锁相环(PLL)原理及其应用中的七大常见问题
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。
pll锁相环原理
pll锁相环原理PLL锁相环原理PLL锁相环是一种常见的电路，它可以将输入信号的频率和相位与参考信号同步。
PLL锁相环的原理是通过反馈控制，使输出信号的频率和相位与参考信号保持一致。
PLL锁相环广泛应用于通信、计算机、音频、视频等领域。
PLL锁相环由相位检测器、低通滤波器、振荡器和分频器组成。
相位检测器用于比较输入信号和参考信号的相位差，输出一个误差信号。
低通滤波器用于滤除误差信号中的高频成分，得到一个平滑的误差信号。
振荡器用于产生输出信号，其频率和相位受到误差信号的控制。
分频器用于将输出信号分频，以便与参考信号进行比较。
PLL锁相环的工作原理如下：首先，输入信号和参考信号经过相位检测器比较，得到一个误差信号。
然后，误差信号经过低通滤波器滤除高频成分，得到一个平滑的误差信号。
接着，平滑的误差信号控制振荡器产生输出信号，其频率和相位受到误差信号的控制。
最后，输出信号经过分频器分频，与参考信号进行比较，得到一个新的误差信号，反馈给相位检测器，形成一个闭环控制系统。
PLL锁相环的优点是具有高精度、高稳定性、快速响应等特点。
它可以将输入信号的频率和相位与参考信号同步，实现信号的精确控制和处理。
PLL锁相环在通信系统中广泛应用，例如频率合成器、时钟恢复器、调制解调器等。
在计算机系统中，PLL锁相环用于时钟同步、数据传输等方面。
在音频、视频系统中，PLL锁相环用于数字信号处理、数字时钟恢复等方面。
PLL锁相环是一种重要的电路，它可以实现信号的精确控制和处理。
它的原理是通过反馈控制，使输出信号的频率和相位与参考信号保持一致。
PLL锁相环在通信、计算机、音频、视频等领域都有广泛的应用。
锁相环pll原理与应用
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目 录
• 锁相环PLL的基本原理 • 锁相环PLL的种类与特性 • 锁相环PLL的应用 • 锁相环PLL的发展趋势与挑战 • 锁相环PLL的设计与实现
01
锁相环PLL的基本原理
PLL的基本结构
鉴相器（PD）
用于比较输入信号和反馈信号的相位 差。
压控振荡器（VCO）
相位同步
锁相环PLL用于电力系统的相位同步，确保不同电源之间的相位一 致，提高电力系统的稳定性。
频率跟踪
锁相环PLL用于电力系统的频率跟踪，实时监测电网频率变化，确 保电力系统的正常运行。
故障定位
通过分析电网信号的相位和频率变化，结合锁相环PLL实现电力故 障的快速定位和排查。
其他领域的应用
电子测量
PLL的发展趋势
高速化
随着通信技术的发展， 对信号的传输速率要求 越来越高，锁相环PLL 的频率合成速度和跟踪
速度也在不断加快。
数字化
随着数字信号处理技术 的进步，越来越多的锁 相环PLL开始采用数字 控制方式，提高了系统 的稳定性和灵活性。
集成化
为了减小电路体积和降 低成本，锁相环PLL的 集成化程度越来越高， 越来越多的功能被集成
软件PLL具有灵活性高、可重 构性好等优点，但同时也存在 计算量大、实时性差等缺点。
各种PLL的优缺点比较
1 2
3
模拟PLL
优点是响应速度快、跟踪性能好；缺点是元件参数漂移、温 度稳定性差。
数字PLL
优点是精度高、稳定性好、易于集成；缺点是响应速度慢、 跟踪性能较差。
软件PLL
优点是灵活性高、可重构性好；缺点是计算量大、实时性差 。
PLL常见问题解答
3.5 PLL 的几个特殊应用 .................................................................................................................................................................... 31
3.1.7
锁定指示电路如何设计？ ....................................................................................................................................... 14
3.2.1
锁相环系统的相位噪声来源有哪些？减小相位噪声的措施有哪些？............................................................... 19
3.2.2
为何我测出的相位噪声性能低于 ADISimPLL 仿真预期值? .............................................................................. 21
3.3 PLL 的调试步骤............................................................................................................................................................................. 26
