锁相环电路
什么是电子电路中的锁相环及其应用
什么是电子电路中的锁相环及其应用电子电路中的锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种广泛应用的反馈控制电路，用于将输入信号的相位与频率与参考信号的相位与频率同步，从而实现信号的稳定性和精确性。
锁相环在通信、计算机、音频处理等领域都有重要的应用。
一、锁相环的工作原理锁相环主要由相位比较器（Phase Detector）、环形数字控制振荡器（VCO）和低通滤波器（LPF）组成。
相位比较器用来比较输入信号和参考信号的相位差，输出一个宽度等于相位差的脉冲信号。
VCO根据相位比较器输出的脉冲信号的宽度和方向来调节输出频率，使其与参考信号的频率和相位同步。
LPF用来滤除VCO输出信号中的高频成分，保证输出的稳定性。
二、锁相环的应用1. 通信领域：在数字通信系统中，锁相环被广泛应用于时钟恢复、时钟生成和时钟变换等方面。
通过锁相环可以实现对时钟信号的稳定传输，提高通信系统的可靠性和容错性。
2. 音频处理：在音频设备中，锁相环被用于时钟同步和抖动消除。
通过锁相环可以实现音频数据的同步传输和精确抖动控制，提高音质和信号稳定性。
3. 数字系统：在数字系统中，锁相环可用于时钟恢复、频率合成和位钟提取等方面。
通过锁相环可以实现对时钟信号的稳定提取和精确合成，确保系统的可靠运行。
4. 频率调制与解调：在调制与解调系统中，锁相环被应用于频偏补偿和相位同步。
通过锁相环可以实现对信号频偏和相位偏移的补偿，保证调制与解调的准确性和稳定性。
5. 频谱分析：锁相环还可以应用于频谱分析仪中，通过锁相环可以实现频率分析的准确性、稳定性和精确性。
三、锁相环的特点1. 稳定性：锁相环可以通过调整VCO的输出频率来实现输入信号和参考信号的同步，从而提高信号的稳定性。
2. 精确性：锁相环可以通过精确的相位比较和频率调节，实现对信号相位和频率的精确控制，提高信号处理的准确性。
3. 自适应性：锁相环可以根据输入信号和参考信号的变化自动调节，适应不同输入条件下的信号同步要求。
锁相环电路设计
锁相环的原理2007-01-23 00:241．锁相环的基本组成许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与部的振荡信号同步，利用锁相环路就可以实现这个目的。
锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PLL）。
锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路部振荡信号的频率和相位。
因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。
锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。
锁相环通常由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成，锁相环组成的原理框图如图8-4-1所示。
锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成u D（t）电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压u C（t），对振荡器输出信号的频率实施控制。
2．锁相环的工作原理锁相环中的鉴相器通常由模拟乘法器组成，利用模拟乘法器组成的鉴相器电路如图8-4-2所示。
鉴相器的工作原理是：设外界输入的信号电压和压控振荡器输出的信号电压分别为：（8-4-1）（8-4-2）式中的ω0为压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频率，称为电路的固有振荡角频率。
则模拟乘法器的输出电压u D为：用低通滤波器LF将上式中的和频分量滤掉，剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压u C （t）。
即u C（t）为：（8-4-3）式中的ωi为输入信号的瞬时振荡角频率，θi（t）和θO（t）分别为输入信号和输出信号的瞬时位相，根据相量的关系可得瞬时频率和瞬时位相的关系为：即（8-4-4）则，瞬时相位差θd为（8-4-5）对两边求微分，可得频差的关系式为（8-4-6）上式等于零，说明锁相环进入相位锁定的状态，此时输出和输入信号的频率和相位保持恒定不变的状态，u c（t）为恒定值。
简述锁相环电路的关键指标
简述锁相环电路的关键指标锁相环（PLL）是一种电路系统，它以某个外部参考信号为基准，通过比较输出信号和输入信号的相位差，实现信号的同步和跟踪。
锁相环电路广泛应用于通信、计算机、控制系统等领域，其关键指标对于性能和稳定性具有重要意义。
