【RS50】基于的锁相环设计学士学位论文.doc文档

随后，在彩色电视接收机中锁相电路用来同步彩色脉冲串。

从此，锁相环路开始得到了应用，迅速发展。

五十年代，随着空间技术的发展，由杰费和里希廷研制，成功利用锁相环路作为导弹信标的跟踪输入信号，又能对输入噪声进行窄带滤波。

纯模拟电路构成，其中鉴相器为模拟乘法器，该类型的锁相环也被称作线性锁相环。

数字锁相环该类型的锁相环的模块完全由数字电路构成而且不包括任何无源器件，如电阻和电容。

混合锁相环由模拟和数字电路构成，鉴相器和分频器由数字电路构成，而其他模块由模拟电路构成其中电荷泵锁相环应用最为广泛。

程序锁相环由计算机程序构成，般应用较少。

锁相环电路简单的模拟电路发展到电路，由二阶发展到三阶和更高阶。

它属于闭环相位自动控制系统，它具有独特的窄带跟踪性能，既能跟踪程序锁相环由计算机程序构成，般应用较少。

分频器由数字电路构成，而其他模块由模拟电路构成其中电荷泵锁相环应用最为广泛。

部分内容简介，锁相环可分为以下四类模拟锁相环由纯模拟电路构成，其中鉴相器为模拟乘法器，该类型的锁相环也被称作线性锁相环。

数字锁相环该类型的锁相环的模块完全由数字电路构成而且不包括任何无源器件，如电阻和电容。

混合锁相环由模拟和数字电路构成，鉴相器和分频器由数字电路构成，而其他模块由模拟电路构成其中电荷泵锁相环应用最为广泛。

程序锁相环由计算机程序构成，般应用较少。

锁相环电路简单的模拟电路发展到数模混合电路和全数字电路，由二阶发展到三阶和更高阶。

它属于闭环相位自动控制系统，它具有独特的窄带跟踪性能，既能跟踪输入信号，又能对输入噪声进行窄带滤波。

长久以来，锁相环直是相位相干通信系统的基石。

模拟锁相环直占据着统治地位。

随着微电子学领域的快速发展，具备巨大优势的数字化系统开始取代相应的模拟系统。

目前的趋势是用数字化方式设计和实现锁相环。

锁相环被广泛应用于各类电子产品中，在通信系统数字电路硬盘驱动电路及等专用芯片中都是个必不可少的单元，并且直接决定了整个系统的工作稳定性和各项指标的好坏，研究锁相环对我国微电子产业的发展具有重要意义。

发展历程锁相环是自动频率控制和自动相位控制技术二〇四年六月十日星期二的融合。

人们对锁相环的最早研究始于世纪年代，其在数学理论方面的原理，年代无线电技术发展的初期就己出现。

年建立了同步控制理论的基础，年法国工程师贝尔赛什发表了锁相环路的数学描述和同步检波论，第次公开发表了对锁相环路的数学描述。

锁相技术首先被用在同步接收中，为同步检波提供个与输入信号载波同频的本地参考信号，同步检波能够在低信噪比条件下工作，且没有大信号检波时导致失真的缺点，因而受到人们的关注，但由于电路构成复杂以及成本高等原因，当时没有获得广泛应用。

到了年锁相环路第次应用于黑白电视接收机水平同步电路中，它可以抑制外部噪声对同步信号的干扰，从而避免了由于噪声干扰引起的扫描随机触发使画面抖动的像，使荧光屏上的电视图像稳定清楚。

随后，在彩色电视接收机中锁相电路用来同步彩色脉冲串。

从此，锁相环路开始得到了应用，迅速发展。

五十年代，随着空间技术的发展，由杰费和里希廷研制，成功利用锁相环路作为导弹信标的跟踪滤波器，他们第次发表了含有噪声效应的锁相环路线性理论的文章，并解决了锁相环路最佳设计化问题。

空间技术的发展促进了人们对锁相环路及其理论的进步探讨，极大地推动了锁相技术的发展。

六十年代初，维特比研究了无噪声锁相环路的非线性理论问题，发表了相干通信原理的论文。

最初的锁相环都是利用分立元件搭建的，由于技术和成本方面的原因，所以当时只是用于航天航空等军事和精密测量等领域。

集成电路技术出现后，直到年左右，随着半导体技术的发展，第块锁相环芯片出现之后，锁相环才作为个低成本的多功能组件开始大量应用各种领域。

最初的锁相环是纯模拟的，所有的模块都由模拟电路组成，它大多由四象限模拟乘法器来构建环路中的鉴相器，环路滤波器为低通滤波器由电阻电容组成，压控振荡器的结构多种多样。

