（电力电子与电力传动专业论文）低压电力线通信技术研究.pdf

r e s e a r c ho n r e s i d e n t i a lp o w e r l i n e c o m m u n i c a t i o n s a b s t r a c t a l o n gw i t h t h ed e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g y ，t h el i v i n g l e v e lo fh u m a ni s g r o w i n gi n c r e a s i n g l y t h e yn e e dm o r e a n dm o r ec o m f o r t a b l ee n v i r o n m e n t s o m e p r o d u c t sm e e t i n gt h ed e m a n ds u c ha sa m r ( a u t o m a t i c m e t e rr e a d i n gs y s t e m ) a n df a ( f i r ea l a r r t ls y s t e m ) t h a tr e q u i r ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k st oe x c h a n g e m e s s a g e s t h er e s i d e n t i a lp o w e ri i n e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ki so n es u i t a b l e n e t w o r kt h a ti ss e l d o mu s e di no t h e rw a y se x c e p ti np o w e rs u p p l ya n ds o m e w a t c h i n gs y s t e m s s ot h e r e s e a r c ho n p o w e r i i n ec o m m u n i c a t i o ni s m e r y m e a n i n g f u l t h ec o m m u n i c a t i o no v e rr e s i d e n t i a ip o w e rl i n ei st ot r a n s f e rs i g n a l sj na c o m p l e xe l e c t r o m a g n e t i ce n v i r o n m e n tt h a t h a ss o m eu n p r e d i c t a b l ep a r a m e t e r s s u c ha si m p e d a n c e ，a t t e n u a t i o n ，n o i s e ，e t c c h i r ps i g n a lw a s u s e di nr a d a r s y s t e m sl o n gb e f o r e t h ef r e q u e n c y o fs i g n a l i sc h a n g e di i n e a r l yw i t ht i m e c h i r pm o d u l a t i o nc o m m u n i c a t i o ns y s t e mi sak i n do f s p r e a ds p e c t r u mc o m m u n i c a t i o ns y s t e r nt h a th a sah i g hs i g n a la n dn o i s er a t i o ( s n r ) t h ee x i s t e n tc h i r p d e m o d u l a t i o nt e c h n i q u ei sm o s t l ya p p l i e dt oh i g h f r e q u e n c