《PLL课程总复习》PPT课件.ppt

1 课程体系结构 定义 性能分析 物理实现 应用 2 学习重点 理论部分 定义 分析 熟练掌握 重点 每一章 PLL基本工作原理 掌握 部分难点 每二章 PLL的跟踪性能 了解 每三章 PLL的噪声性能 掌握 难点 每四章 PLL的捕获性能技术部分 实现 应用 部分熟练掌握 每五章 集成锁相球路 部分熟练掌握 重点 每六章 PLL的应用 3 第一章小结 4 PLL是相位控制系统 若将锁相环表示为输入输出的相位关系 则是 输出信号的瞬时相位受输入信号的瞬时相位的控制 那么 这个相位控制系统中 输入 输出的相位关系该如何描述呢 5 锁相环路的基本组成 锁相环路的基本组成PD 鉴相器LF 环路滤波器VCO 压控振荡器环路的相位模型 6 锁相环路的组成模型 输入信号 PLL的误差电压 控制电压 7 具有一个积分因子1 p 这是相位与角频率之间的积分关系形成的 8 动态方程的物理意义 当输入信号频率固定时 锁定后控制频差 固有频差 稳态频差 稳定后的瞬时频差 0稳态相差 稳定后的瞬时相差 瞬时频差 固有频差 控制频差 9 画出相图 几个名词 1 相平面 由构成的平面 2 相点 PLL的任意时刻的状态可用相平面内的一点来表示 该点称为相点 3 相轨迹 随着时间的变化 相点在相平面内移动形成的轨迹 4 相图 相轨迹构成的图形称为相图 瞬时相差 瞬时频差 10 图1 17一阶环失锁状态的 e t Uc t v t 和的时间图 失锁时的输出误差电压Ud t 是不对称的正弦波 称为差拍波 因为平均值不为0 它将PLL的输出频率往输入频率方向牵引 瞬时频差的波形 平均瞬时频差 固有频差 PLL输出频率的波形 整体上往输入频率方向靠拢 这种现象称频率牵引现象 瞬时相差的波形 随时间不断增加 11 第二章小结 12 环路对输入暂态信号的响应 锁相环的类型RC积分滤波器锁相环无源比例滤波器锁相环理想二阶环 输出响应闭环输出信号的响应误差的时间响应 输入信号相位阶跃相位斜升 频率阶跃 频率斜升 重点 一 相位误差的时间响应二 稳态相差 13 理想二阶环暂态响应及其性能 3 2 6种组合 这里着重讨论误差响应特性 环路的相位误差在1 相位阶跃信号激励下的响应2 相位斜升信号激励下的响应3 频率斜升信号激励下的响应4 不同信号激励下的误差响应比较 14 二 二阶锁相环的频率响应 锁相环的类型RC积分滤波器锁相环无源比例滤波器锁相环理想二阶环 输出响应闭环输出信号的响应误差的时间响应 共3 2种组合 重点 一 理想二阶环的闭环频率特性 二 理想二阶环的误差频率特性 三 两种频率特性的关系 15 闭环 低通特性 误差 高通特性 16 调制跟踪的应用 锁相鉴频器 分析思路 17 载波跟踪的应用 载波跟踪环用和同步检波 用于提取相干载波 18 开环增益达到0dB时的频率称为增益临界频率 用符号 T表示 开环相移达到 的频率称为相位临界频率 用符号 K表示 19 假如环路是闭环稳定的 那么在开环相移达到 之前 开环增益已小于1 0dB 对于闭环稳定环路来说 必有 T K K处的增益值称为增益余量 T处的相位值称为相位余量 20 第三章小结 21 输入白高斯噪声电压 经环路前置带通滤波器BPF的作用 n t 为一个窄带白高斯噪声电压 22 有输入噪声时环路相位模型 与无噪声时相位模型相比 多了一个由噪声引起的项N t 称为等效加性噪声电压 23 环路噪声带宽BL 环路的单边噪声带宽 环路的单边噪声带宽的物理意义 24 输入 输出的比较 25 26 第四章小结 27 捕获过程与捕获特性 分析思路 建模 求解 物理解释 一 环路的捕获过程二 捕获过程的特性 28 图4 3二阶环的牵引模型 29 捕获过程的特性表现为4步 1 LF对差拍电压中的交流分量进行按比例衰减 