锁相技术 (2009 年度畅销榜NO.6160 )

本书是在第三轮统编教材《锁相技术》的基础上，根据教学实践的经验和锁相技术的最新发展，重新编写而成的。前四章有关工作原理、跟踪、噪声和捕获性能是基础部分，讲述了锁相环路工作的物理过程、数学模型、各种性能的分析以及工程设计方法。第五章集成锁相环路，介绍了各种典型电路的性能、原理与使用。第六章讲述锁相环路在各种领域的应用。第七章数字锁相环，反映了锁相技术最新的发展。全书由浅入深，概念明了，条理清晰，对锁相技术进行了完整而又系统的阐述。后三章取材新、涉及面广，对进一步深入学习锁相技术，开展研究与工程应用具有参考价值。\r\n\r\n 本书供工科电子类专业大、专院校师生作教材或参考书。对需自学锁相技术的工程技术人员和其他读者，也是一本适用的书籍。\r\n
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绪言 \r\n\r\n 第一章 锁相环路的基本工作原理 \r\n\r\n 第一节 锁定与跟踪的概念 \r\n\r\n 一. 相位关系的描述 \r\n\r\n 二. 捕获过程 \r\n\r\n 三. 锁定状态 \r\n\r\n 四. 环路的基本性能要求 \r\n\r\n 第二节 环路组成 \r\n\r\n 一. 鉴相器 \r\n\r\n 二. 环路滤波器 \r\n\r\n 三. 压控振荡器 \r\n\r\n 四. 环路相位模型 \r\n\r\n 第三节 环路的动态方程 \r\n\r\n 第四节 一阶锁相环路的捕获. 锁定与失锁 \r\n\r\n 一. ＜K时的捕获与锁定 \r\n\r\n 二. ＞K时的失锁状态 \r\n\r\n 三. =K时的临界状态 \r\n\r\n 习题 \r\n\r\n 第二章 环路跟踪性能 \r\n\r\n 第一节 线性相位模型与传递函数 \r\n\r\n 一. 线性相位模型与传递函数的一般形式 \r\n\r\n 二. 二阶领相环路的线性动态方程与传递函数 \r\n\r\n 第二节 二阶线性系统的一般性能 \r\n\r\n 一. 二阶系统及其描述 \r\n\r\n 二. 时间响应及其指标 \r\n\r\n 三. 频率响应 \r\n\r\n 第三节 环路对输入管态信号的响应 \r\n\r\n 一. 误差的时间响应 \r\n\r\n 二. 稳态相位误差 \r\n\r\n 第四节 环路对输入正弦相位信号的响应 \r\n\r\n 一. 锁相环路的频率响应 \r\n\r\n 二. 二阶锁相环的频率响应 \r\n\r\n 三. 调制跟踪与载波跟踪 \r\n\r\n 第五节 环路稳定性 \r\n\r\n 一. 稳定性问题与判别方法 \r\n\r\n 二. 常用二阶锁相环路的稳定性 \r\n\r\n 第六节 非线性跟踪 \r\n\r\n 一. 锁定时的稳态相差 \r\n\r\n 二. 同步带 \r\n\r\n 三. 最大同步扫描速率 \r\n\r\n 四. 最大频率阶跃量与峰值暂态相差 \r\n\r\n 习题 \r\n\r\n 第三章 环路噪声性能 \r\n\r\n 第一书 环路噪声相位模型 \r\n\r\n 第二节 对输入白高斯噪声的线性过滤特性 \r\n\r\n 一. 环路输出噪声相位方差 \r\n\r\n 二. 环路噪声带宽见 \r\n\r\n 三. 环路席噪比 \r\n\r\n 第三节 环路对压控振荡器相位噪声的线性过滤 \r\n\r\n 第四节 环路对各类噪声与干扰的线性过滤 \r\n\r\n 一. 环路输出的总相位噪声功率话密度 \r\n\r\n 二. 环路带宽的最佳选择 \r\n\r\n 第五节 环路跳周与门限 \r\n\r\n 一. 环路跳周与门限的概念 \r\n\r\n 二. 相差的非线性分析 \r\n\r\n 习题 \r\n\r\n 第四章 环路捕获性能 \r\n\r\n 第一节 捕获的基本概念 \r\n\r\n 第二节 捕获过程与捕获特性 \r\n\r\n 一. 捕获过程 \r\n\r\n 二. 捕获过程的特性 \r\n\r\n 第三节 捕获带与捕获时间 \r\n\r\n 一. 二阶环的快捕带与快捕时间 \r\n\r\n 二. 二阶环的捕获带与捕获时间 \r\n\r\n 第四节 辅助捕获方法 \r\n\r\n 一. 人工电调 \r\n\r\n 二. 自动扫描 \r\n\r\n 三. 辅助监额 \r\n\r\n 四. 变带宽 \r\n\r\n 五. 