鎖相環集成電路原理和應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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曾慶貴 著

圖書標籤:

• 鎖相環
• PLL
• 集成電路
• 模擬電路
• 射頻電路
• 通信係統
• 信號處理
• 電子工程
• 微電子學
• 相位噪聲

齣版社： 上海科學技術齣版社

ISBN：9787547809761

版次：1

商品編碼：10922163

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2012-02-01

用紙：膠版紙

頁數：246

字數：390000

正文語種：中文

內容簡介

鎖相環是一種使輸齣信號與基準信號在頻率和相位上保持同步的電路單元。這種獨特的性能使鎖相環在頻率調製和解調、頻率閤成和倍增、頻率鑒彆、音調譯碼、數據同步、電壓／頻率轉換、電動機控製等領域獲得廣泛的應用。但是，鎖相環的應用隻有實現集成化之後纔更加普及和方便。
《鎖相環集成電路原理和應用》介紹國內外流行且廣泛應用的幾種鎖相環集成電路，它們由CMOS、高速CMOS或雙極工藝製成，分彆具有微功耗、高綫性壓控振蕩器和高速度等特點。在闡述每一種鎖相環集成電路的工作原理和特性後，再介紹它的應用實例，內容豐富、實用性強.既有單元應用電路，也有綜閤應用實例，使讀者從中得到啓發和藉鑒。
全書共分6章：第1章概述，第2章CMOS微功耗鎖相環4046，第3章CMOS相位比較器TC5081，第4章高速CMOS鎖相環74HC/HCT4046，第5章全數字鎖相環74HC/HCI297，第6章雙極鎖相環集成電路。
《鎖相環集成電路原理和應用》適閤對鎖相環集成電路有興趣的讀者閱讀，也可供大專院校電子和通信等專業的學生參考。

目錄

第1章 概述
1.1 鎖相環原理簡介
1.1.1 鎖相環的組成
1.1.2 鎖相環的發展和應用
1.2 鎖相環集成電路分類

第2章 CMOS微功耗鎖相環4046
2.1 工作原理
2.2 電參數
2.3 應用實例

第3章 CMOS相位比較器TC5081
3.1 TC5081
3.1.1 工作原理
3.1.2 電參數
3.2 TC5082和TC9122簡介
3.2.1 TC5082
3.2.2 TC9122
3.3 應用實例

第4章 高速CMOS鎖相環74HC／HCT4046
4.1 工作原理
4.1.1 壓控振蕩器（VCO）
4.1.2 相位比較器
4.2 電參數
4.2.1 74HC型集成電路的電參數
4.2.2 74HCT型集成電路的電參數
4.3 應用實例

第5章 全數字鎖相環74HC／HCT297
5.1 工作原理
5.1.1 鑒相器
5.1.2 ÷K計數器
5.1.3 增／減（I／D）電路
5.1.4 完整的DPLL
5.1.5 電參數
5.2 DPLL的應用實例

第6章 雙極鎖相環集成電路
6.1 鎖相環NE／SE564
6.1.1 工作原理
6.1.2 電參數
6.1.3 應用實例
6.2 通用單片鎖相環NE/SE565
6.2.1 工作原理
6.2.2 電參數
6.2.3 應用實例
6.3 通用函數發生器NE／SE566
6.3.1 工作原理
6.3.2 電參數
6.3.3 應用實例
6.4 音頻譯碼器／鎖相環NE／SE567
6.4.1 工作原理
6.4.2 電參數
6.4.3 應用實例
參考文獻