同时对直流分量进行积分 2 当时 频率捕获过程 相位捕获过程 一阶环没有频率捕获过程 因为没有直流分量的积分环节 3 交流分量进行按比例衰减后 对VCO进行调频 锁定后控制电压的交流分量消失 为纯直流分量 4 当 一阶环与非理想二阶环不能锁定 理想二阶环经长时间的积分后可进入锁定 30 辅助捕获方法 借助于辅助电路而实现捕获的方法 目的 为了提高环路的综合性能 对环路自身设计时着重线性 跟踪 性能 而牺牲捕获性能 捕获性能的提高借助于辅助电路 辅助频率捕获的基本思路是1 减小作用到环路上的起始频差 使之尽快落入到快捕带之内 2 使用两种不同的环路带宽或增益 31 第五章小结 32 双平衡模拟相乘器 一 改进的双平衡模拟相乘器 当u1 t 为低电平 u2 t 为高电平时 具有正弦鉴相特性 33 鉴频一鉴相器 FPD 由数字比相电路与电流或电压泵电路组成 34 1 当R超前V时X 是一宽度等于两信号上升边时延差 t的正脉冲序列 2 当R滞后V时 X 是一宽度等于两信号上升边时延差 t的负脉冲序列 鉴相原理 在同频情况下 当R与V同处于低电平时 Xo等于0 输出处于 2 态 35 积分 施密特触发电路型压控振荡器 积分 施密特触发型压控振荡器原理图 1 电路组成电路由恒流源控制电路 IO 积分器 V1 V2 V3 VD1 VD2和CT 和施密特触发器组成 36 射极耦合多谐振荡型压控振荡器 1 原理电路组成V1 V2交叉耦合分别组成正反馈级 射极分别接有受电压Uc控制的恒流源I01和I02 外接定时电容CT 原理图及工作波形 37 数字门电路型压控振荡器 用数字门电路组成压控振荡器的形式很多 压控振荡器既可以用MOS CMOS门电路 也可以用TTL STTL LSTTL 等门电路来构成 本节只介绍用CMOS门电路构成的压控振荡器 一种用CMOS门电路构成的压控振荡器 38 NE一560方框图5 30 鉴相器由双平衡模拟相乘器组成 输入信号加在12 13端 内部各部件均已接好 当环路对输入信号锁定时电路可提供两种输出 一是与输入信号频率和压控振荡器之间的频差成比例的电压 即鉴频输出 二是与输入信号频率相同的压控振荡器方波输出 它包括鉴相器 压控振荡器 环路滤波器 限幅器和两个缓冲放大器 39 L562 SE562 1电路组成 1 鉴相器 2 环路滤波器 3 压控振荡器 4 若干级放大器 5 限幅器 40 图5 38SL565方框图 41 第六章小结 42 跟踪滤波器 跟踪滤波器 是一个带通滤波器 其中心频率能自动地跟踪输入信号载波频率的变化 由锁相环路工作原理知道 锁相环路本身就具有这样的性能 只是其输出信号的相位可能 取决于所用鉴相器的类型 与输入信号相位差90 而已 一 跟踪滤波器的概念二 跟踪特性三 频率特性 43 图6 2锁相环路跟踪特性的测量a 中心频率fo 100kHz 一 跟踪特性 44 图6 3跟踪滤波器的频率特性 45 图5 5 a 用NE一560组成锁相环跟踪滤波器的电路图 晶体的作用是稳定压控振荡器的自由振荡频率 46 47 图6 7AM信号的PLL同步解调 48 单环频率合成器的基本形式 锁定后鉴相器的两输入信号频率相等 则输出信号的频率为 若N变化1 则频率合成器的输出变化量 步进值 为 其中fr为参考频率 N为正整数 49 双模前置分频器PLL合成器 工作原理 1 N1 N2分别为减法计数器 N1 N2 2 N1 N2为各自的初值为 输出为高电平 计数到0时输出为低电平 3 前置双模分频器输入高电平 V 1分频 低电平V分频 4 N2计数器到0后 输出的低电平封锁输入 停止计数 为求输出的频率 要求出程序分频器一个完整的周期的计数值 50 多环频率合成器 图三环锁相频率合成器 51 小数分频PLL合成器 上部分 基本的单环频率合成器 增加了 1 一个脉冲删除电