锁相环路的基本工作基本知识
锁相环路的工作原理
解决方案
减小环路带宽，降低VCO的调谐灵敏度，减小环路增益。
Part
05
锁相环路的优化设计
选择合适的鉴相器与压控振荡器
鉴相器选择
鉴相器是锁相环路中的核心元件，用于比较输入信号与压控振荡器输出信号的 相位差。根据应用需求，选择合适的鉴相器，如模拟鉴相器和数字鉴相器，确 保环路性能达到最佳。
高速锁定
锁相环路具有快速锁定能力，能够在短时间内实现相位同 步。
自动跟踪相位变化
锁相环路能够自动跟踪输入信号的相位变化，实现输出信 号与输入信号的相位同步。
高精度相位调整
锁相环路能够实现高精度相位调整，具有较低的相位噪声 。
工作原理概述
鉴相器
鉴相器用于比较输入信号 和输出信号的相位差，产 生一个误差信号。
雷达系统中的信号处理
雷达系统在探测、跟踪和识别目标时，需要处理大量的回波 信号。锁相环路在雷达信号处理中起到关键作用，用于实现 回波信号的频率跟踪和信号解调。
通过比较回波信号与本地振荡器信号的相位差，锁相环路能 够自动调整本地振荡器信号的频率，使其与回波信号的频率 一致，实现回波信号的准确解调。这有助于提高雷达系统的 目标检测和识别能力。
Part
06
锁相环路的实际应用案例
无线通信中的频率合成
频率合成器是无线通信系统中的关键组成部分，用于产生高精度、高稳定度的频率信号。 锁相环路被广泛应用于频率合成器中，通过比较输出信号与参考信号的相位差，自动调 整输出信号的频率，实现输出信号与参考信号的相位同步。
锁相环路在频率合成中的应用，能够提高频率信号的稳定性和精度，减小信号的相位噪 声，为无线通信系统的稳定运行提供保障。
锁相环的组成,工作原理和应用
1．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 （t）。
即u C（t）为：C（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。
(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。
第1章锁相环路的基本工作原理
《 锁相技术》
图1-13 锁相环路的相位模型
第1章 锁相环路的基本工作原理
第3节 环路的动态方程
按图1-13的环路相位模型,不难导出环路的动态方程
e (t) 1(t) 2(t)
2 (t )
KoUd
F
( p) p
sine
(t
)
将(1-27)式代入(1-26)式得
(1-26) (1-27)
pe (t) p1(t) KoUd F ( p) sine(t) (1-28)
负号对环路的工作没有影响,分析时可以不予考虑。 故传输算子可以近似为
F ( p) 1 p 2 p1
(1-22)
式中τ1=R1C。(1-22)式传输算子的分母中只有一个 p,是一个积分因子,故高增益的有源比例积分滤波器又 称为理想积分滤波器。显然,A越大就越接近理想积分 滤波器。此滤波器的频率响应为
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
第2节 环路组成
锁相环路为什么能够进入相位跟踪,实现输出与输 入信号的同步呢？因为它是一崐个相位的负反馈控制 系统。这个负反馈控制系统是由鉴相器(PD)、环路滤 波器(LF)和电压控制振荡器(VCO)*三个基本部件组成 的,基本构成如图1-4。
《 锁相技术》
F ( p) A1 p 2 1 p1
式中τ1=(R1+AR1+R2)C；τ2=R2C； A是运算放大器无反馈时的电压增益。 若运算放大器的增益A很高,则
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
图1-9 无源比例积分滤波器的组成与对数频率特性
《 锁相技术》
(a)组成；(b)频率特性
第1章 锁相环路的基本工作原理
令环路增益
锁相环的工作原理讲解
