锁相技术第3章锁相环的跟踪性能(锁定性能)

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锁相技术

§1.1锁定与跟踪的概念
锁相环路(PLL)是一个相位跟踪系统,方框图表示如下。
载波角频率相对与 i t的瞬时相位
设输入信号为： ui (t ) Ui sin[it i (t )]
u 1.当 i (t ) =常数时，i (t ) 是初相， i (t )是载波。 u 2.当 i (t ) 是t 的函数时，i (t )是角度调制信号（调频或调相）。
i t i (t ) ot (i o )t i (t ) o i o 锁相环路的
“固有频差”
固有频差：为输入信号角频率与环路自由振荡 o i o 角频率之差，称为环路的固有频差。
输入信号的瞬时相位为：
it i (t ) ot ot i (t ) 以 ot 为参考 ot 1 (t ) 的输入信号的
2. 无源比例积分滤波器电路构成如图所示：
τ1=(R1+R2)C τ2=R2C
相位超前因子积分因子
1 2s F ( s) 1 1s
1 j 2 F ( j) 1 j 1
对数频率特性如图所示：
低通特性、相位滞后
3、有源比例积分滤波器
1 p 2 F ( p) A 1 p 1
e 2n (t )
特例：环路输入固定频率信号时的分析设输入信号为：ui (t ) Ui sin[it i (t )] 输出信号为： uo (t ) Uo cos[ot o (t )]
载波常数
则有： e (t ) 1 (t ) 2 (t )
K KoU d pe (t ) p1 (t ) KF ( p)sine (t )
uc (t )

锁相技术与频率合成器(讲座复习资料)

222锁相技术与频率合成器第一节教学主要内容一、反馈控制电路(一)基本概念1．采用反馈控制电路的目的是提高通信系统的技术性能，或者实现某些特殊的高指标要求。

2．通信系统中常用的有自动振幅控制、自动频率控制和自动相位控制。

3．反馈控制电路是由被控对象和反馈控制器两部分组成。

图10-1 反馈控制电路的组成方框图4．反馈控制电路中X o 为系统的输出量，X R 为系统的输入量，是反馈控制器的比较标准。

5．根据实际工作的需要，每个反馈控制电路的X o 和X R 之间都具有确定的关系，例如X o =g (X R )。

若这一关系受到破坏，则反馈控制器就能够检测出输出量与输入量的关系偏离X o =g (X R )的程度，产生相应的误差量X e , 加到被控对象上对输出量X o 进行调整，使X o 与X R 之间的关系接近或恢复到预定的关系X o =g (X R )。

(二)自动相位控制电路(锁相环路)1．用途：在通信系统中能实现频率合成、频率跟踪等许多功能。

2.锁相环路的被控量是相位，被控对象是压控振荡器(VCO)。

在反馈控制器中对振荡相位进行比较。

利用误差量对VCO 的输出相位进行调整。

图10-4 自动相位控制方框图2233. VCO 输出电压的相位受u c 控制。

而u c 是VCO 的输出电压的相位θV 与环路输入相位θR 经鉴相器产生的误差电压u e 经环路滤波器后得到的控制电压。

4．控制环路的输入量为θR ，输出量为θV 。

二、自动相位控制电路(锁相环路)(一)锁相环路的基本原理1．鉴相器及其相位模型(1)功能：比较输入信号相位和VCO 输出信号的相位，其输出电压与两信号的相位差成正比。

(2)实现电路：模拟乘法器图10-5 等效鉴相器(3)鉴相特性鉴相器的输入信号分别为u V (t )=U Vm cos ［ωo t +θV (t )］u R (t )=U Rm sin ［ωR t +θR (t )］=U Rm sin ［ωo t +(ωR -ωo )t +θR (t )］=U Rm sin ［ωo t +θ1(t )］式中，θ1(t )=(ωR -ωo )t +θR (t )称为输入信号以相位ωo t 为参考的瞬时相位。

锁相环原理及应用PLL

锁相环原理及应用PLL（Phaze Locked Loop）锁相环自1932年问世以来，其应用领域遍及频率相位跟踪控制的各个领域，如通信、雷达、航天、测量、电视、控制等。

