锁相环及载波同步要点

鉴相器 PD
vD(t)
vo(t) -

vo(t) -
e(t)
v D f i (t ) 0 (t )

e(t)
某些相位检测器的特性
鉴相器
vi(t) vo(t) vi(t) vo(t)
v i Ai si n [ 0 t i ( t )] v o Ao cos[ 0 t o ( t )] v D K m Ai Ao si n [ 0 t i ( t )]cos[ 0 t o ( t )] KD K m Ai Ao 2
s o ( s ) K P o ( s ) i ( s )H ( s ) T ( s)
o ( s) K P H ( s) i ( s) s K P H ( s)
K P KV K D
不同的环路滤波器，可以求 出相位不同的传输函数，进 行分析，得到稳态相差、稳 定度等指标
鉴相器 PD
vD(t) vD(t)
vo(t) -

e(t)
v D f i (t ) 0 (t )
i ( t ) o ( t ) K D si n2 0 t i ( t ) o ( t ) K D si n
环路低通滤波器
• 环路滤波器的主要功能： – 滤除误差信号中的高频分量 – 为锁相环提供一个短时记忆，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。 • 环路滤波器的设计对环路的各项性能都有重要影响 – 稳态相差、跟踪时间、捕捉带宽、稳定性等。
e ( s) 0
e ( s ) KP
只有相差 有频率差
两种锁相环分析示例
K H ( s) s K
e ( s)
s s K P H ( s)
s 0
（ t） t 0 i ( s ) / s
i ( s)
（ t） t
vP(t)
0 (t ) 0 t KV v P ( )d 0 ( t ) KV v P ( )d
锁相环的环路方程
i (t ) o (t ) v D K D sin
i (t )
vi(t) vD(t)
VCO
v P (t ) v D (t ) h(t )
R
1 Cs
1 Cs 1 RC s 1 RC
H ( s) 1
1 H ( s ) Cs K s K
R

两种锁相环分析示例
（t） t 0 i ( s ) / s （t） t t 0 i ( s ) / s
2
只有相差
有频率差
两种锁相环分析示例
锁相环PLL由鉴相器、环路（低通滤波器）和 压控振荡器三个基本部件组成相位反馈控制系统 锁定、跟踪（同步带）、捕捉
锁相环基本原理
锁定、失锁、跟踪（同步带）、捕捉
v P (t )
f0
同步带 捕捉带
f
鉴相器
鉴相器完成输入信 号与压控振荡器之间 相位差到电压的转换
vo(t) -

e(t)
vi(t) vo(t)
t0
e ( s) lims
s
s K P H ( s)
i ( s)
i ( s ) / s 2
e ( s) 0 e ( s) 0
只有相差 有频率差
锁相环应用分析例
• 分析锁相环成为FM鉴频器的条件
v i ( t ) A cos c t K FM
Biblioteka Baidu
i(s) o(s)

KP
H(S)
1/S
锁相环的复频域模型
两种锁相环分析示例
( s) K P H ( s) T ( s) o i ( s) s K P H ( s)
e ( s) i ( s) o ( s)
s s K P H ( s)
i ( s)
vi(t)
鉴相器 PD
vD(t)
压控振荡 器VCO
环路低通 滤波器LF
vP(t)
vo(t)
PLL的主要性能指标， 主要取决于环路滤波 器的设计
压控振荡器
• 压控振荡器
自由振荡频率或 中心（角）频率 电压控制部分
(t ) 0 gv P (t )
(t)
(t ) 0 KV v P (t )
线性化，假定相位误差较小
d 0 ( t ) K V K D e ( t ) * h( t ) dt e (t ) i (t ) o (t )
解微分方程 得到结论
锁相环的环路方程
d 0 ( t ) K V K D e ( t ) * h( t ) dt e (t ) i (t ) o (t ) 拉氏变换求解微分方程
H ( s) 1
e ( s )（ t ) o s0 ) i( ） s t(
i ( ss ) / s
i ( s) s s K P H ( s) e ( s) i ( s) （ t） t t 0 s KP i ( s ) / s 2 s e ( s ) lims i ( s) s 0 s K P
锁相环及载波同步
通信原理第十二讲
锁相环及载波同步
• 锁相环基本原理
– – – – – – – 锁相环 相位检测器（鉴相器） 环路滤波器 压控振荡器 锁相环的环路方程 简要分析 锁相环在通信系统中的应用
锁相环基本原理
vi(t)
鉴相器 PD
vD(t)
压控振荡 器VCO
环路低通 滤波器LF
vP(t)
vo(t)
H(f) LF
vP(t) vo(t)
0 (t )
K
V
v P ( )d
锁相环的环路方程
i (t ) o (t ) v D K D sin
v P (t ) v D (t ) h(t )
0 (t )
K
V
v P ( )d
d 0 ( t ) K V K D sin i ( t ) o ( t )* h( t ) dt