变增益 \r\n\r\n 习题 \r\n\r\n 第五章 集成销柏环路 \r\n\r\n 第一节 概述 \r\n\r\n 第二节 集成监相器 \r\n\r\n 一. 模拟乘法器 \r\n\r\n 二. 数字式鉴频鉴相器 \r\n\r\n 三. 门鉴相器 \r\n\r\n 第三节 集成巨控振荡器 \r\n\r\n 一. 积分一施密特触发电路型压控振荡器 \r\n\r\n 二. 射极耦合多谐振荡器型压控振武器 \r\n\r\n 三. LC负阻型医控振荡器 \r\n\r\n 四. 数字门电路型压控振荡器 \r\n\r\n 第四节 通用单片集成销相环 \r\n\r\n 一. 高频单片集成锁相环 \r\n\r\n 二. 超高频单片集成锁相环 \r\n\r\n 三. 低频单片集成销相环 \r\n\r\n 第五节 集成频率合成器 \r\n\r\n 一. 中规模集成频率合成器 \r\n\r\n 二. 大规模集成频率会成器 \r\n\r\n 第六章 锁相环路的应用 \r\n\r\n 第一节 跟踪滤波器 \r\n\r\n 一. 跟踪特性 \r\n\r\n 二. 频率特性 \r\n\r\n 第二节 调制器与解调器 \r\n\r\n 一. 调幅信号的调制与解调 \r\n\r\n 二. 模拟调频和调相信号的调制与解调 \r\n\r\n 三. 数字调频和调相信号的调制与解调 \r\n\r\n 第三节 频率合成 \r\n\r\n 一. 概述 \r\n\r\n 二. 变模分频合成器 \r\n\r\n 三. 多环频率合成器 \r\n\r\n 四. 小数分频合成器 \r\n\r\n 五. 频率合成器实例 \r\n\r\n 第四节 载波同步 \r\n\r\n 一. 平方环 \r\n\r\n 二. 同相一正交环 \r\n\r\n 第五节 位同步 \r\n\r\n 一. 非线性变换一滤波法 \r\n\r\n 二. 同相一中相让同步环 \r\n\r\n 三. 早一迟积分清除位同步环 \r\n\r\n 第六节 FM立体声解码 \r\n\r\n 第七节 彩色到载波同步 \r\n\r\n 第八节 电动机转速控制 \r\n\r\n 第九节 销相接收机 \r\n\r\n 第十节 其它应用 \r\n\r\n 一. 相移器 \r\n\r\n 二. 频率变换 \r\n\r\n 三. 同步滤波 \r\n\r\n 四. 自动跟踪调谐 \r\n\r\n 五. 微波锁相频率源 \r\n\r\n 第七章 数字锁相环 \r\n\r\n 第一节 全数字环概述 \r\n\r\n 一. 一般构成与分类 \r\n\r\n 二. 数字环部件电路与原理 \r\n\r\n 三. 数字环的工作速率 \r\n\r\n 第二节 位同步数字环实例 \r\n\r\n 一. 电路组成与说明 \r\n\r\n 二. 环路位同步原理 \r\n\r\n 三. 性能分析 \r\n\r\n 第三节 DPLL的原理与性能 \r\n\r\n 一. 环路方程与模型 \r\n\r\n 二. 环路的暂态跟踪性能 \r\n\r\n 三. 有量化时的ZC－DPLL \r\n\r\n 第四节 单片集成全数字镇相环 \r\n\r\n 一. 工作原理 \r\n\r\n 二. 环路性能分析 \r\n\r\n 三. 应用举例 \r\n\r\n 附录 \r\n\r\n 附录一 环路输入噪声的基本特性 \r\n\r\n 一. 统计特性 \r\n\r\n 二. 窄带噪声 \r\n\r\n 附录二 压控振荡器的相位噪声 \r\n\r\n 一. 相位噪声的一般概念 \r\n\r\n 二. LC振荡器输出相位噪声 \r\n\r\n 三. 晶振的相位噪声 \r\n\r\n 附录三 国外部分集成锁相电路介绍 \r\n\r\n 一. 单片集成些相器 \r\n\r\n 二. 单片组成压控振荡器 \r\n\r\n 三. 通用单片集成镇相环 \r\n\r\n 四. 单片集成频率合成器与部件 \r\n\r\n 五. 专用单片集成销相环 \r\n\r\n 附录四 国内集成镇相电路介绍 \r\n\r\n 参考文献 \r\n
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锁相环路（PLL）是一个能够跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统. 它在无线电技术的各个领域得到了很广泛的应用.

