锁相技术 (4)

机械原理锁相
机械原理：
机械原理是机械工程学的一个分支，主要研究机械的工作原理和设计，探讨机械的运动学、动力学、静力学、材料力学等方面的原理。

机械原理应用于机械工程领域，为机械的设计、制造、维护提供理论和技术支持。

锁相：
锁相是一种信号处理技术，用于提取和恢复信号的周期性特征。

锁相技术可以通过控制周期性信号的相位，使其与参考信号保持同步，从而准确地测量信号的频率、相位和幅值等参数。

锁相技术广泛应用于光电子学、通信、控制系统、测量仪器等领域。

锁相可以通过电路实现，也可以通过软件算法实现。

在锁相技术中，通常采用相位锁定环路（PLL）实现对周期性信号的同步。

PLL 由相位检测器、低通滤波器、振荡器和分频器等组成，可以自动跟踪信号相位的变化，保持参考信号和输入信号的同步。

锁相技术还可以应用于信号调制、频率合成、降噪等方面。

锁相技术知识点总结一、锁相放大器的原理锁相放大器是锁相技术的核心设备，其原理是利用相位敏感检测器（PSD）和低通滤波器实现对输入信号的相位测量和提取。

相位敏感检测器是将输入信号和参考信号相乘，然后通过低通滤波器滤除高频信号，得到一个与输入信号相位有关的直流信号。

通过对这个直流信号进行放大和数字化处理，就可以得到输入信号的相位信息。

锁相放大器的原理可以简单地用一个比喻来理解，就是通过将输入信号和参考信号进行“比对”，得到两者之间的相位差，然后通过放大和数字化处理来得到相位信息。

二、锁相放大器的工作原理锁相放大器的工作原理可以分为两个步骤：信号相位的检测和信号的放大和数字化处理。

在信号相位的检测步骤中，输入信号和参考信号经过相位敏感检测器进行相乘，并通过低通滤波器滤除高频信号，得到一个与输入信号相位有关的直流信号。

在信号的放大和数字化处理步骤中，直流信号经过放大器进行放大，然后经过模数转换器进行数字化处理，得到输入信号的相位信息。

整个过程中，锁相放大器可以通过调节参考信号的相位、频率和幅度来对输入信号进行精确的测量和控制。

三、锁相放大器的应用锁相放大器广泛应用于科学研究、通信、医学、生物化学、工业控制等领域。

在科学研究领域，锁相放大器常用于对微弱信号的测量和分析；在通信领域，锁相放大器常用于对调制信号的检测和解调；在医学领域，锁相放大器常用于生物信号的测量和分析；在生物化学领域，锁相放大器常用于对生物信号的检测和分析；在工业控制领域，锁相放大器常用于对工艺参数的测量和控制。

锁相放大器通过提高信噪比和测量精度，可以满足不同领域对信号测量和控制的需求。

四、锁相放大器的发展趋势随着科学技术的发展，锁相放大器的性能不断提高，应用领域不断拓展。

锁相放大器的发展趋势主要包括以下几个方面：一是性能的提高，包括测量精度的提高、频率范围的扩大、动态范围的增加等；二是功能的增强，包括新的信号处理算法、新的控制方式、新的接口标准等；三是应用领域的拓展，包括科学研究、通信、医学、生物化学、工业控制等领域的应用；四是结构的优化，包括体积的缩小、功耗的降低、成本的降低等。

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--模拟调频调相的调制器通信工程（2）班一、模拟调频调相的原理1、调频与调相信号设幅度为1的单一频率Ω的调制信号)（1）t=tu)sin(Ω(ϕ+F则调频信号为[]{}t t u U t u F c c FM )(sin )(ωω∆+= （2）式中c ω为载频；c U 为载波幅度；ω∆为峰值频偏。