前言/序言

《鎖相環集成電路原理與應用》 一、 概述 鎖相環（Phase-Locked Loop, PLL）作為一種重要的電子係統，憑藉其在信號同步、頻率閤成、調製解調等方麵的齣色錶現，已成為現代電子技術不可或缺的組成部分。從通信係統到消費電子，從工業控製到科學儀器，PLL 的身影無處不在。本書旨在係統性地闡述鎖相環集成電路的核心原理、關鍵技術以及在不同領域的廣泛應用，為讀者提供一個全麵而深入的認知框架。我們將從 PLL 的基本構成入手，逐步深入到其工作機製、設計考量以及在高復雜度集成電路中的實現方式。 二、PLL 的基本構成與原理 鎖相環的基本閉環係統由三個核心模塊組成：鑒相器（Phase Detector, PD）、環路濾波器（Loop Filter, LF）和壓控振蕩器（Voltage-Controlled Oscillator, VCO）。 1. 鑒相器 (Phase Detector, PD)： 鑒相器的主要功能是將輸入參考信號（Reference Signal）與壓控振蕩器輸齣的反饋信號（Feedback Signal）進行比較，生成一個與兩者相位差成正比的誤差電壓（Error Voltage）。誤差電壓的符號和大小直接反映瞭參考信號和反饋信號之間的相位關係。 原理：PD 的工作原理基於對兩個輸入信號的瞬時相位差異進行檢測。常見的鑒相器類型包括： 乘法型鑒相器 (Multiplier PD)：其輸齣信號與兩個輸入信號的乘積成正比。當兩個輸入信號的相位差較小時，輸齣信號近似綫性，適閤用於小相位差檢測。例如，平衡調製器（Balanced Modulator）是一種典型的乘法型鑒相器。 異或型鑒相器 (XOR PD)：適用於方波信號，其輸齣是兩個輸入信號異或（XOR）操作的結果。在信號相位差小於半個周期時，輸齣信號的占空比隨相位差變化，通過低通濾波可以得到與相位差成正比的直流分量。 邊沿觸發型鑒相器 (Edge-Triggered PD)：如電荷泵鑒相器（Charge-Pump PD, CP-PD）。CP-PD 通過在參考信號和反饋信號的邊沿觸發來控製電荷泵對電容充電或放電，從而生成一個與相位差成正比的脈衝序列，經過濾波後得到誤差電壓。這種鑒相器具有零死區（Zero Dead Zone）的特點，能夠提供更精確的相位鎖定，並且對參考信號的占空比不敏感。 性能指標：鑒相器的輸齣增益（Phase Detector Gain, Kp）是衡量其性能的關鍵參數，它錶示單位相位差産生的誤差電壓大小。Kp 越大，PLL 的動態響應越快。此外，鑒相器的綫性度、死區特性、輸齣信號的平均值等也是重要的考量因素。 2. 環路濾波器 (Loop Filter, LF)： 環路濾波器的作用是對鑒相器輸齣的誤差信號進行濾波，濾除高頻噪聲和不希望存在的雜散信號，同時決定 PLL 的動態特性，如鎖定速度、跟蹤精度和穩定性。 原理：環路濾波器通常是一個低通濾波器（Low-Pass Filter, LPF），其傳遞函數決定瞭 PLL 的閉環頻率響應。常見的濾波器類型包括： 一階濾波器：僅由一個電阻和一個電容構成，提供最簡單的濾波功能，但動態性能受限。 二階濾波器：由一個電阻、一個電容和一個串聯電阻或一個積分電容構成，能夠提供更好的頻率響應和穩定性。通常采用一個串聯電阻（R1）、一個並聯電容（C1）和一個串聯電容（C2）的結構，即所謂的“二階前饋濾波器”或“二階比例積分濾波器”。 高階濾波器：在需要更嚴格的濾波性能或更復雜的動態特性時，可以使用更高階的濾波器。 性能指標：環路濾波器的關鍵參數包括帶寬（Bandwidth）、阻尼因子（Damping Factor）和環路增益（Loop Gain）。濾波器的帶寬決定瞭 PLL 能夠跟蹤的頻率變化範圍，阻尼因子則影響 PLL 係統的穩定性。 3. 壓控振蕩器 (Voltage-Controlled Oscillator, VCO)： 壓控振蕩器是 PLL 的核心頻率生成單元。其輸齣頻率由輸入到其控製端的控製電壓（Error Voltage）決定。 原理：VCO 的工作原理是利用電子元件（如電感、電容、二極管、晶體管）的電特性對振蕩頻率進行電壓控製。常見的 VCO 實現技術包括： LC 振蕩器：利用電感（L）和電容（C）組成的諧振迴路來確定振蕩頻率，通過改變電容或電感的電特性來實現頻率的電壓控製。 RC 振蕩器：利用電阻（R）和電容（C）組成的充放電迴路來産生振蕩，通過改變電阻或電容的值來控製頻率。 環形振蕩器 (Ring Oscillator)：由串聯的奇數個反相器組成，其振蕩頻率與反相器的延遲成反比，通過改變反相器的驅動電流或閾值電壓來控製頻率。 LC 振蕩器（特彆是LC Tank Circuit）：在集成電路中，LC 振蕩器常用於高頻應用，其頻率由諧振迴路中的電感和電容決定。壓控電容（Varactor）是實現 LC 振蕩器頻率電壓控製的關鍵元件。 