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1、笫笫7章章 锁相环路锁相环路 一、锁相环路的基本概念一、锁相环路的基本概念u反馈控制电路反馈控制电路概概概概 述述述述 uu PLLPLL各部件的特性与数学模各部件的特性与数学模各部件的特性与数学模各部件的特性与数学模型型型型二、二、PLL的线性分析的线性分析uuP L L P L L 的线性模型与传递函数的线性模型与传递函数的线性模型与传递函数的线性模型与传递函数uuP L L P L L 的稳态相差的稳态相差的稳态相差的稳态相差uPLL的稳定性（的稳定性（*）三、三、PLL的非线性分析的非线性分析uu一阶环路的非线性分析一阶环路的非线性分析一阶环路的非线性分析一阶环路的非线性分析 uu二阶
2、环路的非线性分析二阶环路的非线性分析二阶环路的非线性分析二阶环路的非线性分析四、四、四、四、集成锁相环介绍集成锁相环介绍PLL电路实例与应用举例电路实例与应用举例uuPLLPLL基本原理基本原理基本原理基本原理uuPLLPLL的环路方程与相位模型的环路方程与相位模型的环路方程与相位模型的环路方程与相位模型uuP L L P L L 的跟踪特性的跟踪特性的跟踪特性的跟踪特性uuP L L P L L 的频率特性的频率特性的频率特性的频率特性uPLL的噪声特性（的噪声特性（*）2001年9月-12月1 一、锁相环路的基本概念一、锁相环路的基本概念1、锁相环路是一种相位反馈控制系统。、锁相环路是一种
3、相位反馈控制系统。比较器比较器比较器比较器可控设备可控设备可控设备可控设备反馈环节反馈环节反馈环节反馈环节r(t)r(t)e(t)e(t)y(t)y(t)uu反馈控制系统原理框图如下：反馈控制系统原理框图如下：反馈控制系统原理框图如下：反馈控制系统原理框图如下：u反馈控制电路的特点反馈控制电路的特点n自动调节系统。若反馈控制电路的输入、输出量之间的关系偏自动调节系统。若反馈控制电路的输入、输出量之间的关系偏离了预定的关系式，通过比较器，检测并输出相应的误差电压，离了预定的关系式，通过比较器，检测并输出相应的误差电压，该电压去控制可控设备对输出量进行调节，最后使输入、输出该电压去控制可控设备对输
4、出量进行调节，最后使输入、输出量之间接近预定的关系量之间接近预定的关系 改善系统性能。改善系统性能。n 反馈控制电路是依靠误差进行调节的，一般都存在稳态误差，反馈控制电路是依靠误差进行调节的，一般都存在稳态误差，是一种有误差的控制电路。是一种有误差的控制电路。2001年9月-12月21 1、AGCAGC（自动增益制）（自动增益制）反馈控制电路反馈控制电路反馈控制电路反馈控制电路需调节量需调节量需调节量需调节量可控设备可控设备可控设备可控设备比较器比较器比较器比较器稳态误差稳态误差稳态误差稳态误差电压或电压或电压或电压或电流电流电流电流u根据需要比较和调节的参量不同，反馈控制电路分以下几类：根据
5、需要比较和调节的参量不同，反馈控制电路分以下几类：检波器检波器检波器检波器可控增益可控增益可控增益可控增益放大器放大器放大器放大器电压或电压或电压或电压或电流差电流差电流差电流差2 2、AFCAFC（自动频率控制）（自动频率控制）频率频率频率频率鉴频器鉴频器鉴频器鉴频器压控振荡器压控振荡器压控振荡器压控振荡器（VCOVCO）频差频差频差频差3 3、PLLPLL(Phase Locked Loop）相位相位相位相位鉴相器鉴相器鉴相器鉴相器压控振荡器压控振荡器压控振荡器压控振荡器（VCOVCO）相差（无相差（无相差（无相差（无频差）频差）频差）频差）n nPLLPLL广泛用于滤波、频率综合、调制与
