完整版锁相环工作原理.doc
锁相环原理
锁相环原理一、锁相环是什么？锁相环是一种利用相位同步产生电压，去调谐压控振荡器以产生目标频率的负反馈控制系统。
锁相环就是通过负反馈控制系统，让压控振荡器的固有振荡频率fo 和输入的参考信号fi 的相位保持在误差允许范围内，从而让振荡频率fo达到和参考信号fi 同步相位频率的目的。
一般来说，参考信号fi 的信号特性更好，通过锁相系统提高振荡频率fo的信号特性，同时还可以将参考信号fi 转化为你想要的任意（最好整数倍）频率信号。
二、基本理论1.工作原理最基础的锁相环系统主要包含三个基本模块：鉴相器（Phase Detector：PD）、环路滤波器（L00P Filter：LF）其实也就是低通滤波器，和压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator：VCO）。
有了这三个模块的话，最基本的锁相环就可以运行了。
但我们实际使用过程中，锁相环系统还会加一些分频器、倍频器、混频器等模块。
（这一点可以类比STM32的最小系统和我们实际使用STM32的开发板）我们从锁相系统开始运行的那一刻进行分析，这个时候鉴相器有两个输入信号，一个是输入的参考信号Vin,另一个是压控振荡器的固有振荡信号Vout。
这个时候由于两个信号的频率不相同，会因为频差而产生相位差，如果不对压控振荡器进行任何操作，那么相位差会不断累积，从而跨越2Π角度，从零重新开始测相位，如图3所示。
这便是测量死区，明明相位在不断变大，但鉴相器只能测出0~2Π的范围，测出的相位差最大便是２Π，这样就导致了鉴相器的输出电压只能在一定的范围内波动。
理想状态是让这两个信号的相位差一直保持在2Π的范围内，不进入测量死区。
那么在系统刚开始的时候，鉴相器测出两个信号的相位差，将相位差时间信号转化为误差电压信号输出（具体转化过程见鉴相器讲解）。
通过环路滤波器转化为压控电压加到压控振荡器上，使压控振荡器的输出频率Vout逐步同步于输入信号Vin，直到两个信号的频率逐渐同步，相位差也在测量误差范围内，那么整个系统就稳定下来了。
(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。
(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。
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。
三相锁相环原理(一)
三相锁相环原理(一)三相锁相环简介•什么是三相锁相环？•锁相环的基本原理基本原理•基本元件：相位比较器、低通滤波器、增益放大器、VCO （Voltage Controlled Oscillator）•工作流程：1.通过相位比较器比较输入信号与反馈信号的相位差2.相位差经过低通滤波器进行平滑处理3.平滑后的信号经过增益放大器放大4.放大的信号作为VCO的控制电压，调节VCO的频率三相锁相环的特点•高精度的频率锁定能力•快速的跟踪能力•极低的噪声和抖动•抗干扰性强三相锁相环的应用•通信系统中的时钟恢复•激光锁模技术•信号生成和恢复•数字信号处理等领域三相锁相环的发展趋势•高集成度•低功耗•多功能化•高性能、高可靠性结语三相锁相环作为一种常用且重要的控制系统，广泛应用于各个领域。
随着科技的不断进步，它将越来越受到重视，并在各个方面得到不断优化和改进。
相信未来的三相锁相环将成为更加高效、稳定和可靠的控制技术。
什么是三相锁相环？三相锁相环是一种常见的控制系统，用于通过调节输出频率来实现输入和反馈信号之间的相位锁定。
它由相位比较器、低通滤波器、增益放大器和VCO（Voltage Controlled Oscillator）组成，可以用于许多领域，如通信系统、激光锁模技术和数字信号处理等。
锁相环的基本原理锁相环的基本原理是根据反馈信号和输入信号之间的相位差调整输出信号的频率，以实现相位锁定。
