基于SystemView锁相环的仿真与分析(7)

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这是单环锁相频率合成器无法做到的。

具体的多环构成方式按合成器的性能要求而定，可以是双环也可以是三环。频率的相加工作也可以直接在高位环中完成。应用CMOS集成锁相频率合成器可以很方便地构成所需要的多环频率合成器。

2.6 本章小结

本章介绍了锁相环所含的三个基本组成部件。锁相环路的基本工作原理及特性，并分析了锁相频率合成器的组成原理。介绍了锁相环工作原理及锁相频率合成器。

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第3章 SystemView环境下的锁相环仿真

3.1 锁相环模型

一、锁相环仿真模型建立

在Systemview 环境下对锁相环进行仿真，必须为锁相环路各部件建立合适的仿真模型，下面介绍各部件模型。

1. 鉴相器(PD) 鉴相器是锁相环中的关键部件，其作用是提取输入信号和压控振荡器(VCO)输出信号之间的相位差。它的实现形式很多，现采用Systemview函数库提供的理想乘法器作为鉴相器。

2. 低通滤波器 环路滤波器的作用是滤除误差电压中的高频成分和噪声，以保证环路所要求的性能，增加环路的稳定性。现采用三极点的巴特伍兹低通滤波器，截止频率应在鉴相器输出的频率差与频率和之间找到合适的频率点，取截止频率为30Hz。

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图3-1 锁相环基本模型仿真图

3.压控振荡器(VCO) 压控振荡器的作用是产生频率随控制电压变化的振荡电压，在Systemview 函数库中利用频率调制器(FM)模块可以实现VCO功能，载波频率为95Hz,幅度为1V,相位取0度，调制增益为20Hz/V。当压控振荡器的输出频率逐渐接近参考频率，环路滤波器输出信号频率趋于直流信号，相位变化就逐渐趋于恒定值，从而控制了压控振荡器。

基于以上模型考虑，在SystemView中建立了锁相环基本模型仿真图，如图3.1所示。

二、仿真结果分析

图3.1中的参考信号源为一个正弦信号源，幅度为1V，频率为100Hz，相位为0度。设置采样频率为1000Hz，图3-2为控制信号的运行结果波形。

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图3-2 控制信号

图3.3示出参考信号、VCO输出信号两信号对比波形。

图3-3 参考信号与VCO输出信号对比

图3-2表明滤波器输出的控制信号变成一个稳定的直流信号的趋势，锁相环经历了一个由失锁到锁定的过程，这一过程为锁相环的捕获过程。图3-3表明锁相环在锁定后，参考信号与VCO输出信号频率相同，并且存在一个固定的相位差。

3.2 锁相环跟踪实验

采用频率周期均匀变化的扫频源作参考信号源来进行锁相环路的跟踪实验，若环路进入锁定状态，VCO输出信号的频率自动跟踪参考信号频率的变化。此时，低通滤波器输出的VCO控制信号在1个扫频源的扫频周期内随输入频率的变化而连续变化。

在SystemView 中建立锁相环模型，仿真图如图3-4所示。

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在模型中，参考信号源采用扫频源，幅度为1V，起始频率为1200Hz，终止频率为1100Hz，周期为1.5秒，相位取0度，采用三极点巴特伍兹低通滤波器，截止频率为300Hz，调频调制器的参数为：幅度=1V，载波频率=1000Hz，相位=30度，增益=20Hz/V。

图3-4 锁相环的跟踪实验仿真图

为了获得高增益，采取提高参考信号频率源和压控振荡器振幅的措施，都得不到好的效果，因此模型中使用了增益放大器。加入增益放大器对运行结果有非常重要的作用，增益放大器放大倍数的高低，对缩短捕获时间、提高同步带、提高捕获带等都是决定因素，增益值取25。设置采样频率为30000Hz，图3-5为控制信号运行结果波形。

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