平衡光学锁相环的性能分析

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平衡光学锁相环的性能分析

平衡光学锁相环的性能分析作者：李晓光张剑家辛德胜吕曦光郝博涛来源：《科技资讯》2012年第30期摘要：光学锁相环是光通信系统的重要组成部分，决定着光通信的质量。

本文通过平衡锁相环的原理和结构模型，分析了平衡锁相环的噪声和线宽对相干通信影响。

分析结果为相干光通信系统的确立提供了理论依据关键词：光通信平衡锁相环线宽噪声中图分类号：O431 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（c）-0005-03在通信领域中激光通信系统越来越受到人们的关注，激光通信具有巨大的带宽、好的方向性和无线连接等优点[1]。

为提高激光通信的质量，人们越来越关注光学锁相环的设计，其中平衡锁相环是其中研究的重点。

平衡锁相环结构简单，实用性强，尤其随着窄谱线激光器的发展，为平衡锁相环在空间光通信系统的应用提供了巨大的空间。

1 平衡锁相环的原理及其结构模型平衡锁相环如图1所示，它主要包括三大部分：前置电路、1800相移的定向耦合器、平衡探测器。

信号光与本振经过1800相移的定向耦合器之后馈入平衡PLL，两个检测器的输出误差信号经由环路滤波器之后控制本振频率。

为了达到相位的同步跟踪，光信号的载波不能被完成遏制，需要保留一定强度载波作为导频，以使得本振光进行跟踪并与其相位锁定，否则若平均相位为零，则会出现无相可锁的情况。

例如，在PSK调制信号中，利用85%的不完全差相互耦合，就可以保留10%的信号功率，以此获取所需的导频载波分量。

从图中可看到对于每个线宽下都存在一个最佳的误差标准差，使得系统具有最高灵敏度。

最佳的误差标准差随着线宽的增加而减小。

图5显示了在合理误差方才下，平衡锁相环功率带宽与速率关系。

经计算对平衡环而言，最大线宽与系统码率关系为，此时标准方差，功率损失1 dB。

由此可看出平衡环对激光器线宽要求较为苛刻。

3 结语本文通过对平衡光学锁相环路系统模型的建立，分析了影响相干光通信系统的平衡锁相环的噪声和激光线宽以及通信速率等重要参数。

锁相环分析

几种常见锁相环分析并网变换器对锁相环的基本要求：（1）电网电压经常发生跌落、闪变等动态电能质量问题，并且这些异常的出现均是不可预计而且需要及时补偿的。

所以要求并网变换器能够对电网电压相位的变化在ms级的时间内能做出快速的响应，即要求并网变换器的锁相方法要有良好的动态性能，保证当电压跌落和骤升时不对锁相性能造成太大影响。

（2）三相电压不平衡时，要求电力电子装置的锁相方法能够捕获正序基波分量的相位，对三相不平衡情况有很强的抑制作用。

（3）锁相环应该能快速检测到电网电压发生相位、频率突变等问题。

（4）要求锁相方法对畸变电压要有很强的抑制作用。

（5）对于一些电力补偿装置如动态电压恢复器，锁相方法不仅要实时检测网侧电压的相位，而且要实时监测网侧电压的幅值变化状况用来判断并决定电力补偿装置的工作模式1、基于低通滤波器的锁相方法Karimi-Ghartemani.M和Reza Iravani.A提出了基于低通滤波器的锁相方法，其原理如图所示。

三相电网电压从三相静止坐标系转换为两相静止坐标系，利用常见的低通滤波器滤除电网中的谐波干扰，然后对信号进行标么化处理，从而得到电网电压的相位，旋转矩阵R用于补偿滤波器所造成的相位滞后。

原理及R优点：避免检测过零点带来的问题缺点：1、在设计低通滤波器时，需要在系统滤波器的鲁棒性和动态响应之间做出折中的选择，较低的截止频率可以抑制系统谐波对相位检测的干扰，但是也相应的降低了系统的响应速度。

2、这种方法需求得反三角函数值，计算速度较慢，尤其在系统频率变动和三相电压不平衡时，对畸变电压的抑制作用弱，因此无法正确锁相。

参考文献Method for Synchronization of Power Electronic Converters in Polluted and Variable-Frequency2、基于空间矢量滤波器(SVF)的锁相方法空间矢量滤波器是一种用于空间矢量滤波的新型滤波器，它是基于电网电压的αβ分量相互关系相互影响的基础上提出的。