锁相环电路的关键指标有以下几个方面：1. 频率稳定性：频率稳定性是指锁相环输出信号的频率与参考信号的频率之间的稳定性。
一般情况下，频率稳定性可以用频率偏差和频率漂移来描述。
频率偏差是指锁相环输出信号的实际频率与参考信号频率之间的偏离程度，频率漂移是指锁相环输出信号的频率随时间的变化趋势。
在实际应用中，频率稳定性通常是评价锁相环电路性能的重要指标，特别是在无线通信系统中，频率稳定性的好坏直接影响到系统的性能和覆盖范围。
2. 锁定时间：锁定时间是指锁相环从失锁状态到稳定锁定状态所需的时间。
在实际应用中，锁定时间也是锁相环性能的重要指标之一。
一般情况下，锁相环的锁定时间越短越好，因为锁定时间短意味着锁相环能够更快地跟踪和同步输入信号。
在快速变化的环境中，锁定时间短可以使锁相环更好地适应信号的变化，保持稳定的工作状态。
3. 相位噪声：相位噪声是指锁相环输出信号的相位随机扰动的程度。
通常情况下，相位噪声可以通过相位噪声密度来描述。
相位噪声对于一些高精度的应用来说是非常重要的，比如雷达、卫星导航等系统，因为相位噪声的存在会影响到系统的精度和测量精度。
4. 抑制比：抑制比是指锁相环输出信号与输入信号的比较结果的信噪比。
在实际应用中，抑制比是评价锁相环抑制噪声和干扰的重要指标之一。
抑制比越大，意味着锁相环对输入信号的跟踪能力和抗干扰能力越强。
除了以上几个关键指标之外，锁相环的带宽、稳定性、幅度恢复时间、输出电平等指标也是需要考虑的重要因素。
带宽是指锁相环对输入信号的跟踪范围，通常用于描述锁相环的跟踪速度和跟踪能力。
在很多应用中，锁相环的带宽需要根据具体的要求来调整，以满足不同的跟踪和同步要求。
锁相环电路设计
锁相环电路设计
锁相环电路是一种常见的电路设计，它可以用于信号的同步和频率的稳定。
锁相环电路的基本原理是将输入信号与参考信号进行比较，然后通过反馈控制来调整输出信号的相位和频率，使其与参考信号保持同步。
锁相环电路广泛应用于通信、雷达、测量等领域。
锁相环电路的基本组成部分包括相频检测器、环路滤波器、控制电压源和振荡器。
相频检测器用于将输入信号与参考信号进行比较，产生误差信号。
环路滤波器用于滤除误差信号中的高频成分，以保证系统的稳定性。
控制电压源根据误差信号的大小和方向来产生控制电压，用于调整振荡器的频率和相位。
振荡器则产生输出信号，其频率和相位受到控制电压的影响。
锁相环电路的设计需要考虑多个因素，如相频检测器的灵敏度、环路滤波器的带宽、控制电压源的响应速度等。
此外，还需要根据具体应用场景选择合适的振荡器类型和工作频率。
在实际应用中，锁相环电路的性能也受到环境温度、电源噪声等因素的影响，因此需要进行充分的测试和优化。
锁相环电路是一种重要的电路设计，它可以实现信号同步和频率稳定，广泛应用于通信、雷达、测量等领域。
在设计锁相环电路时，需要考虑多个因素，进行充分的测试和优化，以保证系统的性能和稳定性。
什么是锁相环电路？
什么是锁相环电路？一、锁相环电路的定义及原理锁相环电路是一种电子电路系统，通过不断调整输入信号与参考信号之间的差异，使得输出信号与参考信号同步的技术。
锁相环电路一般由相位检测器、低通滤波器、控制环节和输出环节组成。
其原理是利用反馈控制的方式，使得输出信号的相位与参考信号的相位保持一致。
锁相环电路在通信领域、测量仪器、音频处理等方面有着广泛的应用。
它能够消除信号传输过程中的相位误差，提高信号的稳定性和准确性。
二、锁相环电路的工作原理1. 相位检测器相位检测器是锁相环电路的核心部件之一，其作用是检测输入信号与参考信号之间的差异，并将差异信号转化为控制电压。
常见的相位检测器有边沿触发器、比较器和专用的数字相位检测器。
（1）边沿触发器：边沿触发器是一种简单实用的相位检测器，通过比较输入信号与参考信号的边沿差异来实现相位检测。
（2）比较器：比较器通过比较输入信号与参考信号的幅值大小来实现相位检测。
比较器常用于高频应用中。
（3）数字相位检测器：数字相位检测器通过将输入信号与参考信号转化为数字信号，并利用计算机算法来实现相位检测。
它具有高精度和稳定性的特点。
2. 低通滤波器低通滤波器用于消除相位检测器输出中的高频噪声，提取出有效的控制信号。
低通滤波器常用于锁相环电路的控制环节。
3. 控制环节控制环节通过获取低通滤波器输出的控制信号，并根据差异信号进行调节，使得输出信号的相位逐渐趋于参考信号的相位。
常用的控制方式有比例控制、积分控制和微分控制。
4. 输出环节输出环节将锁相环电路的输出信号转化为所需的形式，如模拟信号、脉冲信号或数字信号。
输出环节的设计对于锁相环电路的应用至关重要。
三、锁相环电路的应用1. 通信领域锁相环电路在通信领域中被广泛应用于时钟恢复、频率合成、时基稳定性控制以及数据调整等技术。
它可以提高通信系统的抗干扰能力和信号质量，保证数据的可靠传输。
