第7章锁相环路 7.0反馈控制电路概述 7.01AGC ■ PLL基本组成与工作原理 7.1锁相环路的基本概念 ■PLL的环路方程与相位模型 ■PLL各部件的特性与数学模型 7.2PLL的线性分析 ■PLL的线性模型与传递函数■PLL的跟踪特性 ■PLL的稳态相差 ■PLL的频率特性 ■PLL的稳定性(*) ■PLL的噪声特性(*) 7.3PLL的非线性分析 ■一阶环路的非线性分析 ■二阶环路的非线性分析 7.4AFC 7.5集成锁相环介绍 ■PLL电路实例与应用举例 Tsinghua University
1 笫7章 锁相环路 7.0反馈控制电路概述 7.01 AGC 7.1锁相环路的基本概念 ◼ PLL各部件的特性与数学模型 7.2PLL的线性分析 ◼ P L L 的线性模型与传递函数 ◼ P L L 的稳态相差 ◼ PLL的稳定性（*） 7.3PLL的非线性分析 ◼ 一阶环路的非线性分析 ◼ 二阶环路的非线性分析 7.4 AFC 7.5集成锁相环介绍 ◼ PLL电路实例与应用举例 ◼ PLL基本组成与工作原理 ◼ PLL的环路方程与相位模型 ◼ P L L 的跟踪特性 ◼ P L L 的频率特性 ◼ PLL的噪声特性（*）
7.0反馈控制系统 口反馈控制是各种通信系统和电子设备中的重要技术手 段。 反馈控制系统可看作自动调节系统，通过调节使系统 在不同工作条件下实现规定的技术性能指标，或者满 足某些特定的要求。例如系统输出信号电平不变，或 频率稳定度达到一定要求等。 根据需要比较和调节的参量不同，反馈控制电路分为 三类： ●自动增益控制(AGC) ● 自动频率控制（AFC) ● 锁相环路(PLL) Tsinghua University
2 7.0 反馈控制系统 反馈控制是各种通信系统和电子设备中的重要技术手 段。 反馈控制系统可看作自动调节系统，通过调节使系统 在不同工作条件下实现规定的技术性能指标，或者满 足某些特定的要求。例如系统输出信号电平不变，或 频率稳定度达到一定要求等。 根据需要比较和调节的参量不同，反馈控制电路分为 三类： ⚫ 自动增益控制（AGC） ⚫ 自动频率控制（AFC） ⚫ 锁相环路(PLL)
反馈控制系统的组成和工作原理 1、反馈控制系统原理框图如下： 比较器 e(t) 可控设备 r(t) y(t) 反馈环节 ▣ 反馈控制电路的特点 ■自动调节系统。若电路的输入、输出量之间的关系偏离 了预定的关系式，比较器将检测并输出相应的误差电压， 该电压去控制可控设备对输出量进行调节，最后使输入、 输出量之间接近预定的关系一一改善系统性能 ■ 反馈控制电路是依靠误差进行调节的，一般都存在稳态 误差，正是这种稳态误差产生的控制电压保证了输入、 输出信号之间接近预定的关系。 singhua University
3 反馈控制系统的组成和工作原理 1、反馈控制系统原理框图如下： 反馈控制电路的特点 ◼ 自动调节系统。若电路的输入、输出量之间的关系偏离 了预定的关系式，比较器将检测并输出相应的误差电压， 该电压去控制可控设备对输出量进行调节，最后使输入、 输出量之间接近预定的关系－－ 改善系统性能 ◼ 反馈控制电路是依靠误差进行调节的，一般都存在稳态 误差，正是这种稳态误差产生的控制电压保证了输入、 输出信号之间接近预定的关系。 比较器 可控设备 反馈环节 r(t) e(t) y(t)
2、三类反馈控制电路的比较 口三类反馈控制电路的区别 反馈控制电路 需调节量 比较器 可控设备 稳态误差 1、AGC 电压或 检波器 可控增益 电压或 自动增益控制 电流 放大器 电流差 2、AFC 压控振荡器 自动频率控制 频率 鉴频器 (VCO) 频差 3、PLL 相位 鉴相器 压控振荡器 相差（无 (Phase Locked (VCO) 频差) Loop) 思考：与反馈放大器相比有何异同？ Tsinghua University
4 2、三类反馈控制电路的比较 三类反馈控制电路的区别 1、AGC 自动增益控制 反馈控制电路 需调节量 比较器 可控设备 稳态误差 电压或 电流 检波器 可控增益 放大器 电压或 电流差 2、AFC 自动频率控制 频率 鉴频器 压控振荡器 （VCO） 频差 3、PLL (Phase Locked Loop） 相位 鉴相器 压控振荡器 （VCO） 相差（无 频差） 思考：与反馈放大器相比有何异同？
7.01自动增益控制(AGC)电路 ▣AGC 框图 可 Ve 控制电 崖产生 比较器 低通 围齧 带宽很窄， 基准电平 直流通过 口自动增益控制电路是一种在输入信号幅度变化很大的情况 下，使输出信号幅度保持基本恒定或仅在较小范围内变化的 一种反馈控制电路。 口可控增益放大器的增益由控制电压决定，而控制电压由输出 电乎和基准电平比较产生，AGC通过非线性闭合环路实现。 Tsinghua University
5 7.01自动增益控制（AGC）电路 AGC 框图 自动增益控制电路是一种在输入信号幅度变化很大的情况 下，使输出信号幅度保持基本恒定或仅在较小范围内变化的 一种反馈控制电路。 可控增益放大器的增益由控制电压决定，而控制电压由输出 电平和基准电平比较产生，AGC通过非线性闭合环路实现。 带宽很窄， 直流通过
