chapter 环路捕获性能.pptx
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1、3.自捕获与辅助捕获 环路依靠自身的控制作用而捕获的方式称为自捕获 借助于辅助电路实现捕获的方式称为辅助捕获 自捕获的缺点:捕获速度慢、捕获范围小、可靠性差 通过改变环路参数的方法改善捕获性能时会严重影响环路的跟踪性能 实现时一般采用辅助捕获方法改善环路的捕获性能第1页/共22页4.捕获性能的分析方法 不满足线性近似条件,不能采用线性分析法,只能对非线性微分方程展开讨论 常用的分析方法有:1)相平面法(相轨迹法或相图法)图解分析方法。根据非线性微分方程得到 关系图可分析一、二阶环路的动态过程,取得稳定性、时间响应等有关信息2)准线性法 将PD输出的差拍电压信号近似为一直流信号与正弦信号之和进行
2、讨论。此方法适合于任何阶次的环路,且阶次越高分析结果越精确第2页/共22页第二节 PLL的捕获过程与捕获特性1.二阶环捕获过程的描述 对采用无源比例积分滤波器的二阶环对输入固定频率信号得到相轨迹方程定义环路高频总增益为第3页/共22页则环路的相轨迹方程强调两点:(1)因方程中含有 与 ,因此相轨迹以 为周期。所以研究捕获特性时,只研究 间的相图即可;(2)在 的横轴某些点上,因方程中出现 项,所以这些点在相轨迹上的斜率是不确定的,将这些点称为奇点,他们对应着环路的稳定和非稳定平衡点。在稳定平衡点,所有的相轨迹走向都会聚或收敛于该点;对非稳定平衡点,所有的相轨迹都背向该点发散出去第4页/共22页
3、非理想二阶环一个周期内的相图如下第5页/共22页由图可知:(1)稳定平衡点:令 得 非稳定平衡点:令 得 随着固有频差的增加,两个奇点逐渐靠近;当 时,两个奇点将重合而消失,此时环路不能通过捕获而锁定,因此 是维持环路锁定的必要条件,故环路同步带 非线性环路的稳态剩余相差:(2)当瞬时频差很大时,相轨迹近似于正弦曲线第6页/共22页2.二阶环的捕获过程捕获过程:捕获得起始阶段,环路的频差较大,在输入固定频率信号和VCO反馈的调频信号的作用下,鉴相器的输出为差拍电压,差拍电压中的直流分量不为零,通过环路滤波器的积分作用,使控制电压中的直流分量不断增加,从而不断牵引VCO输出平均频率向输入信号的频
4、率靠近,使得平均频差不断减小;当平均频差减小到进入快捕带后,频率捕获结束,开始相位捕获过程。此过程中,瞬时相差的变化不超过 ,最终趋于稳态值,使得误差电压和控制电压都为直流信号,提供一个固定的频偏,输出频率被最终锁定在输入信号的频率上,捕获过程结束。捕获过程中各个信号的变化如P80图4-2所示第7页/共22页3.二阶环的捕获过程的特性(1)二阶环中存在环路滤波器,在捕获过程中,环路滤波器对差拍电压中的交流分量进行按比例衰减,同时对其中的直流分量进行积分,故二阶环的牵引模型如图4-3所示(2)当 时,环路滤波器对直流分量的积分作用使得环路输出的平均频率向输入信号频率靠拢 在相位捕获过程中,频差不
5、为零,仍然在减小;由于一阶环的捕获过程中相差不会超过 ,所以一阶环只有相位捕获(3)二阶环的捕获过程是一个牵引过程,而一阶环的捕获是一个渐近稳定过程(4)当 时,一阶环和二阶一型环都不能锁定,出现稳定的差拍状态,而理论上理想二阶环能够通过理想积分作用而锁定第8页/共22页第三节 捕获带与捕获时间 捕获带:保证环路能够通过捕获作用而锁定时所允许的最 大固有频差快捕带:保证环路仅有相位捕获过程时所允许的最大固有 频差捕获时间 =频率捕获时间+快捕时间 频率捕获时间 第9页/共22页1.二阶环的快捕带与快捕时间快捕带:L=c=K 2/1=2 n 最大快捕时间:(采用正弦鉴相器时)TLmax 101/
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