第 6 章 反馈控制电路
6.3 集成锁相环及其应用
6.3.1 集成锁相环路
6.3.2 锁相环在解调和锁相接收机中的应用
6.3.3 锁相环在频率合成器中的应用
6.3.1 集成锁相环路
按电路结构可分为,
模拟锁相环
数字锁相环 (数字鉴相器, 数字滤波器, 数控振荡器 )
按用途可分为,
通用型 (鉴相器, VCO 等 )
专用型 (调频接收机, 电视机, 通信, 仪器, 电动机
速度控制等 )
一、典型的集成模拟锁相环
1,SL565
工作频率低于 1
MHz, 可用作 FSK
解调, 单音解码,
宽带 FM 解调, 倍
频和分频等 。
鉴相器,双平
衡模拟相乘器, 可
外部偏置 。
VCO, 积分 -施
密特电路, VCO 输
出方波 。
外接电容 C 和电
阻 R 决定固有振荡角
频率 。
低通滤波器,⑦
端外接电容和内部电
路构成 。
2,L562
工作频率最
高 30 MHz,可用
作 FM 解调, 频
率合成, 数据同
步, 信号提取,
跟踪滤波, FSK
接收等 。
鉴相器：双
平衡模拟相乘器 。
VCO,射极
耦合多谐振荡器,
外接电容 C 决定
固有振荡角频率 。
低通滤波器：
13 和 14 端外接
RC 和内部电路
构成 。
限幅器：同步带调节
3,NE564
工作频率最
高 50 MHz, 可
用作调制解调,
FSKM 解码, 频
率合成等 。
鉴相器：双
平衡模拟相乘器 。
VCO,射极耦
合多谐振荡器, 外接电容 C 决定固有振荡角频率 。
低通滤波器,④ 和 ⑤ 端外接电容和内部电路构成 。
限幅器：差
分电路, 接收 FM
和 PSK 信号时,
抑制寄生调幅 。
直流恢复电路,
14 端外接大的滤
波电容, 输出稳定
直流电压, 锁定时,
输出电压正比于输出频率与 VCO 固有频率之差 。
施密特触发器：用作 FSK 解调 。
二, L562 内部电路
T1 ~
T9 双差分
乘积型鉴
相器
T17 ~
T29 射极
耦合多谐
振荡器
T14 放
大器 A1
T15 跟
随器 A2
T30 ~
T33 放大
器 A3
T35 ~
T42 稳压
电路
6.3.2 锁相环在解调和锁相接收机中的应用
一, 锁相解调电路
1,调频波锁相解调电路
锁相解调电路的门限电平比普通鉴频器低 。
实现不失真解调
应满足,
环路的捕捉带 >
调频波的最大频偏
环路的带宽 > 调
制信号的频谱宽度
VCO 输出为具
有相同调制规律的调
频波, 环路滤波器输
出解调输出电压 。
设 VCO 的频率
控制特性是线性的
)()( )(
d
)(d)(
cooco
o
o sVAsstvAt
tt ????? ???
设输入调频波为单音调制
??i(t) ? ??mcos? t
?
?
??
?
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2
c oss i n)( mmi ttt ?
?
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j
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解调电压的复振幅
m
o
m
o
cm
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j
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A
H
A
HV ?
用 L562 组成的调频波锁相解调电路
2,振幅调制信号的同步检波
锁相环路恢复载波信号, VCO 输出电压与载波电压之
间有 ?/2 的固定相移, 经移相 ?/2 后送入同步检波器 。 同步
检波可以避免一般包络检波器检波弱信号时门限电平高, 检
波效率低与失真大等问题 。
二, 锁相接收机
输入信号角频率
为 ?I + ?d, ?d 是多
卜勒频移 。
环路锁定时,?I
? ?r, 保证中频角频
率不变 。
6.3.3 锁相环在频率合成器中的应用
一, 概述
频率合成技术是利用一个或多个高稳定晶体振荡器产
生出一系列等间隔的频率信号的一种技术, 这些离散频率
的准确度和稳定度与晶体振荡器相同 。
二, 锁相倍频和锁相混频电路
1,锁相倍频电路
环路的反
馈通路中插入
分频器 。
环路锁定时
N
o
oi
??? ???
