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  • 理解锁相环的工作原理

    千次阅读 2020-06-17 15:32:10
    理解锁相环的工作原理锁相环的硬件构成鉴相器(phasedetector, PD)低通滤波器(low past filter, LPF)压控振荡器(voltage-controlled oscillator, VCO)锁相环的工作原理锁相环在倍频应用中的原理 锁相环的硬件...

    锁相环的硬件构成

    锁相环由鉴相器(PD)、低通滤波器(LPF)和压控振荡器(VCO)组成。原理涉及模拟电路相关知识,可自行查资料。
    下面简要介绍各硬件在PLL中的功能。

    鉴相器(phasedetector, PD)

    鉴相器指的是能够鉴别出输入信号的相位差的器件,是使输出电压与两个输入信号之间的相位差有确定关系的电路。它是PLL,即锁相环的重要组成部分。
    锁相环控制框图
    图源-百度文库:https://wenku.baidu.com/view/29181b9b240c844769eaeec3.html

    低通滤波器(low past filter, LPF)

    低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过, 但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。即通过低频并阻塞高频。

    实际控制系统往往会存在干扰,包括信号采样的干扰、电压或电流的波动等,而这些干扰主要表现形式是中高频噪声(一般在500Hz以上)。

    低通滤波器可以滤除这些高频谐振及其附近的噪声,而对有用的低频信号可以基本无衰减通过,所以对于一个实际的控制系统而言,在控制系统中加入滤波器是必要的,否则可能会引起系统高频振荡。

    可按是否有源分为:无源低通滤波器、有源低通滤波器。
    无源RC滤波器
    常用无源低通滤波器可参考:https://baijiahao.baidu.com/s?id=1639722009328196016&wfr=spider&for=pc

    压控振荡器(voltage-controlled oscillator, VCO)

    输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路(VCO),频率是输入信号电压的函数。

    压控振荡器的类型有LC压控振荡器、RC压控振荡器和晶体压控振荡器。区别在于使用的元件,共同点在于都使用变容二级管实现通过改变电压控制振荡频率的目的。

    • 变容二级管又称"可变电抗二极管"。是一种利用pn结电容(或接触势垒电容儿与其反向偏置电压vr的依赖关系及原理制成的二极管。变容二极管在电路中工作时,PN结上是加的反向电压。当这反向电压的大小改变时,PN结的宽度会发生改变,从而结电容也发生变化。反偏电压愈大,则结电容愈小。

    LC压控振荡器是由电感和变容二级管组成的LC 谐振电路。提高变容二极管的逆向偏压,二极管内的空泛区会加大,两导体面之距离一变长,电容就降低了,此 LC 电路的谐振频率,就会被提高。反之, 降低逆向偏压时,二极管内的电容变大,频率就会降低。(https://baike.baidu.com/item/压控振荡器/11044622?fr=aladdin)

    在用石英晶体稳频的振荡器中,把变容二极管和石英晶体相串接,就可形成晶体压控振荡器。

    压控振荡器是通过调节变容二极管电压,实现结电容的变化,从而获得频率的变化。

    锁相环的工作原理

    锁相环可以通过压控振荡器VCO产生一定频率范围的信号,给定锁相环一个参考信号,通过鉴相器PD可以判断VCO产生信号的频率是否与参考信号相同,经过反馈控制,使VCO产生于参考信号频率相同的信号。低通滤波器LPF用于对鉴相器输出信号的滤波。

    锁相环在倍频应用中的原理

    压控振荡器VCO能够产生比外部晶体振荡器(8MHz)高的多的频率,如72MHz。

    以将外部晶体振荡器(8MHz)倍频为32MHz为例,讲解锁相环实现倍频的原理:

    • VCO输出信号是随机的,只有当信号频率等于参考信号时才会稳定。
    • 在VCO之后有一个分频器,VCO输出信号频率经过分频后作为鉴相器的输入信号之一。
    • 参考信号为外部晶振的8MHz信号,作为鉴相器输入信号之一。
    • 当鉴相器检测二者相位差为0,即同频率时,输出VCO的输出信号。

