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锁相技术期末试题及答案一、选择题1. 锁相技术是一种用于_______________信号的相位信息的提取和调整的技术。
A. 基带B. 射频C. 中频D. 高频答案：B2. 锁相环是由_______________组成的反馈控制系统。
A. 比例环节B. 积分环节C. 微分环节D. 以上都是答案：D3. 下列哪个不是锁相技术中常用的几种工作方式？A. 直接数字合成B. 数字频率合成C. 锁相环D. 时钟提取答案：A4. 锁相环的稳定性可以通过哪个参数来衡量？A. 带宽B. 噪声功率密度C. 整定参数D. 共模抑制比答案：D5. 锁相环的谐振频率是指_______________。
A. 输入频率B. 反馈频率C. 比较器输出频率D. 控制电压频率答案：B二、填空题1. 锁相环在频率合成中常用的工作方式是_______________。
答案：数字频率合成2. 锁相环输出信号的频率可以通过_______________进行调节。
答案：控制电压3. 锁相环的环路滤波器主要用于补偿_______________。
答案：相位误差4. 锁相环在通信系统中常用于_______________信号的产生和检测。
答案：调制5. 锁相环的作用是_______________信号的相位。
答案：提取和调整三、问答题1. 请简要介绍锁相技术的基本原理。
锁相技术是一种用于提取和调整信号相位信息的技术。
其基本原理是通过比较输入信号和参考信号的相位差异，并利用反馈控制系统自动调节输出信号的相位，使其与参考信号同步。
锁相技术主要通过锁相环实现，锁相环是由比例环节、积分环节和微分环节等组成的反馈控制系统，通过调节控制电压和环路滤波器来实现对输出信号相位的精确定位和调整。
2. 锁相环的稳定性如何衡量？锁相环的稳定性主要通过共模抑制比来衡量。
共模抑制比是指在输入信号存在拍频或噪声的情况下，锁相环输出信号与参考信号之间的相位差的稳定性。
共模抑制比越高，表示锁相环输出信号的相位稳定性越好。
锁相技术知识点总结一、锁相放大器的原理锁相放大器是锁相技术的核心设备，其原理是利用相位敏感检测器（PSD）和低通滤波器实现对输入信号的相位测量和提取。
相位敏感检测器是将输入信号和参考信号相乘，然后通过低通滤波器滤除高频信号，得到一个与输入信号相位有关的直流信号。
通过对这个直流信号进行放大和数字化处理，就可以得到输入信号的相位信息。
锁相放大器的原理可以简单地用一个比喻来理解，就是通过将输入信号和参考信号进行“比对”，得到两者之间的相位差，然后通过放大和数字化处理来得到相位信息。
二、锁相放大器的工作原理锁相放大器的工作原理可以分为两个步骤：信号相位的检测和信号的放大和数字化处理。
在信号相位的检测步骤中，输入信号和参考信号经过相位敏感检测器进行相乘，并通过低通滤波器滤除高频信号，得到一个与输入信号相位有关的直流信号。
在信号的放大和数字化处理步骤中，直流信号经过放大器进行放大，然后经过模数转换器进行数字化处理，得到输入信号的相位信息。
整个过程中，锁相放大器可以通过调节参考信号的相位、频率和幅度来对输入信号进行精确的测量和控制。
三、锁相放大器的应用锁相放大器广泛应用于科学研究、通信、医学、生物化学、工业控制等领域。
在科学研究领域，锁相放大器常用于对微弱信号的测量和分析；在通信领域，锁相放大器常用于对调制信号的检测和解调；在医学领域，锁相放大器常用于生物信号的测量和分析；在生物化学领域，锁相放大器常用于对生物信号的检测和分析；在工业控制领域，锁相放大器常用于对工艺参数的测量和控制。
锁相放大器通过提高信噪比和测量精度，可以满足不同领域对信号测量和控制的需求。
四、锁相放大器的发展趋势随着科学技术的发展，锁相放大器的性能不断提高，应用领域不断拓展。