它主要通过以下几个步骤来实现：1.相位比较器：相位比较器比较输入信号和反馈信号的相位差，并生成一个误差信号。
2.低通滤波器：误差信号经过低通滤波器进行平滑处理，以去除高频噪声和干扰。
3.增益放大器：平滑后的信号经过增益放大器放大，以增强控制信号的幅度。
4.VCO控制：放大后的信号作为VCO的控制电压，调节VCO的频率，使其与输入信号的频率相匹配。
通过调节频率，锁相环实现了输入和反馈信号的相位锁定。
三相锁相环的特点三相锁相环具有以下几个特点：•高精度的频率锁定能力：三相锁相环可以实现非常精确的频率锁定，对输入信号的变化能够及时做出反应并进行调整。
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。
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
锁相环原理
1锁相环的基本原理1.1 锁相环的基本构成锁相环路（PLL）是一个闭环的跟踪系统，它能够跟踪输入信号的相位和频率。
确切地讲，锁相环是一个使用输出信号（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。
在同步（通常称为锁定）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。
如果出现相位误差，一种控制机理作用到振荡器上，使得相位误差再次减小到最小。
在这样的控制系统中，实际输出信号的相位锁定到参考信号的相位，因而我们称之为锁相环。
锁相环在无线电技术的许多领域，如调制与解调、频率合成、数字同步系统等方面得到了广泛的应用，已经成为现代模拟与数字通信系统中不可缺少的基本部件。
锁相环通常由鉴相器（PD），环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三个基本部件组成。
如图1-1所示：VCOLFPD图1-1 锁相环的基本构成在PLL中，PD是一个相位比较器，比较基准信号（输入信号）（t）与输出信号（t）之间的相位偏差，并由此产生误差信号；LF是一个低通滤波器，用来滤除中的高频成分，起滤波平滑作用，以保证环路稳定和改善环路跟踪性能，最终输出控制电压；VCO是一个电压/频率变换装置，产生本地振荡频率，其振荡频率受控制，产生频率偏移，从而跟踪输入信号的频率。
整个锁相环路根据输入信号与本地振荡信号之间的相位误差对本地振荡信号的相位进行连续不断的反馈调节，从而达到使本地振荡信号相位跟踪输入信号相位的目的。
1.1.1 鉴相器鉴相器是一个相位比较器，比较两个输入信号的相位，产生误差相位，并转换为误差电压。
鉴相器有多种类型，如模拟乘法器型、取样保持型、边沿触发数字型等，其特性也可以是多种多样的，有正弦特性、三角特性、锯齿特性等，作为原理分析，通常使用正弦特性的鉴相器，理由是正弦理论比较成熟，分析简单方便，实际上各种鉴相特性当信噪比降低时，都趋向于正弦特性。
常用的正弦鉴相器可以用模拟乘法器与低通滤波器的串接作为模型，如图1-2所示。
锁相环基本原理
锁相环基本原理锁相环基本原理⼀个典型的锁相环（PLL ）系统，是由鉴相器（PD ），压控荡器（VCO ）和低通滤波器（LPF ）三个基本电路组成，如图1，Ud = Kd (θi –θo) U F = Ud F （s ）θiθo 图1⼀．鉴相器（PD ）构成鉴相器的电路形式很多，这⾥仅介绍实验中⽤到的两种鉴相器。
异或门的逻辑真值表⽰于表1，图2是逻辑符号图。
表1图2从表1可知，如果输⼊端A 和B 分别送 2π⼊占空⽐为50%的信号波形，则当两者存在相位差?θ时，输出端F 的波形的占空⽐与?θ有关，见图3。
将F 输出波形通过积分器平滑，则积分器输出波形的平均值，它同样与?θ有关，这样，我们就可以利⽤异或门来进⾏相位到电压 ?θ的转换，构成相位检出电路。
