锁相技术
锁相技术期末试题及答案
锁相技术期末试题及答案一、选择题1. 锁相技术是一种用于_______________信号的相位信息的提取和调整的技术。
A. 基带B. 射频C. 中频D. 高频答案：B2. 锁相环是由_______________组成的反馈控制系统。
A. 比例环节B. 积分环节C. 微分环节D. 以上都是答案：D3. 下列哪个不是锁相技术中常用的几种工作方式？A. 直接数字合成B. 数字频率合成C. 锁相环D. 时钟提取答案：A4. 锁相环的稳定性可以通过哪个参数来衡量？A. 带宽B. 噪声功率密度C. 整定参数D. 共模抑制比答案：D5. 锁相环的谐振频率是指_______________。
A. 输入频率B. 反馈频率C. 比较器输出频率D. 控制电压频率答案：B二、填空题1. 锁相环在频率合成中常用的工作方式是_______________。
答案：数字频率合成2. 锁相环输出信号的频率可以通过_______________进行调节。
答案：控制电压3. 锁相环的环路滤波器主要用于补偿_______________。
答案：相位误差4. 锁相环在通信系统中常用于_______________信号的产生和检测。
答案：调制5. 锁相环的作用是_______________信号的相位。
答案：提取和调整三、问答题1. 请简要介绍锁相技术的基本原理。
锁相技术是一种用于提取和调整信号相位信息的技术。
其基本原理是通过比较输入信号和参考信号的相位差异，并利用反馈控制系统自动调节输出信号的相位，使其与参考信号同步。
锁相技术主要通过锁相环实现，锁相环是由比例环节、积分环节和微分环节等组成的反馈控制系统，通过调节控制电压和环路滤波器来实现对输出信号相位的精确定位和调整。
2. 锁相环的稳定性如何衡量？锁相环的稳定性主要通过共模抑制比来衡量。
共模抑制比是指在输入信号存在拍频或噪声的情况下，锁相环输出信号与参考信号之间的相位差的稳定性。
共模抑制比越高，表示锁相环输出信号的相位稳定性越好。
锁相技术知识点总结
锁相技术知识点总结一、锁相放大器的原理锁相放大器是锁相技术的核心设备，其原理是利用相位敏感检测器（PSD）和低通滤波器实现对输入信号的相位测量和提取。
相位敏感检测器是将输入信号和参考信号相乘，然后通过低通滤波器滤除高频信号，得到一个与输入信号相位有关的直流信号。
通过对这个直流信号进行放大和数字化处理，就可以得到输入信号的相位信息。
锁相放大器的原理可以简单地用一个比喻来理解，就是通过将输入信号和参考信号进行“比对”，得到两者之间的相位差，然后通过放大和数字化处理来得到相位信息。
二、锁相放大器的工作原理锁相放大器的工作原理可以分为两个步骤：信号相位的检测和信号的放大和数字化处理。
在信号相位的检测步骤中，输入信号和参考信号经过相位敏感检测器进行相乘，并通过低通滤波器滤除高频信号，得到一个与输入信号相位有关的直流信号。
在信号的放大和数字化处理步骤中，直流信号经过放大器进行放大，然后经过模数转换器进行数字化处理，得到输入信号的相位信息。
整个过程中，锁相放大器可以通过调节参考信号的相位、频率和幅度来对输入信号进行精确的测量和控制。
三、锁相放大器的应用锁相放大器广泛应用于科学研究、通信、医学、生物化学、工业控制等领域。
在科学研究领域，锁相放大器常用于对微弱信号的测量和分析；在通信领域，锁相放大器常用于对调制信号的检测和解调；在医学领域，锁相放大器常用于生物信号的测量和分析；在生物化学领域，锁相放大器常用于对生物信号的检测和分析；在工业控制领域，锁相放大器常用于对工艺参数的测量和控制。
