第一章-锁相环路的基本工作原理.pptVIP

锁相技术PhaselockTechniques信息科学与工程学院通信教研室·施晓东

第一章锁相环路的基本工作原理锁定与跟踪的概念环路组成环路的动态方程一阶锁相环路的捕获、锁定与失锁

锁定与跟踪的概念??PDLFVCO??PLL

锁定与跟踪的概念相位关系的描述（固有频差、瞬时相差、瞬时频差）任何一个正弦信号（或余弦信号），都可以构造成一个唯一对应的复信号，从而以向量的方式在复平面上表示。其中：向量的模（长度）表示信号的最大幅度；向量与实轴之间的夹角表示信号的瞬时相位。?

锁定与跟踪的概念相位关系的描述?

预期车速瞬时车速瞬时位置锁定与跟踪的概念?参考相位

锁定与跟踪的概念失锁状态和锁定状态?

锁定与跟踪的概念捕获过程（捕获时间、捕获带）?

锁定与跟踪的概念捕获过程（捕获时间、捕获带）?

锁定与跟踪的概念锁定状态（同步状态）?输入信号为固定频率时的稳态频差与稳态相差?

锁定与跟踪的概念???将上式代入到输入信号表达式：???

锁定与跟踪的概念对比输入信号和输出信号的表达式，可以得出以下简单结论：在输入信号为固定频率信号的条件下，环路进入同步状态后，输出信号与输入信号之间频差为零，相差等于一个很小的常数（稳态相差）。即：??

锁定与跟踪的概念环路的基本性能要求环路有两种基本的工作状态：捕获过程和同步状态。??

锁定与跟踪的概念?

锁定与跟踪的概念区分捕获带与同步带捕获带与同步带是两个不同的概念，可以根据其测量原理来辨别这两个不同的概念；其中，捕获带和同步带的测量原理如下：?PDLFVCO??信号源示波器频率计

锁定与跟踪的概念???????PDLFVCO??信号源示波器频率计

环路组成鉴相器（PD，PhaseDetection）?PDLFVCO????PLL图：锁相环路的基本组成

环路组成????????????????

环路组成正弦鉴相器正弦鉴相器由模拟乘法器和低通滤波器构成，其结构如下图所示：LPF????????

环路组成低通滤波器输出??正弦鉴相器的数学模型????????

环路组成环路滤波器（LF，LoopFilter）环路滤波器具有低通特性，但除此之外还对环路参数调整起着决定性的作用。常用的环路滤波器有：RC积分滤波器、无源比例积分滤波器和有源比例积分滤波器。RC积分滤波器?????????????????

环路组成无源比例积分滤波器????????????????????????

环路组成（理想）有源比例积分滤波器?????????如果运放增益A很大，则有：??????????????式中的负号表示滤波器输出和输入电压之间相位相反。假如环路原来工作在鉴相器的正斜率处，那么加入有源比例积分滤波器后就自动地工作到鉴相器的负斜率处，其负号与有源比例积分滤波器的负号相抵消。

环路组成压控振荡器（VCO，VoltageControlOscillation）???????图：压控振荡器的控制特性??即：??或

环路组成环路相位模型图：锁相环路的相位模型???????????对于环路当中的每一个单元，只关心该单元对信号的相位产生了什么样的影响。这样就得到了各个单元的相位模型。?

环路组成?

环路的动态方程统一相位参考输入信号：????输出信号：??

环路的动态方程建立环路方程????????????????

环路的动态方程环路方程的含义???控制频差??

环路的动态方程相关结论环路工作过程?其中，在输入信号为固定频率的情况下，固有频差在环路整个工作过程中为一个常数。起始时刻：瞬时频差最大，控制频差等于零；捕获过程：控制频差逐渐加大，瞬时频差逐渐减小；同步状态：控制频差等于固有频差，瞬时频差等于零。稳态相差与稳态频差（输入为固定频率信号）稳态频差：即环路在锁定状态下的瞬时频差，等于零；稳态相差：固定值

环路的动态方程??锁相环路的阶数???稳态相差

环路的动态方程??

环路的动态方程稳态相差：??

环路的动态方程???或??

一阶环路的捕获、锁定与失锁??

一阶环路的捕获、锁定与失锁锁相环路的图解法（相图法）???

一阶环路的捕获、锁定与失锁??

一阶环路的捕获、锁定与失锁??

一阶环路的捕获、锁定与失锁??

一阶环路的捕获、锁定与失锁结论：一阶环的捕获过程没有周期跳跃，锁定过程是渐进的（而不是跳跃的），且捕获时间的长短与初始状态有关。锁相环路的延滞现象若环路的起始状态处于不稳定平衡点B，环路自身并没有能力摆脱该状态，只有靠外力（噪声或人为扰动）才能使环路偏离该状态而进