chapter5环路捕获性能.ppt

chapter5环路捕获性能
汇报人：
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日期：
由图可知：
稳定平衡点：令 得
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
1. 二阶环的快捕带与快捕时间
快捕带：
ΔωL = Δωc = K· τ2 / τ1 = 2 ζ·ωn
最大快捕时间： ( 采用正弦鉴相器时 )
TLmax ≈ 10τ1 /( K· τ2 ) = 5/(ζ ·ωn )
高频总增益：
KH = K· τ2 / τ1
描述了环路在极限情况下能够提供的最小控制频差值
2. 二阶环的捕获带与捕获时间
对采用正弦鉴相器的环路，使用准线性方法求得捕获带的一般形式
（1）二阶环的捕获带
① 采用有源比例积分滤波器的二阶环
Δωp = ∞
② 采用无源比例积分滤波器的二阶环
Δωp ≈ K· ( 2· τ2 / τ1 )½ = 2·( K·ξ·ωn－ ωn2/2 )½ ≈ 2· ( K·ξ·ωn)½
③ 采用RC积分滤波器的二阶环
Δωp ≈ · ( K/ τ1 )½ ≈ · ( K·ξ·ωn )½
（2）二阶环的捕获时间
捕获时间可近似为频差从Δωo下降到ΔωL所需时间
在满足条件K >> Δωo >> ΔωL 时，利用准线性近似法可求得
① 理想二阶环
Tp ≈ Δωo2 / ( 2·ξ·ωn3 )
② 采用无源比例积分滤波器的二阶环
Tp ≈ Δωo2 / ( K2· τ2 / τ12 )
（3） ΔωH ＞ Δωp的分析
通常，在环路中有： ΔωH ＞ Δωp ＞ ΔωL 和 Tp >> TLmax
ΔωH在获取时，环路总是锁定的，此时的PD输出为直流电压，
LF对直流的衰减最小，当Δωo增大导致θe(∞)增加时，正弦鉴相器输出
的最大误差直流电压为Ud，加到VCO上的最大控制电压为Ud F(j0) ，
同步带为 ΔωH = Ud KoF(j0) = K
Δωp在获取时，环路总是处于捕获状态即失锁状态，此时的PD输出为
一差拍电压，其中既含有直流分量又含有交流分量，由于LF对交流分量的
衰减较大，因此当Δωo = ΔωH时，实际加到VCO上的控制电压小于Ud F(j0) ，
故VCO的瞬时频偏小于Δωo ，环路不能锁定，必须进一步减小Δωo ，所以
有 ΔωH ＞ Δωp
第四节 辅助捕获方法
Δωp = 2·( K·ξ·ωn)½
T p ≈ Δωo2 / ( 2·ξ·ωn3)
① 加大ωn和ξ可以扩大环路的捕获带和缩短捕获时间
② 减小起始频差Δωo可以缩短捕获时间
③加大ωn和ξ会增加环路的等效带宽BL，使环路的滤噪性能和窄带跟踪性能下降
BL = ωn（1 + 4 ζ 2） / 8ζ
① 减小环路的起始频差，使之尽快落入快捕带内
② 使用两种不同的带宽和/或增益：捕获时具有较大的带宽和/或增益，锁定
后具有较小的带宽和/或增益
通常的设计原则：
优先考虑环路的跟踪性能和滤噪性能，对捕获性能的改善则采用辅助捕
获的方法来实现
这两类方法都是频率辅助捕获方法
辅助捕获的基本思想：
1. 人工电调法
基本原理： 采用手动的方法，在起始频差较大时给VCO提供一个相应的直
流调谐电压，改变其振荡频率，以减小起始频差
2. 自动扫描法
基本原理：在环路尚未锁定时给VCO加一个周期性的扫描电压，使VCO的
输出频率在足够宽的频率范围内摆动，当频率锁定后，扫描发生器停止工
作，环路通过自身控制作用而快捕锁定
实际作用：在加入扫描电压后，在捕获阶段，环路中VCO的平均输出频率
增加而平均频差减小，即扫描电压的加入提供了附加的控制电压，加