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1、第一章锁相环路的基本工作原理1-1已知锁相环路使用正弦鉴相掰.最大输出电压为u4压控振造器特性为线性.控制灵敏度等JK“，环路滤波器的脉冲响应为/).试写出环路的动态方程。解：锁相环的数学相位模型如b：根据相位模型,可得环路的瞬时相位误差()=)-&);VCo输出信号的瞬时相位4(r)=()?正弦鉴相器输出电%)=UdSinq(/)=%sin()-fl.(f)：环路流波器输出电压(/)-zj()F(p)-h7()*()-M4f(r)(-r)Jr.(f)=w(r)-=wd(r)(r-r)Zr9)=(r)*%(，)-W环路的动态方程：pt(/)=p0(r)K(IU/sin0(r)r(/r)dr令环
2、路增益K-KQ4,则P,3=P()-K(r-r)sin6?(r)r1-2试导出图(a)RC积分泄波那、图(b)无源比例积分避波器和图(Cwf源比例枳分漉波器的传递函数。解：(1)RC积分滤波器:,(/)=肋+%(小Ri=RC=RCPUK)dtO令RC=rl,:.wy()=r1pu(/)+utt(r),MF(p)=三-“K)l+rlp(2)无源比积分避波器：uiRl+Ri+uc.i=C包口-Gut=(RI4RDXCXPU,I+m,=(lrlpl=(r1=(Rl2)C)uc=g+ur=R2Cpuci+k=(1+r2p)wcU(J=T?2C)“二册以代入上式得“广汽?.则F(P)十二悬U1AUjMR
3、li(I)-%强将左带入式ORJ可得一彳二中T1 + A R、CP +1A AR1 pcI 卜 Rg,RlPC 尸(P)=Ad令 A T+oo,1 + Rfp! + (/?( + ARJePr2 = R2CF(P) =1 + &PC 1 + 叫P(RiPC rlpr, = R2C rl = RiC1-3己知一阶环的U4l=2Vf=15KHzV.rt2r=2MHz问当谕入颈率分别为l98MHz和2.04MHZ的载波信号时，环路能否锁定？稳定相差多大？解:Ud=IV.Kn=25krad(sV),a=22Mrad/sq=2,1.98/rad/s,2=22.04Mrad/s环路能够锁定的条件是IAaK
4、固有频差1：A=他一纤=2(-0.02W=-220krad/s同有频差2：=-叫=2r0.04f=240krad/s环路增益：K=UjK0-225k=230rad/s对AK,环路失锁：对叫I处于同步带内，即IA叫JK,环路锁定，稳态相差。3)=MSin二arcsin=-41.8=-42;M已知一阶环的Uj=0.63VK0=2UkHzV0=25MHz在卷入载波信号作用下环路锁定.控制顿差等于H)KH2,11J：榆入信号领率弼为多大？坏路控制电压W(/)=?稔态相差()=?环路增益M=UdK“=0.63220K=2厅x12.6krad/s环路惭定时,固有频差等于控制撅差,即A“=A%m=2”xIO
5、krad/sf0-2.5MHz.0=225OOKrad/s.固有嫉差A4=l-0i-l+fl=2.5MHz因为A/广4(，)K。n控制电压风(r)=粤=若嘿=0.5VZZuK./、J(V)wd(r)=cos(2,IO4/+J(V)式中。、4为常数,鉴相器相乘系数KMJlU（I俘），VCO控制灵敏度二心法/口问：环路能否进入锁定？为什么？(b)环路的最大和最小瞬时赧差值各多少？(C)IfflI出鉴相器输出波形小();(Ci)为使环路进入锁定,在鉴相器和VCO之间加级克流放大器.问其放大量必须大了多少？解：Ud=IK“U,=；XlUXO.2xl=l(V)压控灵敏度KLHz!V=2IO3rad(sV
6、)环路增益X=UdKn=2”XKrrad/s环路的固有频差A例=-叫=210,-2010j=-I810a(a).A/K.环路不能进入锁定,PLL处于失锁状态.(b).粤D=ArtVKSin4)(U瞬时频差=固有频差一控制须差)最大瞬时频差=A练-=T8xIO1-2IOs=-2IO4rad/snIOiHz最小瞬时频差=A?-K=-18;TXlO3+2;TXITXIOrad/s=8(X)H(C)筌相器输出波形)G)=Aru0/+田(-)t+l.t)=i-ut(/)=wrf(/)PPr(t)=i(f),(r)=A4.八)回!上电”,|=9K21O3直流放大器的放大量4必须大许9才能使环路锁定O第二章