随着集成技术的发展，其应用的重要性已成为从事检测、通信、控制工作人员非常重要的应用工具手段，成为电子设备中常用的一种基本部件。

鉴于上述情况，非常有必要学习和掌握这门技术。

它是什么器件有如此大的威力呢？锁相环：是一个闭环的相位控制系统，它跟踪输入信号的相位，并自动锁定。

实现对输入信号频率和相位的自动跟踪。

它跟踪固定频率的输入信号时无频差，跟踪信号的相位时（锁相控制）精度很高；跟踪信号的频率变化的输入信号时（收音机）精度也很高。

它对输入信号恰似一个窄带跟踪滤波器，能够跟踪淹没在噪声之中的微弱信号。

鉴于上述种种独特功能，它在电子设备中越来越广泛地被采用。

它的窄带跟踪滤波和低门限特性，使它成为从噪声中检测调频调相合调幅信号的最佳方法之一。

§1 锁相环工作原理一、组成：锁相环由三个基本部件组成：鉴相器（PD）、低通滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）构成。

与相敏检测器的不同之处在于参考信号由输出的信号闭环形成。

1.鉴相器：是一个相位比较环节，它把输入信号与压控振荡器输出信号的相位进行比较，产生对应两信号相位差的误差电压。

是两信号相位差鉴相器特性可以是多种多样的，有正弦形、方波、三角形、锯齿形特性。

它的电路有各种形式，主要有两类：1）相乘器电路2）序列电路：它的输出电压是输入信号过零点与反馈电压过零点之间时间差的函数。

这类鉴相器的输出只与波形的边沿有关，适用于方波，通常用电路构成。

2.低通滤波器（环路）：具有低通特性，滤除中的变频成分和噪声，以保证环路要求的性能，增加环路的稳定性，产生对应的一个直流控制电压。

常用的环路滤波器有：RC积分滤波器、无源比例积分滤波器和有源比较积分滤波器3.VCO（Voltage Controlled Oscillator）：它是一个电压—频率转换器，由控制产生相应频率，使其频率朝着输入信号的频率靠拢，由于相位负反馈的作用直至消除频差实现环路锁定。

锁相环路的跟踪性能解读.pptx

(2-23)
LC
d
2uo (t) dt 2
RC
duo (t) DT
uo (t)
ui
(t)
(2-24)
第14页/共109页
•
以后将会看到,用系统参数ζ、ωn表示传递函数,在系统设计中会带
来不少方便。表2-1所列各种锁相环路的传递函数是用电路参数τ1、τ2和K 表示的。它们同样也可以用系统参数ζ和ωn表达。当然,要注意的是,各种环路的系统参数ζ、ωn与电路参数τ1、τ2、K之间的关系是不同的。它们之间的关系如表2-2所示。
(2-42)
第27页/共109页
图2-7 二阶系统的频率响应特性
第28页/共109页
图2-7 二阶系统的频率响应特性
第29页/共109页
第• 3节一环、路误差对的输时间入响暂应态信号的响应
•
分别讨论三种信号输入的情况。
•
1.输入相位阶跃输入相位阶跃时
•
θ1(t)=Δθ·1(t)
• 其拉氏变换
的允许范围之内,暂态时间近似为
ts
4
4
a
若在±5％允许误差之内
ts
3
3
a
(2-37) (2-38)
第24页/共109页
图2-6 Mp与ζ的关系曲线
第25页/共109页
•
三、频率响应
•
我们知道,用s=jΩ代入系统的传递函数即可求得系统的频率响应特
性。仍以图2-3系统为例,它的传递函数为(2-31)式,用s=jΩ代入得到
数。现分别就采用三种常用滤波器的情况进行讨论。
• 数为
当采用RC积分滤波器作为环路滤波器时,据(1-18)式,它的传递函

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。

锁相技术第3章锁相环的跟踪性能(锁定性能)

12太K1小1 ，可导知致：系1 不统能稳过定大性，差
。
另外，从零极点的角度来说第二个极点 1 ，（第一个极点在
0 处）1越小，图3.2中幅频
曲线的拐点也就越早，这样幅频
曲线与横坐标的交点也越早，这
样相位余量也就越大，所以将第
二个极点前移，将能改善环路的
稳定性。
13
，
T
1
1
Ho(
j)

