射频通信电路08(2007)

射频电路

第八章 锁相与频率合成技术锁相环的基本原理 锁相环路的实现 跟踪、 跟踪、捕捉特性 频率合成器

射频电路

第八章 内容目录8.1 锁相环的基本组成与原理 锁相环的组成及数学模型、 锁相环的组成及数学模型、环路的基本方程 8.2 锁相环的跟踪特性 静态特性、 静态特性、跟踪特性 8.3 捕捉性能8.4 *锁相环的噪声 8.5 *锁相环的稳定性

8.6 锁相环路的实现 鉴相器、集成锁相环产品举例、 鉴相器、集成锁相环产品举例、锁相环设计 8.7 频率合成器 整数分频频率合成器、分数频率合成器、 整数分频频率合成器、分数频率合成器、DDS2010-9-27 Information&Communication Engineering Dept. XJTU 2

射频电路

81 锁相环的基本组成与原理一、反馈控制电路

xi目的： 目的：

反 控 器 馈 制

xe

对象

xo

使输出量随输入量的变化而变化。输入量不变时， 使输出量随输入量的变化而变化。输入量不变时， 抑制其它因素变化所引起的变化。 抑制其它因素变化所引起的变化。

特点： 特点：(1) 输出与输入之差为系统控制动作的起源。 输出与输入之差为系统控制动作的起源。 (2) 负反馈以减小误差 (3) 对外部干扰和内部参数变化的影响具有抑制作用 (4) 有利于减小系统的非线性失真2010-9-27 Information&Communication Engineering Dept. XJTU 3

射频电路

81 锁相环的基本组成与原理性能： 性能：稳定性： ↑ 误差↓ 系统收敛。 稳定性： t↑ 系统作用 >误差↓。系统收敛。 误差 快速性：在尽量短的时间内消除误差。 快速性：在尽量短的时间内消除误差。 准确性：使剩余误差尽量小。 准确性：使剩余误差尽量小。

二、控制系统与信号处理电路对于同一个电路， 对于同一个电路，从信号处理角度来讨论的输入输出 及处理电路，于从控制角度所讨论的输入输出及处 及处理电路， 理电路是两个完全不同的概念： 理电路是两个完全不同的概念： 信号处理：对输入信号处理以得到有用的信息输出 信号处理：对输入信号处理以得到有用的信息输出 对输入信号处理以得到有用的信息输出; 反馈控制：对信号处理电路的某些参量进行控制 反馈控制：对信号处理电路的某些参量进行控制，使 对信号处理电路的某些参量进行控制， 信号处理电路的参数或指标符合我们的要求。 信号处理电路的参数或指标符合我们的要求。2010-9-27 Information&Communication Engineering Dept. XJTU 4

射频电路

81 锁相环的基本组成与原理锁相环的组成

vi(t) φi(t)

鉴相器 PD

环路滤波器 LPF 压控振荡器 VCO

φo(t)vo(t)

锁相环是一种相位负反馈技术， 锁相环是一种相位负反馈技术，通过比较输入信号与 相位负反馈技术 压控振荡器的输出信号的相位， 压控振荡器的

输出信号的相位，取出与这两个信号的相 位差成正比的电压作为误差电压来控制振荡器的频率， 位差成正比的电压作为误差电压来控制振荡器的频率， 达到使其与输入信号频率相等的目的。 达到使其与输入信号频率相等的目的。2010-9-27 Information&Communication Engineering Dept. XJTU 5

射频电路

81 锁相环的基本组成与原理三、锁相环的组成及数学模型1、鉴相器—检测出两个输入电压之间的瞬时相位差， 、 检测出两个输入电压之间的瞬时相位差， 检测出两个输入电压之间的瞬时相位差并产生相应的输出电压vd(t)。 并产生相应的输出电压 。 输入信号电压v 输入信号电压 i(t) vi (t ) = Vim sin ωi tvi(t) i (t)

e(t)

Ad sin

vd(t)

= Vim sin[ωr t + (ωi ωr )t ] = Vim sin[ωr t + i (t )] 其中 i (t ) = (ωi ωr )t 输出信号电压v 输出信号电压 o(t) vo (t ) = Vom cos ωo t其中2010-9-27

vo(t) o(t)