于是经积图3分器积分后的平均值（直流分量）为： UU=Vdd*?θ/π (1) Vcc不同的?θ，有不同的直流分量Vd 。
?θ与V 的关系可⽤图4来描述。
从图中可知，两者呈简单线形关 1/2Vcc 系：Ud = Kd *?θ (2)1/2ππ?θ Kd 为鉴相灵敏度图4FO o U K dtd =θVPDLPFVCOUiUoVA B F__F = A B + A B F B A2．边沿触发鉴相器前已述及，异或门相位⽐较器在使⽤时要求两个作⽐较的信号必须是占空⽐为50%的波形，这就给应⽤带来了⼀些不便。
⽽边沿触发鉴相器是通过⽐较两输⼊信号的上跳边沿（或下跳边沿）来对信号进⾏鉴相，对输⼊信号的占空⽐不作要求。
⼆．压控振荡器（VCO ）压控振荡器是振荡频率ω0受控制电压U F （t ）控制的振荡器，即是⼀种电压——频率变换器。
VCO 的特性可以⽤瞬时频率ω0（t ）与控制电压U F （t ）之间的关系曲线来表⽰。
未加控制电压时（但不能认为就是控制直流电压为0，因控制端电压应是直流电压和控制电压的叠加），VCO 的振荡频率，称为⾃由振荡频率ωom ，或中⼼频率，在VCO 线性控制范围内，其瞬时⾓频率可表⽰为：ωo （t ）= ωom + K 0U F （t ）式中，K 0——VCO 控制特性曲线的斜率，常称为VCO 的控制灵敏度，或称压控灵敏度。
锁相环工作原理
锁相环工作原理锁相环是一种用于频率合成和频率测量的电子系统，它可以将输入信号的频率与参考信号的频率进行比较，并通过反馈控制来使两者保持同步。
锁相环广泛应用于通信系统、雷达、测量仪器等领域。
一、锁相环的基本组成1. 相位比较器（Phase Detector）：相位比较器是锁相环的核心部件，用于比较输入信号和参考信号之间的相位差。
常见的相位比较器有乘法器、异或者门等。
2. 低通滤波器（Low Pass Filter）：相位比较器输出的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，得到平滑的控制电压。
3. 电压控制振荡器（Voltage Controlled Oscillator，VCO）：VCO是锁相环的另一个重要组成部份，它根据控制电压的大小来调节输出频率。
VCO的频率范围应包含输入信号和参考信号的频率。
4. 分频器（Divider）：分频器将VCO的输出信号进行分频，得到与参考信号频率相同或者相近的信号，用于与输入信号进行相位比较。
5. 反馈环（Feedback Loop）：反馈环将分频器的输出信号反馈到相位比较器，形成闭环控制系统。
通过不断调节VCO的频率，使输入信号和参考信号的相位差尽可能小，从而实现锁相环的工作。
二、锁相环的工作原理锁相环的工作原理可以分为两个阶段：捕获（Acquisition）和跟踪（Tracking）。
1. 捕获阶段：在捕获阶段，锁相环的目标是将输入信号的频率和相位与参考信号进行同步。
首先，相位比较器将输入信号和参考信号进行相位比较，产生一个误差信号。
该误差信号经过低通滤波器后，作为控制电压输入到VCO中。
VCO的输出信号经过分频器后与参考信号进行相位比较，不断调节VCO的频率和相位，直到输入信号和参考信号的相位差趋近于零。
2. 跟踪阶段：在捕获阶段完成后，锁相环进入跟踪阶段。
在跟踪阶段，输入信号的频率和相位可能会发生变化，锁相环需要通过反馈控制来保持输入信号和参考信号的同步。
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
锁相环工作原理
锁相环工作原理锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种常用的电子系统控制技术，用于实现频率合成、频率调整、时钟恢复等功能。
它可以将输入信号的频率和相位与参考信号进行比较，并通过调节输出信号的频率和相位来使两者保持同步。
