第八高频电子电路.pptx

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1、会计学1第八第八(db)高频电子电路高频电子电路第一页，共47页。在反馈在反馈(fnku)(fnku)控制电路里，比较器、控制信号发生器、可控器件、反馈控制电路里，比较器、控制信号发生器、可控器件、反馈(fnku)(fnku)网络四部分构成了一个负反馈网络四部分构成了一个负反馈(fnku)(fnku)闭合环路。闭合环路。比较器比较器 控制信控制信号发生器号发生器 可控器件可控器件反馈网络反馈网络参考信号参考信号 xr(t)反馈信号反馈信号 xf(t)误差信号误差信号 xe(t)控制信号控制信号 xc(t)输出信号输出信号 x0(t)输入信号输入信号 xi(t)图81 反馈(fnku)控制系统的

2、组成第1页/共47页第二页，共47页。8.1 8.1 自动增益控制自动增益控制(kngzh)(AGC)(kngzh)(AGC)电路电路 自动增益控制自动增益控制(AGC)(AGC)电路是某些电子设备特别是接收设备的重要辅助电路之一，电路是某些电子设备特别是接收设备的重要辅助电路之一，其主要作用是使设备的输出电平其主要作用是使设备的输出电平(din pn)(din pn)保持为一定的数值。因此也称自动电平保持为一定的数值。因此也称自动电平(din pn)(din pn)控制控制(ALC)(ALC)电路。电路。8.1AGC电路电路(dinl)的工作原理的工作原理1.电路组成框图电路组成框图 输入电

3、压输入电压 Ui比较器比较器 控制信控制信号发生器号发生器 可控增可控增益放大器益放大器低通滤波低通滤波参考电压参考电压 Ur反馈电压反馈电压 Uf误差电压误差电压 ue控制电压控制电压 uc输出电压输出电压 U0kpk1KV电平检测电平检测直流放大直流放大k2k3设设:输输入入信信号号振振幅幅为为Ui，输输出出信信号号振振幅幅为为U0，可可控控增增益益放放大大器器增增益益为为KV(uc)，是是控制信号控制信号uc的函数，则有的函数，则有U0=KV(uc)Ui输入信号很弱时，接收机增益大，输入信号很弱时，接收机增益大，AGC不作用。不作用。输入信号很强时，输入信号很强时，AGC作用，使接收机增

4、益减小。作用，使接收机增益减小。所以，所以，AGC电路是输入信号电平变化时，用电路是输入信号电平变化时，用改变增益改变增益的方法维持输出信号的方法维持输出信号电平基本不变的一种反馈控制系统。电平基本不变的一种反馈控制系统。第2页/共47页第三页，共47页。根根根根据据据据输输输输入入入入信信信信号号号号的的的的类类类类型型型型、特特特特点点点点以以以以及及及及对对对对控控控控制制制制的的的的要要要要求求求求,AGC,AGC电电电电路路路路主主主主要要要要(zh(zh yo)yo)有以下几种类型。有以下几种类型。有以下几种类型。有以下几种类型。1 1）简单）简单）简单）简单AGCAGC电路电路电

5、路电路 在在在在简简简简单单单单AGCAGC电电电电路路路路里里里里,参参参参考考考考电电电电平平平平UrUr0 0。这这这这样样样样,只只只只要要要要输输输输入入入入信信信信号号号号振振振振幅幅幅幅UiUi增增增增加加加加,AGC,AGC的的的的作作作作用用用用就就就就会会会会使使使使增增增增益益益益KvKv减减减减小小小小,从从从从而而而而使使使使输输输输出出出出信信信信号号号号振振振振幅幅幅幅UoUo减减减减小小小小。图为简单图为简单图为简单图为简单AGCAGC的特性曲线。的特性曲线。的特性曲线。的特性曲线。第3页/共47页第四页，共47页。图延迟图延迟AGC特性特性(txng)曲曲线线

6、 2).延迟延迟AGC电路电路在延迟在延迟AGC电路里有一个起控门限电路里有一个起控门限,即比较即比较(bjio)器参考电压器参考电压Ur,它对应的输入信号振幅它对应的输入信号振幅Uimin,如图所示。如图所示。第4页/共47页第五页，共47页。延迟延迟延迟延迟AGCAGC电路电路电路电路 在在在在延延延延迟迟迟迟AGCAGC电电电电路路路路里里里里有有有有一一一一个个个个起起起起控控控控门门门门限限限限,即即即即比比比比较较较较(b(b jio)jio)器器器器参参参参考考考考电电电电压压压压Ur,Ur,它它它它对对对对应应应应的的的的输输输输入入入入信信信信号号号号振振振振幅幅幅幅Uimi