锁相放大器通过提高信噪比和测量精度，可以满足不同领域对信号测量和控制的需求。
四、锁相放大器的发展趋势随着科学技术的发展，锁相放大器的性能不断提高，应用领域不断拓展。
锁相放大器的发展趋势主要包括以下几个方面：一是性能的提高，包括测量精度的提高、频率范围的扩大、动态范围的增加等；二是功能的增强，包括新的信号处理算法、新的控制方式、新的接口标准等；三是应用领域的拓展，包括科学研究、通信、医学、生物化学、工业控制等领域的应用；四是结构的优化，包括体积的缩小、功耗的降低、成本的降低等。
锁相技术及频率合成
技术优势与挑战
技术优势
PLL和FS的结合可以实现快速频率切 换、低相位噪声、高分辨率等优点。
技术挑战
需要解决PLL和FS之间的相位噪声传 递和杂散抑制等问题，以确保输出信 号的质量。
实际应用案例
通信系统中的频率合成
用于产生稳定的本振信号，确保接收和发射信号的稳定性和准确 性。
雷达系统中的频率合成
锁相技术原理
锁相技术的基本原理是利用负反馈控制，将外部输入信号与 内部振荡信号进行相位比较，并根据比较结果调整内部振荡 器的参数，使两者的相位保持一致。
当外部输入信号的频率与内部振荡信号的频率相差较小时， 锁相环能够自动跟踪输入信号的频率，并保持两者之间的相 位差恒定。
锁相技术的应用
锁相技术在通信、雷达、导航 、测量等领域得到广泛应用。
智能化
利用人工智能和机器学习技术，实 现锁相技术及频率合成的智能化控 制，提高系统的自适应性。
研究热点与前沿
宽频带、高精度频率合成
01
研究宽频带、高精度频率合成技术，以满足通信、雷达、电子
对抗等领域的需求。
快速频率跳变
02
研究快速频率跳变技术，实现快速切换和灵活的通信方式，提
高通信系统的抗干扰能力和保密性。
电子对抗
在电子对抗领域，锁相技术和频率合成技术用于生成干扰信号和探测信
号，对于提高电子设备的抗干扰能力和探测能力具有重要作用。
02
锁相技术概述
锁相技术定义
Байду номын сангаас
01
锁相技术是一种通过相位比较和 调整实现信号频率跟踪和锁定相 位的电子技术。
02
它利用外部输入信号与内部振荡 信号的相位比较，自动调整内部 振荡器的参数，使两者的相位保 持一致。
锁相技术概括
锁相技术原理及应用学号：0808224030姓名：吕社钦第一章 锁相环路的基本工作原理第一节 锁定与跟踪的概念 一、相位关系描述锁相环路(PLL)是一个相位跟踪系统,方框表示如图1-1(a)。
图1-1 相位跟踪系统框图设输入信号 (1-1) 式中U i 是输入信号的幅度；ωi 是载波角频率；θi(t)是以载波相位ωit 为参考的瞬时相位。
若输入信号是未调载波,θi(t) 即为常数,是ui(t)的初始相位；若输入信号是角调制信号(包括调频调相),θi(t)即为时间的函数。
设输出信号 (1-2) 式中Uo 是输出信号的幅度；ωo 是环内被控振荡器的自由振荡角频率,它是环路的一个重要参数；θo(t)是以自由振荡的载波相位ωot 为参考的瞬时相位,在未受控制以前它是常数,在输入信号的控制之下,θo(t)即为时间的函数。
(注: 锁相环路是一个相位反馈控制系统,输入信号ui(t)对环路起作用的是它的瞬时相位,幅度通常是固定的.输出信号u0(t)的幅度Uo 通常也是固定的,只是其瞬时相位受输入信号瞬时相位的控制.因此,我们希望直接建立输出信号瞬时相位与输入信号瞬时相位之间的控制关系.我们先讨论两个不同频率信号之间的相位关系.)图1-2 输入信号和输出信号的相位关系图1-2(a)所示。