锁相环广泛应用于通信系统、数字信号处理、时钟同步、频率合成等领域。
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）和分频器组成。
1. 相位比较器（Phase Comparator）：相位比较器是锁相环的核心部件之一，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、乘法器、延迟锁定环等。
相位比较器的输出信号表示相位差的大小和方向。
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处理，去除高频噪声和干扰，得到平滑的控制电压。
3. 电压控制振荡器（Voltage Controlled Oscillator，VCO）：VCO是锁相环的另一个核心部件，它根据控制电压的大小和极性来调节输出信号的频率和相位。
VCO的输出信号经过分频器反馈给相位比较器进行相位比较。
4. 分频器（Divider）：分频器用于将VCO的输出信号进行分频，得到参考信号。
分频器通常采用可编程分频器，可以根据需要进行分频比的设置。
锁相环的工作原理如下：1. 初始化：锁相环开始工作时，需要进行初始化设置。
初始化包括设置参考信号的频率、相位和幅度，以及设置VCO的初始频率。
2. 相位比较：相位比较器将输入信号和参考信号进行相位比较，得到相位差的大小和方向。
3. 低通滤波：相位比较器的输出信号经过低通滤波器进行滤波处理，得到平滑的控制电压。
4. 控制VCO：控制电压作用下，VCO的频率和相位发生变化。
如果相位差为正，则VCO的频率增加；如果相位差为负，则VCO的频率减小。
锁相环的工作原理
锁相环的工作原理
锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种电子控制系统，其工作原理基于将输入信号与本地产生的参考信号进行比较，并通过反馈回路来调整本地信号的相位和频率，使其与输入信号保持同步。
锁相环的主要组成部分包括一个相位比较器、一个低通滤波器、一个电压控制振荡器（Voltage Controlled Oscillator，简称VCO）以及一个分频器。
工作原理如下：
1. 输入信号（参考信号）与VCO产生的本地信号经过相位比
较器比较，产生一个误差信号（Phase Error）；
2. 误差信号经过低通滤波器滤波，去除高频噪声，获取平均的误差信息；
3. 通过反馈回路将滤波后的误差信号输入VCO，控制其生成
的本地信号的相位和频率；
4. VCO的输出信号经过分频器分频后反馈给相位比较器作为
参考信号，与输入信号进行比较，进一步调整VCO的输出；5. 当输入信号与本地信号的相位差为零时，锁相环达到稳定状态，本地信号的相位和频率与输入信号保持同步。
通过不断比较误差并进行反馈调整，锁相环可以实现对输入信号的追踪或跟踪，使得本地信号的相位和频率能够与输入信号精确同步，并在某个稳态时保持稳定。
锁相环在电子通信、数字信号处理、频率合成等领域有广泛应用。
锁相环工作原理
锁相环工作原理．锁相环工作原理锁相环路是一种反馈电路，锁相环的英文全称是Phase-Locked Loop,简称PLL。
其作用是使得电路上的时钟和某一外部时钟的相位同步。
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。
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。
锁相环路是一个相位反馈、）PD（鉴相器它由以下三个基本部件组成：自动控制系统。
．环路滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）。
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. 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。