3.2 PLL 芯片性能相关问题 ................................................................................................................................................................ 19
锁相环技术原理及其应用
锁相环技术原理及其应用一、锁相环技术原理1.1 基本概念锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）是一种调节电路，能够通过控制其输出信号相位与参考信号相位之间的差值，使输出信号频率与参考信号频率一致，并且其输出信号相位与参考信号精确同步。
锁相环可以用于频率合成、时钟恢复、数字信号处理、射频通信等领域。
1.2 工作原理锁相环主要由相位比较器、低通滤波器、时钟发生器、可变增益放大器和电压控制振荡器等组成。
其中，相位比较器的作用是将参考信号和反馈信号进行比较，然后得到相位误差信号。
低通滤波器的作用是将相位误差信号进行平滑处理，得到直流误差信号。
时钟发生器的作用是产生参考信号。
可变增益放大器的作用是将误差信号放大后作为电压控制振荡器的控制电压。
电压控制振荡器的作用是产生锁相环输出信号，并且通过调节电压来控制输出信号的频率和相位。
1.3 稳定性分析锁相环的稳定性与参考信号的稳定性和相位比较器的带宽以及低通滤波器的截止频率等因素有关。
稳定性分析主要是评估锁相环输出信号的频率精度和相位噪声。
二、锁相环技术应用2.1 频率合成频率合成是利用锁相环技术将一个较低频率信号转换为高频率信号。
其中，参考信号是一个较低频率信号，产生参考信号的时钟发生器经过倍频器将参考信号的频率增加到所需的合成频率，然后经过相位比较器和滤波器控制电压控制振荡器的输出频率。
频率合成广泛应用于通信、广播、雷达、卫星导航等领域。
2.2 时钟恢复时钟恢复是一种将时钟信号从数据信号中恢复出来的技术。
锁相环可以通过将数据信号作为反馈信号，将时钟信号从数据信号中恢复出来。
时钟恢复广泛应用于数字通信和数字音频领域。
2.3 数字信号处理锁相环可以通过将输入信号与锁相环输出信号相比较，将输入信号变换的频率和相位误差降到很小，从而使输入信号的相位和频率与输入信号一致。
锁相环广泛应用于数字信号处理，例如数字滤波器、数字混频器、数字降噪器等。
2.4 射频通信锁相环在射频通信中的应用非常广泛，主要用于频率合成、时钟恢复等领域。
锁相环放大器的原理及应用
锁相环放大器的原理及应用锁相环放大器（Phase-locked loop amplifier，简称PLL放大器）是一种电子放大器，利用锁相环的原理，对输入信号进行放大，同时保持输出信号与输入信号的相位关系稳定。
锁相环放大器的原理主要包括三个基本模块：相位比较器、低通滤波器和VCO（Voltage-Controlled Oscillator）。
1. 相位比较器（Phase Comparator）：相位比较器用于比较输入信号和反馈信号的相位差，并产生一个误差信号。
常见的相位比较器有乘法型相位比较器和加法型相位比较器。
2. 低通滤波器（Low Pass Filter）：低通滤波器用于滤除相位比较器输出信号中的高频噪声，只保留误差信号的直流分量，同时具有一定的延迟作用。
3. VCO（Voltage-Controlled Oscillator）：VCO是一个可通过电压控制频率的振荡器。
它的频率由输入的控制电压决定，通常与输入信号的频率相等，但相位可能会有一定的偏差。
通过调整VCO的控制电压，可以改变输出信号的相位与输入信号的相位之间的差距。
锁相环放大器的应用非常广泛。
以下是一些常见的应用场景：1. 时钟恢复：锁相环放大器经常用于从数字信号中恢复时钟信号。
通过将输入信号和本地时钟信号进行相位比较，可以产生一个误差信号，并通过调整VCO的频率，将输出信号的相位与输入信号的相位进行同步，从而恢复出准确的时钟信号。
2. 数据通信：锁相环放大器广泛应用于高速数据通信系统中。
通过对接收到的数据信号与本地时钟信号进行相位比较，并调整VCO的频率，可以保证接收到的数据信号与本地时钟信号的相位同步，从而实现可靠的数据传输。
3. 降噪增益：锁相环放大器可以用于降低输入信号中的噪声，并放大信号的幅度。
通过对输入信号和反馈信号进行相位比较，并通过调整VCO的频率，可以实现对信号的放大，并同时抑制输入信号中的噪声。
总之，锁相环放大器通过利用反馈控制的方式，可以实现对输入信号的放大，并保持输出信号与输入信号的相位关系稳定。
锁相环常见问题解答讲解
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一文让你彻底明白“什么是锁相环PLL及其工作原理”
一文让你彻底明白“什么是锁相环PLL及其工作原理”锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种广泛应用于通信、数据传输、时钟同步等领域的电子电路。
它在这些应用中起着重要的作用，可以解决信号同步、频率合成、相位调制等问题。
本文将详细介绍什么是锁相环、它的工作原理，以及一些常见的应用场景。
一、什么是锁相环锁相环是一种反馈控制系统，通过比较输入信号的相位与参考信号的相位之间的差异来调整输出信号的相位和频率，使得输出信号与参考信号保持相位和频率的一致。
