锁相环设计
锁相环电路设计
锁相环电路设计
锁相环电路是一种常见的电路设计，它可以用于信号的同步和频率的稳定。
锁相环电路的基本原理是将输入信号与参考信号进行比较，然后通过反馈控制来调整输出信号的相位和频率，使其与参考信号保持同步。
锁相环电路广泛应用于通信、雷达、测量等领域。
锁相环电路的基本组成部分包括相频检测器、环路滤波器、控制电压源和振荡器。
相频检测器用于将输入信号与参考信号进行比较，产生误差信号。
环路滤波器用于滤除误差信号中的高频成分，以保证系统的稳定性。
控制电压源根据误差信号的大小和方向来产生控制电压，用于调整振荡器的频率和相位。
振荡器则产生输出信号，其频率和相位受到控制电压的影响。
锁相环电路的设计需要考虑多个因素，如相频检测器的灵敏度、环路滤波器的带宽、控制电压源的响应速度等。
此外，还需要根据具体应用场景选择合适的振荡器类型和工作频率。
在实际应用中，锁相环电路的性能也受到环境温度、电源噪声等因素的影响，因此需要进行充分的测试和优化。
锁相环电路是一种重要的电路设计，它可以实现信号同步和频率稳定，广泛应用于通信、雷达、测量等领域。
在设计锁相环电路时，需要考虑多个因素，进行充分的测试和优化，以保证系统的性能和稳定性。
锁相环ppl电路设计
锁相环（PLL）电路设计摘要：本次课程设计的锁相环电路其原理就是先把电网三相交流电压合成一相正弦波，合成后其频率还是不变（50Hz），然后把正弦波转变成方波，由此将信号送入锁相环集成器件CD4046（由鉴相器，环路滤波器，VCO组成），通过将输入信号与VCO输出信号或VCO输出经分频器的信号相位或频率的比较，控制两个信号使其保持同相位，从而实现对输入信号的同步跟踪。
关键字：锁相环，鉴相器，环路滤波器，集成运算电路，比较器Abstract:This curriculum designs phase-locked loop electric circuit its principle is synthesizes first the electrical network three-phase AC voltage a sine wave, after the synthesis its frequency invariable (50Hz), then transforms the sine wave the square-wave, from this sends in the signal phase-locked loop integration component CD4046 (by discriminator, ring circuit filter, VCO is composed), through the input signal and the VCO output signal either the VCO output after the frequency divider signal phase or the frequency comparison, will control two signals to cause its maintenance with the phase, thus will realize to the input signal lock following.Keyword:PLL, phase detector and loop filter, integrated computing circuits, Comparators目录1.前言(绪论) (3)2.总体方案设计 (4)3.单元模块设计 (5)3.1 集成运算加法器.......................................................................... 错误！未定义书签。
基于FPGA的全数字锁相环设计与实现
基于FPGA的全数字锁相环设计与实现一、前言全数字锁相环（Digital Phase-Locked Loop，简称DPLL）是一种数字电路设计技术，可实现同步数字信号的调制和解调。
基于FPGA的全数字锁相环设计与实现，是一个极为重要的课题。
它可以有效地提高数字电路的性能，使得数字系统具有更优越的特性，并可广泛应用于数字电路的设计、数字信号的处理等领域。
二、DPLL 的体系结构DPLL是由相频检测器、滤波器、数字控制振荡器和时钟输出等多个部分组成的。
其中，相频检测器、滤波器和数字控制振荡器通常被集成到FPGA的内部，而时钟输出则需要通过FPGA的普通I/O口与市场上常见的外部输出设备相结合。
三、数字锁相环的工作原理数字锁相环的工作原理基于一个反馈循环系统，其中参考振荡器的频率与输入信号会被比较，然后通过差错检测网络来确定缺陷。
如果这些信号频率不匹配，则通过调整数字控制振荡器的频率来达到匹配。
然后，系统会根据输出信号和参考信号的相位差异来调整数字控制振荡器的频率，并通过PLL的反馈路径传输至输入端，进而得到和参考信号相同频率的输出信号。
四、数字锁相环的应用数字锁相环在通信领域有着广泛的应用，如数据码隆、数字调制、同步检测等；在数字领域，数字锁相环主要应用于数字信号处理、频谱分析、信噪比提高等方面；在电子仪器领域，数字锁相环可以被应用于测量领域、噪声分析、频率合成等方面。