7、n,Uimin,如如如如图图图图所所所所示示示示。图延迟图延迟(ynch)AGC电路电路 第5页/共47页第六页，共47页。自动增益控制电路的主要要求：控制范围要宽，信自动增益控制电路的主要要求：控制范围要宽，信号号(xnho)失真要小，要有适当的响应时间。失真要小，要有适当的响应时间。若：若：AGC电路输入信号电平电路输入信号电平(din pn)允许允许变化范围变化范围AGC电路输出信号电平电路输出信号电平(din pn)允许允许变化范围变化范围在给定输出电平变化范围内，允许输入电平的变化范围愈大，在给定输出电平变化范围内，允许输入电平的变化范围愈大，意味着意味着AGC电路的控制范围愈宽。电

8、路的控制范围愈宽。增益控制倍数：增益控制倍数：nv式中，式中，KVmax=Uomin/Uimin表示表示AGC电路的最大增益，电路的最大增益，KVmin=Uomax/Uimax表示表示AGC电路的最小增益。电路的最小增益。第6页/共47页第七页，共47页。8.2 8.2 自动频率自动频率(pnl)(pnl)控制控制(AFC)(AFC)电路电路 电路的组成和基本电路的组成和基本(jbn)(jbn)特性特性 1.AFC电路电路(dinl)的组成的组成(1)频率比较器频率比较器频率比较器频率比较器滤波器滤波器可控频率电路可控频率电路kpkcH(s)r y yueucUc(s)Ue(s)r(s)y(s

9、)频频率率比比较较器器的的输输出出误误差差电电压压ue与与这这两两个个输输入入信信号号的的频频率率差差有有关关，而而与与这这两两个个信信号号的幅度无关，的幅度无关，ue为为ue=kp(r-y)式中，式中，kp在一定的频率范围内为常数，实际上就是鉴频跨导。在一定的频率范围内为常数，实际上就是鉴频跨导。常用的频率比较电路有两种形式：一是常用的频率比较电路有两种形式：一是鉴频器鉴频器，二是混频，二是混频-鉴频器。鉴频器。AFC电路的控制对象是电路的控制对象是信号的频率信号的频率。作用作用:自动控制振荡器的振荡频率。自动控制振荡器的振荡频率。第7页/共47页第八页，共47页。可控频率可控频率(pnl)

10、电路电路 可控频率可控频率(pnl)电路是在控制信电路是在控制信号号uc的的作用下，用以改变输出信号频率作用下，用以改变输出信号频率(pnl)的装的装置。显然，它是一个电压控制的振荡置。显然，它是一个电压控制的振荡器，其典型特性如图所示。一般器，其典型特性如图所示。一般这个特性也是非线性的，但在一定的这个特性也是非线性的，但在一定的范围内如范围内如CD段可近似表示为线性关系段可近似表示为线性关系图可控频率电路图可控频率电路(dinl)的控制特的控制特性性 式中式中Kc为常数为常数(chngsh)，实际是压控灵敏度。这一特性，实际是压控灵敏度。这一特性称之为控制特性。称之为控制特性。第8页/共4

11、7页第九页，共47页。2.AFC电路基本电路基本(jbn)特性的分特性的分析析控制元件控制元件频率频率(pnl)比较器比较器KP可控频率可控频率(pnl)电路电路KC：为被稳定频率：为被稳定频率：为标准频率：为标准频率当当第9页/共47页第十页，共47页。混频混频(hnpn)本振本振（压控振荡（压控振荡(zhndng)）中放中放鉴频鉴频(jinpn)低通滤波低通滤波调频通信机的调频通信机的AFC 系统方框图系统方框图中心频率中心频率低放低放控制对象控制对象反馈控制器反馈控制器:鉴频器的中心频率鉴频器的中心频率即即AFC系统的标准频率系统的标准频率,要求很稳定。要求很稳定。显然，剩余误差越小越好

12、。显然，剩余误差越小越好。00VCO 的调制特性的调制特性鉴频特性曲线鉴频特性曲线鉴频特性鉴频特性VCO的调制特性的调制特性利用误差电压控制利用误差电压控制VCO的频率的频率第10页/共47页第十一页，共47页。混频混频(hnpn)本振本振（压控振荡（压控振荡(zhndng)）中放中放鉴频鉴频(jinpn)低通滤波低通滤波中心频率中心频率控制对象控制对象反馈控制器反馈控制器低放低放0Q：为剩余失谐：为剩余失谐若：初始失谐为若：初始失谐为则则鉴频器输出控制电压鉴频器输出控制电压作用到压控元件使作用到压控元件使下降下降Q点为点为AFC的动态平衡点的动态平衡点第11页/共47页第十二页，共47页。可

13、见，任何频率偏移可见，任何频率偏移Q点的扰动，最终被点的扰动，最终被AFC系统自动地系统自动地调整调整(tiozhng)回回Q点。初始失谐一定时，为了减小剩余失谐点。初始失谐一定时，为了减小剩余失谐 ，必，必须加大鉴频特性曲线与调制特性曲线斜率。须加大鉴频特性曲线与调制特性曲线斜率。自动微调系数自动微调系数(xsh)：AFC系统的工作效率。系统的工作效率。定义(dngy)：鉴频特性斜率：鉴频特性斜率：调制特性斜率：调制特性斜率：将将（）和（）代入（）和（）代入（），得（），得越大，表明越大，表明AFC越有效，越有效，和和 符号必须相反，整个符号必须相反，整个系统才是稳定的。系统才是稳定的。第1