原理上，锁相环通过不断采样输入信号，并将其与参考信号进行比较，然后根据比较结果调整输出信号的相位和频率。
通过这种方式，锁相环可以将输入信号的频率和相位稳定在与参考信号一致的状态下。
一般来说，锁相环由锁相检测器、低通滤波器、电压控制振荡器和频率分割器等主要组成。
二、锁相环的工作原理1. 锁相检测器（Phase Detector）：锁相检测器是锁相环的核心部分。
它用于比较输入信号的相位差异，并产生一个误差信号。
常见的锁相检测器有相位比较器、采样比较器等。
相位比较器将输入信号和参考信号进行比较，并输出一个高电平或低电平的信号，表示输入信号相位与参考信号的相位关系。
2. 低通滤波器（Low Pass Filter）：低通滤波器用于平滑锁相检测器输出的误差信号，减小噪声的影响。
它通过将误差信号经过滤波器，然后输出平滑后的信号给电压控制振荡器。
3. 电压控制振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，简称VCO）：电压控制振荡器是锁相环的另一个关键组件。
它的输出频率与输入电压成线性关系，即输出频率随着输入电压的变化而变化。
通过改变电压控制振荡器的输入电压，即通过低通滤波器输出的信号，可以调整输出信号的频率，从而使得输出信号与参考信号的频率一致。
4. 频率分割器（Frequency Divider）：频率分割器用于将电压控制振荡器的输出频率分割成较低的频率。
锁相环工作原理
锁相环工作原理锁相环（PLL）是一种常见的控制系统，用于同步电路中的时钟和数据信号。
它的工作原理涉及到频率比较器、相位检测器、环路滤波器和振荡器等元件，通过这些元件的相互作用，锁相环可以实现信号的精准同步和稳定输出。
接下来，我们将详细介绍锁相环的工作原理。
首先，锁相环的核心部分是频率比较器，它用来比较输入信号和反馈信号的频率差异。
当两者频率不一致时，频率比较器会输出一个误差信号，这个误差信号将被送入相位检测器。
相位检测器的作用是将误差信号转换成相位差，然后送入环路滤波器。
环路滤波器用来滤除误差信号中的高频成分，同时增强低频成分，以保证锁相环的稳定性和收敛速度。
经过环路滤波器处理后的信号将被送入振荡器，振荡器的频率和相位将根据输入信号和反馈信号的比较结果进行调整，最终实现输入信号和反馈信号的同步。
除了频率比较器、相位检测器、环路滤波器和振荡器外，锁相环还包括分频器和反馈回路。
分频器用来将振荡器的输出信号分频，以生成反馈信号；反馈回路则将反馈信号送回频率比较器，形成闭环控制系统。
总的来说，锁相环的工作原理是通过不断比较输入信号和反馈信号的频率差异，将误差信号转换成相位差，经过滤波和调整后最终实现信号的同步。
它在通信、控制系统和数字信号处理等领域有着广泛的应用，能够提高系统的稳定性和抗干扰能力。
在实际应用中，锁相环的参数调节和设计是非常重要的，需要根据具体的系统要求和信号特性进行合理选择和优化。
同时，锁相环也存在一些问题，如振荡器的相位噪声、环路滤波器的稳定性等，需要在设计和实现中加以考虑和解决。
综上所述，锁相环作为一种重要的同步控制系统，在电子领域有着广泛的应用。
通过频率比较器、相位检测器、环路滤波器和振荡器等元件的相互作用，锁相环可以实现信号的精准同步和稳定输出，为各种电子设备和系统提供了可靠的时钟和数据同步功能。
锁相环常见故障类型
第1步：验证通信第一步是验证PLL响应编程的能力。
如果PLL没有锁定，无法读回，则尝试发送需要最小量硬件命令工作的软件命令。
一种方法是通过软件（而非引脚）调节PLL的通电断电寻找引脚的可预测电流变化或偏置电压电平变化。
许多PLL在其输入（OSCin）引脚的电平在通电时为Vcc/2，在断电时为0V。
如果PLL集成了压控振荡器（VCO），则查看低压差（LDO）输出引脚电压是否对通电和断电命令做出反应。
还可能可以切换输入/输出(I/O)引脚，比如许多LMX系列PLL的MUXout引脚。
如果采用上述方法能够验证通信，就可以继续尝试进行锁定。
如果无法验证通信，则查找常见的原因，例如以下原因：编程串行锁存使能（也称为芯片选择条（CSB））过高对软件输入的低通滤波过多与串行外围设备接口总线（SPI）存在时序问题电源引脚焊接有误第2步：建立锁定验证通信后，下一步就是尝试对PLL进行锁定。
下面是PLL无法锁定的一些更常见的原因：对锁定检测引脚的错误解读。
如果配置有误，锁定检测引脚会在实际已经锁定的情况下显示出PLL 未锁定。
可以通过查看频谱分析仪输出或VCO调谐电压验证这一情况。
编程问题。
向PLL发送错误的信息会很容易导致无法锁定。
一些常见的编程错误包括：VCO编程频率超出范围、VCO校准设置不正确或寄存器时序有误。
VCO校准问题。
对于集成VCO的PLL而言，频率范围通常分成几个不同的频段。
错误的编程会导致VCO锁定错误的频段。
对特定寄存器的编程通常会启动VCO校准；因此必须确定在编程此寄存器时，其他软件和硬件（尤其是基准输入）状态正确，以确保校准正常工作。
输入或反馈路径问题。
如果VCO输入或基准输入因电源水平较低、压摆率较低、匹配较差或谐波较高而存在问题，会导致PLL打开锁定。
大多数PLL有方法输出内部频率计数器的实际频率输出，将其发送到引脚。
环路滤波器中与地连接或短路。
可以通过查看调谐电压或切换鉴相器两极，根据频率变化确定连接或短路。
