27482 鎖相與頻率合成技術（高綱 0552）

南京理工大學編（高綱號 0552）

Ⅰ、課程性質與設置目的要求

“鎖相與頻率合成技術”課程是江蘇省高等教育自學考試電子信息工程專業的必修課，主要內容為鎖相技術的基本原理、電路與應用。

鎖相與頻率合成技術是實現相位自動控制的一門科學，是專門研究系統相位關系的技術。隨著科學技術的發展，人們對各種設備的控制精度要求越來越高，在無線電技術中自動控制技術的應用已經進入了第三代。第一代是自動增益控制（AGC）；第二代是自動頻率控制（AFC）；第三代是自動相位控制（APC）。而鎖相技術就是第三代的控制技術。

鎖相技術的核心是鎖相環路，所謂的鎖相環路是一個實現相位自動鎖定的控制系統。鎖相環路具有兩個突出的特性：第一是窄帶濾波特性；第二是寬帶跟蹤特性。這兩個特性使得鎖相技術在電子技術領域得到了廣泛的應用，特別是隨著集成電路技術、數字技術以及通訊和計算機技術的發展，極大地推動了鎖相技術的發展和應用。目前，鎖相技術已經形成一門比較系統的理論科學，鎖相技術的應用主要包含以下幾個方面：跟蹤濾波、頻率合成與頻率變換、模擬和數字信號的相干解調、數字通訊、調制與解調、檢波、穩頻和位頻等。

設置本課程的目的和要求：通過本課程的學習，使自學應考者掌握鎖相技術的原理和鎖相環路的性能，熟悉鎖相環路的分析方法，了解鎖相技術在電子技術領域中的應用。鎖相技術是理論性與工程性都很強的一門課程，學生應具備必要的數學、電子線路、數字電路、信號與系統等課程的知識，在掌握環路原理和性能的基礎上領會應用，在學習應用中進一步深化和理解環路的原理和性能，理論聯系實際，為在今后的工程實踐中靈活應用鎖相環路打下基礎。

Ⅱ、考試目標（考核知識點、考核要點）

第一章 鎖相環路的基本工作原理 一、考核知識點

（一）鎖相環路的基本工作原理； （二）鎖相環路的相位數字模型及其微分方程； （三）鎖相環路的基本性能。

二、考核要求

（一）鎖定與跟蹤的概念

1、識記：（1）相位的概念；（2）鎖相環路的定義；（3）環路的捕獲帶（4）環路的同步帶。 2、領會：（1）鎖相環路是一個相位跟蹤系統，它建立了輸出信號瞬時相位與輸入信號瞬時相位的控制關系（2）幾個重要參數：載波相位、瞬時相位、自由振蕩角頻率、瞬時相差、移穩態相差；（3）環路的兩種基本工作狀態：捕獲過程、鎖定狀態。 3、應用：（1）環路是處于鎖定狀態的判定依據；（2）一階環穩態相差的計算。

（二）環路組成

1、識記：（1）環路的基本部件；（2）鑒相器的作用與數學模型；（3）鑒相器的分類：模擬乘法器鑒相器、序列電路（數字鑒相器）；（4）環路濾波器的作用與數學模型；（5）壓控振蕩器的作用與數學模型；（6）壓控靈敏度；（7）壓控振蕩器的種類。 2、領會：（1）鎖相環路的組成及框圖；（2）正弦鑒相器及數學模型；（3）幾種常用的環路濾波器及傳遞函數；（4）鎖相環路的相位數學模型。 3、應用；（1）理想積分濾波器分析；（2）非常用環路濾波器的傳遞函數求解。

（三）環路的動態方程

1、識記：（1）瞬時頻差；（2）控制頻差；（3）固有頻差；（4）環路增益K。 2、領會：（1）鎖相環路動態方程 3、應用：（1）鎖相環路動態方程的含意；（2）穩態相差的求解。