锁相环可用来实现输出和输入两个信号之间的相位同步。
当没有基准（参考）输入信号时，环路滤波器的输出为零（或为某一固定值）。
这时，压控振荡器按其固有频率fv进行自由振荡。
当有频率为fR的参考信号输入时，uR 和uv同时加到鉴相器进行鉴相。
如果fR和fv相差不uR进行鉴相的结果，输出一个与uv和uR大，鉴相器对．和uv的相位差成正比的误差电压ud，再经过环路滤波器滤去ud中的高频成分，输出一个控制电压uc，uc将使压控振荡器的频率fv（和相位）发生变化，朝着参考输入信号的频率靠拢，最后使fv= fR，环路锁定。
环路一旦进入锁定状态后，压控振荡器的输出信号与环路的输入信号（参考信号）之间只有一个固定的稳态相位差，而没有频差存在。
锁相环原理
§1-2锁相环路的工作原理锁相环路实质上是一个相差自动调节系统。
为了掌握环路的工作原理，理解环路工作过程中发生的物理现象，必须导出环路的相位数学模型和微积分方程。
为此，首先必须了解组成基本锁相环路各部件的功能模型，然后串联起来就组成了锁相环路的相位数学模型，最后列出微积分方程。
§1-2-1 主要部件的功能模型锁相环路由三个基本部件组成如图1－1所示。
图中v i(t)和v o(t)分别表示环路的图1－1基本锁相环路的组成输入、输出信号电压。
现将三个基本部件的工作原理分述如下：1、鉴相器鉴相器的任务是对它的两个输入信号进行比较。
当环路锁定时，鉴相器输出正比于这两个输入信号相位差的直流电压V d。
鉴相器的电路形式很多，有模拟的、取样的和数字的。
作为原理分析，通常使用正弦特性的鉴相器。
理由是正弦理论比较成熟，分析简单方便，实际上各种鉴相特性当信噪比降低时，都趋向于正弦特性。
原则上，任何一种理想的模拟乘法器都可以作为具有正弦特性的鉴相器，如图1－2所示。
输入信号v i(t)和压控振荡器的输出信号v o(t)分别加到乘法器的两个输入端。
设输入信号为v i(t)=V i sin[ωi t+θi(t)](1-1)式中，V i为输入信号的振幅；ωi为输入信号的角频率；θi(t)为输入信号以其载波相位ωi t为参考的瞬时相位。
压控振荡器输出信号为v o(t)=V o cos(ωo t+θo(t))(1－2)式中，V0为压控荡器输出信号的振幅；ωo为压控荡器固有角频率；θo (t)为压控振荡器输出的信号以其固有振荡相位ωo t 为参考的瞬时相位。
图1－2等效鉴相器(乘法器)一般情况下，两个输入信号的频率是不相同的。
但是，相位比较只有在相同频率情况下才有意义，所以为了适应鉴相器进行同频比相的需要，现统一以压控振荡器固有振荡相位ωo t 为参考。
故需重新定义v i (t)的瞬时相位。
现将输入信号瞬时相位改写为[ωi (t)+θi (t)]=ωo t+[(ωι−ωο)t+θi (t)]=ωo t+θ1(t)(1－3)式中，θ1(t)=(ωι−ωο)t+θi (t)=Δωo t+θi (t)(1－4)这里θ1(t)是以固有振荡相位ωo t 为参考的输入信号瞬时相位。
锁相环工作原理
锁相环工作原理锁相环是一种常见的电子设备，用于调整和稳定信号的相位。
它在许多领域中都有广泛的应用，包括通信系统、雷达、无线电、光学和音频设备等。
下面将详细介绍锁相环的工作原理。
一、引言锁相环是一种反馈控制系统，它通过比较输入信号和参考信号的相位差，并根据差异来调整输出信号的相位，从而使输出信号与参考信号保持同步。
锁相环通常由相位比较器、低通滤波器、电压控制振荡器（VCO）和分频器等组成。
二、工作原理1. 相位比较器相位比较器是锁相环的核心部件之一。
它将输入信号和参考信号进行相位比较，并输出相位差。
常见的相位比较器有边沿比较器和恒幅比较器。
边沿比较器通过检测输入信号和参考信号的边沿来计算相位差，而恒幅比较器则通过比较输入信号和参考信号的幅度来计算相位差。
