锁相环(PLL)频率合成调谐器
锁相环在频率调制与解
1 引言锁相环(pll)是一种能跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统。
它在无线电技术的各个领域都得到了广泛的应用。
集成环路部件以其低成本、性能优良、使用简便而得到了青睐。
它在频率调制与解调、频率合成、电视机彩色副波提取、fm立体声解码、遥控系统、频率的编码和译码等诸多方面均得到了利用。
本文介绍了集成锁相环cd4046在频率的调制与解调方面的应用。
2 集成锁相环cd4046介绍2.1 cd4046结构及性能特点它的内部结构框图如图1所示。
它是低功耗cmos型、多功能数字环。
主要参数如下:(1)工作电压3v-18v;(2)静态工作电流(15端开路)10ua;(3)最高工作频率为1.2mhz;(4)稳压管稳定电压4.45v-6.15v。
它含有两个相位比较器p c?与pcii。
pc?要求输入信号为方波，pcii则无此要求，有一个压控(频率)振荡器vco。
在两个相位比较器的输入端有一个前置放大器，可把100mv的微弱信号变为满电平的方波脉冲。
a2是低滤波器输出缓冲放大器。
cd4046采用16线双列直插式封装，各管脚功能如附表所示:图1 cd4046内部结构框图2.2 cd4046构成频率调制与解调电路的工作原理当从9脚输入音频信号时，从4端可输出受输入信号调制的调频信号。
电路如图2所示，由于调频时要求vco有一定的频率范围(频偏)，所以不用r2收缩频带，即r2为无穷大(12脚空置)仅用r 1和c1确定vco的中心频率f0即可。
设计参数时，只需由f0查图4(电源电压vdd为9v时的曲线，横坐标为c1取值)求出c1与r1即可。
图2 cd4046构成的频率调制电路当从14脚输入一被音频信号调制的(中心频率与cd4046的vco的中心频率相同)调频信号，则相位比较器输出端将输出一个与音频信号具有相同变化频率的包络信号，经低通滤波器滤去载波后，即剩下调频信号解调后的音频信号了。
一般使用pci，这时仅由r1和c1确定vco的中心频率f0，而不用r2来收缩频率范围(其为无穷大)。
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。
基于锁相环的频率合成器..
综合课程设计频率合成器的设计与仿真前言现代通信系统中，为确保通信的稳定与可靠，对通信设备的频率准确率和稳定度提出了极高的要求. 随着电子技术的发展，要求信号的频率越来越准确和越来越稳定，一般的振荡器已不能满足系统设计的要求。
晶体振荡器的高准确度和高稳定度早已被人们认识，成为各种电子系统的必选部件。
但是晶体振荡器的频率变化范围很小，其频率值不高，很难满足通信、雷达、测控、仪器仪表等电子系统的需求，在这些应用领域，往往需要在一个频率范围内提供一系列高准确度和高稳定度的频率源，这就需要应用频率合成技术来满足这一需求。
本次实验利用SystemView实现通信系统中锁相频率合成器的仿真，并对结果进行了分析。
一、频率合成器简介频率合成是指以一个或少量的高准确度和高稳定度的标准频率作为参考频率，由此导出多个或大量的输出频率，这些输出频率的准确度与稳定度与参考频率是一致的。
用来产生这些频率的部件就成为频率合成器或频率综合器。
频率合成器通过一个或多个标准频率产生大量的输出频率，它是通过对标准频率在频域进行加、减、乘、除来实现的，可以用混频、倍频和分频等电路来实现。
其主要技术指标包括频率范围、频率间隔、准确度、频率稳定度、频率纯度以及体积、重量、功能和成本。
频率合成器的合成方法有直接模拟合成法、锁相环合成法和直接数字合成法。
直接模拟合成法利用倍频、分频、混频及滤波，从单一或几个参数频率中产生多个所需的频率。
该方法频率转换时间快(小于100ns)，但是体积大、功耗大，成本高，目前已基本不被采用。
锁相频率合成器通过锁相环完成频率的加、减、乘、除运算，其结构是一种闭环系统。
其主要优势在于结构简化、便于集成，且频率纯度高，目前广泛应用于各种电子系统。
直接式频率合成器中所固有的那些缺点，在锁相频率合成器中大大减少。
本次实验设计的是锁相频率合成器。
二、锁相环频率合成器原理2.1 锁相环路设计基础这一部分首先阐明了锁相环的基本原理及构成，导出了环路的相位模型和基本方程，概述了环路的工作过程， 2.1.1锁相环基本原理锁相环（PLL ）是一个相位跟踪系统。
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。
如何进行电路的频率合成和分析
