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集成锁相环的应用6.6_图文

6.6

集成锁相环的应用

锁相环路具有如下一些重要特性。 1、跟踪特性 一个已经锁定的环路,当输入信号稍有变化时, VCO的频率立即发生相应的变化,最终使 f o ? fi 。 这种使压控振荡器的振荡频率 fo 随输入信号频率 f i 变化而变化的性能,称为环路的跟踪特性。 2、滤波特性 锁相环路通过环路滤波器的作用,具有窄带滤波特

性,能将混进输入信号中的噪声和干扰滤除。
6.6

3、锁定状态无剩余频差 锁相环路是利用相位比较来产生误差电压。因而 锁定时只有稳态相差,没有剩余频差。 4、易于集成化 组成锁相环路的基本部件都易于采用模拟集成 电路。环路实现数字化后,更易于采用数字集成电 路。环路集成化为减小体积、降低成本、提高可靠 性等提供了条件。

6.6

6.6.1 锁相环路在调制与解调中的应用
1、锁相调频 图6.6.1为锁相环路调频器的方框图。

图6.6.1 锁相环路调频器的方框图

6.6.1

实现调制的条件是调制信号的频谱要处于低通滤 波器通带之外,并且调制指数不能太大。换句话说, 只要环路滤波器的带宽做的足够窄,使它的带宽低于 调制频率的下限,调制信号就不能通过低通滤波器, 因而在锁相环内不能形成交流反馈,也就是调制频率 对锁相环路无影响。 显然,锁相环调频器能克服直接调频中心频率 稳定度不高的缺陷。若控制压控振荡器的调制信号 首先经过微分,再对VCO调频,即可实现载波跟踪型 调相的功能。
6.6.1

2、调频波锁相解调电路

调频波锁相解调电路原理框图如图6.6.2所示。

(锁相环FM解 调原理动画)

分析:设VCO的频率控制特性满足:

d? o ? t ? ??o ? t ? ? ? Ao?c ? t ? dt

则 ∵ 且 设 即 相应的

s?o ? s ? ? AoVc ? s ?
?o ? s ? ? H ? s ? ?i ? s ?
s?o ? s ? sH ? s ? Vc ? s ? ? ? ?i ? s ? Ao Ao

? FM ? Vim cos ??c t ? M f sin ?t ? ? ?
??i ?t ? ? ??m cos ?t
??m ??m cos ?t ? ? ? sin ?t ? M f sin ?t 2 ? ?

?i ? t ? ?

?

?

6.6.1

而 ?i ? t ?的复振幅为:
??m ?im ? j? ? ? j?

于是知:

? ? j? ? ? j? H ? j? ? ??m ? H ? j?? ?? Vcm m Ao j? Ao

当PLL的带宽大于调频波中调制信号的带宽时, ? j?? ? 1 H

??m Vcm ? Ao

那么所得到的解调输出电压为
??m ?c ? t ? ? cos ?t Ao 实现了线性解调。

需要说明的是,在调频波锁相解调电路中,为了 实现不失真的解调,环路的捕捉带必须大于输入调频

波的最大频偏,环路的带宽必须大于输入调频信号中
调制信号的频谱宽度。

图6.6.3为采用L562组成的调频波锁相解调器的外接 电路。

图6.6.3 采用L562组成的调频波锁相解调器的外接电路

6.6.1

例题6.6.1 用图6.6.4所示的锁相环路实现调频波的解调。设环路的输入 信号?i (t ) ? Vim cos(?r t ? 10sin 2? ?103 t ) ,已知 Ad ? 250mV/rad,A 1

? 40

A0 ? 2? ? 25 ?103 rad/s ,有源比例积分滤波器的参数为 R1 ? 17.7kΩ ,

R2 ? 0.94kΩ , ? 0.03μF,试求放大器输出1kHz的音频电压振幅 V?m 。 C

图6.6.4

例题6.6.1图

6.6.1

解:已知有源比例LF的传递函数为

? 2s ?1 1 ? R2Cs AF ? s ? ? ? ?? ? 1s R1Cs
代入 R1、R2、C 值, 得

2.8 ?10?6 s ? 1 AF ? s ? ? 531?10?6 s
而环路的闭环传递函数:

Ad A0 A1 AF ? s ? H ?s? ? s ? Ad A0 A1 AF ? s ?
代入 Ad A0 A1 值 ,得

H ?s? ?