2. 测量仪器锁相环电路在测量仪器中的应用主要体现在频率测量、相位测量和时间测量等方面。
(完整版)锁相环工作原理
基本组成和锁相环电路1、频率合成器电路频率合成器组成：频率合成器电路为本机收发电路的频率源，产生接收第一本机信号源和发射电路的发射信号源，发射信号源主要由锁相环和VCO电路直接产生。
如图3-4所示。
在现在的移动通信终端中，用于射频前端上下变频的本振源（LO），在射频电路中起着非常重要的作用。
本振源通常是由锁相环电路（Phase-Locked Loop）来实现。
2.锁相环：它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等技术领域3.锁相环基本原理：锁相环包含三个主要的部分:⑴鉴相器(或相位比较器,记为PD或PC):是完成相位比较的单元,用来比较输入信号和基准信号的之间的相位.它的输出电压正比于两个输入信号之相位差.⑵低通滤波器(LPF):是个线性电路,其作用是滤除鉴相器输出电压中的高频分量,起平滑滤波的作用.通常由电阻、电容或电感等组成，有时也包含运算放大器。
⑶压控振荡器（VCO）：振荡频率受控制电压控制的振荡器，而振荡频率与控制电压之间成线性关系。
在PLL中，压控振荡器实际上是把控制电压转换为相位。
1、压控振荡器的输出经过采集并分频；2、和基准信号同时输入鉴相器；3、鉴相器通过比较上述两个信号的频率差，然后输出一个直流脉冲电压；4、控制VCO，使它的频率改变；5、这样经过一个很短的时间，VCO 的输出就会稳定于某一期望值。
锁相环电路是一种相位负反馈系统。
一个完整的锁相环电路是由晶振、鉴相器、R分频器、N分频器、压控振荡器（VCO）、低通滤波器（LFP）构成，并留有数据控制接口。
锁相环电路的工作原理是：在控制接口对R分频器和N分频器完成参数配置后。
晶振产生的参考频率（Fref）经R分频后输入到鉴相器，同时VCO的输出频率（Fout）也经N分频后输入到鉴相器，鉴相器对这两个信号进行相位比较，将比较的相位差以电压或电流的方式输出，并通过LFP滤波，加到VCO的调制端，从而控制VCO的输出频率，使鉴相器两输入端的输入频率相等。
什么是电子电路中的锁相环
什么是电子电路中的锁相环电子电路中的锁相环是一种重要的时钟同步电路，它在许多应用中发挥着至关重要的作用。
本文将从锁相环的定义、原理、结构、应用以及一些相关的扩展知识等方面进行阐述。
一、锁相环的定义锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种以时钟信号为输入并输出与输入信号具有特定相位关系的电路。
它通过自调节的方式，能够将输出信号与参考信号保持在固定的相位差，从而实现信号同步。
二、锁相环的原理锁相环主要由相位比较器、低通滤波器、电压控制振荡器（Voltage Controlled Oscillator，简称VCO）和分频器等部分组成。
基本原理是：相位比较器通过比较输入信号与反馈信号之间的相位差来产生误差信号，误差信号经过低通滤波器后，经VCO调节，使得VCO的输出信号与输入信号相位差逐渐减小，最终实现同步。
三、锁相环的结构锁相环结构一般包括正反馈回路、控制环路和输出三个主要部分。
其中，正反馈回路通过反馈方式将锁相环的输出信号与输入信号进行比较，控制环路通过调节VCO的输入电压来实现相位同步，而输出则是通过合适的输出电路连接到需要的电子系统中。
四、锁相环的应用1. 时钟恢复：在数字通信中，锁相环广泛应用于时钟恢复电路，通过提取同步数据信号中的时钟信号来保证数据正确解调，并实现数据的精确定时。
2. 信号调制与解调：在无线通信、调频广播等领域，锁相环可用于信号调制与解调，提高信号传输质量。
3. 晶体振荡器（Crystal Oscillator，简称XO）稳定化：锁相环可以使XO的输出信号与参考信号同步，并通过VCO的调节来实现频率的稳定和精确定时。
4. 时钟分频与倍频：通过锁相环实现时钟信号的分频与倍频，可以为各种电子系统提供匹配的时钟信号。
五、锁相环的扩展知识1. 频率合成：锁相环可以通过控制VCO的输入电压来实现不同频率的合成输出。
2. 锁定范围与捕获范围：锁相环的锁定范围与捕获范围分别指的是它在输入信号频率发生变化时的稳定性能和锁定速度。
锁相环的基本组成
锁相环的基本组成锁相环（Phase Locked Loop，简称PLL）是一种常用的电子电路，用于频率合成、时钟同步和相位锁定等应用。
它由相频比较器、低通滤波器、电压控制振荡器（Voltage Controlled Oscillator，简称VCO）和分频器等基本组成部分构成。
锁相环通过不断调整VCO的频率，使其与参考信号的频率保持同步，从而实现相位和频率的锁定。
相频比较器是锁相环的核心部分之一。
它将参考信号和VCO输出的信号进行比较，并产生一个误差信号，表示两者之间的相位差。