五、基于FPGA的数字锁相环的设计数字锁相环的设计是一项非常复杂的工作，其中需要解决的问题主要有相频检测、低通滤波、数字控制振荡器的设计和时钟输出等方面。
在基于FPGA的数字锁相环设计过程中，可以采用很多不同的方法和技术来解决这些问题。
在数字锁相环的设计中，相频检测器是极其关键的部分，其主要功能是检测输入信号与数字控制振荡器的频率是否匹配。
其中，相频检测器常用的方式有两种：一是通过比较输入信号和数字控制振荡器的频率来实现；二是通过测量输入信号和数字控制振荡器的相位差来实现。
锁相环设计
1.环路滤波电路我们采用有源比例积分器作为该锁相环的的环路滤波电路，并附加两级RC 滤波器以改善抖动转移特性。
过多的引入附加滤波器或者附加滤波器参数选择不当，都会导致环路参数复杂，不利于计算，从而导致环路不稳定。
环路滤波电路如下图：图2 环路滤波网络图中元器件选择：电阻采用0603封装，电容采用0805封装，U1选用RAIL-TO-RAIL 运算放大器LM6142BIM（3.3V 单电源供电）。
LM6142BIM 为双运放，为保证器件可靠工作，另外一个未用的运放要接成电压跟随器，并且注意电源的滤波，如下图：０．０１Ｃ５Ｌ２图3 压随器和电源滤波2.环路参数计算对环路参数的选择，首先是把环路带宽Ωc 和阻尼系数ξ大致确定下来，Ωc 和ξ确定之后，环路滤波器的R 、C 的值就基本确定了。
这时更多考虑的是元件的容差，温度特性等等。
例如，环路中片状电容不宜大于1.8µF ，片状电容大于1.8µF 后，温度特性难以保证。
考虑到单板对155.52MHz 时钟抖动要求很高，而且在输入38.88MHz 基准时钟相位发生跳变（主备倒换时，相位有2ns 跳变）时，要求锁相环不能失锁，而是相位缓慢跟踪，所以初步选定环路带宽f c 为50Hz ；阻尼系数ξ为2。
采用理想积分滤波器的锁相环闭环传递函数可写作：H p p p p n nn n ()=+++22222ξωωξωω 式中，，为环路自然角频率。
ωτn K =1，为环路阻尼系数。
ξττ=212K为环路增益，K d 为鉴相灵敏度，K 0为压控灵敏度，N 为分频比。
K K K N d =a. 鉴相器鉴相灵敏度，V m 为鉴相器输出高低电平的差值，因为我们采K V d m=2π用3.3V 工作的FPGA ，V m 可取2.8V ，∴ k d = 2.82o=0.45V /radb. 压控灵敏度 k 0=2oD f vco D V vco∆f vco 为压控振荡器输出范围。
adisimpll锁相环设计过程
adisimpll锁相环设计过程锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）是一种常用于时钟和信号恢复的电子电路。
它可以将输入信号的频率、相位和幅度与参考信号进行比较，然后通过调整其内部振荡器的频率和相位来保持与参考信号的同步。
在现代电子系统中，锁相环已成为许多应用的核心部件，例如通信系统、数据转换和数字信号处理等。
锁相环的设计过程通常包括以下几个主要步骤：1.确定锁相环的规格要求：首先需要确定系统的特定需求，包括输入和输出信号的频率范围、带宽、相位噪声要求以及抖动限制等。
这些规格要求将直接影响锁相环的设计参数和性能。
2.选择合适的锁相环架构：根据系统的特定需求，选择适合的锁相环架构。
常见的锁相环架构包括基于电压控制振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，VCO）的基本锁相环、带自由运行振荡器（Free-Running Oscillator）的环-环（Ring-Oscillator）锁相环和数字控制振荡器（Digital-Controlled Oscillator，DCO）的混合锁相环等。
3.设计相位频率检测器：锁相环中的相位频率检测器（Phase-Frequency Detector，PFD）用于比较参考信号和反馈信号的相位和频率差异，并将其转化为控制信号。
常见的PFD电路包括EXOR门和带有多频偏的PFD等。
4.设计环路滤波器：设计环路滤波器用于平稳化锁相环的控制信号。
环路滤波器通常采用低通滤波器结构，能够滤除高频噪声和不稳定性。
5.设计振荡器：根据系统的频率范围和性能要求，设计合适的振荡器。
常见的VCO设计包括压控晶体振荡器（Voltage-Controlled Crystal Oscillator，VCXO）和频率可调振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，VCO）。
6.设计控制电路：根据锁相环的设计需求，设计合适的控制电路。
集成电路锁相环及其应用电路设计.pptx
相位锁定。
wi
wo
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1
锁相环路基本组成方框图
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压控振荡器
压控振荡器是一个电压-频率变换装置,在环路
中 作 为 被 控 振 荡 器 , 它 的 振 荡 频 率 应 随 输 入 控 制 电 ωV(t)
压 Uc(t) 线 性 地 变 化 （ 在 一 定 范 围 内 ） ， 可 用 线 性
without frequency
offset）.
