锁相环基础介绍
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。
锁相环基础
DUAL MODULUS PRESCALER ÷P / P + 1 = = , THEREFORE
图4：向PLL中添加双模预分频器
通过使用带有A和B计数器的双模预分频器，仍可以保持F1的分辨率。不过，必须满足下 列条件： 1. 如果两个计数器未超时，其输出信号都为高电平。 2. 当B计数器超时时，其输出变为低电平，并立即将两个计数器加载至其预设值。
"CLOSE-IN" PHASE NOISE
SPURS
PHASE NOISE (dBc/Hz)
BROADBAND PHASE NOISE
1Hz BW
fo
fm = OFFSET FREQUENCY
f
OUTPUT FREQUENCY
图5：振荡器相位噪声和杂散
信号源中的已知时钟频率、电力线干扰和混频器产品都可能引起离散杂散成分。随机噪 声波动引起的扩张是相位噪声造成的。其可能是有源和无源器件中的热噪声、散粒噪声 和/或闪烁噪声造成的。 振荡器的相位噪声频谱显示1 Hz带宽时噪声功率与频率成函数关系。相位噪声的定义为指 定频率偏移fm下1 Hz带宽时噪声与频率fo下振荡器信号幅度的比率。 习惯的做法是以单边相位噪声来表征振荡器，如图6所示；图中绘制了相位噪声与频率偏 移fm的函数关系图，其中相位噪声单位为dBc/Hz且频率轴采用对数比例。请注意，实际 曲线可以近似表示为数个区域，各区域的斜率为1/fX，其中x = 0时对应于“白”相位噪声区 域(斜率 = 0 dB/十倍频程)，而x = 1时对应于“闪烁”相位噪声区域(斜率 = –20 dB/十倍频 程)。此外还有x = 2, 3, 4时的区域，且这些区域逐渐逼近载波频率。
Page 4 of 10
MT-086
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。
锁相环工作原理
锁相环工作原理锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）是一种常用的电子电路，用于同步和稳定地追踪输入信号的相位。
它在许多领域中被广泛应用，如通信系统、数据传输、音频处理等。
本文将详细介绍锁相环的工作原理及其组成部分。
一、锁相环的组成部分1. 相位比较器（Phase Detector）：相位比较器是锁相环的核心组成部分，用于比较输入信号和反馈信号的相位差。
常见的相位比较器有边沿比较器、恒幅比较器等。
2. 低通滤波器（Low-Pass Filter）：相位比较器的输出信号经过低通滤波器进行滤波，去除高频噪声，得到稳定的控制电压。
3. 电压控制振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，VCO）：VCO是一种根据输入电压的大小来调节输出频率的振荡器。
锁相环中的VCO的频率可以通过控制电压进行调节。
4. 分频器（Divider）：分频器用于将VCO的输出频率进行分频，得到反馈信号，使其与输入信号保持同步。
5. 锁相环滤波器（Loop Filter）：锁相环滤波器用于对VCO的控制电压进行滤波和调整，使其能够更好地追踪输入信号的相位。
二、锁相环的工作原理锁相环的工作原理可以简单概括为：通过相位比较器比较输入信号和反馈信号的相位差，根据相位差的大小产生控制电压，通过滤波和调整后的控制电压来调节VCO的频率，使其与输入信号保持同步。
具体工作流程如下：1. 初始状态下，输入信号和反馈信号的相位差较大，相位比较器的输出信号较大。
2. 相位比较器的输出信号经过低通滤波器滤波后，得到稳定的控制电压。
3. 控制电压作用于VCO，调节VCO的频率。
4. 经过分频器的分频，得到反馈信号。
5. 反馈信号与输入信号经过相位比较器比较，进一步调节控制电压。
6. 重复上述步骤，直到输入信号和反馈信号的相位差趋近于零。
通过不断调节VCO的频率，锁相环能够实现对输入信号的相位进行追踪和同步，使得输出信号与输入信号保持一致。
锁相环的作用是什么_锁相环的主要作用_什么是锁相环
锁相环的作用是什么_锁相环的主要作用_什么是锁相环锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种电子电路，主要用于跟踪、稳定和控制输入信号的频率、相位和振幅。