采用PLL设计时需注意的问题
采用PLL设计时需注意的问题为了满足ASIC设计中时间进度上的要求，许多工程师都采用了锁相环（PLL）。
PLL具有一些人们所希望的特性，包括时钟倍频能力、时钟占空度校正能力以及时钟分配延时消除能力。
这些特性使得设计人员能够运用廉价的低频晶体作为其片外时钟脉冲源，并随后进行片上倍频，以生成任何数值的高频内部时钟信号。
它们还令设计人员能够通过将建立-保持时间窗口与芯片的时钟脉冲源的边缘对准的方法来控制这些窗口以及芯片接口处的时钟-输出延时。
虽然在结构和功能上看起来很简单，但锁相环充满了各种隐含的复杂性，这些复杂性有可能给哪怕是最好的设计师带来麻烦。
当今ASIC工艺中PLL的设计正变得越来越困难，原因是内核薄氧化物器件的阈值之上所留的电源电压峰值储备较为有限。
这些器件往往被要求满足目标工作频率并保持电源电压的灵活性。
但是，电源电压峰值储备的减少将会对PLL的噪声特性产生不良影响。
结构和操作若要真正搞清PLL内部的性能问题，就必须首先了解其结构和工作原理。
PLL的高级结构似乎是直观明了的，它由相位检测器、电荷泵、环路滤波器和压控振荡器（VCO）所组成。
PLL 电路被启动后将立即进入一种“解锁”状态，因为VCO分割输出频率与基准频率无关。
然而，环路中的负反馈通过汇集周期性基准输入和VCO分割输出的时钟脉冲上升沿之间的相位误差来调整VCO输出频率。
综合相位误差使得VCO分割输出频率接近基准频率。
当PLL 到达“锁定”状态时，相位检测器所检测到的相位误差接近于零，这是因为VCO分割输出频率和相位与基准频率和相位是一致的。
由于相位检测器只与VCO分割输出相比较，因此PLL 输出频率将比基准和反馈输入频率高N倍，从而使得PLL能够完成倍频。
此外，如果时钟分配被加至反馈通路，则PLL将把分配时钟信号对准基准信号，以有效消除时钟分配延时。
PLL内部的功能块可由可变数量的模拟和数字电路组成，甚至在全数字电路的极端情况下也是如此。
三相逆变器 锁相环pll 工作原理
三相逆变器锁相环pll 工作原理三相逆变器是一种将直流电能转换为交流电能的设备。
它通常由逆变电路和控制电路两部分组成。
锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）是三相逆变器中的一个重要组成部分，用于实现电网电压和逆变器输出电压之间的同步控制。
锁相环（PLL）是一种用于提取频率和相位信息的控制系统。
在三相逆变器中，PLL的主要功能是将电网电压的频率和相位信息提取出来，并与逆变器的输出电压进行比较，以实现同步控制。
具体来说，锁相环通过不断调整逆变器的输出频率和相位，使其与电网电压保持同步，从而实现电能的高效转换。
锁相环的工作原理可以简单地分为三个步骤：相频检测、滤波和控制。
首先，相频检测器会对电网电压和逆变器输出电压进行相频检测，得到它们之间的相位差和频率差。
然后，滤波器会对相位差和频率差进行滤波处理，以减小干扰和噪声的影响。
最后，控制器根据滤波后的结果，调整逆变器的输出频率和相位，使其与电网电压保持同步。
在具体实现中，锁相环通常由相频检测器、环路滤波器和控制器三部分组成。
相频检测器可以通过比较电网电压和逆变器输出电压的相位差和频率差来提取同步信息。
环路滤波器则用于对相位差和频率差进行滤波处理，以消除噪声和干扰的影响。
控制器则根据滤波后的结果，调整逆变器的输出频率和相位，使其与电网电压保持同步。
在三相逆变器中，锁相环的工作原理非常重要。
通过锁相环的同步控制，可以有效地实现逆变器输出电压与电网电压的同步，从而提高逆变器的转换效率和功率质量。
同时，锁相环还具有快速响应、高精度和抗干扰等特点，能够在电网电压波动或扰动的情况下保持逆变器的稳定运行。
总结起来，三相逆变器中的锁相环是一种用于实现电网电压和逆变器输出电压同步控制的重要组成部分。
它通过相频检测、滤波和控制等步骤，不断调整逆变器的输出频率和相位，使其与电网电压保持同步。
锁相环的工作原理能够有效提高逆变器的转换效率和功率质量，并具有快速响应、高精度和抗干扰等特点，能够保持逆变器的稳定运行。
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。
锁相环工作原理
锁相环工作原理引言概述：锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种常见的电子电路，广泛应用于通信、测量、控制等领域。
它通过对输入信号进行频率和相位的跟踪与调整，使输出信号与输入信号保持同步。
本文将详细介绍锁相环的工作原理。
一、基本原理1.1 反馈环路锁相环的核心是一个反馈环路，包括相位比较器、低通滤波器和控制电压源。
相位比较器将输入信号与反馈信号进行比较，产生误差信号。
低通滤波器对误差信号进行滤波处理，得到控制电压。
控制电压源根据控制电压调整振荡器的频率和相位。
1.2 相位检测相位比较器是锁相环的关键组件，用于检测输入信号和反馈信号之间的相位差。
常见的相位比较器有边沿触发型和恒幅型。
边沿触发型相位比较器通过检测输入信号和反馈信号的边沿来判断相位差，而恒幅型相位比较器则通过比较两个信号的幅值来判断相位差。
1.3 频率调整通过调整振荡器的频率，锁相环可以实现对输入信号的频率跟踪和锁定。