14、2页/共47页第十三页，共47页。ABC捕捉带捕捉带同步带同步带1230不同的初始不同的初始(ch sh)失谐失谐 值，调制特性曲线与值，调制特性曲线与 轴交不同点，只有初始轴交不同点，只有初始(ch sh)失谐值在一定范失谐值在一定范围内，围内，AFC系统才能作用。系统才能作用。最终将已失谐的频率微调最终将已失谐的频率微调回来。回来。P捕捉带、同步带捕捉带、同步带捕捉带的确定捕捉带的确定(qudng)第13页/共47页第十四页，共47页。8.3锁相环路锁相环路(PLL)锁相环路（锁相环路（Phaselockedloop缩写缩写PLL）是一种相位自动控制电路，其作用是实现）是一种相位自动控制电

15、路，其作用是实现(shxin)环路输出信号与输入信号之间无误差的频率跟踪，仅存在某一固定的相位差。环路输出信号与输入信号之间无误差的频率跟踪，仅存在某一固定的相位差。PLL电路电路(dinl)广泛应用于广泛应用于第14页/共47页第十五页，共47页。锁相环的基本原理锁相环的基本原理 一、锁相环的组成一、锁相环的组成(zchn)部件部件PLL是一个相位负反馈系统，可对输入信号的频率与相位实施是一个相位负反馈系统，可对输入信号的频率与相位实施(shsh)跟踪。跟踪。三个基本三个基本(jbn)部分构成部分构成 PD PD LF LFVCOvi(t)vd(t)vc(t)vo(t)i(t)o(t)e(t

16、)vo(t)PD PD LF LFVCO第15页/共47页第十六页，共47页。1、鉴相器（、鉴相器（PD）即即 PD PDvi(t)/i(t)vo(t)/o(t)vd(t)/e(t)鉴相器是一个相位比较器，鉴相器是一个相位比较器，输出信号输出信号是两个输入信号是两个输入信号 与与的相位差的相位差 的函数，的函数，vi(t)vo(t)正弦特性，三角正弦特性，三角(snjio)波特性，锯齿波特波特性，锯齿波特性等，其中最基本的是正弦波特性，性等，其中最基本的是正弦波特性，它可用一个模拟乘法器与低通滤波它可用一个模拟乘法器与低通滤波器串接而成。器串接而成。e(t)vd(t)鉴相特性鉴相特性(txng

17、)的形式有许多种，的形式有许多种，如如:乘法器乘法器低低 通通 滤滤波波PDvi(t)vo(t)vd(t)如果设环路输入如果设环路输入(shr)信号：信号：PLL环输出的反馈信号：环输出的反馈信号：经过相乘，并滤除和频分量，可得输出的误差电压为：经过相乘，并滤除和频分量，可得输出的误差电压为：其中其中 为输入信号的瞬时相位差。为输入信号的瞬时相位差。由上式可得鉴相器的数学模型，由上式可得鉴相器的数学模型，如下图所示，如下图所示，1(t)-2(t)另外，可以看出：另外，可以看出：当当时，时，第16页/共47页第十七页，共47页。2、环环路路(hunl)滤波器滤波器LF环路滤波器具有低通特性，其环

18、路滤波器具有低通特性，其 主要作用是滤除鉴相器输出端的高频分量和噪声主要作用是滤除鉴相器输出端的高频分量和噪声，经经LF后得到一个平均电压后得到一个平均电压 用来控制用来控制VCO的频率变化，常见的滤波器有以下几种形式。的频率变化，常见的滤波器有以下几种形式。RCvd（t）vc（t）RC积积分分(jfn)滤滤 波波器器vd（t）vc（t）无源比例无源比例(bl)积分积分滤波器滤波器vd（t）vc（t）有有源源比比例例积积分滤波器分滤波器RC积分滤波器积分滤波器传输函数：传输函数：R1CR2R1R2C-+第17页/共47页第十八页，共47页。无源比例无源比例(bl)积分滤波器积分滤波器R1CR2

19、vd（t）vc（t）无源比例积分无源比例积分滤波器滤波器其中：其中：,通常通常R1R2有源比例有源比例(bl)积分滤波器积分滤波器如果将如果将F（s）中的中的s用微分算子用微分算子p替代，可写出滤波器的输出电压替代，可写出滤波器的输出电压 与输入信号与输入信号之间的微分方程：之间的微分方程：其中其中(qzhng)为微分算子，为微分算子，由上式可得环路滤波器的电路模型如右图所示。由上式可得环路滤波器的电路模型如右图所示。F(p)vd（t）vc（t）有有源源比比例例积积分滤波器分滤波器R1R2C-+第18页/共47页第十九页，共47页。3 3、压控振荡器（、压控振荡器（、压控振荡器（、压控振荡器（