低通滤波器用于去除误差信号中的高频成分，得到平滑的控制电压。
这个电压被送入VCO，通过改变VCO的频率来减小相位差。
通过不断调整VCO的频率，使其与参考信号的频率保持同步，最终实现相位锁定。
VCO是另一个重要的组成部分。
它根据输入的控制电压来调整输出信号的频率。
当控制电压增加时，VCO的频率也随之增加，相位差减小。
反之，当控制电压减小时，VCO的频率降低，相位差增大。
通过这样的反馈机制，VCO能够自动调整频率，使其与参考信号保持同步。
除了相频比较器、低通滤波器和VCO，锁相环还常常包含一个分频器。
分频器将VCO输出的信号进行分频，得到一个与参考信号频率相同或相倍的信号。
这个信号被送回相频比较器，与参考信号进行比较，从而实现闭环控制。
分频器的选择取决于具体应用的需求。
锁相环广泛应用于各种领域。
在通信系统中，锁相环用于时钟恢复、频率合成和时钟同步等关键任务。
在数字信号处理中，锁相环被用来实现数字时钟的生成和同步。
在模拟电路中，锁相环可以用来生成高稳定度的本地振荡信号，用于时序控制和频率合成。
锁相环的性能受到多个因素的影响。
首先是相频比较器的性能，它决定了锁相环的相位检测精度。
其次是低通滤波器的带宽，它决定了锁相环的跟踪速度和抑制高频噪声的能力。
此外，VCO的线性度和频率范围也会对锁相环的性能产生影响。
因此，在设计锁相环时，需要根据具体应用的要求，选择合适的元器件，并进行系统级的优化。
模拟电子技术基础 7.3锁相环路(PLL)PPT课件
LF
VCO
输入调频信号
输出解调信号
uＣ(t)
捕捉带 ＞ 输入调频信号的最大频偏
环路带宽＞输入调频信号中调制信号的频谱பைடு நூலகம்度
为实现不失真解调，要求：
2. 调幅波的同步检波
乘积型同步检波框图
AMXY
LPF
uO(t)
ur(t)
us(t)
同步信号利用PLL提取
2. 调幅波的同步检波
PDⅡ的输入信号只在上升沿起作用，故该PD能处理非常窄的脉冲。
工作波形
VCO输入
VDD
PDⅡ输出
u14
u3
u13
锁定指示：锁定时高电平 失锁时低电平
u1
u9
PDⅡ称为鉴频鉴相器，因为：
o
uD(t)
PLL基本方程 的含义？
PLL基本方程 的含义？
7.3 锁相环路
可以锁定相位，可以消除频率误差,实现频率的无误差跟踪
主要要求：
掌握PLL的基本组成、工作原理和锁定的概念。
了解PLL的相位模型和基本方程。
了解PLL的捕捉与跟踪。
7.3 锁相环路
了解集成PLL和PLL的应用。
7.3.1 锁相环路基本原理
一、 锁相环路基本组成
鉴相器（PD）：用以比较ui、 uo相位， 输出反映相位误差 的电压uD(t)
CMOS锁相环路CD4046简介
为数字PLL。内有两个PD、VCO、缓冲放大器、输入信号放大与整形电路、内部稳压器等。
具有电源电压范围宽（5~15V）、功耗低、输入阻抗高等优点。工作频率0~1MHz
内部VCO产生50%占空比的方波。输出电平可与TTL电平或CMOS电平兼容。
解调电压输出
锁相环电路设计
锁相环电路设计锁相环电路是一种常见的电路设计，它可以用于频率合成、时钟恢复、数字信号处理等领域。
锁相环电路的基本原理是通过比较输入信号和参考信号的相位差，控制输出信号的频率和相位，使其与参考信号同步。
本文将介绍锁相环电路的基本原理、设计流程和应用。
一、锁相环电路的基本原理锁相环电路由相位检测器、环路滤波器、控制电压源和振荡器四部分组成。
其中，相位检测器用于检测输入信号和参考信号的相位差，环路滤波器用于滤波和放大控制电压，控制电压源用于产生控制电压，振荡器用于产生输出信号。
锁相环电路的工作原理如下：首先，输入信号和参考信号经过相位检测器比较，得到相位差。
然后，相位差经过环路滤波器滤波和放大，产生控制电压。
控制电压作用于振荡器，调整其频率和相位，使其与参考信号同步。
最后，输出信号经过除频器输出所需频率。
二、锁相环电路的设计流程锁相环电路的设计流程包括以下几个步骤：1. 确定输入信号和参考信号的频率范围和精度要求。
2. 选择合适的相位检测器和环路滤波器，根据输入信号和参考信号的特性确定其参数。
3. 选择合适的振荡器，根据输出信号的频率和精度要求确定其参数。
4. 设计控制电压源，根据环路滤波器的特性确定其参数。
5. 进行仿真和实验验证，调整参数，优化电路性能。
三、锁相环电路的应用锁相环电路广泛应用于频率合成、时钟恢复、数字信号处理等领域。
以下是几个典型的应用案例：1. 频率合成器：锁相环电路可以将参考信号的频率倍频或分频，产生所需的输出频率。
2. 时钟恢复器：锁相环电路可以从输入信号中恢复时钟信号，用于数字通信系统中的时钟同步。
3. 数字信号处理：锁相环电路可以用于数字信号的相位同步和频率同步，提高信号质量和可靠性。
四、总结锁相环电路是一种常见的电路设计，其基本原理是通过比较输入信号和参考信号的相位差，控制输出信号的频率和相位，使其与参考信号同步。