K (1 j 2 ) ( j)21
1 R1C 2 R2C
-40dB/10倍频程
-20dB/10倍频程
T

K 2 1
20 lg Ho ( j)
20 lg K 20lg
1
1 ( 2 )2 40 lg
ArgHo ( j) arc tan( 2 ) 180
-40dB/10倍频程
0 0.1 1
10
ArgHo ( j)
T
K 1
102
10 3
104
0 0.1 1
- 90
1
1
10
102
10 3

104
-180
相频特性一直滞后，增益临界频
率 T 越大，相位余量越小，
为了保证足够的相位余量，1 1
尽量小，即 1 尽量大，但由第二
章否则
1
1
1 2
2

0 0.1 1
10
102
10 3
104
- 90
-180
16
T
，
1
2
(，T 2 )2 1
[（T 1 2 )]2 1
20 lg Ho ( jT ) 0

锁相技术——张厥盛

令环路增益
《锁相技术》
第1章锁相环路的基本工作原理
《锁相技术》
图1-7 环路滤波器的模型
第1章锁相环路的基本工作原理
1. RC积分滤波器这是结构最简单的低通滤波器,电路构成如图1-8(a),*其传输算子
F( p) 1
1 p1
(1-18)
式中τ1=RC是时间常数,这是这种滤波器唯一可调的参数。
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
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
令p=jΩ,并代入(1-18)式,即可得滤波器的频率特性
F ( j) 1
1 j1
(1-19)
《锁相技术》
第1章锁相环路的基本工作原理
图1-8 RC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
2. 无源比例积分滤波器无源比例积分滤波器如图
《锁相技术》
第1章锁相环路的基本工作原理
图1-2(a)所示。从图上可以得到两个信号的瞬时相位之差

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）。

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。

高频电子线路6.3 锁相环路的跟踪特性

利用误差传递函数，在给定 i s的前提下，求出
e s ，再求e s的拉氏反变换，即可得到瞬态响应和
稳态相位误差。
即
e s He si s
瞬态响应 e t ￡-1 He si s
利用终值定理，求得稳态相位误差
e

ltim e
t
如前所述，锁相环在跟踪过程中， e 值一般很小，
满足
e

6
的条件，可以近似用线性函数逼近鉴相器的
器的鉴相特性，即
d (t) Ad sine (t) Ade (t)
式中 Ad的单位为V/rad 。
6.3.2
此时基本环路方程可简化为线性微分方程
pe t pi t Ad A0AF pe t
6.3.1
实际上，由于输入信号角频率向r 两边偏离
的效果是一样的，因此同步带可以表示为
L A0
该式表明：要增大锁相环的同步带，必须提高其直流总增益。
不过，这个结论是在假设VCO的频率控制范围足够大的条件下才成立。
6.3.2 锁相环的跟踪特性
环路的瞬变过程与稳态相差统称为PLL的跟踪特性。
A0 A1

1
2
称为阻尼系数。n 是 0 时系统的无阻尼振荡角频率——自然
谐振角频率。
设 t 0 时，环路锁定，且有i o r ，i t 0 。在t 0
时，输入信号角频率产生幅度为i 阶跃变化，则在t 0 后的固有相
位差 i t 为
即o i 。
6.3.1
2、稳态相差e 当环路锁定时，i o ，即
pi Ad Ao AF 0sine
AF 0为环路锁定时的LF的时域传输特性。其中无源滤波器：AF 0 1

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。

锁相技术知识点

第一章锁相环路的基本工作原理：1.锁相环路是一个闭环的相位控制系统；锁相环路（PLL）是一个相位跟踪系统，它建立了输出信号顺时相位与输入信号瞬时相位的控制关系。

2. 若输入信号是未调载波，θi(t)即为常数，是u i(t)的初始相位；若输入信号时角调制信号（包括调频调相），θi(t)即为时间的函数。

3．ωo是环内被控振荡器的自由振荡角频率；θo(t)是以自由振荡的载波相位ωo t为参考的顺时相位，在未受控制以前它是常数，在输入信号控制之下，θo(t)即为时间的函数。