如何进行电路的频率合成和分析电路的频率合成和分析是电子领域中的重要技术，它在通信、无线电、音频处理等领域有广泛的应用。
本文将介绍如何进行电路的频率合成和分析。
一、频率合成频率合成是指通过某种技术或装置，将多个频率的信号按照一定的规律组合成一个新的信号。
常见的频率合成方法有锁相环（PLL）和直接数字频率合成（DDS）两种。
1. 锁相环（PLL）锁相环是一种广泛应用于频率合成的技术，它通过反馈控制的方式将输入信号和参考信号的频率和相位同步。
锁相环通常由相位比较器、调频器（VCO）、低通滤波器和分频器组成。
相位比较器用于比较输入信号和参考信号的相位差，得到一个误差信号。
该误差信号被送入调频器，调频器根据误差信号来调整输出频率，使其与参考信号保持同步。
调频器的输出信号经过低通滤波器滤波后作为反馈信号送回相位比较器。
通过不断调整和反馈，最终实现了频率的合成。
2. 直接数字频率合成（DDS）直接数字频率合成是一种通过数字方式生成信号的方法。
它利用数字信号处理技术，将输入的数字相位信号转换为相应的模拟频率信号。
DDS一般由相位累加器、查找表和数字控制模块组成。
相位累加器是DDS的核心部件，它用于产生相位累加序列。
根据输入的相位控制信号，相位累加器不断累加，得到不同的相位值。
查找表将相位累加器输出的相位值映射到具体的幅度值，从而得到对应的模拟频率信号。
数字控制模块用于控制相位累加器的工作模式和频率分辨率。
二、频率分析频率分析是对信号频率成分进行分析和测量的过程。
常用的频率分析方法包括傅里叶变换和频谱分析仪。
1. 傅里叶变换傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的数学方法。
通过傅里叶变换，可以将复杂的信号分解为多个不同频率的正弦波成分。
傅里叶变换的结果是频谱，用于表示信号中各频率成分的幅度和相位信息。
2. 频谱分析仪频谱分析仪是一种专门用于测量和分析信号频谱的设备。
它通过将输入信号变换到中频范围，并采用滤波、增益和检波等技术，最终显示出信号在频率和幅度上的分布情况。
基本锁相环与锁相式数字频率合成器
基本锁相环与锁相式数字频率合成器一、实验目的1、掌握VCO压控振荡器的基本工作原理。
2、加深对基本锁相环工作原理的理解。
3、熟悉锁相式数字频率合成器的电路组成与工作原理。
二、实验内容1、观察锁相环的同步态。
2、在程序分频器的分频比N=1、10、99情况下：①测量输入参考信号的波形。
②测量频率合成器输出信号的波形。
③检查并观察输出频率（或分频比）的置换功能。
④测量并观察最小分频比与最大分频比。
三、实验仪器1、信号源模块2、锁相环模块3、20M双踪示波器一台4、连接线若干四、实验原理4.1、基本锁相环电路工作原理图1 基本锁相环组成框图锁相的意义是相位同步的自动控制，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。
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。
图1是锁相环的基本组成框图，它主要由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）组成。
压控振荡器的输出Uo(t)接至相位比较器的一个输入端，压控振荡器的输出频率的高低由低通滤波器上建立起来的平均电压Uc(t)大小决定。
施加于相位比较器另一个输入端的外部输入信号Ui(t)与来自压控振荡器的输出信号Uo(t)相比较，比较结果产生的误差输出电压Ud(t)正比于Ui(t)和Uo(t)两个信号的相位差，经过低通滤波器滤除高频分量后，得到一个平均值电压Uc(t)。
这个平均值电压Uc(t)朝着减小VCO输出频率和输入频率之差的方向变化，直至VCO输出频率和输入信号频率获得一致。
这时两个信号的频率相同，两相位差保持恒定（即同步）,称作相位锁定。
当环路锁定后，如果输入信号频率ωi或VCO振荡频率ωo发生变化，则VCO振荡频率ωo跟踪ωi而变化，维持ωo=ωi的锁定状态，这个过程称为跟踪过程或同步过程。
相应地，能够维持环路锁定所允许的最大固有频差|Δωi|，称为锁相环路的同步带或跟踪带，用ΔωH表示。
超出此范围，环路则失锁。
锁相环工作原理
锁相环工作原理锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种常用的电子电路，用于在信号处理和通信系统中实现频率合成、时钟恢复、频率解调等功能。
