1、第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM1第7章 反馈控制电路 7.1 7.1 自动增益控制电路自动增益控制电路7.2 7.2 自动频率控制电路自动频率控制电路7.3 7.3 锁相环的基本原理锁相环的基本原理7.4 7.4 频率合成器频率合成器 第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM2 在通信系统和电子设备中，为了提高技术性在通信系统和电子设备中，为了提高技术性能，或者实现某些特殊的高指标要求，广泛采用能，或者实现某些特殊的高指标要求，广泛采用各种类型的各种类型的反馈控制回路反馈控制回路。特别是在航空航天电子
2、系统中特别是在航空航天电子系统中,由于收、发设备是由于收、发设备是装在不同的运载体上装在不同的运载体上,二者之间存在相对运动二者之间存在相对运动,必然产必然产生生多普勒效应多普勒效应,因此引入随机频差。因此引入随机频差。概概 述述 第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM3 反馈控制方法的采用是为了准确地调整某一个系反馈控制方法的采用是为了准确地调整某一个系统或单元的某些状态参数。统或单元的某些状态参数。前面各章分别介绍了放大电路、前面各章分别介绍了放大电路、振荡电路、振荡电路、调制电路和调制电路和解调电路。由这些功能电路可以组成一个完整的通信系统或其
3、解调电路。由这些功能电路可以组成一个完整的通信系统或其它电子系统它电子系统,但是这样组成的系统其性能不一定完善但是这样组成的系统其性能不一定完善。例如。例如,在调幅接收机中在调幅接收机中,天线上感生的有用信号的强度往往由于电波天线上感生的有用信号的强度往往由于电波传播衰落等原因会有较大的起伏变化传播衰落等原因会有较大的起伏变化,导致放大器输出信号时导致放大器输出信号时强时弱不规则变化强时弱不规则变化,有时还会造成阻塞。又如有时还会造成阻塞。又如,在通信系统中在通信系统中,收发两地的载频应保持严格同步收发两地的载频应保持严格同步,使输出中频稳定使输出中频稳定,而要做到而要做到这一点也比较困难。这
4、一点也比较困难。问题：在无线通信中为什么要引入自动控制电路？问题：在无线通信中为什么要引入自动控制电路？第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM4 传送信息的载波信号含有三个基本参数，即振幅、频率传送信息的载波信号含有三个基本参数，即振幅、频率和相位。反馈控制电路就是对这三个参数分别进行控制。和相位。反馈控制电路就是对这三个参数分别进行控制。自动增益控制（自动增益控制（AGCAGC）自动频率控制（自动频率控制（AFCAFC）自动相位控制（自动相位控制（APCAPC）其中自动相位控制电路又称为其中自动相位控制电路又称为锁相环路（锁相环路（PLLPLL）,
5、是应是应用最广的一种反馈控制电路。用最广的一种反馈控制电路。通信系统反馈控制电路种类通信系统反馈控制电路种类第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM5 反馈控制电路的组成如图所示反馈控制电路的组成如图所示 由由比较器比较器、控制信号发生器控制信号发生器、可控器件可控器件和和反馈网络反馈网络四四部分组成一个负反馈闭合环路。部分组成一个负反馈闭合环路。比较器控制信号发生器参考信号ur(t)误差信号ue(t)可控器件控制信号uc(t)反馈网络反馈信号uf(t)输入信号ui(t)输出信号uo(t)第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023
6、 12:53 AM6高频放大器至解调器混频器中频放大器直流放大器AGC检波器ur具有具有AGCAGC电路的接收机组成框图电路的接收机组成框图AGCAGC的目的的目的 当输入信号电压当输入信号电压变化很大变化很大时，保持接收机输出电压恒时，保持接收机输出电压恒定或定或基本不变基本不变。7.1 7.1 自动增益控制电路自动增益控制电路第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM 设输入信号振幅为设输入信号振幅为U Ux x,输出信号振幅为输出信号振幅为U Uy y,可控增益放大可控增益放大器增益为器增益为g g（u uc c）,即其是控制信号即其是控制信号u