【非常好】锁相环原理解析

随时间摆动。
6.4
当 o r 时， e t 随时间 i o 减小，pe小，增长慢。
当o r 时，
pe大， i o 增大，
e t 随时间增长快。
如图6.4.2（a）所示。
显然， d (t ) 不再是正弦波，而是正半周长、负半周
锁定。
（B）i 比（A）大
d 经LF后的衰减更大，加到VCO上的 c很小。显然，
VCO的 o在 r 上、下摆动的幅度更小。使o 不能摆到 i
上，但由于i是恒定的，而 o 又在r 、下摆动，因而
6.4
他们之间的差拍 i o 将相应随时间摆动。使d 不再是正弦波，而是正半周长负半周短的不对称波形。
i 30 103 o e arcsin arcsin 48.59 Ad A0 4 104
要维持此相差的误差电压为
c d Ad sin e (t ) 2sin 48.59o 1.5(V)
2、当 i Ad A0 时设 i i r ，闭合前：VCO的角频率为 r 环路闭合的瞬间，由PD产生 d t Ad sin e t 此时
在二阶环路中，由于有低通滤波器作为环路滤波器，
它相当于一个积分器，将鉴相器输出的直流分量积分。从而使环路滤波器输出的控制电压不断增加，使压控振
荡器的振荡频率不断向输入信号频率靠近，直至环路进
入相位锁定状态。如果有源积分滤波器为理想积分滤波器，那么不管固有频差为多大，经过频率牵引总能使环路达到锁定状态.
1 1 c RC
2
1 RC 的条件
∴ AF c
1 c RC
1 代入计算 c 的公式中： c Ad Ao c RC

锁相环原理及应用PLL

锁相环原理及应用PLL（Phaze Locked Loop）锁相环自1932年问世以来，其应用领域遍及频率相位跟踪控制的各个领域，如通信、雷达、航天、测量、电视、控制等。

随着集成技术的发展，其应用的重要性已成为从事检测、通信、控制工作人员非常重要的应用工具手段，成为电子设备中常用的一种基本部件。

鉴于上述情况，非常有必要学习和掌握这门技术。

它是什么器件有如此大的威力呢？锁相环：是一个闭环的相位控制系统，它跟踪输入信号的相位，并自动锁定。

实现对输入信号频率和相位的自动跟踪。

它跟踪固定频率的输入信号时无频差，跟踪信号的相位时（锁相控制）精度很高；跟踪信号的频率变化的输入信号时（收音机）精度也很高。

它对输入信号恰似一个窄带跟踪滤波器，能够跟踪淹没在噪声之中的微弱信号。

鉴于上述种种独特功能，它在电子设备中越来越广泛地被采用。

它的窄带跟踪滤波和低门限特性，使它成为从噪声中检测调频调相合调幅信号的最佳方法之一。

§1 锁相环工作原理一、组成：锁相环由三个基本部件组成：鉴相器（PD）、低通滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）构成。

与相敏检测器的不同之处在于参考信号由输出的信号闭环形成。

1.鉴相器：是一个相位比较环节，它把输入信号与压控振荡器输出信号的相位进行比较，产生对应两信号相位差的误差电压。

是两信号相位差鉴相器特性可以是多种多样的，有正弦形、方波、三角形、锯齿形特性。

它的电路有各种形式，主要有两类：1）相乘器电路2）序列电路：它的输出电压是输入信号过零点与反馈电压过零点之间时间差的函数。

这类鉴相器的输出只与波形的边沿有关，适用于方波，通常用电路构成。

2.低通滤波器（环路）：具有低通特性，滤除中的变频成分和噪声，以保证环路要求的性能，增加环路的稳定性，产生对应的一个直流控制电压。

常用的环路滤波器有：RC积分滤波器、无源比例积分滤波器和有源比较积分滤波器3.VCO（Voltage Controlled Oscillator）：它是一个电压—频率转换器，由控制产生相应频率，使其频率朝着输入信号的频率靠拢，由于相位负反馈的作用直至消除频差实现环路锁定。

锁相环的关键指标

锁相环的关键指标一、引言锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种常用的电子控制系统，用于在输入信号和参考信号之间建立相位关系。