20、VCOVCO）压控振荡器：压控振荡器：是瞬时频率是瞬时频率控制的振荡器控制的振荡器。其控制特性可用压控特性曲线来描述，如右图所示。其控制特性可用压控特性曲线来描述，如右图所示。ovc(t)c其中：其中：时的固有振荡频率：时的固有振荡频率：K0：压控灵敏度：压控灵敏度由于由于(yuy)VCO的输出反馈到鉴相器，而从锁相环的控制作用来看，的输出反馈到鉴相器，而从锁相环的控制作用来看，VCO对鉴相器起作用的不是其频率而是相位，故对上式积分即可求出相位：对鉴相器起作用的不是其频率而是相位，故对上式积分即可求出相位：上式中：上式中：为积分算子为积分算子压控振荡器数学模型如右图所示。压控振荡器数学模型如右

21、图所示。KO/p第19页/共47页第二十页，共47页。F(p)1(t)e(t)KO/p2(t)二二、锁锁相相环环路路相相位位模模型型和和基基本本(jbn)方程方程1、相位、相位(xingwi)模型模型将上述锁相环的三个基本部件的模型按环路将上述锁相环的三个基本部件的模型按环路(hunl)组成框图联接起来，即可构成锁相环路组成框图联接起来，即可构成锁相环路(hunl)相位模型，如下图所示：相位模型，如下图所示：2、基本方程、基本方程根据锁相环路相位模型，可得到以相位形式表示的基本微分方程：根据锁相环路相位模型，可得到以相位形式表示的基本微分方程：环路的微分方程为：环路的微分方程为：第20页/共4

22、7页第二十一页，共47页。3、环路工作、环路工作(gngzu)的定性分析的定性分析设设:输入信号为固定频率的正弦信号（即输入信号为固定频率的正弦信号（即 均为常量）均为常量）由于由于 有：有：固有角频差固有角频差代入环路代入环路(hunl)的微分方程可得：的微分方程可得：上式左边第一项上式左边第一项环路的环路的瞬时角频差瞬时角频差。左边第二项：左边第二项：是是VCO受控制电压受控制电压Vc(t)的作用后输出的瞬时角频率的作用后输出的瞬时角频率 与固有振荡频率与固有振荡频率 之差，称为之差，称为控制角频差控制角频差。由以上由以上(yshng)分析可得：分析可得：结论：闭合环路中任何时刻满足：结论

23、：闭合环路中任何时刻满足：瞬时频差瞬时频差+控制频差控制频差=固有频差固有频差。第21页/共47页第二十二页，共47页。三三、锁锁相相环环路路的的工工作作(gngzu)原理原理设压控振荡器的固有振荡频率为设压控振荡器的固有振荡频率为,而当环路闭合瞬间，外输入信号角频率而当环路闭合瞬间，外输入信号角频率 与与即不相同也不相干，则鉴相器输出的差拍电压为：即不相同也不相干，则鉴相器输出的差拍电压为：失锁状态失锁状态(zhungti)如果环路固有角频差如果环路固有角频差 环路低通滤波器的通频带环路低通滤波器的通频带 则差拍电压则差拍电压将被滤除，而不能形成控制电压将被滤除，而不能形成控制电压压控振荡器

24、输出角频率压控振荡器输出角频率 不变化即不变化即则则即：环路的瞬时频差即：环路的瞬时频差=固有频差固有频差环路此时环路此时(csh)处于失锁状态。处于失锁状态。第22页/共47页第二十三页，共47页。锁定锁定(sudn)状态状态由于由于很接近很接近，所以，所以很可能摆动到很可能摆动到上，当上，当时：相位差时：相位差如果如果十分接近十分接近，即固有频差，即固有频差，则差拍电压，则差拍电压不会被环路滤波器滤除而形成控制电压不会被环路滤波器滤除而形成控制电压，去控制压控振荡器，去控制压控振荡器，VCO产生中心频率为产生中心频率为 的调频信号的调频信号VCO的瞬时振荡频率的瞬时振荡频率 将以将以为中心

25、在一定范围内来回摆动，即环路产生了控制频差为中心在一定范围内来回摆动，即环路产生了控制频差 此时鉴相器输出电压是一个较小的直流电压，环路此时鉴相器输出电压是一个较小的直流电压，环路(hunl)进入锁定状态。进入锁定状态。第23页/共47页第二十四页，共47页。牵引捕捉牵引捕捉(bzhu)状态状态当当介于上述两者之间时，如果介于上述两者之间时，如果 VCO的瞬时频率的瞬时频率围绕围绕为中心摆动的范围小，至使为中心摆动的范围小，至使 不可能摆动到不可能摆动到处时，环路不能立即入锁。此时处时，环路不能立即入锁。此时 VCO输出的调频波，其调制频率就是差拍频率，与输入信号输出的调频波，其调制频率就是差