锁相放大器的发展趋势主要包括以下几个方面：一是性能的提高，包括测量精度的提高、频率范围的扩大、动态范围的增加等；二是功能的增强，包括新的信号处理算法、新的控制方式、新的接口标准等；三是应用领域的拓展，包括科学研究、通信、医学、生物化学、工业控制等领域的应用；四是结构的优化，包括体积的缩小、功耗的降低、成本的降低等。
锁相技术原理及应用学号：0808224030姓名：吕社钦第一章 锁相环路的基本工作原理第一节 锁定与跟踪的概念 一、相位关系描述锁相环路(PLL)是一个相位跟踪系统,方框表示如图1-1(a)。
图1-1 相位跟踪系统框图设输入信号 (1-1) 式中U i 是输入信号的幅度；ωi 是载波角频率；θi(t)是以载波相位ωit 为参考的瞬时相位。
若输入信号是未调载波,θi(t) 即为常数,是ui(t)的初始相位；若输入信号是角调制信号(包括调频调相),θi(t)即为时间的函数。
设输出信号 (1-2) 式中Uo 是输出信号的幅度；ωo 是环内被控振荡器的自由振荡角频率,它是环路的一个重要参数；θo(t)是以自由振荡的载波相位ωot 为参考的瞬时相位,在未受控制以前它是常数,在输入信号的控制之下,θo(t)即为时间的函数。
(注: 锁相环路是一个相位反馈控制系统,输入信号ui(t)对环路起作用的是它的瞬时相位,幅度通常是固定的.输出信号u0(t)的幅度Uo 通常也是固定的,只是其瞬时相位受输入信号瞬时相位的控制.因此,我们希望直接建立输出信号瞬时相位与输入信号瞬时相位之间的控制关系.我们先讨论两个不同频率信号之间的相位关系.)图1-2 输入信号和输出信号的相位关系图1-2(a)所示。
从图上可以得到两个信号的瞬时相位之差 (1-3)前面已经说到,被控振荡器的自由振荡角频率ωo 是系统的一个重要参数,它的载波相位ωot 可以作为一个参考相位。
这样一来,输入信号的瞬时相位可以改写为(1-4)令 (1-5)()sin[()]i i i i u t U t t ωθ=+()cos[()]o oo o u t U t t ωθ=+()[()][()]()()()e i i o o i o i o t t t t t t t t θωθωθωωθθ=+-+=-+-()()()i i o i o i o i o t t t t t ωθωωωθωωω+=+-+∆=-为输入信号频率与环路自由振荡频率之差,称为环路的固有频差。
一、简答1、什么是时钟频率稳定度？分别说说RC振荡器、osc（这个中文怎么说来着，突然失忆~）、恒温osc、铷钟铯钟的频率稳定度各是多少？2、锁相环由哪几部分组成，分别简单说明并画出锁相环框图。
二、PFD鉴相器工作原理及实现方法。
（电路图我就不画了）三、1、锁相环锁定状态的数学模型是什么？在此状态下的相位传输函数和误差传输函数分别是什么？2、同步范围、拉出范围、捕捉范围、锁定范围具体含义是什么？并说明它们之间的相互关系。
四、（晕~实在想不起来了。
等想起来了再说）五、设计f=（N1V+N2）f1的分频器。
说明工作原理及其实现方法。
六、设计f=6.5f1（f1是参考频率，下标其实是ref）。
说明工作原理。
七、说明希尔伯特变换鉴相器的工作原理及其实现方法。
八、综合题用下面给出的器件，选择合适的器件，设计一个锁相环，要求频率可调。
绘出波形图，说明工作原理。
给出频率分辨率的值。
鉴相器：JK鉴相器、PFD鉴相器环路滤波器：无源超前滞后滤波器、有源超前滞后滤波器压控振荡器VCO分频器：自选。
一、选择题1、对锁相环路起作用的是：（）①输入瞬时相位；②输入信号频率；③输入信号幅度2、不论采用何种滤波器的二阶环路其闭环频率响应具有：（）①高通特性；②低通特性；③带通特性二、判断题（正确的打+，不正确的打-）1、锁相环路是实现信号相位自动控制的系统。
（）2、全数字锁相环一般由数字鉴相器、RC积分滤波器、数字压控振荡器构成。
（）三、填充题1、锁相环路的频率响应含义为：________________.2、辅助捕获的方法有：________、________、________、________等。