yc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s w eu s ep h a s ei o c k e dl o o p ( p l l ) t e c h n o l o g y t od e m o d u l a t ec h i r ps i g n a i i nt h i sp a p e r w ei n t r o d u c e dt h e p o w e ri i n e c o m m u n i c a t i o n sa n di t s a p p l i c a t i o n s t h e e x i s t e n tt e c h n o l o g ya n dp r o d u c t si nt h i sp a p e r w ed i s c u s s e dt h ed e m o d u l a t i o n m e t h o dw i t hp l lt e c h n o l o g ya n dr e a l i z e dac h i r pm o d u l a t i o nc o m m u n i c a t i o n s y s t e r nt h a th a s a h i g hs n r f i n a l l yw eg i v ea m o d e lo fd i r e c ts e q u e n c ea n d c h i r p m o d u l a t i o ns p r e a ds p e c t r u mc o m m u n i c a t i o n s w h i c hh a sa h i g h l y s n ra n d s u i t a b l et or e s i d e n t i a ip o w e ri i n ec o m m u n i c a t i o n s a sa n a p p l i c a t i o no fc h i r pm o d u l a t i o nc o m m u n i c a t i o ns y s t e m 。w ei n t r o d u c e da h o m ea u t o m a t i o na n dr e m o t ea c c e s ss y s t e m t h es y s t e mc o u l dg a t h e rt h e j n f o r m a t i o na th o m ea n dd e l i v e rt h e mt oo 衔c e f a c t o r ya n de t c a i s o ，t h es y s t e r n c o u l dr e c e i v ec o m m a n dt oc o n t r o i i n n e rf a c i l i t i e so v e r t e l e p h o n ei i n e s k e yw o r d s p o w e r l i n ec o m m u n i c a t i o n s ，n o i s e ，s p r e a ds p e c t r u m c h i r pm o d u l a t i o n ，h o m ea u t o m a t i o n 上海交通大学硕士学位论文 前言 日u百 随着科学技术的发展，生活水平的日益提高，人们对家庭环境的要求越来越 高。满足这些要求的产品( 如自动抄表系统、火灾自动报警系统) ，大都需要一个 通信网络来传递信息。利用低压电力线通信网络是其中的一个实现方案。目前，低 压电力线除了应用于供电以及一些电力监控系统外，很少用在其他的方面。大多数 家庭中的电力线网络没有得到充分的利用，因此研究电力线通信技术有很大的实际 意义。 我们对低压电力线通信系统作了深入的调研，了解了当前低压电力线通信系统 应用的现状，熟悉了一些产品以及技术规范。在这个基础上，我们重点研究了已经 广泛应用在高频无线通信上的线性调频信号的特点以及解调方法，提出了一个低频 的适用于低压电力线通信的线性调频通信系统模型，并实现了该电路的主要部分， 即编、解码部分。