锁相环电路的设计流程包括确定输入信号和参考信号的特性、选择合适的电路元件、仿真和实验验证等步骤。
锁相环的基本原理和应用
锁相环的基本原理和应用1. 什么是锁相环锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种电路模块，其基本原理是通过对输入信号和参考信号的相位进行比较和调节，以使输出信号与参考信号保持稳定的相位差。
锁相环广泛应用于通信、测量、频率合成等领域，因其能够实现信号调频、时钟控制等功能而备受关注。
2. 锁相环的基本结构锁相环由相位比较器（Phase Comparator）、环路滤波器（Loop Filter）、振荡器（VCO）和分频器（Divider）组成。
其基本结构如下所示：•相位比较器：相位比较器用于比较输入信号和参考信号的相位差，并产生一个与相位差成正比的控制电压。
•环路滤波器：环路滤波器用于平滑相位比较器输出的控制电压，并将其转换成稳定的直流电压。
•振荡器：振荡器根据环路滤波器输出的控制电压来调节其输出频率，使其与参考信号频率保持一致。
•分频器：分频器将振荡器输出的信号进行频率分频，以产生一个与参考信号频率一致且稳定的输出信号。
3. 锁相环的工作过程锁相环的工作过程可以分为四个阶段：捕获（Capture）、跟踪（Track）、保持（Hold）和丢失（Lose）四个阶段。
•捕获阶段：在捕获阶段，锁相环通过不断调节VCO的频率，使其与参考信号频率逐渐接近，并将相位差逐渐减小。
•跟踪阶段：当锁相环的输出频率与参考信号频率相等时，进入跟踪阶段。
在该阶段，VCO的频率和相位与输入信号保持一致。
•保持阶段：在保持阶段，锁相环维持着与输入信号相同的相位和频率。
任何相位和频率的变化都会通过反馈回路进行补偿。
•丢失阶段：如果输入信号的频率超出锁相环的捕获范围，锁相环无法跟踪该信号，进入丢失阶段。
在该阶段，锁相环输出的信号频率与输入信号频率不一致。
4. 锁相环的应用锁相环在各个领域有着广泛的应用，下面列举几个常见的应用：•频率合成器：锁相环可以将稳定的参考频率合成为其他频率，广泛用于通信、雷达、测量等领域。
锁相环路基本工作原理
锁相环的组成和工作原理2022-04-24 10:261．锁相环的基本组成许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与内部的振荡信号同步，利用锁相环路就可以实现这个目的。
锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环( PLL)。
锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。
因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。
锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。
锁相环通常由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)和压控振荡器(VCO)三部份组成，锁相环组成的原理框图如图 8-4-1 所示。
锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成u (t)电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控D振荡器的控制电压 u (t)，对振荡器输出信号的频率实施C控制。
2．锁相环的工作原理锁相环中的鉴相器通常由摹拟乘法器组 成，利用摹拟乘法器组成的鉴相器电路如图 8-4-2 所示。
鉴相器的工作原理是：设外界输入的信号电压和压控振荡器 输出的信号电压分别为：(8-4-1 ) (8-4-2)式中的 ω 为压控振荡器在输入控制电压为零或者为直流电压时的振荡角频率，称为电路的固有振荡角频率。
则摹拟乘法 器的输出电压 u D 为：用低通滤波器 LF 将上式中的和频分量滤掉，剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压 u (t)。
即 u (t)为：C C(8-4-3)式中的 ω 为输入信号的瞬时振荡角频率， θ (t) 和 θ (t)i i O分别为输入信号和输出信号的瞬时位相，根据相量的关系可 得瞬时频率和瞬时位相的关系为：即(8-4-4)则，瞬时相位差θ 为d(8-4-5)对两边求微分，可得频差的关系式为(8-4-6)上式等于零，说明锁相环进入相位锁定的状态，此时输出和输入信号的频率和相位保持恒定不变的状态， u (t)为恒定c值。
锁相环路(PLL)电路设计实例
软件实现PLL的代码示例
01
```systemverilog
02
// 定义PLL模块
03