它通常由一个相位比较器、一个低通滤波器和一个产生可控频率和相位的振荡器组成。
锁相环的主要作用是实现时钟信号的频率合成、频率/相位/振幅调整和信号同步。
在数字系统中，时钟信号是非常重要的，它用于同步各个组件的操作，确保数据的准确传输和处理。
锁相环可以将输入信号的频率倍频或分频，产生一个稳定的时钟信号。
具体来说，锁相环的主要作用包括：1.频率合成：锁相环可以通过将输入信号的频率倍频或分频来产生一个与之相关且稳定的输出频率。
这在通信、音频、视频等领域中非常重要，可以实现对信号的精确控制和处理。
2.频率调整：锁相环可以根据需要动态调整输出频率，实现对信号频率的精确控制。
这在调频广播、无线通信等领域中广泛应用，可以确保信号的稳定性和可靠性。
3.相位调整：锁相环可以实现相位的精确调整，使得不同信号之间的相位关系保持一致。
这在音频、视频信号的处理以及通信系统中非常重要，可以避免信号之间的相位失配和传输错误。
4.振幅调整：锁相环还可以实现对信号振幅的调整，使得输出信号的幅度能够与需要的要求匹配。
这在放大器、滤波器等电子设备中常常使用，可以保证信号的正确放大和处理。
5.信号同步：锁相环可以将输入信号的相位与输出信号的相位进行同步，使得信号的时序保持一致。
这在通信和数字系统中非常重要，可以确保各个组件的操作步调一致，避免信号的漂移和失真。
总之，锁相环通过控制振荡器的频率和相位，以及通过比较器和滤波器的反馈机制，实现对输入信号的精确跟踪和稳定控制。
它在各种电子设备和系统中起到非常重要的作用，保证了信号的稳定性、准确性和可靠性。
锁相环
用途
用途
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.
锁相环
无线电术语
01 类比说明
03 优点 05 工作原理
目录
02 简介 04 用途
基本信息
锁相环 (phase locked loop)是一种利用相位同步产生的电压，去调谐压控振荡器以产生目标频率的负反 馈控制系统。根据自动控制原理，这是一种典型的反馈控制电路，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，实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，一般用于闭环跟踪电路。是无线电发射中使频 率较为稳定的一种方法，主要有VCO（压控振荡器）和PLL IC （锁相环集成电路），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 到锁相的目的。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。
数字锁相环工作原理
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。
谢谢观看
PLL：phase Locked Loop相同步回路，锁相回路，用来统一整合时脉讯号，使内存能正确的存取资料。
直接数字频率合成（DDS—Digital Direct Frequency Synthesis）技术是一种新的频率合成方法，是频 率合成技术的一次革命，JOSEPH TIERNEY等3人于1971年提出了直接数字频率合成的思想，但由于受当时微电子 技术和数字信号处理技术的限制，DDS技术没有受到足够重视，随着电子工程领域的实际需要以及数字集成电路 和微电子技术的发展，DDS技术日益显露出它的优越性。
第1章 锁相环基本概念
绪
言
锁相就是自动控制完成相位同步。 锁相就是自动控制完成相位同步。能够实现两个 电信号相位同步的自动控制系统叫做锁相环路,简 电信号相位同步的自动控制系统叫做锁相环路 简 称锁相环(PLL)。 称锁相环 。 最初,Debellesecize于1932年提出同步检波理论 年提出同步检波理论, 最初 于 年提出同步检波理论 首次公开发表了对锁相环路的描述,但并未引起普 首次公开发表了对锁相环路的描述 但并未引起普 遍的重视。直到1947年,锁相环路才第一次应用于 遍的重视。直到 年 锁相环路才第一次应用于 电视机水平和垂直扫描的同步。 电视机水平和垂直扫描的同步。从此锁相环路开始 得到了应用。由于技术上的复杂性和较高的成本, 得到了应用。由于技术上的复杂性和较高的成本 应用锁相环路的领域主要在航天方面。 应用锁相环路的领域主要在航天方面。 年代,随着集成电路技术的发展 到70年代 随着集成电路技术的发展 逐渐出现了集成 年代 随着集成电路技术的发展,逐渐出现了集成 的环路部件、 的环路部件、通用单片集成锁相环路以及多种专用 集成锁相环路,这就为锁相技术在更广泛的领域应用 集成锁相环路 这就为锁相技术在更广泛的领域应用 提供了条件,从而使锁相技术得到了广泛的应用 从而使锁相技术得到了广泛的应用。 提供了条件 从而使锁相技术得到了广泛的应用。
