《pll捕獲性能》PPT課件.ppt

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1、第七講環(huán)路的捕獲性能(1)上次課復(fù)習(xí)第一節(jié)捕獲的基本概念第二節(jié)捕獲過程與捕獲特性第三節(jié)捕獲帶與捕獲時(shí)間本次課小結(jié)環(huán)路噪聲性能環(huán)路噪聲相位模型對(duì)輸入白高斯噪聲的線性過濾特性環(huán)路對(duì)壓控振蕩器相位噪聲的線性過濾環(huán)路對(duì)各類噪聲與干擾的線性過濾環(huán)路跳周與門限PLL在噪聲輸入時(shí)的相位輸出和動(dòng)態(tài)方程圖3-3有輸入噪聲時(shí)環(huán)路線性化噪聲相位模型(a)等效為N(s)；(b)等效為θni(s)研究環(huán)路對(duì)噪聲電壓N(t)的響應(yīng)－－環(huán)路對(duì)噪聲的線性過濾問題環(huán)路的基本關(guān)系式一、環(huán)路輸出噪聲相位方差二、環(huán)路噪聲帶寬BL三、環(huán)路信噪比圖3-7考慮了VCO噪聲的環(huán)路線性化噪聲相位模型圖3-11鎖相式

2、頻率合成器原理方框圖但由于噪聲的隨機(jī)性,對(duì)于某個(gè)瞬間出現(xiàn)的較強(qiáng)噪聲使環(huán)路相差有可能產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)2π周期的跳越,跳周的次數(shù)就是環(huán)路失鎖的次數(shù),因此用環(huán)路“平均跳周時(shí)間”、“跳周概率”和“失鎖概率”等統(tǒng)計(jì)量能更好地衡量有噪環(huán)路的非線性跟蹤性能。當(dāng)(S／N)L降低到環(huán)路失鎖后不再能重新捕獲，產(chǎn)生了環(huán)路噪聲門限的概念。一、二階環(huán)噪聲性能結(jié)論表3-1第一節(jié)捕獲的基本概念1.捕獲－－環(huán)路進(jìn)入鎖定的過程在前面各章的分析中,都是在假定環(huán)路已經(jīng)鎖定的前提下來討論環(huán)路的跟蹤和過濾性能,因?yàn)槭фi的環(huán)路是不可能表現(xiàn)出這些性能的。實(shí)際工作中，如開機(jī)、換頻或由開環(huán)到閉環(huán)，一開始環(huán)路總是失鎖的

3、，因此環(huán)路需經(jīng)由失鎖到鎖定的過程。2.相位捕獲與頻率捕獲相位捕獲－－在捕獲過程中,相位差沒有2π的周期跳越。在一階環(huán)中,沒有環(huán)路濾波器,只有壓控振蕩器一個(gè)固有積分環(huán)節(jié),所以一階環(huán)只有相位捕獲,頻率捕獲－－在二階環(huán)中，存在兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，當(dāng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的差拍狀態(tài)，環(huán)路會(huì)失鎖，當(dāng)　　　　　　　　時(shí)，環(huán)路只有相位捕獲過程，當(dāng)時(shí)，環(huán)路濾波器中的積分環(huán)節(jié)會(huì)差拍波中的直流分流積分，不斷牽引著VCO的振蕩頻率往輸入頻率的方向靠近，最終導(dǎo)致環(huán)路鎖定。這一過程就是頻率捕獲過程或頻率牽引過程。3.自捕獲與輔助捕獲自捕獲－－如果環(huán)路依靠自己的控制能力達(dá)到捕獲鎖定,稱這種捕獲過程為自捕獲。

