锁相技术第8章

锁相技术复习要求锁相技术复习要点第1章锁相环路的基本工作原理一、考核知识点（一）锁相环路的基本工作原理；（二）锁相环路的相位数字模型及其微分方程；（三）锁相环路的基本性能。

二、考核要求（一）锁定与跟踪的概念1、识记：（1）相位的概念；（2）锁相环路的定义；（3）环路的捕获带（4）环路的同步带。

2、领会：（1）锁相环路是一个相位跟踪系统，它建立了输出信号瞬时相位与输入信号瞬时相位的控制关系（2）几个重要参数：载波相位、瞬时相位、自由振荡角频率、瞬时相差、移稳态相差；（3）环路的两种基本工作状态：捕获过程、锁定状态。

3、应用：（1）环路是处于锁定状态的判定依据；（2）一阶环稳态相差的计算。

（二）环路组成1、识记：（1）环路的基本部件；（2）鉴相器的作用与数学模型；（3）鉴相器的分类：模拟乘法器鉴相器、序列电路（数字鉴相器）；（4）环路滤波器的作用与数学模型；（5）压控振荡器的作用与数学模型；（6）压控灵敏度；（7）压控振荡器的种类。

2、领会：（1）锁相环路的组成及框图；（2）正弦鉴相器及数学模型；（3）几种常用的环路滤波器及传递函数；（4）锁相环路的相位数学模型。

3、应用；（1）理想积分滤波器分析；（2）非常用环路滤波器的传递函数求解。

（三）环路的动态方程1、识记：（1）瞬时频差；（2）控制频差；（3）固有频差；（4）环路增益K。

2、领会：（1）锁相环路动态方程3、应用：（1）锁相环路动态方程的含意；（2）稳态相差的求解。

（四）一阶环路的捕获、锁定与失锁。

1、识记：（1）一阶环路；（2）相点；（3）相轨迹（4）相平面。

2、领会：（1）一阶环路的非线性微分方程；（2）相轨迹上相点的含义。

3、应用：（1）频率牵引现象；（2）一阶环路的捕获带、同步带、快捕带。

第二章环路跟踪性能一、考核知识点（一）锁相环路的线性相位模型及传递函数；（二）锁相环路的性能指标；（三）二阶环路在典型输入下的响应；（四）环路的频率响应。

锁相技术原理及应用学号：0808224030姓名：吕社钦第一章 锁相环路的基本工作原理第一节 锁定与跟踪的概念 一、相位关系描述锁相环路(PLL)是一个相位跟踪系统,方框表示如图1-1(a)。

图1-1 相位跟踪系统框图设输入信号 (1-1) 式中U i 是输入信号的幅度；ωi 是载波角频率；θi(t)是以载波相位ωit 为参考的瞬时相位。

若输入信号是未调载波,θi(t) 即为常数,是ui(t)的初始相位；若输入信号是角调制信号(包括调频调相),θi(t)即为时间的函数。

设输出信号 (1-2) 式中Uo 是输出信号的幅度；ωo 是环内被控振荡器的自由振荡角频率,它是环路的一个重要参数；θo(t)是以自由振荡的载波相位ωot 为参考的瞬时相位,在未受控制以前它是常数,在输入信号的控制之下,θo(t)即为时间的函数。

(注: 锁相环路是一个相位反馈控制系统,输入信号ui(t)对环路起作用的是它的瞬时相位,幅度通常是固定的.输出信号u0(t)的幅度Uo 通常也是固定的,只是其瞬时相位受输入信号瞬时相位的控制.因此,我们希望直接建立输出信号瞬时相位与输入信号瞬时相位之间的控制关系.我们先讨论两个不同频率信号之间的相位关系.)图1-2 输入信号和输出信号的相位关系图1-2(a)所示。

从图上可以得到两个信号的瞬时相位之差 (1-3)前面已经说到,被控振荡器的自由振荡角频率ωo 是系统的一个重要参数,它的载波相位ωot 可以作为一个参考相位。

这样一来,输入信号的瞬时相位可以改写为(1-4)令 (1-5)()sin[()]i i i i u t U t t ωθ=+()cos[()]o oo o u t U t t ωθ=+()[()][()]()()()e i i o o i o i o t t t t t t t t θωθωθωωθθ=+-+=-+-()()()i i o i o i o i o t t t t t ωθωωωθωωω+=+-+∆=-为输入信号频率与环路自由振荡频率之差,称为环路的固有频差。

锁相技术一、引言锁相，就是实现两个电信号相位同步的自动控制。

锁定放人器(LIA —L0ck —in AmDlmer)是锁相技术在微弱信号检测中的应用，本实验将研究锁定放大器的原理和应用。

实验的目的要求是：l 了解锁定放大器的工作原理，着重掌握相关器的原理。

2学会使用锁定放大器，并用它测量p ．n 结势垒电容。

二、原理(一)锁定放大器的基本原理本实验采用NL 一1锁定放大器，其原理框图见图12．k 锁定放大器是一种交流电压表，它能精确地测定深埋在噪声之中的周期重复信号的幅值及相位，这种抑制噪声的作用主要是通过相关器实现的，使用时，除要输入待测信号外，还要输入参考信号。