7、uc c的函数的函数,则有：则有：U Uy y=A=Ag g(u(uc c)U)Ux xAGCAGC电路组成框图电路组成框图第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM比较过程比较过程:在电路里在电路里,比较参量是信号电压比较参量是信号电压,所以采用所以采用电压比较器电压比较器。反反馈网络检测出输出信号振幅（平均电压或峰值电压）馈网络检测出输出信号振幅（平均电压或峰值电压）,滤去不需要的较高频率分滤去不需要的较高频率分量量,然后进行适当放大后与恒定的参考电平然后进行适当放大后与恒定的参考电平UR比较比较,产生一个产生一个误差信号误差信号ue。控控制信号发生
8、器在这里可看作是一个比例环节制信号发生器在这里可看作是一个比例环节,增益为增益为1 1。若若Ux减小而使减小而使Uy减小减小时时,环路产生的控制信号环路产生的控制信号uc将使增益将使增益g增大增大,从而使从而使Uy趋于增大。若趋于增大。若Ux增大而增大而使使Uy增大时增大时,环路产生的控制信号环路产生的控制信号uc将使增益将使增益g减小减小,从而使从而使Uy趋于减小。无趋于减小。无论何种情况论何种情况,通过环路不断地循环反馈通过环路不断地循环反馈,都应该使输出信号振幅都应该使输出信号振幅Uy保持基本不变保持基本不变或仅在较小范围内变化。或仅在较小范围内变化。第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反
9、馈控制电路2/12/2023 12:53 AM具有自动增益控制电路的超外差式接收机方框图如具有自动增益控制电路的超外差式接收机方框图如图所示图所示:检波器的输出信号包含有直流分量和低频交流分量，其中检波器的输出信号包含有直流分量和低频交流分量，其中直流电平直流电平的高低直接说明所接受的信号的强弱，的高低直接说明所接受的信号的强弱，而低频分量则反映出输入调幅波的而低频分量则反映出输入调幅波的包络，经包络，经RCRC低通滤波器取出的直流分量经直流放大器放大后就是低通滤波器取出的直流分量经直流放大器放大后就是AGCAGC电电压，去控制混频、高频放大器的增益，压，去控制混频、高频放大器的增益，U UA
10、GCAGC大，说明输入信号强，大，说明输入信号强，用用U UAGCAGC其控制混频、高频放大器的增益使增益减小；其控制混频、高频放大器的增益使增益减小；U UAGCAGC小，说明输入信号弱，用小，说明输入信号弱，用U UAGCAGC其控制混频、高频放大器的增益使其控制混频、高频放大器的增益使增益增大，达到自动增益控制的目的。增益增大，达到自动增益控制的目的。第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM+UAGCAGCAGC电压的产生方法：电压的产生方法：1.1.两种基本的两种基本的AGCAGC电压产生电路：电压产生电路：平均值式平均值式AGCAGC电压产生
11、电路电压产生电路二极管二极管D D、C C1 1、C C2 2、R RL1L1、R RL2L2、CcCc、R Ri2i2构成检波器（避免负峰构成检波器（避免负峰切割）。切割）。R R2 2、C C3 3构成低通滤波器取走检波器输出的直流平均分量，构成低通滤波器取走检波器输出的直流平均分量，得到得到+U+UAGCAGC电压，因为此电压的大小只与载波的振幅有关，而与电压，因为此电压的大小只与载波的振幅有关，而与调幅度无关，因此它能反映输入信号的强弱。调幅度无关，因此它能反映输入信号的强弱。第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM 平均值平均值无无AGC电电
12、路路有有AGC电电路路第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM平均值式平均值式AGCAGC电压产生电路的缺点：电压产生电路的缺点：一有外来信号，一有外来信号，AGCAGC就立刻起作用，接收机的增益就因就立刻起作用，接收机的增益就因受控而减小，这对提高接收机的灵敏度是不利的，这一点对微受控而减小，这对提高接收机的灵敏度是不利的，这一点对微弱信号的接受尤其不利。为了克服这个缺点，可采用延迟式弱信号的接受尤其不利。为了克服这个缺点，可采用延迟式AGCAGC电路。电路。延迟式延迟式AGCAGC电压产生电路（电压产生电路（了解内容了解内容）Uo0UiUominU
13、omaxUiminUimax在延迟在延迟AGCAGC电路里有一个电路里有一个起控门限起控门限,即比较器参考电压即比较器参考电压Ur,它对应的输入信号振幅它对应的输入信号振幅Uimin,如图所示。如图所示。动态范动态范围围第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM至信号检波延迟电压VCCC1R1RCAGC电压VD改变“延迟电压”可改变门限的大小低通滤波器VD、C1、R1组成AGC检波器图86 延迟AGC电路 可见，只有放大器的输出大于延迟电压后，即输入信号可见，只有放大器的输出大于延迟电压后，即输入信号幅度大于门限电压时，幅度大于门限电压时，AGCAGC检
