锁相技术第1章.ppt

第一章 锁相环路的基本工作原理 本章主要内容： 锁相环路的一些基本概念的建立 锁相环路的数学模型和动态方程的确立 一阶锁相环路的分析  §1.1锁定与跟踪的概念 锁相环路(PLL)是一个相位跟踪系统,方框图表示如下。 一、相位关系 在虚轴上的投影来表示 在实轴上的投影来表示（如图） 固有频差：为输入信号角频率与环路自由振荡 角频率之差，称为环路的固有频差。 环路的瞬时相位差：（矢量表示方法如图所示） 二、捕获过程 概念：从输入信号加到锁相环路的输入端开始,一直到环路达到锁定的全过程,称为捕获过程。 三、锁定状态 环路锁定状态（同步状态）的条件： 输出信号表达式为： 四、环路的基本性能要求 评价环路跟踪性能指标： §1.2 环路组成及模型建立 一、鉴相器 乘法器输出信号为： 鉴相器的数学模型可以表示为： 二、环路滤波器 2. 无源比例积分滤波器 3、 有源比例积分滤波器 三、压控振荡器 压控振荡器输出信号的瞬时相位为： 四、环路相位模型 §1.3 环路的动态方程 根据环路相位模型可以得到： 锁相环路动态方程的物理概念解释： 这样动态方程就可以写成： 环路动态方程的阶数： 《 锁相技术》 第1章 锁相环路的基本工作原理 设输入信号为： 载波角频率 相对与 的瞬时相位 1.当 =常数时， 是初相， 是载波。 2.当 是t 的函数时， 是角度调制信号（调频或调相）。 PLL内部VCO的自由振荡角频率 锁相环路中，输入信号 对环路的作用是在它的瞬时相位 的作用下，改变输出信号 的瞬时相位 ，所以对于锁相环路来说，更关心的是它的输入和输出信号的相位关系。 设输出信号为： 是在输入信号控制下，相对于 的瞬时相位，是时间 t 的函数。 由于 和 的参考点不同， 对输入信号的瞬时相位做如下变换。 锁相环路的“固有频差” 从图上可以得到两个信号的瞬时相位之差 输入信号的瞬时相位为： 以 为参考的输入信号的瞬时相位 输出信号的瞬时相位为： 以 为参考的输出信号的瞬时相位 环路瞬时频差： 输入信号的瞬时角频率 输出信号的瞬时角频率 结论： 当 时， 、 相对旋转， 随时 间的增长逐渐增大，锁相环路处于非锁定状态（失锁状态）。 当 时， 、 相对位置不变， 固定，而且数值很小，锁相环路处于锁定状态（同步状态）。如上页矢量图所示 数值很小的量，但不为零 数值很小的量，但不为零 捕获过程中： 瞬时相差 瞬时频差 这一过程所用的时间为捕获时间 捕获过程中瞬时相差与瞬时频差的典型时间图分析 ． 特例：环路输入固定频率信号时的分析 设输入信号为： 输出信号为： 常数 载波 则有： 进入同步状态后： 结论：锁相环路进入同步状态后， 和 频率相同，相位相差 ，输出信号锁定在输入信号上。 即： =常数； =0 1.捕获带 ： 环路能通过捕获过程而进入同步 状态所允许的最大固有频差。 评价捕获性能指标： 2.捕获时间 ： 环路由起始时刻 t0 到进入同步状态的时刻 ta 之间的时间间隔。 和环路的参数、起始状态有关， 越大， 越长。 1、稳态相差 ： 环路锁定之后的瞬时相差。 是个固定值，反映了环路跟踪精度，是一项重要指标。 锁相环路能够保持锁定状态所允许的最大固有频差。 2、同步带 ： 、 、 之间的关系： 锁相环路的基本构成： 鉴相器（ ） 环路滤波器（ ） 压控振荡器（ ） 功能：相位