锁相环的工作原理讲解锁相环（Phase-locked loop，简称PLL）是一种常用的控制系统，它通过对输入信号进行频率和相位的调整，使其与参考信号同步。
锁相环广泛应用于通信、测量、数据采集等领域，具有高精度、稳定性好等优点。
锁相环的工作原理可以简单地描述为三个主要步骤：相比较、滤波和控制。
首先，输入信号和参考信号经过相比较器进行相位比较，产生一个误差信号。
然后，误差信号经过滤波器进行滤波处理，得到一个稳定的控制信号。
最后，控制信号通过控制器对振荡器进行调整，使得输出信号与参考信号同步。
在锁相环中，相比较器是关键的元件之一。
相比较器将输入信号与参考信号进行相位比较，产生一个差异信号。
这个差异信号代表了输入信号与参考信号之间的相位偏差。
根据这个相位偏差，锁相环可以控制振荡器的频率和相位，使得输入信号与参考信号同步。
滤波器是另一个重要的组成部分。
它的作用是对误差信号进行滤波处理，去除高频噪声和杂散信号，得到一个稳定的控制信号。
滤波器通常采用低通滤波器的形式，只允许通过低频信号，抑制高频信号的干扰。
滤波器的设计要考虑到系统的带宽和稳定性。
控制器根据滤波后的误差信号来调整振荡器的频率和相位。
控制器通常采用比例-积分-微分（PID）控制算法，根据误差信号的大小和变化率来调整振荡器的输出。
PID控制器具有响应快、稳定性好的特点，可以使锁相环快速跟踪参考信号。
除了上述的基本组成部分，锁相环还可以包括频率分频器、倍频器、反相器等附加元件，用于实现更复杂的功能。
例如，频率分频器可以将输入信号的频率降低到锁相环的工作范围内；倍频器可以将振荡器的输出信号进行倍频，得到更高频率的信号。
这些附加元件可以根据具体的应用需求进行选择和配置。
锁相环具有很多应用，其中一个典型的应用是频率合成器。
频率合成器可以通过锁相环的频率调整功能，将多个不同频率的信号合成为一个特定频率的信号。
这在通信系统中非常常见，可以用于频率调制、解调、时钟同步等方面。
第一章 锁相环路的基本工作原理讲义
第一章 锁相环的基本原理讲义
樊孝明
U i sin[0t (i 0 )t i (t )] U i sin[0t 0t i (t )] U i sin[0t 1 (t )] 式中：0 i 0 为输入信号频率与环路自由振荡频率之差，称为环路的固有频差，这也是PLL一个
非常重要的参数。 则输入、输出信号以 0t 为参考的瞬时相位分别为 1 (t ) 与 2 (t ) ，
1 (t ) 0t i (t ) (i 0 )t i (t ) ； 2 (t ) 0 (t )
可得PLL相位框图如图1-1(b)所示。
2、瞬时相差 e (t ) 与瞬时频差 e (t )
注意：输入信号是 sin 型，而输出信号是 cos 型，后面会做相应解释，在此不作解释； PLL是相位控制系统，PLL对输入与输出信号起作用的是它们的瞬时相位 因此必须建立输入、输出信号相位之间的控制关系。 二、PLL相位关系描述
1、输入、输出信号的相位表达式
输入信号的瞬时相位： i t i (t ) ； 输入信号的瞬时频率：
当环路进入同步之后，根据同步状态定义，输出信号的瞬时相位 0 (t ) 和瞬时频偏 0 (t ) 应满足下式：
0 (t ) 2 (t ) 1 (t ) e 0t i e ；
0 (t ) 0
将 0 (t ) 代入输出信号表达式 u0 (t ) U 0 cos[0t 0 (t )] 中可得：
c、环路能够进入锁定状态（简称为环路能够锁定）的条件 | 0 | p 或 0 p i 0 p 四、同步状态即锁定状态
1、同步状态定义：
瞬时频差|e ( t )| 瞬时相差|e ( t ) 2 n | e 这是环路同步的一般条件。
锁相环路的基本工作原理nh
环路滤波器设计与参数选择
环路滤波器作用
环路滤波器用于滤除鉴相器输出中的 高频噪声和干扰，同时提供必要的控 制电压给压控振荡器。它决定了PLL 的带宽、稳定性和跟踪性能。
参数选择
