锁相环分析

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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。

基于坐标系变换的并网锁相环性能分析

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｈａｓｅ — ｌｏｃｋｅｄｌｏｏｐ（ＰＬＬ）ＩｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｐｈａｓｅＰｈａｓｅｓｉｇｎａｌＦｉｌｔｅｒＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｒｉｄ — ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒ
标系软件锁相环、双同步解耦软件锁相环和增强型软件锁相环这三种软件锁相环进行仿真比较分析，通过分析单相电压跌落、双向电压跌落、单相短路、频率突变和电压偏移等情况，得到不同软件锁相环技术的优缺点。该分析为后期并网型逆变器的设计提供了依据．特别是在电网电压存在畸变或不平衡的情况下，选取适当的锁相技术可以有效提高系统并网能力。
基于坐标系变换的并网锁相环性能分析
杨国韬。等
基于坐标系变换的并网锁相环性能分析
ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅＧｒｉｄ－・ｃｏｎｎｅｃｔｅｄＰｈａｓｅ－－ｌｏｃｋｅｄＬｏｏｐＢａｓｅｄｏｎＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＣｏｏｒｄｉｎａｔｅＳｙｓｔｅｍ
饧国韬办告旌纠主群
（太原科技大学电子信息工程学院，山西太原０３００２４）
摘
要：锁相环技术广泛应用于光伏并网发电系统中，其性能直接影响电网电压频率、相位检测的准确与否。对ｄ－ｑ变换的单同步坐

锁相环工作原理及仿真分析

滤波器的传递函数Ｆ），所以：＝１
Ｏ（）Ｓｉ＋Ｋ
微分算子。
，
Ｏ（Ｐ＋ｔ）
，
０（＋ＫＯ（＝０（ｔ）ｔ））设环路输入为固定频率信号，：Ｏ）ｍ，则＝Ａ０
图１锁相环的组成框图
所
。
０（＋Ｋ＝Ａｏ（）ｔ）０（）ｍ３
１＋ＨｏＳＦ（）（）（）＋Ｋｓ２
通常将采用Ｃ积分滤波器、无源比例积分滤波器、有源比例积分滤波器作为环路滤波器的二阶环分别叫作典型二阶环，非理想二阶环和理想二阶环。
振荡器（Ｃ）部分所组成。为研究问题的方便，一般在ＶＯ３锁相环领域中的环路的输入信号、出信号都为正弦类输信号。这样，输入和输出信号的相位会产生相位误差
环路的开环传递函数为：
Ｈｏ＝）
ｄｓＫｓＦ（）Ｆ（）
：一
Ｓ
（）１
如所假设Ｕ＝ｆｎ（ｔ０（）图ｌ示，ｉ）Ｕ（ｆ），ｓｉ＋ｉ）Ｕ：ｏｉ０ｔＯ（）０）Ｕｎ）＋０）。ｓ（０
式中：Ｕｉ为输入信号的振幅；１为输入信号的载（）波角频率；角频率。模拟锁相环由鉴相器（Ｄ、环路滤波器（Ｆ、控Ｐ）Ｌ）压为输出信号的振幅，为输出信号的载波 ∞０
误差比较小时，环路才能稳定工作。
２式可得：对参数加以调整就得到控制信号（）控制信号再经进行环路的定量分析。由（）ｒ，

锁相环

压控振荡器输出的信号为：
i (t ),o (t )
瞬时相位
uo (t ) U 2m cos[ot o (t )] U 2m coso 式中， 0 是为压控振荡器在输入控制电压为零或为直流
电压时的振荡频率，称为电路的固有振荡频率。设乘法器的增益系数为Am，则鉴相器输出的误差电压ud(t)
在控制电压的作用下，输出信号频率在固有频率的基础上按一定规律变化的振荡电路。
作用——使振荡频率向输入信号的频率靠拢，直至两者的频率相同，相位差恒定。
3 锁相环的基本组成分析
3、压控振荡器（VCO）
输入输出特性（线性）：
o(t ) o Aouc(t )
Ao
压控灵敏度
3 锁相环的基本组成分析
pe(t ) AdAoAF(p )sin e(t ) pi(t )
瞬时频差控制频差固有频差
捕捉过程—环路由失锁进入锁定的过程
捕捉带(Δωp )—— 环路由失锁状态进入锁定状态所允许信号频率偏离的最大值。
捕捉时间(τP )——环路由失锁状态进入锁定状态所需的时间
跟踪过程—环路维持锁定的过程
1 锁相环路概述一、基本概念（绪）
其中，当输出信号频率与输入信号频率相同时，输出信号与输入信号之间的相位差同步（相位差为常数）。故称为锁相环路，简称为锁相环。其中，频率相同是目的，相位同步（锁定）是手段。（具体）：锁相环将输入信号与输出信号间的相位进行比较，产生相位误差电压，来调整输出信号的频率，最终达到：相位锁定，信号同频。
则上式可写为
3 锁相环的基本组成分析
3、压控振荡器（VCO）
压控振荡器传递给鉴相器的反馈信号起作用的不是瞬时角频率而是它的瞬时相位。所以，VCO在锁相环中起了一次积分作用，因此也称为环路中的固有积分环节。对 o( t ) o Aouc(t ) 积分，得