3、采用单环锁相频率合成器，其输入其准频率fi=100kHz，程序分频器分频比为1234，则环路锁定时输出信号频率为________________.四、简答题1、试述T4044数字鉴频鉴相器的鉴相工作原理。
2、相对于输入信号而言，锁相环路为何等效为一个带通滤波器？它于一般的带通滤波器有何不同？五、综合题1、已知一阶环的Ud＝2V，Ko=15kHz/v，ωo/2π=2MHz.问当输入频率分别为1.98MHz 和2.04MHz的载波信号时，环路能否锁定？稳定相差多大？2、采用有源比例积分滤波器的窄带载波跟踪环路，其环路噪声带宽BL=18Hz，τ1=2630s，τ2=0.0834s，试确定：（1）环路阻尼系数ζ与环路自然角频率ωn；（2）环路增益K；（3）如选择电容C=0.33μF，确定R1，R2.。
第一章一.锁相环组成PLL 两种工作状态：捕获状态和锁定（或称同步）状态 锁定后频差0=∙e θ，相差为常数=e θ基本锁相环的组成：⑴ 鉴相器（Phase Detector ）---PD ⑵ 环路滤波器（Loop Filter ）---LF⑶ 压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator ）---VCO()t 1θ为输入量()t u i 的瞬时相位。
()t 2θ为输入量()t u o 的瞬时相位。
各部分分析：1．鉴相器 是一个相位比较器，用于比较()t 1θ与()t 2θ之间的相位差错误！未找到引用源。
)]()(sin[21)]()(2sin[21)](cos[)](sin[)()(212121t t U U K t t t U U K t t U t t U K t u t u K o i m o o i m o o o i m o i m θθθθωθωθω-+++=++= 再经过低通滤波器（LPF ）滤除o ω2成分之后，得到误差电压)]()(sin[21)(21t t U U K t u o i m d θθ-=令 o i m d U U K U 21=为鉴相器的最大输出电压，得到)](sin[)(t U t u e d d θ= 2.环路滤波器及其传输函数环路滤波器是一个线性电路，在时域分析中可用一个传输算子)(p F 来表示，其中)(dt d p ≡是微分算子；在频域分析中可用传递函数)(s F 表示，其中)(Ω+=j s α是复频率；若用Ω=j s 代入就得到它的频率响应)(Ωj F ，故环路滤波器模型可表示为图定义控制电压 ()()()p F t u t u d c =（1）RC 积分滤波器这是结构最简单的低通滤波器, 传输算子：111)(τp p F +=，RC =1τ是时间常数，这是这种滤波器唯一可调的参数。
令p=j Ω,并代入(1-18)式,即可得滤波器的频率特性：111)(τΩ+=Ωj j F低通特性，相位滞后。
锁相技术期末试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 锁相环（PLL）的工作原理是通过调节环路的延迟来实现输出信号与输入信号的相位同步。
（）A. 正确B. 错误2. 在锁相环中，相位比较器的作用是（）。
A. 放大信号B. 比较相位C. 滤波D. 调制3. 锁相环的三个基本组成部分是（）。
A. 相位比较器、环路滤波器、压控振荡器B. 调制器、解调器、滤波器C. 放大器、滤波器、振荡器D. 比较器、调制器、解调器4. 锁相环的带宽决定了其（）。
A. 锁定速度B. 相位噪声C. 频率稳定性D. 所有以上选项5. 锁相环的锁定范围是指（）。
A. 环路能够锁定的最小输入信号幅度B. 环路能够锁定的最小输入信号频率C. 环路能够锁定的最大输入信号幅度D. 环路能够锁定的最大输入信号频率二、填空题（每题2分，共20分）1. 锁相环的输出信号与输入信号的相位差为______时，环路处于锁定状态。