（四）一階環路的捕獲、鎖定與失鎖。

1、識記：（1）一階環路；（2）相點；（3）相軌跡（4）相平面。 2、領會：（1）一階環路的非線性微分方程；（2）相軌跡上相點的含義。 3、應用：（1）頻率牽引現象；（2）一階環路的捕獲帶、同步帶、快捕帶。 第二章 環路跟蹤性能

一、考核知識點

（一）鎖相環路的線性相位模型及傳遞函數； （二）鎖相環路的性能指標； （三）二階環路在典型輸入下的響應； （四）環路的頻率響應。

二、考核要求

（一）線性相位模型與傳遞函數

1、識記：（1）環路傳遞函數的概念；（2）討論傳遞函數的含義。 2、領會：（1）鎖相環路的線性相位模型；（2）環路的線性動態方程；（3）環路開環傳遞函數；（4）環路閉環傳遞函數；（5）環路誤差傳遞函數：（6）采用三種常用濾波器環路的傳遞函數。

（二）二階線性系統的一般性能

1、識記：（1）環路自然角頻率ωn；（2）環路陰尼系數ζ；（3）環路的主要性能指標：延遲時間、上升時間、峰值時間、暫態時間、最大過沖量。 2、領會：（1）三種典型環路的ωn、ζ表示方法；（2）環路的頻率響當當應及特性。

（三）環路對輸入暫態信號的響應

1、識記：（1）環路的暫態相差；（2）相位階躍；（3）頻率階躍；（4）頻率斜升；（5）穩態相差。 2、領會：（1）分析二階環路對輸入暫態響應的方法；（2）采用無源比例積分濾波器的二階環路對三種暫態信號輸入的響應；（3）采用理想積分濾波器的二階環路對三種暫態信號輸入的響應。 3、應用：（1）環路暫態相差與穩態相差的計算。

（四）環路對輸入正弦相位信號的響應

1、識記：（1）環路頻率響應的概念；（2）環路輸入相位的調制頻率Ω；（3）調制跟蹤環；（4）載波跟蹤的概念。 2、領會：（1）常用二階環的閉環頻率響應；（2）常用二階環的誤差頻率響應；（3）二階環路頻率特性的特點：無論采用何種濾波器的二階環路，其閉環頻率響應具有低通的性質、共誤差頻率響應具有高通的性質。 3、應用：（1）調制跟蹤環的特點和應用；（2）載波跟蹤環的特點與應用。

（五）環路穩定性

1、識記：（1）環路穩定性及判別方法；（2）穩定余量；（3）相位余量；（4）增益余量。 2、領會：（1）伯德準則；（2）采用伯德準則或穩定余量判斷環路的穩定性。

（六）非線性跟蹤

1、識記：（1）最大同步掃描速率的概念；（2）最大頻率階躍量的概念。 2、領會：（1）非線性跟蹤的穩態相差。 第三章 環路噪聲性能 一、考核知識點

（一）環路存在噪聲時的相位數學模型（僅含輸入噪聲及僅含VCO噪聲兩種情況）； （二）環路噪聲帶寬BL及含義； （三）跳周、平均跳周時間、跳周概率。

二、考核要求

（一）環路噪聲相位模型

1、識記：（1）噪聲與干擾的來源；（2）分析有噪聲環路的方法。 2、領會：（1）環路存在噪聲時的相位數學模型（僅含輸入噪聲及僅含VCO噪聲兩種情況）。

（二）環路對輸入白高斯噪聲的線性過濾特性

1、識記：（1）環路的噪聲帶寬BL；（2）環路的信噪比。 2、領會：（1）僅含輸入噪聲的相位數學模型；（2）環路輸出噪聲相位方差；（3）環路的噪聲帶寬BL的含義；（4）環路對輸入噪聲的過濾特性。 3、應用：（1）環路噪聲帶寬的計算；（2）環路信噪比的計算。

