【正文】 變化，而它的幅度卻始終保持不變。 調制作用使載波頻率按照調制信號改變的調制方式叫調頻[15]，經(jīng)過調頻的波叫調頻波。表31對穩(wěn)定性能的影響阻尼系數(shù)的值穩(wěn)定下來的時間波峰值124,23從表31可知，當時，響應的曲線表現(xiàn)出劇烈的減幅振蕩，并且穩(wěn)定下來的時間也較長。 穩(wěn)定性能實際工作時，鎖相環(huán)路不可避免的受到各種各樣的干擾，使環(huán)路呈現(xiàn)不穩(wěn)定的狀況，脫離原來的平衡。壓控振蕩器起的是積分器得作用，并且斜率為1。圖311 低通濾波器輸出從圖311可知，低通濾波器的輸出增加，即為壓控振蕩器的輸入。當輸入信號的相位發(fā)生階躍時，即存在相位誤差時，從圖38可知，隨著時間的增大，先增大后減小最后趨于0，也就是鎖相環(huán)鎖定。圖37基本鎖相環(huán)相位模型復頻域的相位模型則如圖 38 所示。但是在實際應用中很少用到，因為它沒有環(huán)路濾波器，環(huán)路高頻成分不能被濾除，還有一點是它的穩(wěn)態(tài)相位誤差和環(huán)路帶寬總是耦合在一起。，出現(xiàn)波谷時間t11=，建立時間t12=。，出現(xiàn)波峰時間t5=，建立時間t6=。圖32一階鎖相環(huán)誤差傳輸函數(shù)的時域響應 二階鎖相環(huán)對于二階鎖相環(huán)來說，它的環(huán)路濾波器是一階低通濾波器。圖31一階鎖相環(huán)的傳輸函數(shù)的時域響應當輸入相位發(fā)生階躍變化時，如圖32所示。相位傳輸函數(shù)[14]和誤差傳輸函數(shù)分別為： （31） （32）當輸入相位發(fā)生階躍變化時，如圖31所示。MATLAB 的應用范圍非常廣，包括信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設計、測試和測量、財務建模和分析以及計算生物學等眾多應用領域。這不僅使Matlab的庫函數(shù)功能更豐富，而大大減少了需要的磁盤空間，使得Matlab編寫的M文件簡單、短小而高效。它能在同一畫面上進行靈活操作快速排除輸入程序中的書寫錯誤、語法 錯誤以至語意錯誤，從而加快了用戶編寫、修改和調試程序的速度，可以說在編程和調試過程中它是一種比VB還要簡單的語言。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。本章利用Matlab[13]軟件仿真，分析了鎖相環(huán)的鎖定性能，穩(wěn)定性能和調制作用。圖214不同值的二階系統(tǒng)欠阻尼響應所以根據(jù)的值，可以判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性能?？紤]到鎖相環(huán)參數(shù)隨工藝和溫度的變化，通常選擇大于，以避免過多的振蕩。鎖相環(huán)的穩(wěn)定速度對大多數(shù)應用而言很重要， 的乘積決定了輸出達到最終值的速度，所以 的值越大越好。RC 積分濾波器如圖 27 所示，其傳遞函數(shù)為： （229）其中是指 3dB帶寬，帶入公式（227）得： （230）如果, 由式（226）知 為無窮大，所以。 當鎖相環(huán)的相位誤差大于時，正弦鑒相器將不再能夠線性化，環(huán)路成為非線性系統(tǒng)，其非線性性能表現(xiàn)為以下三種情況：已處于鎖定狀態(tài)的鎖相環(huán),當輸入信號頻率或壓控振蕩器自由振蕩頻率變化過大或變化速度過快時，使環(huán)路相位誤差增大到鑒相器的非線性區(qū)，這種非線性環(huán)路的性能為非線性跟蹤性能[10]；從接通到鎖定的捕獲過程中，相位誤差的變化范圍是很大的，環(huán)路處于非線性狀態(tài)；失鎖狀態(tài)時環(huán)路的頻率牽引現(xiàn)象。在鎖定狀態(tài)或跟蹤狀態(tài)下相位誤差應較小，只在零點附近變化。