7、坏路跟踪性能2-2设非理想一阶环，使用行宜流反馈的仃源滤波湍作环路滤被器.如图口2-2所示,已知环路K=5800Hz.试求：G)确定环路滤波器传递函数F(三)(b)找出arr”和仃(C)写出闭传递雨数($)的表达式C/?,/(R、4)解：(a)()=；I-)RCJ+1RJKKJ)-V=&一sc火十汽+_L(R+R?)Cs+1i:sC心，、R、RteS+1(j)Rl(RRR1)Cs152O1.44%87“FX$+1_IA4k87wFxs+1:-776.75k(52(U+1.44K)X87“尸XS152l.44lr87wF5+l生(3-(b)将处视为直流放大的放大量.并入Kd中,258005800
8、7124466()Omd.s6.15k=(8+&)C=(52(U+1.4WX87XK)W=454秒)r?=&C=1.44x87xlOA=O.125(秒)他患Y型翳-248-2即.也K很高，为高增益一.阶环半=0.0OOOOO362，夕，上任=囚竺*248.615.52,2s(2-)+;j(215.5x248.6竺248.6?H(5)K=;一2八446600(c)s2)tts+n5+215.5248.65+03853.6s61801.965,+3853.6s61801.962-4采用有源比例积分浊波器的二阶当输入脑率斜升信号(r)=8106r(nwj)W1岁、”要求环路稳态相差a(oo)W0.5
9、r“d：问环路参数，、?应如何选择？解：采用行源比例：阶环.输入频率斜升信号的斜率为.=d必川-8iu-mdf)dt要求环路稳态相差：Q(8)=SO.5,4000(“ 5),夕可以取0.707.2-9若一镇相环路的被止频率Q=H)向/$,输入信号为u,(f)=Ulsin(IO6r+2SinaO)+0)J,问：(a)环路处于调制跟踪还是载波跟踪状态，为什么？(b)若Q降至IOrad/s,环路处于什么状态？(a) C=IOds,Q=KrrwfsnQ,二为调制跟踪环,(b) =IOrarfZs,.为载波跟踪环.第三章环路噪声性能3T在深空中用于跟踪飞船的渊试设备,使用一窄带戟波跟踪环路,假定环路使用
10、有源比例积分滤波器.设计环路噪声带宽叫=18Hzr1-2630s和=083，太，试确定：(D环路明尼系数岁与白然谐振帧率值;(2)环路增益K；(3)选择电容Ctfb并确定凡与aCL解：(1)环路阻尼系数g与自然谐振腋率叫.环路单边噪声带宽=”(1+忖。=I8z环路门然谐振拗率仪-匹：环路阻尼系数J=F&=U.U：34=-QQ41Jo)n空(1+4F)=I828$n1.15=Tlhrad/s=0.041ltt求环路增益K环路增益K-ft/jr,-(27.6)32630-L96lO%dG(3)选择电容C确定RRLVr,=R1C.r2=R2C:C=I(XX)/F.可求HR=2.63M,R2=83.4
11、3-2一个.阶锁相环tth环络港波器由无源比例积分滤波器组成,并已知环路参数岁=0.707.lt=59.5/W/$压控振荡器的增益系数Ka为L13x104rad(V),鉴相器的增益系数Kll为IV/rad。设输入到锁相环的信号为一iE弦波，并已知信“功率。噪声功率潘密度之比/N“=1000Hz；试求H、路信噪比仁);解：K=KeKd=LI3x104Md/SKa环路单边噪声带宽(=2(1+4铲)=-M二1+40.7072l-3.56Hz8:80.707环路信噪比.多夕贝表示：I(d8)=10lg仁I=10lg31.68=14.9JB3-3设步理想.阶环，使用有直流反馈的:行源比例积分浊波器作环路
12、滤波器,如图P3T所示，己知环路KK=5800Hz,试求:(I)确定环路港波器传递函数：(2)确定豆、口、n.V及&;写出闭环传递函数的表达式.R、(/?,+解：(a)F(j)=-RlI&(兄+-)RJi(K+-)LR1.SC用+R+-lRCs +1(K + R?)CS +1sC(b)将占视为宜流放大的放大倍数,归入(,或Ko中.环路增益K：K=Kj(旦一2/rX58(X)X=2580077-2446600(rais)R1675kr1=(+RJC=(52OA+l.44fc)87IO6=45.4(s)r2R2C=1.44k7x106=0.125(s):K很高.环路为高增益二阶环卜晅=0.0000