（三）環路對壓控振蕩器相位噪聲的線性過濾

1、領會：（1）僅含VCO噪聲的相位數學模型；（2）環路對VCO噪聲的過濾特性。

（四）環路跳周與門限

1、識記：（1）跳周的概念；（2）環路噪聲門限。 2、領會：（1）平均跳周時間及其計算；（2）跳周概率的含義及其計算。 第四章 環路捕獲性能 一、考核知識點

（一）捕獲的概念及捕獲過程； （二）環路捕獲的性能參數（捕獲帶、捕獲時間）； （三）輔助捕獲的方法。

二、考核要求

（一）捕獲的基本概念

1、識記：（1）捕獲的概念；（2）頻率捕獲；（3）相位捕獲；（4）自捕獲；（5）輔助捕獲；（6）研究捕獲過程的常用方法。

（二）捕獲過程與捕獲特性

2、領會：（1）捕獲過程；（2）捕獲過程的特性。

（三）捕獲帶與捕獲時間

1、識記：（1）捕獲帶；（2）快捕帶；（3）頻率捕獲時間；（4）快捕時間（相位捕獲時間）。 2、領會：（1）二階環的捕獲帶與捕獲時間計算。

（四）輔助捕獲方法

1、識記：（1）輔助捕獲的作用；（2）輔助捕獲的基本出發點。 2、領會：（1）輔助捕獲的方法；（2）輔助捕獲的原理（輔助鑒頻、變帶寬、變增益）。

第五章 集成鎖相環路 一、考核知識點

（一）集成鎖相環路的分類及特點； （二）數字式鑒頻鑒相器的工作原理； （三）數字壓控振蕩器的工作原理； （四）集成頻率合成器的工作原理。

二、考核要求

（一）集成鑒相器

1、識記：（1）集成鑒相器的類型。 2、領會：（1）模擬乘法器鑒相器的工作原理及鑒相特性； （2）門鑒相器的工作原理及鑒相特性；（3）數字式鑒頻鑒相器的基本組成；（4）數字式鑒頻鑒相器的工作原理；（5）數字式鑒頻鑒相器的鑒相特性與鑒頻特性。

（二）集成壓控振蕩器

1、識記：（1）常用的集成壓控振蕩器類型。 2、領會：（1）LC負陰型壓控振蕩器的工作原理；（2）數字門電路型壓控振蕩器的工作原理。

（三）通用單片集成鎖相環

1、識記：（1）NE560、NE562的組成與特性；（2）XR-215的組成與特性；（3）L564的組成與特性；（4）NE567的組成與特性；（5）5G4046的組成與特性。

（四）集成頻率合成器

1、識記：（1）集成頻率合成順的主要部件；（2）MC145106的內部組成；（3）MC145145的內部組成；（4）MC145152的內部組成。 2、領會：（1）MC145106組成的組合式集成頻率合成器框圖及工作原理。 第六章 鎖相環路的應用

一、考核知識點

（一）鎖相環路的特性及含義； （二）典型的鎖相環路應用； （三）跟蹤濾波器； （四）調制與解調； （五）頻率合成。

二、考核要求

（一）跟蹤濾波器

1、識記：（1）跟蹤濾波器。 2、領會：（1）跟蹤濾波器的跟蹤特性；（2）跟蹤濾波器頻率特性。 3、應用：（1）相干解調的概念。

（二）調制器與解調器

1、識記：（1）帶載波的雙邊帶調幅信號DSB-AM；（2）抑制載波的單邊帶調輻信號SSB-AM；（3）殘留邊帶的調幅信號VSB-AM；（4）抑制載波的雙邊帶調幅信號；（5）調頻信號；（6）調相信號；（7）頻移鍵控FSK；（8）相移鍵控PSK。 2、領會：（1）AM同步解調的工作原理；（2）調頻信號與調相信號的相互轉換；（3）調頻信號解調的工作原理。 3、應用：（1）幾種FM解調器電路；（2）FSK解調的應用。

（三）頻率合成

1、識記：（1）頻率合成的定義；（2）頻率合成的三種方法、工作原理及特點。 2、領會：（1）雙模分頻鎖相合成器的工作原理、特點及分頻比的計算；（2）四模分頻鎖相合成器的工作原理及分頻比的計算；（3）小數分頻頻率合成器的工作原理及特點。 3、應用：（1）頻率合成器實例及輸出頻率計算；（2）雙環鎖相頻率合成器的輸出頻率計算。