6、解调、信号检测等方面。广泛用于滤波、频率综合、调制与解调、信号检测等方面。广泛用于滤波、频率综合、调制与解调、信号检测等方面。广泛用于滤波、频率综合、调制与解调、信号检测等方面。思考：与反馈放大器有何、异同？思考：与反馈放大器有何、异同？思考：与反馈放大器有何、异同？思考：与反馈放大器有何、异同？2001年9月-12月32 2、PLLPLL组成方框图及基本工作原理：组成方框图及基本工作原理：组成方框图及基本工作原理：组成方框图及基本工作原理：（1）三个基本部件组成：）三个基本部件组成：鉴相器，环路滤波器和压控振荡器鉴相器，环路滤波器和压控振荡器。（2）基本工作原理：）基本工作原理：n 鉴相器比
7、较压控振荡器输出信号鉴相器比较压控振荡器输出信号 与输入信号与输入信号 的相位，并输出正比于相位差的误差电压的相位，并输出正比于相位差的误差电压 。 经环路滤波器滤波（也可能包括放大），滤除高频分经环路滤波器滤波（也可能包括放大），滤除高频分 量后，成为压控振荡器的控制电压量后，成为压控振荡器的控制电压 。 在在 的作用下，压控振荡器输出信号的频率将不断变化的作用下，压控振荡器输出信号的频率将不断变化（向输入信号频率靠拢）并将相位反馈到鉴相器。直至（向输入信号频率靠拢）并将相位反馈到鉴相器。直至环路进入环路进入锁定状态：锁定状态： VCO的输出频率等于的输出频率等于Vi(t)的频率。鉴相器输出
8、一恒的频率。鉴相器输出一恒定直流电压。定直流电压。 2001年9月-12月4uuPLLPLL的工作状态的工作状态的工作状态的工作状态 (2)锁定状态锁定状态VCO跟踪输入信号频率与相位的漂移或调制跟踪输入信号频率与相位的漂移或调制 变化的过程。（同步带内）变化的过程。（同步带内） 当当PLL达到稳定状态后，若输入信号为一固定频率的正弦达到稳定状态后，若输入信号为一固定频率的正弦波，则压控振荡器的输出信号频率与输入信号频率相等，它波，则压控振荡器的输出信号频率与输入信号频率相等，它们之间的相位差为一常值。们之间的相位差为一常值。 锁相环路具有两种工作状态：锁相环路具有两种工作状态：(1)捕获状态
9、捕获状态环路由失锁进入锁定的过程；环路由失锁进入锁定的过程；锁定状态的特点：只有稳态相差，无频差。锁定状态的特点：只有稳态相差，无频差。当系统开始工作时，压控振荡器的频率将向着接近输入信当系统开始工作时，压控振荡器的频率将向着接近输入信号频率的方向变化，这就是捕获状态。（捕捉带内）号频率的方向变化，这就是捕获状态。（捕捉带内）2001年9月-12月5n锁相环通常有两种不同的跟踪状态：锁相环通常有两种不同的跟踪状态：调制跟踪与载波跟踪。调制跟踪与载波跟踪。 压控振荡器的输出信号压控振荡器的输出信号跟踪输入的调制信号变化跟踪输入的调制信号变化（环路带（环路带宽宽 较宽）。这种状态就是调制跟踪状态，
10、并称这种锁相环路较宽）。这种状态就是调制跟踪状态，并称这种锁相环路为为“调制跟踪环调制跟踪环”。n 调制跟踪环可实现高质量的调角信号的解调。调制跟踪环可实现高质量的调角信号的解调。n 压控振荡器的输出信号频率压控振荡器的输出信号频率只跟踪输入信号的载频只跟踪输入信号的载频，那，那么么 就称之为载波跟踪状态，这叫就称之为载波跟踪状态，这叫载波跟踪环载波跟踪环，或称，或称“窄带窄带跟踪环跟踪环”。uPLL的工作状态（续）的工作状态（续）n载波跟踪环用于相干解调中提取载波。载波跟踪环用于相干解调中提取载波。2001年9月-12月6 常用的鉴相器有以下几类：数字鉴相器、模拟相乘器、抽样常用的鉴相器有以