2. 环路滤波器在锁相环中的作用是______和______。
3. 压控振荡器（VCO）在锁相环中的作用是______。
4. 锁相环的锁定时间取决于______和______。
5. 锁相环的锁定范围可以通过调整______的值来改变。
三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述锁相环的工作原理。
答：锁相环通过相位比较器比较输入信号和VCO输出信号的相位差，环路滤波器根据比较结果调整VCO的控制电压，从而改变VCO的输出频率，使输出信号与输入信号相位同步。
2. 锁相环的锁定范围与哪些因素有关？答：锁相环的锁定范围与环路滤波器的带宽和VCO的调谐范围有关。
3. 锁相环在通信系统中的应用是什么？答：锁相环在通信系统中用于频率合成、解调、同步和时钟恢复等。
四、计算题（每题15分，共15分）1. 假设一个锁相环的环路滤波器带宽为100kHz，VCO的调谐范围为1MHz。
如果输入信号的频率为1.05MHz，计算该锁相环的锁定范围。
名词解释和简答题整理第一章锁相环路的基本工作原理：1.锁相环（PLL）---锁相环是一个能够跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统。
2.捕获带：环路能通过捕获过程而进入同步状态所允许的最大固有频差｜Δωo｜max。
3.同步带：锁相环路能够保持锁定状态所允许的最大固有频差｜Δωo｜max。
4.快捕带：保证环路只有相位捕获一个过程的最大固有频差值｜Δωo｜max。
5.输入信号频率与环路自由振荡频率之差，称为环路的固有频率环路固有角频差：输入信号角频率ωi与环路自由振荡角频率ωo之差。
瞬时角频差：输入信号频率ωi与受控压控振荡器的频率ωv之差。
控制角频差：受控压控振荡器的频率ωv与自由振荡频率ωo之差。
三者之间的关系：瞬时频差=固有频差-控制频差。
6.鉴相器是一个相位比较装置，用来检测输入信号相位θ1(t)与反馈信号相位θ2(t)之间的相位差θe(t)。
输出的误差信号u d(t)是相差θe(t)的函数。
7.锁相环路由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器三个主要部件构成；其独特的性能有载波跟踪特性、调制跟踪特性和低门限特性。
8.环路滤波器---即低通滤波器，滤除鉴相器输出电压中的高频分量，起平滑滤波的作用，提高环路的稳定性。
9.压控振荡器---压控振荡器是一个电压-频率变换装置,它的振荡频率应随输入控制电压u c(t)线性地变化。
10.环路的动态方程：pθe(t)= pθ1(t)-K o U d F（p）sin θ1(t)11.相平面：将瞬时频差与瞬时相差的关系在平面直角坐标系中所做的图。
相点：是相平面上相轨迹上的一个点，表示环路在某一时刻的状态。
12.如果锁相环路的起始状态处于不稳定平衡点时，环路自身没有能力摆脱这种状态，只有依靠外力（噪声或人为扰动）才能使环路偏离这个状态而进行捕获；所以一旦遇到这种情况就可能出现在不稳定平衡状态的滞留，致使捕获过程延长。
这种现象称为锁相环路的延滞现象。
13.环路固有频差Δωo大于环路增益K，锁相环路处于失锁差拍状态，被控振荡器未被输入信号锁定；但是由于锁相环路的控制作用，使锁相环路的平均频率向输入信号频率方向牵引。
这种现象称为锁相环路的频率牵引现象第二章环路跟踪性能：1.对于输入相位阶跃而言，因为锁相环路在暂态过程中误差电压u d(t)≠0，压控振荡器的相位已得到调整，最终并不再要求压控振荡器的频率得到调整，可以允许控制电压等于零。
所以稳态时，鉴相器输出的误差电压u d（t）=0，环路的跟踪状态是可以维持的。
2.采用理想积分滤波器的二阶环路，在输入频率阶跃的情况下，稳态时，鉴相器输出的误差电压ud（t）=0，环路的跟踪状态是如何维持的？在输入频率阶跃的情况下，达到稳态时要求压控振荡器的频率调整到与输入频率相等，所以控制电压是不可少的。