26、拍频率，与输入信号 经鉴相器经鉴相器PD鉴相，输出一个正弦波与调频波的差拍电压：鉴相，输出一个正弦波与调频波的差拍电压：如果令如果令:另有另有 其中其中显然显然不再是一个正弦电压，而是一个上下不对称的不再是一个正弦电压，而是一个上下不对称的差拍电压；经环路滤波后有直流电压差拍电压；经环路滤波后有直流电压 加到加到VCO的的控制端，从而使控制端，从而使 的偏移增大，使的偏移增大，使 更接更接,上述过程持续直到上述过程持续直到，环路进入锁定状态。，环路进入锁定状态。vdt第24页/共47页第二十五页，共47页。跟跟踪踪(gnzng)状态状态当环路已处于锁定状态后，如果当环路已处于锁定状态后，如果

27、的频率和相位的频率和相位有稍变化时，有稍变化时，例如：例如：则则直到直到，状态锁定为止。，状态锁定为止。evd同理如果同理如果则则直到直到，状态锁定为止。，状态锁定为止。cvc第25页/共47页第二十六页，共47页。四四、锁锁 相相 环环 性性 能能(xngnng)分析分析锁相环性能主要指标有：锁相环性能主要指标有：同步带宽同步带宽捕捉带宽捕捉带宽稳态相差稳态相差1.同步带宽同步带宽设环路已处于锁定状态，当缓慢改变输入信号频率使固有频差值向正或负方向逐步增大时，设环路已处于锁定状态，当缓慢改变输入信号频率使固有频差值向正或负方向逐步增大时，由于环路的自身调节作用，能够维持环路锁定的最大频差由于

28、环路的自身调节作用，能够维持环路锁定的最大频差称为环路同步带称为环路同步带，记作，记作。由于环路鉴频特性对零点是对称的，因此同步带相对于。由于环路鉴频特性对零点是对称的，因此同步带相对于也是对称的。也是对称的。2.捕捉带宽捕捉带宽设锁相环路处于失锁状态，改变设锁相环路处于失锁状态，改变 使固有频差使固有频差减少减少,环路能够经牵引捕获而入锁的最大固有频差值环路能够经牵引捕获而入锁的最大固有频差值 称为环路称为环路捕捉带捕捉带。通常。通常。第26页/共47页第二十七页，共47页。3稳态相差稳态相差环路处于锁定状态时，存在着的固定相差称为稳态相位环路处于锁定状态时，存在着的固定相差称为稳态相位误差

29、误差。由方程：由方程：环路锁定意味着瞬时频差为零，即环路锁定意味着瞬时频差为零，即 此时此时式中，式中，为环路直流总增益，其值增大可使为环路直流总增益，其值增大可使 减少。减少。第27页/共47页第二十八页，共47页。4 锁锁 相相 环环 性性 能能(xngnng)特点特点锁相环路用作调频信号解调时，与普通鉴频器相比较，有低门限信噪比特性。这是因为环路有反馈锁相环路用作调频信号解调时，与普通鉴频器相比较，有低门限信噪比特性。这是因为环路有反馈(fnku)控制作用，跟踪相位差小，降低了鉴相特性的非线形影响，从而改善了门限效应。控制作用，跟踪相位差小，降低了鉴相特性的非线形影响，从而改善了门限效应

30、。（1）环路环路(hunl)在锁定状态下无剩余频差在锁定状态下无剩余频差锁相环路对输入的固定基准频率锁定后，锁相环路对输入的固定基准频率锁定后，压控振荡器输出频率与基准频率的频差为零。环路输出可做到无剩余频差存在压控振荡器输出频率与基准频率的频差为零。环路输出可做到无剩余频差存在，是一个理想的频率控制系统。，是一个理想的频率控制系统。（2）锁相环有良好的窄带特性锁相环有良好的窄带特性锁相环具有窄带特性，锁相环具有窄带特性，当压控振荡器频率锁定在输入频率上时，仅位于输入信号频率附近的干扰成分能以低频干扰的形式进入环路，而绝大多数的干扰会受到环路低通滤波器的抑制当压控振荡器频率锁定在输入频率上时，

31、仅位于输入信号频率附近的干扰成分能以低频干扰的形式进入环路，而绝大多数的干扰会受到环路低通滤波器的抑制，从而减少了对压控振荡器的影响。，从而减少了对压控振荡器的影响。（3）良好的跟踪特性良好的跟踪特性VCO的输出频率可以跟踪输入信号的变化，表现出良好的跟踪特性的输出频率可以跟踪输入信号的变化，表现出良好的跟踪特性。在接收有多普勒频移的动目标时，这种特性尤为重要。在接收有多普勒频移的动目标时，这种特性尤为重要。(4)低门限特性低门限特性第28页/共47页第二十九页，共47页。9.6 锁锁 相相 环环 的的 典典 型型(dinxng)应用应用1、锁相倍频、锁相倍频(bipn)在锁相环路的反馈在锁相

