锁相环及其在电路中的运用
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锁相环及其在电路中的运用
——李玉婷 电气0902 ——李玉婷 电气0902
锁相环的分类及应用
• 能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做锁 相环，简称PLL（Phase Locked Loop）。 • 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。 • 锁相环可以分为模拟锁相环和数字锁相环。 • 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。
锁相环的工作原理
图1 锁相环的工作原理图
• 鉴相器（PD）又称为相位比较器,它的作用是检测输入信号Ui
和输出信号Uo的相位差，并将检测出的相位差信号转换成Ud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Uc，对振荡器输出信号的频率实施控制。可见,是一个负反馈 环路结构。
• 环路滤波器(LF)它是滤波器中的一种类型，因为这种滤波
锁相环的结构
• 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。 • 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（机电自动化控制系统）。 • 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PL L 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。 • 它是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。
•压控振荡器指输出频率与输入控制电压有对应关系
压控振荡器
•技术要求主要有：频率稳定度好，控制灵敏度高，调频范 围宽，频偏与控制电压成线性关系并宜于集成等 •类型有LC压控振荡器、RC压控振荡器和晶体压控振荡器
表一 各类型压控振荡器的比较
类型 特点 LC压控振荡器 压控振荡器 居二者之间 RC压控振荡器 压控振荡器 频率稳定度低， 调频范围宽 晶体压控振荡器 频率稳定度高， 调频范围窄
锁相环在频率合成电路中的应用
图2 锁相环的工作原理图
• 在现代电子技术中，为了得到高精度的振荡频率，通常采用石 英晶体振荡器。但石英晶体振荡器的频率不容易改变，利用锁 相环、倍频、分频等频率合成技术，可以获得多频率、高稳定 的振荡信号输出。 • 输出信号频率比晶振信号频率大的称为锁相倍频器电路；输出 信号频率比晶振信号频率小的称为锁相分频器电路。
谢谢观看
2011.5.30
Hale Waihona Puke Baidu
锁相环的发展
• 锁相环最初用于改善电视接收机的行同步和帧同步，以提 高抗干扰能力。 • 20世纪50年代后期随着空间技术的发展，锁相环用于对宇 宙飞行目标的跟踪、遥测和遥控。 • 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。具有门限扩 展能力的调频信号锁相鉴频器也是在60年代初发展起来的。 在电子仪器方面，锁相环在频率合成器和相位计等仪器中 起了重要作用.由于锁定情形下（即完成捕捉后）,该仿制 的时钟信号相对于接收到的信号中的时钟信号具有一定的 相差,所以很形象地称其为锁相器。
小结
锁相环的工作原理 • 1.压控振荡器的输出经过采集并分频； • 2. 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。
图3 锁相环的工作原理图
器使用在环路中，因此得名环路滤波器，它是(锁相环)电路中的 重要组成部分，具有低通性质，滤除Ud 中的噪声和干扰成分。
锁相环的工作原理
图1 锁相环的工作原理图
的振荡电路，频率是输入信号电压的函数的振荡器VCO，振荡器 的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制，就可 构成一个压控振荡器。 • 在锁相环环路中，输入控制电压是误差信号电压Uc，压控振荡器 是环路中的一个受控部件。
——李玉婷 电气0902 ——李玉婷 电气0902
锁相环的分类及应用
• 能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做锁 相环，简称PLL（Phase Locked Loop）。 • 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。 • 锁相环可以分为模拟锁相环和数字锁相环。 • 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。
锁相环的工作原理
图1 锁相环的工作原理图
• 鉴相器（PD）又称为相位比较器,它的作用是检测输入信号Ui
和输出信号Uo的相位差，并将检测出的相位差信号转换成Ud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Uc，对振荡器输出信号的频率实施控制。可见,是一个负反馈 环路结构。
• 环路滤波器(LF)它是滤波器中的一种类型，因为这种滤波
锁相环的结构
• 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。 • 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（机电自动化控制系统）。 • 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PL L 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。 • 它是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。
•压控振荡器指输出频率与输入控制电压有对应关系
压控振荡器
•技术要求主要有：频率稳定度好，控制灵敏度高，调频范 围宽，频偏与控制电压成线性关系并宜于集成等 •类型有LC压控振荡器、RC压控振荡器和晶体压控振荡器
表一 各类型压控振荡器的比较
类型 特点 LC压控振荡器 压控振荡器 居二者之间 RC压控振荡器 压控振荡器 频率稳定度低， 调频范围宽 晶体压控振荡器 频率稳定度高， 调频范围窄
锁相环在频率合成电路中的应用
图2 锁相环的工作原理图
• 在现代电子技术中，为了得到高精度的振荡频率，通常采用石 英晶体振荡器。但石英晶体振荡器的频率不容易改变，利用锁 相环、倍频、分频等频率合成技术，可以获得多频率、高稳定 的振荡信号输出。 • 输出信号频率比晶振信号频率大的称为锁相倍频器电路；输出 信号频率比晶振信号频率小的称为锁相分频器电路。
谢谢观看
2011.5.30
Hale Waihona Puke Baidu
锁相环的发展
• 锁相环最初用于改善电视接收机的行同步和帧同步，以提 高抗干扰能力。 • 20世纪50年代后期随着空间技术的发展，锁相环用于对宇 宙飞行目标的跟踪、遥测和遥控。 • 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。具有门限扩 展能力的调频信号锁相鉴频器也是在60年代初发展起来的。 在电子仪器方面，锁相环在频率合成器和相位计等仪器中 起了重要作用.由于锁定情形下（即完成捕捉后）,该仿制 的时钟信号相对于接收到的信号中的时钟信号具有一定的 相差,所以很形象地称其为锁相器。
小结
锁相环的工作原理 • 1.压控振荡器的输出经过采集并分频； • 2. 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。
图3 锁相环的工作原理图
器使用在环路中，因此得名环路滤波器，它是(锁相环)电路中的 重要组成部分，具有低通性质，滤除Ud 中的噪声和干扰成分。
锁相环的工作原理
图1 锁相环的工作原理图
的振荡电路，频率是输入信号电压的函数的振荡器VCO，振荡器 的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制，就可 构成一个压控振荡器。 • 在锁相环环路中，输入控制电压是误差信号电压Uc，压控振荡器 是环路中的一个受控部件。