所以 ?o = N?i
2,锁相混频电路
环路的反馈通路中插入混频器和中频放大器 。
混频器输出电压的角频率,|?o ? ?L|
环路锁定时,?i ? |?o ? ?L|
所以 ?o ? ?L ? ?I
?o > ?L,取 ?o ? ?L + ?I
?o < ?L,取 ?o ? ?L ? ?I
锁相混频电路特别适宜于 ?L >> ?I 的场合 。
三, 锁相频率合成器
1,吞脉冲频率合成器
在保持频率间隔为 fi 的前提下提高输出频率 。
双模分频器,? P 和 ? (P + 1)分频模式
主计数器,? N
辅助计数器,? A
N > A
模式控制,
1 ? ? ( P + 1)
0 ? ? P
计数周期开始
模控 电路 ( 1 )
双模分频 [ ? ( P + 1 ) ]
A, N 计数器
同时计数 ( 0 )
A 计满
N 计满 模控 电路 ( 0 )
N 继续计数
计数周期结束
一个计数周期内的总计脉冲数
Ni = (P + 1)A + P(N ? A) = PN + A
输出频率
fo = Nt fi = (PN + A) fi
2,多环频率合成器
以三环频率合
成器为例
fi ? 100 kHz
300 ? NA ? 399
351 ? NB ? 397
输出频率范围
35.40 ~ 40.00 MHz
频率间隔 1 kHz
因为 fa ? NA fi,fB ? Nb fi 混频器输出频率 (fo ? fB)
所以
1 00
)1 00(
1 00
i
BAB
a
BAo
fNNfffff +?+?+?
当 NA ? 399，
NB ? 397
fo ? 40 099 kHz
当 NA ? 300，
NB ? 351
fo ? 35 400 kHz
3,MC145 系列集成频率合成器件
MC145152 与双模分频器 MC3393P 及低通滤波器,
VCO 构成吞脉冲频率合成器 。
6.3 集成锁相环及其应用
6.3.1 集成锁相环路
6.3.2 锁相环在解调和锁相接收机中的应用
6.3.3 锁相环在频率合成器中的应用
6.3.1 集成锁相环路
按电路结构可分为,
模拟锁相环
数字锁相环 (数字鉴相器, 数字滤波器, 数控振荡器 )
按用途可分为,
通用型 (鉴相器, VCO 等 )
专用型 (调频接收机, 电视机, 通信, 仪器, 电动机
速度控制等 )
一、典型的集成模拟锁相环
1,SL565
工作频率低于 1
MHz, 可用作 FSK
解调, 单音解码,
宽带 FM 解调, 倍
频和分频等 。
鉴相器,双平
衡模拟相乘器, 可
外部偏置 。
VCO, 积分 -施
密特电路, VCO 输
出方波 。
外接电容 C 和电
阻 R 决定固有振荡角
频率 。
低通滤波器,⑦
端外接电容和内部电
路构成 。
2,L562
工作频率最
高 30 MHz,可用
作 FM 解调, 频
率合成, 数据同
步, 信号提取,
跟踪滤波, FSK
接收等 。
鉴相器：双
平衡模拟相乘器 。
VCO,射极
耦合多谐振荡器,
外接电容 C 决定
固有振荡角频率 。
低通滤波器：
13 和 14 端外接
RC 和内部电路
构成 。
限幅器：同步带调节
3,NE564
工作频率最
高 50 MHz, 可
用作调制解调,
FSKM 解码, 频
率合成等 。
鉴相器：双
平衡模拟相乘器 。
VCO,射极耦
合多谐振荡器, 外接电容 C 决定固有振荡角频率 。
低通滤波器,④ 和 ⑤ 端外接电容和内部电路构成 。
限幅器：差
分电路, 接收 FM
和 PSK 信号时,
抑制寄生调幅 。
直流恢复电路,
14 端外接大的滤
波电容, 输出稳定
直流电压, 锁定时,
输出电压正比于输出频率与 VCO 固有频率之差 。
施密特触发器：用作 FSK 解调 。
二, L562 内部电路
T1 ~
T9 双差分
乘积型鉴
相器
T17 ~
T29 射极
耦合多谐
振荡器