它在通信、数据转换和时钟同步等领域有着广泛的应用。

在设计和评估锁相环时，需要考虑一些关键指标，以确保其性能和稳定性。

本文将就锁相环的关键指标展开讨论。

二、锁相环的基本原理在了解锁相环的关键指标之前，我们先来简要了解一下锁相环的基本原理。

锁相环由相位比较器、低通滤波器、电压控制振荡器和分频器等组成。

其工作原理是通过不断调整电压控制振荡器的频率，使得相位比较器输出的误差信号趋近于零。

这样，输入信号和参考信号之间就能够建立起稳定的相位关系。

三、锁相环的关键指标锁相环的性能和稳定性受多个指标的影响。

下面将分别介绍这些指标。

3.1 带宽锁相环的带宽是指其输出相位响应的频率范围。

带宽越宽，锁相环对频率变化的响应越快。

通常情况下，带宽越宽，锁相环的性能越好。

但同时也需要考虑到带宽过宽可能导致噪声增加和稳定性下降的问题。

3.2 相位噪声相位噪声是指锁相环输出信号的相位随时间变化的不稳定性。

相位噪声越小，锁相环的性能越好。

相位噪声可以通过频域分析来评估，常用的评估指标包括相位噪声密度和积分相位噪声。

3.3 锁定时间锁定时间是指锁相环从初始状态到稳定状态所需的时间。

锁定时间越短，锁相环的性能越好。

锁定时间受到带宽和相位噪声等因素的影响。

3.4 抖动抖动是指锁相环输出信号的瞬时频率偏离其平均频率的程度。

抖动越小，锁相环的性能越好。

抖动可以通过时域分析来评估，常用的评估指标包括峰峰值抖动和均方根抖动。

3.5 稳定性锁相环的稳定性是指其输出信号在长时间内保持稳定的能力。

稳定性受到带宽、相位噪声和抖动等因素的影响。

稳定性可以通过频域和时域分析来评估。

四、评估锁相环的关键指标为了评估锁相环的关键指标，可以采取以下步骤：1.设计合适的测试电路，包括输入信号源和参考信号源。

2.使用合适的测量设备，如频谱分析仪、示波器和时钟分析仪等，对锁相环的输出信号进行测量。

锁相环的基本原理锁相环基本原理及其应用

锁相环的基本原理锁相环基本原理及其应用锁相环的基本原理锁相环基本原理及其应用锁相环及其应用所谓锁相环路，实际是指自动相位控制电路（APC），它是利用两个电信号的相位误差，通过环路自身调整作用，实现频率准确跟踪的系统，称该系统为锁相环路，简称环路，通常用PLL表示。

锁相环路是由鉴相器(简称PD)、环路滤波器（简称LPF或LF）和压控振荡器（简称VCO）三个部件组成闭合系统。

这是一个基本环路，其各种形式均由它变化而来PLL概念设环路输入信号v= Viomimsin(ωit+φi)环路输出信号v= Vosin(ωot+φo)——其中ωo=ωr+△ωo通过相位反馈控制，最终使相位保持同步，实现了受控频率准确跟踪基准信号频率的自动控制系统称为锁相环路。

PLL构成由鉴相器（PD）环路滤波器（LPF）压控振荡器（VCO）组成的环路。

PLL原理从捕捉过程→锁定A.捕捉过程（是失锁的）a. b.φi┈φi均是随时间变化的，经相位比较产生误差相位φe=φi-φo,也是变化的。

φe(t)由鉴相器产生误差电压v(t)=f(φde)完成相位误差—电压的变换作用。

v(t)为交流电压。

dc.v(t)经环路滤波，滤除高频分量和干扰噪声得到纯净控制电压，由VCO产生d控制角频差△ω0,使ω0随ωi变化。

B.锁定（即相位稳定）a. b.一旦锁定φe(t)=φe∞（很小常数）v(t)= V（直流电压）ddω0≡ωi输出频率恒等于输入频率（无角频差，同时控制角频差为最大△ω0max, 即ω0=ωr＋△ω0max。

ωr为VCO固有振荡角频率。

）锁相基本组成和基本方程(时域)各基本组成部件鉴相器(PD)数学模式v(t)=AsinφdDe(t)相位模式环路滤波器(LPF) 数学模式v(t)=A(P) v(t)cFd相位模式压控振荡器(VCO)数学模式相位模式环路模型相位模式：指锁相环(PLL)输入相位和输出相位的反馈调节关系。

