4-鉴相器(PD)

封面西藏·扎达土林返回引言引言本页完返回锁相环路在频率合成，数字通信的同频系统、调频调相信号的解调、作为跟踪飞行器的锁相相关应答器等均有广泛的应用，锁相环路由三大部分组成，如下图所示：PD参考频率fRvR(t)θR(t)实际振荡频率fVVCO压控输出vV(t)vd(t)θe(t)LPFvc(t)fVθV(t)vV(t)引言引言返回锁相环路由三大部分组成，如下图所示：PD参考频率fRvR(t)θR(t)实际振荡频率fVVCO压控输出vV(t)vd(t)θe(t)LPFvc(t)fVθV(t)vV(t)引言引言本页完返回锁相环路由三大部分组成，如下图所示：PD参考频率fRvR(t)θR(t)实际振荡频率fVVCO压控输出vV(t)vd(t)θe(t)LPFvc(t)fVθV(t)vV(t)压控振荡频率为vv(t)=VVmcos(ωVt+θV)参考频率信号为vR(t)=VRmsin(ωRt+θR)当为θe(t)=常数时，fV=fR，系统频率被锁定在fR上。在锁相环路中，鉴相器PD为关键部件。本节学习要点和要求掌握正弦波相位检波的基本工作原理了解脉冲抽样保持相位比较器基本原理返回学习主页鉴相器(PD)主页使用说明：要学习哪部分内容，只需把鼠标移到相应的目录上单击鼠标左键即可，按空格键或鼠标左键进入下一页。结束正弦波相位检波器脉冲抽样保持相位比较器返回藏族老汉一、正弦波相位检波器一、正弦波相位检波器(1)正弦波相位检波器电路(2)工作原理分析鉴相器(PD)继续本页完1、压控振荡频率fV和参考频率fR的电压进行相加后加在D1和D2上。R压控频率fVTrD1D2RCC+-vd(t)++--i2vd1vd2+-vRfR+--+vVvVi1+-+-vD1vD2正弦波相位检波器(1)正弦波相位检波器电路(2)工作原理分析vD1=vR+vVvD2=vR-vV2、vD1和vD2产生电流i1和i2。其伏安特性可用二次多项式近似表示。二极管的电流为(小信号检波)i1=b0+b1vD1+b2v2D1i2=b0+b1vD2+b2v2D2压控频率fV参考频率fRvR(t)θR(t)vd(t)θe(t)PDθV(t)vV(t)相位误差电压vdvv(t)=VVmcos(ωVt+θV)vR(t)=VRmsin(ωRt+θR)一、正弦波相位检波器推导输出电压表达式鉴相器(PD)继续本页完R压控频率fVTrD1D2RCC+-vd(t)++--i2vd1vd2+-vRfR+--+vVvVi1+-+-vD1vD2正弦波相位检波器(1)正弦波相位检波器电路(2)工作原理分析vD1=vR+vVvD2=vR-vV二极管的电流为(小信号检波)i1=b0+b1vD1+b2v2D1i2=b0+b1vD2+b2v2D2i1=b0+b1(vR+vV)+b2(vR+vV)2二极管电流的表达式为i2=b0+b1(vR-vV)+b2(vR-vV)2不考虑电容C时输出电压为vd(t)=vd1-vd2=i1R-i2R=(i1-i2)Ri1和i2两式相减i1-i2=2b1vV+4b2vRvV其中压控频率fV参考频率fRvR(t)θR(t)vd(t)θe(t)PDθV(t)vV(t)相位误差电压vdvv(t)=VVmcos(ωVt+θV)vR(t)=VRmsin(ωRt+θR)一、正弦波相位检波器鉴相器(PD)继续R压控频率fVTrD1D2RCC+-vd(t)++--i2vd1vd2+-vRfR+--+vVvVi1+-+-vD1vD2正弦波相位检波器(1)正弦波相位检波器电路(2)工作原理分析vd(t)=vd1-vd2=i1R-i2R=(i1-i2)Ri1-i2=2b1vV+4b2vRvV其中压控频率fV参考频率fRvR(t)θR(t)vd(t)θe(t)PDθV(t)vV(t)相位误差电压vdvv(t)=VVmcos(ωVt+θV)vR(t)=VRmsin(ωRt+θR)不考虑电容C时输出电压为一、正弦波相位检波器推导考虑C时的输出