頻率控制電路8-3-1pll基本工作原理8-3-2pll基本組成電路分析8-3-6

1、§8-3 鎖相環(huán)路,學(xué)習(xí)要點(diǎn)：PLL的基本工作原理 PLL的捕捉與跟蹤過程鎖相環(huán)路的基本特性,自動(dòng)增益、頻率控制電路,8-3-1 PLL基本工作原理,8-3-2 PLL基本組成電路分析,8-3-6 集成鎖相環(huán),8-3-3 PLL鎖相模型,8-3-4 PLL的捕捉與跟蹤過程,8-3-5 PLL的基本特性,8-3-7 鎖相環(huán)的應(yīng)用,,,8-3-1 PLL基本工作原理,,,——通過相位自動(dòng)控制來精確的實(shí)

2、現(xiàn)頻率自動(dòng)控制 AFC系統(tǒng)的缺點(diǎn)——存在固有頻率誤差，達(dá)不到所需頻率精度 PLL系統(tǒng)（鎖相環(huán)路）——通過控制相位來控制頻率。利用相位 反饋控制技術(shù)，只存在剩余相位差， 消除了剩余頻差，即通過相位自動(dòng)控

3、 制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)精確的頻率自動(dòng)控制。,鎖相環(huán)路（PLL）組成框圖如圖所示：,,,包括三個(gè)主要的部分：1)鑒相器（PD）； 2)環(huán)路濾波器（LF）； 3)壓控振蕩器（VCO）。,,工作原理——鎖相環(huán)是利用兩

4、個(gè)信號(hào)之間的相位誤差來控制壓 控振蕩器輸出信號(hào)的頻率，最終使兩個(gè)信號(hào)之間 的相位差保持恒定，從而達(dá)到使兩個(gè)信號(hào)頻率相 等的目的。,失鎖狀態(tài)——鎖相環(huán)路中，如果壓控振蕩器的角頻率?o與輸 入信號(hào)角頻率ωi不相同時(shí)，則稱鎖相環(huán)路處于

5、 失鎖狀態(tài),此時(shí)輸入到鑒相器的電壓ui(t)和uo(t)之間相位差變動(dòng),并輸出一與相位差成比例的誤差電壓uD(t) →該電壓經(jīng)環(huán)路濾波器（實(shí)際為低通濾波器）取出直流或低頻分量uC(t)作為控制電壓（uC(t)隨相位差而變化）加到壓控振蕩器上→壓控振蕩器頻率不斷改變→ui(t)和uo(t)之間的相位差減小，最終二者相位被“鎖定”且頻率相等，此時(shí)我們稱環(huán)路處于鎖定狀態(tài)。,,捕捉過程——鎖相環(huán)路剛開始處于失鎖狀態(tài)

6、．由失鎖→鎖定的 過程稱為。跟蹤過程——當(dāng)環(huán)路鎖定后，由于某種原因引起ωi與?o發(fā)生變 化時(shí)（只要變化不很大），環(huán)路通過自身的調(diào)節(jié) 作用，可使?o跟蹤ωi而變化，從而維持環(huán)路的鎖 定。捕捉與跟蹤是鎖相環(huán)路的兩種不同的自動(dòng)調(diào)節(jié)過程。,,,,,,

7、,,,,,,,,——鎖相環(huán)路的性能主要取決于鑒相器、壓控振蕩器和環(huán)路 濾波器三個(gè)基本組成部分,,8-3-2 PLL基本組成分析,設(shè)環(huán)路輸入?yún)⒖夹盘?hào)電壓為 ui(t)=Uimsinωi t 壓控振蕩器的輸出電壓為 uo(t)=Uomcos[ωr t+φo(t)]

8、輸入、輸出信號(hào)間的瞬時(shí)相差為 φe(t)＝[ωrt+φi(t)]－[ωrt+φo(t)]= φi(t)－φo(t),鑒相器將此相位差轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓，然后再利用該電壓去控制壓控振蕩器。,1. 鑒相器,,,鑒相器的電路很多。當(dāng)采用模擬乘法器作鑒相器時(shí)，其輸出為,uD(t)=KmUimUomsin[2ωrt+φi(t)+φo(t)]+KmUimUomsin[φi(t)－φo(t)]　　　　 討論：

9、1）第一項(xiàng)為高頻分量，被環(huán)路濾波器所濾除。 2）第二項(xiàng)為鑒相器的輸出電壓 uD(t)= KmUimUomsin[φi(t)－φo(t)]　 令：　 Kd=KmUimUom ——鑒相靈敏度，表示鑒相器的最大輸出 電壓

10、 又已知　　 φe(t)＝φi(t)－φo(t)所以上式可化為 uD(t)= Kdsinφe(t),2. 環(huán)路濾波器 ——濾除鑒相器輸出電壓中的高頻分量，起平滑濾波的作用， 提高環(huán)路的穩(wěn)定性,環(huán)路濾波器分類——1）簡(jiǎn)單RC積分濾波器； 2）無源RC比例積