环路滤波器的设计涉及多个参数，如 截止频率、阻尼系数和相位裕度等。 这些参数的选择需要根据具体应用需 求和系统性能要求进行权衡和优化。
数字锁相环路
基本结构
包括数字鉴相器、数字环路滤波器和数控振荡器（NCO）。
工作原理
数字鉴相器检测输入信号与NCO输出信号的相位差，产生数字误差信号。数字环路滤波 器对误差信号进行数字滤波，输出控制字调整NCO的频率或相位。
特点
精度高，稳定性好。受数字器件性能影响小，易于集成和扩展功能。但实现复杂度相对较 高。
Part
03
锁相环路性能指标评价方法
捕获范围与捕获时间
捕获范围
锁相环路能够成功锁定的输入信 号频率范围。捕获范围越宽，锁 相环路对输入信号频率变化的适 应能力越强。
捕获时间
从锁相环路开始工作到成功锁定 输入信号所需的时间。捕获时间 越短，锁相环路的响应速度越快 。
跟踪误差与相位噪声
跟踪误差
锁相环路在锁定状态下，输出信号与输入信号之间的频率或相位差异。跟踪误差越小，锁相环路的精 度越高。
Part
07
总结与展望
当前研究成果回顾
锁相环路理论体系的完善
01
随着对锁相环路工作原理的深入研究，其理论体系不断完善，
为实际应用提供了坚实的理论基础。
高性能锁相环路的实现
02
通过改进锁相环路的结构和算法，实现了高性能的锁相环路，
提高了其在通信、导航等领域的性能。
锁相环路与其他技术的融合
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。
--无线通信系统08锁相环路的基本工作原理
出信号的某一参量受控制信号 uc(t) 的控制（如压 控振荡器）。而反馈网络的作用是在输出信号u0(t) 中提取所需要进行比较的分量，送到比较器与参
考信号进行比较。
参考信号 ur(t)
输入信号 ui(t)
当输入信号ur的幅度增大时，可控增益放大
器的输出信号u0幅度也趋于增大，经反馈网络的
控制、滤波、直流放大，由电压比较器将反馈网
络的输出信号uf 和参考信号ur 进行比较，并将该 增量进一步放大，于是控制电压uc 显著增大，此 时控制电压 uc 应使可控增益放大器的增益 Ak 减
小，使输出信号幅度保持平稳。相反，当输入信
延迟AGC的增益控制特性。
U0 未加AGC
简单AGC
延迟AGC
Uimin1
Uimax2
Ui
图1-3 AGC 特性曲线
（3）前置AGC：前置AGC是指AGC处于解调 以前，由高频（或中频）信号中提取检测信号， 通过检波和直流放大，控制高频（或中频）放大 器的增益。
（4）后置AGC：后置AGC是从解调后提取检 测信号来控制高频（或中频）放大器的增益。
(1)动态范围
AGC 电路是利用电压误差信号 ue 去消除输出信号 U0 振幅与理想电压振幅 Ur 之间电压误差的自动控制电 路。所以，当电路达到平衡状态后，仍会有电压误差存 在。从对 AGC 电路的实际要求考虑，一方面希望输出 信号振幅 U0的变化越小越好。即与理想电压振幅 Ur 的 误差越小越好；另一方面也希望容许输入信号振幅 Ui 的 变化越大越好。也就是说，在给定输出信号幅值变化范 围内，容许输入信号振幅的变化越大，则表明 AGC 电 路的动态范围越宽，性能越好。
锁相环路的工作原理
2.1.3 环路的工作过程
当压控振荡器就会受到这个差拍电压调制时，
输出电压V0t 为中心角频率为 o 、调制频率为
0 的调频信号。
固有频率
V t o K0Vc t
VCO瞬时输出频率 牵引频率
11
2.1.3 环路的工作过程
捕捉状态（起始）：
12
2.1.3 环路的工作过程
捕捉状态（起始）：
17
2.1.3 环路的工作过程
这个逐渐变大的直流分量经过环路滤波器后去控制压控振荡器，以更 快的速度使压控振荡器的中心频率趋向输入频率。
最后，压控振荡器的频率由原来的 o 变成 i ，环路便稳定在这个频率
i 上，即所谓锁定状态。此时，鉴相器输出为一个直流电压，上述过程
是环路通过频率牵引而得到锁定的过程，也称为捕捉过程。