输入相位

= Vom cos[ωr t + (ωo ωr )t ] = Vom cos[ωr t + o (t )]

o (t ) = (ωo ωr )t

输出相位6

Information&Communication Engineering Dept. XJTU

射频电路

81 锁相环的基本组成与原理输入固有角频差： 输入固有角频差：输入信号频率偏离VCO自由振荡频率 的值。 的值。 ωi = ωi ωr = di dt 控制角频差：受控 控制角频差：受控VCO的频率与其自由振荡频率之间的 的频率与其自由振荡频率之间的 差值。 差值。 ωo = ωo ωr = do dt 瞬时角频差：受控 瞬时角频差：受控VCO的瞬时频率与输入信号频率之间 的瞬时频率与输入信号频率之间 的差值。 的差值。 ωe = ωi ωo = de dt其中 e (t ) = i o = (ωi ωo )t 显然 ωe=ωi-ωo2010-9-27 Information&Communication Engineering Dept. XJTU 7

误差相位

射频电路

81 锁相环的基本组成与原理理想鉴相器应该产生一个与输入信号相位差成正比的控制 其中A 为鉴相灵敏度。 电压信号 vd (t ) = Ad e (t ) ,其中 d为鉴相灵敏度。 实际中经常使用模拟乘法器鉴相器， 实际中经常使用模拟乘法器鉴相器，它并不满足线性关 模拟乘法器鉴相器 而是一个正弦鉴相环节： 系，而是一个正弦鉴相环节： vd (t ) = Ad sin e (t ) = Ad sin(ωi ωo )t 正弦鉴相可以近似为线性。 当 e ≤ π 6 时，正弦鉴相可以近似为线性。 由于乘法器鉴相器的特性是非线性的， 由于乘法器鉴相器的特性是非线性的，由此导致整个环 路的特性为非线性的。 路的特性为非线性的。

2010-9-27

Information&Communication Engineering Dept. XJTU

射频电路

81 锁相环的基本组成与原理2、环路滤波器(Loop Lowpass Filter) 、环路滤波器( 目的： 目的：滤除鉴相器输出电压信号中的无用组合频率 分量和其他干扰分量，改善控制电压频谱纯度， 分量和其他干扰分量，改善控制电压频谱纯度， 提高系统稳定性； 提高系

统稳定性； 方式：采用低通滤波器取出鉴相器输出的平均分量。 低通滤波器取出鉴相器输出的平均分量 方式：采用低通滤波器取出鉴相器输出的平均分量。 效果：通过使用不同的电路， 效果：通过使用不同的电路，可选择不同的滤波频 率特性A 率特性 F(p),从而对环路的动态性能和稳定性产 ， 生影响。 生影响。vd(t) vc(t)

AF (p)

2010-9-27

Information&Communication Engineering Dept. XJTU

射频电路

81 锁相环的基本组成与原理常用的环路滤波器有如下几种形式： 常用的环路滤波器有如下几种形式：(a) 简单RC滤波器 简单 滤波器Vc ( s ) 1 sC 1 AF ( s ) = = = Vd ( s ) R + 1 sC 1 + sτ

τ = RC(b)无源比例积分滤波器 无源比例积分滤波器R2 + 1 sC 1 + sτ 2 AF ( s) = = R1 + R2 + 1 sC 1 + s(τ 1 + τ 2 )

τ 1 = R1C , τ 2 = R2C2010-9-27 Information&Communication Engineering Dept. XJTU 10

射频电路

81 锁相环的基本组成与原理(c)有源比例积分滤波器 有源比例积分滤波器AF ( s ) = R2 + 1 sC 1 + sτ 2 = R1 sτ 1

τ 1 = R1C , τ 2 = R2C环路滤波器的主要指标：带宽、直流增益和高频增益。 环路滤波器的主要指标：带宽、直流增益和高频增益。 简单RC滤波器：直流增益为 ，高频增益为0; 简单 滤波器：直流增益为1,高频增益为 ； 滤波器 无源比例积分器：直流增益为 ，高频增益趋于τ 无源比例积分器：直 …… 此处隐藏：3492字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……