基于Matlab的数字锁相环的仿真设计
matlab锁相环仿真
锁相环
1.svpwm调制
（1）、simulink搭建的结构图为
（2）、三相正弦波经过alpha-beta 坐标变换的x-y坐标图形为
（2）、以上结果经过svpwm调制模块后输出的适量顶点轨迹xy图形为
2
2、三相锁相环的设计
（1）、三相锁相环的原理为
三相锁相环的基本原理是基于坐标变换，采用静止坐标变换和同步坐标变换完成鉴相功能（将输入的三相电压经过坐标变换输出输入电压（相位给定）与输出信号的相位差），然后经过滤波器将高频信号过滤，经过pi调节器锁定到输入信号的频率，然后经过积分器对频率w进行积分得到电角度。
最后将输出反馈到输入端，构成闭环系统。
（2）、结构框图为
Pll局部结构图为
（3）、仿真结果与分析1 三相电源中含有谐波电源波形含有五次谐波
电源波形
仿真结果为
当三相电源不平衡时
仿真结果图为
电源波形为
仿真结果图为
对以上仿真结果的具体分析为
如果电源中含有直流分量，在进行abc到dq变换过程中直流分量会自动消失掉，故输出波形中不会含有直流分量
当电源中含有谐波时变换以后会是一个正弦量这个时候在系统
中添加一个滤波器将高频信号过滤掉即可。
其实锁相环最终的输出量为与输入量同相位的基波分量。
3 单相锁相环的设计
结构图为
pll具体结构图为
该仿真电源含有三相谐波。
06、电力电子技术matlab仿真-锁相环
Thyristor
GTO/IGCT
IGBT
MOSFET
(Base/gate) Driver circuit
Control Circuit
Driver Circuit
From control circuit
+VGG R1 + Rg G + VGS _ D VDC S _
Q1 LM311
MOSFET gate driver
17
西南交通大学
锁相环的应用——APF
主电路板
18
控制路板
西南交通大学
APF静态性能
19
西南交通大学
STATCOM控制系统
STATCOM 控制器
PWM
西南交通大学
20
Modeling and Simulation of Power Electronics System
Modeling and Simulation of Three-phase PLL
• IGCT – Integrated with its driver
西南交通大学
Photos of IGBT
西南交通大学
Power Switches: Power Ratings
1GW 10MW 10MW 1MW 100kW 10k W 1kW 100W 10Hz 1kHz 100kHz 1MHz 10MHz
西南交通大学
Isolation
R1 ig
+
vak
-
R2 Pulse source
iak
Isolation using Pulse Transformer
From control circuit
基于matlab二阶锁相环仿真设计
1 绪论1.1 课题背景与研究意义在现代集成电路中，锁相环（Phase Locked Loop）是一种广泛应用于模拟、数字与数模混合电路系统中的非常重要的电路模块。
该模块用于在通信的接收机中,其作用是对接收到的信号进行处理,并从其中提取某个时钟的相位信息。
或者说,对于接收到的信号,仿制一个时钟信号,使得这两个信号从某种角度来看是同步的（或者说,相干的）。
其作用是使得电路上的时钟和某一外部时钟的相位同步，用于完成两个信号相位同步的自动控制，即锁相。
它是一个闭环的自动控制系统，它将自动频率控制和自动相位控制技术融合，它使我们的世界的一部分有序化，它的输出信号能够自动跟踪输入信号的相位变化，也可以将之称为一个相位差自动跟踪系统，它能够自动跟踪两个信号的相位差，并且靠反馈控制来达到自动调节输出信号相位的目的。
其理论原理早在上世纪30年代无线电技术发展的初期就已出现，至今已逐步渗透到各个领域。
伴随着空间技术的出现，锁相技术大力发展起来，其应用范围已大大拓宽，覆盖了从通信、雷达、计算机到家用电器等各领域。
锁相环在通信和数字系统中可以作为时钟恢复电路应用；在电视和无线通信系统中可以用作频率合成器来选择不同的频道；此外，PLL还可应用于频率调制信号的解调。
总之，PLL已经成为许多电子系统的核心部分。
锁相环路种类繁多，大致可分类如下]1[。
1.按输入信号特点分类[1]恒定输入环路：用于稳频、频率合成等系统。
[2]随动输入环路:用于跟踪解调系统。
2.按环路构成特点分类[1]模拟锁相环路：环路部件全部采用模拟电路，其中鉴相器为模拟乘法器，该类型的锁相环也被称作线性锁相环。
[2]混合锁相环路：即由模拟和数字电路构成，鉴相器由数字电路构成，如异或门、JK触发器等，而其他模块由模拟电路构成。
[3]全数字锁相环路：即由纯数字电路构成，该类型的锁相环的模块完全由数字电路构成而且不包括任何无源器件，如电阻和电容。
[4]集成锁相环路：环路全部构成部件做在一片集成电路中。
基于MATLAB锁相环
4.当频率不等时，相位差不为恒定值，鉴相器的输出电压发生变化，调整 VCO的振荡频 率，直至频率相等。
工作任务
本次设计的任务1.在输入信号的相位发生阶跃变化时，分析锁相环 性能；2分析调制作用。
1.
性能
锁定性能
环路性能
稳定性能
2.