Vd t
Vd t
（6）由于牵引电压的存在，鉴相器输出的误差电压 Vd t 更加不对称， 那么，误差电压 Vd t中的直流成分就越来越大，基频交流成分
的频率越来越低。
Vd t 基频交流分量的频率： (i v )
（7）如此反复循环， 越来越小，牵引电压越来越大，使VCO振荡 频率向着输入频率逐渐靠近，最终 v i 。
环路滤波器
压控振荡器
锁相环路是由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器三个基本部件组成的。
通常采用英文缩写表示：
鉴相器—— PD ( Phase detector ) 环路滤波器——LF ( Loop Filter ) 压控振荡器 ——VCO ( Voltage-Controlled Oscillator)
2t 2t 2
2 —— V2 t 瞬时角频率； 2 ——V2 t 初始相位 ；2 t ——V2 t 瞬时相位
锁相环基本原理
锁相环基本原理1. 锁相环的基本组成锁相环主要由相位检测器、低通滤波器、振荡器（或称为VCO）、反馈路径以及参考信号等组成。
相位检测器（Phase Detector）是锁相环的核心组成部分，它将输入信号和本地参考信号进行相位比较，得出二者的相位差。
相位检测器通常分为两类：齐纳型（又称为乘法型）和延迟-环型（又称为加法型）。
其中齐纳型相位检测器在电路设计中应用较为广泛。
低通滤波器（Low Pass Filter）主要用于输出信号的平滑，也就是将振荡器产生的高频噪声滤除掉。
低通滤波器可以采用各种不同的电路形式，如RC滤波器、电感滤波器等。
振荡器（Voltage Controlled Oscillator）是产生输出信号的核心部件，它的频率和相位可以受到控制电压的影响而发生相应的改变，所以也被称为“电压控制振荡器”。
在锁相环电路中，振荡器输出的信号将被反馈到相位检测器，同时也会通过低通滤波器输出到整个系统的其它部分。
反馈路径（Feedback Path）主要负责将振荡器产生的输出信号送回到相位检测器，以便进行参考信号和输入信号的相位比较。
反馈路径通常由一些放大器、加法器、减法器、开关器等组成，既可以形成基本的积分反馈电路，也可以实现更复杂的反馈功能。
参考信号（Reference Signal）是锁相环的输入信号，它一般是由外部提供的固定频率的高精度时钟信号，也可以是从其它系统中提取出来的信号。
参考信号的精度和稳定度将直接影响到锁相环的稳定性和精度。
2. 锁相环的工作原理锁相环工作时，参考信号经过相位检测器和反馈路径后，得到的输出信号将会控制振荡器的频率和相位。
如果振荡器输出的信号与参考信号的相位相同，那么相位检测器将不会检测到相位差，在此之上，反馈路径将不再产生任何控制信号，振荡器的频率就会保持不变。
反之，如果振荡器输出的信号与参考信号的相位差存在，相位检测器会将相位差信号发送给反馈路径进行处理，反馈路径将输出一个控制信号来调整振荡器的频率和相位，以保持输出信号与参考信号同相位。
锁相环的基本原理
锁相环的基本原理引言锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种常见的控制系统，广泛应用于通信、测量、时钟同步等领域。
它通过对输入信号进行相位比较和调整，使输出信号与参考信号保持一定的相位关系。
本文将详细介绍锁相环的基本原理。
锁相环的组成一个典型的锁相环系统主要由三个基本部分组成：相位比较器（Phase Detector），低通滤波器（Loop Filter）和振荡器（VCO）。
下面我们将分别对这三个部分进行解释。
相位比较器相位比较器是锁相环的核心部件之一，它用于将输入信号与参考信号进行比较，并产生一个误差信号。
常见的相位比较器有两种类型：边沿触发型（Edge-Triggered）和连续型（Continuous）。