式220中第一項表示瞬時相位誤差隨時間的變化率，即瞬時頻差；第二項表示輸入信號隨時間的變化率，即固有頻差；第三項表示 VCO 在控制電壓作用下的角頻率變化，即控制頻差。（圖210示出了 VCO 的數(shù)學模型圖） （219）圖210 VCO的數(shù)學模型 環(huán)路的相位模型及基本方程根據(jù)環(huán)路的基本框圖和基本部件的時域模型，可以得到整個環(huán)路的時域模型，如圖 211 所示。由圖 29 可見在以 為中心的一個區(qū)域內，兩者是吻合的，故在環(huán)路分析中可以用上式作為壓控振蕩器的控制特性。與控制電壓之間的關系曲線如圖 29 所示。 圖26環(huán)路濾波器數(shù)學模型 圖27 RC積分濾波器它的傳輸函數(shù)為： （211）其中。更重要的是它對環(huán)路參數(shù)調整起著決定性的作用。鑒相范圍為[+360176。l80176。較多應用于數(shù)字鎖相環(huán)中，鑒相范圍同為[+90176。鑒相器的電路種類很多，大致可以分為四種常用類型：。那么鑒相器的輸出為 （28）式中為相乘器的相乘系數(shù)，為兩相乘電壓信號的瞬時相位誤差。 在統(tǒng)一以為共同參考的情況下，參考信號和輸出信號可分別寫成 （26） （27）式中。 基本模塊 鑒相器鑒相器又稱相位比較器，它是用來比較兩個輸入信號之間的相位差，完成相位—電壓的變換作用，輸出的誤差電壓是相位差的函數(shù)，即 （24）如圖 22 所示，理想的鑒相器的鑒相特性是線性的，即 （25）其中表示鑒相器的增益，其單位為伏/弧度。2 經(jīng)過環(huán)路濾波器，濾去高頻分量，得到控制電壓。則由頻率和相位之間的關系可得到兩信號之間的瞬時頻差為 （22）PD 是相位比較裝置，它把輸出信號)和參考信號的相位進行比較，產(chǎn)生對應于兩信號相位差)的誤差電壓。第三章介紹了使用的軟件Matlab的特點，并分析了鎖定性能和穩(wěn)定性能，介紹了鎖相環(huán)的調制作用，相關程序見附錄。而且，當?shù)凸奶幚砥魃想姾?其時鐘緩沖級后的負載電容看上去也是變化的(MOS電容隨柵電壓變化),即使鎖相環(huán)一直工作中，仍然需要一段時間去穩(wěn)定下來。會相對于CKin有一個顯著的時間延遲。在接收端為了得到數(shù)據(jù)，就必須從數(shù)據(jù)信號中恢復出同步時鐘信號并從輸入的數(shù)據(jù)流中重新產(chǎn)生數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)這個功能的電路就是時鐘數(shù)據(jù)恢復電路。而與微處理器集成在同一芯片上的鎖相環(huán)可以消除這個時鐘偏移。由于輸入?yún)⒖碱l率一般來自于穩(wěn)定的低噪聲石英振蕩器，因而它可以得到相當精確的輸出頻率，目前輸出頻率達到幾十GHz的頻率合成器都已被報道。另外，在射頻系統(tǒng)中往往要產(chǎn)生高頻本地時鐘，這可以通過鎖相環(huán)將外部提供的低頻參考時鐘倍頻來實現(xiàn)最后,鎖相環(huán)通過采用小數(shù)分頻器可以實現(xiàn)精確的任意小數(shù)時鐘頻率。這主要包括存儲器、微處理器、硬盤驅動電路、射頻和無線收發(fā)器。這種芯片均采用工藝，比以往采用高速或工藝來實現(xiàn)的芯片，具有工藝成熟、易獲得、流片成本低、電路功耗小、集成度高等優(yōu)勢，因此具有廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景。相比之下，我國國內少有企業(yè)掌握高性能技術，產(chǎn)品更是少見。 富士通（Fujitsu），該公司的PLL系列芯片產(chǎn)品MB1501主要在無線通信系統(tǒng)中，設計頻率合成器，用來產(chǎn)生本地振蕩。