11、下几类：数字鉴相器、模拟相乘器、抽样鉴相器和鉴频鉴相器等。鉴相器和鉴频鉴相器等。 作为原理分析，通常使用具有正弦鉴相特性的鉴相器。作为原理分析，通常使用具有正弦鉴相特性的鉴相器。式中， 为输入信号为输入信号 的瞬时相位的瞬时相位；为压控振荡器输出信号为压控振荡器输出信号 的瞬时相位。的瞬时相位。（1）鉴相器）鉴相器 （PD）：完成输入信号与压控振荡信号完成输入信号与压控振荡信号之间之间 的相位差到电压的变换。的相位差到电压的变换。3、PLL各部件的特性与数学模型各部件的特性与数学模型2001年9月-12月7（1 1）鉴相器）鉴相器）鉴相器）鉴相器 （续（续（续（续2 2）鉴相器的两个输入端信号
12、鉴相器的两个输入端信号鉴相器的两个输入端信号鉴相器的两个输入端信号l输入参考信号输入参考信号v vi i(t(t) )的中心角频率为的中心角频率为 i0i0， i i(t(t) )为以为以 i0i0t t为参考相位的瞬时相位为参考相位的瞬时相位- -如果输入信号为单频正弦波，那么如果输入信号为单频正弦波，那么 i i(t)(t)为常数；为常数；如果输入是一个调相波，那么如果输入是一个调相波，那么 i i(t(t) )按调制信号的规按调制信号的规律而变化律而变化l压控振荡器输出信号压控振荡器输出信号v vo o(t)(t)的中心角频率为的中心角频率为 o0o0， o o(t)(t)为以为以 o0
13、o0t t为参考相位的瞬时相位为参考相位的瞬时相位- - o0o0是是VCOVCO的自由振荡角频率（未加控制信号的自由振荡角频率（未加控制信号v vp p(t)(t)时的振荡频率）时的振荡频率）2001年9月-12月8（1 1）鉴相器）鉴相器）鉴相器）鉴相器 （PDPD） （续（续（续（续3 3）统一参考相位：统一参考相位：统一参考相位：统一参考相位：一般情况下，两信号的频率是不同的。为了一般情况下，两信号的频率是不同的。为了便于比较，现统一以便于比较，现统一以VCO 的自由振荡相位的自由振荡相位 为参考为参考 ，于是输入信号相位需改写为：于是输入信号相位需改写为：式中： 改写输入和输出信号表
14、示式：改写输入和输出信号表示式：2001年9月-12月9（1 1）鉴相器）鉴相器）鉴相器）鉴相器 （续（续（续（续4 4）正弦鉴相特性正弦鉴相特性正弦鉴相特性正弦鉴相特性 输入信号与输出信号经过相乘器后得到：输入信号与输出信号经过相乘器后得到：再经过低通滤波滤除再经过低通滤波滤除 成分，便得到误差电压：成分，便得到误差电压：令, ，不难看出不难看出 为鉴相器的最大输出电压为鉴相器的最大输出电压，它在一定程度上反映了鉴相器的灵敏度。单位为（它在一定程度上反映了鉴相器的灵敏度。单位为（V）。）。正弦鉴相特性正弦鉴相特性正弦鉴相特性正弦鉴相特性2001年9月-12月10（1 1）鉴相器）鉴相器）鉴相
15、器）鉴相器 （PDPD） （续（续（续（续4 4）则上式 可写成： 鉴相特性可写成线性表示式鉴相特性可写成线性表示式： 讨论：讨论： 若用若用 代表相乘器两个输入信号的瞬时相位误差，代表相乘器两个输入信号的瞬时相位误差，即即 假设假设 ，则，则单位单位单位单位V/radV/radn鉴相器的功能体现在两方面：一是比较，将两个相位相减；鉴相器的功能体现在两方面：一是比较，将两个相位相减；二是鉴相，将相位差转换为误差电压。该电压在环路锁定前不二是鉴相，将相位差转换为误差电压。该电压在环路锁定前不断变化，进行频率搜索，一旦找到输入信号频率，鉴相器输出断变化，进行频率搜索，一旦找到输入信号频率，鉴相器输