T14 放
大器 A1
T15 跟
随器 A2
T30 ~
T33 放大
器 A3
T35 ~
T42 稳压
电路
6.3.2 锁相环在解调和锁相接收机中的应用
一, 锁相解调电路
1,调频波锁相解调电路
锁相解调电路的门限电平比普通鉴频器低 。
实现不失真解调
应满足,
环路的捕捉带 >
调频波的最大频偏
环路的带宽 > 调
制信号的频谱宽度
VCO 输出为具
有相同调制规律的调
频波, 环路滤波器输
出解调输出电压 。
设 VCO 的频率
控制特性是线性的
)()( )(
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cooco
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设输入调频波为单音调制
??i(t) ? ??mcos? t
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用 L562 组成的调频波锁相解调电路
2,振幅调制信号的同步检波
锁相环路恢复载波信号, VCO 输出电压与载波电压之
间有 ?/2 的固定相移, 经移相 ?/2 后送入同步检波器 。 同步
检波可以避免一般包络检波器检波弱信号时门限电平高, 检
波效率低与失真大等问题 。
二, 锁相接收机
输入信号角频率
为 ?I + ?d, ?d 是多
卜勒频移 。
环路锁定时,?I
? ?r, 保证中频角频
率不变 。
6.3.3 锁相环在频率合成器中的应用
一, 概述
频率合成技术是利用一个或多个高稳定晶体振荡器产
生出一系列等间隔的频率信号的一种技术, 这些离散频率
的准确度和稳定度与晶体振荡器相同 。
二, 锁相倍频和锁相混频电路
1,锁相倍频电路
环路的反
馈通路中插入
分频器 。
环路锁定时
N
o
oi
??? ???
所以 ?o = N?i
2,锁相混频电路
环路的反馈通路中插入混频器和中频放大器 。
混频器输出电压的角频率,|?o ? ?L|
环路锁定时,?i ? |?o ? ?L|
所以 ?o ? ?L ? ?I
?o > ?L,取 ?o ? ?L + ?I
?o < ?L,取 ?o ? ?L ? ?I
锁相混频电路特别适宜于 ?L >> ?I 的场合 。
三, 锁相频率合成器
1,吞脉冲频率合成器
在保持频率间隔为 fi 的前提下提高输出频率 。
双模分频器,? P 和 ? (P + 1)分频模式
主计数器,? N
辅助计数器,? A
N > A
模式控制,
1 ? ? ( P + 1)
0 ? ? P
计数周期开始
模控 电路 ( 1 )
双模分频 [ ? ( P + 1 ) ]
A, N 计数器
同时计数 ( 0 )
A 计满
N 计满 模控 电路 ( 0 )
N 继续计数
计数周期结束
一个计数周期内的总计脉冲数
Ni = (P + 1)A + P(N ? A) = PN + A
输出频率
fo = Nt fi = (PN + A) fi
2,多环频率合成器
以三环频率合
成器为例
fi ? 100 kHz
300 ? NA ? 399
351 ? NB ? 397
输出频率范围
35.40 ~ 40.00 MHz
频率间隔 1 kHz
因为 fa ? NA fi,fB ? Nb fi 混频器输出频率 (fo ? fB)
所以
1 00
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i
BAB
a
BAo
fNNfffff +?+?+?
当 NA ? 399，
NB ? 397
fo ? 40 099 kHz
当 NA ? 300，
NB ? 351
fo ? 35 400 kHz
3,MC145 系列集成频率合成器件
MC145152 与双模分频器 MC3393P 及低通滤波器,
VCO 构成吞脉冲频率合成器 。