13、36vvrJ218.6=15.5)=(1+4(15.5)3=1928.65Hz$(2弧-9)+(C)W(5)-K_L，丁长很高.环路为高增益二阶环+2gs+%5+2j+jrs2l5.5248.6s+(248.6)-7706.6j61801.962+215.5248.6j+(248.6)，J+7706.65+61801.963-4一锁相环路输入端信号总功率对噪声功率谱密度之比是/N。=206OHZ,而其中信号载波功率对总功率之比是PP=0.685,假定环路为载波跟踪环，B1=IOHze试运用线性理论确定其相位差方差。解：/jNo=2O6OHz.2-0.685,B1IOHc生=幺丝二20600.6
14、85=1411MNoR环路信喙比(工=-5-=liH=i41.1=21.5JIN)NoBl10环痂输出相位噪声方差6：=a=-=710(rad()1141.13-5若将线性化环路噪声相位模型一的等效相加噪声电压N)再等效为输入相位噪声,(r),据此是否可以认为环路噪声产生的相差()为(0=(0-KCoSa+ATsin=rl=riR1 drfdtf,dr1令四二0.世二也也四二.也drdrddrdtd电在方程中.若令器=O等=O得K位=E.riR.O.=-arcsn-j-+2w,MKOrfi-Jt-arcsin2n(8)=arcsin同步川描速率：保证。(OO)存在.这是必要条件:即：空Ml,R
15、K=;.4-3理想.阶环，己知4-I2,例=100md/$,计算起始施差15OkHZ时的捕次时间7；三解：丁n=2fl-2I5()k=3IOrad/s= 6.68 IO4(S)成(3;TXlOs)(6.28x1.5-2飙，拒,1.14410ft2-(100)124-4一环路滤波器传递函数为F(三)=(I+“J(l+M)的二阶环，其岁二0/2.Bl=200%,若要求允许的最大的4(8)5,最大捕获范围为25kHz.试确定：(a)环路增益K：(b)环路渔波器时常数力、力(注：因为较小.K较大,故可按K?近似)：(C)捕获带AQ看是否满足提出的要求；(d)捕获时间。；(C)快捕带A%;快捕时间解：环
16、路增益K最大捕获范围25KHz.故A”=X125XIO3=25*x103rad/s.8啜(l+4f)B1845.65.5.621120,，.u=-=L=373.3Mdfs“1婷333A苏.f-2JKar=K=-，可得：4m益K=。)_8，)。=6K)Crad/$4g40.7373.3再据3)=SinT包乜45要求.sin5KKK盘=也获*9xHs取KilMdG(b)求nr,叵二至二旦空L23K)%=23mIK6l0ft6x10N =谭=嗡六。(c)捕获带aft-12.5A72-2,12.51O,i/Is(d)捕获时间TP-二-2x5吗二6j6l=84.6S尸工2家2x0.707x3737.28
17、x10(C)快捕带叫二2t,=1.41x3733=526Sdfs快捕时间TI=5/加=10/526=0.019$，19ms环的噪声带宽为=察(1+4/)=14*xl0=2.52xIO3Wc8彳5.6环路信噪比4=-N-=2500X10lBlNfl2.52IO2il的捕坎打描速率R-；式fl-2pJ=(4.5xO2)2(1-O.6)二4IOiMs4-6设计一个无源比例枳分滤波器.阶锁相环路.凡=100kC,凡=5JkC,K=L试确定：s(a)时间常数r和r?:(b)环路自然角领率包和环路阻尼系数3(C)环路同步带A、捕获带l.、快捕带A例；(d)如果起始预差Afi2a=50100、150Hz.试
18、确定捕执时间7；。解：(a)二区+KiC=(Io5.1xl0)47xl0=5s,年二小C=U.24sA 叫=K = 2:Trad / s2二C： =2.5x10% 鳌百竽(b)K-Ms-2nrad/s”,=A=3rads、+!)r+l)1131-(O74O99A2VK2K26.28(c)IA。PK2j一a12:2Jl.63-0.64-2radI$M)=3=00:时，I7;,=IOxo6s2/7M)=等=150比时，17；=2.25x10；4-7设计一个有源比例积分淀波器二阶锁相环，凡=2040、R2=2kQ.C=0.47F,调整开环增益KD=80000(。、A=IO5,环路用作提纯，因此噪声带