8
固有振荡频率f第v9与页/共R181页,C1的关系
锁相环电路的应用
倍频：
i 鉴相器
i (t )
'
y
yn
环路 滤波器
分频器
÷ｎ
压控 y
振荡器 y (t )
wi
wy n
9
wy nwi
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锁相环电பைடு நூலகம்的应用
分频：
i 鉴相器
i (t )
方程来表示
即
ωV(t)=ωV + KV Uc(t)
当Uc(t)=0时，VCO的固有振荡频率为ωV 。
ωV
Uc(t)
wi
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2
锁相环路基本组成方框图
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锁相环路基本组成方框图
输入信号和输出信号的相位关系
系统的瞬时相差θe(t)=θ1(t)-θ2(t)
3
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wi wo
VCO输出频率的高低由低通滤波器输出的平均电压Uc大小决定。VCO的输出 Uo接至相位比较器的一个输入端，外部输入信号Ui与来自VCO的输出信号Uo相 比较，经过相位比较器产生的误差输出电压Ud正比于Ui和Uo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。这个平均值电压Uc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
快速锁定锁相环的设计与分析
快速锁定锁相环的设计与分析一、FPLL的基本原理话说回来快速锁定锁相环(FPLL)这个家伙可不简单。
它是一种用于同步和锁定信号的电子设备，广泛应用于通信系统、雷达系统等领域。
那么FPLL到底是怎么工作的呢？咱们就来慢慢道来吧！首先我们要知道FPLL的基本原理就是利用一个环形反馈网络来实现信号的锁定。
这个环形网络由多个相位比较器和一个低通滤波器组成，其中相位比较器的作用是将输入信号与参考信号进行比较，从而得到误差信号。
然后误差信号经过低通滤波器处理后，再被送回到相位比较器中，形成一个闭环回路。
这样一来输入信号与参考信号之间的差异就会被不断修正，最终实现锁定。
说起来可能有点晦涩难懂，但是咱们可以用一个简单的例子来帮助大家理解。
假设我们有两个小朋友，小明和小红，他们想要一起做一件事情，但是他们的速度不一样。
这时候我们就可以利用FPLL来帮助他们同步。
我们先让小明跑一圈，然后让小红跑同样的距离。
接下来我们把小明跑的距离作为参考信号，然后让小红在相同的时间内跑完剩下的距离。
通过不断地比较和调整，我们就能让小明和小红的速度保持一致了。
1. 锁相环的工作原理锁相环是一种在数字通信和信号处理中常见的同步技术，其基本工作原理就是通过比较两个信号的相位差，来实现对一个信号的锁定。
听起来有点复杂？没关系咱们就把它比作是一个“手电筒”的游戏。
想象一下你有一个手电筒，上面有两个开关，一个是“开”，一个是“关”。
当你打开“开”的开关时手电筒就会发出光；而当你打开“关”的开关时手电筒就不会发光。
现在我们假设你把这个手电筒连接到一个电路上，并且在电路中加入一个噪声源。
噪声源会随机地改变“开”和“关”的状态也就是说，它会随机地让手电筒亮或灭。
那么问题来了，你怎么才能确定哪个开关对应着“亮”，哪个开关对应着“灭”呢？这就是锁相环的基本工作原理，通过不断地比较和调整，它就能锁定一个信号，使得我们能够准确地接收和处理这个信号。
这也是为什么锁相环在许多重要的领域里都有着广泛的应用，比如无线通信、雷达、GPS等等。
三相锁相环环路设计
三相锁相环环路设计
三相锁相环（Phase-Locked Loop, PLL）是一种闭环相位控制系统，用于同步三相电压或电流信号。
它由鉴相器（Phase Detector）、环路滤波器（Loop Filter）和电压控制振荡器（V oltage Controlled Oscillator, VCO）三个主要部分组成。
以下是三相锁相环的基本设计步骤：
1. 确定相位差：将输入的三相电压或电流信号与参考电压或电流信号进行比较，得到相位差。
2. 滤波：将环路输出信号进行滤波，以消除高频噪声和直流偏移。
3. 调节振荡频率：通过调节电压控制振荡器（VCO）的电压，控制振荡器的频率，从而调整环路的相位。
4. 调节相位差：通过调节环路滤波器的反馈电阻或电感，调节环路的相位稳定性。
5. 调节增益：通过调节环路滤波器的增益，调节环路的放大倍数，以保证环路的稳定性。
在实际应用中，为了获得最佳的锁相环性能，通常会对环路进行优化设计，例如将环路简化为二阶或三阶模型，计算环路参数和增益，以获得最佳相位稳定性和带宽。
此外，在设计三相锁相环时，还需要考虑到一些特殊的需求，例如在三相并网逆变器中，需要设计软件锁相环以同
步三相电压或电流信号。
针对这些需求，可以使用C2000控制器等硬件平台来设计锁相环电路。
锁相环电路设计