锁相环实验报告

锁相环实验报告锁相环实验报告一、实验目的本次实验的目的是了解锁相环（PLL）的原理和应用，掌握PLL电路的设计和调试方法，以及了解PLL在通信系统中的应用。

二、实验原理1. PLL原理锁相环是一种基于反馈控制的电路，由比例积分环节、相位检测器、低通滤波器和振荡器等组成。

其基本原理是将输入信号与参考信号进行比较，并通过反馈调整振荡频率，使得输入信号与参考信号同步。

2. PLL应用PLL广泛应用于通信系统中，如频率合成器、时钟恢复器、数字调制解调器等。

三、实验设备和材料1. 实验仪器：示波器、函数发生器等。

2. 实验元件：电阻、电容等。

四、实验步骤1. 搭建PLL电路并连接到示波器上。

2. 调节函数发生器输出正弦波作为参考信号，并将其输入到PLL电路中。

同时，在函数发生器上设置另一个正弦波作为输入信号，并将其连接到PLL电路中。

3. 调节PLL参数，包括比例积分系数和低通滤波器截止频率等，使得输入信号与参考信号同步。

4. 观察示波器上的输出波形，记录下PLL参数的取值。

五、实验结果与分析1. 实验结果通过调节PLL参数，成功实现了输入信号与参考信号的同步，并在示波器上观察到了稳定的输出波形。

记录下了PLL参数的取值，如比例积分系数和低通滤波器截止频率等。

2. 实验分析通过本次实验，我们深入了解了锁相环的原理和应用，并掌握了PLL电路的设计和调试方法。

同时，我们也了解到PLL在通信系统中的重要作用，如时钟恢复、数字调制解调等。

六、实验结论本次实验成功地实现了输入信号与参考信号的同步，并掌握了PLL电路的设计和调试方法。

同时也加深对于PLL在通信系统中应用的认识。

七、实验注意事项1. 在搭建电路时应注意接线正确性。

2. 在调节PLL参数时应注意逐步调整，避免过度调整导致系统失控。

3. 在观察示波器输出波形时应注意放大倍数和时间基准设置。

锁相环的关键指标

锁相环的关键指标一、引言锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种常用的电子控制系统，用于在输入信号和参考信号之间建立相位关系。