14、波器才工作。检波器才工作。这种电路由于需要延迟到这种电路由于需要延迟到x xxminxmin之后才开始控制之后才开始控制作用作用,故称为延迟。故称为延迟。“延迟延迟”二字不是指时间上的延迟。二字不是指时间上的延迟。第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM实现实现AGCAGC的方法的方法(1)(1)改变发射极电流改变发射极电流I IE E 正向正向AGCAGC 反向反向AGCAGC(2)(2)改变放大器负载改变放大器负载由于放大器的增益与负载密切相关，因此通过改由于放大器的增益与负载密切相关，因此通过改变负载就可以控制放大器的增益变负载就可以控制放大器的
15、增益 。通过控制负反馈的深度来控制放大器的增益。通过控制负反馈的深度来控制放大器的增益。(3)(3)改变放大器的负反馈深度改变放大器的负反馈深度120feup p YAg 普通晶体管AGC电路反向AGC 正向AGCofeYEIEQI第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM AGCAGC控制电压既可以从发射极送入，也可以从基极控制电压既可以从发射极送入，也可以从基极送入，如图所示。送入，如图所示。改变改变 EI的增益控制电路的增益控制电路 第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM16 自动频率控制自动频率控制（A
16、FC）电路由电路由频率比较器频率比较器、低通滤波器低通滤波器和和可控频率器件可控频率器件三部分组成，如图所示。三部分组成，如图所示。7.2 7.2 自动频率控制电路自动频率控制电路第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM17 当当f0=fr（标称频率）时，鉴频器输出（标称频率）时，鉴频器输出uc=0，压控振荡器振荡，压控振荡器振荡频率频率不变不变；锁定状态的锁定状态的f 称为稳态频率误差（称为稳态频率误差（剩余频率误差剩余频率误差）。）。当当f0 fr 时，鉴频器就有误差电压时，鉴频器就有误差电压ue输出，经过输出，经过LP得到得到uc，uc控控制制V
17、CO的振荡频率，使的振荡频率，使VCO的频率的频率f0发生变化。发生变化。变化的结果使频率误差变化的结果使频率误差|f0-fr|减小到一定值减小到一定值f，自动控制过程，自动控制过程即停止，即停止，VCO即稳定于即稳定于f0=fr f 的频率上，环路进入锁定状态。的频率上，环路进入锁定状态。第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM187.3 7.3 锁相环的基本原理锁相环的基本原理 锁相环也是以锁相环也是以消除频率误差为目的消除频率误差为目的的反馈控制电路，的反馈控制电路，但是它是但是它是利用相位误差去消除频率误差利用相位误差去消除频率误差，因此当电路
18、达到，因此当电路达到平衡状态后，尽管存在平衡状态后，尽管存在剩余相位误差存在剩余相位误差存在，但频率误差可，但频率误差可以降低到零，从而以降低到零，从而实现无频率误差实现无频率误差的频率跟踪和相位跟的频率跟踪和相位跟踪。踪。AFC AFC电路是以电路是以消除频率误差为目的消除频率误差为目的的反馈控制电路，基的反馈控制电路，基本思想是利用频率误差电压去消除频率误差，因此当电路本思想是利用频率误差电压去消除频率误差，因此当电路达到平衡状态后，必然达到平衡状态后，必然会有剩余频率误差存在会有剩余频率误差存在，即频率误，即频率误差不可能为零。差不可能为零。这是这是AFCAFC的固有缺点。的固有缺点。第
19、7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM19 锁相环是一个锁相环是一个相位负反馈控制相位负反馈控制系统。它由三个基本部系统。它由三个基本部件组成。件组成。鉴鉴 相相 器器(PD):产生误差电压产生误差电压 Ud(t)环路滤波器环路滤波器(LF):产生控制电压产生控制电压 Uc(t)电压控制振荡器电压控制振荡器(VCO):输出瞬时频率输出瞬时频率 v当vr时，(t)Ud(t)Uc(t)v，直到直到 (t)=，v=r，环路锁定。，环路锁定。参 考 信 号PDur(t)LFud(t)VCOuc(t)uo(t)输 出 信 号vr0第7章 反馈控制电路 反馈控制电
