锁相环技术PDF电子书下载

第1章 简介 1

1.1 PLL的性质 1

1.1.1 带宽 1

1.1.2 线性 2

1.2 本书结构 2

1.3 文献及注释 3

1.3.1 推荐书目 3

1.3.2 技术文集 4

1.3.3 杂志专刊 4

第2章 模拟PLL的传递函数 5

2.1 基本传递函数 5

2.1.1 基本单元电路的传递函数 5

2.1.2 合成的传递函数 6

2.1.3 特征方程 7

2.1.4 命名法、系数和单位 7

2.2 二阶PLL 8

2.2.1 环路滤波器 8

2.2.2 阶数和类型 9

2.2.3 环路参数 10

2.2.4 频率响应 12

2.3 其他环路阶数和类型 16

2.3.1 环路增益K的一般性定义 16

2.3.2 1类PLL举例 18

2.3.3 2类PLL举例 20

2.3.4 更高类的PLL 23

参考文献 23

第3章 图示法 24

3.1 根轨迹图 24

3.1.1 根轨迹图的描述 24

3.1.2 稳定性判据 27

3.1.3 1类PLL的根轨迹 27

3.1.4 2类PLL的根轨迹 27

3.1.5 3类PLL的根轨迹 28

3.1.6 高阶PLL的根轨迹 29

3.1.7 环路延迟对根轨迹的影响 31

3.2 伯德图 31

3.2.1 不同的图示方法 31

3.2.2 稳定性 32

3.2.3 1类PLL的伯德图 33

3.2.4 2类PLL的伯德图 34

3.2.5 3类PLL的伯德图 38

3.3 奈奎斯特图 39

3.4 尼科尔斯图 40

3.4.1 稳定性准则 40

3.4.2 M等值线 40

3.4.3 尼科尔斯图举例 41

3.5 闭环频率响应曲线 42

附录3A 根轨迹的特点 43

3A.1 根轨迹的分支 43

3A.2 轨迹在实轴上的部分 43

3A.3 轨迹与轴的交点 44

附录3B 开环传递函数G（s）的形式 45

3B.1 比例加积分环节 46

3B.2 高频环节 48

3B.3 计算 49

附录3C 闭环频率响应 49

3C.1 频率响应公式 49

3C.2 频率响应图举例 50

参考文献 52

第4章 数字PLL：传递函数与相关工具 53

4.1 数字PLL的特性 53

4.2 数字传递函数 54

4.2.1 数字PLL的结构 54

4.2.2 差分方程 54

4.2.3 环路单元的z变换 56

4.2.4 环路滤波器 56

4.2.5 环路传递函数 57

4.2.6 极点与零点 58

4.3 环路稳定性 59

4.3.1 1类DPLL 59

4.3.2 2类DPLL 60

4.3.3 3类DPLL 60

4.4 根轨迹图 60

4.4.1 1类DPLL的根轨迹 61

4.4.2 2类DPLL的根轨迹 62

4.4.3 3类DPLL的根轨迹 64

4.5 DPLL的频率响应：公式推导 65

4.6 伯德图和尼科尔斯图 66

4.6.1 伯德图基础 66

4.6.2 伯德稳定性判据 67

4.6.3 DPLL伯德图举例 67

4.6.4 尼科尔斯图举例 69

4.7 DPLL的连续时域近似 71

4.8 频率响应举例 71

4.8.1 延迟的影响 71

4.8.2 带宽的影响 72

4.9 环路中的低通滤波器 73

4.9.1 无限冲击响应低通滤波器 73

4.9.2 有限冲击响应低通滤波器 75

附录4A 数字锁相环的稳定性 76

4A.1 1类DPLL 77

4A.2 2类DPLL 77

参考文献 80

第5章 跟踪 81

5.1 线性跟踪 81

5.1.1 稳态相位误差 81

5.1.2 瞬态响应 83

5.1.3 正弦角调制的响应 92

5.2 非线性跟踪：锁定极限 94

5.2.1 检相器的非线性 94

5.2.2 稳态极限 94

5.2.3 瞬态极限 96

5.2.4 调制极限 99

参考文献 102

第6章 加性噪声的影响 103

6.1 线性操作 103

6.1.1 检相器的噪声模型 103

6.1.2 噪声传递函数 107

6.1.3 噪声带宽 108

6.1.4 PLL的信噪比 109

6.1.5 最优值 110

6.2 非线性操作 110

6.2.1 观察到的行为 111

6.2.2 相位误差的非线性分析 113

6.2.3 概率密度和方差 113

6.2.4 周期滑步 114

6.2.5 实验结果和仿真结果 115

6.2.6 近似分析 115

6.2.7 其他特点 116

参考文献 117

第7章 相位噪声的影响 119