ui(t)
PD
ud(t)
LF
uc(t) VCO
uo(t)
uf(t)
PLL
图1.2.1 基本锁相环组成
由图可见,锁相环是一个反馈系统 闭环控制系统 由图可见 锁相环是一个反馈系统(闭环控制系统 。 锁相环是一个反馈系统 闭环控制系统) 基本锁相环是一个全反馈系统,因为 因为u 基本锁相环是一个全反馈系统 因为 f(t)=uo(t) 。 PD对输入信号 i(t)和反馈信号 f(t)的相位作比较 对输入信号u 和反馈信号 和反馈信号u 的相位作比较 的相位作比较, 对输入信号 其输出信号可表示为 ud(t)=f[θe(t)] (1.2.1)
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。
锁相环电路基础
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 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。
锁相环的原理范文
锁相环的原理范文锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）是一种广泛应用于电子通信、数字信号处理、时钟系统等领域的控制系统。
它的主要功能是将输入信号的相位和频率与参考信号进行比较，并通过反馈回路来控制输出信号的相位和频率，使得输出信号与参考信号保持同步。
锁相环通常由三个主要部分组成：相位比较器、环路滤波器和振荡器。
相位比较器是锁相环的核心部件之一，它用于将参考信号和输出信号的相位进行比较，并产生一个误差信号。
常见的相位比较器有两种类型：正弦相位比较器和数字相位比较器。
1.正弦相位比较器：在其中一个时间点上，正弦相位比较器通过对输入信号和参考信号进行正弦函数运算，得到一个差值信号。
这个差值信号产生的幅度与输入信号和参考信号之间的相位误差有关。
2.数字相位比较器：数字相位比较器将输入信号和参考信号分别转换为数字形式，并进行逐位比较。
根据比较结果，数字相位比较器产生一个误差信号，表示输入信号和参考信号之间的相位差。
相位比较器产生的误差信号被送入环路滤波器。
环路滤波器的作用是对误差信号进行滤波和放大，以产生控制信号。
常见的环路滤波器有积分环路滤波器和低通滤波器。
1.积分环路滤波器：积分环路滤波器将误差信号进行积分运算，以消除高频噪声和抑制低频误差。
积分环路滤波器的输出是一个连续的直流信号，用于控制振荡器的频率。
2.低通滤波器：低通滤波器用于滤除误差信号中的高频噪声，只保留低频成分。
低通滤波器的输出用于调节振荡器的相位。
振荡器是锁相环的另一个重要组成部分。
它根据控制信号产生输出信号，并将输出信号反馈给相位比较器，与参考信号进行比较。
根据比较结果，振荡器调整输出信号的频率和相位，使其逐渐与参考信号同步。
根据不同的应用场景，锁相环还可以加入除频器（频率分频器）、数字-模拟转换器等辅助功能，以实现更复杂的控制任务。
总结起来，锁相环通过相位比较器对输入信号和参考信号的相位进行比较，然后通过滤波器将误差信号转换成控制信号，最后通过振荡器产生同步相位的输出信号。
锁相环理论讲解
锁相环的理论锁相环作为一个系统，主要包含三个基本模块：鉴相器(Phase Detector ：PD)、低通滤波器(LowPass Filter ：LPF)，亦即环路滤波器(L00P Filter ：LF )，和压控振荡器(V oltage Controlled Oscillator ：VCO )。
这三个基本模块组成的锁相环为基本锁相环，亦即线形锁相环(LPLL)，如图2．1所示。