16、出恒定误差电压，用于保持环路锁定。恒定误差电压，用于保持环路锁定。n鉴相器的两个重要指标是鉴相灵敏度（希望高）和线性鉴相鉴相器的两个重要指标是鉴相灵敏度（希望高）和线性鉴相范围（希望大）。范围（希望大）。正弦鉴相特性正弦鉴相特性正弦鉴相特性正弦鉴相特性2001年9月-12月11（2 2）环路滤波器）环路滤波器）环路滤波器）环路滤波器 （LF LF ） 锁相环路中的滤波器是线性低通滤波器，它主要有两个功能：锁相环路中的滤波器是线性低通滤波器，它主要有两个功能：第一，滤除误差信号中的高频分量；第一，滤除误差信号中的高频分量；第二，为锁相环路提供一个短期的记忆，如果系统由于瞬时噪第二，为锁相环路提供
17、一个短期的记忆，如果系统由于瞬时噪声而失锁，可确保锁相环路迅速重新捕获信号。声而失锁，可确保锁相环路迅速重新捕获信号。 环路滤波器由线性元件，电阻、电容和运算放大器组成。环路滤波器由线性元件，电阻、电容和运算放大器组成。环路滤波器采用的电路结构不同时，传递函数的阶数不同。环路滤波器采用的电路结构不同时，传递函数的阶数不同。锁相环路中，通常采用一阶滤波器电路。锁相环路中，通常采用一阶滤波器电路。需要较强地抑制鉴相器输出中的交流分量时，也采用高阶需要较强地抑制鉴相器输出中的交流分量时，也采用高阶滤波电路。滤波电路。 锁相环路中，通常采用三种滤波器电路，说明概念时常用锁相环路中，通常采用三种滤波器电
18、路，说明概念时常用 直通电路直通电路假设传递函数为：假设传递函数为：2001年9月-12月12（2 2）环路滤波器）环路滤波器）环路滤波器）环路滤波器 （LF LF ） （续）（续）（续）（续）直通电路直通电路RC积分积分滤波器滤波器无源比例积分滤波器无源比例积分滤波器理想积分滤波器理想积分滤波器2001年9月-12月13比例积分滤波器频率特性比例积分滤波器频率特性比例积分滤波器频率特性比例积分滤波器频率特性无源无源无源无源有源有源有源有源理想理想理想理想2001年9月-12月14（3 3）压控振荡器）压控振荡器）压控振荡器）压控振荡器 ( (VCO)VCO) 在在PLL中，压控振荡器是在外加
19、控制电压中，压控振荡器是在外加控制电压 的作用下，的作用下，输出信号频率按一定规律变化的振荡电路。它的工作原理与输出信号频率按一定规律变化的振荡电路。它的工作原理与电路和前面所讲的调频电路基本相同。电路和前面所讲的调频电路基本相同。 压控振荡器的一般特性如下图压控振荡器的一般特性如下图 所示。它的振荡频率与控制所示。它的振荡频率与控制电压的关系可表示为：电压的关系可表示为：0式中，式中， 称压控振荡器的中心称压控振荡器的中心角频率或自由振荡频率，即控制角频率或自由振荡频率，即控制电压电压 = 0时的振荡频率。时的振荡频率。表示频率随电压表示频率随电压变化的函数关系变化的函数关系。2001年9月
20、-12月15（3 3）压控振荡器）压控振荡器）压控振荡器）压控振荡器 ( (VCO) VCO) （续（续（续（续1 1） 在一定的控制电压变化范围内，压控振荡器的频率变化与控制在一定的控制电压变化范围内，压控振荡器的频率变化与控制电压呈线性关系，即：电压呈线性关系，即：其中其中, 是曲线的斜率，也称压控振荡器的调制灵敏度。是曲线的斜率，也称压控振荡器的调制灵敏度。单位为（单位为（ ）。）。 在锁相环路中，压控振荡器的输出在锁相环路中，压控振荡器的输出对鉴相器起作用的不是瞬对鉴相器起作用的不是瞬时角频率而是它的瞬时相位。时角频率而是它的瞬时相位。当工作于线性控制区时：当工作于线性控制区时：VCO
21、在锁相环中起了一次积分作用，也称为环路中在锁相环中起了一次积分作用，也称为环路中的固有积分环节。的固有积分环节。n VCO应是一个有线性控制特性的调频振荡器。基本要求是：应是一个有线性控制特性的调频振荡器。基本要求是：频率稳定度好；控制灵敏度高；控制特性的线性度要好；频率稳定度好；控制灵敏度高；控制特性的线性度要好； 线性区域要宽；相位噪声尽可能低线性区域要宽；相位噪声尽可能低 。这些要求之间往往是。这些要求之间往往是 矛盾的，设计中要折衷考虑。矛盾的，设计中要折衷考虑。2001年9月-12月164、PLL的环路方程的环路方程假定压控振荡器工作在线性控制区假定压控振荡器工作在线性控制区假定压控
