基于Matlab的锁相环性能分析2

1、锁相与频率合成锁相与频率合成题目：基于matlab的锁相环性能分析 院（系） 信息科学与工程学院 专 业 通信工程 届 别 班 级 一 学 号 姓 名 任课老师 目 录摘 要 1一、课题背景 1二、锁相环仿真 1（一）锁定性能 11一阶锁相环 1 2. 二阶锁相环 23一阶锁相环与二阶锁相环的比较 3（二）环路性能 41鉴相器的输出 42低通滤波器的输出 5 3压控振荡器的输出 5（三）稳定性能 5结 论 6参考文献 7 基于matlab的锁相环性能分析摘要锁相环（Phase Locked Loop）的输出信号能够自动跟踪输入信号的频率和相位变化，它具有独特的窄带跟踪性能，既能跟踪输入信号，又

2、能对输入噪声进行窄带滤波。在通信和数字系统中可以作为时钟恢复电路应用；在电视和无线通信系统中可以用作频率合成器来选择不同的频道；PLL还可应用于频率调制信号的解调。分析了锁相环的数学模型，详细描述了锁相环的整体电路以及鉴相器、环路滤波器、压控振荡器等电路模块。并以此为出发点对锁相环的锁定性能、及稳定性能、等各种性能进行了分析。在分析和设计的同时，也采用Matlab软件对锁相环电路进行了仿真。首先分析了一阶锁相环和二阶锁相环的锁定性能，并进行了比较。其次分析了阻尼系数对环路稳定性能的影响。关键词 锁相环路 matlab 性能比较 仿真 1、 课题背景 锁相环路是一门实现相位自动控制的技术它在无线

3、电领域中广泛应用是基于它的两个突出特点；一是窄带滤波特性，二是宽带跟踪特性这在远距离接收极其微弱信号时显示了极大的优越性，尤其是窄带虑波对淹没在噪声中的有用信号的提纯具有更大的应用价值随着集成电路技术的发展锁相环路再不限于航天技术中的应用而是逐渐变成了一种成本低、使用简便的多功能器件，至今对民品技术领域的开发已渐露头角在现代集成电路中，锁相环是一种广泛应用于模拟、数字及数模混合电路系统中的非常重要的电路模块。在通信和数字系统中可以作为时钟恢复电路应用；在电视和无线通信系统中可以用作频率合成器来选择不同的频道；PLL还可应用于频率调制信号的解调。总之，PLL已经成为许多电子系统的核心部分。因此，

4、研究锁相环具有重要意义。2、 锁相环仿真（一）锁定性能 1.一阶锁相环 一阶锁相环来说，F（s）=1，即没有低通滤波器。当输入相位发生阶跃变化时，如图1所示。，建立时间t1=1.58。，建立时间t2=0.4当增益增大时，建立时间较短。图1一阶锁相环的传输函数的时域响应当输入相位发生阶跃变化时，如图2所示。，建立时间t3=1.59。，建立时间t4=0.37。当增益增大时，建立时间较短。图2一阶锁相环误差传输函数的时域响应2.二阶锁相环对于二阶锁相环来说，它的环路滤波器是一阶低通滤波器。当输入相位发生阶跃变化时，如图3所示。，出现波峰时间t5=0.49，波峰值为1.208，建立时间t6=2.24。

5、，出现波峰时间，波峰值为1.083，建立时间。 图3二阶锁相环传输函数的时域响应当输入相位发生阶跃变化时，如图4所示。当增益增大时，建立时间较短，振荡较小。，出现波谷时间t9=0.5，波谷值为-0.2，建立时间t10=2.23。，出现波谷时间t11=0.2，波谷值为-0.2，建立时间t12=2.07。图4二阶锁相环误差传输函数的时域响应3.一阶锁相环与二阶锁相环的比较图5锁相环传输函数图6误差传输函数从图5，图6可知，一阶锁相环稳定下来的时间较短，振荡较小。但是在实际应用中很少用到，因为它没有环路滤波器，环路高频成分不能被滤除，还有一点是它的稳态相位误差和环路带宽总是耦合在一起。（二）环路性能

6、1.鉴相器的输出当输入信号的相位发生阶跃变化时，鉴相器的输出响应曲线如图9所示。相位误差响应如图10所示。 图9鉴相器输出响应 图10相位误差响应当输入信号的相位发生阶跃时，即存在相位误差时，从图9可知，随着时间的增大，先增大后减小最后趋于0，也就是锁相环锁定。其中达到峰值的时间为0.1，趋于稳定的时间为1.91。图10为相位误差响应，变化与一致，为鉴相器的输入。由公式可知，当出现相位差时，引起变化。2.低通滤波器的输出从图11可知，低通滤波器的输出增加，即为压控振荡器的输入。幅值随着时间先增大后减小，并趋于稳定。稳定时间为1.89。3.压控振荡器的输出从图12可看出当输入信号发生阶跃变化时，

7、环路滤波器的输出逐渐升高，从而导致压控振荡器的频率发生变化来减少环路滤波器的相位误差。压控振荡器起的是积分器得作用，并且斜率为1。图11 低通滤波器输出 图12 压控振荡器输出响应（3） 稳定性能实际工作时，锁相环路受到各种各样的干扰，使环路呈现不稳定，脱离原来的平衡。固有振荡频率保持不变，不同阻尼系数的响应曲线如图13，14，15所示。 图13 和的时域响应曲线图14 和的时域响应曲线图15 和的时域响应曲线通过响应曲线的比较，当时，响应的曲线表现出剧烈的减幅振荡，并且稳定下来的时间也较长。当时，振荡变小，稳定的时间也变小。当时，振荡变小，但是稳定的时间变长，环路的响应速度降低。综上所述，是

8、锁相环的常取值。结 论通过使用Matlab进行了仿真，结果分析了一阶锁相环与二阶锁相环的差异，阻尼系数对稳定性能的影响。目前锁相环技术在通信中早已成熟，随着科技的发展，目前的锁相环都是基于半导体工艺的集成电路。对于未来而言，用锁相环的集成化设计减小相应噪声、提高锁相环的频率预测精度、硬件系统的运算速率以及降低干扰也是其研究的一个重要方向。运用Matlab进行了仿真，总结以下：1. 在对基本原理和电路结构确定的基础上，将锁相环的整体电路进行层次化分解，即鉴相器、低通滤波器、压控振荡器，并对各个模块的工作原理和性能进行了比较详细的分析。2. 用Matlab软件对设计的锁相环电路进行了模拟仿真，分析了锁相环的锁定性能，环路性能，稳定性能。参考文献郑继