4、自捕獲慢、范圍小、不太可靠。輔助捕獲－－若環(huán)路借助于輔助電路才能實(shí)現(xiàn)捕獲鎖定,則稱這種捕獲過程為輔助捕獲。輔助捕獲也有相位捕獲與頻率捕獲之分。4.捕獲性能的分析方法在捕獲過程中,瞬時(shí)相差將在大范圍內(nèi)變化,甚至有多個(gè)2π的周期跳越。捕獲過程為一種非線性現(xiàn)象。(1)相平面法。這是一種利用　　　　　平面關(guān)系圖形圖解分析二階非線性微分方程的方法。(2)準(zhǔn)線性法。它基于環(huán)路中含有低通濾波環(huán)節(jié)的事實(shí),鑒相器輸出的任何形式的差拍周期信號(hào),經(jīng)過低通濾波器以后,都可近似為直流與正弦信號(hào)的和第2節(jié)捕獲過程與捕獲特性一、捕獲過程為了理解環(huán)路的捕獲性能,必須先了解環(huán)路的捕獲過程。為此我們借

5、助于非理想二階環(huán)的相平面圖來作出其捕獲過程的時(shí)間圖。所謂相平面圖是指環(huán)路相差θe與其導(dǎo)數(shù)的關(guān)系圖形在環(huán)路非線性微分方程的一般形式(1-30)式中,將代入,可得再將上式兩邊除以,得相軌跡方程(4-1)(4-2)圖4-1實(shí)際上是具有無源比例積分濾波器的二階環(huán),在給定環(huán)路參數(shù)的條件下,環(huán)路方程的圖解表示。圖中實(shí)際的縱坐標(biāo)為圖4-1非理想二階環(huán)相平面令方程(4-1)式中dθe／dt=0,d2θe／dt2=0,可得穩(wěn)定平衡點(diǎn):不穩(wěn)定平衡點(diǎn)式中n=0,1,2,…。由(4-3)式看出,當(dāng)n=0時(shí),(4-3)(4-4)(4-5)(4-6)圖4-2固定頻率輸入下,具有無源比例積分濾

6、波器的二階環(huán)捕獲過程時(shí)間圖圖4-2固定頻率輸入下,具有無源比例積分濾波器的二階環(huán)捕獲過程時(shí)間圖根據(jù)θe～t曲線,由關(guān)系式ud(t)=Udsinθe(t)(4-7)可畫出鑒相器輸出電壓隨時(shí)間的變化曲線,如圖4-2(c)所示。又從第一章的分析知道,在固定頻率輸入的情況下,存在關(guān)系所以環(huán)路濾波器輸出的控制電壓為(4-8)二、捕獲過程的特性從圖4-2這組曲線,可以清晰地看到環(huán)路從起始到鎖定的捕獲全過程。下面我們將對(duì)捕獲全過程作進(jìn)一步說明。圖4-3二階環(huán)的牽引模型捕獲過程的特性表現(xiàn)為4步1：LF對(duì)差拍電壓中的交流分量進(jìn)行按比例衰減，同時(shí)對(duì)直流分量進(jìn)行積分。2：當(dāng)　　　　　　　

7、時(shí)，頻率捕獲過程－－相位捕獲過程（一階環(huán)沒有頻率捕獲過程，因?yàn)闆]有直流分量的積分環(huán)節(jié)）3：交流分量進(jìn)行按比例衰減后，對(duì)VCO進(jìn)行調(diào)頻，鎖定后控制電壓的交流分量消失，為純直流分量。4：　　　　　　　　，一階環(huán)與非理想二階環(huán)不能鎖定，理想二階環(huán)經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的積分后可進(jìn)入鎖定。第3節(jié)捕獲帶與捕獲時(shí)間捕獲帶－－保證環(huán)路必然進(jìn)入鎖定的最大固有頻差。快捕帶－－保證環(huán)路在一個(gè)周期內(nèi)進(jìn)入鎖定的最大固有頻差。捕獲時(shí)間－－頻率捕獲過程所需要的時(shí)間?？觳稌r(shí)間－－相位捕獲所需的時(shí)間。一、二階環(huán)的快捕帶與快捕時(shí)間在失鎖狀態(tài)下,鑒相器的輸出是一個(gè)差拍電壓。由于環(huán)路濾波器對(duì)差拍電壓按比例衰減,使