美國模擬器件（Analog Device）2004年5月就推出了一款頻率上限高、性能好的集成數(shù)字鎖相環(huán)芯片 ADF4106。該系列產(chǎn)品在系統(tǒng)內編程，能以統(tǒng)一的輸入頻率生成多達九個輸出的時鐘源。2005年11月美國國家半導體（National Semiconductor）宣布推出的 LMX2531芯片，號稱當時業(yè)界最低相位噪聲的 PLL/VCO 二合一芯片。這三種鎖相環(huán)電路各有千秋，相互彌補，分別存在于各類電子產(chǎn)品中。第一塊集成電路芯片出現(xiàn)在1965年左右?？梢哉f,是在集成鎖相環(huán)路出現(xiàn)以后,鎖相環(huán)的工業(yè)應用前景才日益的廣闊起來。隨著數(shù)模混合鎖相環(huán)技術和理的不斷發(fā)展和完善，其成為了鎖相環(huán)的主流。APLL對正弦特性信號的相位跟蹤非常好，它的環(huán)路特性主要由鑒相器的特性決定。最初的鎖相環(huán)都是利用分立元件搭建的，由于技術和成本方面的原因，所以當時只是用于航天、航空等軍事和精密測量等領域。從此，鎖相環(huán)路開始得到了應用，迅速發(fā)展[3]。1930年建立了同步控制理論的基礎，1932年法國工程師貝爾賽什(Bellescize)發(fā)表了鎖相環(huán)路的數(shù)學描述和同步檢波論，第一次公開發(fā)表了對鎖相環(huán)路的數(shù)學描述。目前的趨勢是用數(shù)字化方式設計和實現(xiàn)鎖相環(huán)。它屬于閉環(huán)相位自動控制系統(tǒng)，它具有獨特的窄帶跟蹤性能，既能跟蹤輸入信號，又能對輸入噪聲進行窄帶濾波。b. 數(shù)字鎖相環(huán)：該類型的鎖相環(huán)的模塊完全由數(shù)字電路構成而且不包括任何無源器件，如電阻和電容。伴隨著空間技術的出現(xiàn)，鎖相技術大力發(fā)展起來，其應用范圍已大大拓寬，覆蓋了從通信、雷達、計算機到家用電器等各領域。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行 IV 第1章 緒論 課題背景及研究意義在現(xiàn)代集成電路中，鎖相環(huán)（Phase Locked Loop）是一種廣泛應用于模擬、數(shù)字及數(shù)模混合電路系統(tǒng)中的非常重要的電路模塊。最后介紹了鎖相環(huán)的調制作用。并以此為出發(fā)點對鎖相環(huán)的鎖定性能、及穩(wěn)定性能、等各種性能進行了分析。哈爾濱理工大學學士學位論文基于Matlab的鎖相環(huán)設計摘 要隨著現(xiàn)代集成電路技術的發(fā)展，鎖相環(huán)已經(jīng)成為集成電路設計中非常重要的一個部分，所以對鎖相環(huán)的研究具有積極的現(xiàn)實意義。在研究大量資料的基礎之上，先對鎖相系統(tǒng)的基本工作原理進行了分析，以傳統(tǒng)模擬鎖相環(huán)的結構為基礎，分析了鎖相環(huán)的數(shù)學模型，詳細描述了鎖相環(huán)的整體電路以及鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器等電路模塊。其次分析了阻尼系數(shù)對環(huán)路穩(wěn)定性能的影響。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。其理論原理早在上世紀30年代無線電技術發(fā)展的初期就已出現(xiàn)，至今已逐步滲透到各個領域。一般來說，鎖相環(huán)可分為以下四類：a. 模擬鎖相環(huán)：由純模擬電路構成，其中鑒相器為模擬乘法器，該類型的鎖相環(huán)也被稱作線性鎖相環(huán)。鎖相環(huán)電路簡單的模擬電路發(fā)展到數(shù)?；旌想娐泛腿珨?shù)字電路，由二階發(fā)展到三階和更高階。