调制作用
锁定性能
1.一阶锁相环
当输入相位发生阶跃变化时，如1所示。 Kd ＊Kv=1，建立时间t1=1.58。 Kd ＊Kv=4, 建立时间t2=0.4。 当增益增大时，建立时间较短。
在现代集成电路中，锁相环是一种广泛应用于模拟、数字及 数模混合电路系统中的非常重要的电路模块。在通信和数字系 统中可以作为时钟恢复电路应用；在电视和无线通信系统中可 以用作频率合成器来选择不同的频道；PLL还可应用于频率调 制信号的解调。总之，PLL已经成为许多电子系统的核心部分。 因此，研究锁相环具有重要意义。
中间信号： T 2 1 / 100 2 2 / T 2 200 2 0
结论
本次论文完成内容： （1）根据仿真波形，分析一，二阶锁相环的锁定性能，并对 二者进行了比较。 （2）分别对锁相环基本模块的输出进行仿真，根据仿真波形， 分析环路性能。 （3）根据仿真波形，分析不同阻尼系数对稳定性能的影响。 （4）根据仿真波形，分析锁相环的调制作用。
基ห้องสมุดไป่ตู้原理
2.PLL的响应过程
t<t。时,PLL为锁定状态。当t=t。
时,输入信号频率有一个小的阶跃
(为了分析简单,假设阶跃频率比 较小)，输入信号的相位领先于输
o o
出信号，两者的相位差将开始随 ur
着时间增加，导致鉴相器产生一
个随时间增加的输出信号ud(t) ， uo
数字锁相放大器原理及其Matlab仿真
数字锁相放大器原理及其Matlab仿真摘要：数字锁相放大器作为一种新型的放大器，其原理和应用逐渐受到人们的关注。
本文主要介绍数字锁相放大器的基本工作原理和Matlab仿真的方法。
基于数字信号处理技术，数字锁相放大器通过数字积分器和数字锁相环的组合实现了高精度的信号放大和相位锁定。
在Matlab环境下，仿真过程首先建立数字锁相放大器的模型，然后进行参数设置和仿真测试。
通过多次调整模型参数，并对仿真结果进行分析，得到最优的数字锁相放大器设计方案。
本文的研究可以为数字锁相放大器的实际应用提供参考。
关键词：数字锁相放大器、数字信号处理、数字积分器、数字锁相环、Matlab仿真正文：一、引言数字锁相放大器作为一种新型的放大器，其应用范围涉及多个领域，如精密测量、生物医学、材料科学等。
与传统的电子放大器相比，数字锁相放大器具有响应速度快、抗干扰性强、精度高等优点。
为了更好地掌握数字锁相放大器的原理和应用，本文通过Matlab仿真的方法进行研究，以期发现数字锁相放大器的最佳设计方案。
二、数字锁相放大器原理数字锁相放大器基于数字信号处理技术实现了高精度的信号放大和相位锁定。
其基本工作原理是：将待放大信号与参考信号做乘积，再将乘积信号通过数字积分器得到直流分量和交流分量。
然后将交流分量输入数字锁相环进行相位锁定，最后从数字锁相放大器的输出端可以获得相位锁定后的信号。
数字锁相放大器的电路图如下所示：图1 数字锁相放大器的电路图其中，$u_i$表示待放大信号，$u_{ref}$为参考信号，$v$为输出端信号，$n_i$，$n_{ref}$，$n$为噪声信号。
数字积分器的计算公式为：$$y(n)=y(n-1)+\frac{T}{2}\left(x(n)+x(n-1)\right)$$其中，$x(n)$为输入信号，$y(n)$为输出信号，$T$为采样周期。
数字锁相环的计算公式为：$$\theta_{n}=\theta_{n-1}+K_{p} \Delta \varphi_{n}+K_{i}\sum_{j=0}^{n} \Delta \varphi_{j}$$其中，$\theta_{n}$为相位偏差，$\Delta \varphi_{n}=2 \pif_{ref} T$为相位差，$K_{p}$和$K_{i}$为比例常数和积分常数。
基于matlab的数字锁相环DPLL的仿真
2、DPLL 基本模型和原理 全数字锁相环包括数字鉴相鉴频器（PFD） 、数字滤波器 （LPF） 、数字振荡器（NCO）三部分，如下图所示：
与模拟锁相环电路相比， 全数字锁相环实质上是通过将 前者替换成数字电路而得到的，所做的改变是将其中的鉴相 鉴频器（PFD）和环路低通滤波器（LPF）转换到离散系统。 环路低通滤波器（LPF）可以通过一个希望的传输函数的拉普 拉斯变换的 z 变换而得到。压控振荡器需要转换成数控振荡 器（Numerically Controlled Oscilaator） 。 锁相环闭环系统状态的变化依赖于 PFD 输出的相位误差。 相位误差输出一次， 锁相环状态改变一次； PFD 不输出相位误 差，锁相环里的所有信号均不改变状态。根据上面的分析， 可以将仿真过程分为两个过程：１）计算 PFD 输出的相位误 差；２）根据相位误差，计算锁相环里各个模块的状态。 PFD 电路用于检测参考信号和反馈信号之间的相位误差。 它的状态转换如下图所示：
Tk T0 T0 yk 1 N
式中 T0 / N 为数控振荡器周期相对于中心周期 T0 变化的最
Tk 小单位。 当无控制时，yk 1 ＝0， ＝ T0 ； 有控制时周期以 T0 / N
或其倍数的量相对于 T0 作阶跃式的改变。与 T0 / N 相对应的相 位改变量为：
2 (rad ) N
所以 N 是表示 2 弧度内相位受控变化大小的一个量，也 叫模 2 内状态数。这就是说，数控振荡器输出脉冲的瞬时相 位 0 (k ) ，在 2 弧度内只能以 或其倍数离散地变化。在这时，
T0
/ N ＝ ， 为信号钟的周N
T0 Tc
三、参考代码和仿真结果
通过建立以上所介绍的全数字锁相环的仿真模型，在 matlab 中得到其仿真系统如下图所示：
毕业设计---基于MATLAB的DPLL设计与仿真
摘要现代通信系统中，同步问题是决定系统性能和应用的根本问题。
锁相环路作为同步技术的核心部件,已在模拟和数字通信及无线电电子学等各个领域中得到了极为广泛的应用，特别是在数字通信的调制解调和位同步中常常要用到各种各样的锁相环。
本文分析了全数字锁相环(NR—DPLL) 基本组成和工作原理，利用MATLAB对锁相环的进行设计，了解其各个部分功能具体结构，利用MATLAB工具箱对锁相环的进行仿真，改变锁相环参数最后进行了参数分析。