22、振荡器工作在线性控制区假定压控振荡器工作在线性控制区 : :+ +对式对式对式对式 取导数，得取导数，得取导数，得取导数，得 : := =（）n n则环路方程为：则环路方程为：则环路方程为：则环路方程为：2001年9月-12月17（） 第一项第一项是输入信号与是输入信号与 压控振荡器输出信号的瞬时相位误差压控振荡器输出信号的瞬时相位误差 对时间的微分对时间的微分瞬时频差。瞬时频差。 第二项第二项是压控振荡器在控制电压是压控振荡器在控制电压 的作用下，所产生的作用下，所产生的角频率变化量，所以一般称为的角频率变化量，所以一般称为控制频差。控制频差。等式右边第一项等式右边第一项是输入信号和压控振荡
23、器输出信号中心角是输入信号和压控振荡器输出信号中心角频率之差，决定于环路开始工作时的状态，称为频率之差，决定于环路开始工作时的状态，称为“初始频差初始频差”。等式右边。等式右边第二项第二项第二项第二项反映输入信号相角随时间变化的部分，当输反映输入信号相角随时间变化的部分，当输反映输入信号相角随时间变化的部分，当输反映输入信号相角随时间变化的部分，当输入信号为恒定频率信号时，它等于零入信号为恒定频率信号时，它等于零入信号为恒定频率信号时，它等于零入信号为恒定频率信号时，它等于零 。 环路方程完整的描述了环路闭合后所发生的控制过程环路方程完整的描述了环路闭合后所发生的控制过程环路方程完整的描述了环
24、路闭合后所发生的控制过程环路方程完整的描述了环路闭合后所发生的控制过程 。uPLL的环路方程的含义的环路方程的含义2001年9月-12月18 在锁定时刻，在锁定时刻， 是常数，所以控制频差等于初始频差，是常数，所以控制频差等于初始频差， 瞬时频差等于零。瞬时频差等于零。 在闭环后的任何时刻，初始频差总等于瞬时频差在闭环后的任何时刻，初始频差总等于瞬时频差 和控和控 制频差的代数和制频差的代数和。 若若若若 f f （鉴相特性）（鉴相特性）（鉴相特性）（鉴相特性） 是线性函数，则环路方程是线是线性函数，则环路方程是线是线性函数，则环路方程是线是线性函数，则环路方程是线性积分微分方程，否则就是非线
25、性积分微分方程。性积分微分方程，否则就是非线性积分微分方程。性积分微分方程，否则就是非线性积分微分方程。性积分微分方程，否则就是非线性积分微分方程。 n n将环路方程式两端对时间积分将环路方程式两端对时间积分将环路方程式两端对时间积分将环路方程式两端对时间积分 + + +t t据此式可构成据此式可构成据此式可构成据此式可构成PLLPLL的相位模型。用相减和算子的相位模型。用相减和算子的相位模型。用相减和算子的相位模型。用相减和算子f f f f 表表表表示鉴相器，用示鉴相器，用示鉴相器，用示鉴相器，用h h h h( ( ( (t t t t) ) ) )表示滤波器，用积分表示压控振荡器，表示
26、滤波器，用积分表示压控振荡器，表示滤波器，用积分表示压控振荡器，表示滤波器，用积分表示压控振荡器，待求函数为待求函数为待求函数为待求函数为 uPLL的环路方程含义（续）的环路方程含义（续）= =2001年9月-12月19uuPLLPLL的相位数学模型的相位数学模型的相位数学模型的相位数学模型（2）相位数学模型）相位数学模型PDLFV C O返回返回2（1）原理方框图）原理方框图鉴相器鉴相器 （P D）环路滤波器环路滤波器 （L F ）压控振荡器压控振荡器 (V C O )2001年9月-12月20uuPLLPLL的相位数学模型（的相位数学模型（的相位数学模型（的相位数学模型（续续续续）系统的相