4. 输入信号频率与环路自由振荡频率之差，称为环路的固有频率环路固有角频差：输入信号角频率ωi与环路自由振荡角频率ωo之差。

瞬时角频差：输入信号频率ωi与受控压控振荡器的频率ωv之差。

控制角频差：受控压控振荡器的频率ωv与自由振荡频率ωo之差。

三者之间的关系：瞬时频差=固有频差-控制频差。

5. 从输入信号加到锁相环路的输入端开始，一直到环路达到锁定的全过程，称为捕获过程。

6. 对一定环路来说，是否能通过捕获而进入同步完全取决于起始频差。

7. 锁定状态又叫同步状态：①同频②相位差固定8. 锁定之后无频差，这是锁相环路独特的优点。

9. 捕获时间T p的大小除决定于环路参数之外，还与起始状态有关。

10.若改变固有频差∆ωo，稳定相差θe(∞)会随之改变。

11.锁相环路基本构成：由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和电压控制振荡器（VCO）组成。

12.鉴相器是一个相位比较装置，鉴相器的电路总的可以分为两大类：第一类是相乘器电路，第二类是序列电路。

13.环路滤波器具有低通特性。

常见的环路滤波器有RC积分滤波器、无源比例积分滤波器和有源比例积分滤波器三种。

（会推导它们的传输算子）14.电压振荡器是一个电压-频率变换装置，它的振荡频率应随输入控制电压u c(t)线性的变化。

15.压控振荡器应是一个具有线性控制特性的调频振荡器。

要求压控振荡器的开环噪声尽可能低，设计电路时应注意提高有载品质因素和适当增加振荡器激励功率，降低激励级的内阻和振荡管的噪声系数。

锁相环_精品文档

锁相环锁相环，又称为锁相放大器或者锁相放大器，是一种基于反馈机制的控制系统，用于稳定和锁定两个信号的相位差。

锁相环的原理可以在许多领域中得到应用，包括通信、电子仪器、雷达等。

锁相环工作原理锁相环的核心原理是采用一个反馈环来纠正输入信号的相位差。

一般来说，锁相环由三个主要部分组成：相位比较器、低通滤波器和可变频率振荡器。

首先，锁相环将输入信号和参考信号通过相位比较器进行比较，产生一个误差信号。

相位比较器会计算两个信号之间的相位差，并且生成一个电压或电流信号，表示这个相位差。

如果输入信号和参考信号的相位差为零，那么相位比较器输出的误差信号也将为零。

接着，误差信号通过低通滤波器进行滤波处理，去除高频噪声和杂散信号。

低通滤波器可以使锁相环对于高频噪声具有良好的抑制能力，提高系统的稳定性和抗干扰性。

最后，滤波后的误差信号被送往可变频率振荡器，控制其输出的频率和相位。

可变频率振荡器会根据误差信号的大小和方向来调整输出信号的频率和相位，以减小相位差。

如果误差信号为正，则输出频率增加；如果误差信号为负，则输出频率减小。

通过不断调整输出频率和相位，锁相环可以将输入信号和参考信号的相位差保持在一个可接受的范围内。

应用领域锁相环在通信领域中有广泛的应用。

在通信系统中，锁相环可以用来确保发送和接收的信号保持同步。

例如，在无线通信中，锁相环可以用来抑制多径干扰和载波漂移，提高通信质量和稳定性。

另外，锁相环还可以用于时钟恢复和数据捕获等方面。

除了通信领域外，锁相环在电子仪器和雷达等领域也有重要的应用。

在电子仪器中，锁相环可以用来稳定和控制仪器的频率和相位。

例如，在频谱分析仪和信号发生器中，锁相环可以确保仪器输出的信号具有准确的频率和相位信息。

在雷达系统中，锁相环可以用来实现目标检测和跟踪。

通过锁相环，雷达可以准确地测量目标和干扰源之间的相对相位差，从而提高雷达测量的精度和可靠性。

总结锁相环是一种基于反馈机制的控制系统，用于稳定和锁定两个信号的相位差。

锁相环路的跟踪性能解读

《锁相技术》
第 2章
《锁相技术》
图2-1 正弦鉴相特性近似为线性鉴相特性
第 2章
不会引起明显的误差,θe(t)在±30°之内的误差不大于 5%。因为
ud (t) Ud sine(t)
Kd
dud (t)
de (t)
e 0
Ud
cose (t )
e 0
Ud [V
/ rad ]
用Kdθe(t)取代动态方程(1-28)式中的Udsinθe(t)就得?到了线性化动态方程
第 2章
第 2章