应用锁相环技术进行低频线性调频信号的解调是本文研究的一种 方法，实践证明这是可行的。 本文的结构如下：第一章介绍低压电力线通信系统的概况，现有的技术特点 以及产品。第二章介绍线性调频信号的特点，实现方式以及解码方法。第三章是本 文的重点，介绍用线性调频技术实现的一个简单通信系统。第四章给出线性调频通 信系统的改进方案，从理论上说明了这些方案的正确性。第五章是线性调频通信系 统的一个应用实例，家庭信息集成与远程访问系统的概述以及主要技术实现。 圭塑奎望查堂堡主堂垡丝壅箜二童堡堡皇查丝望笪! ! ! ! 一 第一章低压电力线通信概述 l电力线通信的意义及研究现状 随着科学技术的发展，生活水平的日益提高，人们对家庭环境的要求越来越 高。智能大楼( i n t e l l i g e n tb u i l d i n g s ) 和家用电器自动化( h o m ea u t o m a t i o n ) 等产品 应运而生。家庭中的电力线网络给这些产品提供了的天然的通信介质，在现代建筑 物内，无处没有交流电源线，这是天然的、可利用的通信传输媒介。在实验室、工 厂、宾馆、家庭等地方，利用电力线传输语音、数据、进行数据交换、处理、控制 和监测、组成数据通信网、实现信息自动化，不仅可以免去专门铺设通信线路，而 且，由于电力线网络覆盖面积之大，是其他的网络如无法比拟的，这使得通信终端 设置和移动非常方便。利用电力线网络，可以方便地组建计算机局域网络( l a n ) 、 传递远端监视图像、自动抄表( a u t o m a t i cm e t e rr e a d i n g ) 系统、火灾报警( f i f e a l a r m ) 系统等。因此，研究电力线通信有很大的实用价值，将对家庭自动化产生深 远的影响。 然而，电力线是一个复杂的环境，各种电力线对信号所呈现的特性阻抗和衰减 常数不大相同，用电负载有不同的特性，负载情况也经常变化，加上不同来源的电 磁干扰，通过电力线传递的信号会出现明显的衰减和畸变。长期以来，许多公司和 学者对电力线通信系统进行了大量的研究和实验工作，取得了一定的经验和成果。 许多通信系统的理论被应用到电力线通信中，随着扩频通信理论的出现，以及它在 无线通信中的成功应用，给电力线通信理论带来了新的生机。 电力线网络分为高电压( 1 0 0 k v ) 、中电压( 1 1 0 0 k v ) 、低电压( i 时，菲涅耳纹波很小，信号 圈2 - 2 菲涅耳积分 f i g2 - 2f r e s n e li n t e r r a t i o n 能量9 5 以上集中在一b 2 f b 2 范围内，振幅频谱接近于矩形，由于： 型12 型2 2 。1 c ( u 1 ) + c ( u 2 ) 则残余相位项 ：( ，) z 署 图2 - 3 、2 - 4 显示了不同t b 值的线性调频脉冲的振幅频谱和相位频谱。从图中可以 田2 - 3 线性调频信号的振幅频谱 f i g2 - 3 # m p l i t u d es p e c t r u mo fc h i r p 圈2 - 4 线性调频信号的相位频谱 f i g2 - 4p h a s es p e c t r u mo fc h i r p 1 5 圭塑奎望奎兰堡主堂垡丝兰 苎三兰垡丝塑塑堕兰丝! ! 一 看出，时宽与带宽的乘积t b 越大，振幅频谱越接近矩形，相位残余项越接近恒定 值n 4 。线性调频信号的振幅频谱均匀地分布在频带b 内，而由其相位谱决定的群 时延则与角频率成线性关系。 2 线性调频信号的产生和处理方法 2 1 线性调频信号的产生 用压控振荡器( v c o ) 可以产生线性调频信号。压控振荡器是一个电压一频率转 换装置( 压控振荡器的原理将在第三章2 1 1 节里介绍) ，它的振荡频率随输入控制 电压u c ( t ) 线性地变化，有变换关系： ，( ，) = f o + k u 。( r ) 式中，( f ) 是压控振荡器的瞬时输出频率； k 为控制灵敏度或成增益系数。 因此，可以控制压控振荡器的输入电压来产生线性调频信号。 2 2 线性调频信号的处理方法 线性调频信号的处理方法有以下几种 1 ) 匹配滤波器法 匹配滤波器是一种最佳线性滤波器，在输入为确定信号加噪声信号的情况下， 所得输出的信噪比达到最大【3 1 。