module pll(input wire clk_in, output reg clk_out);
软件实现PLL的代码示例
01
parameter FREF = 100e3; // 参考频率
02
parameter N = 10; // 分频比
相位保持一致。
电荷泵型PLL的电路实现
电荷泵由两个开关和两个电容 组成，一个开关用于充电，另
一个用于放电。
当输入信号与VCO输出信号 的相位存在误差时，电荷泵 的开关会根据误差信号的极 性进行切换，从而在电容上
积累或释放电荷。
电容上的电荷量会转换为电压 信号，该电压信号通过低通滤 波器平滑后，用于调整VCO的
频率。
电荷泵型PLL的性能分析
01
电荷泵型PLL具有较高的带宽和较快的响应速度，因此适用于高 速数据传输和无线通信等应用。
02
由于电荷泵型PLL采用电荷传输方式，因此对电源噪声和电磁干
扰较为敏感，需要采取相应的措施进行抑制。
电荷泵型PLL的另一个优点是易于集成，因此适合于大规模生产
03
和应用。
04
软件实现PLL的代码示例
assign clk_out = div_by_n;
always @(posedge clk_in) begin phase_error <= #1 ($posedge clk_in ? 32'hFFFFFFFF : phase_error 1);
软件实现PLL的代码示例
PLL电路设计实例：模拟型 PLL
什么是PLL？
什么是PLL？PLL的意思是Phase-locked Loop，中⽂意思即为锁相环。
锁相环是⼀种反馈电路，其作⽤是使得电路上的时钟和某⼀外部时钟的相位同步。
PLL通过⽐较外部信号的相位和由压控晶振（VCXO）的相位来实现同步的，在⽐较的过程中，锁相环电路会不断根据外部信号的相位来调整本地晶振的时钟相位，直到两个信号的相位同步。
在数据采集系统中，锁相环是⼀种⾮常有⽤的同步技术，因为通过锁相环，可以使得不同的数据采集板卡共享同⼀个采样时钟。
因此，所有板卡上各⾃的本地80MHz和20MHz时基的相位都是同步的，从⽽采样时钟也是同步的。
因为每块板卡的采样时钟都是同步的，所以都能严格地在同⼀时刻进⾏数据采集。
锁相环(PLL)是由鉴相器(PD),环路滤波器(LF)和压控振荡器(VCO)组成的⾃动相位控制系统。
如图1所⽰。
其中鉴相器是相位⽐较装置，⽤来⽐较参考信号Ur(t)与压控振荡器输出信号Uo(t)的相位，产⽣对应于这两个信号相位差的误差电压Ue(t)。
环路滤波器的作⽤是滤除误差信号Ue(t)中的⾼频成分及噪声，以保证环路所要求的性能，增加系统的稳定性。
压控振荡器受环路滤波器输出电压Uo(t)的控制，使振荡频率向参考频率靠拢，⼆者的差拍频率越来越低，直⾄⼆者的频率相同、保持⼀个较⼩的剩余相差为⽌。
下⾯介绍锁相环⼯作的⼤致过程：锁相环路(PLL)和AGC、AFC电路⼀样，也是⼀种反馈控制电路。
它是⼀个相位误差控制系统，是将参考信号与输出信号之间的相位进⾏⽐较，产⽣相位误差电压来调整输出信号的相位，以达到与参考信号同频率的⽬的，从⽽实现了对信号的频率漂移进⾏跟踪。
在达到同频率的状态下，两个信号之间的稳定相差亦可做得很⼩。
鉴相器是个相位⽐较装置。
它把输⼊信号和压控振荡器的输出信号Uo(t)的相位进⾏⽐较，产⽣对应于两个信号相位差的误差电压Ue(t)。
环路滤波器的作⽤是滤除误差电压、Ue(t)中的⾼频成分和噪声，以保证环路所要求的性能，增加系统的稳定性。
6.1 锁相环路(PLL)电路基础
图6.1.3 三种常用的环路滤波器
图6.1.3（a）所示的一阶RC低通滤波器的传递函 数为输出电压uc(t)与输入电压ud(t)之比，即
1 1 u ( jω ) jω C H ( jω ) = c = = RC 1 ud ( jω ) R + 1 jω + jω C RC
改为拉氏变换形式，用s代替jω，得 1 1 RC = τ = 1 H (s) = 1 1 sτ + 1 s+ s+ RC τ 式中，τ =RC为滤波器时间常数
在运算放大器的输入电阻和开环增益趋于无穷大的条 件下，图6.1.3（c）所示的有源比例积分滤波器的传递 函数为
1 R2 + uc ( s ) sC = sτ 2 + 1 H (s) = = ud ( s ) R1 sτ1
式中， τ 1 = R1C ；τ 2 = R2 C 。
（6.1.8）
3．压控振荡器（VCO） 环路滤波器的输出电压uc(t)控制压控振荡器（VCO） 的振荡频率，使振荡频率向输入信号的频率靠拢，直 至两者的频率相同，使得VCO输出信号的相位和输入 信号的相位保持某种关系，达到相位锁定的目的。 压控振荡器的振荡电路中的压控元件，一般采用的是 变容二极管。由环路滤波器送来的控制信号电压uc (t) 加在压控振荡器振荡回路中的变容二极管上，当uc (t) 变化时，引起变容二极管结电容的变化，从而使振荡 器的频率发生变化。压控振荡器是一种电压/频率变换 器，它在锁相环路中起着电压-相位变化的作用。