相位模型：把鉴相器,环路滤波器和压控振荡器三个部件的相位模型依次级联起来就构成锁相相位模型。

锁相技术第3章锁相环的跟踪性能(锁定性能)

12太K1小1 ，可导知致：系1 不统能稳过定大性，差
。
另外，从零极点的角度来说第二个极点 1 ，（第一个极点在
0 处）1越小，图3.2中幅频
曲线的拐点也就越早，这样幅频
曲线与横坐标的交点也越早，这
样相位余量也就越大，所以将第
二个极点前移，将能改善环路的
稳定性。
13
，
T
1
1
Ho(
j)

K (1 j 2 ) ( j)21
1 R1C 2 R2C
-40dB/10倍频程
-20dB/10倍频程
T

K 2 1
20 lg Ho ( j)
20 lg K 20lg
1
1 ( 2 )2 40 lg
ArgHo ( j) arc tan( 2 ) 180
-40dB/10倍频程
0 0.1 1
10
ArgHo ( j)
T
K 1
102
10 3
104
0 0.1 1
- 90
1
1
10
102
10 3

104
-180
相频特性一直滞后，增益临界频
率 T 越大，相位余量越小，
为了保证足够的相位余量，1 1
尽量小，即 1 尽量大，但由第二
章否则
1
1
1 2
2

0 0.1 1
10
102
10 3
104
- 90
-180
16
T
，
1
2
(，T 2 )2 1
[（T 1 2 )]2 1
20 lg Ho ( jT ) 0

基于costas光学锁相环的性能

［1］
出信号相乘得到误差信号［2］，通过环路滤波器得到电平信号来控制本振激光器，两支路信号仿真结果如图 2 所示。信号光表示为：
E S = P S exp( jϕ S)
（1）（2）（3）
k
本振光表示为：
E LO = P LO exp( jϕ LO)
1 COSTAS 环路原理
零差相干检测的 costas 环路如图 1，信号光和本振光经由 900 混频器进行混频移相后产生有 900 相位差的四路输出，其中 00 和 1800 度作为同相（I 路）输入分量， 90 和 270 度作为正交（Q 路）输入分量，经由
ù BER = Q é S 1 - K）/R b qû ë2 RP（ 1.26
［4］
3 costas 环路噪声分析
costas 环路噪声主要来自于散粒噪声和相位噪声构成，总的相位噪声方差为［4］： qB n 2 2 2 σE = σ sn + σ pn = + 2.36 Δυ （15） 2RkP S Bn 可以看出总的相位方差中，散粒噪声与环路带宽成正比，而相位噪声与环路带宽成反比，为了使环
图 6 不同接收功率下环路归一化线宽 Bn 同相位误差标准方差关系 Δν Fig6. Standard deviation of phase error Vs for various of KPs
Bn Δν
从图 5 中可看到当 ζ ≈ 0.66 时，环路达到稳定容许的延时时间最长约为 0.73。只有满足 ω n τ < ω no sc τ 时，环路才能保持稳定，而阻尼系数与角频率关系为： ω ⋅τ ζ= n 2 ，其中 ω n = K τ ， τ2 = r2C 1 2 为达到环路不同的延时时间需求，需要合理设计系统的阻尼系 ζ 。我们知道环路带宽和阻尼系数有关，根据环路带宽定义可得环路带宽表达式为：