19、宽是很小的.试求：g(a)rl和r2；(b)环路自然角城率以和环路阻尼系数岁；(C)环路同步带A%,、捕获带A%、快捕带A”；(d)初始频差A2点=500IO4、300l(，二时的捕获时间。解：首先看LF,当A=IOJ为有限位时，F(三)-A匕空l+rljrl=(?!+AR、+R1C.r2=RzC开环传输函数(三)=必3-AF5$SS环路增益/r=rft4=2810410,=2810rad5(a)r,=ARiC=201060.4710*=9.Isr2=C-2xl03x0.47xl06=9.4lQ4s534107 =7.3lOmd / s$=4.710*7.310-3.43(c)A稣=K-502
20、.40f,radIsA？=2yKn=2281073.437.3101=7xlOftMd/s2l=Kr1/rlKflRiIR、=2,8104-=5.02,10411zJ5=2t50Orad/s时,Tt.=(2x500)-=76IOYS9.410-1(7.310)4A=2,104rad/$时.Tp=-1-1.5210,sr9.4I0(7,3I0)4i-2,103300md/$时.TP=1.37.不4-8在一个二阶锁相环路中,在环路波波器与压控振荡器之间插入一直流放大器,放大倍数为10，试分析插入此直流放大器后对环路参数，、%、如、卜俨p、则有什么影响？解：在环路浅波器与压控振湖涉之间插入一直流放大
21、器放大倍数为10.相当于环路增益K扩大G倍.扩大后的环路增益K=KG,?=E=嫌，扩检司岁=/，=后扩大而倍；&(OH=K=GK、扩大G倍：A吗=RKg=62Kg扩大G后倍(叫、岁都扩大T而倍”M)L=KG/力，V大G倍。65解：人=38,912M出又：A=NJ=q-fB.A=-=(nJ7-2解：数字镣相环中，模2;T状态数N的含义是相位误差载在2=区间的状态数,=5=f72NN7-3解：妨碍数字锁相环高速应用的的关健是DCO的逻辑速度。7-4解：T=0.00Imy-sf0-IMHz()10口心与1二3643）10卜嗜=27.778次一、简答1、什么是时钟频率稳定度？分别说说RC振荡器、OSC
22、（这个中文怎么说来着，忽然失忆）、恒温osc、枷钟艳钟的频率稳定度各是多少？2、锁相环由哪几部分构成，分别简朴阐明并画出锁相环框图。PFD鉴相器工作原理及实现措施。（电路图我就不画了）1、锁相环锁定状态的数学模型是什么？在此状态下的相位传播函数和误差传播函数分别是什么？2、同步范围、拉出范围、捕捉范围、锁定范围详细含义是什么？并阐明它们之间的互有关系。四、（晕实在想不起来了。,。等想起来了再说）五、设计f=（N1V+N2）fl的分频器。阐明工作原理及其实现措施。六、设计f=6.5fl（fl是参照频率，下标其实是ref）。阐明工作原理。七、阐明希尔伯特变换鉴相器的工作原理及其实现措施。八、综合题
23、用下面给出的器件，选择合适的器件，设计一种锁相环，规定频率可调。绘出波形图，阐明工作原理。给出频率辨别率的值。鉴相器：JK鉴相器、PFD鉴相器环路滤波器：无源超前滞后滤波器、有源超前滞后滤波器压控振荡器VCo分频器：自选。一、选择题1、对锁相环路起作用的是：（）输入瞬时相位；输入信号频率；输入信号幅度2、不管采用何种滤波器的二阶环路其闭环频率响应具有：（）高通特性；低通特性；带通特性二、判断题（对的的打+,不对的的打-）1、锁相环路是实现信号相位自动控制的系统。（）2、全数字锁相环一般由数字鉴相器、RC积分滤波器、数字压控振荡器构成。（）三、填充题1、锁相环路口勺频率响应含义为：.2、辅助捕捉
24、的措施有：、等。3、采用单环锁相频率合成器，其输入其准频率fi=100kHz,程序分频器分频比为1234,则环路锁定期输出信号频率为.四、简答题1、试述T4044数字鉴频鉴相器的鉴相工作原理。2、相对于输入信号而言，锁相环路为何等效为种带通滤波器？它于一般H勺带通漉波器有何不同样？五、综合题1、已知一阶环於JUd=2V,Ko=15kHzv,o2兀=2MHZ.问当输入频率分别为1.98MHZ和2.04MHZin载波信号时，环路能否锁定？稳定相差多大？2、采用有源比例积分滤波器的窄带载波跟踪环路,其环路噪声带宽BL=18Hz,l=2630s,2=0.0834s,试确定：(1)环路阻尼系数，与环路自然角频率n;(2)环路增益K；(3)如选择电容C=0.33F,确定Rl,R2.