边沿触发型相位比较器在输入信号和参考信号上升沿或下降沿时产生脉冲输出；而连续型相位比较器则通过计算两个信号之间的差值来生成误差信号。
无论是哪种类型，其目的都是测量输入信号和参考信号之间的相位差异。
低通滤波器低通滤波器主要用于对相位比较器输出的误差信号进行滤波处理，以去除高频噪声和不稳定性。
其作用是将高频成分抑制，只保留低频成分。
常见的低通滤波器有三种类型：积分器（Integrator），比例积分器（Proportional-Integral）和比例滤波器（Proportional Filter）。
积分器主要对误差信号进行积分运算，从而产生一个与相位差累积相关的控制信号；比例积分器在积分操作的基础上加入了比例项，可以更好地控制系统的动态响应；而比例滤波器则只保留误差信号的比例部分，适用于简单的锁相环系统。
振荡器振荡器是锁相环系统中最重要的组件之一，它负责产生输出信号，并根据控制信号调整自身频率。
常见的振荡器类型有两种：压控振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，简称VCO）和数字控制振荡器（Digital-Controlled Oscillator，简称DCO）。
锁相环(PLL)的工作原理
锁相环(PLL)的工作原理1．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,Phase-Locked Loop）。
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,Phase Detector）、环路滤波器（LF,Loop Filter）和压控振荡器（VCO,Voltage Controlled Oscillator）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。
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
《锁相环路》课件
环路滤波器
01
环路滤波器是锁相环路中的重要组成部分，用于滤除
鉴相器输出信号中的高频分量，以减小噪声和干扰。
02
它通常由RC电路或运算放大器构成，能够实现低通
滤波功能。
03
环路滤波器的参数设置对锁相环路的性能有很大影响
，需要根据实际情况进行调整。
压控振荡器
01
压控振荡器是锁相环路中的输出信号源，用于产生调频或调相 的输出信号。
05
锁相环路的设计与实现
设计原则与步骤
设计原则：稳定性、准确 性、可靠性、易实现性。
1. 确定系统参数和性能指 标。
3. 进行理论分析和仿真验 证。
设计步骤
2. 选择合适的元件和电路 结构。
4. 优化设计并进行实验测 试。
实现方法与技巧
实现方法：硬件实现、软件实现、软硬件结合 实现。
01
1. 选择合适的元件和电路，确保稳定性。
跟踪速的频率与相位精度
频率精度
锁相环路输出信号的频率与输入信号的频率之间的误差。
相位精度
锁相环路输出信号的相位与输入信号的相位之间的误差。
抗干扰性能与稳定性
抗干扰性能
锁相环路在存在噪声或干扰的情况下，保持锁定状态的能力。
稳定性
锁相环路在各种工作条件下，性能参数的变化情况，以及环路对参数变化的适应能力。
输出信号的调整与控制
调整环路参数
根据误差信号调整环路参数，如环路滤波器的增益、相位滞后等，以控制环路输 出信号的相位。
控制环路状态
通过调整环路参数，控制环路的锁定状态，使环路输出信号的相位与输入信号保 持一致。
04
锁相环路的性能指标
锁定时间与跟踪速度
锁定时间
锁相环的基本知识
锁相环（一）工作原理去耦：去耦，专指去除芯片电源管脚上的噪声。
该噪声是芯片本身工作产生的。
在直流电源回路中，负载的变化会也引起电源噪声。
去耦的基本方法是采用去耦电容。
作用编辑防止发生不可预测的反馈，影响下一级放大器或其它电路正常工作。