锁相环指标 -回复

锁相环指标-回复什么是锁相环指标？锁相环（PLL）是一种电子反馈系统，用于调节信号的频率和相位。

锁相环指标是用来描述锁相环性能的量化指标。

锁相环指标通常包括锁定时间、锁定范围、抖动、输入偏置等。

锁相环指标的详细解释如下：1. 锁定时间：锁相环的锁定时间是指从输入信号发生变化到锁相环稳定在新的输出状态所需要的时间。

锁定时间越短，锁相环的响应速度越快。

2. 锁定范围：锁相环的锁定范围是指锁相环能够跟踪的输入信号的频率范围。

锁定范围越广，锁相环适应不同频率的输入信号能力越强。

3. 抖动：锁相环的抖动是指输出信号在稳定锁定状态下的频率和相位误差。

抖动越小，锁相环的稳定性和精度越高。

4. 输入偏置：锁相环的输入偏置是指输入信号与锁相环内部参考信号之间的相位差。

输入偏置越小，锁相环的跟踪效果越好。

为何需要锁相环指标？锁相环指标对于电子系统设计和应用至关重要。

它们是评估锁相环性能和判断锁相环是否满足系统需求的依据。

锁相环指标的合理选择可以确保系统的稳定性、精度和实时性。

以移动通信系统为例，锁相环指标的好坏直接影响信号的传输、检测和处理。

在无线通信中，移动信号的频率、相位和稳定性要求非常高，锁相环用于调整持续变化的信号以保持稳定性。

如果锁相环指标不达标，信号将可能失真、丢失或传输不及时。

如何评估锁相环指标？评估锁相环指标需要进行一系列测试和分析。

常见的锁相环指标测试方法有以下几种：1. 测试锁定时间：在输入信号变化时，观察输出信号的响应时间。

多次测试并取平均值以获得可靠的结果。

2. 测试锁定范围：逐渐改变输入信号的频率，观察锁相环的跟踪能力和输出信号的稳定性。

一般使用频谱仪或示波器进行测试。

3. 测试抖动：使用高精度的频率计或相位计对输出信号进行测量，计算其频率和相位误差。

抖动可以通过信号处理和滤波来减小。

4. 测试输入偏置：输入一个稳定的参考信号和待测试信号，测量两者的相位差。

使用示波器或均衡器等仪器进行测量。

锁相环_精品文档

锁相环锁相环，又称为锁相放大器或者锁相放大器，是一种基于反馈机制的控制系统，用于稳定和锁定两个信号的相位差。

锁相环的原理可以在许多领域中得到应用，包括通信、电子仪器、雷达等。

锁相环工作原理锁相环的核心原理是采用一个反馈环来纠正输入信号的相位差。

一般来说，锁相环由三个主要部分组成：相位比较器、低通滤波器和可变频率振荡器。

首先，锁相环将输入信号和参考信号通过相位比较器进行比较，产生一个误差信号。

相位比较器会计算两个信号之间的相位差，并且生成一个电压或电流信号，表示这个相位差。

如果输入信号和参考信号的相位差为零，那么相位比较器输出的误差信号也将为零。

接着，误差信号通过低通滤波器进行滤波处理，去除高频噪声和杂散信号。

低通滤波器可以使锁相环对于高频噪声具有良好的抑制能力，提高系统的稳定性和抗干扰性。

最后，滤波后的误差信号被送往可变频率振荡器，控制其输出的频率和相位。

可变频率振荡器会根据误差信号的大小和方向来调整输出信号的频率和相位，以减小相位差。

如果误差信号为正，则输出频率增加；如果误差信号为负，则输出频率减小。

通过不断调整输出频率和相位，锁相环可以将输入信号和参考信号的相位差保持在一个可接受的范围内。

应用领域锁相环在通信领域中有广泛的应用。

在通信系统中，锁相环可以用来确保发送和接收的信号保持同步。

例如，在无线通信中，锁相环可以用来抑制多径干扰和载波漂移，提高通信质量和稳定性。

另外，锁相环还可以用于时钟恢复和数据捕获等方面。

除了通信领域外，锁相环在电子仪器和雷达等领域也有重要的应用。

在电子仪器中，锁相环可以用来稳定和控制仪器的频率和相位。

例如，在频谱分析仪和信号发生器中，锁相环可以确保仪器输出的信号具有准确的频率和相位信息。

在雷达系统中，锁相环可以用来实现目标检测和跟踪。

通过锁相环，雷达可以准确地测量目标和干扰源之间的相对相位差，从而提高雷达测量的精度和可靠性。

总结锁相环是一种基于反馈机制的控制系统，用于稳定和锁定两个信号的相位差。

参数与锁相环性能分析

1. 环路的相位模型1.1 鉴相器（PD ）鉴相器是一个相位比较装置，用来检测输入信号相位)(1t θ与反馈信号相位)(2t θ之间的相位差)(t e θ。

输出的相位误差信号)(t u d 是相差)(t e θ的函数，常用的是正弦型的鉴相器，如图 1 （a ）所示。

（a ）（b ）图 1 正弦型鉴相器模型设相乘器的相乘系数为m K （单位为1/V ）输入信号)(t u i 与反馈信号)(t u o 经相乘器作用)()(t u t u K o i m =)](cos[)](sin[21t t U t t U K o o o i m θωθω++ =)]()(2sin[2121t t t U U K o o i m θθω++ +)]()(sin[2121t t U U K o i m θθ- 再经过低通滤波器（LPF ）滤除2o ω成分之后，得到误差电压)(t u d =)]()(sin[2121t t U U K o i m θθ- 令d U =o i m U U K 21 为鉴相器的最大输出电压，则 )(t u d =)(sin t U e d θ这就是正弦型鉴相器的数学模型，这个模型可表示为图 1（b ）1.2 环路滤波器环路滤波器具有窄带低通特性，鉴相器输出的误差信号通过环路滤波器，仅输出其中的直流分量。

