锁相技术——张厥盛__第四章(1).ppt

第4章环路捕获性能 第1节捕获的基本概念第2节捕获过程与捕获特性第3节捕获带与捕获时间第4节辅助捕获方法 第1节捕获的基本概念 1 捕获概念在前面各章的分析中 都是在假定环路已经锁定的前提下来讨论环路的跟踪和过滤性能 因为失锁的环路是不可能表现出这些性能的 环路需经由失锁进入锁定的过程称为捕获过程 2 相位捕获与频率捕获如前所述 在一阶环中 没有环路滤波器 只有压控振荡器一个固有积分环节 所以一阶环只有相位捕获 即在捕获过程中 相位差没有2 的周期跳越 二阶环中 共有两个积分环节 环路滤波器对差怕电压中的直流分量积分 不断增长的直流控制电压 牵引压控振荡器的平均频率 朝减小与信号频差的方向变化 最终进入锁定 故二阶环中 相位捕获与频率捕获同时存在 3 自捕获与辅助捕获如果环路依靠自己的控制能力达到捕获锁定 称这种捕获过程为自捕获 若环路借助于辅助电路才能实现捕获锁定 则称这种捕获过程为辅助捕获 自捕获慢 范围小 可靠性小 实际电路设计中 跟踪 过滤 与捕获性能对环路参数的要求矛盾 故可借助辅助捕获电路 来改善环路的捕获性能 有辅助相位捕获和辅助频率捕获两种电路 4 捕获性能的分析方法在捕获过程中 瞬时相差将在大范围内变化 甚至有多个2 的周期跳越 1 相平面法 这是一种图解分析二阶非线性微分方程的方法 2 准线性法 它基于环路中含有低通滤波环节的事实 鉴相器输出的任何形式的差拍周期信号 经过低通滤波器以后 都可近似为直流与正弦信号的和 这一合成电压作用到压控振荡器上 通过环路反馈控制 使鉴相器的输出直流成分朝着是环路平均频差减小的方向增长 差怕频差逐渐下降 第2节捕获过程与捕获特性 一阶锁相环 当固有频差 不能捕获锁定 但出现稳定的差拍电压 当时 环路在相差内会立即锁定 一阶环中 只有相位的捕获过程 二阶环中 当时 也会产生稳定的差拍状态 环路不能入锁 当时 只有相位捕获过程 当时 压控振荡器的频率将逐渐被牵引 向输入频率靠拢 最终导致环路进入锁定 即捕获过程或频率牵引过程 一 捕获过程为了理解环路的捕获性能 必须先了解环路的捕获过程 为此我们借助于非理想二阶环的相平面图来作出其捕获过程的时间图 所谓相平面图是指环路相差 e与其导数的关系图形 在环路非线性微分方程的一般形式 1 30 式中 将 代入 可得 再将上式两边除以 得相轨迹方程 4 1 4 2 图4 1实际上是具有无源比例积分滤波器的二阶环 在给定环路参数的条件下 环路方程的图解表示 图中实际的纵坐标为 图4 1非理想二阶环相平面 1 相轨迹是有方向的曲线 上半平面 频差大于零 相点随时间从左向右运动 下半平面 频差小于零 相点随时间从右向左运动 2 在每个周期内 横轴上有两个特殊点 奇点 一个点许多相轨迹卷向它 这是环路稳定的平衡点 锁定点 另一点有趋向它 也有离开它的相轨迹 这是环路不稳定的平衡点 鞍点 二 捕获过程的特性在固定频率的输入信号和压控振荡器反馈的调制信号作用下 鉴相器输出差拍电压 上下不对称 平均分量 直流分量 不为零 经环路滤波积分作用 控制电压中的直流分量不断增加 牵引着严控振荡器的平均频率不断向信号频率靠拢 经一定时间 平均频差减小到进入快捕带 频率捕获结束 进入相位捕获 相差变化不在超越一个周期 环路滤波对差怕电压中的交流进行按比例衰减 直流分量进行积分 二阶环的捕获过程是个牵引的过程 一阶环视渐进稳定过程 图4 3二阶环的牵引模型 改善环路的捕获性能 总希望捕获带宽 捕获时间短 提高增益或增加滤波器带宽可以加大捕获带设法减小作用到环路上的起始频差 缩短环路的捕获时间 但是加大环路增益或滤波器带宽与提高环路的跟踪性能和滤波性能的要求相矛盾 所以在实际应用中 采用一些辅助捕获的办法 同时也有效克服了延滞和假锁现象 第4节辅助捕获方法 相位捕获时间远小于频率捕获时间 在工程计算PLL的捕获时间一般忽略 但是 随着频率捕获技术的改进 频率捕获时间大大缩短 如在TDMA数字卫星通信系统中 苛刻的同步要