例如使用一个共发射极接法三极管，由于Vcc有内阻，当基极输入交流信号，会在电源Vcc电流（基极集电极电流和）产生交流电流，从而影响偏置端基极。
导致输出端电压不稳定。
通常的解决办法是使用电容对Vcc交流接地，去除此影响。
这个解决办法叫做去耦。
去耦：专指去除芯片电源管管脚上的噪声,该噪声是芯片本身工作产生的。
在直流电源回路中，负载的变化会引起电源噪声。
例如在数字电路中，当电路从一个状态转换为另一种状态时，就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压。
配置去耦电容可以抑制因负载变化而产生的噪声，是抑制电路板的可靠性设计的一种常规做法。
配置原则编辑●电源输入端跨接一个电解电容器，如果印制电路板的位置允许，采用比较大的电解电容器的抗干扰效果会更好。
●为每个集成电路芯片配置一个0.01uF的陶瓷电容器。
如遇到印制电路板空间小而装不下时，可每4～10个芯片配置一个1～10uF钽电解电容器，这种器件的高频阻抗特别小，在500kHz～20MHz范围内阻抗小于1Ω，而且漏电流很小（0.5uA以下）。
●对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和ROM、RAM等存储型器件，应在芯片的电源线（Vcc）和地线（GND）间直接接入去耦电容。
●去耦电容的引线不能过长，特别是高频旁路电容不能带引线。
目录1.1分类2.2常见的电源噪声及解决方案分类编辑根据传播方向的不同，分为两类：1.从电源进线引入的外界干扰；2.由电子设备产生并经电源线传导出去的噪声。
从形成特点看，噪声干扰分为串模干扰和共模干扰两种：1.串模干扰是两条电源线之间（简称线对线）的噪声；2.共模干扰则是两条电源线对大地（简称线对地）的噪声。
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。
锁相环工作原理
锁相环工作原理锁相环是一种用于控制信号频率和相位的电路。
它在许多应用中被广泛使用，例如通信系统、雷达、无线电和音频设备等。
锁相环能够将输入信号的频率和相位与参考信号进行比较，并通过反馈控制的方式来调整输出信号，使其与参考信号保持同步。
锁相环的基本组成部分包括相位比较器、低通滤波器、电压控制振荡器（VCO）和分频器。
下面将详细介绍每个部分的工作原理。
1. 相位比较器（Phase Detector）：相位比较器是锁相环的核心部分，它用于比较输入信号和参考信号的相位差。
常见的相位比较器有边沿比较器和乘法器。
当输入信号和参考信号的相位差为零时，相位比较器输出的电压为零。
如果相位差不为零，相位比较器会输出一个电压，该电压的大小和相位差的大小成正比。
2. 低通滤波器（Low Pass Filter）：相位比较器输出的电压信号经过低通滤波器进行滤波，以去除高频噪声和杂散信号。
低通滤波器通常采用RC滤波器或者数字滤波器，其作用是平滑输出信号，并提供稳定的直流电压。
3. 电压控制振荡器（Voltage Controlled Oscillator，VCO）：VCO是锁相环的可变频率源，其输出频率可以通过控制输入的电压进行调节。
VCO的频率范围通常较宽，可以根据需要选择。
VCO的输出信号经过分频器后与输入信号进行比较，通过调整VCO的频率来实现输入信号与参考信号的同步。
4. 分频器（Divider）：分频器用于将VCO的输出信号分频，得到一个与输入信号频率相匹配的信号。
分频器通常采用可编程分频器，可以根据需要选择分频比。
分频器的作用是将VCO的高频输出信号转换为与输入信号频率相匹配的信号，以便与输入信号进行比较。
锁相环的工作原理如下：1. 输入信号和参考信号经过相位比较器进行比较，得到相位差信号。
2. 相位差信号经过低通滤波器滤波，得到一个稳定的直流电压。
3. 直流电压作为控制信号输入到VCO中，调节VCO的频率。
4. VCO的输出信号经过分频器分频，得到一个与输入信号频率相匹配的信号。