同时重点针对DDS做详细了解，对其做出仿真并进行分析关键词：奈奎斯特型全数字锁相环；模块设计；仿真；参数分析AbstractModern communication systems, the synchronization problem is to determine system performance and application of the fundamental problems. PLL synchronization technology as the core components in analog and digital communication and radio electronics and other fields has been very widely used, especially in the digital communications modem and bit synchronization often use a variety of all kinds of PLL.This paper analyzes the all-digital phase-locked loop (NR-DPLL) basic composition and working principle of the PLL using MATLAB to design, understand the function of each part of the specific structure of the PLL using MATLAB simulation toolbox change the PLL parameters Finally, a parametric analysis. At the same time focusing on a detailed understanding of DDS, making simulation and analysis of itsKeywords: Nyquist-type all-digital phase locked loop, module design, Simulation, Parameter目录摘要 (I)Abstract....................................................... I I 目录......................................................... I II 第一章绪论.. (4)1.1 选题的背景与意义 (4)1.2 数字锁相环的分类 (4)1.3 论文的主要研究工作 (1)第二章锁相环基本原理 (2)2.1 鉴相器(PD) (3)2.2 环路滤波器(LPF) (4)2.3 压控振荡器(VCO) (4)第三章数字锁相环的经典结构设计 (5)3.1 奈奎斯特采样鉴相器 (5)3.2 数字环路滤波器 (6)3.3 数字控制振荡器（NCO） (6)3.4 NR-DPLL的动态方程与相位模型 (11)3.5 NR-DPLL的性能分析 (12)第四章奈奎斯特数字锁相环（NR-DPLL)的仿真 (14)4.1 仿真原理与过程 (14)4.2 仿真结论 (21)第五章论文以后的研究工作 (22)5.1 异或鉴相器 (22)5.2 一阶环路滤波器 (23)5.3 压控振荡器 (23)第六章结束语 (24)参考文献 (25)谢辞 (26)附录一 MATLAB简介 (27)附录二 H()的幅频响应 (28)附录三误差电压和控制电压 (29)第一章绪论1.1 选题的背景与意义锁相环路已在模拟和数字通信及无线电子电子学的各个领域中得到了几位广泛的应用。
锁相环设计与MATLAB仿真
锁相环设计与MATLAB仿真锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）是一种电路设计技术，用于提取输入信号中的相位信息，并在输出信号中保持输入信号与输出信号的相位差稳定。
PLL广泛应用于通信系统、时钟生成器、频率合成器等领域。
锁相环主要由相位检测器（Phase Detector，PD）、环路滤波器（Loop Filter，LF）、振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，VCO）和分频器（Divider）组成。
相位检测器用于比较输入信号和VCO输出信号的相位差，并产生一个低频的误差信号。
传统的相位检测器包括异或门相位检测器（XOR PD）和倍频器相位检测器（Multiplier PD）。
异或门相位检测器适用于窄带相位差测量，倍频器相位检测器适用于宽带相位差测量。
MATLAB提供了用于建模和仿真PLL的工具箱，可以方便地进行相位检测器的设计和性能分析。
环路滤波器用于滤波相位误差信号，根据滤波器的设计方法不同，可以实现不同的环路特性。
传统的环路滤波器包括积分环路滤波器和比例积分环路滤波器。
积分环路滤波器对误差信号进行积分，使得环路系统具有很高的稳定性和抗干扰能力，但响应时间较长。
比例积分环路滤波器在积分环路滤波器的基础上引入比例增益，可以更快地响应相位误差的变化。
振荡器（VCO）根据环路滤波器输出的控制电压来生成输出信号，并提供给分频器进行频率除法操作。
振荡器通常采用压控振荡器（VCO）或电流模式逻辑（Current Mode Logic，CML）结构，可以根据应用需求选择合适的振荡器设计。
分频器用于将振荡器输出的高频信号按照设定的分频比例进行分频，生成与输入信号相位对齐的输出信号。
分频器采用计数器和锁存器设计，计数器用于记录输入信号的周期数，锁存器将计数器的值锁定在一个周期，输出给相位检测器进行相位比较。
锁相环的设计和仿真可以通过MATLAB工具箱进行。
首先，设计相位检测器的传输函数和特性，选择适当的相位检测器类型和设计参数。
锁相环的MATLAB的仿真程序
g13 = [tf([Kd 0],[1 2*pi*kv*kd])] %vco voltage and input signal transmittance
[y13 t] = lsim(g13,u,t)
figure
plot(t,y13)
xlabel('TIME IN SECONDS')
clt_2 = tf([2*zeta*wn wn^2],[1 2*zeta*wn wn^2]);
[out_2 t] = lsim(clt_2,step,t);
figure
subplot(3,1,1)
plot(out_2)
xlabel('Time in seconds')
%techniques are applied here.