锁相环电路设计锁相环电路是一种常见的电路设计，它可以用于频率合成、时钟恢复、数字信号处理等领域。
锁相环电路的基本原理是通过比较输入信号和参考信号的相位差，控制输出信号的频率和相位，使其与参考信号同步。
本文将介绍锁相环电路的基本原理、设计流程和应用。
一、锁相环电路的基本原理锁相环电路由相位检测器、环路滤波器、控制电压源和振荡器四部分组成。
其中，相位检测器用于检测输入信号和参考信号的相位差，环路滤波器用于滤波和放大控制电压，控制电压源用于产生控制电压，振荡器用于产生输出信号。
锁相环电路的工作原理如下：首先，输入信号和参考信号经过相位检测器比较，得到相位差。
然后，相位差经过环路滤波器滤波和放大，产生控制电压。
控制电压作用于振荡器，调整其频率和相位，使其与参考信号同步。
最后，输出信号经过除频器输出所需频率。
二、锁相环电路的设计流程锁相环电路的设计流程包括以下几个步骤：1. 确定输入信号和参考信号的频率范围和精度要求。
2. 选择合适的相位检测器和环路滤波器，根据输入信号和参考信号的特性确定其参数。
3. 选择合适的振荡器，根据输出信号的频率和精度要求确定其参数。
4. 设计控制电压源，根据环路滤波器的特性确定其参数。
5. 进行仿真和实验验证，调整参数，优化电路性能。
三、锁相环电路的应用锁相环电路广泛应用于频率合成、时钟恢复、数字信号处理等领域。
以下是几个典型的应用案例：1. 频率合成器：锁相环电路可以将参考信号的频率倍频或分频，产生所需的输出频率。
2. 时钟恢复器：锁相环电路可以从输入信号中恢复时钟信号，用于数字通信系统中的时钟同步。
3. 数字信号处理：锁相环电路可以用于数字信号的相位同步和频率同步，提高信号质量和可靠性。
四、总结锁相环电路是一种常见的电路设计，其基本原理是通过比较输入信号和参考信号的相位差，控制输出信号的频率和相位，使其与参考信号同步。
锁相环电路的设计流程包括确定输入信号和参考信号的特性、选择合适的电路元件、仿真和实验验证等步骤。
锁相环的基本原理和模型
KoGop KoKd F(s)H(s)二1.锁相环的基本原理和模型在并网逆变器系统中，控制器的信号需要与电网电压的信号同步，锁相环通过检测电网电压相位与输出信号相位之差，并形成反馈控制系统来消除误差，达到跟踪电网电压相位和频率的目的。
一个基本的锁相环结构如图1-1所示，主要包括鉴相器，环路滤波器，压控振荡器三个部分。
图1-1基本锁相环结构鉴相器的主要功能是实现锁相环输出与输入的相位差检测；环路滤波器的主要作用应该是建立输入与输出的动态响应特性，滤波作用是其次；压控振荡器所产生的所需要频率和相位信息。
PLL的每个部分都是非线性的，但是这样不便于分析设计。
因此可以用近似的线性特性来表示PLL的控制模型。
鉴相器传递函数为：Vd=Kd(Xi—Xo)压控振荡器可以等效为一个积分环节，因此其传递函数为：由于可以采用各种类型不同的滤波器(下文将会讲述)，这里仅用F(s)来表示滤波器的传递函数。
综合以上各个传递函数，我们可以得到，PLL的开环传递函数，闭环传递函数和误差传递函数分别如下：上述基本的传递函数就是PLL设计和分析的基础。
2.鉴相器的实现方法鉴相器的目的是要尽可能的得到准确的相位误差信息。
可以使用线电压的过零检测实现，但是由于在电压畸变的情况下，相位信息可能受到严重影响，因此需要进行额外的信号处理，同时要检测出相位信息，至少需要一个周波的时间，动态响应性能可能受到影响。
一般也可以使用乘法鉴相器。
通过将压控振荡器的输出与输入相乘，并经过一定的处理得到相位误差信息。
在实际的并网逆变器应用中还可以在在同步旋转坐标系下进行设计，其基本的目的也是要得的相差的数值。
同步旋转坐标系下的控制框图和上图类似，在实际使用中，由于pq 理论在电网电压不平衡或者发生畸变使得性能较差，因而较多的使用dq变换，将采样得到的三相交流电压信号进行变化后与给定的直流参考电压进行比较。
上述两种方法都使用了近似，利用在小角度时正弦函数值约等于其角度，因而会带来误差，这个误差是人为近似导致的误差，与我们要得到的相位误差不是一个概念，最终的我们得到相位误差是要形成压控振荡器的输入信号，在次激励下获得我们所需要的频率和相位信息。
锁相环路(PLL)电路设计实例
软件实现PLL的代码示例
01
```systemverilog
02
// 定义PLL模块
03
module pll(input wire clk_in, output reg clk_out);
软件实现PLL的代码示例
01
parameter FREF = 100e3; // 参考频率
02
parameter N = 10; // 分频比
相位保持一致。
电荷泵型PLL的电路实现
电荷泵由两个开关和两个电容 组成，一个开关用于充电，另
一个用于放电。
当输入信号与VCO输出信号 的相位存在误差时，电荷泵 的开关会根据误差信号的极 性进行切换，从而在电容上
积累或释放电荷。
电容上的电荷量会转换为电压 信号，该电压信号通过低通滤 波器平滑后，用于调整VCO的
频率。
电荷泵型PLL的性能分析
01
电荷泵型PLL具有较高的带宽和较快的响应速度，因此适用于高 速数据传输和无线通信等应用。