电压鉴相器(PD)继续本页完R压控频率fVTrD1D2RCC+-vd(t)++--i2vd1vd2+-vRfR+--+vVvVi1+-+-vD1vD2正弦波相位检波器(1)正弦波相位检波器电路(2)工作原理分析vd(t)=vd1-vd2=i1R-i2R=(i1-i2)Ri1-i2=2b1vV+4b2vRvV其中所以vd(t)=2b1RvV+4b2RvRvV压控频率fV参考频率fRvR(t)θR(t)vd(t)θe(t)PDθV(t)vV(t)相位误差电压vdvv(t)=VVmcos(ωVt+θV)vR(t)=VRmsin(ωRt+θR)代入正弦函数并展开得vd(t)=2b1RVVmcos(ωVt+θV)+2b2RVRmVVmsin[(ωV+ωR)t+θV+θR]+2b2RVRmVVmsin[(ωV-ωR)t+θV-θR]不考虑电容C时输出电压为当考虑C滤波时输出电压为vd(t)=2b2RVRmVVmsin[(ωV-ωR)t+θV-θR]=2b2RVRmVVmsin[Δωt+(θV-θR)]当考虑电容C时，这两项高频被滤掉。一、正弦波相位检波器鉴相器(PD)继续R压控频率fVTrD1D2RCC+-vd(t)++--i2vd1vd2+-vRfR+--+vVvVi1+-+-vD1vD2正弦波相位检波器(1)正弦波相位检波器电路(2)工作原理分析vd(t)=2b2RVRmVVmsin[Δωt+(θV-θR)]当考虑C滤波时输出电压为一、正弦波相位检波器Kd—传输灵敏度鉴相器(PD)继续本页完R压控频率fVTrD1D2RCC+-vd(t)++--i2vd1vd2+-vRfR+--+vVvVi1+-+-vD1vD2正弦波相位检波器(1)正弦波相位检波器电路(2)工作原理分析vd(t)=2b2RVRmVVmsin[Δωt+(θV-θR)]当考虑C滤波时输出电压为若Δω=(ωV-ωR)=0时，即ωV=ωR令Kd=2b2RVRmVVm则vd(t)=Kdsin(θV-θR)=Kdsinθe上式说明，鉴相器输出的误差直流电压vd(t)与两频率的相位差(θV-θR)成正弦函数关系eKd正弦鉴相曲线Ovd(t)θV-θRπ/2+π-πKd——称为传输灵敏度显然Kd越大，(θV-θR)较小的变化就能引起较大的误差电压变化，因而Kd称为传输灵敏度。一、正弦波相位检波器(3)正弦波相位检波器的锁相范围为π鉴相器(PD)继续本页完R压控频率fVTrD1D2RCC+-vd(t)++--i2vd1vd2+-vRfR+--+vVvVi1+-+-vD1vD2正弦波相位检波器(1)正弦波相位检波器电路(2)工作原理分析vd(t)=2b2RVRmVVmsin[Δωt+(θV-θR)]当考虑C滤波时输出电压为若Δω=(ωV-ωR)=0时，即ωV=ωR令Kd=2b2RVRmVVm则vd(t)=Kdsin(θV-θR)=Kdsinθe上式说明，鉴相器输出的误差直流电压vd(t)与两频率的相位差(θV-θR)成正弦函数关系eKdOvd(t)θV-θRπ/2+π-πKd——称为传输灵敏度正弦鉴相曲线两个频率的(θV-θR)必须在-π/2~+π/2之间，才能进行锁相，因而锁相范围为π。(3)正弦波相位检波器的锁相范围为π。一、正弦波相位检波器鉴相器(PD)继续R压控频率fVTrD1D2RCC+-vd(t)++--i2vd1vd2+-vRfR+--+vVvVi1+-+-vD1vD2正弦波相位检波器(1)正弦波相位检波器电路(2)工作原理分析则vd(t)=Kdsin(θV-θR)=KdsinθeKdOvd(t)θV-θRπ/2+π-π正弦鉴相曲线(3)正弦波相位检波器的锁相范围为π。一、正弦波相位检波器鉴相器输出的线性范围鉴相器(PD)继续本页完R压控频率fVTrD1D2RCC+-vd(t)++--i2vd1vd2+-vRfR+--+vVvVi1+-+-vD1vD2正弦波相位检波器(1)正弦波相位检波器电路(2)工作原理分析则vd(t)=Kdsin(θV-θR)=KdsinθeKdOvd(t)θV-θRπ/2+π-π正弦鉴相曲线(3)正弦波相位检波器的锁相范围为π。