图2.1锁相环原理图当锁相环开始工作时，输入参考信号的频率1f 与压控振荡器的固有振荡频率o f 总是不相同的，即1o f f f ∆=-，这一固有频率差1o f f f ∆=-必然引起它们之间的相位差不断变化，并不断跨越2π角。
由于鉴相器特性是以相位差2π为周期的，因此鉴相器输出的误差电压总是在某一范围内摆动。
这个误差电压通过环路滤波器变成控制电压加到压控振荡器上，使压控振荡器的频率o f 趋向于参考信号的频率i f ，直到压控振荡器的频率变化到与输入参考信号的频率相等，并满足一定条件，环路就在这个频率上稳定下来。
两个频率之间的相位差不随时间变化而是一个恒定的常数，这时环路就进入“锁定”状态。
当环路已处于锁定状态时，如果输入参考信号的频率和相位发生变化，通过环路的控制作用，压控振荡器的频率和相位能不断跟踪输入参考信号频率的变化而变化，使环路重新进入锁定状态，这种动态过程称为环路的“跟踪”过程。
而环路不处于锁定和跟踪状态，这个动态过程称为“失锁”过程。
从上述分析可知，鉴相器有两个主要功能：一个是频率牵引，另一个是相位锁定。
实际中使用的锁相环系统还包括放大器、分频器、混频器等模块，但是这些附加的模块不会影响锁相环的基本工作原理，可以忽略。
2.1 锁相环的工作原理锁相环作为一个系统，主要包含三个基本模块：鉴相器【4】、低通滤波器，亦即环路滤波器，和压控振荡器。
在本节首先分析鉴相器、环路滤波器和压控振荡器.2.1.1 鉴相器锁相环中的鉴相器（PD ）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示：()O U t ()i U t ()D U t图2.2 模拟鉴相器电路 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：()sin[()]i m i i u t U t ωθ=+ （2.1）()sin[()]o om o o u t U t ωθ=+ （2.2）式中的O ω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。
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。
简述锁相环的基本的原理
锁相环的基本原理1. 介绍锁相环（Phase Locked Loop，简称PLL）是一种广泛应用于电子领域的反馈控制系统。
它通过比较输入信号的相位和参考信号的相位差，并通过相位差的反馈控制，使得输出信号的相位与参考信号保持稳定的关系。
锁相环广泛应用于频率合成器、通信系统中的时钟恢复、频率系数调整等领域。
2. 锁相环的组成锁相环由多个组件组成，包括相位比较器、低通滤波器、电压控制振荡器（Voltage Controlled Oscillator，简称VCO）等。
2.1 相位比较器相位比较器是锁相环的核心部件，用于测量输入信号和参考信号之间的相位差。
常见的相位比较器有边沿比较器、数字比较器和模拟比较器等。
2.2 低通滤波器低通滤波器的作用是将相位比较器输出的脉冲信号转化为直流信号，并滤除不需要的高频成分。
低通滤波器一般采用RC电路实现。
2.3 电压控制振荡器电压控制振荡器（VCO）是锁相环的关键部件，它产生一个电压信号，用于控制输出信号的频率和相位。
VCO的输出频率与输入电压成正比。
一般VCO采用LC谐振电路实现。
2.4 分频器分频器的作用是将VCO的高频信号分频为参考信号的频率，以便与输入信号进行相位比较。
2.5 反馈环反馈环将VCO的输出信号与输入信号进行相位比较，并通过控制电压调整VCO的输出频率和相位。
同时，由于VCO输出信号被分频，所以经过一段时间后，输出信号的相位将与参考信号保持一致。
3. 锁相环的工作原理锁相环按照以下步骤工作：3.1 初始状态锁相环初始状态下，VCO的频率与输入信号的频率存在较大的差异，相位比较器输出的误差信号较大。
3.2 相位比较相位比较器对输入信号和参考信号进行相位比较，得到误差信号，误差信号的幅度与输入信号和参考信号之间的相位差有关。
3.3 误差信号滤波误差信号经过低通滤波器滤除高频成分，得到一个平滑的直流信号。
3.4 控制电压调整滤波后的误差信号作为控制电压，调整VCO的频率和相位。
锁相环基础介绍