最初, DeBellescize于1932年提出同步检波理论, 首次公开发表了对锁柏环路的描述, 但并未引起普遍的重视. 直至1947年, 锁相环路才第一次应用于电视接收机水平和垂直扫描的同步. 从此, 锁相环路开始得到了应用. 由于技术上的复杂性以及较高的成本, 应用饭相环路的领域主要在航天方面, 包括轨道卫星的测速定轨和深空探测等. 性能要求较高的精密测量仪器和通信设备有时也用到它. 到70年代, 随着集成电路技术的发展, 逐渐出现了集成的环路部件. 通用单片集成锁柏环路以及多种专用集成锁相环路, 锁相环路逐渐变成了一个成本低. 使用简便的多功能组件, 这就为锁相技术在更广泛的领域应用提供了条件. 至今, 普遍应用锁相技术的主要有调制解调. 频率合成. 电视机彩色到载波提取. FM立体声解码等等. 随着数字技术的发展, 相应出现了各种数字销相环路, 它们在数字信号传输的载波同步. 位同步. 相于解调等方面发挥了重要的作用.

锁相环路所以能得到如此广泛的应用, 是由其独特的优良性能所决定的. 它具有载波跟踪特性, 作为一个窄带跟踪滤波器, 可提取淹没在噪声之中的信号, 用高稳定的参考振荡器销定, 可作提供一系列频率高稳定的频率源, 可进行高精度的相位与频率测量等等. 它具有调制跟踪特性, 可制成高性能的调制器和解调器. 它具有低门限特性, 可大大改善模拟信号和数字信号的解调质量.

为适应锁相技术的发展, 1980年前后, 国内各高等院校电子类专业普遍开设了有关课程. 编者编写了《同步控制原理》（国防工业出版社, 1980）和《通信工程中的锁相环路》（西北电讯工程学院, 1980）两本统编教材（上海交通大学主审）. 1986年编者又编写了第二轮统编教材《锁相技术》（清华大学主审）. 1989年编写了第三轮统编教材《锁相技术》（东南大学主审）. 近年来, 锁相技术已有了发展, 经教学实践也积累了一些经验, 有必要在此基础上重新编写《锁相技术》一书, 以适应新教学计划的要求.

在本书编写过程中, 编者注意到：（一）把握好本课程的范畴, 避免与前修课程重复. 本课程以前修课“信号与系统”和“高频电子线路”为起点. （二）突出本课程的重点——模拟销相环路的基本概念. 分析设计方法. 性能特点及其应用. 掌握好本科生教学的要求, 更为深入的. 适宜于研究生教学的内容就不再涉及. （三）全书要反映锁相技术有关的新论点. 新技术和新电路以适应今后若干年发展的需要. （四）全书要具有教科书的鲜明特点. 阐述条理清晰. 理论结合实际, 选用教学效果好的计算举例和习题等, 以便教与学.

全书共分为七章, 前四章属锁相环路的基本概念与性能分析. 第一章锁柏环路的基本工作原理, 详细讲述了锁定与跟踪的摹本概念. 环路的组成与数学模型等, 最后以一阶锁相环路为例, 全面分析了它的线性与非线性性能, 并得到环路工作物理过程的明确概念. 本章所给出的概念与方法都具有普遍意义, 是本课程学习的重要基础. 第二章分析环路跟踪状态的性能, 包括时域响应. 频域响应和稳定性等等. 分析的方法主要是用拉氏变换法求解线性微分方程, 这在前修课程中已学过, 本书不再赘述. 环路的跟踪性能是决定环路工作性能好坏的主要方面, 也是环路工程设计的主要依据, 学习中应引起足够的重视. 第三章分析环路的噪声性能. 环路工作时, 干扰与噪声是不可避免的. 环路对它们过滤性能的优劣, 将影响环路的工作性能甚至决定环路能否正常工作. 本章重点是分析环路对弱输入高斯噪声与压控振荡器噪声的线性过滤性能, 有关指标可供工程实用. 对于强噪声作用下, 环路相差的统计特性只作简要的介绍. 第四章研究环路的捕获性能, 捕获是环路得以正常工作的前提. 本章分析环路牵引捕获过程的特性, 给出捕获带与捕获时间的分析结果, 可供工程设计使用. 此外还介绍了工程中常用的一些辅助捕获方法.