20、路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM20举例说明举例说明 （以一阶锁相环为例）（以一阶锁相环为例）未锁定未锁定锁定锁定 可见，环路锁定过程中可见，环路锁定过程中 e(t)是从是从 02周期的变化，周期的变化，若干周期后使若干周期后使 e=e，则环路被锁定。，则环路被锁定。ee()t0i环路锁定的充分必要条件环路锁定的充分必要条件第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM21 各种反馈控制电路，由于它们均是利用误差产生控制各种反馈控制电路，由于它们均是利用误差产生控制电压，去控制受控对象，当电路达到动态平衡以后，必然电压，去控制受控对象，当电
21、路达到动态平衡以后，必然存在一定的误差存在一定的误差称之为称之为稳态误差稳态误差。AGC：电平误差电平误差A(U)AFC：频率误差频率误差f APC（PLL）:相位误差相位误差 结论结论：PLL也是一种实现频率跟踪的自动控制电路，它与也是一种实现频率跟踪的自动控制电路，它与AFC电路的区别在于可以实现电路的区别在于可以实现无误差的频率跟踪，即无误差的频率跟踪，即fv=fr 而其它频率控制系统总是会存在频率差。而其它频率控制系统总是会存在频率差。Demo:the Phenomenon of PLL in the Fourth Experiment.第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2
22、/12/2023 12:53 AM22 鉴相器输出电压鉴相器输出电压ud(t)为一上下不对称的稳定差拍波，其为一上下不对称的稳定差拍波，其平均分量为一恒定的直流。这一恒定的直流电压通过环路滤平均分量为一恒定的直流。这一恒定的直流电压通过环路滤波器的作用使波器的作用使VCO的平均频率的平均频率v偏离偏离0向向r靠拢，这就是环靠拢，这就是环路的路的频率牵引效应频率牵引效应。ud(t)Ud0 Udtr(t)r00TfTtud(t)Ud0 Udtr(t)r00TfTt第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM23 锁定正是在由稳态相差锁定正是在由稳态相差e()产
23、生的直流控制电压作产生的直流控制电压作用下，强制使用下，强制使VCO的振荡角频率的振荡角频率v相对于相对于0偏移了偏移了0而而与参考角频率与参考角频率r相等的结果。相等的结果。锁定后无频差，这是锁相环的一个重要特征。锁定后无频差，这是锁相环的一个重要特征。0)(limtet 锁定状态锁定状态 当在环路的作用下，调整控制频差等于固有频差时，当在环路的作用下，调整控制频差等于固有频差时，瞬时相差瞬时相差e(t)趋向于一个固定值，并一直保持下去，我趋向于一个固定值，并一直保持下去，我们将这种状态称为锁相环路进入了们将这种状态称为锁相环路进入了锁定状态锁定状态。在锁定状态，瞬时频差满足：在锁定状态，瞬
24、时频差满足：第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM24锁相环的特点 由以上的讨论已知，锁相环路具有以下几个重要特性:(1)环路锁定后，没有剩余频差。(2)跟踪特性：VCO的输出频率可以跟踪输入信号的变化，表现出良好的跟踪特性。在接收有多普勒频移的动目标时，这种特性尤为重要。(3)滤波特性：锁相环具有窄带特性，当压控振荡器频率锁定在输入频率上时，仅位于输入信号频率附近的干扰成分能以低频干扰的形式进入环路，而绝大多数的干扰会受到环路低通滤波器的抑制，从而减少了对压控振荡器的影响。(4)低门限特性：锁相环路用作调频信号解调时，与普通鉴频器相比较，有低门限信
25、噪比特性。这是因为环路有反馈控制作用，跟踪相位差小，降低了鉴相特性的非线性影响，从而改善了门限效应。下面介绍锁相环的几种应用。第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM25锁相环的主要应用锁相环的主要应用1.1.锁相环路的调频与解调锁相环路的调频与解调2.2.锁相式锁相式同步检波器同步检波器3.3.锁相倍频器锁相倍频器4.4.锁相分频器锁相分频器5.5.锁相混频器锁相混频器6.6.锁相式频率合成器锁相式频率合成器第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM26(1).锁相环路的调频与解调 A、用锁相实现调频 用锁相环