壓控振蕩器（Voltage-Controlled Oscillator, VCO）：VCO 的核心是其壓控核心，通過改變輸入電壓來改變振蕩器的輸齣頻率。 性能指標：VCO 的主要性能指標包括： 壓控增益 (Voltage-to-Frequency Conversion Gain, Kvco)：錶示輸入控製電壓變化單位量時，輸齣頻率的變化量。Kvco 越大，VCO 對控製電壓越敏感，PLL 的跟蹤速度越快。 調諧範圍 (Tuning Range)：VCO 能夠輸齣頻率的範圍。 相位噪聲 (Phase Noise)：VCO 輸齣信號的頻譜純度，是衡量 PLL 性能的重要指標。低相位噪聲對於通信和測量係統至關重要。 功耗 (Power Consumption)：VCO 是 PLL 中功耗較大的部分，在便攜式設備中尤為重要。 啓動特性 (Startup Characteristics)：VCO 能夠快速、穩定地啓動振蕩的能力。 三、 PLL 的工作過程與動態特性 鎖相環的工作過程是一個反饋控製過程，其目標是使壓控振蕩器的輸齣信號與輸入參考信號在頻率和相位上同步。 1. 捕獲 (Capture)： 當 PLL 首次通電或輸入信號發生較大變化時，PLL 處於捕獲狀態。此時，鑒相器輸齣的誤差電壓會驅動 VCO 的頻率朝著參考信號的頻率調整。如果參考信號頻率在 PLL 的捕獲範圍內（Capture Range），VCO 的頻率會逐漸接近參考信號頻率，直至達到鎖定狀態。捕獲過程的快慢取決於鑒相器的類型、環路濾波器的帶寬以及 VCO 的壓控增益。 2. 鎖定 (Lock)： 當 PLL 進入鎖定狀態後，VCO 的輸齣信號頻率與參考信號頻率嚴格相等（或存在一個固定的頻率差，如用於頻率閤成），並且相位差保持在一個很小的、恒定的值。此時，鑒相器輸齣的誤差電壓不再是零，而是維持 VCO 在參考信號頻率附近穩定工作所需的微小控製電壓。 3. 跟蹤 (Tracking)： 在鎖定狀態下，即使參考信號的頻率發生微小的變化，PLL 也能通過誤差電壓的變化來跟蹤這種變化，使 VCO 的輸齣頻率始終與參考信號保持同步。PLL 能夠跟蹤的最大頻率變化速率由 PLL 的帶寬決定。 4. 動態特性分析： PLL 的動態特性主要由閉環傳遞函數來描述。閉環傳遞函數錶徵瞭 PLL 對輸入信號變化的響應能力，包括其瞬態響應和穩態響應。 瞬態響應：描述瞭 PLL 在輸入信號發生階躍變化時，輸齣信號達到穩定狀態所需的時間和過程，如超調量、沉降時間等。 穩態響應：描述瞭 PLL 在輸入信號持續變化或存在噪聲時，輸齣信號與輸入信號的跟蹤誤差。 穩定性：PLL 的穩定性是關鍵的設計考量。不穩定的 PLL 會導緻振蕩或無法鎖定。阻尼因子是判斷 PLL 穩定性的重要參數。 四、 PLL 集成電路的設計與實現 在現代集成電路設計中，PLL 的實現需要考慮諸多因素，包括器件模型、噪聲、功耗、集成度以及版圖設計等。 1. 器件模型與建模： 準確的器件模型對於 PLL 的仿真和設計至關重要。例如，VCO 的非綫性特性、鑒相器的寄生效應、環路濾波器的非理想性等都需要在模型中得到體現。 2. 噪聲分析： PLL 係統中的噪聲源主要包括： VCO 相位噪聲：這是 PLL 輸齣信號最主要的噪聲來源，對通信係統的誤碼率和測量係統的精度有顯著影響。 鑒相器噪聲：如量化噪聲（Quantization Noise）和隨機時鍾抖動（Random Clock Jitter）。 電源噪聲：電源的紋波和瞬態變化會耦閤到 PLL 各個模塊，影響其性能。 襯底噪聲：在高度集成的芯片中，不同模塊産生的襯底噪聲可能會相互影響。 3. 功耗優化： 在低功耗應用中，VCO 的功耗是設計的重點。通過優化 VCO 結構、采用低壓工作技術等方式來降低功耗。 4. 集成度與小型化： 隨著集成電路工藝的進步，PLL 模塊的集成度越來越高，能夠集成更多的功能，並實現更小的尺寸。 5. 版圖設計： PLL 的版圖設計對性能影響很大，尤其是在高頻設計中。需要考慮信號的串擾、寄生電容和電感、電源和地綫的阻抗等。 五、 PLL 的實際應用 鎖相環技術在眾多領域發揮著核心作用，以下列舉一些典型的應用場景： 1. 頻率閤成 (Frequency Synthesis)： PLL 是頻率閤成器的核心。通過改變分頻比，可以從一個高穩定度的參考頻率源産生齣各種所需的輸齣頻率，廣泛應用於無綫通信基站、手機、雷達係統等。 2. 時鍾恢復 (Clock Recovery)： 在串行通信係統中，接收到的數據流中可能沒有獨立的時鍾信號。PLL 可以從數據流中提取時鍾信號，從而實現數據的正確采樣和恢復。這對於高速數據通信、光通信等至關重要。 3. 時鍾同步 (Clock Synchronization)： 在多處理器係統、分布式係統等場閤，需要將各個處理單元的時鍾同步起來，以保證係統協同工作。PLL 可以用來同步不同時鍾域的時鍾信號。 4. 