02
由于电荷泵型PLL采用电荷传输方式，因此对电源噪声和电磁干
扰较为敏感，需要采取相应的措施进行抑制。
电荷泵型PLL的另一个优点是易于集成，因此适合于大规模生产
03
和应用。
04
软件实现PLL的代码示例
assign clk_out = div_by_n;
always @(posedge clk_in) begin phase_error <= #1 ($posedge clk_in ? 32'hFFFFFFFF : phase_error 1);
软件实现PLL的代码示例
PLL电路设计实例：模拟型 PLL
小结：锁相环的设计分析
锁相环
锁相环（PPL,phase-locked loop ）是一个反馈系统，它将输出信号的频率和相位锁定到输入参考信号的频率和相位上。
参考波形包括正弦型和数字型。
基本的PLL 由一个压控振荡器（VCO ）、一个鉴相器（PD,phase detector,又称为相位检测器）和一个滤器组成。
PLL 最通用的形式还包括一个混频器和一个分频器，在稳定状态时，输出频率可以表示为：
0m r f f Nf =±，所以输出频率可以通过改变N 、r f 和m f 来控制。
下图为PLL 系统方框图:
鉴相器
对于锁定的环路，鉴相器的输出是一个直流电压e V ，它是相位差
d r f θθθ=-的函数，
e V 是d θ的正弦、三角或锯齿波函数。
（见《射频与微波通信电路》P374）。
增益因子d K (V/rad) e
d e V K θ=.
压控振荡器
如前所述，变容二极管通常用在振荡器的谐振电路中，通过控制它的偏置电压来改变振荡频率，所以一个理想的压控振荡器的传递特性应该是线性的。
锁相环电路设计
锁相环电路设计：让你的电路更稳定锁相环（PLL）电路是一种常用的控制电路，可以用来实现频率合成、时钟与信号恢复等功能。
在电子设备中，PLL电路的使用非常广泛，因为它能够使电路的频率更加精确、稳定，使电路的性能更优秀。
本文将介绍PLL电路的基本原理、设计方法和应用技巧。
一、PLL电路的基本原理PLL电路的基本构成包括：相锁环（Phase-Locked Loop，PLL）模块、反馈电路和指令电路。
根据反馈信号的不同，又可以将PLL电路分为：模拟PLL和数字PLL两类。
模拟PLL是指使用模拟电路实现的PLL电路，适用于处理频率较低、波形较简单的信号。
数字PLL是把PLL电路中的关键部分数字化，使用数字处理技术实现PLL电路，适用于对高速、复杂信号的处理。
PLL电路的基本原理是通过比较两个不同频率的信号，调节反馈电路的传递函数，使输出信号与参考信号保持同步，最终达到同步稳定的效果。
二、PLL电路的设计方法设计PLL电路时需要注意以下几点：1. 选择适合的锁相范围锁相范围一般是指锁相环能够自动跟踪的信号频率范围。
选择适合的锁相范围可以使PLL电路更加灵活、稳定。
2. 选择适合的环路带宽和相位裕度环路带宽是锁相环的工作频带范围，它决定了PLL电路的速度和稳定性。
相位裕度是指锁相环输出信号相位与参考信号相位的差值，它直接影响锁相环的稳定性。
选择适合的环路带宽和相位裕度可以使PLL电路更加稳定、可靠。
3. 选择合适的滤波器为了降低PLL电路输出信号中的噪声和抖动，需要在反馈电路中添加合适的滤波器。
选择合适的滤波器可以使PLL电路的性能更加优秀。
三、PLL电路的应用技巧1. 尽量避免信号功率幅度过大或过小PLL电路对信号功率幅度很敏感，过大或过小的信号功率都会对PLL电路的稳定性产生不良影响。
因此，在设计和应用时，应尽量避免信号功率偏离正常值。
2. 注意环路稳定性PLL电路不同于普通反馈电路，它需要有信号的引导才能正常工作。
-课程设计二锁相环设计
引言锁相环路（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得到了很广泛的应用。
最初，DeBellescize于1932年提出同步检波理论，首次公开发表了对锁相环路的描述，但并未引起普遍的重视。
直至1947年，锁相环路才第一次应用于电视接收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以及较高的成本，应用锁相环路的领域主要在航天方面，包括轨道卫星的测速定轨和深空探测等。
性能要求较高的精密测量仪器和通信设备有时也用到它。
到70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、通用单片集成锁相环路以及多种专用集成锁相环路，锁相环路逐渐变成了一个成本低、使用简便的多功能主件，这就为锁相技术在更广泛的领域应用提供了条件。
至今，普遍应用锁相技术的主要有调制解调、频率合成、电视机彩色副载波提取、FM立体声解码等等。
随着数字技术的发展，相应出现了各种数字锁相环路，它们在数字信号传输的载波同步、位同步、相位解调等方面发挥了重要的作用。
锁相环路所以能得到如此广泛的应用，是由其独特的优良性能所决定的。
它具有载波跟踪特性，作为一个窄带跟踪滤波器，可提取淹没在噪声之中的信号；用高稳定的参考振荡器锁定，可作提供一系列频率高稳定的频率源；可进行高精度的相位与频率测量等等。