7.1 相位噪声的性质 119

7.1.1 振荡器模型 119

7.1.2 忽略振幅噪声 120

7.1.3 方差 120

7.1.4 非平稳性 120

7.2 相位噪声谱 121

7.2.1 理论谱WVO（f） 121

7.2.2 归一化谱？（△f） 122

7.2.3 RF谱WRF（f）和PRF（f） 122

7.2.4 相位噪声谱Wφ（f） 124

7.2.5 频率噪声谱Wω（f） 126

7.2.6 相位噪声谱举例 126

7.3 相位噪声谱的性质 127

7.3.1 典型的连续谱 128

7.3.2 Wφ（f）的意义 128

7.3.3 对频谱显示的解释 129

7.3.4 Wφ（f）与？（△f）的关系 131

7.4 相位噪声的传播 132

7.4.1 相位噪声在辅助器件中的传播 132

7.4.2 相位噪声在PLL中的传播 134

7.5 PLL中的积分相位噪声 134

7.5.1 基本公式 135

7.5.2 过大的相位噪声 135

7.5.3 对相干解调的影响 135

7.5.4 带宽的权衡 135

7.5.5 积分 136

7.5.6 一个悖论 137

7.5.7 谱线的积分 138

7.5.8 相位噪声的规范 138

7.6 定时抖动 139

附录7A 硬限幅器中的干扰分析 139

附录7B 未跟踪相位噪声的积分 140

7B.1 积分步骤 140

7B.2 积分结果 140

7B.3 讨论 142

附录7C PLL相位噪声的数值积分 142

7C.1 积分相位噪声的定义和应用 142

7C.2 数据格式 143

7C.3 数据调整 143

7C.4 数据的滤波 144

7C.5 数值积分 145

附录7D 相位噪声谱中离散谱线的积分 146

附录7E 定时抖动 147

7E.1 抖动的定义 147

7E.2 PLL中的抖动 148

参考文献 150

第8章 锁相捕获 152

8.1 主要特点 152

8.2 相位捕获 152

8.2.1 一阶环路 152

8.2.2 挂停 154

8.2.3 锁入 155

8.2.4 辅助相位捕获 156

8.3 频率捕获 157

8.3.1 频率拉入 157

8.3.2 频率扫描 162

8.3.3 借助鉴频器的频率捕获 166

8.3.4 鉴频器的实现 169

8.4 其他问题 170

8.4.1 锁定指示器 170

8.4.2 宽带法 171

8.4.3 环路记忆法 172

参考文献 172

第9章 振荡器 174

9.1 要求的性质 174

9.2 振荡器的种类 174

9.3 振荡器的相位噪声：简化方法 175

9.3.1 Leeson模型 175

9.3.2 振荡器的设计原则 177

9.3.3 相位噪声谱举例 177

9.3.4 Leeson模型的不足 179

9.4 振荡器的分类 179

9.5 振荡器中的相位噪声：深入分析 181

9.5.1 冲击敏感函数 182

9.5.2 相位噪声的非线性分析 183

9.6 其他扰动 185

9.7 振荡器的调谐类型 186

9.7.1 连续调谐振荡器 186

9.7.2 离散调谐振荡器 187

9.8 模拟VCO的调谐 189

9.8.1 调谐曲线 189

9.8.2 调谐方法 190

9.8.3 调谐速度 193

参考文献 193

第10章 检相器 199

10.1 乘法器检相器 199

10.1.1 开关检相器：原理 199

10.1.2 开关检相器：举例 201

10.1.3 混合变压器PD 204

10.1.4 非正弦s曲线 205

10.2 时序检相器 205

10.3 相频检测器 207

10.3.1 PFD的结构 207

10.3.2 PFD中的延迟 209

10.3.3 PFD的状态图 210

10.3.4 PFD的s曲线 211

10.3.5 PFD的频率检测 212

10.3.6 PFD延迟的影响 212

10.3.7 边沿的多出和丢失 213

10.3.8 PFD用作锁定指示器 214

10.4 检相器在噪声中的行为 214

10.4.1 带通限幅器 215

10.4.2 检相器的噪声阈值 216

10.4.3 噪声中的s曲线形状 216

10.4.4 抖动与s曲线形状的关系 218

10.5 两相（复数）检相器 218

附录10A 由检相器纹波引起的相位调制 220

10A.1 纹波的模型 220

10A.2 分析的基础 220

10A.3 纹波举例 221

10A.4 纹波滤波器 222

参考文献 222