2. 低通滤波器相位比较器输出的相位差信号通常包含噪声和高频成分，需要经过低通滤波器进行滤波处理。
低通滤波器的作用是去除高频噪声，使得输出信号更加平滑。
3. 电压控制振荡器（VCO）VCO是锁相环中的一种振荡器，其输出频率可以通过调节输入电压来控制。
VCO的输出频率与输入电压成正比。
在锁相环中，VCO的输出频率被用作反馈信号，通过调节输入电压来实现相位的调整。
4. 分频器分频器用于将VCO的输出信号分频，以提供参考信号给相位比较器。
分频器的作用是将高频信号转换为低频信号，使得相位比较器能够更精确地进行相位比较。
三、工作流程锁相环的工作流程如下：1. 输入信号和参考信号经过相位比较器进行相位比较，得到相位差信号。
2. 相位差信号经过低通滤波器进行滤波处理，去除高频噪声。
3. 滤波后的信号作为输入电压，调节VCO的输出频率。
4. VCO的输出信号经过分频器分频后作为参考信号，再次经过相位比较器进行相位比较。
5. 反复循环上述步骤，直到输入信号和参考信号的相位差趋于稳定，锁定在一个特定的相位差值上。
6. 输出信号与参考信号保持同步，实现相位的稳定和调整。
锁相环的组成和工作原理
锁相环的组成和工作原理锁相环（Phase Locked Loop，简称PLL）是一种经常用于时钟恢复、频率合成和频率同步等应用的电路。
它由几个组成部分构成，包括相频偵测器（Phase Frequency Detector，简称PFD）、环形計數器（Divider），低通滤波器（Loop Filter）和振荡器（VoltageControlled Oscillator，简称VCO）。
锁相环通过调节振荡器的频率，以跟踪和同步输入信号的相位和频率。
锁相环的工作原理如下：1. 相频检测：锁相环的相频检测器（Phase Frequency Detector，简称PFD）用于测量输入信号和反馈信号之间的相位差和频率差。
根据相频检测器的输出，可以得到一个锁定的电压信号，该信号与相位差和频率差成正比。
2. 环形计数器：环形计数器（Divider）是用于将输出信号的频率降低至可控制范围的计数器。
当输出信号进入环形计数器时，计数器开始对信号进行计数，并输出一个较低频率的信号作为反馈信号输入到PFD中。
3. 低通滤波器：低通滤波器（Loop Filter）用于减小环形计数器输出信号的噪音，并将输出信号平滑化。
滤波器的输出电压与输入信号的频率和相位差成正比。
通过调整滤波器的参数，可以控制锁相环的锁定时间和跟踪精度。
4. 振荡器：振荡器（Voltage Controlled Oscillator，简称VCO）是一个根据输入电压的大小来调整输出频率的振荡器。
当输入电压增加时，振荡器的输出频率也会增加；当输入电压减小时，振荡器的输出频率也会减小。
在锁相环中，VCO的频率通过调节输入电压来实现相位和频率的跟踪。
当锁相环处于锁定状态时，相位差为零，频率差为零，输入信号的相位和频率与反馈信号完全同步。
如果输入信号的相位或频率发生变化，锁相环会通过调节VCO的频率来追踪这些变化，并使输入信号的相位和频率保持同步。
锁相环的工作原理可以简单描述为：输入信号经过相频检测器和环形计数器，产生一个较低频率的反馈信号。
第一章 锁相环路的基本工作原理
14
锁定与跟踪的概念
PD
LF
VCO
PLL
15
锁定与跟踪的概念
▓ 相位关系的描述（固有频差、瞬时相差、瞬时频差）
任何一个正弦信号（或余弦信号），都可以构造成一个唯一对 应的复信号，从而以向量的方式在复平面上表示。其中：
锁相技术
Phaselock T理
锁定与跟踪的概念 环路组成 环路的动态方程 一阶锁相环路的捕获、锁定与失锁
12
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
即： 或
图：压控振荡器的控制特性
126
环路组成
▓ 环路相位模型
对于环路当中的每一个单元，只关心该单元对信号的相位产生了什么样 的影响。这样就得到了各个单元的相位模型。