它具有调制跟踪特性，可制成高性能的调制器解调器。
它具有低门限特性，可大大改善模拟信号和数字信号的解调质量。
1 锁相环的基本知识1.1 锁相环的原理锁相环就是自动控制完成同步。
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，简称锁相环。
锁相环是一个系统跟踪另一个系统的装置，更精确的说，就是一个系统中由振荡器产生的输出信号在频率和相位上与参考信号或输入信号同步。
当输入信号和环路的输出信号存在相位差的时，在锁相环控制机构的控制下，VCO 的输出信号和PD 的输入信号的相差减至最小。
因此，在这个控制系统中，输出信号相位其实是锁定到参考信号或输入信号的相位上的。
锁相环电路设计与应用
锁相环电路设计与应用锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）是一种常见的电路设计和应用，广泛应用于通信、计算机、音频、视频、测量等领域。
本文将介绍PLL的基本原理、电路设计以及应用。
一、PLL的基本原理PLL是一种反馈控制系统，通过比较两个输入信号的相位差，并根据差异信号来调整时钟信号的相位和频率，使得输出信号与输入信号同步，以稳定输出信号的相位和频率。
PLL通常由以下几个主要组成部分构成：1. 相频比较器（Phase/Frequency Detector，PFD）：将输入信号与反馈信号进行比较，产生差异信号。
2. 电压控制振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，VCO）：根据差异信号调整输出信号的频率和相位。
3. 低通滤波器（Low-Pass Filter，LPF）：用于滤除VCO输出信号中的高频噪声。
4. 分频器（Divider）：将VCO输出信号进行频率分频。
PLL的工作原理如下：1.将输入信号与反馈信号经过PFD进行比较，得到差异信号。
差异信号表示输入信号与反馈信号之间的相位差和频率差。
2.差异信号经过低通滤波器进行滤波，得到一个DC信号，用于表示相位差和频率差。
3.DC信号经过增益放大后，作为控制信号输入到VCO中。
VCO输出的信号经过分频器进行频率分频，再与输入信号进行比较，形成反馈信号。
4.反馈信号经过低通滤波器进行滤波，形成新的输入信号，进一步调整VCO输出的相位和频率，使得输出信号与输入信号同步。
二、PLL的电路设计PLL的电路设计需要考虑以下几个方面：1.选择合适的PFD：根据输入信号的特点选择合适的PFD，常见的有异或门和锁相比较器等。
2.设计合适的滤波器：根据设计要求，设计合适的低通滤波器，用于滤除VCO输出信号中的高频噪声。
3.选择合适的VCO：根据设计要求选择合适的VCO，考虑信号频率范围、线性度、功耗等因素。
4.确定适当的分频比：根据设计要求确定适当的分频比，实现对输出信号频率的控制。
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。
锁相环设计
锁相环设计锁相环路(PLL)通常由鉴相器(PD)、环路滤波器(LP)、压控振荡器(VCO)和可编程分频器组成，外部晶体振荡器经R分频产生的参考频率与VCO的输出频率经N分频后，在鉴相器中相位比较，产生误差控制电压，经环路滤波器滤除高频分量和噪声后，控制VCO产生所需振荡频率。
图1 锁相环的基本框图锁相环路(PLL)和AGC电路一样，也是一种反馈控制电路。
它是一个相位误差控制系统，是将参考信号与输出信号之间的相位进行比较，产生相位误差电压来调整输出信号的相位，以达到与参考信号同频率的目的，从而实现了对信号的频率漂移进行跟踪。
在达到同频率的状态下，两个信号之间的稳定相差亦可做得很小。
下面介绍锁相环工作的大致过程：鉴相器是个相位比较装置。
它把输入信号和压控振荡器的输出信号Uo(t)的相位进行比较，产生对应于两个信号相位差的误差电压Ue(t)。
环路滤波器的作用是滤除误差电压、Ue(t)中的高频成分和噪声，以保证环路所要求的性能，增加系统的稳定性。
压控振荡器受环路滤波器输出电压Uo(t)的控制，使振荡频率向参考频率靠拢，二者的差拍频率越来越低，使两者的频率相同、保持一个较小的剩余相差直至消除频差而锁定为止。
在环路开始工作时，如果输入信号频率与压控振荡器频率不同，则由于两信号之间存在固有的频率差，它们之间的相位差就会一直变化，结果鉴相器输出的误差电压就在一定范围内变化。
在这种误差电压的控制下，压控振荡器的频率也在变化。
所以，锁相就是压控振荡器被一个外来基准信号控制，使得压控振荡器输出信号的相位和外来基准信号的相位保持某种特定关系，达到相位同步或相位锁定的目的。
若压控振荡器的频率能够变化到与输入信号频率相等，在满足稳定性条件下就在这个频率上稳定下来。
达到稳定后，输入信号和压控振荡器输出信号之间的频差为零，相差不再随时间变化，误差电压为一固定值，这时环路就进入“锁定”状态。
这就是锁相环工作的大致过程。
下面以美国国家半导体公司的锁相芯片LMX2326进行说明。
模拟电路锁相环设计