第1节线性相位模型与传递函数第2节二阶线性系统的一般性能第3节环路对输入暂态信号的响应第4节环路对输入正弦相位信号的响应第5节环路稳定性第6节非线性跟踪
《锁相技术》
第 2章
第1节线性相位模型与传递函数
一、线性相位模型与传递函数的一般形式锁相环路相位模型的一般形式如图1-13,相应的动态方程如(1-28)式。因为环路应用了正弦特性的鉴相器, 所以模型与方程都是非线性的。
i(t)dt Ui (t)
1 C
i(t)dt Uo (t)
(2-19) (2-20)
LsI
(s)
RI
(s)
1 C
g1 s
I
(s)
Ui
(s)
1 C
g1 s
I
(
s)
Uo
(
s)
LCs2 (s) RCUo (s) Uo (s) Ui (s)
LC
d
2uo (t) dt 2
RC
duo (t) DT
uo
Ho (s)
K
F(s) s
(2-6)
当研究锁相环路闭环状态下,由输入相位θ1(t)驱动

锁相环

MC145146－1
MC145146－1是一块20脚陶瓷或塑料封装的,由四位总线输入、锁存器选通和地址线编程的大规模单片集成锁相双模频率合成器,图8―41给出了它的方框图。
7 OSCin 8 OSCo ut L5 D0 D1 D2 D3 A2 A1 A0 ST 2 1 20 10 11 10 9 12 1 2位÷R计数器 18 fR
在一定范围内ω o与 uc(t) 几乎成线性关系有：ω =ωr +Aouc(t)
o
A0为VCO的压控灵敏度。
P=d/dt为微分算子
锁相环的相位模型及环路方程
锁相环的相位模型
1 e (t ) i (t ) o (t ) i (t ) Ad Ao AF ( p) sin e (t ) p
应用之四：彩色电视色副载波的提取
原理框图
工作原理
在彩色电视中，为了重现彩色，接收端必须要有与
发送端完全相同的色副载波。而其中的色同步信号是其产生的基准。图中利用锁相环使VCO产生的色副载波，根据锁相环的工作特点，该信号的频率和相位受输入端色同步信号的控制。
应用之五：锁相接收机
原理框图
工作原理通过锁相环VCO产生本振频率，实现对输入信号
ud(t)=Ad sinΦe(t)其中Φe(t)=Φi(t)-Φo(t)
3. 乘积型鉴相器具有正弦规律的鉴相特性。
环路滤波器的电路模型
常见环路滤波器的形式
环路滤波器电路模型
微分方程： uc(t)=AF(p)ud(t)
其中，AF(p)为传递函数。
压控振荡器的电路模型
压控振荡器的特性可用调频特性来表示压控振荡器的电路模型
锁定后没有频差
环路锁定后，输出信号与输入信号频率相等，没有剩余频差（有微小固定相差）

锁相环基本概念PPT幻灯片PPT

如起始相差小于零,则相差与频差的符号与图1.2.2相反。
2: △ω0>0, θe(0)=0
由式(1.2.8)得:
e(t) K o(1eK)te(0)eK·t···(1.2.8)
e (t )
0
K
(1 e Kt )
(1.2.11)
d e(t )
dt
0 e Kt
(1.2.12)
根据上两式,可画出相差和频差的变化曲线如图1.2.3(a)、(b)所示。
3. 数字锁相环（DPLL)
全部器件都是数字电路。所有的信号都是二进制或多进制数字信号。
1.3 锁相环的工作状态
锁相环的输入信号不同,环路参数不同,其工作状态也不同。本节直接给出不同输入信号下的环路工作状态,而不作详细的数学分析。
输入信号可以是晶体振荡器,也可以来自接收机的前置放大器,是一个调角(调频或调相)信号。 1.3.1 锁定状态
1.2 锁相环的构成及工作原理
1.2.1 锁相环的构成
无论多么复杂的锁相环都包含鉴相器(PD—Phase Detector) 、环路滤波器(LF—Loop Filter) 、以及压控振荡器(VCO—Voltage Controlled Oscillator)这三个基
本部件。由这三个基本部件组成的锁相环如图1.1所示,我们称为基本锁相环。
式中p为微分算子,F(p)为LF的传输算子。
VCO是一个电压/频率变换装置,它的频率ωv(t)随 uc(t)变化,一般把它们看作线性关系 ωv(t)=ω0+Kouc(t)…(1.2.3)
式中KO为VCO的控制灵敏度,简称为压控灵敏度,单位是rad/(s·v)或Hz/v。 ω0为VCO的固有振荡频率, 即控制电压为0时的振荡频率。