27、位数学模型和系统的原理方框图不同点：系统的相位数学模型和系统的原理方框图不同点：原理方框图表示系统所包含的组成部分及各部分的功能，原理方框图表示系统所包含的组成部分及各部分的功能，它的输入和输出信号都是按某种规律变化的电压或电流。它的输入和输出信号都是按某种规律变化的电压或电流。 相位数学模型则表示信息在系统内流通的过程与关系，相位数学模型则表示信息在系统内流通的过程与关系，对对PLL的模型，它描述的是输出相位和输入相位之间的关系。的模型，它描述的是输出相位和输入相位之间的关系。 下面要讨论的PLL的传递函数，振幅频率特性和相位频率传递函数，振幅频率特性和相位频率特性，环路带宽等都是对输入相位
28、特性，环路带宽等都是对输入相位 而言的，不是对输而言的，不是对输入电压入电压 而言的。而言的。PLL的阶数就是非线性微分方程的阶数，而非线性微分方程的的阶数就是非线性微分方程的阶数，而非线性微分方程的 阶数取决于环路滤波器。阶数取决于环路滤波器。 当采用直通电路（无滤波器）时，就是一阶当采用直通电路（无滤波器）时，就是一阶PLL。 当采用积分滤波器（一阶）时，就是二阶当采用积分滤波器（一阶）时，就是二阶PLL。模型图模型图2001年9月-12月21二、二、二、二、PLLPLL的线性分析的线性分析的线性分析的线性分析 线性分析的条件：线性分析的条件：满足满足 正弦鉴相特性可写成线性表示式正弦鉴相
29、特性可写成线性表示式：非线性微积分方程变成线性微分方程：非线性微积分方程变成线性微分方程： 把时域线性微分方程变成复频域方程：令把时域线性微分方程变成复频域方程：令 线性分析内容包括：线性分析内容包括：暂态响应、稳态相差、频率特性、暂态响应、稳态相差、频率特性、 稳定性、噪声性能等。稳定性、噪声性能等。+ += =n线性分析方法：线性分析方法：通过传递函数进行研究。通过传递函数进行研究。环路总增益环路总增益环路总增益环路总增益频率量纲频率量纲频率量纲频率量纲2001年9月-12月22二、二、二、二、PLL PLL 的线性分析（续）的线性分析（续）的线性分析（续）的线性分析（续）V C O 条件
30、：条件：n PLL的传递函数是指输出信号相位的拉氏变换和输入相位的传递函数是指输出信号相位的拉氏变换和输入相位的拉氏变换之比。的拉氏变换之比。 1、线性化相位数学模型、线性化相位数学模型2、PLL的传递函数的传递函数由线性复频域由线性复频域方程得：方程得：2001年9月-12月232 2、定义、定义、定义、定义 PLL PLL 的三个传递函数的三个传递函数的三个传递函数的三个传递函数 误差传递函数：误差传递函数：研究跟踪特性研究跟踪特性该式表示输入信号与压控振荡器输出信号之间的误差相位该式表示输入信号与压控振荡器输出信号之间的误差相位 与输入信号相位与输入信号相位 的关系的关系，称为环路的误差
31、传递函数称为环路的误差传递函数。 闭环传递函数：闭环传递函数：研究频率特性研究频率特性该式表示压控振荡器输出信号相位该式表示压控振荡器输出信号相位 与输入信号相与输入信号相位位 的关系，称其为环路的闭环传递函数的关系，称其为环路的闭环传递函数。 开环传递函数：开环传递函数：研究稳定性研究稳定性表示在开环条件下，误差信号沿环路传输一周的函数。表示在开环条件下，误差信号沿环路传输一周的函数。表示在开环条件下，误差信号沿环路传输一周的函数。表示在开环条件下，误差信号沿环路传输一周的函数。2001年9月-12月24* *说明：锁相环是相位传递系统说明：锁相环是相位传递系统说明：锁相环是相位传递系统说明