匹配滤波器应用十分广泛，能够提高通信、雷达及 其他电子系统检测信号的能力。线性调频信号的匹配滤波器应该具有下面的功能： 对于上调频信号而言，匹配滤波器应该能够让先进入滤波器的低频信号延时输出， 让后进入滤波器的高频信号不延时就输出，这样，低频信号与高频信号几乎同时输 出滤波器，使输出信号的能量最大，远远高于噪声的能量，达到识别线性调频信号 的目的。下调频匹配滤波器正好与上调频匹配滤波器相反，即让高频信号延时输出， 低频信号不延时。 匹配滤波器的实现方法主要由两种：采用表面声波器件( s a w ) 或利用模拟延迟 线的来实现线性调频信号的匹配。 表面声波器件( s a w ) 是近几年迅速发展起来的模拟处理器件，在通信领域得到 广泛的应用。利用s a w 延迟滤波器( s a wd e l a yl i n e ) 可以实现对线性调频信号的 解调。它能匹配线性调频信号，并把它压缩到窄的多的时间间隔内输出，即对于先 1 6 ! 塑銮堕查堂堡圭堂竺丝奎 笙三童垫丝塑塑笪曼堑塞一 后进入滤波器而频率不同的信号，经过不用的时延同时到达输出端，这样，在输出 端就能够检测到线性调频信号的产生了。由于s a w 器件主要用于v h f 、u h f 频段， 而电力线通信利用低频段进行数据传输，因此无法应用现有的s a w 延迟线产品进行 电力线线性调频信号的解调。 利用由分立元件( 电感、电容、电阻) 、或有源器件( 运算放大器) 组成的延 迟网络也能够实现线性调频信号的匹配滤波。这个延迟滤波器的功能与s a w 延迟线 功能一致，是一个全通网络，可以参考通信系统中相移均衡器的原理来设计全通延 迟网络 2 。由于线性调频信号的频带很宽( 一般为几百千赫以上) ，很难设计一个 适当的延迟线。在经过e l e c t r o n i c sw o r k b e n c h 仿真后，我们发现，使用简单的 延迟滤波器只能在很窄的频段内起到延时作用，不能体现线性调频信号的频带宽的 特点。图2 5 是一个二阶全通网络结构图，图2 - 6 是一个上调频信号通过该全通网 络得到的仿真信号。如果要在整个线性调频频带范围内实现延迟功能是很复杂的， 从电路设计到电路实现都有很大的难度( 涉及到电路结构的选择，电阻、电容、电 圈2 - 6 二阶全遵阿磐 f i g2 - 5a l l p a s sl i l t 6 r 田咖1 8 0 0 0 2 00 0 0 3 00 0 0 4 00 0 0 5 0 嘶1 7 0 0 7 2 t 衄e ( s e c o n d s ) 圈2 - 6 上滑额信号通过二阶全逼阿络 f i g2 - 60 u * p u to fa 1 l 口a s 8l i l t e r 感的选择以及匹配等，如果使用运算放大器，还受到运算放大器的带宽限制) 。 2 1 锁相环法 锁相环( 锁相环的原理将在第三章的2 2 1 节里详细介绍) 是一个能够跟踪输 入信号相位的闭环自动控制系统。它在电子技术的各个领域得到了很广泛的应用。 锁相环的具有优良的性能，具有载波跟踪特性，作为一个窄带的跟踪滤波器，可以 提取淹没在噪声之中的信号：具有调制跟踪性能，可以制成高性能的调制器和解调 器。它具有低门限特性，可以大大改善模拟信号和数字信号的解调质量川。线性调 兰 胁 锄 0 硼 妯 舶 ”q蕈一d剁 ：! 塑奎塑查堂堡主堂垡丝苎 苎三兰丝堡塑塑堕昱里! ! 一 频技术是一个调频信号，因此可以利用锁相环来解调。 3 1 数字信号处理方法 由于快速a d 变换器、中、大规模集成电路技术以及快速傅利叶变换( f f t ) 技 术的应用，使信号的实时处理成为可能。数字处理方法的优点是工作稳定、重复性 好，并且具有较大的灵活性。缺点是成本较高( 需要高速的n d 以及d s p 等能够 进行高速运算的处理芯片) 。 3 本章小结 本章介绍了线性调频信号的特点 理方法。 下一章将介绍线性调频通信系统 信系统能够获得很高的扩频增益。 