關(guān)于鎖相環(huán)和頻率和成6.1鎖相環(huán)基本工作原理組成框圖ui(t)和VCO的uo(t)在PD中進(jìn)行比較，PD輸出的誤差電壓ud(t)是二者相位差的函數(shù)。如果兩者頻率相同，相位差恒定，則經(jīng)LF后無輸出；如果兩者頻率不同，則經(jīng)LF后得到控制電壓去控制VCO的振蕩頻率，直至環(huán)路進(jìn)入“鎖定”狀態(tài)。工作原理第2頁,共26頁，星期六，2024年，5月6.2鎖相環(huán)的性能分析鑒相器的電路模型環(huán)路濾波器的電路模型壓控振蕩器的電路模型鎖相環(huán)的相位模型及環(huán)路方程捕捉過程跟蹤過程鎖相環(huán)的基本特性本節(jié)內(nèi)容：第3頁,共26頁，星期六，2024年，5月鑒相器的電路模型1.鑒相器的輸出電壓是ui(t)和uo(t)相位差的函數(shù)

。2.典型的乘積型鑒相器中，鑒相器的低頻分量輸出為：鑒相器框圖鑒相器電路模型分析3.乘積型鑒相器具有正弦規(guī)律的鑒相特性。第4頁,共26頁，星期六，2024年，5月環(huán)路濾波器的電路模型微分方程：常見環(huán)路濾波器的形式環(huán)路濾波器電路模型其中，AF(p)為傳遞函數(shù)。第5頁,共26頁，星期六，2024年，5月壓控振蕩器的電路模型壓控振蕩器的特性可用調(diào)頻特性來表示壓控振蕩器的電路模型P=d/dt為微分算子

在一定范圍內(nèi)ωo與uc(t)幾乎成線性關(guān)系有：A0為VCO的壓控靈敏度。

第6頁,共26頁，星期六，2024年，5月鎖相環(huán)的相位模型及環(huán)路方程鎖相環(huán)的相位模型瞬時(shí)頻差控制頻差固有頻差環(huán)路方程第7頁,共26頁，星期六，2024年，5月捕捉過程—環(huán)路由失鎖進(jìn)入鎖定的過程Δωi

較小→ud(t)能順利通過LF得到uC(t)→控制VCO→環(huán)路鎖定捕捉帶(Δωp)——環(huán)路由失鎖進(jìn)入鎖定所允許信號(hào)頻率偏離ωr的最大值。捕捉時(shí)間(τP

)——環(huán)路由失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)所需的時(shí)間Δωi較大→ud(t)通過LF有較大衰減→uC(t)較小→經(jīng)頻率牽引過程時(shí)間長(zhǎng)→環(huán)路鎖定Δωi很大→ud(t)不能通過LF產(chǎn)生uC(t)→VCO不受控→環(huán)路失鎖第8頁,共26頁，星期六，2024年，5月跟蹤過程—環(huán)路維持鎖定的過程能夠維持環(huán)路鎖定所允許的最大固有頻差|Δωi|，稱為鎖相環(huán)路的跟蹤帶或同步帶。跟蹤過程（同步過程）跟蹤帶（同步帶）跟蹤帶（同步帶）和環(huán)路濾波器的帶寬及壓控振蕩器的頻率控制范圍有關(guān)。如果輸入信號(hào)頻率ωi

或VCO振蕩頻率ωo

發(fā)生變化，則VCO振蕩頻率ωo跟蹤ωi

而變化，維持ωo=ωi

的鎖定狀態(tài)，稱為跟蹤過程或同步過程。第9頁,共26頁，星期六，2024年，5月鎖相環(huán)的基本特性環(huán)路鎖定后，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)頻率相等，沒有剩余頻差（有微小固定相差）良好的窄帶特性鎖定后沒有頻差自動(dòng)跟蹤特性環(huán)路相當(dāng)于一個(gè)高頻窄帶濾波器，只讓輸入信號(hào)頻率附近的頻率成份通過環(huán)路在鎖定時(shí)，輸出信號(hào)頻率和相位能在一定范圍內(nèi)跟蹤輸入信號(hào)頻率和相位的變化第10頁,共26頁，星期六，2024年，5月6.3集成鎖相環(huán)路及其應(yīng)用本節(jié)內(nèi)容集成鎖相環(huán)路簡(jiǎn)介鎖相環(huán)的應(yīng)用頻率合成鎖相倍頻、分頻與混頻鎖相調(diào)頻與鑒頻調(diào)幅波的同頻檢波彩色電視機(jī)色副載波的提取鎖相接收機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)鎖相頻率合成器第11頁,共26頁，星期六，2024年，5月集成鎖相環(huán)簡(jiǎn)介集成鎖相環(huán)按其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)可分為

模擬鎖相環(huán)和數(shù)字鎖相環(huán)集成鎖相環(huán)按其用途可分為

通用型和專用型集成鎖相環(huán)按其工作頻率可分為

低頻（1MHz以下）、高頻（1~30MHz）和超高頻（30MHz以上）幾種通用的集成鎖相環(huán)