当θe≤30°时，有sinθe≈θe。则vd(t)≈Kdθe此时鉴相器输出的电压与θe成线性关系，鉴相效果最好。一、正弦波相位检波器▶正弦波相位检波器内容结束页鉴相器(PD)继续本页完R压控频率fVTrD1D2RCC+-vd(t)++--i2vd1vd2+-vRfR+--+vVvVi1+-+-vD1vD2正弦波相位检波器(1)正弦波相位检波器电路(2)工作原理分析则vd(t)=Kdsin(θV-θR)=KdsinθeKdOvd(t)θV-θRπ/2+π-π正弦鉴相曲线(3)正弦波相位检波器的锁相范围为π。当θe≤30°时，有sinθe≈θe。则vd(t)≈Kdθe此时鉴相器输出的电压与θe成线性关系，鉴相效果最好。本内容学习结束，单击继续，继续学习《脉冲抽样保持相位比较器》内容；单击返回，返回学习主页。返回继续1、脉冲抽样保持相位比较器方框图二、脉冲抽样保持相位比较器二、脉冲抽样保持相位比较器1、脉冲抽样保持相位比较器方框图鉴相器(PD)继续本页完在Cch上产生的锯齿波电压。把标准正弦波转换为矩形脉冲。把压控振荡的正弦波转换为矩形脉冲。fV和fR相位比较误差电压输出。参考频率开关(形成锯齿波)fVfR抽样开关恒电流源VCCCchICH压控抽样频率Cd误差信号(直流)VD记忆电容fR脉冲抽样保持相位比较器基本原理框图2、基本工作原理2、基本工作原理(1)锯齿波形成鉴相器(PD)继续本页完参考频率开关(形成锯齿波)fVfR抽样开关恒电流源VCCCchICH压控抽样频率Cd误差信号(直流)VD记忆电容fR锯齿波形成开关实际是一个脉冲控制电子开关。(1)锯齿波形成二、脉冲抽样保持相位比较器脉冲抽样保持相位比较器基本原理框图抽样开关实际是一个脉冲控制电子开关。2、基本工作原理分析锯齿波上升沿的形成鉴相器(PD)继续本页完(1)锯齿波形成+参考频率开关(形成锯齿波)fVfR抽样开关恒电流源VCCCchICH压控抽样频率Cd误差信号(直流)VD记忆电容fR-Ot电压VmaxVminTR二、脉冲抽样保持相位比较器脉冲抽样保持相位比较器基本原理框图当vR=0时，开关断开，恒流源对Cch线性充电，形成锯齿波上升沿。2、基本工作原理分析锯齿波下降沿的形成鉴相器(PD)继续本页完(1)锯齿波形成+(2)抽样脉冲加入的调整作用参考频率开关(形成锯齿波)fVfR抽样开关恒电流源VCCCchICH压控抽样频率Cd误差信号(直流)VD记忆电容fR-Ot电压VmaxVminTR二、脉冲抽样保持相位比较器脉冲抽样保持相位比较器基本原理框图当vR=1时，开关闭合，Cch迅速放电，形成锯齿波下降沿。这就形成锯齿波。脉冲抽样保持相位比较器基本原理框图2、基本工作原理(2)抽样脉冲加入的调整作用鉴相器(PD)继续本页完(1)锯齿波形成+压控抽样脉冲在锯齿波的上升沿中加入。同样vV=0时，开关断开，vV=1时，开关接通。-VmaxVminTR二、脉冲抽样保持相位比较器参考频率开关(形成锯齿波)fVfR抽样开关恒电流源VCCCchICH压控抽样频率Cd误差信号(直流)VD记忆电容fRTV(2)抽样脉冲加入的调整作用Ot电压2、基本工作原理抽样开关接通时的误差电压输出分析鉴相器(PD)继续本页完(1)锯齿波形成+VD-VmaxVminTR二、脉冲抽样保持相位比较器参考频率开关(形成锯齿波)fVfR抽样开关恒电流源VCCCchICH压控抽样频率Cd误差信号(直流)VD记忆电容fRTVVD2、Cch上的电压VD通过开关加至记忆电容Cd上，使输出电压为VD。+-(2)抽样脉冲加入的调整作用脉冲抽样保持相位比较器基本原理框图1、当vV=1时，开关接通，Cch上的充电电压刚达到VD。Ot电压2、基本工作原理抽样开关断开时的误差电压输出分析鉴相器(PD)继续本页完(1)锯齿波形成+VD-VmaxVminTR二、脉冲抽