从图上可以得到两个信号的瞬时相位之差 (1-3)前面已经说到,被控振荡器的自由振荡角频率ωo 是系统的一个重要参数,它的载波相位ωot 可以作为一个参考相位。
这样一来,输入信号的瞬时相位可以改写为(1-4)令 (1-5)()sin[()]i i i i u t U t t ωθ=+()cos[()]o oo o u t U t t ωθ=+()[()][()]()()()e i i o o i o i o t t t t t t t t θωθωθωωθθ=+-+=-+-()()()i i o i o i o i o t t t t t ωθωωωθωωω+=+-+∆=-为输入信号频率与环路自由振荡频率之差,称为环路的固有频差。
锁相技术课件
一、概述
§6.3 频率合成
1. 概念
频率合成器是将一个高精确度和高稳定度的标准
参考频率，经过混频、倍频与分频等对它进行加、
减、乘、除的四则运算，最终产生大量的具有同样
精确度和稳定度的频率源。
2. 应用 频率合成器在雷达、通信、遥控遥测、电视广
播和电子测量仪器等方面得到了广泛的应用。
《锁相技术》
第6章 锁相环路的应用
于He (s)具有高通特性，只要在He (s) 的通带之内，
输出信号频偏正比于调制信号的幅度。----调频波
调相波：
2
(s)
He (s)
Ko s
sU F
(s)
对调制信号先 微分再调频
2 (s) He (s)KoUF (s)
输出信号相位正比于调制信号的幅度。----调相波
《锁相技术》
第6章 锁相环路的应用
音频信号调频，则输入瞬时频率为：
载频
i (t) c sin t
Δω为峰 值频偏
当 0 时，i c ，所以 实际是叠加到c 上的。
做出 H ( ji ) i 的关系图，就是环路对输入信号 瞬时频率i 的振幅频率响应：
《锁相技术》
第6章 锁相环路的应用
-3dB点
2c
① 具有带通滤波特性。带宽为 2c 。 ② 由于锁相环的跟踪性能，其中心频率可以跟踪输
fd
fo N V
fo N Vfr
①增加前置分频器，解决了输出频率高于程序分频
器的工作频率的问题，提高了输出频率范围。
《锁相技术》
第6章 锁相环路的应用
②输出频率增量为Vfr ，频率分辨率降低了。
③如果保持原有的频率分辨率 fr ，需要使参考频率
锁相技术学习心得体会doc
锁相技术学习心得体会篇一：锁相技术锁相技术论文题目：专业班级：学生姓名：学号：任课老师：陈燕锁相技术的核心 XX级通信工程1班 XX 年 6 月13日摘要本文介绍了锁相技术的核心锁相环路：一个实现相位自动锁定的控制系统。
锁相环路有两个突出的特性：1是窄带滤波特性；2是宽带跟踪特性。
这两个特性使得锁相技术在电子技术领域得到了广泛的应用，特别是随着集成电路技术、数字技术以及通讯和计算机技术的发展，极大地推动了锁相技术的发展和应用。
现在锁相技术已经形成一门比较系统的理论科学，锁相技术的应用主要包含以下几个方面：跟踪滤波、频率合成与频率变换、模拟和数字信号的相干解调、数字通讯、调制与解调、检波、稳频和位频等。
下面来主要介绍一下锁相技术的核心，掌握核心就能运用得当。
关键字：核心，锁相环路，运用锁相环路的工作原理：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。
锁相鉴频的原理。
锁相鉴频的原理。
锁相鉴频（也称锁相技术）是一种利用两个信号之间的相位关系来稳定振荡器的频率的一种技术。
它的原理是当电路中有一个特定频率的振荡器，而另一个被锁定的振荡器则可以调节该振荡器的频率，使其保持与另一个振荡器的频率相同。