它在通信、数据转换和时钟同步等领域有着广泛的应用。

在设计和评估锁相环时，需要考虑一些关键指标，以确保其性能和稳定性。

本文将就锁相环的关键指标展开讨论。

二、锁相环的基本原理在了解锁相环的关键指标之前，我们先来简要了解一下锁相环的基本原理。

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。

其工作原理是通过不断调整电压控制振荡器的频率，使得相位比较器输出的误差信号趋近于零。

这样，输入信号和参考信号之间就能够建立起稳定的相位关系。

三、锁相环的关键指标锁相环的性能和稳定性受多个指标的影响。

下面将分别介绍这些指标。

3.1 带宽锁相环的带宽是指其输出相位响应的频率范围。

带宽越宽，锁相环对频率变化的响应越快。

通常情况下，带宽越宽，锁相环的性能越好。

但同时也需要考虑到带宽过宽可能导致噪声增加和稳定性下降的问题。

3.2 相位噪声相位噪声是指锁相环输出信号的相位随时间变化的不稳定性。

相位噪声越小，锁相环的性能越好。

相位噪声可以通过频域分析来评估，常用的评估指标包括相位噪声密度和积分相位噪声。

3.3 锁定时间锁定时间是指锁相环从初始状态到稳定状态所需的时间。

锁定时间越短，锁相环的性能越好。

锁定时间受到带宽和相位噪声等因素的影响。

3.4 抖动抖动是指锁相环输出信号的瞬时频率偏离其平均频率的程度。

抖动越小，锁相环的性能越好。

抖动可以通过时域分析来评估，常用的评估指标包括峰峰值抖动和均方根抖动。

3.5 稳定性锁相环的稳定性是指其输出信号在长时间内保持稳定的能力。

稳定性受到带宽、相位噪声和抖动等因素的影响。

稳定性可以通过频域和时域分析来评估。

四、评估锁相环的关键指标为了评估锁相环的关键指标，可以采取以下步骤：1.设计合适的测试电路，包括输入信号源和参考信号源。

2.使用合适的测量设备，如频谱分析仪、示波器和时钟分析仪等，对锁相环的输出信号进行测量。

分立锁相环设计与验证

锁相环一、实验原理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。

锁相环通常由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成，锁相环组成框图如图1所示。

)t图1 锁相环基本原理框图图1所示的是锁相环基本原理框图。

锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PLL）。

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。

锁相环法载波提取:当u i(t)为固定频率正弦信号（θi(t)为常数）时，在环路的作用下，VCO输出信号频率可以由固有振荡频率ωo(即环路无输入信号、环路对VCO无控制作用是VCO的振荡频率)，变化到输入信号频率ωi，此时θo(t)也是一个常数，u d(t)、u c(t)都为直流。

称此为环路的锁定状态。

定义△ω=ω-ωo为环路固有的频率差，△ωp表示环路的捕捉带，△ωh表示环路的同步带，模拟锁相环中△ωp<△ωh。

当|△ωo|<△ωp时，环路可以进入锁定状态；当|△ωo|<△ωh时，环路也可以保持锁定状态；当|△ωo|>△ωp时，环路不能进入锁定状态，环路锁定后若△ωo发生变化使|△ωo|>△ωh，环路也不能保持锁定状态。

这两种情况下，环路都将处于失锁状态。

失锁状态下u d(t)是一个上下不对称的差拍电压，当|△ωi|>△ωo时，是u d(t)上宽下窄的差拍电压；反之，u d(t)是一个下宽上窄的差拍电压。

锁相环失锁状态的特点

锁相环失锁状态的特点锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种常用的电路，用于提供时钟信号的稳定性和相位同步性。