    假设当前VCO输出32Mhz,分频器将其4分频,即8MHz作为鉴相器输入,参考信号正好为8MHz,则输出VCO信号,实现了4倍频为32MHz的目的。

    在嵌入式软件编程时,可通过配置相关寄存器修改倍频系数或分频系数。
    倍频系数为9时,输出8*9=72MHz信号。
    PLL倍频原理图
    图源:https://blog.csdn.net/v13910/article/details/89531102?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-baidujs-2

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  • 压控振荡器(VCO)是锁相环路的重要组成部分。随着电子技术的发展,出现了许多集成的VCO芯片。考虑到高频率稳定度、低相噪的要求,这里采用Agilent公司生产的低噪声晶体管HBFP0450来设计VCO。常用的VCO一般有三种[1]:...
  • WLAN-VCO 原理

    2013-10-30 23:01:47
    WLAN 中VCO原理,写得比较详细,文档交多。
  • 摘要:介绍了利用负阻原理、采用改进型克拉泼电路设计的高稳定度LC压控振荡器(VCO),其频率范围为180MHz~210MHz。用ADS进行了仿真,最后给出了测量结果,实际表明它们是一致的。该电路采用相角补偿,提高了频率...
  • LLC闭环仿真之L6599 VCO建模与工作原理分析

    压控振荡器如何工作,其频率如何自动调节?本期通过仿真分享一下。

    ST和安森美给出了两种思路的VCO,本期以L6599A VCO为例,介绍其建模、参数计算及如何应用到LLC闭环仿真中,后面再讨论NCP1397。

    L6599 VCO框图:

    图片

    工作原理

           当反馈脚(4脚)电压变化→RFmin和RFmax的电流变化→经过镜像电流源使得给时间电容CF的充电电流变化→控制频率随反馈电压变化。

    行为建模:

    图片

            恒流源以恒定电流给C1充电和放电,使得VC1的电压波形为等腰三角形,上升下降时分别开上管和下管。当VFB电压为0时,流过F1,F2的电流最大,即给C1充电的电流最大,为V1/(R1//R2),此时频率最大;当VFB电压等于V1时,电流为V1/R2,电流最小即频率最低,其中F1、F2为电流控制的电流源。

    L6599A滞回电压为3V(0.9-3.9V,电压摆幅影响调频和交流小信号,阈值不影响),当VC1为0.9时,OUTA为低,OUTB为高,即下管开,上管关,当VC1为3.9时OUTA为高,OUTB为低(PSIM中没有滞回比较器需要加RS触发器做滞回)。电容电压与驱动波形如下:

    图片

    外围电路参数计算:

    计算以电容的充电公式为基础:

    图片

    因为恒电流且CCCS倍数为1,所以:

    图片

    为了参数设置更灵活,将上式代入simplis F11窗口,可省去很多计算步骤:

    图片

    电路与计算验证:

    在F11窗口加入参数查询,可直接查到仿真器计算结果:

    图片

    图片

    仿真器计算结果与MATHCAD计算结果一致,说明仿真与计算正确。

    将VFB脚分别接到V1或地也可以直接查看波形最大最小频率是否正确,如下:

    图片

    图片

    死区时间设置:驱动发波正常后需要再加入死区时间,死区时间可以加在自带的驱动模块上升沿里:

    图片

    也可以用延时加与门组成:

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    图片

    VCO验证完后加入反馈网络就可以用于LLC闭环仿真了:

    图片

    先用开环扫出功率级波特图,然后再通过开环波特图计算出环路补偿参数,这样完整的LLC仿真就完成了:

