笫笫笫笫笫77章章锁相环路锁相环路777章章章7.17.1概概述述7.27.2PLLPLL基本原理基本原理7.2.17.2.1PLLPLL各部件的特性与数学模各部件的特性与数学模7.2.27.2.2PLLPLL的环路方程与相位模型的环路方程与相位模型7.3PLL的线性分析7.4PLL的非线性分析7.5集成锁相环介绍7.6PLL电路实例与应用举例2007年11月28日《通信电路原理》信息学院王学伟17.17.1概概述述（1）几种反馈控制系统分ƒ负反馈放大器电路：输入信号幅度在一定的范围内变化，而输出信号幅度与输入信号幅度保持某种比例关系的电路。该电路是一种放大比例系数自动控制电路。（线性电路）ƒ自动增益控制（AGC）电路：在输入信号幅度变化很大的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化的一种自动控制电路。（非线性电路）ƒ自动频率控制（AFC）电路：是一种频率反馈控制系统AFC电路控制的是信号的频率。ƒ自动相位控制（APC）电路：又叫锁相环路。(PhaseLockedLoop,简称PLL)，是一种相位反馈控制系统锁相环路控制的是信号的相位。2007年11月28日《通信电路原理》信息学院王学伟27.17.1概概述述（续）续）（2）反馈控制系统的比较（与负反馈放大器比较ƒ相同点：皆是自动调节系统ƒ不同点：一是调节对象不同。（调节对象：有频率F与相位P）二是分析方法不同▼负反馈放大器有放大器与线性反馈电路▼反馈控制系统除有放大器外，还有非线性部件要用非线性分析方法。（3）反馈控制系统的特ƒAFC的特点是：误差信号是频率，所以稳定时有频差ƒAPC的特点是：误差信号是相位，所以稳定时只有相2007年11月28日《通信电路原理》信息学院王学伟37.2PLL基本原理：7.2.1PLL的方框图与原理分频器÷N(1)基本组成部件(3个)：1)鉴相器,2)环路滤波器,3)压控振荡器。(2)基本原理：ƒ鉴相器的输出信号vd()t是输入信号v()it和压控振荡器输信号vo()t之间相位差的函数。ƒvd()t经环路滤波器滤波（也可能包括放大），滤除高频量后，成为压控振荡器的输入控制电压vP()t。ƒ在vP()t的作用下，压控振荡器输出信号的频率将发生相应化并反馈到鉴相器。最后进入稳定状态。2007年11月28日《通信电路原理》信息学院王学伟47.2.1PLL的方框图与原理（续）续）ƒ锁相环路具有两种工作状态(1)捕获状态──环路由失锁进入锁定的过程；▼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。(2)锁定状态──VCO跟踪输入信号频率与相位的漂移或调变化的过程。▼当PLL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，它们之间的相位差为一常值，这种状态称为环路的锁定状态。ƒ锁相环通常有两种不同的跟踪状态：调制跟踪与载波跟踪▼压控振荡器的输出信号跟踪输入的调制信号变化。这种状态就是调制跟踪状态，这种环路称为“调制跟踪环路”。调制跟环路可实现高质量的调角信号的解调。▼压控振荡器的输出信号频率只跟踪输入信号的载频，那么就称之为载波跟踪状态，这叫载波跟踪环，或称“窄带跟踪环”2007年11月28日《通信电路原理》信息学院王学伟57.2.2PLL各部件的特性与数学模型：（1）鉴相器（PD）ƒ常用的鉴相器有以下几类：数字鉴相器、模拟相乘器、抽鉴相器和鉴频鉴相器等。ƒ作为原理分析，通常使用具有正弦鉴相特性的鉴相(v)dt=[fϕ(i)t−ϕo(t)]式中，ϕ()it为输入信号vi()t的瞬时相位；ϕo()t为压控振荡器输出信号vo()t的瞬时相位。ƒ图中，相乘器的相乘系数为k，单位为1/V。2007年11月28日《通信电路原理》信息学院王学伟6（1）鉴相器（PD）（续续11））ƒ设鉴相器的输入信号为：v(t)iV=imsin[ω(i0t+)]θit=imsin[Vϕi(t)]ω式中，Vim为正弦信号的振幅，i0为中心角频率，θ()it是以载波相位ωi0t为参考的瞬时相位。若输入信号为一固定的正弦波，则θi()t=θi0是一常数，即vi()t的初始相位。ƒ设VCO的输出信号为：v(t)oV=omcos[ω(o0t)]+θot=omcos[Vϕo(t)]式中，Vom为余弦信号的振幅，ωo0为环路VCO自由振荡频率，是输出信号以其自由振荡相位ωt为参考的θo()to0瞬时相位。2007年11月28日《通信电路原理》信息学院王学伟7（1）