当输入信号的频率发生变化时，相位比较器会产生误差信号，通过低通滤波器滤波后，控制电压源会调整振荡器的频率，使其与输入信号保持同步。
二、闭环控制2.1 负反馈锁相环采用负反馈控制方式，即通过比较输入信号和反馈信号的相位差，产生误差信号进行调整。
负反馈可以使系统稳定，并且减小输出信号的噪声和失真。
2.2 相位锁定范围相位锁定范围是指锁相环能够跟踪和锁定输入信号的相位差的范围。
相位锁定范围受到锁相环的参数设置和输入信号的频率范围限制。
2.3 延迟补偿在锁相环中，由于信号传输和处理的延迟，可能会引起相位误差。
为了减小延迟对锁相环性能的影响，可以采用延迟补偿技术，通过引入延迟元件来补偿信号的延迟。
三、应用领域3.1 通信系统锁相环在通信系统中广泛应用，用于时钟恢复、频率合成和时钟同步等方面。
通过锁相环的调整和控制，可以保证通信系统的稳定性和可靠性。
3.2 测量仪器锁相环在测量仪器中也有重要应用，用于信号处理、频率测量和相位测量等方面。
PLL(锁相环)电路原理及设计 [收藏]讲解
![PLL(锁相环)电路原理及设计 [收藏]讲解](https://img.taocdn.com/s3/m/9774d52587c24028905fc314.png)
PLL(锁相环电路原理及设计[收藏]PLL(锁相环电路原理及设计在通信机等所使用的振荡电路，其所要求的频率范围要广，且频率的稳定度要高。
无论多好的LC振荡电路，其频率的稳定度，都无法与晶体振荡电路比较。
但是，晶体振荡器除了可以使用数字电路分频以外，其频率几乎无法改变。
如果采用PLL(锁相环(相位锁栓回路，PhaseLockedLoop技术，除了可以得到较广的振荡频率范围以外，其频率的稳定度也很高。
此一技术常使用于收音机，电视机的调谐电路上，以及CD唱盘上的电路。
一 PLL(锁相环电路的基本构成PLL(锁相环电路的概要图1所示的为PLL(锁相环电路的基本方块图。
此所使用的基准信号为稳定度很高的晶体振荡电路信号。
此一电路的中心为相位此较器。
相位比较器可以将基准信号与VCO (Voltage Controlled Oscillator……电压控制振荡器的相位比较。
如果此两个信号之间有相位差存在时，便会产生相位误差信号输出。
(将VCO的振荡频率与基准频率比较，利用反馈电路的控制，使两者的频率为一致。
利用此一误差信号，可以控制VCO的振荡频率，使VCO的相位与基准信号的相位(也即是频率成为一致。
PLL(锁相环可以使高频率振荡器的频率与基准频率的整数倍的频率相一致。
由于，基准振荡器大多为使用晶体振荡器，因此，高频率振荡器的频率稳定度可以与晶体振荡器相比美。
只要是基准频率的整数倍，便可以得到各种频率的输出。
从图1的PLL(锁相环基本构成中，可以知道其是由VCO，相位比较器，基准频率振荡器，回路滤波器所构成。
在此，假设基准振荡器的频率为fr，VCO的频率为fo。
在此一电路中，假设frgt;fo时，也即是VC0的振荡频率fo比fr低时。
此时的相位比较器的输出PD会如图2所示，产生正脉波信号，使VCO的振荡器频率提高。
相反地，如果frlt;fo时，会产生负脉波信号。
(此为利用脉波的边缘做二个信号的比较。
如果有相位差存在时，便会产生正或负的脉波输出。
锁相环工作原理
锁相环工作原理引言概述：锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种常见的电子电路，用于同步信号的频率和相位。
它在通信系统、数字信号处理、时钟同步等领域被广泛应用。
本文将详细介绍锁相环的工作原理，包括基本原理、主要组成部分、工作过程以及应用场景。
一、基本原理：1.1 反馈环路：锁相环的核心是一个反馈环路，通过不断调整输入信号的频率和相位，使其与参考信号保持同步。
这个环路由比较器、低通滤波器和控制电路组成。
1.2 相位检测器：相位检测器用于比较输入信号和参考信号的相位差，产生一个误差信号。
根据误差信号的大小和方向，控制电路将调整输入信号的相位和频率。
1.3 数字控制：现代锁相环通常采用数字控制，通过数字控制器和数字控制电路，实现对反馈环路的精确控制。
数字控制还可以实现自适应调整，提高锁相环的性能。
二、主要组成部分：2.1 振荡器：振荡器是锁相环的基础，它产生一个参考信号，用于与输入信号进行比较。
常见的振荡器有晶体振荡器和压控振荡器，前者具有稳定的频率，适用于需要高精度的应用，而后者可以通过调节电压来改变频率，适用于需要频率可调的应用。
2.2 分频器：分频器用于将输入信号的频率降低到与参考信号相匹配的频率。
它可以将输入信号分成若干个相等的周期，用于和参考信号进行比较。
2.3 低通滤波器：低通滤波器用于滤除相位检测器输出中的高频噪声，保留误差信号中的低频成分。
它可以使锁相环的输出更加稳定。
三、工作过程：3.1 初始状态：锁相环初始状态下，输入信号和参考信号的频率和相位存在差异。
相位检测器会检测到相位差，并产生一个误差信号。
3.2 调整过程：控制电路根据误差信号的大小和方向，调整输入信号的相位和频率。
通过不断调整，误差信号逐渐减小，直到达到稳定状态。
3.3 稳定状态：当输入信号和参考信号的频率和相位完全一致时，锁相环进入稳定状态。
此时，输出信号与参考信号保持同步，相位差为零。
四、应用场景：4.1 通信系统：锁相环在通信系统中用于频率合成、时钟恢复和信号调制等方面。
亚采样锁相环原理