26、调频，能够得到中心频率高度稳定的调频信号。实现调制的的条件是：调制信号的频谱要处于低通滤波器通频带之外，并且调频指数不能太大。fi(t)晶振晶振 PD PD LF LF VCOfo(t)调频波调频波f(t)调制信号调制信号+当调制信号为锯齿波时，可输出扫频信号。当调制信号为数字脉冲时，可产生移频键控调制（FSK信号）调制信号作为VCO控制电压的一部分使其频率产生相应的变化，由此在输出端得到已调频信号。第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM27 B、用锁相环实现频率解调 如果将环路的频带设计的足够宽，使环路捕捉带大于调频波的最大频偏，利用锁相环的跟踪特
27、性，可以使VCO的振荡频率跟踪输入调频波的瞬时频率。如果VCO的电压-频率特性是线形的，则加到VCO的控制电压的变化规律必与调频波的瞬时频率变化规律相同，因此在LF的输出端可获得不失真的解调输出。调频波锁相解调的优点是解调门限值比普通鉴相器低45dB。PDPDLFLFVCOVFM(t)调频波调频波V(t)调制信号调制信号第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM28 PD PD LF LF VCOVAM(t)调幅波调幅波V(t)调制信号调制信号/2同步检波同步检波（2 2）同步检波器）同步检波器 原理：原理：用锁相环对调幅信号进行解调，实际上是利用锁用锁
28、相环对调幅信号进行解调，实际上是利用锁相环路提供一个稳定度高的载波信号电压，与调频波在非线相环路提供一个稳定度高的载波信号电压，与调频波在非线性器件中乘积检波，输出的就是原调制信号性器件中乘积检波，输出的就是原调制信号。AM AM信号频谱中，除包含调制信号的边带外，还含有较强的载信号频谱中，除包含调制信号的边带外，还含有较强的载波分量，使用载波跟踪环可将载波分量提取出来，再经波分量，使用载波跟踪环可将载波分量提取出来，再经9090移相，移相，可用作同步检波器的相干载波。这种同步检波器如图所示。可用作同步检波器的相干载波。这种同步检波器如图所示。第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/
29、12/2023 12:53 AM293 3、锁相倍频、锁相倍频 在锁相环路的在锁相环路的反馈通道中插入分频器反馈通道中插入分频器就可构成锁相就可构成锁相倍频电路。倍频电路。i(t)PD LFVCOvi(t)vo(t)o(t)o(t)/NN 当环路锁定时，鉴相器两输入信号频率相等。即有：当环路锁定时，鉴相器两输入信号频率相等。即有：iiNN 00式中式中N为分频器的倍频比。为分频器的倍频比。第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM304 4、锁相分频：、锁相分频：在锁相环路中在锁相环路中插入倍频器插入倍频器就可构成锁相分频电路。就可构成锁相分频电路。i(
30、t)PDLFVCOvi(t)vo(t)o(t)No(t)N 当环路锁定时：当环路锁定时：NNiooi 式中式中N N为倍频器的倍频次数。为倍频器的倍频次数。第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM315 5、锁相混频器、锁相混频器 设混频器的本振信号频率为设混频器的本振信号频率为L，在，在Lo时混频器的输时混频器的输出频率为出频率为（L-o），），经差频放大器后加到鉴相器上。经差频放大器后加到鉴相器上。当环路锁定时当环路锁定时 )()(iLooLi o(t)i(t)L(t)PDLFVCOvi(t)vo(t)|L(t)-o(t)|混频混频差频放大差频放大
31、第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM326 6、锁相式频率合成器、锁相式频率合成器 频率合成器是利用一个标准信号源的频率来产生一系频率合成器是利用一个标准信号源的频率来产生一系列所需频率的技术。列所需频率的技术。锁相环路锁相环路加上一些辅助电路后，就能加上一些辅助电路后，就能容易地对容易地对一个标准频率进行加、减、乘、除运算而产生所一个标准频率进行加、减、乘、除运算而产生所需的频率信号需的频率信号，且合成后的信号频率与标准信号频率具有，且合成后的信号频率与标准信号频率具有相同的相同的长期频率稳定度长期频率稳定度及具有及具有较好的频率纯度较好的频率纯
