无线通信系统08锁相环路的基本工作原理.ppt

第一讲 锁相环路的基本工作原理 一、绪言 二、自动增益控制原理 三、自动频率控制原理 四、锁相环的组成部件及其数学模型 五、环路工作过程的定性分析 六、锁相环部件特性测量 七、总结 一、绪言 反馈控制电路：在系统受到扰动的情况下，通过反馈控制作用，可使系统的某个参数达到所需的精度，或按照一定的规律变化。根据控制对象参量的不同，反馈控制电路可以分为自动增益控制（Automatic Gain Control-AGC）、自动频率控制（Automatic Frequency Control-AFC）和自动相位控制（Automatic Phase Control-APC）,又称为锁相环路（Phase Locked Loop-PLL）。 反馈控制电路的组成如图1-1所示，由比较器、控制信号发生器、可控器件和反馈网络四部分组成一个负反馈闭合环路。其中比较器的作用是将参考信号 ur(t) 和反馈信号 uf (t) 进行比较，输出二者的差值既误差信号 ue(t)，然后经过控制信号发生器送出控制信号 uc(t)，对可控制器件的某一特性进行控制。对于可控制器件，或者是其输入输出特性受控制信号 uc(t) 的控制（如可控增益放大器），或者是在不加输入的情况下，本身输出信号的某一参量受控制信号 uc(t) 的控制（如压控振荡器）。而反馈网络的作用是在输出信号u0(t)中提取所需要进行比较的分量，送到比较器与参考信号进行比较。 一、自动增益控制（AGC）电路 自动增益控制电路广泛用于各种电子设备中。主要用来减小各种原因引起的系统输出信号电平的变化范围。例如，减小接收机因传播衰落引起信号强度的变化范围，防止因强信号而引起的阻塞失真和弱信号被丢失；在发射机中，末级功放的激励电平可能由于话务量不均而起伏较大，采用自动增益控制电路有助于减小这种波动，从而稳定输出功率；对调制信号电平使用自动音量控制有助于减小调制失真；在信号发生器中为保证在较宽的频率范围内振幅平稳。 1．工作原理 自动增益控制电路是利用电压误差信号来消除输出信号振幅与要求信号振幅之间误差的电路。它的组成如图1-2所示。 图1-2中可控增益放大器是环路的核心部件，其增益Ak受控制电压 uc 的控制；电平检测器的功能是将输出信号 u0 幅度缓慢变化转变为直流慢变化；电压比较器的功能是将反馈信号 uf 与要求信 号ur 进行比较，输出误差信号；低通滤波器的功能是对慢变化的误差信号进一步过滤；直流放大器是为了加大直流增益，提高可控增益放大器的控制灵敏度。 当输入信号ur的幅度增大时，可控增益放大器的输出信号u0幅度也趋于增大，经反馈网络的控制、滤波、直流放大，由电压比较器将反馈网络的输出信号uf 和参考信号ur 进行比较，并将该增量进一步放大，于是控制电压uc 显著增大，此时控制电压 uc 应使可控增益放大器的增益 Ak 减小，使输出信号幅度保持平稳。相反，当输入信号 ur 的幅度减小时，控制电压 uc 又使可控增益放大器的增益 Ak 加大，从而使幅度保持平稳。 2．方式与特性 自动增益控制电路有多种形式，包括： （1）简单AGC电路：只要输入信号振幅Ui增加，AGC的作用就会使增益Kv减小，从而使输出信号振幅U0减小。这种AGC电路简单，实用电路中不需要电压比较器；主要缺点是，一有外来信号，AGC立即起作用，接收机的增益就受控制而减小。这对提高接收机的灵敏度是不利的，尤其在外来信号很微弱时。 （2）延迟AGC电路：延迟AGC电路里有一个起控门限，即比较器参考电压ur，它对应的输入信号振幅Uimin。当输入信号Ui小于Uimin时，反馈环路断开，AGC不起作用，放大器Kv不变，输出信号U0与输入信号Ui成线性关系。当Ui大于Uimin后，反馈环路接通，AGC电路才开始产生误差信号和控制信号，使放大器增益Kv有所减小，保持输出信号U0基本恒定或仅有微小变化。这种AGC电路由于需要延迟到Ui＞Uimin之后才开始起控制作用，故称为延迟AGC。图1-3给出了简单AGC和延迟AGC的增益控制特性。 （3）前置AGC：前置AGC是指AGC处于解调以前，由高频（或中频）信号中提取检测信号，通过检波和直流放大，控制高频（或中频）放大器的增益。 （4）后置AGC：后置AGC是从解调后提取检测信号来控制高频（或中频）放大器的增益。 （5）基带AGC：基带AGC是整个AGC电路均在解调