然而，由于各种原因，锁相环有可能进入失锁状态，即无法维持稳定的相位同步关系。

本文将探讨锁相环失锁状态的特点，并对其进行解释和扩展。

一、锁相环失锁状态的特点：1. 频率偏差较大：在锁相环失锁状态下，输出信号的频率与参考信号的频率之间存在较大的偏差。

这是因为在失锁状态下，锁相环无法正确地对参考信号进行跟踪和调整，导致输出频率不稳定。

2. 相位漂移明显：失锁状态下，输出信号的相位与参考信号的相位之间存在明显的漂移。

这是因为失锁时，锁相环无法实现相位同步，输出信号的相位会随着时间的推移逐渐偏离参考信号的相位。

3. 稳定性较差：失锁状态下，锁相环的稳定性较差，无法保持稳定的输出信号。

这是因为失锁时，锁相环无法正确地对反馈信号进行调整，导致输出信号的幅值和相位不可预测地发生变化。

4. 噪声增加：失锁状态下，锁相环输出信号的噪声较大。

这是因为失锁时，锁相环无法对噪声进行有效的抑制和滤波，导致输出信号的噪声功率增加。

5. 响应速度变慢：失锁状态下，锁相环的响应速度较慢。

这是因为失锁时，锁相环无法快速地对输入信号进行跟踪和调整，导致输出信号的响应速度变慢。

二、失锁状态的解释：1. 失锁状态的原因：锁相环进入失锁状态的原因有很多，例如参考信号的频率发生变化、参考信号的相位发生变化、反馈信号的噪声干扰等。

当这些因素超过锁相环的稳定范围时，锁相环就会失锁。

2. 失锁状态的影响：失锁状态下，锁相环无法提供稳定的时钟信号，会影响到系统的正常运行。

例如在通信系统中，失锁状态下的锁相环会导致信号传输错误率的增加，降低系统的可靠性。

3. 失锁状态的恢复：一旦锁相环进入失锁状态，需要采取相应的措施将其恢复到锁定状态。

常用的恢复方法包括增加锁相环的带宽、改变反馈信号的路径、调整参考信号的频率等。

三、锁相环失锁状态的扩展：1. 失锁检测：为了及时发现锁相环的失锁状态，可以设计失锁检测电路。

锁相环中的相位检测和控制原理分析

锁相环中的相位检测和控制原理分析
顾名思义，锁相环(PLL)使用鉴相器比较反馈信号与参考信号，将两个信号的相位锁定在一起。

虽然这种特性有许多用武之地，但是PLL 如今最常用于频率合成，通常充当上变频器/下变频器中的本振(LO)，或者充当高速ADC 或DAC 的时钟。

或许，我们很少注意这些电路中的相位行为。

但随着对效率、带宽和性能的需求日益增长，RF 工程师必须推出新技术来提高频谱和功率效率。

信号相位的重复性、可预测性和可调性在现代通信和仪器仪表应用中均起到日益重要的作用。

一切都是相对的
关于相位测量，如果不是相对于另一个信号或相对于原始相位则毫无意义。

例如，使用矢量网络分析仪(VNA)对放大器之类的两端口网络进行相位测量，就是相对于输入相位ANG(S21)测量输出相位的。

单输入相位指相对于入射相位ANG(S11)的反射相位。

在PLL 合成器上，相位测量指的是相对于输入参考相位的测量或信号间的相位测量。

任何相位测量的理想状态就是测得与原始相位相比的精确期望值，但是非线性、非理想性、温差和电路板迹线以及其他制造差异都会使得相位在信号生成中更容易发生改变。

对于本文而言，“同相”是指幅度和时序特性相同的信号;确定性相位是指信号之间的相移是已知和可预测的。

示波器测量相位
为了比较两个不同频率的相位，可以使用高速示波器比较输出相位与参考相位，这是一种相对直观的方法。

为了直观可见，输入相位和输出相位通常必须是彼此的整数倍。

这在许多时钟电路中相对比较常见。

对于整数N 分频。

锁相环指标 -回复

锁相环指标-回复什么是锁相环指标？锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种用于时钟生成和频率合成的电路。

锁相环指标是对锁相环电路性能进行评估和描述的一系列参数。

这些指标可以用来评估PLL的稳定性、带宽、相位噪声等重要性能。

1. 锁相环的基本原理和结构锁相环由相位比较器、低通滤波器、电压控制振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，简称VCO）和分频器组成。

其基本原理是通过不断调整VCO的频率和相位，使其与参考信号保持同步。

相位比较器将参考信号和VCO输出的信号进行相位比较，并产生一个误差信号。

这个误差信号经过低通滤波器后，被送至VCO进行频率和相位调整。

2. 锁相环指标的分类锁相环指标通常可以分为稳定性指标、带宽指标、相位噪声指标等几个方面。

稳定性指标主要包括：锁定时间、追踪范围、捕获范围等。

锁定时间是指锁相环从失锁状态转移到锁定状态所需的时间，是评估锁相环速度的重要指标。

追踪范围是指锁相环能追踪的输入频率范围，超出追踪范围的输入信号会导致失锁。

捕获范围是指锁相环能捕获的输入频率范围，超出捕获范围的输入信号也会导致失锁。

带宽指标主要包括：环路带宽、相位裕度等。

环路带宽是指锁相环的频率响应范围，描述了PLL对输入信号的跟随能力。

相位裕度是指锁相环频率响应的相位裕量，决定了锁定后的相位稳定度。

相位噪声指标主要包括：相位噪声密度、杂散频率等。

相位噪声密度是指在单位频率范围内，锁相环输出信号的相位噪声功率。

杂散频率是指锁相环输出信号中除了基频外的其它频率分量。

3. 如何评估锁相环指标评估锁相环指标通常需要进行实验测试或进行模拟仿真。

其中，常用的测试方法包括锁定时间测试、频率响应测试、相位噪声测试等。

在锁定时间测试中，输入一个频率变化较大的信号，观察锁相环从失锁到锁定所需的时间。

锁相环的响应快速且稳定的特性表示较好的锁定时间。

频率响应测试通常通过输入不同频率的正弦波信号，并测量锁相环输出的幅值和相位，以绘制幅频响应和相频响应曲线。

全数字锁相环的设计及分析

全数字锁相环的设计及分析1 引言锁相环是一种能使输出信号在频率和相位上与输入信号同步的电路，即系统进入锁定状态(或同步状态)后，震荡器的输出信号与系统输入信号之间相差为零，或者保持为常数。

传统的锁相环各个部件都是由模拟电路实现的，一般包括鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)、压控振荡器(VCO)三个环路基本部件。