%**************************************************************
%STEP RESPONSE OF THE FIRST ORDER CLOSED LOOP TRANSMITTANCE OF PLL
ylabel('Amplitude')
TITLE ('Step Response of 2nd Order transmittance of PLL')
grid on;
Hale Waihona Puke % Step response of 2nd order closed loop error transmittance of pll
grid on;
% Step response of 1st order closed loop error transmittance of pll
基于MATLAB数字锁相环仿真设计
本科生毕业设计（申请学士学位）论文题目基于Matlab的数字锁相环的仿真设计作者专业名称电子信息工程指导教师2014年5月学生：（签字）学号：答辩日期：2014 年 5 月24 日指导教师：（签字）目录摘要 (1)Abstract (1)1 绪论 (2)1.1 本文研究背景 (2)1.2 本文研究意义 (2)1.3 锁相环和仿真方式 (2)1.3.1 锁相环 (2) (2)3 2 模拟锁相环Matlab仿真 (3)2.1 模拟锁相环方案 (3)2.1.1 模拟鉴相器 (3)2.1.2 模拟低通滤波器 (6)2.1.3 模拟压控振荡器 (7)2.2 模拟锁相环仿真 (8)2.3 本章小结 (9)3 数字锁相环Matlab仿真 (10)3.1 数字锁相环方案 (10)3.1.1 数字鉴相器 (10)3.1.2 数字滤波器 (12)3.1.3 数字压控振荡器 (13)3.2 数字锁相环仿真 (14)3.3 本章小结 (15)4 总结与展望 (15)参考文献 (16)致 (18)基于Matlab的数字锁相环的仿真设计摘要：锁相环是一种能够自动跟踪信号相位并达到锁频目的的闭环负反馈系统。
数字锁相环在无线电领域得到较广泛的应用和发展。
而且已经成为雷达、通信、导航等各类电子信号产品不可替代的元器件之一。
锁相环的窄带跟踪性能使其得到较广泛应用。
因为锁相技术在实际应用中较为复杂，所以锁相环的设计通常采用仿真设计这种方式。
本次设计采用Matlab这一软件进行辅助仿真设计，完全能达到设计预期的目标。
Matlab中的Simulink仿真软件,具有很强的灵活性和直观性。
本次设计所采用的方法是在simulink中搭建模拟锁相的模型，并对模拟锁相环的组成、结构、设计进行不断的分析和改进。
然后根据模拟锁相环的原理进行改进，并搭建数字锁相环。
关键词：锁相环；自动跟踪；matlab；simulinkSimulative design of digital phase-locked loop based onMatlabAbstract:PLL is the automatic tracking system of close loop atracking signal phase. It is widely used in various fields of radio. It has become an irreplaceable part of radar, communication, navigation and all kinds of electronicsignal device. PLL is able to be widely used. Because, it has unique narrow-band tracking performance. However, because of the complexity of phase lock technique, for the design of PLL have brought great difficulty. This design uses Matlab, the simulative software for design assistance, can completely meet the design expectations. Simulink simulative software on Matlab, has strong flexibility and intuitive. Methods used by this project is to build the analog phase locked in the Simulink model, and the composition, structure, design of analog phase-locked loop of continuous improvement and analysis. It improved according to the principle of analog PLL, build digital phase-locked loop in Simulink, and then reach the simulation design of digitalphase-locked loop based on Matlab the design objective .Key words: PLL, Automatic tracking, Matlab, simulink1 绪论1.1 本文研究背景19世纪30年代法国H.de Bellescize首次提出同步检波这一概念，并且设计出锁相环电路这一划时代的研究成果[1]。
锁相环设计与MATLAB仿真
本科毕业设计论文题目锁相环设计与MATLAB仿真_______________________________________专业名称电子科学与技术学生姓名何鹏指导教师李立欣毕业时间2010年6月任务书一、题目《锁相环设计与MATLAB仿真》二、指导思想和目的要求在了解锁相环的基本工作原理的基础上，熟悉其构成及数学模型，在对锁相环有了充分的要了解后，运用MATLAB仿真软件对其进行仿真。
通过仿真看锁相环是否工作正常，参数指标是否合格来判断是否达到了仿真要求。
三、主要技术指标1.锁相环的基本原理2.锁相环工作期间是否经历了失锁、跟踪、捕获、锁定等四个状态。