亚采样锁相环原理《亚采样锁相环原理》1. 引言你有没有想过，在我们身边那些精密的电子设备是如何精准地协调各个部分工作的呢？就像一个大型乐团，每个乐器都得在正确的时间奏响正确的音符，电子设备里的各种信号也需要精确地同步。
今天呀，咱们就来一起探索亚采样锁相环的原理，从它的基础概念到实际应用，还会讲讲大家可能存在的误解，最后再延伸一些有趣的相关知识。
这一路就像一场奇妙的探险，让我们出发吧。
2. 核心原理2.1基本概念与理论背景说白了，亚采样锁相环就是一种用于处理信号的电路结构。
它的根源其实是来自于对信号处理的需求，在电子技术不断发展的过程中，人们越来越需要一种能精确控制信号频率和相位的技术。
锁相环（PLL）的概念最早可以追溯到20世纪30年代，那时候就开始有对同步信号的初步探索了。
随着电子技术在通信、计算机等领域的广泛应用，锁相环也不断发展，亚采样锁相环就是在这个基础上进一步优化产生的。
它的核心概念呢，就是利用反馈机制来使输出信号的频率和相位与输入信号保持一致。
想象一下，你在跟着一个领舞者跳舞，领舞者的动作就是输入信号，你要不断调整自己的动作（也就是输出信号）来跟上他的节奏，这就是亚采样锁相环在做的事情。
2.2运行机制与过程分析亚采样锁相环的工作过程就像一场精心编排的接力赛。
首先是鉴相器，它就像一个敏锐的裁判，比较输入信号和反馈信号（也就是经过处理后的输出信号）的相位差。
这个相位差就像是两个跑步者之间的距离差距。
然后是环路滤波器，它相当于一个调整策略制定者。
根据鉴相器给出的相位差，它来决定如何调整信号。
如果相位差比较大，它就会给出比较大的调整指令；如果相位差小，调整指令也就小。
这就好比跑步者之间距离大的时候，就需要迈大步子去追赶；距离小的时候，就小步调整。
最后是压控振荡器，这是一个根据调整指令来改变输出频率和相位的装置。
就像运动员根据策略调整自己的跑步速度一样，压控振荡器根据环路滤波器的指令来改变输出信号的频率和相位，使得输出信号逐渐靠近输入信号的频率和相位，最终达到同步。
PLL应用常见问题
PLL应用常见问题1 参考晶振有哪些要求？该如何选择参考源？波形：可以使正弦波，也可以为方波。
功率：满足参考输入灵敏度的要求。
稳定性：通常用 TCXO，稳定性要求< 2="">频率范围： ADI 提供的 PLL 产品也可以工作在低于最小的参考输入频率下，条件是输入信号的转换速率要满足给定的要求。
建议：在PLL 频率综合器的设计中，我们推荐使用温度补偿型晶振（TCXO）。
在需要微调参考的情况下使用 VCXO，需要注意 VCXO 灵敏度比较小，比如100Hz/V，所以设计环路滤波器的带宽不能很大（比如200Hz），否则构成滤波器的电容将会很大，而电阻会很小。
普通有源晶振，由于其温度稳定性差，在高精度的频率设计中不推荐使用。
2 能详细解释下控制时序、电平及要求吗？ADI 的所有锁相环产品控制接口均为三线串行控制接口，如图1所示。
要注意的是：在 ADI 的PLL 产品中，大多数的时序图如图 1中上面的图所示，该图是错误的，正确的时序图如图1中下面的图所示，LE 的上升沿应跟 Clock 的上升沿对齐，而非 Clock 的下降沿。
图 1. PLL 频率合成器的串行控制接口（3 Wire Serial Interface）控制接口由时钟CLOCK，数据DATA，加载使能LE 构成。
加载使能 LE 的下降沿提供起始串行数据的同步。
串行数据先移位到 PLL 频率合成器的移位寄存器中，然后在 LE 的上升沿更新内部相应寄存器。
注意到时序图中有两种 LE 的控制方法。
SPI 控制接口为3V/3.3V CMOS 电平。
另外，需要注意的是对PLL 芯片的寄存器进行写操作时，需要按照一定的次序来写，具体请参照芯片资料中的描述。
特别地，在对ADF4360 的寄存器进行操作时，注意在写控制寄存器和 N计数器间要有一定的延时。
控制信号的产生，可以用 MCU，DSP，或者 FPGA。
产生的时钟和数据一定要干净，过冲小。
fpga锁相环的pll供电电压2.5v的偏差 -回复
fpga锁相环的pll供电电压2.5v的偏差-回复FPGA锁相环（PLL）是一种用于时钟生成和数据同步的重要电路。
在FPGA 系统中，PLL模块负责将输入的参考时钟信号通过频率和相位调整，在输出端产生与输入信号频率和相位精确匹配的时钟信号。
为了保证PLL的稳定和可靠性，供电电压的准确性至关重要。
本文将围绕“FPGA锁相环的PLL供电电压2.5V的偏差”这一主题，逐步解释其背后的原理和影响因素。
首先，我们需要了解FPGA锁相环（PLL）的基本原理。
PLL是由相位比较器（Phase Comparator）、低通滤波器（Loop Filter）、振荡器（VCO）以及频率分频器（Frequency Divider）等组成的一个反馈控制系统。
其工作原理如下：1. 相位比较器（Phase Comparator）：比较输入时钟信号与反馈信号的相位差，并将其转换为一个控制电压。
2. 低通滤波器（Loop Filter）：通过滤波和放大，将相位比较器的输出电压转换为VCO的控制电压，用于调整VCO的频率和相位。
3. 振荡器（VCO）：产生一个可调频率的时钟信号，其频率由低通滤波器提供的控制电压决定。
4. 频率分频器（Frequency Divider）：将VCO产生的高频时钟信号进行频率分频，以产生与输入时钟信号频率相匹配的输出时钟信号。
