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第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术 第九讲 辅助捕获方法借助于辅助电路而实现捕获的方法 目的： 为了提高环路的综合性能，对环路自身设计时着重线性（跟踪）性能，而牺牲捕获性能，捕获性能的提高借助于辅助电路辅助频率捕获的基本思路是1：减小作用到环路上的起始频差，使之尽快落入到快捕带之内2：使用两种不同的环路带宽或增益第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术 人工电调 自动扫描 辅助扫描 辅助鉴频 鉴频鉴相 属于减小起始频差这一方法的有这一方法的共同点： 首先要判定环路是否锁定，即进行失锁检测，如果环路失锁，则在VCO上加扫描（和调谐控制）信号，若锁定则扫描停止 具有失锁检测功能的电路，称为失锁检测电路第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术人工电调 当环路起始频差较大时,利用手动的办法,给压控振荡器提供一个控制电压,改变压控振荡器的固有振荡频率,以便减小起始频差当起始频差减小到进入快捕带时,可通过环路本身的牵引作用,使环路立即快捕锁定 一种具有人工电调的锁相环路组成方案如图4-5所示第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术 自动扫描 这种方法的基本原理是,当环路尚未锁定时,在压控振荡器控制端加一个周期性扫描信号，使振荡频率在足够宽的范围内摆动,等到环路进入频率锁定时,扫描发生器停止工作,然后通过环路本身的控制作用,使环路快捕锁定。

一种简单方案如图4-6所示,其自动扫描部分由失锁检测电路和扫描发生器组成 第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术图4-6 具有交流检波器和扫描发生器的锁相环方框图 第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术图4-7 具有辅助鉴相器和扫描发生器的锁相环方框图 第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术 图4-8示出了另一种由90移相器、模拟相乘器、低通滤波器与施密特触发器组成失锁检测电路和由RC积分器产生扫描电压的锁相环方框图 第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术图4-8 具有相干检测电路和积分扫描电路的锁相环方框图 第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术 图4-9示出了另一种环路滤波器正反馈扫描电路这种扫描电路省略了失锁检测电路当环路失锁时,环路滤波器输出的差拍信号通过反馈网络反馈到运放同相输入端由于这是正反馈,环路滤波器就变成了一个低通扫描振荡器当扫描使v= i,环路进入锁定时,整个环路负反馈作用将抵消运放的正反馈,使运放停止振荡 (4-21) (4-22) (4-23)第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术图4-9 环路滤波器的积分扫描电路第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术 在使用有源比例积分滤波器的理想二阶环中,自动扫描可用更为方便、简单的电路来实现。

图4-10示出了其中一种LF积分扫描电路失锁检测电路(未画出)启动一阶跃电流IO对积分器进行充电,在有源滤波器输出端就得到线性扫描电压uc(t)压控振荡器的瞬时角频率v(t)及其变化率 (t)与电路参数和IO的关系如下:第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术 图4-10 环路滤波器正反馈扫描电路 第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术 从前面第二章的分析知道,环路在跟踪斜升信号(即线性扫描信号)时,确保环路同步所允许的最大同步扫描速率为 用图解法计算=0.707的高增益二阶环路的锁定概率,得出锁定概率与扫描速率的关系曲线如图4-11所示,由图看出,要保证可靠的扫描捕获入锁,必须要求捕获扫描速率 (4-24) (4-25) 第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术图4-11 无噪二阶环路的扫描捕获返回第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术 影响扫描捕获的另一个参数是环路的阻尼系数如图4-12所示,当n和R不变时,锁定概率随的增加而增加这是不难理解的因此,从增大锁定的概率考虑,应尽量加大由于与环路噪声带宽有关,又不宜选得过大从保证较小的BL和较大的入锁概率考虑,还应满足(4-26) 第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术实验表明： 如果存在噪声，要保持一个合适的高捕获概率，则扫描速率应减小倍。

即当L=0dB时,捕获是不可能的第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术 综合各种研究结果,可以得到在有噪声条件下,0.7071时,允许的最大捕获扫描速率的经验公式为从此式可以看出，当时，扫描捕获是不可能的4-27) 第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术返回第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术 利用附加的模拟鉴频环路可以加宽整个环路的捕获范围其组成如图4-13所示图中鉴频器与鉴相器并联连接,其输出相加后通过环路滤波器加到压控振荡器上 三、辅助鉴频 第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术图4-13 具有模拟鉴频环路的锁相环方框图 第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术 当要用到大量的离散调谐电压时,就需要把数字鉴频器,数-模(DA)转换器连同粗调网络一起使用,如图4-14所示粗调网络产生几档差值很大的粗调电压,而数字鉴频器和DA转换器的联合作用形成差值较小的中间电压增量 第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术 图4-14 具有数字鉴频环的锁相环方框图 第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术 四、变带宽 环路滤波器采用非线性滤波器,可实现变带宽,如图4-15所示起非线性电阻作用的两个二极管与环路滤波器串臂电阻R1并联,利用失锁时的差拍电压来控制两个二极管的通断。

第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术图4-15 具有非线性环路滤波器的锁相环方框图 第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术图4-15 具有非线性环路滤波器的锁相环方框图 第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术 开关控制环路滤波器带宽的变化是实现环路自适应滤波器的一种较好方法,如图4-16所示,当环路锁定时,失锁检测电路输出的控制信号使模拟开关S接到高电阻R2上,环路带宽变窄,保证了环路对噪声的过滤性能反之,当环路失锁时,S接到低电阻R1上,环路带宽变宽,实现宽带捕获若R1=0,则为一阶环,捕获带最宽第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术图4-16 具有开关环路滤波器的锁相环方框图第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术 五、变增益 提高环路增益,同样可以扩大捕获带,实现方法如图4-17所示辅助鉴相器的输出经过低通滤波器加到直流放大器上(或衰减器),用以控制其增益(或衰减量)的变化当环路失锁时,辅助鉴相器输出差拍电压中的直流分量最小,甚至接近于零第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术图4-17 具有增益控制的锁相环方框图 第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术表4-1 一、二阶环路捕获性能表 第九讲环路的捕获性能（3）锁相技术图4-2 固定频率输入下,具有无源比例积分 滤波器的二阶环捕获过程时间图。