随着数字技术的发展，全数字锁相环ADPLL(AllDigital Phase-Locked Loop)逐步发展起来。

所谓全数字锁相环，就是环路部件全部数字化，采用数字鉴相器、数字环路滤波器、数控振荡器构成锁相环路，并且系统中的信号全是数字信号。

与传统的模拟电路实现的锁相环相比，由于避免了模拟锁相环存在的温度漂移和易受电压变化影响等缺点，从而具备可靠性高、工作稳定、调节方便等优点。

全数字锁相环的环路带宽和中心频率编程可调，易于构建高阶锁相环，并且应用在数字系统中时，不需A／D及D／A转换。

在调制解调、频率合成、FM立体声解码、图像处理等各个方面得到广泛的应用。

随着电子设计自动化(EDA)技术的发展，可以采用大规模可编程逻辑器件(如CPLD或FPGA)和VHDL语言来设计专用芯片ASIC和数字系统。

本文完成了全数字锁相环的设计，而且可以把整个系统嵌入SoC，构成片内锁相环。

2全数字锁相环的体系结构和工作原理74XX297 是出现最早，应用最为广泛的一款全数字锁相环，在本文中以该芯片为参考进行设计、分析。

ADPLL基本结构如图1所示，主要由鉴相器、K变模可逆计数器、脉冲加减电路和除N计数器4部分构成。

K变模计数器和脉冲加减电路的时钟分别为Mfc和2Nfc。

这里fc是环路中心频率，一般情况下M和N都是2的整数幂。

2.1 鉴相器常用的鉴相器有两种类型：异或门(XOR)鉴相器和边沿控制鉴相器(ECPD)。

异或门鉴相器比较输入信号Fin相位和输出信号Fout相位之间的相位差θe，并输出误差信号Se作为K变模可逆计数器的计数方向信号。

锁相环特性的分析与研究

图４工作频率与Ｒ，Ｒ￣Ｃ间关系曲线１２Ｂ１
Ｃ４４工作过程如下：输入信号ＶｉＤ０６从１脚输入后，经放大器Ａ１行放大、整形４进后加到Ｐ、Ｐ２输入端，图２开关ＫＤ１Ｄ的中拨至２，Ｐ作，从３脚Ｄ１脚输入的比较信号Ｖ与输入信号Ｖ做相位比较，从相位比较ｏｉ器输出的误差电压Ｖ１比于Ｖｉ￣的相位正ｌＶｏ差。Ｖｌ过Ｒ３４￣２成的低通滤波器经、Ｒ，Ｃ组滤除高频分量后，得到一个平均值电压Ｖｄ加至ＶＣ的输入端９。这个平均值电压ＶＯ脚ｄ向着减小ＶＣＯ输出频率和输入频率之差的方向变化，直ＶＣ输频率和输入信号Ｏ频率致。两个信号的频率相同，两相位差保持恒定就称作相位锁定。若将开关Ｋ拨至１脚，则相位比较器Ｐ２３Ｄ工作，其工作原脚为Ｆ解调输出端。０Ｍ１、１脚外接振荡电阻Ｒ１１２，Ｒ２ｌ脚为。３Ｐ２Ｄ的输出端。ｌ脚为信号输入端。１脚为４５内部独立的齐纳稳压管负极。其稳压电源为５Ｖ，在与ＴＬ匹配时可作辅助电源。３Ｔ、４脚之问的Ｎ为分频电路。相位比较器Ｐ１一个异或ｆ，它有较Ｄ是Ｊ好的噪声抑制性能。当两个输入端信号Ｖｉ；Ｖｏ个高电平，一个低电平时，输出端ｆ一Ｈ信号Ｖ１为高电平；若Ｖ￣Ｖｏ为高电平，ｉＨ同或同为低电平，输出端信号Ｖ１低电平。为当Ｖ￣ＶｏｉＨ的相位差在０范围内变化时，～Ｖ１占空比亦随之改变。从图３ａ中Ｐ的（）Ｄ１的输入和输出信号的波形町知，其输出信号Ｖ１的频率为输入信号频率的两倍，目与．两个输入信号之间的中间频率保持／｝２Ｈ移。从图中还可知，ＶＣＯ输出的不一定是对称波形。Ｐ要求Ｖ￣Ｖｏ为方波，才Ｄ１ｉｌ均能使锁定范围最大。

锁相环性能分析

锁相环性能分析林倩倩现代通信技术实验室锁相环是一个使输出信号（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。