3.锁定后平率相位是否平稳。
四、进度和要求第3~5 周：查阅和整理资料文献，确定研究模型和研究方向；第6~8 周：分析模型，找出其中的缺陷；第9~11 周：提出更容易实现的结构，对该结构具体分析；第11~13 周：整理资料进行论文撰写、装订并翻译英文文献；第14~15 周：论文评阅，答辩准备，答辩五、主要参考书及参考资料Floyd M．Gardner,锁相环技术（第三版）姚剑清译，人民邮电出版社,2007 Roland E.Best,锁相环设计、仿真与应用（第五版），李永明等译，清华学出版社，2007.4学生___________ 指导教师___________ 系主任___________目录中文摘要 (3)英文摘要 (4)前言 (6)第一章绪论 (7)1．1 锁相环的发展及国内外研究现状 (7)1．2 本文的主要内容组织 (9)第二章锁相环的基本理论 (10)2.1锁相环的工作原理 (11)2.1.1鉴相器 (11)2.1.2 低通滤波器 (13)2.1.3 压控振荡器 (15)2.2锁相环的工作状态 (15)2.3锁相环的非线性工作性能分析 (17)2.3.1跟踪性能 (18)2.3.2捕获性能 (18)2.3.3失锁状态 (19)2.4锁相环的稳定性 (20)2.5信号流程图 (21)2.6锁相环的优良特性 (21)2.7锁相环的应用 (22)2.7.1锁相环在调制和解调中的应用 (22)2.7.2锁相环在频率合成器中的应用 (23)2.8本章小结 (23)第三章锁相环的噪声分析 (24)。
锁相环的matlab的仿真程序(PLL matlab simulation program)
锁相环的matlab的仿真程序（PLL matlab simulation program）% phasell。
M%锁相环（PLL），调整一个本地振荡器的相位。
%与输入的调制信号。
这样的阶段%输入信号被锁定，信号解调。
%也用于PM和FM。
我们将使用闭环系统来实现它。
控制系统这里应用了%技术。
%*********************************************************** ***锁相环一阶闭环透过率的%阶跃响应% h（s）= 1；%系统类型号= 1；%道/ thetai（输出/输入阶段）关闭所有千伏= 1；KD＝1；DT = 0.01T＝0：dt：2u =（1，长度（t））G11 = [ TF（[ 2 * pi *千* KD ]、[ 1 2 * pi *千* KD ]）]为其传递函数在给定的讲义[ 11 ] = lsim（G11，U，T）图形情节（t，Y11）xlabel（秒的时间）ylabel（幅度标准”）标题（第一阶'step响应闭环率”）%*********************************************************** ****锁相环一阶闭环误差透过率的阶跃响应所有其他因素h（s）等在这里都一样。
%中来/ thetai（相同的解释。
如上）G12 = [（[ 1，0 ]，TF [ 1 2 * pi *千* KD ]）]误差透过讲义中给出[ 12 ] = lsim（G12，U，T）图形情节（t，Y12）xlabel（秒的时间）ylabel（幅度标准”）标题（第一阶'step响应闭环误差率”）%*********************************************************** *****锁相环一阶闭环透过率的%阶跃响应VCO与输入信号相位之间的百分比% h（s）= 1；%系统类型号= 1；% v2 / thetaiKD＝1；G13 = [ TF（[ 0 ] [ 1 KD，2 * pi *千* KD ]）]为压控振荡器的电压和输入信号透过率[ 13 ] = lsim（G13，U，T）图形情节（t，Y13）xlabel（秒的时间）ylabel（幅度标准”）标题（第一阶'step响应闭环透光率的B / W的VCO和输入阶段”）%*********************************************************** *********锁相环二阶闭环透射率的阶跃响应%系统类型号= 2；%道/ thetai= 3.15ζ= sqrt（（π*千* KD）/（2 *））omegan = sqrt（2 * pi *伏* KD *）G21 = [（[ 2 *泽塔* TF omegan omegan ^ 2 ]、[ 1 2 *泽塔* omegan omegan ^ 2 ]）]【Y21 T ] = lsim（G21，U，T）图形情节（t，Y21）xlabel（秒的时间）ylabel（幅度标准”）标题（二阶锁相环的环路闭合'step响应率）%*********************************************************** **********锁相环二阶闭环误差透过率的阶跃响应%系统类型号= 2；% / thetai中来G22 = [（[ 0 ] 0 TF 1，[ 1 2 *泽塔* omegan omegan ^ 2 ]）]【Y22 T ] = lsim（G22，U，T）图形情节（t，Y22）xlabel（秒的时间）ylabel（幅度标准”）标题（二阶锁相环的环路闭合'step响应误差率）%*********************************************************** **********锁相环二阶闭环透射率的阶跃响应VCO与输入信号相位之间的百分比%系统类型号= 2；% v2 / thetaiG23 = [ TF（KD KD * [ 0 ]、[ 1 2 * pi *千* 2 * pi *千* KD KD ]）]【Y23 T ] = lsim（G23，U，T）图形情节（t，Y23）xlabel（秒的时间）ylabel（幅度标准”）标题（二阶'step响应闭环透光率的B / W的VCO和输入阶段”）%*********************************************************** ***************%锁相环。
Matlab环境下的全数字锁相环仿真模型