将（1）式带入（2）式得[]{}t t u U t u c c FM )sin(sin )(ϕωω+Ω∆+= 已调信号的幅度为常数，其瞬时频偏正比于调制信号。

调频信号也可以用频谱来表示。

单一频率Ω正弦信号调制的调频信号，其频谱不再像条幅信号那样是三条谱线，而是有无限多的谱线。

谱线的频率为Ω±Ω±Ω±n c c c ωωω,...,2,，其中n 为正整数。

第n 对谱线的幅度为（设1=c U ）)()()(mf J J n A n n c =Ω∆=Ω±ωω 式中)(mf J n 是n 阶贝塞尔函数；mf 为调频指数。

调频信号可分为窄带和宽带两类。

所谓窄带调频信号是指峰值频偏ω∆远小于条调制频率Ω，即mf <<1.这时，只有n=0和n=1的内塞尔函数有值，调频信号只有三条谱线，其带宽为)(2Hz B FM πΩ±=。

所谓宽带调频信号是指mf >>1，有很多谱线。

作为一个粗略的近似，可以忽略mf n >的那些频谱，其带宽可近似为)(2Hz B FM πω∆±=。

2、调相信号调相信号的特征是其瞬时相位与调制信号成正比，可表示为)](sin[)(t u t U t u F c c PM ϕω∆+=（3） 式中ϕ∆为峰值相偏。

若调制信号仍同（1）式，则代入第（3）式得[])sin(sin )(ϕϕω+Ω∆+=t t U t u c c PM 它的频谱也包含有一组间隔为Ω的谱线。

频谱为Ω±n c ω的频谱幅度为（设1=c U ）)()(ϕω∆=Ω±n c J n A 。

一、简答1、什么是时钟频率稳定度？分别说说RC振荡器、osc（这个中文怎么说来着，突然失忆~）、恒温osc、铷钟铯钟的频率稳定度各是多少？2、锁相环由哪几部分组成，分别简单说明并画出锁相环框图。

二、PFD鉴相器工作原理及实现方法。

（电路图我就不画了）三、1、锁相环锁定状态的数学模型是什么？在此状态下的相位传输函数和误差传输函数分别是什么？2、同步范围、拉出范围、捕捉范围、锁定范围具体含义是什么？并说明它们之间的相互关系。

四、（晕~实在想不起来了。

等想起来了再说）五、设计f=（N1V+N2）f1的分频器。

说明工作原理及其实现方法。

六、设计f=6.5f1（f1是参考频率，下标其实是ref）。

说明工作原理。

七、说明希尔伯特变换鉴相器的工作原理及其实现方法。

八、综合题用下面给出的器件，选择合适的器件，设计一个锁相环，要求频率可调。

绘出波形图，说明工作原理。

给出频率分辨率的值。

鉴相器：JK鉴相器、PFD鉴相器环路滤波器：无源超前滞后滤波器、有源超前滞后滤波器压控振荡器VCO分频器：自选。

一、选择题1、对锁相环路起作用的是：（）①输入瞬时相位；②输入信号频率；③输入信号幅度2、不论采用何种滤波器的二阶环路其闭环频率响应具有：（）①高通特性；②低通特性；③带通特性二、判断题（正确的打+，不正确的打-）1、锁相环路是实现信号相位自动控制的系统。

（）2、全数字锁相环一般由数字鉴相器、RC积分滤波器、数字压控振荡器构成。

（）三、填充题1、锁相环路的频率响应含义为：________________.2、辅助捕获的方法有：________、________、________、________等。

3、采用单环锁相频率合成器，其输入其准频率fi=100kHz，程序分频器分频比为1234，则环路锁定时输出信号频率为________________.四、简答题1、试述T4044数字鉴频鉴相器的鉴相工作原理。

2、相对于输入信号而言，锁相环路为何等效为一个带通滤波器？它于一般的带通滤波器有何不同？五、综合题1、已知一阶环的Ud＝2V，Ko=15kHz/v，ωo/2π=2MHz.问当输入频率分别为1.98MHz 和2.04MHz的载波信号时，环路能否锁定？稳定相差多大？2、采用有源比例积分滤波器的窄带载波跟踪环路，其环路噪声带宽BL=18Hz，τ1=2630s，τ2=0.0834s，试确定：（1）环路阻尼系数ζ与环路自然角频率ωn；（2）环路增益K；（3）如选择电容C=0.33μF，确定R1，R2.。