常用的环路滤波器有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三种，这里使用具有理想积分特性的有源比例积分滤波器，其数学模型为121)(ττp p p F += 式中p 表示表示时域微分运算1.3 压控振荡器压控振荡器是一个电压—频率变换装置，它的振荡频率应随输入控制电压)(t u c 线性地变化：)(t v ω=)(t u K c o o +ω式中)(t v ω是压控振荡器的瞬时角频率，o K 为控制灵敏度或称增益系数，单位是V s rad ⋅/由于压控振荡器的输出反馈到鉴相器上，对鉴相器输出误差电压)(t u d 起作用的不是其频率，而是其相位⎰t v d 0)(ττω=⎰+tc o od u K t 0)(ττω 即)(2t θ=⎰t c o d u K 0)(ττ=)(t u pK c o 压控振荡器的这个数学模型1.4 环路相位模型前面已分别得到了环路的三个基本部件的模型，综合起来即得到环路的相位模型，如图 2。

锁相环

MC145146－1
MC145146－1是一块20脚陶瓷或塑料封装的,由四位总线输入、锁存器选通和地址线编程的大规模单片集成锁相双模频率合成器,图8―41给出了它的方框图。
7 OSCin 8 OSCo ut L5 D0 D1 D2 D3 A2 A1 A0 ST 2 1 20 10 11 10 9 12 1 2位÷R计数器 18 fR
在一定范围内ω o与 uc(t) 几乎成线性关系有：ω =ωr +Aouc(t)
o
A0为VCO的压控灵敏度。
P=d/dt为微分算子
锁相环的相位模型及环路方程
锁相环的相位模型
1 e (t ) i (t ) o (t ) i (t ) Ad Ao AF ( p) sin e (t ) p
应用之四：彩色电视色副载波的提取
原理框图
工作原理
在彩色电视中，为了重现彩色，接收端必须要有与
发送端完全相同的色副载波。而其中的色同步信号是其产生的基准。图中利用锁相环使VCO产生的色副载波，根据锁相环的工作特点，该信号的频率和相位受输入端色同步信号的控制。
应用之五：锁相接收机
原理框图
工作原理通过锁相环VCO产生本振频率，实现对输入信号
ud(t)=Ad sinΦe(t)其中Φe(t)=Φi(t)-Φo(t)
3. 乘积型鉴相器具有正弦规律的鉴相特性。
环路滤波器的电路模型
常见环路滤波器的形式
环路滤波器电路模型
微分方程： uc(t)=AF(p)ud(t)
其中，AF(p)为传递函数。
压控振荡器的电路模型
压控振荡器的特性可用调频特性来表示压控振荡器的电路模型
锁定后没有频差
环路锁定后，输出信号与输入信号频率相等，没有剩余频差（有微小固定相差）

锁相环的设计与性能分析

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１６７４－５０４３．２０１４．０１．００１０
中图分类号：ＴＮ７０２
文献标志码：Ａ文章编号：１６７４．５０４３（２０１４￣１００３６．０５
制已被锁定的振荡器中不希望出现的频率波动。这样的锁相环应当有快速的响应，即很宽的带宽，以便最大限度的抑制振荡器的波动。
２锁相环的设计
在应用中一般采用二阶环路滤波器，在此对二阶环路滤波器进行仿真分析，利用阶跃响应来分相环的设计与性能分析
３７
工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的；准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差；快指控制系统响应的快速性，通常用上升时
入信号，振荡器仅输入一个周期，锁相并不意味着零相位差；恒定的相位误差和起伏的相位误差都可能
存在于锁相环中。过大的相位误差会导致失锁。锁相接收器的任务是正确的重建原始信号，并尽可能多的去除噪音。为了重建信号，接收器是一个本地振荡器，而这个本地振荡器的频率非常接近于预期的输入信号。本地鉴相器的波形和输入信号的波
一
，
它的带宽可以很窄；第；，它能自动跟踪信号的频率。这两个特性是在接收器中使用锁相环技术的