    图片

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    图片

    Simplis自带VCO,还配有很多仿真例程,但通过建模可以加深对VCO工作原理的理解。

    图片

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  • 压控振荡器(以下简称VCO)已经成为当今无线收发器系统中不可缺少的模块, 它是锁相环中最重要的block, 他的噪声性能直接决定了PLL输出相位噪声的噪声性能. 有关PLL整体的分析和设计, 我们将在后期重点讨论. 这里先重点...
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  • 压控振荡器(VCO)是锁相环路的重要组成部分。随着电子技术的发展,出现了许多集成的VCO芯片。考虑到高频率稳定度、低相噪的要求,这里采用Agilent公司生产的低噪声晶体管HBFP0450来设计VCO
  • 详细介绍压控振荡器的组成、工作原理,在硬件开发以及调试过程中比较有用。
  • 锁相环PLL的工作原理

    2021-11-26 10:55:35
    PLL(Phase Locked Loop),生成时钟的核心部分是压控振荡器(Voltage-Controlled Oscillator,VCO)。它是可根据输入的电压调整输出频率的振荡器,如下图所示。 它的基本原理是通过负反馈形成闭...

    一、PLL和DLL的区别

    (一)、PLL原理

    PLL(Phase Locked Loop),生成时钟的核心部分是压控振荡器(Voltage-Controlled Oscillator,VCO)。它是可根据输入的电压调整输出频率的振荡器,如下图所示。
    它的基本原理是通过负反馈形成闭环从而根据输入的基准时钟控制输出时钟。其中鉴相器就相当于一个比较器,它根据基准时钟和输出时钟的差值转换为控制电压,输出到低通滤波器滤除高频杂波,然后输入到VCO,VCO主频过高则降低电压,反之提升电压,使输出时钟跟随给定的基准时钟。

    在这里插入图片描述
    下图是FPGA典型的PLL块。各阶段的时钟频率说明如下。

    • 基准时钟经过分频器后输出频率为Fref/N,并输入到鉴相器
    • 为了要让鉴相器与反馈频率相同,VCO的输出频率Fvco需要让反馈频率在经过反馈时钟分频器后输出到鉴相器的频率和分频后的基准时钟频率相同,所以Fvco=M/N·Fref
    • Fvco经过输出时钟分频器输出的时钟为 Fi=Fref·M/(N·Ki) ,其中Fi为输出频率,Fref为基准时钟的频率,Ki为输出时钟分频比,N为基准时钟分频比,M为反馈时钟分频比。

    在这里插入图片描述

    (二)、DLL原理

    DLL(Delay Locked Loop),它不同于PLL使用VCO,它使用的是可变延迟线来控制时钟信号的延迟量,如下图所示,它可实现受控时钟和输入时钟的相位跟踪,通过调整基准时钟到受控时钟的来实现。它能消除时钟分配网络引起的时钟偏移,也可通过整合分频器来输出不同频率的时钟,但由于它的时钟合成自由度较PLL低,所以FPGA主要采用PLL。

    在这里插入图片描述

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  • 这项设计任务并不简单,除了要掌握VCO的基本设计原理外,还需要射频工程师花费大量精力来保证设计的一致性,而且在各种因素(如元件参数、温度及电源电压等)允许的变化范围内,振荡器始终调谐在正确的频率。...
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  • 【免费】振荡器原理!___VCO、合成器设计必备__Foun...,Foundations_of_Oscillator_Circuit_Design-2007……
  • https://www.eda365.com/thread-284930-1-1.html

    https://www.eda365.com/thread-284930-1-1.html

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  • 电子设计教程53:555定时器工作原理与常见应用

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  •  锁相环(PLL: Phase-locked loops)是一种利用反馈控制原理实现的频率及相位的同步技术,其作用是将电路输出的时钟与其外部的参考时钟保持同步。当参考时钟的频率或相位发生改变时,锁相环会检测到这种变化,并且...
  • 星星之火-2:GSM手机的工作原理框图

    千次阅读 2020-10-02 23:35:28
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    按下开机键→开机指令送到电源IC模块→电源IC的控制脚得到信号→电源IC工作→CPU;13MHz主时钟加电→CPU和各存储器复位及完成初始化程序→CPU发出poweron信号到电源IC块→电源IC稳定输出各个单元所需的工作电压→...
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空空如也

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vco工作原理