收稿日期:2007 01 24; 定稿日期:2007 03 26基金项目:国家自然科学基金资助项目(60676011)Matlab 环境下的全数字锁相环仿真模型陈 鑫,邓小莺(东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心,南京 210096)摘 要: 由于锁相环工作频率高,用SPICE 对锁相环进行仿真,数据量大,仿真时间长。
而在设计初期,往往并不需要很精确的结果。
因此,为了提高锁相环设计效率,有必要为其建立一个高效的仿真模型。
在总结前人提出的一些锁相环仿真模型的基础上,用Matlab 语言构建了一种新的适用于全数字锁相环的仿真模型;对全数字锁相环版图进行了SPICE 仿真,与该模型的仿真结果相验证。
关键词: 全数字锁相环;M atlab;仿真模型中图分类号: T N402;T N79+2文献标识码: A文章编号:1004 3365(2007)04 0489 05Behavioral Modeling of All Digital PLL in Matlab EnvironmentCH EN Xin,DENG Xiao ying(N ational A S I C S ystem Eng inee ring Re se arch Center ,S outheast Univ er sity ,N anj ing 210096,P.R.China)Abstract: In or der to r educe desig n time,a hig h efficiency mo del is needed for PL L design.Based on prev iousmodels for PL L,a new behavioral mo del fo r all digit al PL L in M atlab enviro nment is presented.A nd a SPICE simu latio n is made on lay out of the all dig ital PL L fo r compar ison.Key words: A ll digital phase locked loo p;M atlab;Behav io ral model EEACC : 1265Z1 引 言最近几年,片上系统(SOC )获得了长足的发展。
基于Matlab的数字锁相环的仿真设计
基于Matlab的数字锁相环的仿真设计摘要：锁相环是一个能够跟踪输入信号相位变化的闭环自动跟踪系统。
它广泛应用于无线电的各个领域，并且，现在已成为通信、雷达、导航、电子仪器等设备中不可缺少的一部分。
然而由于锁相环设计的复杂性，用SPICE对锁相环进行仿真，数据量大，仿真时间长，而且需进行多次仿真以提取设计参数，设计周期长。
本文借助于Matlab中Simulink仿真软件的灵活性、直观性，在Simulink 中利用仿真模块搭建了全数字锁相环的仿真模型。
先借助模拟锁相环直观形象、易于理解的特点，通过锁相环在频率合成方面的应用，先对模拟锁相环进行了仿真，对锁相环的工作原理进行了形象的说明。
在模拟锁相环的基础上，重新利用仿真模块搭建了全数字锁相环的仿真模型，通过仿真达到了设计的目的，验证了此全数字锁相环完全能达到模拟锁相环的各项功能要求。
关键词：锁相环，压控振荡器，锁定，Simulink，频率合成，仿真模块1引言1932年法国的H.de Bellescize提出同步捡波的理论，首次公开发表了对锁相环路的描述。
到1947年，锁相环路第一次应用于电视接收机的水平和垂直扫描的同步。
到70年代，随着集成电路技术的发展，逐渐出现集成的环路部件、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、使用简便的多功能组件，为锁相技术在更广泛的领域应用提供了条件。
锁相环独特的优良性能使其得到了广泛的应用，其被普遍应用于调制解调、频率合成、电视机彩色副载波提取、FM立体声解码等。
随着数字技术的发展，相应出现了各种数字锁相环，它们在数字信号传输的载波同步、位同步、相干解调等方面发挥了重要的作用。
而Matlab强大的数据处理和图形显示功能以及简单易学的语言形式使Matlab在工程领域得到了非常广泛的应用，特别是在系统建模与仿真方面，Matlab已成为应用最广泛的动态系统仿真软件。
利用MATLAB建模可以快速地对锁相环进行仿真进而缩短开发时间。
基于Matlab的数字锁相环的仿真设计_毕业论文设计
毕业论文设计基于Matlab的数字锁相环的仿真设计摘要：锁相环是一个能够跟踪输入信号相位变化的闭环自动跟踪系统。
它广泛应用于无线电的各个领域，并且，现在已成为通信、雷达、导航、电子仪器等设备中不可缺少的一部分。
然而由于锁相环设计的复杂性，用SPICE对锁相环进行仿真，数据量大，仿真时间长，而且需进行多次仿真以提取设计参数，设计周期长。
本文借助于Matlab中Simulink仿真软件的灵活性、直观性，在Simulink中利用仿真模块搭建了全数字锁相环的仿真模型。
先借助模拟锁相环直观形象、易于理解的特点，通过锁相环在频率合成方面的应用，先对模拟锁相环进行了仿真，对锁相环的工作原理进行了形象的说明。
在模拟锁相环的基础上，重新利用仿真模块搭建了全数字锁相环的仿真模型，通过仿真达到了设计的目的，验证了此全数字锁相环完全能达到模拟锁相环的各项功能要求。
关键词：锁相环，压控振荡器，锁定，Simulink，频率合成，仿真模块1引言1932年法国的H.de Bellescize提出同步捡波的理论，首次公开发表了对锁相环路的描述。
到1947年，锁相环路第一次应用于电视接收机的水平和垂直扫描的同步。
到70年代，随着集成电路技术的发展，逐渐出现集成的环路部件、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、使用简便的多功能组件，为锁相技术在更广泛的领域应用提供了条件。
锁相环独特的优良性能使其得到了广泛的应用，其被普遍应用于调制解调、频率合成、电视机彩色副载波提取、FM立体声解码等。
随着数字技术的发展，相应出现了各种数字锁相环，它们在数字信号传输的载波同步、位同步、相干解调等方面发挥了重要的作用。
而Matlab强大的数据处理和图形显示功能以及简单易学的语言形式使Matlab在工程领域得到了非常广泛的应用，特别是在系统建模与仿真方面，Matlab已成为应用最广泛的动态系统仿真软件。