锁相课件

锁相环的工作状态锁相环有两个基本状态，锁定状态和失锁状态。

在锁定和失锁之间有两种动态过程，分别是跟踪过程和捕捉过程。

使用锁相环经常遇到二个问题：(1) 开机后，环路能否进入锁定状态；(2 )环路锁定后能否维持锁定状态。

第一个问题与捕获有关；第二个问题与跟踪（或同步）有关。

锁相环的主要性能指标：同步带、捕捉带、稳态相差1锁定状态在环路刚闭合的瞬间控制电压()0cu t=，V oωω=，控制频差cω∆=，此时ω∆=eω∆(固有频差=瞬时频差)，随着t增加，在环路产生控制电压的作用下，控制频差cω∆↑，瞬时频差()etω∆↓。

环路锁定时具有如下特点(1) 当控制频差cω∆增加到等于固有频差0ω∆时，瞬时频差()0e t ω∆=，此时环路进入锁定状态；(2) 环路处于锁定时，鉴相器输出的电压为直流 (3) 环路处于锁定时, 控制频差等于固有频差时，瞬时相差()e t θ趋向于一个恒定值，满足：lim ()0e t p t θ→∞=。

锁定时的环路方程为：sin ()(0)d V e K K F j θω∞=∆（9.4.27）由式（9.4.27）求得稳态相差为（9.4.28）锁定正是在由稳态相差()e θ∞产生的直流控制电压作用下，强制使VCO 的振荡角频率相对于自由振荡频率0ω发生c ω∆的偏移，变为V ω而与参考输入角频率i ω相等。

即00sin ()(0)V d V e c iK K F j ωωθωωω=+∞=+∆= （9.4.29）（4）(0)F j 为环路锁定时，环路滤波器的时域传输特性。

其中，无源滤波器()01 F j=；无源比例滤波器()01 F j=；有源比例滤波器()0F j=∞。

（5）(0)d VK K K F j∑=为环路锁定时的环路直流总增益。

由()arcsin(0)ed VK K F jωθ∆∞=可知，环路锁定时，输入固有频差ω∆越大，稳态相位误差()eθ∞越大，也就是说，随着ω∆的增加，将VCO的自由振动频率ω调整到等于iω所需的控制电压越大，因而产生cu的()eθ∞也就越大。

锁相技术第3章

1
i Ui S 2 N 0B L 2 N 0BL N L
U
2 2
环路信噪比与输出相位噪声方差关系
1 S 2 n 0 N L
反应输出相位抖动大小
13
0
当环路能线性分析 e
时，
S ? N L
环路信噪比与输入信噪比关系
U d sin e ( t ) N ( t )
分析
N (t )
对环路输出信号的影响
（弱噪声条件下）对环路线性化
等效输入噪声电压的统计特性
由
N (t )
Y N (t ) U o u
n ( t )
d
可知
'
Ui
的统计特性由 n t 的统计特性来决定
n ( t ) n c ( t ) cos 2 ( t ) n s ( t ) sin 2 ( t )
+
ni (t )
Kd
F p
uc t
－
n0 t
+
K0 p
n0 t
P63图3-3（b）环路等效输入相位噪声模型
等效输入相位噪声特性P63
均值方差
ni t
n
'
t
i
0
U
ni
2
N0 U
2 i
Bi
功率谱密度
2N 0 2 U S ni ( f ) i 0
则
n c (t )和 n s (t )
也是均值为零的平稳高斯过程

n c (t )和 n s (t )
的统计特性
均值方差

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