锁相环路性能分析

ϕ 可用微分算子表示为：o ( t ) = A0 可用微分算子表示为：
由此得到VCO的的由此得到电路模型如图如图6.2.6（b）电路模型如图（）所示。所示。
υc ( t )
p
图6.2.6 压控振荡器（VCO）实现模型
6.2.1
四．锁相环路的相位数学模型将上述各部分的时域模型按图6.1.12连接起来，构连接起来，将上述各部分的时域模型按图连接起来成图6.2.7所示的环路相位数学模型。所示的环路相位数学模型。成图所示的环路相位数学模型 1、PLL的基本环路模型 PLL的基本环路模型
6.2.1
经过低通滤波器滤波后的误差输出电压为 −1 υd ( t ) = AmVimVom sin ϕi ( t ) − ϕ o ( t ) 2
= − Ad sin ϕ e ( t )
（6.2.5）
υ 的瞬时相位误差。 ϕ 其中，其中， e ( t ) = ϕi ( t ) − ϕo ( t ) 为 υi、 o的瞬时相位误差。
其中
1 R2 + sC
τ 1 = R1C
τ 2 = R2C
（c）图
1 R2 + sC = − 1 + sτ 2 AF ( s ) = − R1 sτ 1
其中 τ 1 = R1C
τ 2 = R2C
（2）时域传输特性：）时域传输特性：对于以上积分式滤波器，在通带范围内，若R 对于以上积分式滤波器，在通带范围内，（或 ω
1 1 υd ( t ) = AF ( p )υd ( t ) 所以 RC p 1 AF ( p ) = 其中为时域传递函数 RCp
υc ( t ) =
1 1 ≈ 与频域传输函数比较：与频域传输函数比较：AF ( s ) = 1 + sRC sRC 可以得到 p = s

锁相环路的跟踪性能解读.pptx

(2-23)
LC
d
2uo (t) dt 2
RC
duo (t) DT
uo (t)
ui
(t)
(2-24)
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•
以后将会看到,用系统参数ζ、ωn表示传递函数,在系统设计中会带
来不少方便。表2-1所列各种锁相环路的传递函数是用电路参数τ1、τ2和K 表示的。它们同样也可以用系统参数ζ和ωn表达。当然,要注意的是,各种环路的系统参数ζ、ωn与电路参数τ1、τ2、K之间的关系是不同的。它们之间的关系如表2-2所示。
(2-42)
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图2-7 二阶系统的频率响应特性
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图2-7 二阶系统的频率响应特性
第29页/共109页
第• 3节一环、路误差对的输时间入响暂应态信号的响应
•
分别讨论三种信号输入的情况。
•
1.输入相位阶跃输入相位阶跃时
•
θ1(t)=Δθ·1(t)
• 其拉氏变换
的允许范围之内,暂态时间近似为
ts
4
4
a
若在±5％允许误差之内
ts
3
3
a
(2-37) (2-38)
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图2-6 Mp与ζ的关系曲线
第25页/共109页
•
三、频率响应
•
我们知道,用s=jΩ代入系统的传递函数即可求得系统的频率响应特
性。仍以图2-3系统为例,它的传递函数为(2-31)式,用s=jΩ代入得到
数。现分别就采用三种常用滤波器的情况进行讨论。
• 数为
当采用RC积分滤波器作为环路滤波器时,据(1-18)式,它的传递函

锁相环性能分析

锁相环性能分析林倩倩现代通信技术实验室锁相环是一个使输出信号（由振荡器产生的）与参考信号或者输入信号在频率和相位上同步的电路。

是实现两个信号相位同步的自动控制系统。

在同步(也成为锁定) 状态，振荡器输出信号和参考信号之间的相位差为零，或者保持常数。

60年代初随着数字通信系统的发展，锁相环应用愈广，例如为相干解调提取参考载波、建立位同步等。

锁相环技术目前的应用集中在以下三个方面：第一，信号的调制和解调；第二，信号的调频和解调；第三，信号频率合成电路。

锁相环 (phase-locked loop)为无线电发射中使频率较为稳定的一种方法,主要有VCO(压控振荡器)和PLL IC ,压控振荡器给出一个信号,一部分作为输出,另一部分通过分频与PLL IC所产生的本振信号作相位比较,为了保持频率不变,就要求相位差不发生改变,如果有相位差的变化,则PLL IC的电压输出端的电压发生变化,去控制VCO,直到相位差恢复!达到锁频的目的!!能使受控振荡器的频率和相位均与输入信号保持确定关系的闭环电子电路锁相环的基本组件包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器，三者共同形成了一个负反馈结构，如图1所示。