利用MATLAB建模可以快速地对锁相环进行仿真进而缩短开发时间。
基于matlab的全数字锁相环的设计与实现
基于matlab的全数字锁相环的设计与实现
全数字锁相环在微型机控制系统中被广泛应用，它能够通过控制脉冲重复率来控制检测信号的角度位置。
本文介绍如何使用Matlab来设计，以及在实际系统中实现一个全数字锁相环。
界面及模型的设计
首先，我们使用Matlab建立一个简单的GUI界面，以实现设定各项参数，以及便于观察系统数据的功能。
该界面包括可控变量，输入和输出变量以及控制参数三个部分，根据系统具体要求调整不同变量的值，以获得最佳性能。
然后，根据硬件设备的特性和系统要求，我们在Matlab中建立一个可表达系统真实行为的模型，并调整参数，将GUI界面设置的参数映射到模型上，以得到期望的结果和性能。
其中，模型的构成包括：比较电路、相位比较器、滤波电路、激励采样电路、控制逻辑等。
硬件和固件的实现
接着，根据模型获得的参数，我们使用C语言在DSP或MCU上编写实时系统固件，以便实现基于模型的控制算法，实时调整检测信号的角度位置。
此外，基于硬件资源的限制，在设计过程中，可以根据实际需求和模型分析结果，采用软件/硬件混合的方法设计相应的功能，以降低系统硬件资源的占用。
仿真与验证
最后，我们使用Matlab作为仿真平台，对所设计的模型进行仿真分析，验证模型的正确性，确保模型的准确性与实时性。
实验结果表明，基于Matlab的全数字锁相环设计方法以及在实际系统中实现，基本上是可行的。
不仅可以满足系统检测信号角度位置的控制要求，还可以很好地保证系统性能和可靠性。
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基于Matlab的数字锁相环的仿真设计摘要：锁相环是一个能够跟踪输入信号相位变化的闭环自动跟踪系统。
它广泛应用于无线电的各个领域，并且，现在已成为通信、雷达、导航、电子仪器等设备中不可缺少的一部分。
然而由于锁相环设计的复杂性，用SPICE对锁相环进行仿真，数据量大，仿真时间长，而且需进行多次仿真以提取设计参数，设计周期长。
本文借助于Matlab中Simulink仿真软件的灵活性、直观性，在Simulink 中利用仿真模块搭建了全数字锁相环的仿真模型。
先借助模拟锁相环直观形象、易于理解的特点，通过锁相环在频率合成方面的应用，先对模拟锁相环进行了仿真，对锁相环的工作原理进行了形象的说明。
在模拟锁相环的基础上，重新利用仿真模块搭建了全数字锁相环的仿真模型，通过仿真达到了设计的目的，验证了此全数字锁相环完全能达到模拟锁相环的各项功能要求。
关键词：锁相环，压控振荡器，锁定，Simulink，频率合成，仿真模块1引言1932年法国的H.de Bellescize提出同步捡波的理论，首次公开发表了对锁相环路的描述。
到1947年，锁相环路第一次应用于电视接收机的水平和垂直扫描的同步。
到70年代，随着集成电路技术的发展，逐渐出现集成的环路部件、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、使用简便的多功能组件，为锁相技术在更广泛的领域应用提供了条件。
锁相环独特的优良性能使其得到了广泛的应用，其被普遍应用于调制解调、频率合成、电视机彩色副载波提取、FM立体声解码等。
随着数字技术的发展，相应出现了各种数字锁相环，它们在数字信号传输的载波同步、位同步、相干解调等方面发挥了重要的作用。
而Matlab强大的数据处理和图形显示功能以及简单易学的语言形式使Matlab在工程领域得到了非常广泛的应用，特别是在系统建模与仿真方面，Matlab已成为应用最广泛的动态系统仿真软件。
利用MATLAB建模可以快速地对锁相环进行仿真进而缩短开发时间。
1.1选题背景与意义Matlab是英文MATrix LABoratory（矩阵实验室）的缩写。
1980年，时任美国新墨西哥大学计算机系主任的Cleve Moler教授在给学生讲授线性代数课程时，为使学生从繁重的数值计算中解放出来，用FORTRAN语言为学生编写了方便使用Linpack和Eispack的接口程序并命名为MATLAB，这便是MATLAB的雏形。
经过几年的校际流传，在John Little的推动下，由John Little 、Cleve Moler和Steve Bangert合作，于1984年成立了MathWorks公司，并正式推出MATLAB第一版。
以后，MATLAB版本不断更新，内容不断扩充，功能也越来越强大，并以其强大的扩展功能为其在各个领域的应用提供了基础。
如今各个领域的专家学者相继推出了Matlab工具箱，其中主要有信号处理（signal processing）、控制系统（control system）、神经网络（neural network）、图形处理（image processing）、鲁棒控制（robust control）、非线性系统控制设计（nonlinear control system disign）、系统辨识（sys identification）、最优化（optimisation）、μ分析与综合（μ analysis and synthesis）、模糊逻辑（fuzzy logic）、小波（wavelet）、样条（spline）等工具箱、而且工具箱还在不断增加。
这些工具箱给各个领域的研究和工程应用提供了有力的工具、借助于这些“巨人肩上的工具”，各个层次的研究人员可直观、方便地进行分析、计算及设计工作。
Simulink是Matlab的重要组成部分，它是MathWorks公司于20世纪90年代开发的产品，是Matlab环境下对动态系统进行建模、仿真和分析的一个软件包。
它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持具有多种采样频率的系统，Simulink 包含有Sinks（输入方式）、Source（输入源）、Linear（线性环节）、Nonlinear（非线性环节）、Connections（连接与接口）和Extra（其他环节）子模型库，而且每个子模型库中包含有相应的功能模块,且用户可以定制和创建用户自己的模块。
在该软件环境下，用户可以在屏幕上调用现成的模块，并将它们适当连接起来以构成系统的模型，即所谓的可视化建模。