調製與解調 (Modulation and Demodulation)： FM 調製與解調：PLL 可以用於頻率調製（FM）信號的解調。當接收到的 FM 信號頻率變化時，PLL 的輸齣誤差電壓會隨之變化，該電壓即為解調齣的音頻信號。 PM 調製與解調：PLL 也可以用於相位調製（PM）信號的解調。 ASK/FSK 調製與解調：通過將 ASK/FSK 信號作為參考信號，PLL 可以實現相應的解調。 5. 抖動抑製 (Jitter Reduction)： PLL 具有一定的抖動抑製能力，可以將輸入信號的較大抖動通過濾波作用衰減，輸齣更純淨的時鍾信號。這在對時鍾抖動敏感的係統中非常有用。 6. 精密測量儀器： 在示波器、頻譜分析儀、頻率計等精密測量儀器中，PLL 被用於提供高精度、低噪聲的本地振蕩器信號，或者用於信號的同步和捕捉。 7. 消費電子産品： 在 DVD/CD 播放器、數字電視、計算機主闆等消費電子産品中，PLL 被用於時鍾生成、數據恢復、PLL 驅動的時鍾産生等。 六、 總結 本書對鎖相環集成電路的原理、設計與應用進行瞭詳盡的闡述。我們從 PLL 的基本構成模塊——鑒相器、環路濾波器和壓控振蕩器齣發，深入探討瞭它們的工作原理、性能指標以及在實際電路中的實現方式。進而，我們分析瞭 PLL 的動態特性，包括捕獲、鎖定和跟蹤過程，並討論瞭影響其穩定性和性能的關鍵因素。最後，本書詳細介紹瞭 PLL 在頻率閤成、時鍾恢復、調製解調等眾多領域的廣泛應用，展示瞭 PLL 技術在現代電子工程中的重要地位。通過對本書的學習，讀者將能夠建立起對鎖相環集成電路係統全麵的理解，並能夠將其應用於實際的電路設計和問題解決中。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的整體感受是，它似乎更側重於對鎖相環集成電路（PLL）的“應用”層麵進行泛泛而談，而對於“原理”部分的講解卻顯得有些捉襟見肘。在討論諸如PLL在通信係統中的應用時，作者會列舉一些經典的案例，比如頻率閤成、時鍾恢復等，並簡要說明PLL在其中扮演的角色。然而，當涉及到這些應用是如何通過PLL的內部機製實現的，例如，在頻率閤成中，PLL是如何通過改變控製電壓來精確定位目標頻率，以及其內在的相位噪聲抑製機製為何，書中往往隻是點到為止，缺乏深入的解析。我希望能看到更詳細的關於VCO調諧麯綫的特性分析，或者環路濾波器如何權衡鎖定速度和抖動抑製的摺衷。此外，關於實際集成電路設計中會遇到的各種挑戰，例如電源紋波對PLL性能的影響，或者布局布綫對信號完整性的考量，書中也幾乎沒有提及。感覺這本書的篇幅更多地被各種應用場景的描述所占據，而核心的電路設計理念和關鍵參數的權衡則被一筆帶過，未能提供足夠的深度和廣度來幫助我真正掌握PLL的精髓。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，這本書對我來說，更多地像是一本“設計指南”，而非“原理教科書”。它列舉瞭許多鎖相環集成電路（PLL）在不同場景下的設計考量，比如在高速串行接口中如何選擇閤適的PLL來滿足低抖動要求，或者在低功耗設計中需要注意哪些參數的優化。書中確實提供瞭一些實用的設計流程和經驗法則，例如，如何根據信號帶寬和目標鎖定時間來初步確定環路濾波器的帶寬，以及如何評估壓控振蕩器（VCO）的相位噪聲性能。但問題在於，這些“經驗法則”往往沒有給齣清晰的理論依據，我很難理解為什麼特定的數值或設計方法會産生預期的效果。例如，書中提到在設計鎖相環路濾波器時，需要考慮“Q值”，但並沒有詳細解釋Q值與濾波器的頻率響應以及PLL整體穩定性的具體關聯。對於初學者來說，這種“知其然，不知其所以然”的學習方式是相當令人沮喪的。我更希望能夠看到對PLL基本單元（如鑒相器、電荷泵、VCO、低通濾波器）的深入數學建模和分析，理解它們各自的傳遞函數和動態特性，從而能夠從根本上掌握PLL的設計。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容對我來說實在太過晦澀難懂瞭。我本以為能夠通過它來深入瞭解鎖相環集成電路（PLL）的核心工作原理，結果發現書中充斥著大量我無法理解的數學公式和專業術語，像是直接跳過瞭基礎概念，直奔高階理論。比如，關於壓控振蕩器（VCO）的建模部分，作者似乎默認讀者已經具備瞭紮實的半導體物理和電路分析知識，直接給齣瞭復雜的微分方程，卻沒有給齣推導過程，也沒有深入淺齣地解釋這些方程的物理意義。對於像我這樣需要從頭學起的讀者來說，這無疑是巨大的障礙。我嘗試去理解其中關於環路濾波器的設計，但書中的分析僅限於理想情況，對於實際電路中元器件的非綫性效應、噪聲影響等關鍵因素的討論卻少之又少。總而言之，這本書更像是為已經有一定PLL基礎的工程師準備的參考資料，而非適閤初學者入門的教材。我期待的是能夠一步步搭建起對PLL的認知，但這本書的呈現方式讓我感到無所適從，仿佛置身於一片知識的迷霧之中，找不到前進的方嚮。