（6.1.5）
（6.1.6）
图6.1.3（b）所示的无源比例积分滤波器传递函数为
uc ( s ) sτ 2 + 1 H (s) = = = ud ( s) R + R + 1 s (τ1 + τ 2 ) + 1 1 2 sC
锁相环电路设计
锁相环电路设计：让你的电路更稳定锁相环（PLL）电路是一种常用的控制电路，可以用来实现频率合成、时钟与信号恢复等功能。
在电子设备中，PLL电路的使用非常广泛，因为它能够使电路的频率更加精确、稳定，使电路的性能更优秀。
本文将介绍PLL电路的基本原理、设计方法和应用技巧。
一、PLL电路的基本原理PLL电路的基本构成包括：相锁环（Phase-Locked Loop，PLL）模块、反馈电路和指令电路。
根据反馈信号的不同，又可以将PLL电路分为：模拟PLL和数字PLL两类。
模拟PLL是指使用模拟电路实现的PLL电路，适用于处理频率较低、波形较简单的信号。
数字PLL是把PLL电路中的关键部分数字化，使用数字处理技术实现PLL电路，适用于对高速、复杂信号的处理。
PLL电路的基本原理是通过比较两个不同频率的信号，调节反馈电路的传递函数，使输出信号与参考信号保持同步，最终达到同步稳定的效果。
二、PLL电路的设计方法设计PLL电路时需要注意以下几点：1. 选择适合的锁相范围锁相范围一般是指锁相环能够自动跟踪的信号频率范围。
选择适合的锁相范围可以使PLL电路更加灵活、稳定。
2. 选择适合的环路带宽和相位裕度环路带宽是锁相环的工作频带范围，它决定了PLL电路的速度和稳定性。
相位裕度是指锁相环输出信号相位与参考信号相位的差值，它直接影响锁相环的稳定性。
选择适合的环路带宽和相位裕度可以使PLL电路更加稳定、可靠。
3. 选择合适的滤波器为了降低PLL电路输出信号中的噪声和抖动，需要在反馈电路中添加合适的滤波器。
选择合适的滤波器可以使PLL电路的性能更加优秀。
三、PLL电路的应用技巧1. 尽量避免信号功率幅度过大或过小PLL电路对信号功率幅度很敏感，过大或过小的信号功率都会对PLL电路的稳定性产生不良影响。
因此，在设计和应用时，应尽量避免信号功率偏离正常值。
2. 注意环路稳定性PLL电路不同于普通反馈电路，它需要有信号的引导才能正常工作。
锁相环原理及应用
锁相环原理及应用锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）是一种电子电路，主要用于调整频率和相位，使其与输入信号同步，并用来提供高精度的时钟和频率合成。
锁相环的原理是通过不断比较参考信号和输出信号的相位差，并通过反馈控制来调整输出信号的频率和相位，使输出信号与参考信号保持稳定的相位关系。
锁相环通常由相位比较器、低通滤波器、控制电压发生器、振荡器等组成。
锁相环的工作过程可以简单描述为以下几个步骤：1.相位比较：输入信号与参考信号经过相位比较器，比较它们之间的相位差。
2.滤波调整：比较结果经过低通滤波器，得到一个控制电压，该控制电压用于调整振荡器的频率和相位。
3.振荡器反馈：通过控制电压调整振荡器的频率和相位，使输出信号与参考信号保持稳定的相位关系。
4.输出信号：输出信号作为锁相环的输出，可以用于时钟同步、频率合成等应用。
锁相环具有许多应用。
以下是一些常见的应用案例：1.时钟同步：在数字系统中，锁相环常用于同步时钟信号，确保各个子系统的时钟一致，避免数据传输错误和时序问题。
2.频率合成：通过锁相环可以将一个低频信号合成为一个高频信号，常用于通信系统、雷达、音视频处理等领域。
3.相位调制和解调：锁相环可以用于实现相位调制和解调，常用于无线通信系统和调制解调器等。
4.频率跟踪和捕获：锁相环可以自动跟踪输入信号的频率变化并调整输出信号的频率，用于跟踪和捕获频率变化较快的信号。
锁相环的优点是可以实现高精度的频率和相位调整，对于精密测量、通信系统等需要高稳定性、高精度的应用非常重要。
然而，锁相环也存在一些局限性，比如锁定时间相对较长，对噪声和干扰较敏感，需要合适的滤波器和设计来提高性能。
综上所述，锁相环是一种基于反馈控制的电子电路，通过比较输入信号和参考信号的相位差来调整输出信号的频率和相位。
它在时钟同步、频率合成、相位调制解调、频率跟踪捕获等应用中起到重要作用。
锁相环的原理和应用对于理解和设计高精度的电子系统非常关键。
锁相环工作原理
锁相环工作原理锁相环是一种常用于频率合成和时钟恢复的电路。
它通过对输入信号进行频率和相位的调整，使其与参考信号保持同步。
锁相环广泛应用于通信、雷达、测量仪器等领域。
一、基本原理锁相环由相位比较器、低通滤波器、电压控制振荡器（VCO）和分频器组成。
其工作原理如下：1. 参考信号输入：外部提供一个稳定的参考信号，作为锁相环的参考频率。
2. 相位比较：将输入信号与参考信号进行相位比较，得到相位误差信号。