它可以通过自动调整输出信号的相位和频率，使其与输入信号保持稳定的相位关系。
锁相环主要由相位比较器、环路滤波器、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 Detector）：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与反馈信号的相位差，并产生相应的误差信号。
常见的相位比较器有边沿触发型、恒幅型和恒频型等。
2. 环路滤波器（Loop Filter）：环路滤波器用于对相位比较器输出的误差信号进行滤波和放大处理，以提供稳定的控制电压给VCO。
它通常由滤波电容和滤波电阻组成，根据需要可以采用不同的滤波器结构。
3. 电压控制振荡器（Voltage-Controlled Oscillator）：VCO是锁相环的另一个关键组成部份，它根据输入的控制电压来产生相应频率的输出信号。
VCO的频率与控制电压成正比关系，通过调节控制电压可以实现对输出频率的精确控制。
4. 分频器（Divider）：分频器用于将VCO的输出信号分频，以产生反馈信号供相位比较器使用。
分频器通常采用可编程分频比，可以根据需要设置不同的分频比。
锁相环的工作原理如下：1. 初始状态下，输入信号经过相位比较器与反馈信号进行比较，产生误差信号。
2. 误差信号经过环路滤波器进行滤波和放大处理，得到控制电压。
3. 控制电压作用于VCO，调节VCO的频率，使其与输入信号保持稳定的相位关系。
4. VCO的输出信号经过分频器分频后，形成反馈信号，与输入信号进行比较，闭环控制。
5. 通过不断调节VCO的频率，使得输入信号与反馈信号的相位差趋近于零，锁定相位关系。
6. 一旦锁定相位关系后，VCO的输出信号就可以作为同步信号或者频率合成信号使用。
锁相环原理
锁相环原理
锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种广泛应用于通信、电子设备中
的控制系统，它可以将输入信号的相位和频率锁定在特定的数值上。
锁相环由相位比较器、环路滤波器、控制电压发生器、振荡器等组成，通过这些部件的协同作用，实现了对输入信号的跟踪和控制。
下面我们将详细介绍锁相环的工作原理。
首先，锁相环的核心部件是相位比较器，它用来比较输入信号和反馈信号的相
位差，并输出一个误差信号。
这个误差信号随后被送入环路滤波器，滤波器起到平滑误差信号的作用，使得控制电压发生器的输出更加稳定。
控制电压发生器产生的电压信号会调节振荡器的频率，从而使得反馈信号的相位和频率与输入信号保持一致。
在锁相环运行过程中，当输入信号的频率发生变化时，相位比较器会检测到相
位差的变化，并产生相应的误差信号，通过环路滤波器和控制电压发生器的调节，最终使得振荡器的频率跟随输入信号的变化而变化，从而实现了频率的锁定。
同样，当输入信号的相位发生变化时，相位比较器也会产生误差信号，通过控制电压发生器调节振荡器的相位，实现相位的锁定。
除了频率和相位的锁定外，锁相环还具有频率合成、信号再生、时钟提取等功能。
通过合理设计锁相环的参数和部件，可以实现对不同频率、不同相位的信号进行跟踪和控制，从而满足各种通信和控制系统的需求。
总之，锁相环作为一种重要的控制系统，在现代通信、电子设备中得到了广泛
的应用。
它通过精密的相位比较和频率调节，实现了对输入信号的跟踪和锁定，为各种信号处理和控制提供了可靠的技术支持。
希望通过本文的介绍，读者对锁相环的工作原理有了更深入的了解。
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锁相环（PLL）频率合成调谐器
调谐器俗称高频头，是对接收来的高频电视信号进行放大（选频放大）并通过内部的变频器把所接收到的各频道电视信号，变为一固定频率的图像中频（38MHz）和伴音中频以利于后续电路（声表面滤波器、中放等）对信号进行处理。
调谐器（高频头）原理：
高频放大：把接收来的高频电视信号进行选频放大。
本机振荡器：产生始终高于高频电视信号图像载频38MHz的等幅载波，送往混频器。
混频器：把高频放大器送来的电视信号和本机振荡器送来的本振等幅波，进行混频产生38MHz的差拍信号（即所接收的中频电视信号）输出送往预中放及声表面滤波器。
结论：简单的说：只要改变本机振荡器的频率即可达到选台的目的）
一、电压合成调谐器：早期彩色电视接收机大部分均采用电压合成高频调谐器，其调谐器的选台及波段切换均由CPU输出的控制电压来实现（L、H、U波段切换电压及调谐选台电压），其中调谐选台电压用来控制选频回路和本振回路的谐振频率，调谐选台电压的任何变化都将导致本机振荡器频率偏移，选台不准确、频偏、频漂。