AGC控制特性 口当输入信号小于门限电平V1时， 系统无控制作用 ■输出电压随输入电压线性放大 口当输入信号超过门限电平V1时， AGC电路起控制作用 ■名 输出电压随输入电压的增强， ■仅有极小的变化 口放大器输出电平几乎是固定 0 的 当输入信号很大，超过AGC控 制电路工作范围，AGC控制作 用消失 singhua University 6
6 AGC控制特性 当输入信号小于门限电平 V 1时， 系统无控制作用 ◼ 输出电压随输入电压线性放大 当输入信号超过门限电平 V 1时， AGC电路起控制作用 ◼ 输出电压随输入电压的增强， ◼ 仅有极小的变化 放大器输出电平几乎是固定 的 当输入信号很大，超过AGC 控 制电路工作范围，AGC控制作 用消失
AGC控制特性的设计 口AGC的控制作用，一般在接收机放大级实现，例如对高频 放大器的控制，对主中放的第一中放或第二级中放的控制等。 放大器的受控级数，通常取决于系统的要求。 ■总放大器输入信号的动态范围 ■总放大器输出电压的容许变化量 m。= omin 口放大器的总增益 放大器受控级数为n 每级的增益控制倍数为Gc 控制倍数为：Gc= V m n≥Gc(dB) ΓGc(dB) Gc(dB)=m,(dB)-m,(dB) 式中A为总放大器的最大电压增益，其值一般出现在输入信号为最 小值时；An为总放大器的最小电压增益，其值一般发生在输入信号 为最大时。 Tsinghua University
7 AGC控制特性的设计 AGC的控制作用，一般在接收机放大级实现，例如对高频 放大器的控制，对主中放的第一中放或第二级中放的控制等。 放大器的受控级数，通常取决于系统的要求。 min max o o o V V m = 放大器的总增益 控制倍数为： 式中 为总放大器的最大电压增益，其值一般出现在输入信号为最 小值时； 为总放大器的最小电压增益，其值一般发生在输入信号 为最大时。 Amax Amin o i o o i i i o i o C m m V V V V V V V V A A G = = = = min max min max max max min min min max ◼总放大器输入信号的动态范围 ◼总放大器输出电压的容许变化量 min max i i i V V m = ( ) G (dB) G dB n G n C C C 1 1 每级的增益控制倍数为 放大器受控级数为 G (dB) m (dB) m (dB) C = i − o
举例 口例某接收机输入信号的动态范围为60dB,输出电压容 许变化范围为20%，若单级放大器的增益控制倍数等 于20dB,指出应控制放大器的级数 解：输出电压容许变化值为： m。=20lg -20g1+)=20g1+02)=16dB omin omin 接收机总增益控制范围为： Gc(dB)=m,(dB)-m (dB)=60-1.658(dB) 故所需受控 n≥ Gc(dB)58 级数为： =2.9即应采用三级控制。 Gc(dB)20 Tsinghua University
8 举例 例某接收机输入信号的动态范围为60dB，输出电压容 许变化范围为20%，若单级放大器的增益控制倍数等 于20dB，指出应控制放大器的级数 解：输出电压容许变化值为： dB V V V V m o o o o 20lg 20lg(1 ) 20lg(1 0.2) 1.6 min min max = + = = = + 接收机总增益控制范围为： G (dB) m (dB) m (dB) 60 1.6 58(dB) C = i − o = − 故所需受控 级数为 ： 2.9 20 58 ( ) ( ) 1 = = G dB G dB n C C 即应采用三级控制
AGC电路实现 口可采用多种不同形式的可控增益放大器电路 口采用变跨导晶体管构成的可控增益放大器电路 ■这种放大器，当控制电压使其静态工作点改变时， 放大器的增益也随之改变，达到增益可控的目的 例如：简单AGC电路（调幅收音机中) 口改变放大器的负反馈，实现对放大器增益的控制 -用于集成电路中 例如：差分放大器增益控制电路（电视机芯片） 口改变放大器的交流负载，实现对放大器增益的控制 ■这种适用于较高工作频率的增益控制电路。 例如：电控衰减器增益控制电路（微波电路） 'singhua University
9 AGC电路实现 可采用多种不同形式的可控增益放大器电路 采用变跨导晶体管构成的可控增益放大器电路 ◼ 这种放大器，当控制电压使其静态工作点改变时， 放大器的增益也随之改变，达到增益可控的目的 例如:简单AGC电路（调幅收音机中） 改变放大器的负反馈，实现对放大器增益的控制 --用于集成电路中 例如：差分放大器增益控制电路（电视机芯片） 改变放大器的交流负载，实现对放大器增益的控制 ◼这种适用于较高工作频率的增益控制电路。 例如：电控衰减器增益控制电路（微波电路）
简单AGC电路 口调幅接收机AGC电路一改变中频放大器工作点，改变增益 R 至下级 中放 D R R 至低放 AGC 电压 R 电平检测 低通滤波 Tsinghua University 10
10 简单AGC电路 调幅接收机AGC电路－改变中频放大器工作点，改变增益 R1 R2 R3 AGC 电压 至下级 中放 至低放 R4 R5 R6 C1 C2 C3 C4 C5 C6 D −Vcc 电平检测 低通滤波