通过不断比较和调整，PLL系统能够实现输入时钟信号与输出时钟信号的频率和相位同步。
然而，PLL的供电电压偏差对其性能和稳定性有着直接的影响。
当供电电压存在2.5V的偏差时，会引起以下一系列问题：1. 频率偏差：PLL的输出频率与输入频率的比例关系取决于控制电压与VCO的频率特性。
因此，当供电电压偏差较大时，控制电压的变化也较大，会导致输出频率与输入频率发生偏差，影响数据传输和同步效果。
2. 相位偏差：供电电压偏差会影响低通滤波器的放大倍数，从而改变VCO 的控制电压。
这会导致VCO的输出信号频率和相位产生变化，影响系统的同步精度和相位敏感的应用。
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当 VCO/VCXO 的控制电压超出了 Vp，或者非常接近 Vp 的时候，就需要用有源滤波器。在对 环路误差信号进行滤波的同时，也提供一定的增益，从而调整 VCO/VCXO 控制电压到合适的 范围。 问：PLL 对于 VCO 有什么要求？以及如何设计 VCO 输出功率分配器？ 答：选择 VCO 时，尽量选择 VCO 的输出频率对应的控制电压在可用调谐电压范围的中点。 选用低控制电压的 VCO 可以简化 PLL 设计。 问：如何设置电荷泵的极性？ 答：在下列情况下，电荷泵的极性为正。 环路滤波器为无源滤波器，VCO 的控制灵敏度为正（即，随着控制电压的升高，输出频率增 大）。 在下列情况下，电荷泵的极性为负。环路滤波器为有源滤波器，并且放大环节为反相放大； VCO 的控制灵敏度为正。环路滤波器为无源滤波器，VCO 的控制灵敏度为负；PLL 分频应用， 滤波器为无源型。即参考信号直接 RF 反馈分频输入端，VCO 反馈到参考输入的情况。 问：为何我的锁相环在做高低温试验的时候，出现频率失锁？ 答：高低温试验失败，可以从器件的选择上考虑，锁相环是一个闭环系统，任何一个环节上 的器件高低温失效都有可能导致锁相环失锁。先从 PLL 频率合成器的外围电路逐个找出原 因，如参考源（TCXO，）是否在高低温试验的范围之内？ 问：非跳频（单频）应用中，最高的鉴相频率有什么限制？ 答：如果是单频应用，工程师都希望工作在很高的鉴相频率上，以获得最佳的相位噪声。数 据手册都提供了最高鉴相频率的值，另外，只要寄存器中 B > A，并且 B > 2，就可能是环 路锁定。通常最高频率的限制是：这里 P 为预分频计数器的数值。
问：环路滤波器采用有源滤波器还是无源滤波器？ 答：有源滤波器因为采用放大器而引入噪声，所以采用有源滤波器的 PLL 产生的频率的相 位噪声性能会比采用无源滤波器的 PLL 输出差。因此在设计中我们尽量选用无源滤波器。 其中三阶无源滤波器是最常用的一种结构。 PLL 频率合成器的电荷泵电压 Vp 一般取 5V 或者稍高，电荷泵电流通过环路滤波器积分后 的最大控制电压低于 Vp 或者接近 Vp。如果 VCO/VCXO 的控制电压在此范围之内，无源滤波 器完全能够胜任。
图 1 锁相环路的基本组成框图 在锁相环路（PLL）系统中，用鉴相器作为比较部件，用输出信号与基准信号两者的相位进 行比较。当两者的频率相同、相位不同时，鉴相器将输出误差信号，经环路滤波器输出控制 信号去控制 VCO，使其输出信号的频率与参考信号一致，而相位则相差一个预定值。 因此，锁相环路是一个无频差系统，能使 VCO 的频率与基准频率完全相等，但二者间存在恒 定相位差（稳态相位差），此稳态相位差经鉴相器转变为直流误差信号，通过低通滤波器去 控制 VCO，使 f0 与 fr 同步。 捕捉和跟踪是神马 当锁相环路刚开始工作时，其起始时一般都处于失锁状态，由于输入到鉴相器的二路信号之 间存在着相位差，鉴相器将输出误差电压来改变压控振荡器的振荡频率，使之与基准信号相 一致。锁相环由失锁到锁定的过程，人们称为捕捉过程。系统能捕捉的最大频率范围或最大 固有频带称为捕捉带或捕捉范围。
a) 积分施密特 VCO 电路
图 4 两种方波压控振荡器电路 b) CMOS 门电路 VCO 电路
三大参数
相位噪声
对一个给定载波功率的输出频率来说，相位噪声是载波功率相对于给定的频率偏移处（频率 合成器通常定义 1kHz 频率偏移）1-Hz 的带宽上的功率，单位为 dBc/Hz @ offset frequency。 锁相环频率合成器的带内相位噪声主要取决于频率合成器，VCO 的贡献很小。
图 2 异或门鉴相器的鉴相波形与鉴相特性曲线 a) 异或门鉴相器 b) 鉴相器输出波形 C) 鉴相特性
在时域中，鉴相器的数学模型是下面这样的：
2 环路滤波器（LF-Loop Filter） 鉴相器输出的电压信号是交流电压，它并不能直接控制压控振荡（VCO）电路，鉴相器输出 的电压信号必须经过环路滤波器平滑滤波后，才能用于控制 VCO 电路。 环路滤波器从实质上讲也是低通滤波，其作用主要是滤除鉴相器输出误差电压中的高频及干 扰成分，得到控制电压 Ud，因为控制电压 Ud 是决定 VCO 工作频率的电压，因此它的变化对 锁相环路的性能参数有很大的影响关系。 图 3 是目前比较常用的三种环路滤波器电路。从图中可以看出，三种电路的复杂程度不一样。 第一种简单的 RC 滤波器所用元件最少，电路也最简单。有源比例积分滤波器，使用元件最 多，电路也比较复杂。
锁定时间