图：锁相环路的相位模型
127
环路组成
128
环路的动态方程
▓ 统一相位参考
输入信号：
输出信号：
129
环路的动态方程
▓ 建立环路方程
130
环路的动态方程
▓ 环路方程的含义
控制频差
131
环路的动态方程
▓ 相关结论
环路工作过程
其中，在输入信号为固定频率的情况下，固有频差在环路整个工作过程 中为一个常数。
➢ 起始时刻：瞬时频差最大，控制频差等于零； ➢ 捕获过程：控制频差逐渐加大，瞬时频差逐渐减小； ➢ 同步状态：控制频差等于固有频差，瞬时频差等于零。
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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。
锁相环电路的计算公式见公式:
Fout=(N/R)Fref
由公式可见，只要合理设置数值N 和 R，就可以通过锁相环电路产生所需要的高频信号。
4.锁相环芯片
锁相环的基准频率为13MHz ，通过内部固定数字频率分频器生成5KHz 或 6.25KHz 的参考频率。
VCO 振荡频率通过IC1 内部的可编程分频器分频后，与基准频率进行相位比较，产
生误差控制信号，去控制VCO，改变VCO的振荡频率，从而使VCO输出的频率满足要求。
如图 3-5 所示。
N=F VCO /F R
N：分频次数
F VCO： VCO 振荡频率
F R：参考频率
失锁检测器：
如果锁相环失锁，IC1 第 14 脚送出一个低电平信号，CPU 第 40 脚 PLL/LD 接收到失锁
信号后，关闭发射通道，发射机停止工作。
如图3-6 所示。
如果 IC1 的 LD 管脚上出现低电平，则处于失锁状态，从D10， R50 获得直流电压，且C63 产生的提供给微处理器(IC10) 的 PLL/LD 管脚电压降低。
当微处理器 (IC10) 检测到此情况时，
不能进行发射，无视通话转换开关输入信号。
如图3-6 所示。
5、锁相环的应用
1．锁相环在调制和解调中的应用
（1 ）调制和解调的概念
为了实现信息的远距离传输，在发信端通常采用调制的方法对信号进行调制，收信端接收到信号
后必须进行解调才能恢复原信号。
所谓的调制就是用携带信息的输入信号u 来控制载波信号u 的参数，使载波信号的某一个参数随
i C
输入信号的变化而变化。
载波信号的参数有幅度、频率和位相，所以，调制有调幅（AM ）、调频（ FM ）和调相（PM ）三种。
调幅波的特点是频率与载波信号的频率相等，幅度随输入信号幅度的变化而变化；调频波的特点
是幅度与载波信号的幅度相等，频率随输入信号幅度的变化而变化；调相波的特点是幅度与载波
信号的幅度相等，相位随输入信号幅度的变化而变化。
调幅波和调频波的示意图如图8-4-4 所示。
上图的（ a）是输入信号，又称为调制信号；图（b）是载波信号，图（ c ）是调幅波和调频波信号。
解调是调制的逆过程，它可将调制波u 还原成原信号u 。
O i
2．锁相环在调频和解调电路中的应用
调频波的特点是频率随调制信号幅度的变化而变化。
由8-4-6 式可知，压控振荡器的振荡频率取
决于输入电压的幅度。
当载波信号的频率与锁相环的固有振荡频率ω 相等时，压控振荡器输出
信号的频率将保持ω不变。
若压控振荡器的输入信号除了有锁相环低通滤波器输出的信号u 外，
0 c
还有调制信号u ，则压控振荡器输出信号的频率就是以ω 为中心，随调制信号幅度的变化而变化i0
的调频波信号。
由此可得调频电路可利用锁相环来组成，由锁相环组成的调频电路组成框图如图
8-4-5 所示。
根据锁相环的工作原理和调频波的特点可得解调电路组成框图如图8-4-6 所示
3．锁相环在频率合成电路中的应用
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。
常见故障维修实例。