模拟电路锁相环设计一、引言在现代电子技术中，模拟电路锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）被广泛应用于时钟同步、频率合成、信号调制和解调等领域。
本文将介绍一个基本的模拟电路锁相环的设计。
二、模拟电路锁相环概述模拟电路锁相环由相位比较器、低通滤波器、电压控制振荡器和除频器组成。
其基本工作原理是通过不断调整电压控制振荡器的频率，使其输出信号与参考信号的相位一致，实现锁相环的稳定。
三、相位比较器设计1. 按照合适的格式书写关于相位比较器的设计。
四、低通滤波器设计1. 按照合适的格式书写关于低通滤波器的设计。
五、电压控制振荡器设计1. 按照合适的格式书写关于电压控制振荡器的设计。
六、除频器设计1. 按照合适的格式书写关于除频器的设计。
七、实际电路实现在实际应用中，我们可以选择合适的电子元器件和IC芯片来实现模拟电路锁相环。
具体的电路实现细节，如元器件的选型、布局、连线等，可以根据具体的需求进行设计。
八、实验结果与分析通过对设计的模拟电路锁相环进行实验，我们可以得到相位比较器、低通滤波器、电压控制振荡器和除频器的性能参数。
在实验结果的基础上，我们可以进一步对比设计参数与实际参数，分析差异的原因，并进行优化和改进。
九、结论通过本文的模拟电路锁相环设计，我们对模拟电路锁相环的基本原理和设计方法有了更深入的了解。
同时，我们也了解到了模拟电路锁相环在时钟同步、频率合成等应用中的重要作用。
希望本文对读者在模拟电路领域的学习和研究提供一定的参考和指导。
十、参考文献[1] XXX，XXX，XXX。
XXX合同设计。
XXX出版社，20XX年。
十一、致谢感谢所有对本文撰写和完成有所帮助的人士和机构。
他们的宝贵意见和建议对本文质量的提高起到了积极的作用。
一种基于soi的抗单粒子效应锁相环设计
一种基于soi的抗单粒子效应锁相环设计嘿，朋友！咱们今天来聊聊这个基于 SOI 的抗单粒子效应锁相环设计。
这玩意儿可神秘又厉害着呢！你知道吗？在那复杂的电子世界里，单粒子效应就像个调皮捣蛋的小鬼，总是出来捣乱，让锁相环的工作变得乱糟糟。
这时候，基于SOI 的设计就像是一位超级英雄登场啦！SOI 是啥？简单说，它就像是给锁相环穿上了一层坚固的铠甲。
这铠甲可不一般，能抵御住那些小鬼的攻击。
比如说，普通的锁相环可能一遇到单粒子效应就“晕头转向”，频率乱了，信号也不稳定了。
但有了 SOI 的加持，锁相环就能稳稳地站在那里，不受干扰。
那这设计是怎么做到的呢？就好比盖房子，得有好的根基和架构。
在这设计里，从电路的布局到元件的选择，每一个环节都精心打造。
就像挑选最好的砖头和木材来盖房子一样，一点儿都不能马虎。
比如说，选择合适的晶体管，这就像是给房子选结实的大梁。
不同的晶体管性能可不一样，得挑那种能抗住“风雨”的。
还有电路的布线，这就像是房子里的管道和线路，得安排得合理有序，不然就会乱套。
而且，在这个设计中，还得考虑到各种可能出现的情况。
这就好比你出门前，得想到可能会下雨，得带伞；可能会冷，得带件外套。
对于锁相环也是，得想到单粒子效应可能从哪里冒出来搞破坏，提前做好防备。
你想想，如果没有这样精心的设计，那锁相环在面对单粒子效应的时候，不就像是没带武器上战场的士兵，只能被动挨打？但有了基于SOI 的设计，锁相环就有了底气，能在复杂的环境中依然稳定工作。
总的来说，基于 SOI 的抗单粒子效应锁相环设计，就像是在电子世界里筑起了一道坚固的防线，让锁相环能够安心地发挥作用。
这难道不是一项了不起的成就吗？这不正是我们所期待的那种稳定可靠的技术吗？。
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锁相环测量简述
一、锁相环路的基本工作原理
锁相环路是一个相位反馈自动控制系统。
它由以下三个基本部件组成：鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）。
其组成方框图如下所示。
锁相环路的基本方框图
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相差不大，鉴相器对uR和uv进行鉴相的结果，输出一个与uR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。
环路的锁定状态是对输入信号的频率和相位不变而言的，若环路输入的是频率和相位不断变化的信号，而且环路能使压控振荡器的频率和相位不断地跟踪输入信号的频率和相位变化，则这时环路所处的状态称为跟踪状态。
锁相环路在锁定后，不仅能使输出信号频率与输入信号频率严格同步，而且还具有频率跟踪特性，所以它在电子技术的各个领域中都有着广泛的应用。
二、环路部件的测量
I.鉴相器特性的测量
鉴相器的主要性能可用鉴相特性曲线和鉴相灵敏度来表示。
鉴相特性曲线是表示鉴相器的输出电压Vd与两个输入比相信号之间相位差θe的关系曲线，其测量方法如右图所示，在测量精度要求不高的情况下，可用双踪示波器来代替相位计。
测得鉴相特性曲线之后，则根据的定义，可从Vd～θe曲线上求得鉴相灵敏度K.