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 i= V im sin(ωi t+φi)环路输出信号v o= V om sin(ωo t+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.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。
b.φe(t)由鉴相器产生误差电压v d(t)=f(φe)完成相位误差—电压的变换作用。
v d(t)为交流电压。
c. vd(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产生控制角频差△ω0,使ω0随ωi变化。
B.锁定（即相位稳定）a.一旦锁定φe(t)=φe∞（很小常数）v d(t)= V d（直流电压）b.ω0≡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。
）锁相基本方程和相位模型（时域）★★各部件相位模型★鉴相器(PD)相位模型⊙数学模式v d(t)=A D sinφe(t)⊙相位模式★环路滤波器(LPF)相位模式⊙数学模式v c(t)=A F(P)v d(t)⊙相位模式★压控振荡器(VCO)相位模式⊙数学模式⊙相位模式★★环路相位模型★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。
锁相环指标
锁相环指标
锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种电子电路，用于将输入信号的相位与参考信号的相位保持同步。
锁相环在通信、测量、控制等领域具有广泛的应用。
锁相环的基本原理是通过比较输入信号与参考信号的相位差，并利用反馈回路来调节输入信号的相位，使其与参考信号保持同步。
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。
相位比较器用于测量输入信号与参考信号的相位差，低通滤波器用于平滑相位差的变化，电压控制振荡器根据相位差的变化来调节输出频率，分频器用于将输出信号分频，以提供参考信号。
锁相环的一个重要应用是频率合成器。
频率合成器通过锁相环将参考信号的频率与输入信号的频率进行合成，得到所需的输出频率。
锁相环还可以用于时钟恢复、频率调制与解调、信号重构等方面。
锁相环的性能指标包括锁定范围、锁定时间、抖动等。
锁定范围是指锁相环能够跟踪的输入信号频率范围，锁定时间是指锁相环从失锁到锁定所需的时间，抖动是指输出信号的相位变化。
锁相环的设计与调试需要考虑许多因素，如参考信号的选择、相位比较器的设计、滤波器的参数设置等。
同时，还需要根据具体应用场景的要求来确定锁相环的性能指标。
锁相环作为一种重要的电子电路，在现代通信与控制系统中发挥着
重要的作用。
通过合理设计与调试，锁相环可以实现信号的精确同步与频率合成，为各种应用提供稳定可靠的时钟与参考信号。
- 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)。
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 i= V im sin(ωi t+φi)环路输出信号v o= V om sin(ωo t+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.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。
b.φe(t)由鉴相器产生误差电压v d(t)=f(φe)完成相位误差—电压的变换作用。
v d(t)为交流电压。
c. vd(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产生控制角频差△ω0,使ω0随ωi变化。
B.锁定（即相位稳定）a.一旦锁定φe(t)=φe∞（很小常数）v d(t)= V d（直流电压）b.ω0≡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。