32、度，如果结合，如果结合单片微机技术，可实现自动选频和频率扫描。单片微机技术，可实现自动选频和频率扫描。PD PD LF LFVCOvi(t)vo(t)fi(t)fo(t)fo(t)/N晶振晶振fi(t)/MN M 第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM33锁相式单环频率合成器基本组成如下图所示：锁相式单环频率合成器基本组成如下图所示：当环路锁定后，鉴相器两路输入频率相等当环路锁定后，鉴相器两路输入频率相等即：即：iooifMNfNfMf 当当N改变时，输出信号频率相应为改变时，输出信号频率相应为fi 的整数倍变化。的整数倍变化。PD LFVCOvi(
33、t)vo(t)fi(t)fo(t)fo(t)/N晶振晶振fi(t)/MN M 第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM34 环环C例：下图为三环式频率合成器方框图例：下图为三环式频率合成器方框图已知：已知：397351,399300,100 BAiNNKHzf求输出信号频率范围及频率间隔求输出信号频率范围及频率间隔 环环A环环BPDLFVCOfi(t)fA(t)fA(t)/NAPDLFVCOfi(t)fB(t)fA(t)/NBPDLFVCO混频混频 带通带通fo(t)fc(t)fo-fBAN BN 100 第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路
34、2/12/2023 12:53 AM35PDLFVCOfi(t)fA(t)fA(t)/NAPDLFVCOfi(t)fB(t)fA(t)/NBPDLFVCO混频混频 带通带通fo(t)fc(t)fo-fBAN BN 100 解：解：iAAfNf iBBfNf iAAcfNff100100 当混频环路当混频环路C锁定时：锁定时：Bcfff 0有有 iBABcfNNfff)100(0 第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM36而当而当 =399，=397时输出频率最高。时输出频率最高。ANBNKHz40099100)397100399(fmax0 所以，合
35、成器的频率范围为：所以，合成器的频率范围为：（35.440.099）MHzKHzf35400100)351100300(min0 当当NA=301，NB=351时，时，KHzf35401100)351100301(0 因此频率间隔：因此频率间隔：kHzfff1min00当当NA=300，NB=351时，时，iBABcfNNfff)100(0 第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM37一、频率合成器及其技术指标一、频率合成器及其技术指标 1 1频率合成器的概念频率合成器的概念 (1)(1)传统信号源的不足传统信号源的不足：频率准确度不高、稳定度不：频率
36、准确度不高、稳定度不高；晶体振荡器尽管准确度和稳定度都较高，但频率范围小，高；晶体振荡器尽管准确度和稳定度都较高，但频率范围小，输出频率不高。输出频率不高。(2)(2)频率合成技术：频率合成技术：是以一个或少量的高准确度和高是以一个或少量的高准确度和高稳定度的标准频率作为参考频率，由此导出多个或大量的输稳定度的标准频率作为参考频率，由此导出多个或大量的输出频率的方法。出频率的方法。频率合成器的输出信号频率的准确度和稳定度与参考频频率合成器的输出信号频率的准确度和稳定度与参考频率是一样的。率是一样的。频 率 合 成 器第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53
37、AM382频率合成器的主要技术指标频率合成器的主要技术指标 (1)频率范围频率范围 频率范围频率范围是指频率合成器输出的最低频率是指频率合成器输出的最低频率fomin和最高和最高频率频率fomax之间的变化范围，之间的变化范围，也可用覆盖系数也可用覆盖系数 k=fomax/fomin 表示表示 （k又称之为波段系数）。又称之为波段系数）。(2)频率间隔（频率分辨率）频率间隔（频率分辨率）两个相邻频率之间的最小间隔，就是两个相邻频率之间的最小间隔，就是频率间隔。频频率间隔。频率间隔又称为频率分辨率。率间隔又称为频率分辨率。不同用途的频率合成器，对频率间隔的要求是不相同不同用途的频率合成器，对频率