II.压控振荡器特性的测量
压控振荡器的特性可用压控特性曲线和压控灵敏度来表示。
压控特性曲线是表示压控振荡器的输出频率fv与控制电压Vv之间的关系曲线。
其测量框图如右图所示。
改变可调电源的输出电压Vcc，测出VCO相应的振荡频率fv，即可得VCO的压控特性曲线fv～Vv。
压控灵敏度Kv的定义是：控制电压的单位变化量ΔVv所引起的振荡频率的变化量Δfv，即Kv = Δfv/ΔVv，可由压控特性曲线上求得。
三、环路参数的测量
锁相环路的主要参数很多，在此我们介绍同步带ΔfH、捕捉带ΔfP、环路开环增益K和稳态相位误差θe(∞)的测量。
I. 同步带ΔfH和捕捉带ΔfP的测量
测量ΔfH和ΔfP的框图如上图所示。
具体的方法是：用双踪示波器同时观察Vi和Vv的波形，并用频率计测量Vv的频率fv。
先调节信号源频率fi< fv，使环路失锁。
然后，缓慢地调节信号源频率使fi逐步升高，注意观察Vi和Vv的波形，用频率计测出Vi和Vv刚刚进入同步状态（Vi和Vv同为稳定的，形状清晰的波形）时所对应的频率fi（与fv相等），记为fi1，继续升高fi，直至Vi和Vv刚刚脱离同步状态（Vi为不稳定的、模糊不清的波形）时所对应的fi，记为f 'i2。
再反方向调节fi，使之逐步降低，直至Vi和Vv又重新刚刚进入同步状态，测出此时的fi，记为fi2，接着继续降低fi，直至Vi和Vv又重新脱离同步状态，测出此时的fi，记为f 'i1。
如右图所示，环路的同步带和捕捉带分别为：ΔfH = f 'i2 -f 'i1
ΔfP= f i2 - f i1
II. 环路开环增益K的测量
环路开环增益K的测量框图如上图所示。
这是一种以环路鉴相器为参考的测量方法。
具体步骤是：先令环路失锁，测出VCO的中心频率fv，然后调节信号源频率f i使环路锁定并使之与fv相等，测出此时鉴相器的输出电压V0，然后改变fi使之分别等于：f0±Δf=f0±5kHz。
分别测出对应于
f0+5kHz和f0-5kHz时鉴相器的输出电压，记为V01和V02，于是可求得相应的ΔV1=|V01|-|V0|和ΔV2=|V02|-|V0|，又由环路输入信号作频率阶跃时的环路稳态相位误差公式。
式中，ΔVd是与频偏Δf对应的鉴相器输出电压的平均值。
求得KvF(0)后，乘以鉴相器的鉴相灵敏度Kd，便得环路的开环增益K=KdKvF(0)。
III. 稳态相位误差θe(∞)的测量
稳态相位误差的测量框图如上图所示。
具体的方法是：先调节VCO的中心频率fv为某个整数值，例如1MHz，然后调节信号源频率fi也为1MHz，环路锁定。
此时可从双踪示波器上同时观察到Vi 和Vv的稳定波形，由示波器上可测出Vi和Vv之间的相位差为θ0(如果fi和fv精确相等，则θ0=90°)，接着再缓慢改变fi为fi+Δf，环路继续保持锁定，再次从示波器上测出Vi和Vv之间的相位差θ1，则对应于频偏Δf的环路稳态相位误差为θe(∞)=θ1-θ0=θ1-90°。