（四）載波同步

1、識記：（1）相干載波；（2）提取相干載波的方法：插入導頻法、直接提取法。 2、領會：（1）平方環的工作原理、作用、特點；（2）同相正交環的工作原理。

（五）位同步

1、識記：（1）位同步的概念；（2）外同步法；（3）自同步法。 2、應用：（1）幾種典型的位同步模擬環。

（六）FM立體聲解碼

1、識記：（1）FM立體聲信號；（2）FM立體聲解碼器的組成。 2、領會：（1）FM立體聲解碼器的工作過程。

（七）電動機轉速控制

1、領會：（1）鎖相電機控制的工作原理；（2）鎖相電機控制系統的工作模型。

（八）鎖相接收機

1、識記：（1）鎖相接收機的一般過程。 2、領會：（1）鎖相接收機的工作原理。

（九）其他應用

1、領會：（1）鎖相移相器及其工作原理。 第七章 數字鎖相環

一、考核知識點

（一）全數字環路的一般組成、分類。 （二）數字環路典型部件的組成與工作原理。

二、考核要求

（一）全數字環路及其應用

1、識記：（1）全數字鎖相環的概念；（2）全數字鎖相環的一般組成。 2、領會：（1）全數字鎖相環的分類與工作原理（觸發器型數字鎖相環FF-DPLL、奈奎斯行型數字鎖相環NR-DPLL、過零檢測式數字鎖相環ZC-DPLL、超前滯后型數字鎖相環LL-DPLL）；（2）四種數字鑒相器及工作原理；（3）數字濾波器的一般構成及其工作原理；（4）數字壓控振蕩器（DCO）的基本組成及其工作原理。 3、應用：（1）單片集成全數字鎖相環74LS297的結構；（2）74LS297構成的FSK解調器應用。

Ⅲ、有關說明和實施要求

為了使本大綱的規定有個人自學、社會助學和考試命題中得到貫徹和落實，針對有關問題說明如下，并進而提出實施要求。

一、關于考核目標的說明

為了使考核內容具體化和考試要求標準化，本大綱在列出考試內容的基礎上，對各章規定了考核目標，使自學應考者能夠進一步明確考試內容和要求，更有目的地系統學習教材。使社會助學者能夠更全面地、有針對性地分層次進行輔導。使考試命題者能夠更加明確命題范圍，更準確地安排試題的知識能力層次的難易度。

本大綱在考核目標中，按照識記、領會、應用三個層次規定其應達到的能力層次要求。三個能力層次是遞進等級關系。各能力層次的含義是：

識記：能知道有關的名稱、概念、知識的意義，并能正確地認識和表達。

領會：在識記的基礎上，能全面地把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有關概念、原理、方法的區別與聯系，并能夠在實際應用中理解和領會。

應用：在識記和領會的基礎上，能對問題進行正確的闡述和分析，能運用所學的知識理解和分析實際問題。

二、關于自學教材和參考資料

鎖相技術考試全省統一命題制定使用的教材是：《鎖相技術》，張厥盛等編，西安電子科技大學出版社，1994年。

參考資料：《鎖相與頻率合成技術》，仇忠善、張冠北編，電子工業出版社，1986年出版。

《集成鎖相環路——原理、特性、應用》，萬心平、張厥盛編著，人民郵電出版社，1990年出版。

《鎖相環頻率合成器》，張厥盛、張會寧、邢靜編，電子工業出版社，1997年出版。

三、自學方法指導

1、在全面系統學習的基礎上掌握基本概念、基本知識、基本方法和技巧。本課程內容涉及鎖相技術及其應用的各個方面，知識、范圍比較廣泛，全書是一個整體，各章又有相對獨立性。自學者應首先全面系統地學習各章，深刻領會鎖相技術的理論；其次，應當識記鎖相技術中的基本概念、基本知識、基本方法和技巧，同時注意各章之間的聯系，然后，在全面系統的基礎上掌握重點，有目的地深入學習重點章節，但切忌在沒有了解全貌的情況下孤立地去抓重點，押題目。