32、环路的反馈(fnku)通道中插入分频器就可构通道中插入分频器就可构成锁相倍频电路。如下图所示：成锁相倍频电路。如下图所示：i(t)PD PD LF LFVCOvi(t)vo(t)o(t)o(t)/N当环路锁定时，鉴相器两输入信号频率相等。当环路锁定时，鉴相器两输入信号频率相等。即有：即有：式中式中N为分频器的倍频比。为分频器的倍频比。第29页/共47页第三十页，共47页。2、锁锁 相相 分分 频频(fnpn)：在锁相环路中插入倍频器就可构成锁相分频在锁相环路中插入倍频器就可构成锁相分频(fnpn)电路。如下图所示：电路。如下图所示：i(t)PD PD LF LFVCOvi(t)vo(t)o(t

33、)No(t)当环路锁定时：当环路锁定时：式中式中N为倍频为倍频(bipn)器的倍频器的倍频(bipn)次数。次数。第30页/共47页第三十一页，共47页。3、锁相混频器、锁相混频器设混频器的本振信号频率设混频器的本振信号频率(pnl)为为L，在，在Lo时混频器的输出频率时混频器的输出频率(pnl)为（为（L-o），经差频放大），经差频放大器后加到鉴相器上。器后加到鉴相器上。当当环环路路(hunl)锁锁定时定时o(t)i(t)L(t)PDPD LF LFVCOvi(t)vo(t)|L(t)-o(t)|混频混频差频放大差频放大第31页/共47页第三十二页，共47页。4、频率、频率(pnl)合合成器

34、成器频率合成器是利用一个标准信号源的频率来产生频率合成器是利用一个标准信号源的频率来产生一系列所需频率的技术。锁相环路加上一些辅助电路一系列所需频率的技术。锁相环路加上一些辅助电路后，就能容易地对一个标准频率进行加、减、乘、除后，就能容易地对一个标准频率进行加、减、乘、除运算而产生所需的频率信号，且合成后的信号频率与运算而产生所需的频率信号，且合成后的信号频率与标准信号频率具有相同的长期频率稳定度及具有较好标准信号频率具有相同的长期频率稳定度及具有较好的频率纯度的频率纯度(chnd)，如果结合单片微机技术，可实，如果结合单片微机技术，可实现自动选频和频率扫描。现自动选频和频率扫描。锁相式单环频

35、率合成器基本锁相式单环频率合成器基本(jbn)组成如下图所示：组成如下图所示：当环路锁定后，鉴相器两路输入频率相等当环路锁定后，鉴相器两路输入频率相等即：即：当当N改变时，输出信号频率相应为改变时，输出信号频率相应为fi的整数倍变化。的整数倍变化。PD PD LF LFVCOvi(t)vo(t)fi(t)fo(t)fo(t)/N晶振晶振fi(t)/M第32页/共47页第三十三页，共47页。环环C例例：下下图图为为三三环环式式频频率率(pnl)合合成成器器方框图方框图已知：已知：求输出求输出(shch)信号频率范围及频率间隔信号频率范围及频率间隔环环A环环BPDPDLFLFVCOfi(t)fA(

36、t)fA(t)/NAPDPDLFLFVCOfi(t)fB(t)fA(t)/NBPDPDLFLFVCO混频混频 带通带通fo(t)fc(t)fo-fB第33页/共47页第三十四页，共47页。解：解：而而而环路而环路C为混频环，即当环路锁定时：为混频环，即当环路锁定时：有有 当当NA=300，NB=351时，时，当当NA=301，NB=351时，时，因此频率因此频率(pnl)间隔：间隔：PDPDLFLFVCOfi(t)fA(t)fA(t)/NAPDPDLFLFVCOfi(t)fB(t)fB(t)/NBPDPDLFLFVCO混频混频带通带通fo(t)fc(t)fo-fB而当而当=399，=397时输

37、出频率最高。时输出频率最高。所以，合成器的频率所以，合成器的频率(pnl)范围为：（范围为：（35.440.099）MHz第34页/共47页第三十五页，共47页。5、锁相环调频、锁相环调频(diopn)电路电路普通的直接调频电路中，振荡器的中心频率稳定度较差，而锁相调频电路能得到普通的直接调频电路中，振荡器的中心频率稳定度较差，而锁相调频电路能得到(ddo)中心频率稳定度很高的调频信号中心频率稳定度很高的调频信号,锁相环调频电路如下图所示。环路滤波器的带宽必须很窄，截至频率应小于调制信号的频率。锁相环调频电路如下图所示。环路滤波器的带宽必须很窄，截至频率应小于调制信号的频率。fi(t)晶振晶振