参考文献 ( 包括时域和频域的特征) ，产生方法以及处 作为扩展频谱通信系统的一种，线性调频通 【1 】林茂庸，信号理论与应用，北京，电子工业出版社，1 9 9 0 ，p 1 5 5 一p 1 7 0 【2 】陈叔远，颜绍书，相移均衡器，北京，人民邮电出版社，1 9 8 4 ，p 6 1 一p 6 6 【3 1 向敬成，王意青，毛自灿等，信号检测与估计，北京，国防工业出版社，1 9 9 0 ，p 4 8 p 5 5 【4 】张厥胜，郑继禹，万心平，锁相技术，西安，西安电子科技大学出版社，1 9 9 4 【5 】5 i n t e l l o nc o r p ，c e b u s p o w e r l i n ee n c o d i n ga n d s i g n a l i n g ，m a r c h ，19 9 7 w h i t ep a p e r 【6 】6 i n t e l l o nc o r p ，r fs s c t e c h n o l o g y , f e b r u a r y19 9 7 ，w h i t ep a p e r 圭塑奎望查兰堡圭兰笪堡苎 笙三童墅坚型堕旦塑堡堡堕墨竺堡兰! ! 一 第三章线性调频通信系统原理与实践 利用线性调频信号进行通信，是扩展频谱通信的一种特殊形式，它不需要随机 码，而是用固定频率的斜升( 或斜降) 信号来控制发射频率，由于占用很宽的带宽， 线性调频通信技术也能在很大程度上提高信噪比，本章将分析线性调频通信系统的 原理并给出了一个应用锁相环技术解调的线性调频通信系统的例子。 1线性调频通信系统的性能分析 一种线性调频通信系统的模型如图3 1 所示。根据要传送的数据的值( “1 ”或 “0 ”) 把这些数据分为两组，分别进行调制后( 数据“o ”的时候发射上调频信号， 数据“l ”的时候发射下调频信号) ，这个调制信号经过放大电路( 包括电压放大， 功率放大) 得到发射信号，发射信号经过通信信道传递到接收机。接收机把收到的 信号进行放大、整形后，经过解调电路得到相应的发射信号，这就是上、下线性调 频通信系统的工作过程。 信 接收信号u ( o 广_ 广_ 广_ _ 信息数据d ( t ) 刊放大整形l l 解调卜刊数字信号卜二+ ( b ) 撸收系统模型 圈3 - i 线性调频通信系统 f i g3 - 1 c h i r pm o t t u l a t i o nc o m m u n i c a t i o ns y s t e r n 线性调频通信系统是扩频通信的一种形式，它能够克服通信信道的干扰，辅以 其他的一些措施后，能大大改善通信效果。线性调频解调前后的信噪比之比等于扩 频增益g ，等于发射信号的带宽与信号带宽之比( 一般大于1 0 ) 。 设要发射的数字信号为删，d ( o 是宽为r 的1或“0 ”值的矩形波信号， 在0 t t 期间是不变的，信息数据d ( o 的脉宽为丁，其功率谱密度扔主要分布 在( 一厶，厶) 的频带内( 兀= 1 t ) 。信息数据的频谱带宽为b = 2 l 。如果线性调频 信号斜率为- - + k 信号的带宽为b ，= 2 k t ，则线性调频扩频通信系统的扩频增益为： 1 9 上海交通大学硕士学位论文 第三章线性调频电力线通信系统及实践 g = b 2 b l = b 2 t = k t 2 ( 3 1 ) 可见，信号速率越慢，扩频带宽越宽，线性调频通信系统的扩频增益越大。在 线性调频通信系统中，接收机在解调之后，只提取带宽为b ，的信号部分，而排除 掉扩展到宽频带b 2 中的外部干扰、噪声和其他影响，扩频增益g 准确反映了线性 调频通信的这种能力。 假设p 为接收到的一个通信用户发来的信号的平均功率，信号带宽为岛，则 平均功率谱密度为p b 。设是带宽b 。内的噪声和其他外部干扰功率密度谱，接 收某一个通信用户信号的输入信噪比是： ( s n ) 。：华( 3 2 ) i v 0 经接收机线性调频解扩后，能在基带带宽b ，内获得全部该通信用户发来的信 号功率，平均功率谱密度为p b ，噪声及其他外部干扰功率密度谱仍为，因此 接收机输出信噪比是： ( s n ) 。：学( 3 3 ) v o 显然，线性调频解调前后的信噪比之比是： 型塑型：坐旦：堕：g f 3 4 、 ( s ) 。n o尸b 2b 1 、7 线性调频解调前后的信噪比之比等于扩频增益g ，它给出了扩频通信中扩频解 调处理对信噪比的改善程度。图3 - 2 是b 严1 0 ，b ，= 1 ，n = 1 0 ，p = 2 0 的线性调频解 调前后信号平均功率频谱密度情况。 