38、间隔的要求是不相同的。的。第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM39 (3)(3)频率转换时间频率转换时间 频率转换时间频率转换时间是指频率合成器从某一个频率转换到另是指频率合成器从某一个频率转换到另一个频率，并达到稳定所需要的时间。一个频率，并达到稳定所需要的时间。频率转换时间一般与采用的频率合成方法有密切的关频率转换时间一般与采用的频率合成方法有密切的关系。系。(4)(4)准确度与频率稳定度准确度与频率稳定度 频率准确度频率准确度：频率准确度是指频率合成器工作频率偏：频率准确度是指频率合成器工作频率偏离规定频率的数值，即频率误差。离规定频率的数值
39、，即频率误差。频率稳定度频率稳定度：频率稳定度是指在规定的时间间隔内，：频率稳定度是指在规定的时间间隔内，频率合成器频率偏离规定频率相对变化的大小。频率合成器频率偏离规定频率相对变化的大小。第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM40(5)(5)频谱纯度频谱纯度 频谱纯度频谱纯度：频谱纯度是指输出信号频谱中包含其他频谱纯度是指输出信号频谱中包含其他频率成分的的多少频率成分的的多少。影响频率合成器频谱纯度的因素主要有两个，一是影响频率合成器频谱纯度的因素主要有两个，一是相位噪声，二是寄生干扰。相位噪声，二是寄生干扰。相位噪声是瞬间频率稳定度的频域表示，在
40、频谱上相位噪声是瞬间频率稳定度的频域表示，在频谱上呈现为主谱两边的连续噪声，如图所示。呈现为主谱两边的连续噪声，如图所示。第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM41频率合成器的频谱 020406080相对幅度/dB相噪寄生ff02f03f0主谱谐波(a)(b)22.84013 kHz6.27 dB第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM42频率合成技术分类1.1.直接频率合成直接频率合成2.2.间接式（锁相）频率合成间接式（锁相）频率合成3.3.直接数字频率合成直接数字频率合成整数分频频率合成整数分频频率合成
41、 小数分频频率合成小数分频频率合成1.1.单环（多环）频率合成单环（多环）频率合成2.2.双模前置分频（吞脉冲可变分频）频率合成双模前置分频（吞脉冲可变分频）频率合成第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM431.1.直接频率合成器（直接频率合成器（DSDS）特点：特点：直接式频率合成器是直接式频率合成器是最先出现最先出现的一种合的一种合成器类型的频率信号源。这种频率合成器原理简单，成器类型的频率信号源。这种频率合成器原理简单，易于实现。易于实现。优点：优点：分辨率高分辨率高(10-2)、频率转换时间快、频率转换时间快(100s)、工作稳定可靠、输出信
42、号频谱纯度高。、工作稳定可靠、输出信号频谱纯度高。不足：不足：体积大、笨重、成本高。体积大、笨重、成本高。第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM442.2.间接式（锁相）频率合成器间接式（锁相）频率合成器 间接式频率合成器又称为锁相频率合成器间接式频率合成器又称为锁相频率合成器。锁相频率。锁相频率合成器是目前合成器是目前应用最广的频率合成器。应用最广的频率合成器。直接式频率合成器中所固有的那些缺点，如体积大、直接式频率合成器中所固有的那些缺点，如体积大、成本高、输出端出现寄生频率等，在锁相频率合成器中成本高、输出端出现寄生频率等，在锁相频率合成器中就
43、大大减少了。就大大减少了。第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM45双模前置分频（吞脉冲可变分频）频率合成器双模前置分频（吞脉冲可变分频）频率合成器在一个计数周期内，总计脉冲数即分频比为在一个计数周期内，总计脉冲数即分频比为 (1)()tNPAP NAAPN频率合成器的输出频率为频率合成器的输出频率为 ()otiifN fAPN f与简单的频率合成器相比与简单的频率合成器相比f0提高了提高了P倍，而频率分辨率仍倍，而频率分辨率仍保持为保持为fi。第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM463.3.直接数字频率
44、合成器（直接数字频率合成器（DDSDDS）直接数字式频率合成器直接数字式频率合成器（Digital Direct Synthesizer，简称为简称为DDS）是近年来发展非常迅速的一种器件，它是近年来发展非常迅速的一种器件，它以以数数字信号处理字信号处理理论为基础，理论为基础，从信号的幅度相位关系出发进行从信号的幅度相位关系出发进行频率合成的频率合成的。与传统的频率合成器相比，与传统的频率合成器相比，DDSDDS具有具有极高的分辨率极高的分辨率、快速的频率转换时间、快速的频率转换时间、很宽的相对带宽很宽的相对带宽、任意波形的输出任意波形的输出能力和能力和数字调制数字调制等优点。等优点。第7章