評分☆☆☆☆☆

這本書在描述鎖相環集成電路（PLL）的“應用”時，顯得頗為宏大而寬泛，但卻在“原理”的深度上有所欠缺。作者列舉瞭PLL在無綫通信、數據采集、時鍾生成等多個領域的應用場景，並簡要提及瞭PLL在其中扮演的關鍵角色，例如在頻率閤成中的作用，或者在時鍾恢復中的重要性。然而，當讀者試圖深入瞭解這些應用是如何通過PLL的內部機製實現的，或者PLL的哪些特性是實現這些功能的核心時，書中提供的解釋就顯得不夠具體和深入瞭。例如，在介紹PLL如何實現高精度頻率閤成時，作者可能隻提及瞭“通過控製VCO的輸齣頻率”，但並未詳細闡述VCO的調諧特性、壓控電容的非綫性如何影響精度，以及數字分頻器在頻率選擇中的作用。同樣，在討論PLL的低抖動特性時，也隻是簡單地說“通過環路濾波器抑製噪聲”，但並未深入分析不同濾波器拓撲的噪聲抑製能力，以及其對PLL鎖定時間和穩定性的影響。這種“隻知其一，不知其二”的講解方式，使得讀者在理解PLL的實際工作原理時，始終隔著一層紗，難以真正觸及到其核心的電路設計思想和工程實踐。

評分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的過程，讓我深感其內容組織略顯混亂，缺乏一個清晰的學習脈絡。書的前半部分似乎在鋪墊鎖相環集成電路（PLL）的一些基礎概念，但隨後又迅速跳躍到瞭一些非常具體的應用實例，中間缺少瞭將概念與應用有效連接的橋梁。例如，在介紹瞭鑒相器（Phase Detector）的基本原理後，並沒有立刻深入分析不同類型的鑒相器（如電荷泵鑒相器、模擬鑒相器）在實際電路中的具體實現細節和優缺點，而是直接轉嚮瞭某個通信係統中使用PLL的案例。這使得我很難將所學到的理論知識應用到對案例的理解上。此外，書中對於參數的解釋也顯得不夠係統，例如，在討論PLL的鎖定範圍和跟蹤範圍時，並沒有清晰地給齣它們之間的關係以及影響因素，這讓我對這兩個關鍵參數的理解産生瞭混淆。總的來說，這本書更像是一個知識點的堆砌，而非一個結構化的學習體係，讓我難以形成對PLL的整體認知和掌握。

評分☆☆☆☆☆

京東服務越來越差瞭

評分☆☆☆☆☆

差評

評分☆☆☆☆☆

專講鎖相環，實用的好書

評分☆☆☆☆☆

京東服務越來越差瞭

評分☆☆☆☆☆

專講鎖相環，實用的好書

評分☆☆☆☆☆

內容粗獷豪放 但願能夠得到進一步鞏固

評分☆☆☆☆☆

京東服務越來越差瞭

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京東服務越來越差瞭

評分☆☆☆☆☆

內容粗獷豪放 但願能夠得到進一步鞏固