是实现两个信号相位同步的自动控制系统。

在同步(也成为锁定) 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。

60年代初随着数字通信系统的发展，锁相环应用愈广，例如为相干解调提取参考载波、建立位同步等。

锁相环技术目前的应用集中在以下三个方面：第一，信号的调制和解调；第二，信号的调频和解调；第三，信号频率合成电路。

锁相环 (phase-locked loop)为无线电发射中使频率较为稳定的一种方法,主要有VCO(压控振荡器)和PLL IC ,压控振荡器给出一个信号,一部分作为输出,另一部分通过分频与PLL IC所产生的本振信号作相位比较,为了保持频率不变,就要求相位差不发生改变,如果有相位差的变化,则PLL IC的电压输出端的电压发生变化,去控制VCO,直到相位差恢复!达到锁频的目的!!能使受控振荡器的频率和相位均与输入信号保持确定关系的闭环电子电路锁相环的基本组件包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器，三者共同形成了一个负反馈结构，如图1所示。

鉴相器用于判断压控振荡器的输出信号与输入信号之间的相差幅度，输出至低通滤波器进行滤波和平滑，以消除高频干扰和其他不稳定因素的影响，并以此作为压控振荡器的控制信号；压控振荡器根据相位误差信号，自适应的调节内部时钟输出信号，使其频率和相位与输入信号保持一致，完成锁相功能。

数字锁相环的工作原理为：数字锁相环主要由相位参考提取电路、晶体振荡器、分频器、相位比较器、脉冲补抹门等组成。

分频器输出的信号频率与所需频率十分接近，把它和从信号中提取的相位参考信号同时送入相位比较器，比较结果示出本地频率高了时就通过补抹门抹掉一个输入分频器的脉冲，相当于本地振荡频率降低；相反，若示出本地频率低了时就在分频器输入端的两个输入脉冲间插入一个脉冲，相当于本地振荡频率上升，从而达到同步。

锁相环稳定性判定方法与分析

（ＸｉｎｇｚｈｉｓｃｈｏｏｌｏｆＸｉ ’ａｎｉｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＦｉｎａｎｃｅａｎｄＥｃｏｎｏｍｉｃｓ，Ｓｈａｎｘｉ，７１００２４）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅａｎａｌｙｚｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｆｏｒｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ
相位余量＝１８０＋ａｒｇＨ。（ｊｃａ７）
式中为增益临界频率，定义为｝。（）Ｉ＝１
这就是伯德准则。使用此准则时，首先作出环路的开环伯德
用罗斯霍尔维茨定理判定。其方法是：先构建罗氏阵列，如果罗图，包括开环复频曲线和开环相频曲线。然后，由开环复频曲线得氏阵列的第－－Ｎ元素全大于零，则系统稳定，否则，系统不稳定。到７１，再由开环相频曲线得到相位余量。或者只作出开环复频曲线，得到７ ’ 后再由式得到相位余量。设理想二阶环，
１．２伯德准则
１锁相环稳定性判定方法
１．１罗斯霍尔维茨定理
一
伯德准则是奈奎斯特准则在伯德图上的应用，它用锁相环开环频率响应的伯德图（简称开环伯德图）来判断锁相环的闭环稳
线性系统的稳定性判定的依据是求出复频域系统函数，如定性。环路的开环伯德图可由开环传递函数作出。锁相环路的开环零极点都位于左半Ｓ平面和原点。这种系统

分析锁相环速度控制系统的结构和原理

分析锁相环速度控制系统的结构和原理
锁相环主要是使反馈信号与给定基准信号同步，将这个思想引人电机的速度控制系统中，能够实现稳态精度很高的速度控制，这一点在⒛世纪60年代初期已经意识到，但直到集成锁相电路的普及才真正实现。

锁相环系统根据参考转速和反馈转速间频率或相位的任意差异来校正电机转速。

因此，只要使基准信号频率精度较高，其稳定精度就可达到很高。

对于电机锁相环来说，一般由鉴频鉴相器（PFD）、低通滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）组成，其结构和工作原理如图1所示。