L565（低頻）、L562（高頻）和L564（超高頻）第12頁,共26頁，星期六，2024年，5月應(yīng)用之一：鎖相倍頻、分頻與混頻倍頻電路框圖當(dāng)反饋環(huán)路是分頻器時(shí)→倍頻電路當(dāng)反饋環(huán)路是倍頻器時(shí)→分頻電路當(dāng)反饋環(huán)路是混頻器和中頻放大器時(shí)→混頻電路第13頁,共26頁，星期六，2024年，5月應(yīng)用之二：鎖相調(diào)頻和鑒頻鎖相環(huán)調(diào)頻鎖相環(huán)使VCO的中心頻率穩(wěn)定在晶振頻率上，同時(shí)調(diào)制信號(hào)也加至VCO上，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻當(dāng)輸入調(diào)頻波的頻率發(fā)生變化時(shí)，經(jīng)PD和LF后將得到一個(gè)與輸入信號(hào)的頻率變化相同的控制電壓，即實(shí)現(xiàn)鑒頻鎖相環(huán)鑒頻第14頁,共26頁，星期六，2024年，5月應(yīng)用之三：調(diào)幅波的同步檢波原理框圖工作原理在對(duì)DSB及SSB調(diào)幅信號(hào)解調(diào)的同步檢波器中，必須有一與載波信號(hào)同頻同相的同步參考信號(hào)。圖中用載波跟蹤鎖相環(huán)路，在VCO輸出端經(jīng)900移相后而得到該信號(hào)。第15頁,共26頁，星期六，2024年，5月應(yīng)用之四：彩色電視色副載波的提取原理框圖工作原理在彩色電視中，為了重現(xiàn)彩色，接收端必須要有與發(fā)送端完全相同的色副載波。而其中的色同步信號(hào)是其產(chǎn)生的基準(zhǔn)。圖中利用鎖相環(huán)使VCO產(chǎn)生的色副載波，根據(jù)鎖相環(huán)的工作特點(diǎn)，該信號(hào)的頻率和相位受輸入端色同步信號(hào)的控制。第16頁,共26頁，星期六，2024年，5月應(yīng)用之五：鎖相接收機(jī)原理框圖工作原理

通過鎖相環(huán)VCO產(chǎn)生本振頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)頻率的跟蹤，保證輸出中頻信號(hào)頻率相對(duì)穩(wěn)定。第17頁,共26頁，星期六，2024年，5月頻率合成器的主要技術(shù)指標(biāo)頻率范圍——頻率合成器的工作頻率范圍頻率間隔——相鄰頻率之間的最小間隔，又稱分辨力頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間——從一個(gè)工作頻率轉(zhuǎn)換到另一個(gè)工作頻率，并達(dá)到穩(wěn)定工作所需要的時(shí)間頻率穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度穩(wěn)定度——在一定時(shí)間內(nèi)頻率偏差標(biāo)稱頻率的程度準(zhǔn)確度——實(shí)際工作頻率與標(biāo)稱頻率之間的偏差頻譜純度——輸出信號(hào)接的正弦波的程度第18頁,共26頁，星期六，2024年，5月單環(huán)式鎖相頻率合成器由晶體振蕩器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率源fs，經(jīng)參考分頻器R分頻后，得到參考頻率fr=fs/R

送到鑒相器的一輸入端，VCO輸出頻率fo經(jīng)N分頻后送到鑒相器的二輸入端。環(huán)路鎖定時(shí)有fr=fo/N，因此VCO輸出信號(hào)頻率為fo=NfS/R=Nfr。即輸出信號(hào)頻率fo為輸入?yún)⒖夹盘?hào)頻率fr的N倍，改變N(分頻系數(shù))就可得到不同頻率的輸出。

第19頁,共26頁，星期六，2024年，5月頻率合成器實(shí)例

由CD4046組成的頻率合成器：第20頁,共26頁，星期六，2024年，5月單環(huán)式頻率合成器存在的問題減小輸出頻率間隔和減小頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間是矛盾的。要減小輸出頻率間隔，就必須減小輸入?yún)⒖碱l率fr。因環(huán)路濾波器的帶寬必須小于參考頻率，因而環(huán)路濾波器的帶寬也要壓縮。環(huán)路的捕捉時(shí)間或跟蹤時(shí)間就要加長(zhǎng)，即頻率合成器的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間加大。鎖相環(huán)路內(nèi)接入分頻器后，其環(huán)路增益將下降為原來的1/N。當(dāng)要求頻率間隔很小時(shí)，其分頻比N的變化范圍將很大，導(dǎo)致環(huán)路增益也大幅度的變化，從而影響到環(huán)路的動(dòng)態(tài)工作性能。可編程分頻器的分頻比的數(shù)目決定了合成器輸出信道的數(shù)目，而程序分頻的輸入頻率就是合成器的輸出頻率。由于可編程分頻器的工作頻率比較低，無法滿足大多數(shù)通信系統(tǒng)中工作頻率高的要求。第21頁,共26頁，星期六，2024年，5月多環(huán)式鎖相頻率合成器上圖為三環(huán)頻率合成器組成框圖。它由三個(gè)鎖相環(huán)路組成。環(huán)路A和B為單環(huán)頻率合成器，環(huán)C為混頻環(huán)。

第22頁,共26頁，星期六，2024年，5月吞脈沖程序分頻器工作原理：設(shè)計(jì)數(shù)開始時(shí)模式控制輸出1，雙模前置分頻器和兩計(jì)數(shù)器在輸入脈沖作用下同時(shí)計(jì)數(shù)，當(dāng)輔助計(jì)數(shù)器計(jì)滿A個(gè)脈沖后模式控制電路輸出低電平0，輔助計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，同時(shí)使雙模前置分頻器分頻比變?yōu)镻然后繼續(xù)工作，主計(jì)數(shù)器也繼續(xù)計(jì)數(shù)滿N個(gè)脈沖后，使模式控制電路重新恢復(fù)高電平、雙模前置分頻器恢復(fù)(P+1)分頻比，各部件進(jìn)入第二個(gè)計(jì)數(shù)周期。

第23頁,共26頁，星期六，2024年，5月吞脈沖頻率合成器上圖是用吞脈沖程序分頻器構(gòu)成的吞脈