在跟踪的暂态过程中，误差电压u d（t）并不等于零，它将对滤波器充电，因而获得控制电压u c（t）。
达到稳态后，误差电压u d（t）消失，不再继续对环路滤波器充电，但是对于一个理想积分环节来说，前面充电得到控制电压u c（t）将会永远保持下去，不会消失。
所以由于暂态过程中对环路滤波器充电积累起来的控制电压维持了环路的稳态跟踪。
3.若一个锁相环路的截止频率ΩC=1000rad/s。
输入信号为u i（t）=U i sin[1000000t+2sin（100t+θi）]。
环路这时是处于调制跟踪状态还是载波跟踪状态？为什么？环路这时处于调制跟踪状态；因为这里的锁相环路的截止频率ΩC=1000rad/s即环路的自然频率ωn；输入信号的相位调制频率Ω=100rad/s小于环路的截止频率，即处于闭环低通特性的通带之内，这时环路可以良好的传递相位调制，压控振荡器的输出相位θ2(t)就可以良好地跟踪输入相位θ1(t)的变化。
即环路处于调制跟踪状态。
4.调制跟踪：（当Ω小于ωn,即处于闭环低通特性的通带之内时）,环路输出相位θ2(t)将跟踪θ1(t)的瞬时变化,压控振荡器的输出电压u o(t)也就成为一个正弦调相信号，这种跟踪状态称为调制跟踪。
可作调频信号的解调器。
5.载波跟踪：（当Ω大于ωn，即输入信号的调制频率处于闭环低通特性的通带之外时）环路输出相位不能跟踪输入的相位调制，而是跟踪了输入信号载频的漂移，这种跟踪称为载波跟踪。
6.载波跟踪环可用于提取输入已调信号的载波，也可提取淹没在噪声中的载波信号。
7.根据奈奎斯特准则，可以用锁相环路开环频率响应的伯德图来直接判定锁相环路闭环时的稳定性。
8.开环增益达到0dB时的频率称为增益临界频率，用ΩT表示；开环相移达到π的频率称为相位临界频率，用符号Ωk表示。
9.相位余量是指开环增益降至0dB时，开环相移量与π的差值。
增益余量是指开环相移达到π时，开环增益低于0dB的dB数。
第三章环路噪声性能：1.环路输入信噪比(S／N)i:指的是输入信号载波功率U2i／2与通过环路前置带宽B i的噪声功率N o B i之比。
2.环路信噪比(S／N)L：是指输入信号载波功率U2i／2与可通过环路单边噪声带宽B L的噪声功率N o B L之比。
反映了对噪声的抑制能力。
3.在低(S／N)L时，出现的另一个现象是环路相差可能跳越一个或几个周期才能重新稳定下来，这种现象叫做跳周。
第四章环路的捕获性能：1.如果环路依靠自己的控制能力达到捕获锁定，称这种捕获过程为自捕获。
2.若环路借助于辅助电路才能实现捕获锁定，则称这种捕获过程为辅助捕获。
3.相轨迹：是相平面上相点的移动形成的一条轨迹，它反映了环路状态的变化过程。
相轨迹方程：瞬时频差与瞬时相差的关系式。
4.辅助频率捕获的基本出发点:(1)减小作用到环路上的起始频差,使之尽快的落入快捕带内，达到快捕锁定。
属于这方面的有人工电调、辅助扫描、辅助鉴频和鉴频鉴相；（2）使用两种不同的环路带宽或增益，捕获时使环路具有较大的带宽和增益，锁定以后使环路带宽或增益减小。
就是所谓的变带宽和变增益法。
5. 变带宽法的基本原理是在捕获过程中使环路具有较大的带宽，以扩大捕获带；在锁定后，则使环路的带宽变窄，以保证跟踪和滤波性能；加大环路的带宽还必须保证环路工作于门限之上；通过改变环路滤波器的带宽可以实现变带宽。
6. 变增益法的基本工作原理是在捕获过程中提高环路的增益，以扩大捕获带；捕获过程中通过辅助鉴相器使直流放大器的增益变大，是捕获带变宽；在锁定后，环路的增益降低。
第五章 集成锁相环路：1. 模拟乘法器可以完成两输入信号的相乘作用，用作鉴相器的主要特点是输出电压的平均值与两输入信号的幅度成正比，输出频率为输入差拍；模拟乘法器鉴相器具有正弦鉴相特性；四象限模拟乘法器特点是工作频带较宽，线性好、精度好，可输入正弦信号等。