图1 锁相环内部结构框图
频率发生器FG产生输出频率fo，经1/N分频得反馈频率fb，在FPD中与参考频率进行频率和相位比较后，产生差值信号。

此信号经LPF后得到与之成正比的电压信号Vo，再经放大与校正后，作用于FG，控制输出频率茂。

锁相环其实就是一个闭环控制系统，在闭环负反馈作用下，系统使fr和fb，的频差和相差朝着减小的方向变化，最后，系统“锁住”，两个信号频率达到了同频和接近于同相。

锁相环技术发展的研究及运用分析

摘要：随着科学技术水平的发展，我国电子通信在随着市场需求的不断转变的过程中也在发生相应变革。

锁相环技术被广泛地运用到通信系统中去，主要通过负反馈系统来实现本地参考信号与接收信号的相位统一，信号输入主要通过锁相环的鉴相器、环路滤波器和压控震荡器三个主要器件输出信号后，完成其工作流程。

基于此，对锁相环技术的发展进行研究，并对其运用情况进行介绍。

关键词：锁相环技术;数字锁相环;模拟锁相环;解调器;解制器锁相环技术是信息领域新研发的一门专门研究相位关系的技术，能够对相位实行自动化控制，并且通过相位的自动化调节作用来实现两个相位始终保持同步统一，这一工作的完成主要是通过锁相环的负反馈系统来实现的。

锁相环技术近年来被广泛地运用到航天、电视、通信等各个领域中去，能够高质量高速度地对信号进行提取、跟踪和同步，被广泛地运用到电子设备中去，成为电子设备的常用部件之一。

1 锁相环技术国内外研究现状1.1 锁相环技术的产生背景锁相环技术产生于上世纪30年代，并在上世纪30年代快速发展，在40年代时被广泛地运用到电视信号技术接收中去。

空间技术的发展给锁相环技术的发展带来发展契机，使得锁相环技术实现跨越式发展。

数字电路技术的发展和不断成熟，锁相环技术被广泛地运用到相关产品中去，如调制解调、图像处理等多个方面的运用。

锁相环技术在数字电路技术的发展中不断地吸取数字电路技术的优点，从而提高了锁相环技术的可靠性，实现了锁相环技术功能强大且体积小，价格低的目标，为锁相环技术市场的开拓加快了脚步进程。

对锁相环技术发展过程中不断暴露出来的零点漂移，容易受到气候环境影响等缺点进行克服，提高锁相环技术的实时处理能力已经成为未来锁相环技术发展革新的主要发展方向和动力。

锁相环技术控制的电压是分离分散的，其误差导致的信号控制也是离散的，并不是连续的，因此被称为全数字锁相环。

1.2 锁相环技术发展现状锁相环路是锁相环技术主要的核心环节，它通过相位误差系统来对相位进行负反馈，进而实现相位的同步。

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。

小数分频锁相环_小数杂散定性分析

锁相环小数杂散定性分析牟俊全²成都²2020-09最近想系统性的把锁相环小数杂散梳理一下，在网上查了查资料，无奈发现，要嘛是对几种特定频点的小数杂散泛泛而谈，定理式的描述几种杂散情况；要嘛就是从时差到相差、从相差到频域，通过各种级数、微积分变换对各阶小数杂散进行精确的定量分析，实在没有工程实践意义。

无奈，这里我从工程实践的角度，将几种典型的小数杂散分布情况进行梳理、总结，希望可以对小伙伴们起到一定的帮助。

情况1、当VCO输出频率正好在鉴相频率整数倍的频点时：此时VCO频率经过N分频器（由于是整数倍，此时N+1模分频器未参与，相当于整数N分频器）分频后，恰好等于鉴相频率。

这种情况下，参考频率与N分频器输出的反馈频率无频差，鉴相器锁定后不会进行相位矫正，因此理论上不会产生量化相差。

因此此时VCO输出频率中无小数杂散。

（实际中N分频器也会产生一些分频杂散频率，主要是鉴相频率，称谓鉴相泄露。

但是频率一般较高，可以被环路滤波器滤除。

因此一般不予考虑）情况2、当VCO输出频率正好在鉴相频率的N*(1±1/2) 倍频点时：此时N分频器有一半时间进行N分频，一半时间进行N+1分频。

（N、N+1分频交替进行）这种情况下，鉴相器每进行一次N分频，参考频率超前(360/N)°，当下次N+1分频时，又滞后( 360/N)°(大概值，实际有细微偏差，总之第一次超前的相位等于第二次滞后的相位。