由于在稳定工作时，各模块都可以认为是线性工作的，所以也称为线性锁相环。

对正弦特性信号的相位跟踪非常好，它的环路特性主要由鉴相器的特性决定。

其主要用于对信号的调制。

年代，林特赛和查理斯在做了大量实验的基础上进行了有噪声的阶二阶及高阶的非线性理论分析。

随着人们对锁相技术的理论和应用进行的深入广泛的研究，伴随着数字电路的发展，鉴相器部分开始由数字电路代替，其它部分仍为模拟电路，这种锁相环就是最初的数字锁相环，准确的名称为数模混合锁相环。

随着数模混合锁相环技术和理的不断发展和完善，其成为了锁相环的主流。

现在随着通信行中对低成本低功耗大带宽高数据传输速率的需求，集成电路不断朝着高集成度低功耗的方向发展。

低功耗高工作频率低电压的锁相环设计中，主要的挑战是设计合适的压控振荡器和高频率的分频器，针对这方面的研究，设计师们不断提出不同的技术，如压控振荡器和分二〇四年六月十日星期二频器由原来的串接改为堆叠结构结构等，随着设计人员的不断努力，锁相坏的性能不断提高，现在已经有工作频率达的锁相环，同时也在通信和航空航天等领域中发挥着越来越重要的作要。

从时间上看，锁相环路的大发展出现在世纪年代以后，而这个时期正是集成电路技术开始迅速发展的时期。

可以说，是在集成锁相环路出现以后，锁相环的工业应用前景才日益的广阔起来。

总的来说，它朝着集成化多用化数字化的方向发展。

在锁相环发展之初，都是由分立元器件组成的，电路复杂，调整困难。

到世纪年代，随着半导体集成技术的日趋成熟，锁相环电路成为了集成电路芯片后才开始得到了广阔的商用。

第块集成电路芯片出现在年左右。

这时的全都是用模拟技术实现的。

成为了当时模拟电路设计中的又大模块。

之后的几年内就出现了数量，也有的特点。

其输出与频率差的正负有关。

轻松实现使用逻辑块，在辅助通道的小电流引起的低功耗，不用考虑建立时间和系统的过冲之间的折衷被假定为系统的主要优点。

二〇四年六月十日星期二图小时的曲线图大时的曲线图图显示了个典型的电荷泵锁相环的方框图。

它包括基准振荡器，鉴频器，个，个，个压控振荡器和个包括个的辅助电路。

图的方框图在图表明了的转移特性，产生和的频率差异。

图的传输特性为了说明所提到的电荷泵锁相环快速的性能，在本文的其余部分，我们建立系统的动态数学模型。

建立电荷泵锁相环的动态模型二〇四年六月十日星期二在图所示电荷泵锁相环的输入节点，输入相位由下式给出其中是输入频率，是所施加的频率的阶跃。

另方面，是被图模型控制。

其中是施加到驱动环路频率锁定的输入节点的控制电压。

由式可得在图中电流是的输出，由下式给出其中是从的输入到电荷泵的输出传输增益其值等于。

因此因此而且此外，在图中的辅助路径中，得出其中是锁辅助电路的增益，该电路是和辅助电荷泵折衷。

的增益等于，在辅助路径中，根据电荷泵电流可直接测定。

从公式。

通过替换，和中，得到最后二〇四年六月十日星期二由于符号和脉冲函数的存在，它是不连续的和可微的最后个方程求解困难的，因此，我们使用的函数，其和符号具有相似的性质，因此，我们重写，如下所示通过计算的导数，我们用替换方程包括连续函数但是它仍然是强非线性。

因此，寻找个封闭形式的解是非常困难或不可能的。

虽然可以用数值方法求解，如范围库塔等，但我们需要以设计和优化的目的的解析解。

所提出的微分方程的解析解虽然数值解可以被用来预测快速锁定电荷泵锁相环的行为，但是它不能被用于预测系统的参数行为。

因此，我们需要找到微分方程解析解。

由于非线性项所谓在本文的其余部分，公式是种强非线性方程。

我们重写，如下所示找到的封闭形式的解是困难的。

为了有效地利用公式达到设计和优化的目的，我们需要得到方程的封闭形式解。

在非线性方程组，输入值决定该响应行为。

在本文中，我们试图找到个线性方程，使得它的解约等于给出公式非线性方程的解。

在线性方程中，我们需要考虑输入阶跃响应和辅助路径增益的常系数，从而建立输入响应的依赖模型。

考虑该方程的不同参数值的解，用输入频率阶跃和的增益的函数代替非线性项。

由于方程的强非线性特性和使用得到闭合形式解的优点，这种近似是合理的。

所提取的项由非线性项被替换如下。

我们还证明了，所得到闭合形式的解匹配数值解和仿真结果。

其中阶跃函数表示在输入应用在步频。

将式代入式，得到二〇四年六月十日星期二这是个二阶线性微分方程并可以直接解出。

为了解，我们把它与具有常系数的二阶微分方程的标准形式比较。

的通解由下式给出其中是非齐次方程的解，对应于方程的常数系数的解。

用标准的形式重写，我们得到在我们的例子中，通过比较和得到考虑，我们有如果，特征方程的根是实根，由下式给出，如果，的通解为