锁相环从一个指定频率跳变到另一个指定频率（在给定的频率误差范围内）所用的时间就是 锁定时间。频率跳变的步长取决于 PLL 频率合成器工作在限定的系统频带上所能达到的最大 的频率跳变能力。
例如，GSM-900，频率步长最大为 45MHz，而 GSM-1800 为 95MHz。容许的频率误差分别为 90Hz 和 180Hz。PLL 频率合成器必须在小于 1.5 个时隙（GSM 的一个时隙是 577us）内达到锁定。
问：PLL 对射频输入信号有什么要求？ 答：要求 PLL 电源和电荷泵电源具有良好的退耦，相比之下，电荷泵的电源具有更加严格 的要求。具体实现如下：
在电源引脚出依次放置 0.1uF，0.01uF，100pF 的电容。最大限度滤除电源线上的干扰。大 电容的等效串联电阻往往较大，而且对高频噪声的滤波效果较差，高频噪声的抑制需要用小 容值的电容。 上图可以看到，随着频率的升高，经过一定的转折频率后，电容开始呈现电感的特性。不同 的电容值，其转折频率往往不同，电容越大，转折频率越低，其滤除高频信号的能力越差。
锁相环(PLL)原理及其应用中的七大常见问题
锁相环（PLL），顾名思义，就是为了锁定频率的。它能使受控振荡器的频率和相位均与输 入参考信号保持同步。 它是一个以相位误差为控制对象的反馈控制系统，是将参考信号与受控振荡器输出信号之间 的相位进行比较，产生相位误差电压来调整受控振荡器输出信号的相位，从而使受控振荡器 输出频率与参考信号频率相一致。在两者频率相同而相位并不完全相同的情况下，两个信号 之间的相位差能稳定在一个很小的范围内。 基本构成 锁相环路主要由鉴频器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分所组成，其 基本组成框图如图 1 所示。
相位噪声的测量需要频谱分析仪。注意一点，普通频谱分析仪读出的数据需要考虑分辨带宽 的影响，并且频谱仪要具有 Marker Noise 的功能，这样可以直接从频谱仪上得到 Marker Noise（PN）的值，如果没有 Marker Noise 的功能，则需要通过 Marker 在指定偏移处测量 噪声的值，然后再通过公式（MKR Noise = MKR Value - 10logRBW）得出相噪值。高端的频 谱分析仪或相位噪声测试仪往往可以直接给出单边带相位噪声。
图 3 环路滤波器
a)简单 RC 滤波器
b)RC 比例积分滤波器
c) 有源比例积分滤波器
但从滤波效果的角度来衡量，有源比例积分滤波器的滤波效果最好，简单 RC 滤波器滤波效 果最差，RC 比例积分滤波器的滤波效果介于二者之间。设计电路时，可以根据锁相环路的 要求选择不同的环路滤波器。
当锁相环路锁定后，由于某些原因引起输入信号或压控振荡器频率发生变化，环路可以通过 自身的反馈迅速进行调节。结果是 VCO 的输出频率、相位又被锁定在基准信号参数上，从而 又维持了环路的锁定。这个过程人们称为环路的跟踪过程。系统能保持跟踪的最大频率范围 或最大固有频带称为同步带或同步范围，或称锁定范围。
常见的应用
1、锁相倍频电路
在窄带锁相环路压控振荡器输出到鉴相器的反馈支路中插入一个分频器就得到一个锁相倍 频器，如图 5 所示。
图 5 锁相倍频电路框图
根据锁相原理，当环路输入信号锁定后，鉴相器的两个相位进行比较的输入信号的频率应该 相等，即，ωi=ωo/N ωo=/Nωi
正弦波压控振荡器一般由 LC 点式振荡器与变容二极管组成．它的工作原理与计算公式和电 容三点式正弦波振荡器完全一样。由于正弦波 VCO 受到变容二极管结电容变化范围的限制， 因此一般振荡频率变化范围都不是太大。
非正弦波压控振荡器的种类较多，由于它的频率变化范围大，控制线性好，所以应用比较广 泛。
这类压控振荡器常见的几种电路有射极定时压控多谐振荡器、积分型施密特压控振荡器、数 字门电路压控振荡器。
图 6 锁相分频电路框图 当环路锁定时，鉴相器输入信号角频率ωi 与压控振荡器经倍频后反馈至鉴相器的信号角频 率 Nωo 应相等，即， ωo=ωi/N 老鸟也许对这些很不屑，那就请目不转睛的往下看。 问：参考晶振有哪些要求？我该如何选择参考源？ 答：波形可以使正弦波，也可以为方波；功率要满足参考输入灵敏度的要求；稳定性，通常 用 TCXO，稳定性要求< 2 ppm。这里给出几种参考的稳定性指标和相位噪声指标。
3 压控振荡器（VCO-Voltage Controlled Oscillator）
压控振荡器（VCO）是锁相环（PLL）的被控对象。压控振荡器是一个电压—频率变换装置， 在环路中作为频率可调振荡器，其振荡频率应相环的不同要求，可分为正弦波压控振荡器与非正弦波压控振荡器两大类．
相位噪声是信号在频域的度量。在时域，与之对应的是时钟抖动（jitter），它是相位噪声 在时间域里的反映。
参考杂散
锁相环中最常见的杂散信号就是参考杂散。这些杂散信号会由于电荷泵源电流与汇电流的失 配，电荷泵漏电流，以及电源退耦不够而增大。在接收机设计中，杂散信号与其他干扰信号 相混频有可能产生有用信号频率从而降低接收机的灵敏度。
这样就完成了锁相倍频的任务，倍频次数等于分频器的分频次数。若采用具有高分频次数的 可变数字分频器，则锁相倍频电路可做成高倍频次数的可变倍频器。锁相倍频的优点是频谱 纯度很纯，且倍频次数可做得很高。 2、锁相分频电路 如果在基本锁相环路的反馈通道中插入倍频器，就可组成基本的锁相分频电路，如图 6 所示。