45、反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM47首先，首先，对一个正弦信号数字化，对一个正弦信号数字化，形成正弦函数表形成正弦函数表，储存在，储存在ROMROM中。中。合成时，合成时，通过改变相位累加器的频率控制字，改变相位增量，相通过改变相位累加器的频率控制字，改变相位增量，相位增量的不同导致取样点不同，从而使得输出频率不同。位增量的不同导致取样点不同，从而使得输出频率不同。D D S 的的 基基 本本 原原 理理正弦信号正弦信号的相位是时间的线性函数。的相位是时间的线性函数。要得到幅度信息和要得到幅度信息和频率信息，只需得到相位信息。频率信息，只需得到相位信息
46、。第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM48对正弦信号进行采样，采样周期对正弦信号进行采样，采样周期Tc=1/fc,得到离散正弦序列得到离散正弦序列(t)sin t)sin()sin(2 x(t)00 tf,.3,2,1,0n)sin(2 x(n)0cnTf离散相位序列离散相位序列,.3,2,1,0n2 (n)0cnTf其中其中:ccffTf0022 它是连续两次采样之间的相位增量。它是连续两次采样之间的相位增量。将整个将整个2 相位分割成相位分割成2N等分，等分，N为二进制位数。为二进制位数。N22 为可以选择的最小相位增量。为可以选择的最小相位增
47、量。第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM49ccffTf0022 N22 为可以选择的最小相位增量。为可以选择的最小相位增量。若每次的相位累加增量取若每次的相位累加增量取，此时相位增长的斜率最小，此时相位增长的斜率最小，得到最低频率输出：得到最低频率输出：NcNcffff2222 min00 若每次的相位增量选择为若每次的相位增量选择为 的的K K倍，则可得到输出频率：倍，则可得到输出频率：NcNcfKfKff2222 min00第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM50式中，式中，N N为累加器的宽度或
48、字长，当为累加器的宽度或字长，当N N很大时，最低输很大时，最低输出频率可达出频率可达HzHz甚至甚至mHzmHz数量级。最高频率受限于时钟频数量级。最高频率受限于时钟频率和奈奎斯特抽样定理，即每周期至少取样两次才能够率和奈奎斯特抽样定理，即每周期至少取样两次才能够重建波形，因此最大的合成频率为重建波形，因此最大的合成频率为 DDS DDS具有极宽的工作频率范围。具有极宽的工作频率范围。DDSDDS输出频率的下限输出频率的下限对应于频率控制字对应于频率控制字K=1K=1，因而其最低频率为，因而其最低频率为 实际应用中，实际应用中，一般取一般取 DDSDDS其特点主要表现在以下几个方面：其特点主
49、要表现在以下几个方面：NcNcffff2222 min002maxcoff%40maxcoff第7章 反馈控制电路 反馈控制电路反馈控制电路2/12/2023 12:53 AM51 DDS具有极高的频率分辨率具有极高的频率分辨率f0，DDS的频率分辨率就的频率分辨率就是它的最低频率。是它的最低频率。例如当例如当 fc=50MHz,N=48位位，f0 可达到可达到0.18 10-6Hz，是传统的频率合成器所不及的。是传统的频率合成器所不及的。由于由于DDSDDS是开环系统，无反馈环节，是开环系统，无反馈环节，DDSDDS具有极短的频率具有极短的频率转换时间。转换时间。任意波形输出能力。任意波形输
50、出能力。DDSDDS可以合成任意波形。合成的主要方法就是找出相应可以合成任意波形。合成的主要方法就是找出相应波形幅度和相位的关系，最简单的方法是改变波形幅度和相位的关系，最简单的方法是改变ROMROM查询表中查询表中的数据，很多的数据，很多DDSDDS合成器可以输出正弦波、方波、三角波等合成器可以输出正弦波、方波、三角波等任意波形。任意波形。p 经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量p Study Constantly,And You Will Know Everything.The More You Know,The More Powerful You Will Be写在