11、分濾波器； 3）有源比例積分濾波器，,,,3. 壓控振蕩器 ——是一種瞬時(shí)振蕩角頻率受控制電壓uC(t)控制的振蕩器， 也就是一種電壓—頻率變換器。VCO特性曲線——振蕩角頻率隨控制電壓uC(t)變化的曲線。一般 為非線性曲線， 壓控振蕩器的控制

12、特性及其電 路模型如圖所示。,,,,,,鎖相環(huán)路的相位模型如下圖所示。它明確地表示了鎖相環(huán)路的相位反饋調(diào)節(jié)關(guān)系,8-3-3 PLL相位模型,8-3-4 PLL的捕捉與跟蹤過程,1. 捕捉過程 ——是鎖相環(huán)路由起始的失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)的過程。 捕捉帶（ΔωP）——能夠由失鎖進(jìn)入鎖定所允許的輸入信號(hào)角頻

13、 率ωi偏離?r的最大值|Δωi|(最大固有角頻 差) 捕捉時(shí)間（τP）——捕捉過程所需要的時(shí)間。 當(dāng)未加ui(t)時(shí)，VCO上沒有控制電壓，振蕩角頻率為?r。 當(dāng)加入恒定ωi的輸入時(shí)→產(chǎn)生固有角頻差Δωi= ωi-?r，同時(shí)形 成瞬時(shí)相差φe(t) =

14、 =Δωi t→鑒相器輸出誤差電壓 uD(t) = KdsinΔωi t。 顯然，uD(t)是頻率為Δωi的差拍電壓。,,(1) Δωi較小：這時(shí)由于Δωi在環(huán)路濾波器的通頻帶內(nèi)，uD(t)的 基波分量能夠順利通過環(huán)路濾波器加到VCO 上，控制VCO的振蕩頻率向輸入信號(hào)頻率的

15、方向 偏移，直到?o=ωi，環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)。(2) Δωi較大：這時(shí)Δωi超出環(huán)路濾波器的通頻帶，但仍在捕捉 頻帶內(nèi)。這時(shí)uD(t)通過環(huán)路濾波器有較大衰減， 使控制電壓uC(t)很小， ?o(t)不能立即變化到ωi。

16、經(jīng)過多個(gè)差拍(ωi-?o)周期，VCO振蕩頻率?o(t)的 平均值逐步靠近ωi，最終?o(t) =ωi，環(huán)路鎖定。 頻率牽引：通常將?o(t)的平均值逐步靠近ωi的現(xiàn)象。它是 使捕捉時(shí)間變長的主要原因。(3) Δωi很大：Δωi遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于環(huán)路濾波器的通頻帶和捕捉頻帶。

17、 這時(shí)鑒相器輸出的電壓uD(t)不能通過環(huán)路濾波 器，濾波器的輸出為零或保持不變，VCO的輸出 頻率也保持不變，環(huán)路處于失鎖狀態(tài)。,,2. 跟蹤過程 跟蹤過程——已鎖定的環(huán)路，若ωi（或?o）發(fā)生變化時(shí)，則 VCO振蕩角頻率?o跟蹤ωi而變化，維持?o

18、=ωi 的鎖定狀態(tài)，這個(gè)過程就是跟蹤過程。 跟蹤帶（ΔωH）——維持環(huán)路鎖定所允許的最大固有角頻差 |Δωi|稱為鎖相環(huán)路的同步帶或跟蹤帶。 跟蹤的基本原理與捕捉類似，跟蹤范圍也是有限的，它取決 于環(huán)路的控制

19、頻差。 捕捉帶小于跟蹤帶——因?yàn)樵诓蹲竭^程中，由于環(huán)路濾波器的 存在，當(dāng)固有角頻差|Δωi|較大時(shí)，誤 差電壓uD(t)將受到較大衰減，此時(shí)環(huán)路

20、 的控制能力較差。,8-3-5 PLL的基本特性,1. 鎖定特性2. 跟蹤特性3. 窄帶濾波特性,特點(diǎn)——成本降低，可靠性提高，使用方便，應(yīng)用廣泛。分類——按電路組成分1）模擬鎖相環(huán)路：本組成部件以模擬電 路為主

21、 2）數(shù)字鎖相環(huán)路：本組成部件以數(shù)字電 路為主 按按其用途分1）通用型：通常使用的皆屬通用型 2）專用型：用于調(diào)頻立體聲解碼電路及電

22、 視機(jī)中的正交色差信號(hào)同步檢 波環(huán)路等專用場(chǎng)合的鎖相環(huán)路 屬于專用型。,8-3-6 集成鎖相環(huán),8-3-7