）锁相基本方程和相位模型（时域）★★各部件相位模型★鉴相器(PD)相位模型⊙数学模式v d(t)=A D sinφe(t)⊙相位模式★环路滤波器(LPF)相位模式⊙数学模式v c(t)=A F(P)v d(t)⊙相位模式★压控振荡器(VCO)相位模式⊙数学模式⊙相位模式★★环路相位模型★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。
★锁相环路基本方程(动态方程)和物理意义⊙方程：Pφe (t)=Pφi(t)-AOADAF(p)sinφe(t)Pφe (t)=Pφi(t)-A∑(p)sinφe(t)⊙方程特点：▲属非线性微分方程▲非线性由鉴相器决定▲求解微分方程，可确定环路的性能。
⊙方程物理意义：▲它是描述输入信号和压控振荡器输出信号之间的相位误差φe(t),从环路闭合的一瞬间开始,φe(t)随着时间t变化的过程。
▲各项物理意义：※ Pφe (t)表示环路瞬时角频差△ω= ωi-ωo※ Pφi(t)表示环路的固有角频差（或起始角频差）△ωi = ωi-ωr※ AO ADAF(p)sinφe(t)表示环路控制角频差△ωo= ωo-ωr▲环路动态过程表明:△ωi =△ω↓＋△ωo↑▲当△ω↓↓=0时, ωi =ωo环路锁定。
▲锁定时二、复频域锁相基本方程和相位模型（复频域）★★线性化条件:★★环路线性化环路方程：Pφe (t)=Pφi(t)-A∑F(p)φe(t)为线性微分方程。
★★复频域相位模式:★★复频域环路线性化环路方程Sφe (S)=Sφi(S)-A∑F(S)φe(t)φe(S),φi(S)为φe(t), φi(t)的拉氏变换F(S)是环路滤波器的传递函数。
★★环路传递函数★线性系统传递函数的定义：当初始条件为零时，响应函数的拉氏变换与驱动函数的拉氏变换之比。
★环路传递函数：(s)⊙开环传递函数Ho当环路反馈支路开路状态下,由输入相位驱动所引起输出相位的响应。
为:⊙闭环传递函数H(s)研究环路闭环状态下，由输入相位φi(S)驱动所引起输出相位φo(S) 的响应。
为:(s)⊙误差传递函数He研究闭环状态下，由输入相位驱动，误差相位的响应。
为:⊙H o(s),H(s),H e(s) 是研究锁相环路跟踪（或同步）状态最常用的三个传递函数，三者之间的关系为:是工程中常用，应熟记。
⊙F(S)是环路滤波器的传递函数。
不同的环路，采取的环路滤波器不同，即F(S)不同，代入环路传递函数中即可得到不同环路的三种不同传递函数。
为了引入环路参量ω──环路固有角频率nζ──环路阻尼系数可描述环路的动态过程(其中ωn,ζ均可用A o,A D及时间常数τ或τ1,τ2表示，但各环路系统的ωn,ζ是不同的）。
⊙分母标准化环路传递函数表示如下：锁相环路的工作状态一、锁定状态★★锁定工作状态现象的观察(实验)★★锁定状态涵义:它是指环路基准输入信号的频率和相位与压控振荡器输出信号的频率和相位相等,则鉴相器输出电压v d(t)为一直流电压，其大小使压控振荡器频率保持着和基准输入信号频率相等。
★★锁定充分必要条件★说明：假设基准输入信号频率和初相位是不变。
开环时ωi≠ωr，存在固有角频差Δωi，当环路闭合后，通过环路的调节作用，使VCO产生一个控制频差Δωo=ωo-ωr，在锁定时，任何时刻Δωi=Δωo。
★锁定条件：ωi=ωoφe(t)=φe∞二、跟踪状态★★跟踪工作状态现象的观察（实验）★用信号发生器代替基准输入信号f i，当改变f i频率，在一定范围内变化时，观察发现VCO的频率f o将随着信号发生器的频率作线性变化。
在环路锁定情况下二个频率计的频率读数始终是相等的。
★跟踪过程可表示为:ωi ↑→φi↑→φe↑→V d↑→V c↑→C j↓→ωo↑→φo↑同样跟踪过程也是锁定的一种形式:ωo ↑→φo↑→φe↓→V d↓→V c↓→C j↑→ωo↓→φo↓★可见锁相环是一个相位反馈系统，环路锁定没有频差，但仍然存在相位误差φe,否则不可能再控制频率变化了。
★同步带：指环路本身是失锁状态，使环路能保持跟踪和同步的最大固有角频差Δωimax=ΔωH称为环路的同步带。
三、失锁状态★★失锁涵义：表示环路既不锁定，也不跟踪，环路所处的工作状态。
★★失锁通过环路调节作用可能有两种不同结果：其一：可能使环路无法再锁定。
其二：可能使环路再锁定。
(这是通常失锁状态总是指这种情况)★★环路从失锁到环路再次锁定的过程称为捕捉过程。
★★捕捉过程★包含两个阶段，一是频率牵引阶段(或称频率捕捉过程)；一是相位牵引阶段（或称相位捕捉过程）。
