环路滤波器

什么是环路滤波器

环路滤波器其实是滤波器中的一种类型，是跳频源工作原理中的其中一模块。因为这种滤波器使用在环路中，因此得名环路滤波器。它是PLL(锁相环)电路中的重要组成部分,要了解它必须先要对PLL的原理有一定了解。具有以下两种作用的低通滤波器：在鉴相器的输出端衰减高频误差分量，以提高抗干扰性能；在环路跳出锁定状态时，提高环路以短期存储，并迅速恢复信号。

环路滤波器设计


图1环路滤波器

锁相倍频源的核心部分是环路滤波器的设计，因为环路滤波器的传输函数直接决定了整个环路的传输函数。从而在很大程度上决定了环路的噪声性能、稳定性、捕获和跟踪性能等。Q3236需要外接环路滤波器和压控振荡器才能构成一个完整的频率综合器。
   
常用的环路滤波器是一个线性低通滤波器，它可以滤除误差电压中的高频分量和噪声。常用的有RC积分滤波器、无源比例积分滤波器和有源比例积分滤波器。由传递函数可知，有源比例积分滤波器具有两个独立可调整的参数，并且具有滞后一超前特性，有利于环路稳定，于是本设计利用低噪声运放OP27及R，C元件组成一阶有源比例低通滤波器实现，主要参数是环路带宽和相位裕量等。
   
(1)环路滤波器环路带宽
   
环路带宽(Fn)是指开环传递函数幅度等于1时的频率，是环路滤波器设计的关键指标。如果锁相环的抖动主要由外部信号噪声引起，那么环路带宽应该越窄越好，这样可以抑制外部信号噪声，尤其是参考信号中的噪声；如果需要有效抑制压控振荡器的噪声，并且获得良好的跟踪和捕获性能，环路带宽应越宽越好。需要折中考虑，环路带宽一般取跳频间隔的1／60，鉴相器跳频间隔7 MHz，所以Fn=100 kHz，硬件调试时可以根据需要调整。
   
(2)环路滤波器相位裕量
   
相位裕量(φc)是指在开环传递函数幅度等于1时的相位相加180°的和。它与系统稳定性有关，相位裕量选择越低，系统越不稳定，相位裕量选择越大，系统越稳定，但系统的阻尼振荡越小，即以增加锁定时间为代价。要考虑适合的相位裕量，一般是40～55°之间，最优选相位裕量φc=45°。
   
为了将环路性能调到最佳，R1／2和电阻R2可选用相应阻值的电位器。环路滤波器电路图如图3所示。采用频率补偿技术，在放大器外部增加一个补偿极点，由R1，Cc组成低通实现，在保证一定增益裕度或相位裕度的前提下获得较大的环路增益。电阻R1分开成两个R1／2，避免相位检测出现电压偏差。