)，如此往复进行。

整体看来，参考频率与N分频器输出频率之间无平均相差。

这种情况下，鉴相器每2个鉴相频率周期就会完成一次相位矫正（先超前，后滞后）。

相当于在VCO输出频率之上，调制了一个等于0.5倍鉴相频率的信号（实际上是该信号及其丰富的各次谐波，此即为小数杂散）。

由于鉴相频率一般都在环路滤波器的带外，因此0.5倍鉴相频率，一般也都可以被环路滤波器滤除掉。

所以实际工程中，在二分之一鉴相频点，不存在小数杂散。

闭环锁相环控制框图及分析

闭环锁相环闭环控制框图推导过程对于并网发电系统的进网电流品质，相关国际标准做了严格规定和限制，进网电流的频率和相位必须与电网电压同步。

对此，首先要保证的是进网电流参考信号能够精确、快速跟踪电网电压的相位和频率。

若所获取的电网电压相位不准确，则会对并网发电系统的控制造成干扰。

日前电力电子系统中广泛采用的电网相位跟踪方法是利用硬件电路检测电网电压过零点，然后根据基波信号频率来估测并获取电网电压相位。

这种相位获取方式不存在相差自动调节系统，可以称为是“开环’，的，因而无法抑制电网电压的畸变和干扰。

Dian/T 锁相环采用闭环控制系统，其控制框图如图所示，通过该控制可以得到电网的相位角，作为电流相位的给定。

v αv β(2⋅根据系统控制框图可以得到以下关系：d grid q grid v =v cos θv =-v sin θ⎧⋅⎪⎪⎨⎪⋅⎪⎩ 将电网电压代入上式，φ为电网相位角，可以得到：grid grid v =V sin φ⋅d grid q grid v =V sin cos θv =-V sin sin θφφ⎧⋅⋅⎪⎪⎨⎪⋅⋅⎪⎩ 利用三角函数积化和差公式可以得到：()()()(22grid dgrid q V v =sin sin V v =cos cos φθφθφθφθ⎧⎪⎪)⎡⎤⋅−++⎪⎣⎦⎪⎪⎨⎪⎪⎡⎤⎪⋅+−−⎣⎦⎪⎪⎩对进行求偏导，近似认为θ的角速度为工频角速度q v ff ω，可以得到：()()()()22q grid ff q grid ff dv V d =sin sin d dt dv V d =sin sin d dtφφθφθωφθφθφθωθ⎧⎪⎪⎡⎤⋅⋅−−+⋅⎪⎣⎦⎪⎪⎨⎪⎪⎡⎤⎪⋅⋅−−−+⎪⎣⎦⎪⎩⋅ 从而得到对时间的微分方程如下：q v()(2)2qq q grid ff dv dv dv V d d =+=sin dt d dt d dt φθφθωφθ⎡⎤⋅⋅⋅−+⋅⋅⎣⎦ 式中ff 2314.159ff f ωπ==err ωω为工频角速度，。

锁相环捕获带宽及锁定时间分析

设计中的要求：fout=16fs（即N≥16），捕获带宽：∆ωp≥1/(73us)-1/(80us) =1.3kHz 锁定时间：Tlock≤10us捕获带宽分析：环路经过近似线性化的模型如上图所示。

K eφe为鉴相器输出。

其中K e是鉴相器系数，φe是相位误差。

fc是环路中心频率。

环路滤波器的输出：fk=(K eφe Mfc)/K (Hz)脉冲加减计数器的输出：fd=fout=Nfc+( K eφe Mfc)/2K (Hz)经过N分频器：fn=fc+( K eφe Mfc)/2NK (Hz)所以捕获带宽∆ωp= fn-fc=( K eφe Mfc)/2NK (Hz)鉴相器使用的是边沿触发的鉴相器，对于任意占空比的方波，鉴相范围为-π~π。

对于鉴相器锁定的极限范围：-1≤K eφe≤+1故环路的最大捕捉带宽∆ωpmax=|Mfc/2KN|锁定时间分析环路滤波器输出一个加（或减）脉冲的时间，t=K/Mfc为了避免可逆的K模计数器在噪声影响下产生溢出的情况，而且频繁的计数长生的进位和借位脉冲会增大输出端的相位抖动，K的取值要满足K>M/4。

因此，K的取值越大，对抑制噪声和减小抖动有利，另一方面增加了环路锁定的时间。

考虑设计的要求，环路中心频率fc=12.5KHz设所有条件为在以锁定时间尽量短的前提下的理想情况.即N=16,K=M/4此时最大捕获带宽∆ωpmax =2fc/N=1.5kHz>1.3kHz,能够满足设计要求。

环路滤波器输出一个加（或减）脉冲的时间：t=1/4fc=20us。

在实际仿真中的结果是DCO（脉冲加减计数器）需要4到6个的加（或减）脉冲才能使环路达到稳定状态。