38、 PD PD LF LF VCOfo(t)调频波调频波f(t)调制信号调制信号+当调制信号为锯齿波时，可输出扫频信号。当调制信号为数字当调制信号为锯齿波时，可输出扫频信号。当调制信号为数字(shz)脉冲时，可产生移频键控调制（脉冲时，可产生移频键控调制（FSK信号）信号）调制信号作为调制信号作为VCO控制电压的一部分使其频率产生相应的变化，由此在输出端得到已调频信号。控制电压的一部分使其频率产生相应的变化，由此在输出端得到已调频信号。第35页/共47页第三十六页，共47页。6、锁相解调、锁相解调(jidio)电路电路(1)、调频、调频(diopn)波解调波解调下图是用锁相环实现调频下图是用锁相

39、环实现调频(diopn)波解调的原理框图。波解调的原理框图。如果将环路的频带设计的足够宽，使环路捕捉带大于调频波的最大频偏，利用锁相环的跟踪特性，可以使如果将环路的频带设计的足够宽，使环路捕捉带大于调频波的最大频偏，利用锁相环的跟踪特性，可以使VCO的振荡频率跟踪输入调频波的瞬时频率。如果的振荡频率跟踪输入调频波的瞬时频率。如果VCO的电压的电压-频率特性是线形的，则加到频率特性是线形的，则加到VCO的控制电压的变化规律必与调频波的瞬时频率变化规律相同，因此在的控制电压的变化规律必与调频波的瞬时频率变化规律相同，因此在LF的输出端可获得不失真的解调输出。调频波锁相解调的优点是解调门限值比普通鉴

40、相器低的输出端可获得不失真的解调输出。调频波锁相解调的优点是解调门限值比普通鉴相器低45dB。PDPDLFLFVCOVFM(t)调频波调频波V(t)调制信号调制信号第36页/共47页第三十七页，共47页。(2)、AM信号信号(xnho)的同步检的同步检波波下图是用锁相环实现下图是用锁相环实现 AM信号同步检波信号同步检波(jinb)的原理框图。的原理框图。PD PD LF LF VCOVAM(t)调幅波调幅波V(t)调制信号调制信号/2移项移项同步检波同步检波当环路工作在载波当环路工作在载波(zib)跟踪状态时，跟踪状态时，VCO输出频率与环路输入已调信号的载波输出频率与环路输入已调信号的载波

41、(zib)相同，但存在相同，但存在/2的固定相移。的固定相移。因此，经过因此，经过/2移项后变成与输入已调信号的载频相同的信号。将它与输入已调信号共同加到同步检波器就能得到解调信号输出。移项后变成与输入已调信号的载频相同的信号。将它与输入已调信号共同加到同步检波器就能得到解调信号输出。第37页/共47页第三十八页，共47页。BG322、X38、CD4046、MC1404b。单单片片集集成成(jchn)锁锁相相环环电电路路模拟模拟(mn)锁相环路：锁相环路：NE560、NE561、562、565L562、L564、SL565、KD801、KD802、KD8041等。等。数字数字(shz)锁相环路

42、：锁相环路：一、一、NE562NE562（国内同类产品（国内同类产品 L562、KD801、KD8041）是目前广泛应用的一种多功能单片锁相环路。）是目前广泛应用的一种多功能单片锁相环路。1NE562组成框图组成框图NE562是最高工作频率可达是最高工作频率可达30MHz的通用型集成锁相环。的通用型集成锁相环。第38页/共47页第三十九页，共47页。定定时时(dn sh)电容电容CrPDLF限幅限幅VCOA1A2A312111523415678910131416Vcc外接环路滤波外接环路滤波器器RC元件元件去加重去加重-VEE跟踪跟踪范围范围偏压偏压输出输出FM解调解调输出输出VCO输出输出

43、反馈反馈信号输入信号输入信号输入信号输入 NE562123456789101112131415 16PD（鉴相器）：采用（鉴相器）：采用(ciyng)双平衡模拟乘法器双平衡模拟乘法器LF：13、14脚可外接脚可外接RC元件元件(yunjin)构成环路滤波器。构成环路滤波器。VCO：是射极定时的压控多谐振荡器，定时电容由：是射极定时的压控多谐振荡器，定时电容由5、6脚外接电容。脚外接电容。限幅器：是与限幅器：是与VCO串接的一级控制电路，串接的一级控制电路，7脚注入电流的大脚注入电流的大小可以控制环路的跟踪范围。小可以控制环路的跟踪范围。放大器放大器A1、A2、A3：作为隔离，缓冲放大器，：作为

