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PLL宽带微波频率源分析(3)

时间:2021-10-24 21:14来源:毕业论文
2。1锁相频率源基本组成 论文网 锁相频率源的基本原理框图如图2。1所示,主要构成分为四部分:鉴相器PD,环路滤波器LF,压控振荡器VCO,分频器。 图

2。1锁相频率源基本组成论文网

锁相频率源的基本原理框图如图2。1所示,主要构成分为四部分:鉴相器PD,环路滤波器LF,压控振荡器VCO,分频器。

     

锁相环基本原理框图

图2。1  锁相环基本原理框图

锁相环的基本原理是经过压控振荡器的部分信号,根据输出信号的参数设置要求,通过一定倍数的分频器分频后,相位与参考信号的相位θ1(t)通过鉴相器进行鉴相,两者相比较后产生的误差电压信号包括直流电压部分和高频部分,高频信号部分在经过环路滤波器LF后被滤除,剩下的直流电压信号通过压控振荡器VCO输出一个确定频率的信号,鉴相器PD会通过对比θ2(t)分频后的相位θ2(t)与θ1(t)的变化速率,得到差值,在此基础上产生一个适当的正(负)压信号,这个信号用来控制压控振荡器VCO的输出信号频率,使整个动态反馈系统达到输出信号的相位θ2(t)变化速率与参考信号的相位θ1(t)变化速率相等,即频率相等,完成“锁相”过程。

接下来将一一介绍锁相频率源的四个重要组成部分。

2。1。1  鉴相器PD

相位比较是PD的主要作用,通过比较参考信号相位θ1(t)和经过分频后的输出信号相位θ2(t),得到两者的相位差Δθ(t),输出产生误差电压信号u a(t),u a(t)和Δθ(t)具有函数关系。根据PD的电路特性,两者的函数关系分为正弦,三角形,矩形和锯齿形等。其中最为常用的是正弦关系特性。此种鉴相器PD的简化模型如图2。2所示。

图2。2  正弦鉴相器简化模型

它由相乘器(相乘系数Km)和LPF低通滤波器相串联,根据电路得到关系式:

Km u i(t)u o(t)= Km U i sin[ω0 t+θ1(t)] U o cos[ω0 t+θ2(t)]

                 =1/2 Km U i U o sin[2ω0 t+θ1(t)+θ2(t)]+ 1/2 Km U i U o

 sinΔθ(t)                                        (2-1)

LPF滤除多余的高频部分信号后,剩下的信号电压为误差信号电压: 

                          u a(t)=1/2 Km U i U o sinΔθ(t)                         (2-2)

令鉴相器PD的输出电压最大值U a =1/2 Km U i U o 

有:

                                u a(t)=U a sinΔθ(t)                          (2-3)

此等式即正弦鉴相特性。

2。1。2  环路滤波器LF来*自-优=尔,论:文+网www.youerw.com

LF是锁相环路设计中的关键部件,它的性能对整个锁相环电路有直接影响,它既具有低通过滤的作用,同时在调整环路参数过程中起决定性作用。它决定了锁相环路PLL中频谱的纯度,以及系统稳定性,锁定时间等指标,常见的环路滤波器LF有有源比例积分、RC积分滤波器、无源比例积分滤波器,三种,按源分类即无源LF和有源LF。LF近似等价于线性电路,在时域和频域中分别用传输算子F(p)和传函F(s)表示,定义s是复频率,LF的传函为Z(s)。

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