卜一b ：一 叼 凸 口 f 9 a 盹= 1 0黝 b l 卜i 解调前 b 解调后 圈3 - 2 绔i 生调频解调前后信号功率密度谐示意图 f i g3 - 2 p o w e rs p e c t r u md e n s i t yo f c i 1 i r pd 和a 1b e f o r ea n d a f t e r m o d u l a t i o n 上海交通大学硕士学位论文 第三章线性调频电力线通信系统及实践 2 线性调频电力线通信系统 根据以上的分析可以看出，线性调频通信系统可以提高通信系统的信噪比，将 这种系统应用在低压电力网上，利用线性调频信号在电力线上传递信号也能取得很 高的信噪比。当然，这是靠增加发射频带换来的，由于电力线的通信信道环境恶劣， 这种牺牲是值得的。下面将讨论线性调频信号的发射方法、发射电路及解调方法、 解调电路。 2 1 压控振荡器原理及应用电路 线性调频信号可以利用压控振荡器来产生，我们将详细介绍压控振荡器的原 理、实用芯片及发射电路，控制电路。 2 1 1 压控振荡器原理介绍 压控振荡器是一个电压一频率转换装置，它的振荡频率随输入控制电压“，线 性地变化，有变换关系： 厂( f j = f o4 - k u 。( f )( 3 5 ) 式中厂( f ) 是压控振荡器的瞬时输出频率； k 为控制灵敏度或成增益系数。 实际应用中的压控振荡器的控制特性只有在有限的控制范围内，超出这个范围 之后灵敏度将会下降。图3 3 中的实线为一条实际压控振荡器的控制特性，虚线 为符合式( 3 5 ) 的线性控制特性。由图可见，在以而为中心的一个区域内，两者 是吻合的。因此，可以在一定范围内用式( 3 5 ) 来表示压控振荡器的控制特性。 厂。 ，r 岛u c 一， 图3 - 3 压控振荡器的控制特性 f i g 3 - 3c o n t m ld m c l d 。o fv c o 工程中常用的数据还有压控振荡器的相位，它是对输出频率的积分，压控振荡 上海交通大学硕士学位论文 第三章线性调频电力线通信系统及实践 器的相位表达式为： 口( ，) = j f ( t ) d t = j ( 兀+ k u 。( r ) ) 础= a t + k f u c ( f ) 础( 3 6 ) 压控振荡器应该是一个具有线性控制特性的调频振荡器，对它的基本要求是： 频率稳定度好；控制灵敏度k 要高；控制特性的线性度要好；线性区域要宽等。 这些要求之间往往是矛盾的，设计时要折衷考虑。 2 1 2集成压控振荡器i c l 8 0 3 8 目前，集成压控振荡器的应用已经很广泛。常用的有积分一施密特电路型、射 集耦合多谐振荡型、变容二极管调谐l c 振荡器型和数字门电路型等几种。输出的 波形一般是矩形波，在某些集成压控振荡器中，同时也可以输出三角波、正弦波或 锯齿波，构成波形发生器。 i c l 8 0 3 8 能够利用很少的外部器件产生高精度的方波、正弦波、三角波。其频 率范围为：o 0 0 1 h z 1 2 m h z 。i c l 8 0 3 8 是一种积分一施密特触发电路型压控振荡 器，其原理如图3 - 4 所示。电路由恒流源( i ) 、积分器( v ，、v ，、v ，、v 。、v 。： 和c ，) 和施密特触发器组成。电路设计应该保证在充电时，v 、v ，和v ，截止， 恒流i 通过v 。对c ，充电。当c ，被充到某一电平时，施密特电路翻转，使v ，导 通，从而v 。，、v ，和v ：也导通，v 。：则变为截止。c ，通过v ：、v ，以恒流i 放电， 圈3 - 4 积分二掘峦特触发器型压控括携器原理翻 f i g3 - 4i n t e r g a l s c h m i t tt r i g g e rv c 0 恒流1 则通过v 。v 。流向v ，。所以流经v 。的电流等于2 i 。当上的电压下降到某 上海交通大学硕士学位论文 第三章线性调频电力线通信系统及实践 一电平时，施密特电路又翻转，使v ，截止。这样重复工作，就可以在c t 上得到三 角波输出，施密特电路输出端可以得到方波。该振荡器的输出频率与c t 、i 有关， 还与施密特电路上、下触发电平u 。、u ：之差有关。此外，由于i 受控于“。，故， 也与 c 有关。