44、隔离，缓冲放大器，10脚用于外接去加重电容脚用于外接去加重电容。当环路用于解调时，。当环路用于解调时，A1，A2的放大作用可以提高的放大作用可以提高 9脚输出的解调信号的电平值。既可以保证脚输出的解调信号的电平值。既可以保证VCO的频稳度，又放大了的频稳度，又放大了VCO的输出电压，使的输出电压，使3、4脚输出的电压幅度增大到约脚输出的电压幅度增大到约4.5V，以满足，以满足PD对对VCO信号电压幅度的要求。信号电压幅度的要求。11，12脚：外接输入信号。脚：外接输入信号。VCO输出输出3、4脚与脚与PD的反馈信号输入端的反馈信号输入端2、15脚之间，可外接其它部件以发挥多功能作用。脚之间，可

45、外接其它部件以发挥多功能作用。第39页/共47页第四十页，共47页。2NE562的的使使用用(shyng)说明说明(1)输入信号从输入信号从11、12脚输入时，应采用电容耦合，以避免影响输入端的直流电位，要求容抗脚输入时，应采用电容耦合，以避免影响输入端的直流电位，要求容抗输入电阻（输入电阻（2K）。）。可以双端输入，也可单端输入，单端输入时，另一端应交流接地，以提高可以双端输入，也可单端输入，单端输入时，另一端应交流接地，以提高PD增益。增益。(2)环路环路(hunl)滤波的设计滤波的设计NE562常用常用(chnyn)的环路滤波器有下图所示的四种形式：的环路滤波器有下图所示的四种形式：NE

46、562RCRCCfCf1314NE562RCRCCf1314CfNE562RCRCCf1314RfRfNE562RCRCCf1314RfPDLF限幅限幅VCOA1A2A312111523415678910131416Vcc外接环路滤波外接环路滤波器器RC元件元件去加重去加重-VEE跟踪跟踪范围范围偏压偏压输出输出FM解调解调输出输出VCO输出输出 反馈反馈信号输入信号输入信号输入信号输入第40页/共47页第四十一页，共47页。13、14脚的外接电路与脚的外接电路与 NE562内部内部(nib)的的PD负载电阻负载电阻Rc共同构成积分滤波器。共同构成积分滤波器。一般已知一般已知Rc=6K,通常选

47、在通常选在50200之间，根据所要求设计的环路滤波器截至频率之间，根据所要求设计的环路滤波器截至频率 可计算出可计算出值：值：对图对图(a):对图对图(b):对图对图(c):对图对图(d):NE562RCRCCfCf1314NE562RCRCCf1314CfNE562RCRCCf1314RfRfNE562RCRCCf1314Rf第41页/共47页第四十二页，共47页。(3)VCO的的输输出出方方式式(fngsh)与与频频率率调整调整1VOC信号输出端信号输出端3、4脚与地之间应当接上脚与地之间应当接上 数值相等数值相等的射极电阻，阻值一般为的射极电阻，阻值一般为 212K,使内部射极输出器的平

48、均电流不超过使内部射极输出器的平均电流不超过 4mA.2当当VCO输出需与逻辑电路连接时，必须外接电平移动电路，使输出需与逻辑电路连接时，必须外接电平移动电路，使VCO输出端输出端12V的直流电平移到某一低电平值上，并使输出方波符合逻辑电平要求的直流电平移到某一低电平值上，并使输出方波符合逻辑电平要求(yoqi)，工作频率可达到，工作频率可达到20MHz。图（图（a）为实用）为实用(shyng)的单端输出，的单端输出，图图（b）为为实实用用的的双双端端驱驱动动的的电平移动电路，电平移动电路，NE56234图（图（a）5v输出到输出到逻辑电逻辑电平平NE5623416图图（b）5v18v输出到输

49、出到逻辑电逻辑电平平第42页/共47页第四十三页，共47页。3VCO的频率及其跟踪范围能调整与控制。的频率及其跟踪范围能调整与控制。VCO频率的调整，除采用直接调节与定时电容并联的微变电容外，还有如下频率的调整，除采用直接调节与定时电容并联的微变电容外，还有如下(rxi)图所示的方法：图所示的方法：NE562568RRCTEA图图(a)图图(a)电路的电路的VCO的工作频率为：的工作频率为：其中其中V时时VCO的的为为固有振荡频率，改变固有振荡频率，改变值，振荡频率相对变化。值，振荡频率相对变化。NE56256810K10KCT图图(b)NE56256810K10KCT5K图图(c)图图(b)

50、、(c)，可将，可将VCO频率扩展到频率扩展到30MHz以上，（以上，（c）可用外接电位器）可用外接电位器 微调频率。微调频率。第43页/共47页第四十四页，共47页。(4)PD的的反反馈馈(fnku)输输入入与与环环路路增增益益控控制制方方式式 PD的反馈输入方式一般采用单端输入工作方式，如右图所示，的反馈输入方式一般采用单端输入工作方式，如右图所示，1脚的脚的+7.7V电压经电压经R（2 K）分别加到反馈输入端）分别加到反馈输入端2、15脚作为脚作为IC内部电路基极的偏压，而且内部电路基极的偏压，而且1脚到地接旁路电容，反馈信号从脚到地接旁路电容，反馈信号从VCO的的3脚输出脚输出(shc