为了保证本机振荡器频率频率稳定，必须加上AFT系统。
由于AFT系统中中放限幅调谐回路和移相网络一般由LC谐振回路构成，这个谐振回路是不稳定的，这就造成了高频调谐器本机振荡器频率不稳，也极易造成频偏、频漂。
二、频率合成调谐器
1、频率合成的基本含义：是指用若干个单一频率的正弦波合成多个新的频率分量的方法（频率合成调谐器的本振频率是由晶振分频合成的）。
频率合成的方法有很多种。
下图为混频式频率合成器方框图
以上图中除了三个基频外还有其“和频”及“差频”输出（还有各个频率的高次谐波输出）。
输出信号的频率稳定性由基准信号频率稳定性决定，而且输出信号频率误差等于各基准信号误差之和，因此要想减少误差除了要提高基准信号稳定度之外还应减少基准信号的个数。
2、锁相环频率合成器：
其方框图类似于彩色电视接收机中的副载波恢复电路，只是在输入回路插入了一个基准信号分频器（代替色同步信号输入）而在反馈支路插入一个可编程分频器（代替900移相）。
当环路锁定时存在如下关系：
∵ fk=f0 / K 式中：fvco为压控振荡器输出信号频率。
fn=fvco / N f0 为晶振基准频率。
fk=fn K为分频系数。
∴ fvco=N•fo / K N为可变分频器的分频系数（分频比）
彩色电视机幅载波恢复电路
锁相环频率合成器电路
(*** 频率合成调谐器和电压合成调谐器的主要区别在于本机振荡电路，一个采用锁相环频率合成器控制本机振荡器的振荡频率，一个采用用调谐电压直接控制本机振荡器的振荡频率。
***)
3. 可变系数分频器
分频系数N是一个整数，而且可变（受CPU控制），当我们改变分频系数N时便可以得到一系列N×fk的频率分量。
在锁相环频率合成器中。
参与鉴相的两个频率fk fn越低锁相效果越好。
由于低频振荡晶体制造困难，所以均采用高频振荡晶体作为基准振荡，再用分频器分频的方法来获取低频信号。
用高频振荡晶体，其基频率稳定性比较好分频后更准确（如果基准振荡器产生△F的频偏，那么经过基准分频（K）后，不但频率降低K倍，同时频率漂移也减少了K倍有利于提高频率稳定性），该fk越小调谐精度越高，但是fk太小会使选台时间延长，给使用带来不便。
在一般的频率合成调谐器中基准振荡器晶体频率选为4MHz （f0）分频器的分频系数（K）一般选512 或640 或1024、能获取7.8125kHz、6.25kHz、3.90625kHz 的fk频率送往鉴相器。
我们以接收中国第三频道为例：调谐器三频道图像载频为65.75MHz，本机振荡器应产生fvco应为65.75MHz+38MHz=103.75MHz 。
设：此时基准振荡频率f0为4MHz 基准分频器分频系数K为1024 ,
fk=4MHz / 1024 = 3.90625KHz
加到鉴相器上的两个信号应fk=fn 那么可变系数分频器的分频系数应为：
N=fvco / fn
∵ fk = fn
∴N=fvco / fk
N=103.75MHz / 3.90625KHz=26560
此时CPU送来的数据控制可变系数分频器的分频系数N应为26560才能使
fvco锁定在103.75 MHz上，从而保证三频道的准确接收。
在电视接收机的高频调谐器中只要能保证CPU输出数据能控制可变系数分频器的分频比N在选台时不断相应变化, 就能保证fvco 始终比接收的图像载频高38MHz，从而保证各个频道的接收。
锁相环频率合成器，虽然能合成许多频率，但这些频率只能是基准频率fk的整倍数, 而在电视接收机中，本机振荡器频率不一定都是fk 的整倍数。
例如：
在接收某一频道时，图像载频为149.2MHz，
（目前我国电视频率划分各频道的图像载频加38MHz后形成的本机振荡各频率均是3.90625KHz或7.8125KHz的整倍数）
如果：本机振荡器应生:fvco=149.2MHz+38MHz=187.2MHz
而此时的可变系数分频器的分频系数应为：
N=187.2MHz / 3.90625KHz=47923.2
以上说明在接收某一频道时可变系数分频器的分频系数是带小数的，这样可变系数分频器要完成带小数的分频困难是比较大的。
3、可编程分频器
要使频率合成电路的压控振荡器（VCO）产生各种所需频率的信号，首先要解决小数分频的问题。
为了实现小数分频，通常在可变系数分频器中设置脉冲删除电路或吞脉冲电路，在对反馈信号进行可变系数分频器前，先根据小数的要求有规则的删除或吞掉一些脉冲，然后再送去进行整数分频，这样总的看起来就等于实现了小数分频。