2、要把概念、原理、方法與實際應用結合起來學習，自學應考者應該懂得，鎖相技術是理論性與工程性都很強的一門課程，在學習中切忌死記硬北，而應當把課程內容與實際應用聯系起來，加深領會教材內容，進而在實際工作中能夠靈活運用。

3、在理解概念和原理的基礎上，認真學習教材中的命題，做好每一章的習題，舉一反三，在解題過程中，領會含義，理解概念。這時加深對教材內容的理解很有幫助。

四、對社會助學的要求

1、社會懸賞者應根據本大綱規定的考試內容和考核目標，認真鉆研指定的教材，明確鎖相技術課程的特點和學習要求，對自學應考者進行有效的輔導，引導他們防止自學中的各種偏向，把握社會助學的正確方向。

2、要正確處理基本知識和應用能力的關系，努力引導自學應考者將識記、領會同就用聯系起來，把基本知識轉化為實際工作能力。

3、要正確處理重點一般的關系。課程內容有重點與一般之分，但考試內容是全面的，而且重點與一般是相互影響的，不是截然分開的。社會助學者就指導自學方興未艾考者全面系統地學習教材，掌握全部考試內容和考核知識點，在此基礎上再突出重點。總之，要把重點學習同兼顧一般結合起來，切勿孤立地抓重點，把自學習應考者引向猜題押題。

五、關于命題考試的若干要求

1、本課程的命題考試，應根據本大綱所規定的考試內容和考試目標來確定范圍和考核要求，不要任意擴大和縮小考試范圍，提高或降低考核要求。考試命題覆蓋到各章，并適當突出重點章節，體現本課程的重點內容。

2、試題要合理安排難度結構。試題難易度可分為易、較易、較難、難四個等級。每份試卷中，不同難易試題的分數比例一般為：易占20%，較易占30%，較難占30%，難占20%。必須注意，試題的難易度與能力層次不是一個概念，在各能力層次中都會存在不同難度的問題，切勿混淆。

3、本課程考試試卷可能采用的題型有：選擇題、判斷題、填充題、簡答題和綜合題（包含計算題）。各種題型的具體樣式參見本大綱附錄。附錄

題型舉例

一、選擇題

1、對鎖相環路起作用的是：（ ） ①輸入瞬時相位；②輸入信號頻率；③輸入信號幅度

2、不論采用何種濾波器的二階環路其閉環頻率響應具有：（ ） ①高通特性；②低通特性；③帶通特性

二、判斷題（正確的打+，不正確的打-）

1、鎖相環路是實現信號相位自動控制的系統。（ ）

2、全數字鎖相環一般由數字鑒相器、RC積分濾波器、數字壓控振蕩器構成。（ ）

三、填充題

1、鎖相環路的頻率響應含義為：________________。

2、輔助捕獲的方法有：________、________、________、________等。

3、采用單環鎖相頻率合成器，其輸入其準頻率fi=100kHz，程序分頻器分頻比為1234，則環路鎖定時輸出信號頻率為________________。

四、簡答題

1、試述T4044數字鑒頻鑒相器的鑒相工作原理。

2、相對于輸入信號而言，鎖相環路為何等效為一個帶通濾波器？它于一般的帶通濾波器有何不同？

五、綜合題

1、已知一階環的Ud＝2V，Ko=15kHz/v,ωo/2π=2MHz。問當輸入頻率分別為1.98MHz和2.04MHz的載波信號時，環路能否鎖定？穩定相差多大？

2、采用有源比例積分濾波器的窄帶載波跟蹤環路，其環路噪聲帶寬BL=18Hz，τ1=2630s，τ2=0.0834s，試確定： （1）環路阻尼系數ζ與環路自然角頻率ωn； （2）環路增益K； （3）如選擇電容C=0.33μF,確定R1，R2。