建模以后，以该模型为对象运行simulink中的仿真程序，可以对模型进行仿真，并可以随时观察仿真结果和干预仿真过程。
Simulink由于功能强大、使用简单方便，已成为应用最为广泛的动态系统仿真软件。
锁相环是继IC之后出现的新技术，其历史很悠久。
锁相环的方案是与负反馈放大器同时提出的。
在锁相环出现以前，几乎所有的无线接收机中都采用超外差方式。
超外差接收方式是由E.H.Armstrong于1918年发明的，接收机接收来的电波信号与接收机内部振荡器产生的信号进行混频，从而得到较低频率的信号，即中频信号。
再对中频信号进行检波与放大，然后驱动扬声器发声。
这就构成了高灵敏度而频率选择性优良的接收机。
然而，由于超外差接收机是由本振、混频、中频、放大器、检波器等组成的，其构成很复杂，而且，本振需要使用频率漂移非常小的振荡器。
1932年，法国的H.de Bellescize提出采用PLL电路作为新的无线接收方式替代超外差方式，并发表了相关论文。
当时不使用PLL术语，而称为Synchrodyne（同步接收机）。
它是使内部振荡器与接收的电波信号同步振荡，为此，原理上内部振荡器不会产生频率漂移，电路构成也比较简单。
20世纪50年代，电视机实用化，电视机的垂直与水平同步电路广泛采用PLL电路。
然而，当时还没有称之为PLL电路，而是根据其功能称为AF（Automatic Frequency Control，自动频率控制）。
但是，由于技术上的复杂性以及较高的成本，锁相环的应用并没有得到普及，应用锁相电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，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、使用简便的多功能组件，这为锁相技术在更广泛的领域应用提供了条件。
锁相环独特的优良性能使其得到了广泛的应用，其被普遍应用于调制解调、频率合成、电视机彩色副载波提取、FM立体声解码等。
随着数字技术的发展，相应出现了各种数字锁相环，它们在数字信号传输的载波同步、位同步、相干解调等方面发挥了重要的作用。
近几年数字电路技术迅猛发展，尤其是大规模集成电路及微处理机的广泛应用，使得通信与控制方面一些复杂的、灵敏的信号处理方法能在数字域付诸实施。
锁相环是相干数字通信系统中的关键部件，为了与数字系统兼容，吸收数字电路固有的可靠性、体积小、价格低等优点，人们在发展模拟锁相环的同时，亦致力于发展数字锁相环。
数字锁相环除具有数字电路的优点外，还解决了若干模拟环遇到的难题，如直流零点漂移、部件饱和、必须进行初始校准等。
这些都表明，数字锁相环的发展是必然的。
因而对数字锁相环的研究具有非常现实的意义。
第一章锁相环的原理（模拟锁相环）2方案介绍锁相环是一个相位负反馈控制系统，它主要由三部分组成，分别是鉴相鉴频器（PFD）、环路滤波器（LF）和电压控制器（VCO）。
其中鉴相鉴频器的作用是完成相位的比较,用来比较输入信号和基准信号之间的相位。
它的输出电压正比于两个输入信号之间的相位差；环路滤波器（LF）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。
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。
在此仿真模型中，我们基于频率合成的原理，在Simulink中用模块搭建了锁相环的仿真模型。
如下图1所示：图１锁相环的仿真模型其电路结构主要包括鉴相鉴频器（PFD）、低通滤波器（LPF）、压控振荡器（VCO）和分频器四部份。
环路中使用了模拟的巴特沃斯低通滤波器和模拟的压控振荡器，在压控振荡器的输出端采用一个转换器把模拟信号转换成方波信号。
其中脉冲发生器Pulse Generator产生幅值为1，占空比为50%，相位延迟为0，参考频率为f=30MHz的方波r信号。
经过M＝3的分频器，变成10MH z的信号，送到鉴相器的参考信号输入端。
在鉴相鉴频器中与压控振荡器经过N=10的分频器分频后的反馈信号比较相位误差，误差信号经过低通滤波器滤除其中的高频分量后送入压控振荡器，压控振荡器在误差信号的的控制下输出振荡信号。
3模型的建立在锁相环路中，鉴相器起着关键的作用，它检测出参考信号与反馈信号之间的误差信号，是一个具有抽样性质的电路。
当PFD检测到参考信号和反馈信号均有一次下降沿时，PFD输出一次相位误差。
随后的相位误差被送入低通滤波器，低通滤波器滤除其中的高频信号，计算出控制信号送入压控振荡器，压控振荡器根据控制信号输出合成信号。
合成信号经过分频器分频后，反馈到PFD，与参考信号比较相位误差。
可以看出，锁相环这个闭环系统状态的变化依赖于PFD输出的相位误差。
相位误差输出一次，锁相环状态改变一次；PFD不输出相位误差，锁相环里的所有信号均不改变状态。
根据上面的分析，可以将仿真过程分为两个过程：1）计算PFD输出的相位误差；2）根据相位误差，计算锁相环里各个模块的状态。
下面根据算法顺序，依次介绍各个模块模型的建立。
3.1 鉴相临频器（PFD ）锁相环中的鉴相器又称相位检波器或相敏检波器，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电压信号()d u t 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()c u t ，对振荡器输出信号的频率实施控制。
对输入信号与环路输出信号的相位进行比较, 产生误差控制电压，鉴相电路通常可以分为模拟电路型和数字电路型两大类。
而在集成电路系统中，常用的电路有乘积型鉴相和门电路鉴相。
鉴相器除了用于解调调相波外，还可构成鉴频电路。
特别是在锁相环路中作为主要部分得到了广泛的应用。
在此模拟锁相环的模型中，鉴相器用一个XOR 异或门来实现，因为两路二进制方波异或的结果，只有完全相同才有0输出，丝毫的差异就有非0的输出，差别愈大，输出的1的个数愈多。
异或门的真值表如下图3所示图4 （0－低电平；１－高电平）在MATLAB 中我们搭建了鉴相器的仿真模型，如图4所示图4 鉴相器的仿真模型脉冲发生器A 产生频率为a f =1Hz ，脉冲宽度为50%，相位延迟为0的方波信号；脉冲发生器B 产生频率为b f =2Hz ，脉冲宽度为50%，相位延迟为0的方波信号；经过异或门之后到达示波器。