3. 低通滤波：将相位误差信号经过低通滤波器滤波，得到平滑的控制电压。
4. 控制振荡器调频：将控制电压作为输入，控制电压控制振荡器的频率，实现频率的调整。
5. 分频：将控制振荡器的输出信号进行分频，得到反馈信号。
6. 反馈：将分频后的信号与输入信号进行相位比较，得到新的相位误差信号。
通过不断的相位比较、滤波和调频，锁相环可以实现输入信号与参考信号的同步。
二、工作过程锁相环的工作过程可以分为锁定和跟踪两个阶段。
1. 锁定阶段：在初始状态下，锁相环的输出与输入信号存在相位差。
相位比较器将输入信号与参考信号进行比较，得到相位误差信号。
经过低通滤波器滤波后，控制电压作用于VCO，调整其频率。
经过分频器分频后，反馈信号与输入信号再次进行相位比较，得到新的相位误差信号。
通过不断的反馈和调节，相位误差逐渐减小，最终锁定在一个稳定的值，输出信号与参考信号同步。
2. 跟踪阶段：当输入信号发生频率或相位变化时，锁相环需要跟踪这些变化。
相位比较器检测到相位误差信号增大，低通滤波器将其平滑后，调节VCO的频率。
通过分频器反馈信号与输入信号进行相位比较，得到新的相位误差信号。
锁相环通过不断的反馈和调节，使输出信号重新与输入信号同步。
三、应用领域锁相环在许多领域中都有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：1. 频率合成：锁相环可以将一个稳定的参考信号与一个可调频率的振荡器相结合，生成一个具有所需频率的输出信号。
这在通信系统、雷达系统等需要精确频率合成的应用中非常重要。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
手机射频部分的关键电路----锁相环电路
锁相坏电路是一种用来消除频率误差为目的反馈控制电路，目前市场销售的手机基本上都是采用这种电路来控制射频电路中的压控振荡器。
使其输出准确稳定的振荡频率。
如锁相坏(PLL)电路出现故障将导致本振的频率输出不准确，则导致手机无信号。
目前通信终端设备中对频率的稳定采用的是频率合成CSYN技术。
频率合成的基本方法有三种：第一种直接频率合成；第二种锁相频率合成(PLL)；第三种直接数字频率合成(DDS)。
由于锁相频率合成技术在电路设计方面(简单)，成本方面控制灵敏度方面，频谱纯净度方面等。
都要胜于直接频率合成，与直接数字频率合成。
所以被移动通信终端设备广范采用。
它在手机电路中的作用是控制压控振荡器输出的频率，相位与基准信号的频率，相位保持同步。
锁相坏电路的构成与工作原理：
1、构成：它是由鉴相器(PD)低通滤波器(LPF)
压控振荡器(VCO)三部分组成。
鉴相器：它是一个相位比较器。
基准频率信号和压控振荡器输出的取样频率在其内部
进行相位比较，输出误差电压。
低通滤波器：是将鉴相器输出的锁相电压进行滤波，滤除电流中的干扰和高频成分。
得到一个纯净的直流控制电压。
压控振荡器：产生手机所要的某一高频频率。
（注：SYNEN、SYNCLK、SYNDATA来自CPU控制分频器，对本振信号进行N次分频）。
当VCO产生手机所须的某一高频频率。
一路去混频管，另一路反馈给锁相环，中的分频器进行N次分频。
在这里为什么要进行N次分频呢？首先要说明一下基准频率与VCO振荡取样频率在鉴相要满足3个条件。
①频率相同。
②幅度相同。
③相位不同。
为了满足鉴相条件，所以在电路中设置了分
频器。
VCO振荡频率取样信号送入分频器完成N次分频后，得到一个与基准频率相位不同，但频率
和幅度都相同的一个频。
它在鉴相器内与基准频率（13M）完成相位比较。
输出锁相电压经低通滤波器，滤除掉干扰成分和高频成分后得到一个纯净的直流控制电压，（PX－PC）或（TX－PC）去控制VCO使输出一个精准稳定的频率。
（注：图2中的VCO可以是RXVCO，也可以是TXVCO，工作原理都一样）。
直流控制电压具体是如何去控制VCO的频率呢？这里通过一个简单的电路来证明控制过程。
图3是一个分离元件组成的振荡电路。
当来自鉴相器的电压经R1、R2、C2、C1组成的低通滤波器，滤波后在A点得到一个直流控制电压，并且加到了CD变容二极管的两端上。
（CD变容二极管工作在反偏状态）相当于给CD加了
增大、C j变小、一个反向电压，变容二极管的特性是，反向电压与结电容C；成反比的关系。
即：V
反
V反减小、C j变大。
利用结电容的变化改变本振频率。
当本振输出的频率信号，由于某种原因发生变化时直流控制电压，就对变容二极管的结电容的容量，进行控制从而达到控制本振频率的目的。
本振频率计算公式是
1
F= ----------------
2丌∕——
LC
C在这里相当于Cj，C j与f0成反比关系。
控制过程如下：
通过上述一系列的变化达到控制压控振荡器输出精确稳定的频率。
从而达到控制VCO的频率。