锁相环技术（第3版）

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(Δf)　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(Δf)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