图12—1 NL 一1锁定放大器原理框图1、相关器 锁定放大器中的相关器如图12—2所示。

它由相乘电路和低通滤波器组成，相乘电路有许多形式，如开关型、电流控制型等等，NL 一1锁定放大器采用开关型。

低通滤波器具有压缩噪声带宽，让直流信号通过的作用，它抑制噪声的能力可以用“等效噪声带宽”图12—2相关器这一参数来描述，可以求出，图12—2中的低通滤波器的等效噪声带宽f n=1144RC T= 低通滤波器的时间常数T=Rc ，T 越长则f n 越小，但实际上由于漂移等问题，T 是不能太长的。

下面是相关器的工作原理。

相关器采用的是所谓相关接收技术。

设输入信号为()Vi t ，参考信号为()Vr t ，由于低通滤波器实际上是一个积分器，因此相关器的输出0V 是()Vi t 和()Vr t 乘积，再对时间积分，并取平均值有0V = ()1lim ()2T i t T V t Vr t dt T τ→∞--⎰ (12-1)式中t 是参考信号相对于输入信号的延迟时间，积分时间上限T 即低通滤波器的时间常数，通常把式(12．1)所表示的0V 称为()Vi t 和()Vr t 的相关函数，实现求相关函数的电子线路称为相关器或相关接收器。

下面的讨论会更清楚相关器的作用。

第一章 锁相环路的基本工作原理1-3 已知一阶环的 U ＝2V ， K ＝15KHz/V ， / 2 =2MHz ，问当输入频率分别为 d 0 0 1.98MHz 和 2.04MHz 的载波信号时，环路能否锁定？稳定相差多大？ 解：U 2V ， K 0 d15k rad s V 2 ， 2 2M rad/s2 1.98M rad/s ， 2 2.04M rad/s1 2 环路能够锁定的条件是 K固有频差 1： 2 ( 0.02)M 2 20k rad/s 01 1 0 固有频差 2： 2 0.04M 2 40k rad/s 02 2 0 环路增益： K U K 2 2 15k 2 30k rad/s d 0 对 处于同步带内，即 K ，环路锁定。

01 01 对 处于同步带外，即 K ，环路失锁。

02 02 01 arcsin 2 41.8 稳态相差 arc sine42。

K 3 1-4 已知一阶环的U ＝0.63V ， K ＝20kHz/V ， f ＝2.5MHz ，在输入载波信号作用下环 d 0 0 路锁定，控制频差等于 10KHz 。

问：输入信号频率 为多大？环路控制电压u (t ) =？稳态 i c 相差 ( ) =？e解： K 0220k rad/ s V ， 控制 2 10k rad/s ，环路增益 K U K 0.63 2 20K 2 12.6k rad/s d 0环路锁定时，固有频差等于控制频差，即 ＝ 控制 2 10 k rad/s =f 0 2.5MHz ， = 2 2500K rad/s固有频差 0 0 i= 2 2500k+2 10K = 2 2510k =5.02 10 6rad/si 0 0f 2.51MHzi2 10K 0.5V2 20K因为 控制 u t K 0 控制电压u t Kc c 02 10k 10sin e 2 12.6k 0.790 K 12.6 稳态相差earcsin 0.79 52.5 1-5 一阶环，设开环时u i (t ) 0.2sin 2 10 t (V )，u (t ) cos 2 10 t (V )3 4 i 0式中 、 为常数。

《锁相技术》课程结业论文题目：4PSK信号的解调电路设计院系名称：信息科学与工程学院专业班级：电子信息工程10级1班学生姓名：学号：授课教师：朱春华2013年7月2日摘要在数字信号的调制方式中4PSK是目前最常用的一种数字信号调制方式,它具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性、在电路上实现也较为简单。

本次设计在理解4PSK解调原理的基础上采用四相Costas环完成4PSK的解调并应用SystemView软件来完成电路的仿真，仿真结果包括已调信号的波形、解调后的基带信号波形以及4PSK信号波形，并通过比较仿真模型与理论计算的性能，证明了仿真模型的可行性。

关键词 4PSK 四相costas环 SystemView 解调电路目录1引言 (4)1.1课题目的和意义 (4)1.2 课题研究内容 (4)2 4PSK解调电路的工作原理 (4)2．1 锁相环简介 (4)2.2 4PSK解调电路的工作原理 (5)2.2．1 Costas环原理 (5)2.2．2 4PSK简介 (5)2.2．3 4PSK解调电路原理 (6)3 4PSK解调电路的具体设计及systemview仿真 (6)3.1 4PSK解调电路原理框图 (6)3.2 4PSK解调电路具体设计及仿真图 (6)3.2.1 4PSK解调电路整体设计图 (7)3.2.2 4PSK信号的产生 (7)3.2.3 4PSK信号的解调 (8)4 结论 (11)5 参考文献 (12)1引言1.1课题目的和意义通过课程设计，加强学生对锁相技术的理解，进一步提高分析解决实际问题的能力，创造一个独立开展电路实验的机会，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过具体电路的设计制作与仿真，加深对基本原理的了解，增强学生的实际动手操作能力。