2. T4044数字式鉴频鉴相器电路主要由数字比相器（9个与非门）、电荷泵（V 1~V 7）和一个作为LF 用的放大器（达林顿电路）三部分组成。
3. 射极耦合多谐振荡器型压控振荡器的工作原理: 交叉耦合的晶体管V 1、V 2组成正反馈级，在V 1、V 2相互翻转时，并分别接受有电压u c 控制的恒流源I O1、I O2(通常选择I O1=I O2=I O ）的交替充放电。
得到的输出方波频率f 必然与C T 、I O 及二极管正相压降有关，又因I O1=I O2同时受控于u c ，则f 也与u c 有关。
4. 在负阻型压控振荡器中，端电压的上升引起端电流的下降，此时端口点电阻为负值。
这种现象称为负阻效应。
5. CMOS 压控振荡器的工作原理：CMOS 开关（P 1、N 1）、（P 1、N 2）在门电路输出的控制下分别导通与截止；对C T 充放电，充电或放电过程中随着C T 两端的电压的变化触发R-S 触发器的翻转；故输出频率f 必然与C T 、I O 有关，又因I O 受电压u c 的控制，则f 与u c 有关。
这就是压控振荡器的工作原理。
444o m c o o T D T Dm o T DI g u f K u C U C U g K C U ====第六章 锁相环路的应用：1. 锁相环路的三个独特的优良性能分别为：载波跟踪特性、调制跟踪特性和低门限特性。
典型应用∈载波跟踪特性的应用：作为一个窄带滤波器，可提取淹没在噪声中的信号；调制跟踪特性：可制成高性能的调制器和解调器；低门限特性：用于解调调频、调相信号时，可取得门限扩展的效果，用于解调数字调制信号时，可是误码率降低。
2. 锁相环路的载波跟踪特性：无论输入锁相环路的信号是已调制的还是为调制的，只要信号中包含有载波频率成分，就可将环路设计成一个窄带跟踪滤波器，跟踪输入信号载波成分的频率与相位的变化，环路的输出信号就是（放大的）需要提取得载波信号。
这就是锁相环路的载波跟踪特性。
载波跟踪特性的三重含意：一是窄带：锁相环路利用环路滤波器的低通特性来实现输入信号载频上的窄带带通特性，有效地滤除输入信号伴随的噪声与干扰；二是跟踪：环路能够在保持窄带特性的情况下跟踪输入载波频率的漂移；三是放大：可将弱输入载波信号放大为强信号输出。
3. 调制跟踪特性（解调器）：只要让环路有适当宽度的低频通带，压控振荡器输出信号的频率与相位就能跟踪输入调频或调相信号的变化，即得到输入角调制信号的复制品，这就是调制跟踪特性。
4. 低门限特性：一般环路的通频带总比环路输入端的前置通频带窄得多，因而环路信噪比明显高于输入信噪比，环路能在低输入信噪比的条件下工作，即具有低门限的优良特性。
5. 跟踪滤波器：是一个带通滤波器，其中心频率能够自动跟踪输入信号载波频率的变化。
当输入信号暂时消失时，环路滤波器输出的控制电压不会立即消失，压控振荡器能在一个短时间内维持振荡频率不变，因而锁相环还能跟踪衰弱信号。
6. 为什么锁相环路对输入信号来说具有带通滤波的特性？锁相环路能够跟踪输入信号载波成分频率和相位的变化，可以有效地滤去输入信号伴随的噪声与干扰，环路输出信号就是需要提取得载波信号；锁相环路对输入高频信号的带通特性是由环路传递函数的低通特性决定的（锁相环路主要是利用环路滤波器的低通特性来实现输入信号载频上的窄带带通特性的）；在高载频上，用锁相环路可以将通带做到几赫兹的带宽。
锁相环路的调制跟踪特性同样说明了环路对输入信号的带通特性。
7. 二元数据信号的移频键控信号FSK 以及移相键控信号PSK 。
（会画波形）8. 频率合成器是将一个高精确度和高稳定度的标准参考频率，经过混频、倍频与分频等对它进行加、减、乘、除的四则运算，最终产生大量的具有同样精确度和稳定度的频率源。
9. 频率合成的方法有直接频率合成、间接合成和直接数字频率合成。
直接频率合成：利用混频器、倍频器、分频器盒带通滤波器来完成对频率的四则运算的合成方法，是最早的频率合成方法。
间接频率合成：应用锁相环路的频率合成方法，是目前应用最广泛的一8o TI f C种频率合成方法。