32、：锁相环是相位传递系统ls s表示输入、输出信号表示输入、输出信号相位的变化（频率）相位的变化（频率），而不是输，而不是输入、输出信号的频率。入、输出信号的频率。如果输入信号如果输入信号v vi i(t)(t)是调角波，是调角波，s s代表调制信号的复代表调制信号的复频率频率j j ，而不是载波的复频率而不是载波的复频率j j l闭环传递函数具有低通特性闭环传递函数具有低通特性s s0 0， 1 1s s， 0 0l误差传递函数具有高通特性误差传递函数具有高通特性s s0 0， 0 0s s， 1 12001年9月-12月25uu PLL PLL 实际环路的传递函数实际环路的传递函数实际环路的
33、传递函数实际环路的传递函数 一阶一阶 PLL ：直通电路，直通电路， 。 二阶二阶 PLL ：理想积分滤器，理想积分滤器， 。：环路的自然角频率，：环路的自然角频率， ：阻尼系数：阻尼系数 。2001年9月-12月26采用不同环路滤波器时二阶PLL的传递函数2001年9月-12月273 3、PLLPLL的跟踪特性：瞬态响应和稳态相差的跟踪特性：瞬态响应和稳态相差的跟踪特性：瞬态响应和稳态相差的跟踪特性：瞬态响应和稳态相差 对于已经锁定的环路，当输入信号的频率或相位发生某种对于已经锁定的环路，当输入信号的频率或相位发生某种变化时，环路将使压控振荡器的频率和相位跟踪输入信号变化时，环路将使压控振荡
34、器的频率和相位跟踪输入信号变化。变化。跟踪特性研究跟踪特性研究PLL瞬态响应和稳态相差即如何跟踪、瞬态响应和稳态相差即如何跟踪、跟踪速度、跟踪精度。跟踪速度、跟踪精度。 在输入信号发生变化后的一段时间里，环路有一瞬变过在输入信号发生变化后的一段时间里，环路有一瞬变过程。这个瞬变过程的具体状况与程。这个瞬变过程的具体状况与PLL的组成有关，也与输的组成有关，也与输入信号的频率或相位的变化规律有关。入信号的频率或相位的变化规律有关。n 瞬变过程结束后，环路即进入稳定状态瞬变过程结束后，环路即进入稳定状态。这时，压控这时，压控振荡器与输入信号有相同的频率和一固定的相差，称为振荡器与输入信号有相同的频
35、率和一固定的相差，称为稳态相差稳态相差 。n由于是已锁定的环路，跟踪过程中，相位误差很小，因而由于是已锁定的环路，跟踪过程中，相位误差很小，因而PLL环路方程可以线性化，跟踪特性也是环路方程可以线性化，跟踪特性也是PLL的线性动态特的线性动态特性。性。2001年9月-12月28PLLPLL的跟踪特性：用于分析的典型信号的跟踪特性：用于分析的典型信号的跟踪特性：用于分析的典型信号的跟踪特性：用于分析的典型信号 输入信号输入信号 的频率或相位发生某种变化：的频率或相位发生某种变化： 输入相位阶跃输入相位阶跃 输入频率阶跃输入频率阶跃 通过几种典型的输入信号相位的变化分析通过几种典型的输入信号相位的
36、变化分析通过几种典型的输入信号相位的变化分析通过几种典型的输入信号相位的变化分析PLLPLL的跟的跟的跟的跟踪性能踪性能踪性能踪性能2001年9月-12月29PLLPLL的跟踪特性：的跟踪特性：的跟踪特性：的跟踪特性：求瞬态响应和稳态相差的方法求瞬态响应和稳态相差的方法求瞬态响应和稳态相差的方法求瞬态响应和稳态相差的方法如何求解稳态相差如何求解稳态相差 ？由由 求求 利用拉氏终值定理求利用拉氏终值定理求 。环路跟踪是一个瞬变过程，如何求解环路跟踪是一个瞬变过程，如何求解瞬态响应瞬态响应？由由 求求 利用反拉氏变换求利用反拉氏变换求2001年9月-12月30习题：习题：7-1，7-32001年9月-12月31