1.2 、课题研究内容1、理解锁相环和costas环的工作原理。

2、掌握4PSK解调电路的设计原理，以及costas环在解调电路中的作用。

3、会使用SystemView软件进行电路仿真。

锁相技术复习要点第1章 锁相环路的基本工作原理一、考核知识点（一）锁相环路的基本工作原理；（二）锁相环路的相位数字模型及其微分方程；（三）锁相环路的基本性能。

二、考核要求（一）锁定与跟踪的概念1、识记：（1）相位的概念；（2）锁相环路的定义；（3）环路的捕获带（4）环路的同步带。

2、领会：（1）锁相环路是一个相位跟踪系统，它建立了输出信号瞬时相位与输入信号瞬时相位的控制关系（2）几个重要参数：载波相位、瞬时相位、自由振荡角频率、瞬时相差、移稳态相差；（3）环路的两种基本工作状态：捕获过程、锁定状态。

3、应用：（1）环路是处于锁定状态的判定依据；（2）一阶环稳态相差的计算。

（二）环路组成1、识记：（1）环路的基本部件；（2）鉴相器的作用与数学模型；（3）鉴相器的分类：模拟乘法器鉴相器、序列电路（数字鉴相器）；（4）环路滤波器的作用与数学模型；（5）压控振荡器的作用与数学模型；（6）压控灵敏度；（7）压控振荡器的种类。

2、领会：（1）锁相环路的组成及框图；（2）正弦鉴相器及数学模型；（3）几种常用的环路滤波器及传递函数；（4）锁相环路的相位数学模型。

3、应用；（1）理想积分滤波器分析；（2）非常用环路滤波器的传递函数求解。

（三）环路的动态方程1、 识记：（1）瞬时频差；（2）控制频差；（3）固有频差；（4）环路增益K。

2、 领会：（1）锁相环路动态方程3、应用：（1）锁相环路动态方程的含意；（2）稳态相差的求解。

（四）一阶环路的捕获、锁定与失锁。

1、识记：（1）一阶环路；（2）相点；（3）相轨迹（4）相平面。

2、领会：（1）一阶环路的非线性微分方程；（2）相轨迹上相点的含义。

3、应用：（1）频率牵引现象；（2）一阶环路的捕获带、同步带、快捕带。

第二章 环路跟踪性能一、考核知识点（一）锁相环路的线性相位模型及传递函数；（二）锁相环路的性能指标；（三）二阶环路在典型输入下的响应；（四）环路的频率响应。

摘要随着现代通信、雷达、电子侦察和对抗技术的飞速的发展，对作为核心部件的频率合成器的性能指标提出了越来越高的要求，宽频带、高频率分辨、低捷变时间、高频率稳定度、低相位噪声、低杂散、能程控等。

这些技术要求用普通的模拟电路技术是很难达到的，频率合成技术是产生大量高精度、高稳定度频率信号的主要技术。

小数分频频率合成器则是近年来出现的一种新技术，它与传统的整数分频频率合成器相比具有频率分辨率高、相位噪声低等优点。

本文介绍了锁相环和频率合成技术的基础理论，并对小数分频锁相环频率合成器及其实现技术进行了探讨。

ABSTRACTToday, as the electronic technology is developing fantastically fast, the request for higher performance of synthesizers is put forward, wide frequency range, high frequency resolution, low jump time, low phase noise, high spurious restraining and controlled by program. These requirements are too hard to be reached by using normal analog circuit. Frequency synthesizer is the key technology to produce a great deal of high resolution, high stabilization frequency signal.Fraction-N phase locked loop (FNPLL) frequency synthesizer has been appeared in recent years. It has the advantage of high frequency resolution and low phase noise when compared with traditional Integer-N phase locked loop (NPLL) frequency synthesizer.In this paper the basic theory of phase locked loop (PLL) and frequency synthesizer technology were introduced, the theory and implement of FNPLL frequency synthesizer were discussed too.目录一、锁相环基本原理 (4)1.1锁相环原理及组成 (4)1.2 锁相环路的相位模型及其基本方程 (4)二、频率合成基本原理 (5)2.1频率合成概念 (5)2.2频率合成器及其技术指标 (5)2.2.1频率范围 (5)2.2.2频率间隔（频率分辨率） (6)2.2.3频率转换时间 (6)2.2.4准确度与频率稳定度 (6)2.3频率合成器的类型 (6)2.3.1直接式频率合成器（DS） (6)2.3.2间接式频率合成器（IS） (6)2.3.3直接数字式频率合成器（DDS） (7)三、Σ-△小数分频锁相环频率合成器 (7)3.1锁相环频率合成器的发展 (7)3.2 Σ-△小数分频锁相环频率合成器工作原理 (7)四、结束语 (9)一锁相环基本原理1.1 锁相环原理及组成PLL是一种反馈控制电路，其特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。