鉴相器用于判断压控振荡器的输出信号与输入信号之间的相差幅度，输出至低通滤波器进行滤波和平滑，以消除高频干扰和其他不稳定因素的影响，并以此作为压控振荡器的控制信号；压控振荡器根据相位误差信号，自适应的调节内部时钟输出信号，使其频率和相位与输入信号保持一致，完成锁相功能。

数字锁相环的工作原理为：数字锁相环主要由相位参考提取电路、晶体振荡器、分频器、相位比较器、脉冲补抹门等组成。

分频器输出的信号频率与所需频率十分接近，把它和从信号中提取的相位参考信号同时送入相位比较器，比较结果示出本地频率高了时就通过补抹门抹掉一个输入分频器的脉冲，相当于本地振荡频率降低；相反，若示出本地频率低了时就在分频器输入端的两个输入脉冲间插入一个脉冲，相当于本地振荡频率上升，从而达到同步。

第1章锁相环路的基本原理与性能分析

第1章锁相环路的基本原理与性能分析
第1章锁相环路的基本原理与性能分析
第1节锁相环路的工作原理与线性模型第2节锁相环路的线性性能分析第3节锁相环路的非线性性能分析第4节锁相环路的噪声性能分析
《锁相与频率合成技术》
第1章锁相环路的基本原理与性能分析
第1节锁相环路的基本原理与性能分析 §1-1-1 锁相环路的基本原理相位的概念：
应用上述描述方法,矢量图可以画成图1-2。
(1-10)
《锁相与频率合成技术》
第1章锁相环路的基本原理与性能分析
图1-2 输入信号和输出信号的相位关系
《锁相与频率合成技术》
第1章锁相环路的基本原理与性能分析
下面定性地介绍环路的主要部件鉴相器（Phase Detector－PD）是相位比较装置。它把输入信号U1(t)与压控振荡器输出信号U0(t)的相位进行比较，产生对应于两信号相位差的误差电压Ud(t)。环路滤波器（Loop Filter－LF）的作用是滤除误差电压 Ud(t)中的高频成分和噪声，以保证环路所要求的性能，增加环路的稳定性。压控振荡器（Voltage Control Oscillator－VCO）是一个受电压控制的振荡器。环路滤波器输出的控制电压Uc(t) 的控制，使其频率向输入信号的频率靠拢，直至频差消失，环路锁定。
《锁相与频率合成技术》
第1章锁相环路的基本原理与性能分析
锁相环路的基本原理：一、锁相环路的跟踪原理
《锁相与频率合成技术》
第1章锁相环路的基本原理与性能分析
• 当环路无输入信号时，即vi(t)=0时。VCO处于自由振荡状态。环路输出信号V。(t) 的频率为ωo ’ 。 • 当环路有输入信号时，即vi(t)≠0时。一般情况, 输入信号频率ωi 与被控振荡器自由振荡频率ωo ’ 不同，即两者之差Δωo≠0。若没有相位跟踪系统的作用,两信号之间的相差

锁相环参数

锁相环参数：如何正确设置以提高性能？
锁相环参数是影响锁相环性能的重要因素，正确设置这些参数可
以提高系统的工作性能。

下面介绍几个常用的锁相环参数及其影响：
1. 带宽（Bandwidth）
带宽越大，系统的响应速度越快，但也会带来更多的噪声和温度
漂移。

因此，应根据实际需要选择合适的带宽。

2. 相位裕度（Phase Margin）
相位裕度指系统稳定性与相位重合度的关系，相位裕度越小，系
统越容易发生震荡。

通常将相位裕度设为30度以上，以确保系统稳定。

3. 频率误差（Frequency Error）
频率误差是指输出频率与参考频率之间的差距。

较小的频率误差
可以增加系统的稳定性和抗干扰能力。

4. 绝对增益（Absolute Gain）
绝对增益越大，系统越容易发生震荡。

通常将绝对增益设为0dB
左右，以确保系统的稳定性。

根据不同应用场景，上述参数可进行合理调整，以满足系统的实
际要求。

平衡光学锁相环的性能分析