锁相环(PLL)电路设计与应用.pdf

锁相环(PLL)电路设计与应用.pdf 是一本很不错的书籍，很适合电子设计工作者图解实用电子技术丛书锁相环(PLL)电路设计与应用〔日〕远坂俊昭著何希才译斜学出服証北京图字:012005157号内容简介本书是“图解电子工程师实用技术丛书”之一,本书主要介绍锁相环PLL)电路的设计与应用,内容包括PLI工作原理与电路构成、PLL电路的传输特性、PLL电路中环路滤波器的设计方法、PLL电路的测试与评价方法、PL1特性改善技术、实用的P颗率合成器的设计与制作,可编程分频器的种类与工作原理以及电压控制振荡器等本书内容丰富、实用性强,便于读者自学与阅读理解,可供电子、通信等领域技术人员以及大学相关专业的本科生、研究生参考,也可供广大的电子爱好者学习参考图书在版编目(CI)数据锁相环(PLL)电路设计与应用/(H)远坂俊昭著;何希才译.一北京:科学(图解实用电子技术丛书)ISBN7-03-0165284Ⅰ.锁…Ⅱ.①远…②何…Ⅲ.环路锁相-电路设计Ⅳ,TN9I1.9国版本图书馆CP数据核字(2005)第140291号責任編楫:肖京涛崔炳哲/責任制作:魏谨責任印制:刘士辛/封面设计:李力北东方新龙文有隰司制作学桌服出版东英减根北街16号http://www.sciencep.com新蕾即副厂印科学出版社发行各地新华书店经销006年1月第版开本:B5(720×10002006年1月第一次印刷印数:1-400如有印装质量问题,我社负责调换《新欣))前言PLL(锁相环)是 Phase Locked Loop的缩略词。参加工作时,我研制开发了采用PLL电路的地上传感器进行自动检测的Q地上传感器用于铁道上的ATS( Automtic Train Stop,自动列车停车装置),它是由谐振电路构成的一种720mm×320mm白色椭圆状的装置,安装在铁轨的枕木上。当发出红色停车信号时传感器在130kHz频率上产生谐振,其上通过的列车检测到该信号就自动停车。其工作原理如下图所示,在地上传感器之上安装检测线圖时,谐振频率处输人输出信号的相位差变为90°,检测线圈的输出电压与地上传感器的Q值成正比例。另外,在输入输出信号相位差为90°的频率时,PLL电路进行锁相,用数值显示谐振频率与Q值,这就是Q表。当时,我完全不知道PLL电路的设计方法而是根据杂志上刊载的PLL电路模索着设计,将原电路东拼西凑构成实际电路测线圈上传感器图0.1地上传感器与检测线圈研制开发Q表之后,我对PLL电路技术产生了浓厚的兴趣其后,还多次设计了采用PLL电路的装置。然而,由于我不懂得PLL电路中环路滤波器的设计方法,故在对试做装置进行调整时,只能边观察电路的工作情况,边修改电路参数这样反复进行设计。在进行设计期间,我看到了书末参考文献[4]这本书,弄懂了考虑负反馈的相位裕量设计环路滤波器即可,就是在这时发现了问题的本质。在以后设计时,可以根据计算出的RC常数对所有的PLL电路进行最佳锁相最近,可采用方便的软件对PIL电路中环路滤波器的常数进行计算,在销售PLL电路器件的公司主页上都使用这种软件。然而,使用这种软件计算的环路滤波器的常数对于限定的应用(多数情况是频率合成器)是最佳值。而PLL电路的应用范围非常广,即使PLL电路框图构成相同,但由于应用不同,其最佳环路滤波器的常数也是不同的。因此,为了更好地使用PLL电路,求出PLL电路各框图的传递函数,根据负反馈相位裕量计算出环路滤波器的常数也非常重要。读完本书就会弄懂这个问题,而好在本书求出的PIL电路中各部分传递函数较简单,环路滤波器也是使用较低次的滤波器本书的主要部分是PLL电路中环路滤波器常数的计算。由于环路滤波器常数的计算是PLL电路设计中最重要的部分,因此不得不这样做,请谅解。该书原是我作为讲师时的讲稿,也是研讨班教材,教材名称是“PLL电路的设计方法”与“测量用PLL电路设计”。其中“PLL电路的设计方法”是CQ出版社主办的“初级电子研讨班”(htp://it. caput.co.jp/ e seminar/)使用的教材,而“测量用PLL电路设计”是高级综合技术中心(htp:/www.apc.chdo.go,jp/)使用的教材。另外,研讨班学员提出的问题也为我编写本书提出了有益的帮助。最后,对参加研讨班的各位学员、为开设研讨班提供机会的CQ出版社的蒲生良治先生、高级综合技术中心的冈荣太郎先生、清野政文先生等表示谢忱。另外,借此机会对前桥的双亲远坂平四郎·正江的支持表示感谢。