第五章集成锁相环路. 本章介绍了各种典型的集成环路部件. 通用集成锁相环路与销相环集成频率合成器的组成. 特性和应用, 对工程有重要的实用价值. 集成锁相环路是近年来锁相技术的一项重要进展, 因此在学好锁相原理与技术的基础上, 有必要进一步掌握好典型集成锁相环路的组成. 特性. 电路与应用方法, 以便为今后在工程实践中灵活应用锁相技术打下电路基础.

第六章锁相环路应用. 考虑到通信与电子系统领域的实际需要, 本章结合集成锁相环路的使用, 着重介绍了集成锁相环路在跟踪滤波. 调制解调. 频率合成. 载波同步. 位同步. FM立体声解码, 彩色电视色副载波提取. 电动机速度控制. 锁相接收机及其它方面的应用原理与实例. 锁相技术是理论性与工程性都很强的一门课程. 学习环路应用, 是对环路基本原理理解的进一步深化, 本章叙述的有关工程实践问题也是理论联系实际的一个重要方面.

第七章数字锁相坏. 除全面讲述它的组成. 分类. 部件及其原理之外, 着重分析两种常用的数字锁相环路, 即位同步数字环和正向过零检测数字锁相环, 并举有实例. 触发器型全数字锁相环也是应用十分广泛的, 单片集成的典型产品SN54／74 LS297在工程中被普遍采用, 本章对此作了较为详细的分析与介绍. 本章内容对扩展知识面和工程应用都会有帮助.

本书末的4个附录对本课程的学习是必要的, 或者为今后的工程实践可提供参考.

本教材系按电子工业部的工科电子类专业教材1991～1995年编审出版规划, 由无线电技术与信息系统教材编审委员会无线电通讯编审小组征稿, 推荐出版, 责任编委程时听.

本教材由西安电子科技大学张厥盛担任主编, 东南大学邹家录担任主审.

本课程的参考学时数为40～60学时, 其主要内容为锁相技术的基本原理. 电路与应用. 全书共七章和四个附录, 分为四部分. 第一部分讲解模拟锁相环路的基本工作原理与性能分析, 其内容有：锁相环路的基本工作原理. 环路跟踪性能. 环路噪声性能和环路捕获性能. 第二部分介绍集成锁相环路原理与应用. 集成销相环路自70年代问世以来发展很迅速, 是近年来锁相技术的重要进展. 目前, 不同品种的锁相环集成电路已有成百上干个产品. 集成锁相环路的成本低. 性能好. 使用方便. 应用广泛, 已成为电子工程中经常遇到的一种多功能组件. 为此, 本书第五章专门介绍了集成化环路部件. 通用单片集成销相环和单片集成频率合成器的电路组成和特性. 第六章, 结合集成锁相环路的使用, 着重介绍了集成锁柏环路在跟踪滤波. 调制与解调. 频率合成. 载波同步. 位同步. FM立体声解码. 彩色电视色副载波提取. 电动机速度控制等方面的应用原理与实例. 第三部分介绍数字锁相环以适应数字技术迅速发展和数模兼容应用的需要, 第四部分给出了锁柏环内外部噪声的统计特性与国内外销相集成电路产品, 供加深理解有关理论与工程设计参考. 使用本教材时, 学生需具备必要的数学与电子线路的基础知识和有关的专业知识, 课程实施中应配合适量的实验, 锁相技术应用. 数字锁柏环与取样锁相环方面的内容也可视专业的需要和教学时数的多少自行选取.

本教材的三位编者长期合作编写了本课程的前三轮统编教材《同步控制原理》（上海交通大学归绍升等主审, 国防工业出版社出版, 1980年）. 《锁相技术》（清华大学李苦成主审, 西北电讯工程学院出版社出版, 1986年）和《锁相技术》（东南大学邹家紧主审, 西安电子科技大学出版社出版, 1989年）. 本教材是在上述基础上修订而成的, 郑继离重写了第六章, 张厥盛修订其余各章并统编全稿. 受限于编者的水平, 书中难免还存在一些缺点和错误, 殷切希望广大读者批评指正.

编者

1992年12月