锁相鉴频的基本原理是，使用一个参考振荡器来稳定另一个待测振荡器的频率，这样另一个振荡器的频率就可以与参考振荡器的频率保持一致。
由于参考振荡器的频率已知，因此可以推测待测振荡器的频率。
两个振荡器之间的差分频率也可以得到，这就是锁相鉴频的基本原理。
锁相鉴频系统通常由一个锁相鉴频控制器、一个待测振荡器和一个参考振荡器组成。
锁相鉴频控制器用于比较两个振荡器之间的相位差，并给出该相位差和各自频率的偏差，以调整待测振荡器的频率，使其与参考振荡器的频率保持相等。
锁相鉴频技术在很多领域都有广泛应用，例如航空航天、汽车电子、航天测控、电信传输、电力系统、科学仪器仪表等。
它可以实现较高精度的频率稳定度，是集效率、精度和可靠性于一体的技术。
锁相技术及频率合成
FM /RF 输入1
FM /RF
12 13
输入2
15
VC O 2 输入
3
VC O
输出 4
Uc 16
PD
A3 1
偏压参考源
环路 滤波器
14
13
LF
VC O
56
接定时 电 容C T
去加重 10
A1
A2
9 FM 解调输出
限幅器
7 跟踪范 围控制
8 － U c或 地
图7.16 L562方框图
运放输入 1 2
第7章 锁相技术及频率合成
相应地，鉴相器输出的误差电压ud(t)=AdsinΔωit。 显然，ud(t)是频率为Δωi的差拍电压。下面分三种情况 进行讨论：
(1)Δωi(t)较小，即VCO的固有振荡频率ωr与输入信 号频率ωi相差较小。
(2)Δωi较大，即ωr与ωi相差较大，使Δωi超出环路 滤波器的通频带，但仍小于捕捉带Δωp。
7.1.2 锁相环路的数学模型
1. 鉴相器
在锁相环路中，鉴相器是一个相位比较装置，用
来检测输入信号电压ui(t)和输出信号电压uo(t)之间的相 位差，并产生相应的输出电压ud(t)。
设压控振荡器的输出电压uo(t)为
uo(t)=Uomcos［ωrt+φo(t)］
(7―1)
设环路输入电压ui(t)为
锁定条件可写成
lim de(t) 0
t dt
(7―21)
把dφe(t)/dt＝0代入式(7―20)，可得
Asine(t)i
(7―22)
第7章 锁相技术及频率合成
上式表明，环路锁定时控制频差等于固有频差。
由于锁定时,φe(t)=φe(∞)，故由上式可得
锁相技术第二版课程设计
锁相技术第二版课程设计一、前言锁相技术是现代电子技术中的一个重要分支，其在通信、测量、控制等领域中得到广泛应用。
本课程旨在介绍锁相技术的原理、应用和实现方法等内容，希望通过本课程的学习，学生能够掌握锁相技术的基本理论和实际应用，提高其综合能力。
二、课程大纲1. 锁相技术基础•锁相环的基本原理•锁相环的组成和功能•锁相环的稳态和暂态分析2. 锁相技术应用•频率合成器的实现与应用•相位比较器的实现与应用•时序恢复器的实现与应用•噪声抑制器的实现与应用3. 锁相环性能分析•相位噪声和抖动分析•动态响应和稳态误差分析•锁定时间和稳定性分析4. 实验设计•锁相环稳态分析实验•锁相环暂态响应实验•锁相环应用实验三、学习要求1.学生需要具备电路分析、信号处理、数字电路等基本知识和实验技能；2.学生需要具备一定的数学基础，掌握傅里叶变换等相关知识；3.学生需要具备一定的编程能力，能够使用Matlab等软件实现锁相环相关实验设计和仿真；4.学生需要熟悉使用锁相环芯片和相关测试仪器，了解其原理和使用方法。
四、教学方法本课程采用理论讲授、实验教学相结合的教学方法。