第11章 环路滤波器 225

11.1 有源与无源环路滤波器 225

11.2 DC偏移 225

11.3 瞬时过载 226

11.3.1 PD纹波引起的过载 226

11.3.2 捕获中的过载 227

第12章 电荷泵锁相环 228

12.1 电荷泵的模型 228

12.2 环路滤波器 229

12.3 静态相位误差 230

12.4 稳定性问题 231

12.5 非线性 232

12.6 纹波抑制 234

12.7 近期进展 236

参考文献 236

第13章 数字（采样）锁相环 238

13.1 准线性PLL 238

13.1.1 数控振荡器 238

13.1.2 混合检相器 241

13.1.3 复信号数字检相器 243

13.1.4 数字数据接收器中的DPLL 244

13.1.5 环路稳定性 248

13.2 量化 248

13.2.1 来自相关研究的经验 248

13.2.2 混合PLL中的量化 249

13.2.3 频率（NCO）量化的影响 249

13.2.4 检相器和积分器的量化 263

13.3 非线性PLL 264

13.3.1 非线性PLL的结构 264

13.3.2 PLL各单元的操作 266

13.3.3 PLL状态图 268

13.3.4 非线性PLL的操作 270

13.3.5 2类非线性PLL 273

13.3.6 加性噪声的影响 274

13.3.7 用于位同步器 276

附录13A 多速率DPLL的传递函数 276

13A.1 关于符号的说明 277

13A.2 检相器的操作 277

13A.3 累加转储电路和环路滤波器 277

13A.4 保持操作 278

13A.5 NCO、相位旋转器和M∶1下采样 278

13A.6 传递函数 280

13A.7 保持滤波器的传递函数 281

参考文献 281

第14章 异常锁定 284

14.1 边带锁定 284

14.1.1 周期性调制 285

14.1.2 循环平稳调制 285

14.1.3 混叠锁定 288

14.2 谐波锁定 288

14.3 寄生锁定 289

14.4 假锁定 290

14.4.1 IF滤波器的分析 291

14.4.2 假锁定的根源 293

14.4.3 假锁定的性质 295

14.4.4 假锁定的补救办法 297

14.5 PLL链路中的锁相失败 299

参考文献 300

第15章 PLL频率合成器 302

15.1 合成器的结构 302

15.1.1 基本结构 302

15.1.2 其他结构 303

15.2 分频器 305

15.2.1 模拟分频器 305

15.2.2 数字计数器用作分频器 305

15.3 分数N计数器 306

15.3.1 双模计数器 306

15.3.2 带有模拟补偿的分数N锁相环 307

15.3.3 带有Delta-Sigma调制器的分数N锁相环 310

15.4 噪声在PLL中的传播 312

15.4.1 振荡器噪声的传递函数 312

15.4.2 带宽的权衡 314

15.4.3 其他噪声源 316

参考文献 318

第16章 锁相调制器与解调器 322

16.1 锁相调制器 322

16.1.1 调制器基础 322

16.1.2 用调制对PLL进行测量 323

16.1.3 Delta-Sigma PLL调制器 324

16.2 锁相解调器 324

16.2.1 PLL用于AM解调 324

16.2.2 相位解调 326

16.2.3 频率解调 328

16.2.4 FM噪声 329

16.3 FM阈值 330

16.3.1 阈值的特征描述 331

16.3.2 FM尖峰 331

16.3.3 PLD的喀呖声 333

16.3.4 形式上的优化 338

16.3.5 修改后的PLD 340

16.3.6 FM PLD阈值总结 342

参考文献 342

第17章 锁相环的其他应用 344

17.1 数据信号的同步 344

17.2 网络时钟 344

17.3 各种锁相振荡器 345

17.3.1 振荡器的稳定方法 345

17.3.2 倍频器PLL 346

17.3.3 频率搬移PLL 346

17.4 电视接收机中的PLL 349

17.5 数字系统中的PLL 349

17.5.1 定时歪斜的补偿 349

17.5.2 抖动衰减电路 350

17.6 PLL用于电机速度控制 351

17.6.1 基本工作原理 351

17.6.2 机电结构的考虑 352

17.6.3 其他结构 352

参考文献 353

索引 355