分析可得： = 4 c r ( u 2 一u 1 ) 2 c r ( u 2 一u 1 ) 式中g 。为恒流源跨导； 足。为振荡器压控灵敏度。 = k o u 。( 3 7 ) 可见，当g m 、c 。和( u ：一u 。) 固定时，“成线性关系，而且频率可调范围 较宽。 i c l 8 0 3 8 能同时输出三角波、方波和正弦波。它内部有两个电流源、两个电压 比较器、一个触发器、一个方波输出缓冲器、一个三角波输出缓冲器和一个正弦波 变换电路组成。 肌 ， 飞 ， 氍o r 渊d 田3 - 5i c l 8 0 3 8 卢生姨性澜撷信号原理圈 f i g3 - 5 c o n n e c ti o n sf o rp r o d u c ec h i r ps i g n a l 利用i c l 8 0 3 8 产生压控振荡信号的电路图如图3 - 5 所示。i c l 8 0 3 8 频率变化范 围由外接的定时电阻和定时电容决定。频率可以由下式计算： 产臻1 。8 若r 。= r b = r t ，则 厂= 罴( 3 9 ) 改变两个外接的定时电阻的比例时，方波的占控比可以在2 9 8 内变化， 上海交通大学硕士学位论文第三章线性调频电力线通信系统及实践 此时3 端输出非对称三角波或近似的锯齿波。 根据实际电路测得的结果，当r 。= r b = 4 7 k q ，c = l l o p f 并采用负电源一1 2 v 供 电时，可以控制输入电压( 2 1 v 3 1 v ) ，得到频率为3 0 0 k h z 4 0 0 k h z 的线性调 频信号。 2 2 锁相环原理及应用电路 线性调频信号可以采用锁相环技术来实现解调。锁相环( p h a s el o c k e d l o o p - u p l l ) 为一闭合的自动跟踪环路，能使环路内振荡器产生的输出信号频率和 相位锁定到参考信号或输入信号的频率和相位上。 2 2 1 锁相环原理介绍 锁相环是一个负反馈自动控制系系统。一个锁相环包括鉴相器( p d ) 、环路滤 波器( l f ) 、压控振荡器( v c o ) 三部分，其基本组成如图3 - 6 所示。 朋3 - 6 馈相环酷的基本构成 f i g 3 - 6p h a s el o c k e dl o o p 1 鉴相器( p h a s ed e t e c t o r ) 输出信号 鉴相器是一个相位比较装置，用来检测输入信号相位与反馈信号相位之间的相 位差，输出的误差信号是相差的函数。鉴相特性有正弦形特性、三角形特性、锯齿 形特性等等。常用的鉴相器分模拟和数字两种： 模拟鉴相器通常是一模拟乘法器。它对输入信号波形和输出信号波形的乘积进 行平均，从而获得直流的误差输出。如图3 - 7 所示的正弦鉴相器是用模拟乘法器与 低通滤波器的串联得到的。设相乘器的相乘系数为如，输入信号u 御与反馈信号 俐经相乘作用： u i ( t ) u d ( t ) l j 。( t ) 囝3 7 正弦鉴相器模型 f i g3 - 7s i n ep h a s ed e t e c t o r 当。一回塑- o 卜l 竖些：! l 塑- 十 ie2 ( t ) 图3 8 正弦鉴相器的桓型2 f i c3 - 6s i n p h a s ed e t e c ( o ri t 主塑銮望盔堂堡主堂垡笙壅 苎三兰垡丝塑塑皇立垡望笪墨竺垦壅! ! 一 k 。“，( f ) “。( f ) = k 。u ，s i n c o o ( f ) + 臼l ( f ) 。s i n c o o ( 0 + 0 2 ( f ) = k 。u ，u 。s i n 2 6 0 0 f + 臼l ( f ) + 0 2 ( f ) 】 + k 。u 。u 。s i n a l ( f ) 一0 2 ( r ) 】 再经过低通滤波器( l p f ) 滤除2m 。成分之后，得到误差电压： d d ( f ) = 圭k ，u ，u 。s i n 0 1 ( t ) 一岛( r ) 】= u ds i n 0 , ( t ) ( 3 1 0 ) 其中：u d = 去k 。u ，u 。为鉴相器的最大输出电压。 这就是正弦鉴相特性，可以看出，鉴相器的输出电压是输入信号与反馈信号之 间相位之差的正弦函数，根据这个式子，可以用图3 - 8 的模型来表示一个正弦鉴相