83.4 ?103 ? s ? 35.5 ?103 ? s 2 ? 83.4 ?103 s ? 2.96 ?109

令 s ? j? 得到频率特性

H ? j? ? ?

83.4 ?103 ? j? ? 35.5 ?103 ? ??2 ? j83.4 ?103 ? ? 2.96 ?109

F 若 ? ? 2? F , ? 1kHz ,代入

H ? j 2? ?103 ? ?

83.4 ?103 ? j? ? 35.5 ?103 ? ?4? 2 ?106 ? 2.96 ?109 ? j83.4 ?103 ?

2960.7 ?106 ? j83.4 ?103 ? ? ?1 6 3 ? 2960 ? 39.44? ?10 ? j83.4 ?10 ?

6.6.1

而由于 ?i ? Vim sin ?r t ? 10sin 2? ?103 t


?

?

?i ?t ? ? 10sin 2? ?103 t
??i ? t ? ? 10 cos ? 2? ?103 t ? ? 2? ?103 ? 20? ?103 cos ? 2? ?103 t ?



??m ? 20? ?103
? ? Vcm ? V?m

(rad/s)



H ? j? ? ??m 20? ?103 ? ??m ? ? ? 0.4 3 A0 A0 50? ?10

?? ? t ? ? V?m cos ? 2? ? 103 t ?

V?m ? 0.4V

3、调幅信号的同步解调 利用锁相环的频率跟踪特性,就能够得到所需要 的同步信号。然而,由于锁相环中的乘积型鉴相器的 输入信号中,VCO输出电压与输入已调信号的载波电压

之间有?

2

的固定相移,所以用作同步信号时应考虑到

这一点,即需要将VCO的输出信号经? 2 相移网络,才 能够得到同步信号。 实现电路框图如图6.6.5所示。

6.6.1

图6.6.5

同步检波实现电路框图

(同步检波动画)

图6.6.6所示是由通用多功能集成锁相环路
NE56lB作为AM信号同步检波器的外接线图。

6.6.1

图6.6.6

由通用多功能集成锁相环路NE56lB作 为AM信号同步检波器的外接线图

6.6.2

锁相接收机(PLL Receiver)

锁相接收机框图如图6.6.7所示。它实际是一个 窄带跟踪环路。

图6.6.7

锁相接收机框图

6.6.2

地面卫星接收站在接收卫星信号时,由于卫星不 停的绕地球飞行(由于多卜勒效应),再加上卫星离 地面较远,卫星发射功率小,天线增益低,地面接收 到的信号不仅微弱,而且接收到的信号频率将偏离卫

星发射的信号频率,且在很大范围内变化。
此时若采用普通接收机,不仅需要接收机有较大 的带宽,而且接收下来的输出信号信噪比太大,无法 有效的检出有用信号。若采用锁相接收机,利用PLL的 窄带频率跟踪特性,可以很好的解决上述问题。

设输入信号角频率: i ? ?d , d 多卜勒频移。 ? ? 当环路锁定时, i ? ?r ? 此时中放的带宽可以做得很窄,保证PD输入端有足 够的信噪比。 同时VCO的?o中反映多卜勒频移的信息送测速系统, 可以作为测卫星运动速度的数据。 若? i为已调信号,只需将混频后的中频信号经解调器 进行解调,即可获得调制信号。若需载波信息,可经窄带

带通滤波器提出。
6.6.2

6.6.3 锁相倍频、分频和混频
1、锁相倍频与分频电路

图6.6.8所示为锁相倍频框图。当环路锁定时,鉴
相器的两个输入信号频率相等,即 ? ?i ? o 或 ?o ? N?i
N

图6.6.8 锁相倍频框图 (锁相倍频电路动画)

6.6.3

若将图6.6.8中的N分频器改为N倍频器,即可实 现分频的功能。 2、锁相混频电路 图6.6.9为由锁相环组成的锁相混频器框图。

图6.6.9

锁相混频框图

(锁相混频原理动画)

当环路锁定时, i ? ?o ? ?L ,即 ?o ? ?L ? ?i ? 因而环路实现了混频作用。 至于 ?o 取 ?o ? ?L ? ?i,还是取 ?o ? ?L ? ?i , 要看VCO输出角频率?o是高于?L 还是低于?L 当 ?o高于 ?L时, 取 ?L ? ?i ; ?o

? 当?o低于 ?L 时, o 取 ?L ? ?i 。

6.6.3


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