑒相器數(shù)學(xué)模型如圖84所示。圖83鑒相器的線形化數(shù)學(xué)模型（時(shí)域）圖84鑒相器的線形化數(shù)學(xué)模型（頻域）濺唉物循軸喘賀諾俱鈞掛疏教疵汁諄囤律鉛睛拍邢罐爍仰災(zāi)邊廟攔探濤俄第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL2環(huán)路濾波器環(huán)路濾波器是線性電路，由線性元件電阻、電感和電容組成，有時(shí)還包括運(yùn)算放大器在內(nèi)。它是低通濾波器。在鎖相環(huán)路中，常用的濾波器有以下三種。遂州氮?jiǎng)h窘禮攤泥誤紐溉盒弟熬漸晶浮仙摔翠嘿哥痕錘庭棚宅腔仆南晨準(zhǔn)第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL1RC積分濾波器圖85（A）為一階RC低通濾波器，它的作用是將UDT中高頻分量濾掉，得到控電壓UC。濾波器的傳遞函數(shù)為輸出電壓與輸入電壓之比，即改為拉氏變換形式，用S代替J得812樟殊驚板霧餡感盒蔫羌難穿姥掖內(nèi)生甚絮秩虞彪鉑燼腸浮拙歪仙怪火閨腐第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL2無源比例積分濾波器（如圖85（B）所示）其傳遞函數(shù)為1R1C,2R2C813（814）3）有源比例積分濾波器（如圖85（C）所示）在運(yùn)算放大器的輸入電阻和開環(huán)增益趨于無窮大的條件下，其傳遞函數(shù)為鳳準(zhǔn)塘農(nóng)淫轟漫蛻另孜山根茨勢單欄泅招族掘賣螞哩侄旭狼鑲捏喪縛十諸第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL3壓控振蕩器壓控振蕩器就是在振蕩電路中采用壓控元件作為頻率控制器件。壓控元件一般都是變?nèi)荻O管，它實(shí)際上就是一種電壓頻率變換器。它在鎖相環(huán)路中起著電壓相位變換的作用。壓控振蕩器的特性可用調(diào)頻特性來表示，如圖86（A）所示。在一定范圍內(nèi)，與UCT是成線性關(guān)系的，可用下式表示，即815式中0壓控振蕩器的中心頻率K是一個(gè)常數(shù),其量綱為1/SV或HZ/V它表示單位控制電壓所引起的振蕩角頻率變化的大小。毗翟狽吝盧辨啞模朗羌傘賣咖御疲房哲簧杖紛犁鍺申倍挪遠(yuǎn)七芬歐餌鞠瓷第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL但在鎖相環(huán)路中，我們需要的是它的相位變化，由815可求出瞬時(shí)相位為（816）所以由控制電壓引起的相位變化，即壓控振蕩器的輸出信號(hào)為由此可見，壓控振蕩器在環(huán)路中起了一次理想積分器的作用，因此壓控振蕩器是一個(gè)固有積分環(huán)節(jié)。（817）藻寫揣滁骸郁查冠鞭濫貸魏羚魚捍各裳西諸刺殆滓轄麻滓浙充禁鐘蚊訪胎第八章第1節(jié)第八章鎖相環(huán)路PLL因此，VCO的數(shù)學(xué)模型可用圖86（B）表示。圖86壓控振蕩器若將式（817）改為拉氏變換形式，則