★捕捉过程鉴相器输出电压v d(t) 呈现波形就不再是正弦波，而是一串非周期性的“叶尖”波。
★频率捕捉过程是由于φe(t)产生2π周期跳跃,产生上下不对称的差拍波，产生一个直流分量，随差拍波的周期愈来愈长，使这直流分量值也愈来愈大，这直流的增长过程，就是环路滤波器的积分过程，将VCO的频率从ωi牵引ωr，完成频率牵引过程。
★相位捕捉过程是使VCO频率已接近了ωi，认为只进行相位的调整，这过程已不再发生2π周期的跳跃，所以是快捕入锁的过程。
使φe(t)趋于稳态的相位差φe∞，由于v d经过环路滤波器后产生v c信号，控制VCO，才能保持ωi＝ωo，若无φe∞存在,环路也无法锁定。
★环路锁定后，若输入信号是随时间发生变化，加至鉴相器后，通过环路调节作用，使压控振荡器的频率也不断地跟随输入信号频率和相位而变，只要满足ωi－ωo=(ωi-ωr)-(ωo-ωr)，这时环路工作状态就是跟踪(或同步)状态。
环路频响特性★★“频率特性”是对输入信号的相位频谱而言★输入信号v i(t)=V im sin[ωc(t)＋m i sin(Ωt＋φi)]输入相位φi (t)=misin(Ωt＋φi')输出相位φo (t)=mosin(Ωt＋φo')误差相位φe (t)=msin(Ωt＋φe')将环路传递函数中S,令S=jΩ即分别得到不同环路闭环频率响应和误差的频率响应。
★一阶环★二阶环（以理想二阶环为例）★结论⊙无论何种滤波器的二阶环其闭环频响特性应都具有低通性质，误差频响特性都具有高通性质。
这两种响应在环路应用中有极重要的作用。
⊙闭环幅频具有低通滤波特性即：只要输入信号的相位调制频率Ω低于环路的自然频率ωn（严格地说是截止角频率），则环路就可以良好地传递相位调制，VCO的输出相位φo(t)可以良好跟踪输入相位φi(t)的变化，环路误差相位很小。
⊙误差频响具有高通滤波特性即：当相位调制频率Ω远高于环路自然频率ωn，那么环路不能传递相位调制，VCO的输出相位Φo(t)不能跟踪输入相位φi(t)变化，环路误差相位φe(t)几乎与输入相位φi(t)一样变化。
★★调制跟踪与载波跟踪★调制跟踪⊙指当Ω＜ωn，处于闭环低通特性的通带内，使环内的VCO的输出电压v o(t)跟踪了V o(t)的相位调制。
称它为调制跟踪状态。
⊙调制跟踪型应用实例框图──锁相鉴频★载波跟踪型⊙是指当Ω>ωn，调制频率处于闭环低通特性的通带外，φi(t)不能跟踪φo(t)，此时VCO输出无相位调制的载波v o(t)=V om cosωo t，当输入信号的载频产生缓慢的漂移时，由于环路要维持稳定，所以输出载频也会跟着漂移，这种跟踪状态称为载波跟踪型。
⊙φo(t)没有跟踪φi(t)，却反映了φe(t)较大，即φe(t)跟踪了φi(t)的相位调制，这就是误差频率响应的高通特性。
⊙载波跟踪环可用于提取输入已调波中的载波等。
应用实例框图──载波跟踪环用作同步检波。
v i(t)与v o(t)在载波相位上相差90°，所以v o(t)经π/2移相可得到与原载波同频同相的参考信号。
环路暂态(瞬态)响应和稳态相位（一）★★暂态相位差和稳态相位差</TD< tr>★稳态相位差⊙锁相环路处于锁定状态时，输出频率与输入频率相等，两者之间只有φe∞，称φe∞相差为稳态相位差。
⊙不同环路，不同的输入信号形式，有不同的稳态相位差。
★暂态相位差⊙环路在锁定条件下，若输入信号的频率或相位发生了变化,通过环路自身调整，如果是理想的跟踪，跟踪的过程φe(t)变化较小，最后使环路重新入锁。
这过程称暂态过程，暂态过程的相位差φe(t)称为暂态相位差。
⊙暂态相位差不仅与环路参数有关，还与输入信号的变化形式有关。
⊙暂态过程是环路跟踪过程，环路可视为线性系统，系统的特性可用传递函数表示。
★★典型输入信号形式★输入相位阶跃★输入频率阶跃★频率斜升★★研究暂态响应的方法★写出输入信号的拉氏变换φi(s)★写出环路传递函数H(s)和He(s)★求出φo (s)＝H(s)φi(s),φe(s)=He(s)φi(s)★求φo (s)、φe(s)拉氏反变换φo(t)、φe(t)即φo (t)=L-1[φo(s)]，φe(t)=L-1[φe(s)]★★典型信号输入环路的暂态（瞬态）响应★★稳态相位差φe∞环路稳定性锁相环是一个反馈控制系统，稳定是反馈控制系统的重要性能，关系到系统能够正常发挥效能的前提条件。