目录第1章PLL工作原理与电路构成……PLL与频率合成技术简介1.1PLL电路的基本工作原理1.1.1PLL电路的三大组成部分1.1.2PLL的应用与频率合成器………31.1.3PLL电路各部分工作波形1.2PLL电路以及频率合成器的构成1.2.1输出为输入N倍频的方法…1.2.2翰出为输入N/M倍频的方法(输入部分接入分频电路)1.2.3输出为输入N/M倍频的方法(输出部分接入分频电路)2.4输出为输入N×M倍颏的方法(增设前置频率倍减器)…1.2.5PL电路与外差电路的组合方式(输出为1.2.6PLL电路与DDS的组合方式…1.3PLL频率合成器的信号纯正度…56779901.3.1理想頻率合成器的输出颏谐(1根谱线)1.3.2撅幅调制的噪声(AM噪声)频率调制的噪声(FM噪声)1.3.4FM噪声的影响4PLL的其他应用1.4.1数字数据恢复为时钟的情况……【专栏】dBc184.2频率-电压转换电路(FM解调电路)1.4.3电动机的转速控制电路【专栏】PLL电路的发明者 Bellescize…………20附录APLL电路中负反馈的应用A.1PLL电路与运算放大器电路的异同A.2放大电路中学习的负反馈方式与特性第2章PLL电路的传输特性…(PLL电路的特性由环路滤波器决定)2.lPLL电路传输特性的理解……2.1.1PLL电路各部分的传输特性……1.2简例题(时钟的50倍频电路)2.1.3传输特性的求法(除环路滤波器特性以外)【专栏】仿真使用 SPICE非常方便1.4使用的环路滤波器的特性与PLL电路的传输特性2.1.5PLL电路中施加负反馈的效果…2.2环路滤波器设计的基础知识…2.2.1RC低通滤波器的特性2.2.2具有阶跃特性的RC低通滤波器…2.2.3多级RC滤波器中增益与相位之间关系2.2.4普通的RC低通濾波器(使用滞后滤波器时环路特性不稳定)………2.2.5使PL,L特性稳定蚋滞后超前滤波器第3章PLL电路中环路滤波器的设计方法……51无源/有源环路滤波器的设计实例与验证)3.1无源环路滤波器的设计…1.1滞后超前滤波器的伯德图………1.2PLL电路与滞后超前滤波器组合的特性3.1.3分须系数的改变情况3.1.4根据规格化曲线图求出环路滤波器的常数(参照附录3.210~100 kHz PLL频率合成器中环路滤波器的设计3.2.1作为实验用频率合成器的概况3.2.2频率合成器传输特性的求法(除环路滤波器以外)3.2.3时间常数小、M=-10dB、相位裕量为60°的设计3.2.4时间常数中等、M=-20dB、相位裕量为的设计3.2.5时间常数大、M=-30dB、相位裕量为50°的设计3.2.6试做的频率合成器的输出波形………3.2.7试做的頰率合成器的输出频谱3.2.8锁相速度3有源环路滤波器…3.3.1有源环路滤波器3.3.22次有源环路滤波器的伯德图3.3.33次有源环路滤波器…3.3.4有源环路滤波器的噪声…3.3.5根椐规格化曲线图求出有源环路滤波器数的方法3.425~50 MHz PLI频率合成器中环路滤波器的设计……3.4.1实际电路中设计的有源环路漓波器……………803.4.2使用规格化曲线图求出环路滤波器的常数…813.4.3时间常数小M=0B、相位裕量为50°的设计…853.4.4时间常数中等、M=-10dB、相位裕量为50°的设计…3.4.5时间常数大、M=一20dB、相位裕量为50°的设计3.4.6试做的頻率合成器的输出波形3.47试做的频率合成器的输出频谱……3.4.8锁相速度…3.4.9锁相速度的仿真【专栏】用于測量频率变化形式的调制磁畴分析仪……973.5相位裕量不同时PLL电路的特性3.5.1用作实验的50倍频电路3.5.2环路滤波器的设计3.5.3相位裕量为40°的设计………………993.5.4相位裕量为50°的设计……3.5.5相位裕量为60°的设计……103.5.6频率特性的仿真3.5.7输出波形的频谱3.5.8锁相速度………………3.5.9PLL电路最适用的相位裕量(40°~50°)……105第4章4046与各种鉴相器(PLL电路中使用的重要器件的基础知识)4.1PLL的重要器件40461.1.1PLL的入门器件4.1.24046的三种类型……4.1.374HC4046片内三种鉴相器…………4.1.44046片内VCO的特性…l131.2鉴相器的工作要点……1.2.1模拟鉴相器l154.2.2数字鉴相器………………4.2.3相位频率型鉴相器……42,44046中PC2型鉴相器1234.2.5死区1244.2.6电流输出型鉴相器·1.2.7高速鉴相器AD9901第5章电压控制振荡器ⅤCO的电路…(VCO要求的特性及各种振荡电路方式)5.1VCO要求的性能………5.1.1vCO的概况5.1.2頻率可变范围……5.1.3频率控制的线性·5.1.4输出噪声1335.1.5输出波形的失真5.1.6电源电压变化时的稳定度5.1,7环境温度变化时的稳定度1345.1.8外界磁场与振动的影响5.2由弛张振荡器构成的VCO………5.2.1函数发生器的基本工作原理5.2.2由函数发生器构成的VCO5.2.3函数发生器 IC MAX038的应用