隨著微電子學領域的快速發(fā)展，具備巨大優(yōu)勢的數(shù)字化系統(tǒng)開始取代相應的模擬系統(tǒng)。人們對鎖相環(huán)的最早研究始于20世紀30年代，其在數(shù)學理論方面的原理，30年代無線電技術發(fā)展的初期就己出現(xiàn)。隨后，在彩色電視接收機中鎖相電路用來同步彩色脈沖串。六十年代初，維特比(Viterbi)研究了無噪聲鎖相環(huán)路的非線性理論問題， 發(fā)表了相干通信原理的論文。由于APLL在穩(wěn)定工作時，各模塊都可以認為是線性工作的，所以也稱為線性鎖相環(huán)LPLL( Linear Phase. Hckedbop )。隨著人們對鎖相技術的理論和應用進行的深入廣泛的研究，伴隨著數(shù)字電路的發(fā)展，鑒相器部分開始由數(shù)字電路代替，其它部分仍為模擬電路，這種鎖相環(huán)就是最初的數(shù)字鎖相環(huán)(DPLL)，準確的名稱為數(shù)模混合鎖相環(huán)(Mixedsingle PLL)。從時間上看，鎖相環(huán)路的大發(fā)展出現(xiàn)在20世紀年代以后，而這個時期正是集成電路技術開始迅速發(fā)展的時期。到20世紀70年代，隨著半導體集成技術的日趨成熟，鎖相環(huán)電路成為了集成電路芯片后才開始得到了廣闊的商用。之后的幾年內就出現(xiàn)了數(shù)?；旌系逆i相環(huán)電路,以及后來的全數(shù)字鎖相環(huán)電路。2004年5月美國模擬器件（Analog Device）宣布推出了一款頻率上限高、性能好的集成數(shù)字鎖相環(huán)芯片ADF4106，只需再合理搭配上一、二塊集成電路和少量的外圍電路，即可構成一個完整的低噪聲、低功耗、高穩(wěn)定度的可靠性很高的頻率合成器，它主要應用于無線發(fā)射機和接收機中，為上下變頻提供本振信號。同年7月德州儀器（TI）宣布推出了一系列高度可編程的1：4鎖相環(huán)時鐘發(fā)生器。2009年3月，該公司又推出了LMK04000系列具備級聯(lián)式PLLatinum鎖相環(huán)路的精密抖動消除器；LMK01000系列為抖動低于30飛秒的高性能時鐘緩沖器、分頻器和分配器。該公司芯片適用于 SDH/SONET(同步數(shù)字體系/同步光學網(wǎng)絡)邊緣設備中的線路卡設計。該公司的 PLL 共有三類可以選擇:Single Integer PLL,Dual Integer PLLLow Power，以及 Dual PLL(SCCT)Fast Lockup。這批通過鑒定的種芯片也通過了美國工程的全流程驗證，速率達到了世界范圍內“工藝的最高速率。 鎖相環(huán)的應用自發(fā)明起近年后，鎖相技術不斷地在電子學，通信和儀器中找到新的應用。鎖相環(huán)通常可以產(chǎn)生這些頻率間隔小而精確的時鐘。該結構可實現(xiàn)輸出時鐘頻率是輸入?yún)⒖碱l率的N倍。當微處理器的時鐘頻率達到或更高時，消除由于芯片上時鐘驅動延時引起的外部時鐘與內部時鐘的偏移就變得非常重要。 時鐘恢復電路在數(shù)字通信中，一般只傳輸非歸零，一一的連續(xù)數(shù)據(jù)流信號，而不同時傳輸時鐘信號。由于負載電容CL(通常為納法級)的影響，芯片內部時鐘信號CKB。低功耗系統(tǒng)經(jīng)常上電和掉電，這就要求鎖相環(huán)快速使得相位一致。第二章介紹了鎖相環(huán)的基本原理，介紹了鎖相環(huán)的基本構成、數(shù)學模型及環(huán)路性能，為第三章的仿真打下了堅實的理論基礎。圖21鎖相環(huán)基本組成兩信號之間的瞬時相位差為 （21）式中參考信號的載波角頻率，式為壓控振蕩器的自由振蕩角頻率，為輸出信號以其載波相位為參考時的瞬時相位，在 VCO 未受控之前它是常數(shù)，受控后它是時間的函數(shù)。整個鎖相環(huán)的工作原理：1鑒相器把輸出信號和參考信號的相位進行比較，產(chǎn)