1.理论部分：通过课堂讲授、PPT演示和问题解答等方式，让学生全面理解锁相技术的基本原理和应用；2.实验部分：通过实验操作和数据分析等方式，让学生深入了解锁相技术的实际应用和性能分析；3.课程设计：通过开设锁相技术相关的课程设计，培养学生综合运用锁相技术及其相关知识的能力。
五、考核方式本课程采用阶段性考核和综合性考核相结合的方式。
1.阶段性考核：每学期将定期进行理论考试和实验操作考核，考查学生的基本理解和实践能力；2.综合性考核：课程设计及论文，考查学生的锁相技术应用和发展能力以及综合素养。
六、参考资料1.John F. Kser,。
《锁相技术》课件
减小功耗的措施
采用低功耗的器件
如低功耗的VCO、鉴相器等。
优化电路设计
优化电路设计，降低功耗。
开启/关闭不必要的功能
在不需要时关闭某些功能，降低功耗。
01
锁相环路的测试与 验证
测试方法与测试环境
测试方法
采用模拟信号源和频谱分析仪对锁相环路的性能进行测试。
感谢观看
THANKS
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
21世纪
随着通信技术的发展，锁相技 术在移动通信、卫星通信等领
域得到广泛应用。
01
锁相环路的工作原 理
锁相环路的组成
鉴相器（PD）
VCO（压控振荡器）
用于检测输入信号与输出信号的相位 差。
用于产生可调频率的输出信号，通过 电压控制其振荡频率。
环路滤波器（LF）
用于滤除鉴相器产生的误差电压中的 高频分量，平滑输出电压。
锁相技术在其他领域的应用探索
要点一
总结词
要点二
详细描述
除了通信领域，锁相技术在其他领域也有广泛的应用前景 。
随着科技的不断发展，锁相技术的应用领域也在不断拓展 。未来，锁相技术有望在雷达、导航、电子对抗、电力系 统等领域得到广泛应用。例如，在雷达领域，锁相技术可 以实现高精度、高稳定性的频率源，提高雷达的探测精度 和距离分辨率；在电力系统领域，锁相技术可以用于实现 电网的稳定运行和故障诊断等方面。
测试环境
在实验室条件下进行，确保测试结果的准确性和可靠性。
测试结果与分析
测试结果
锁相环路在低频和高频段均表现出良 好的跟踪性能和噪声抑制能力。
16、锁相技术
锁相技术一、引言锁相，就是实现两个电信号相位同步的自动控制。
锁定放人器(LIA —L0ck —in AmDlmer)是锁相技术在微弱信号检测中的应用，本实验将研究锁定放大器的原理和应用。
实验的目的要求是：l 了解锁定放大器的工作原理，着重掌握相关器的原理。
2学会使用锁定放大器，并用它测量p ．n 结势垒电容。
二、原理(一)锁定放大器的基本原理本实验采用NL 一1锁定放大器，其原理框图见图12．k 锁定放大器是一种交流电压表，它能精确地测定深埋在噪声之中的周期重复信号的幅值及相位，这种抑制噪声的作用主要是通过相关器实现的，使用时，除要输入待测信号外，还要输入参考信号。
图12—1 NL 一1锁定放大器原理框图1、相关器 锁定放大器中的相关器如图12—2所示。
它由相乘电路和低通滤波器组成，相乘电路有许多形式，如开关型、电流控制型等等，NL 一1锁定放大器采用开关型。
低通滤波器具有压缩噪声带宽，让直流信号通过的作用，它抑制噪声的能力可以用“等效噪声带宽”图12—2相关器这一参数来描述，可以求出，图12—2中的低通滤波器的等效噪声带宽f n=1144RC T= 低通滤波器的时间常数T=Rc ，T 越长则f n 越小，但实际上由于漂移等问题，T 是不能太长的。
下面是相关器的工作原理。
相关器采用的是所谓相关接收技术。
设输入信号为()Vi t ，参考信号为()Vr t ，由于低通滤波器实际上是一个积分器，因此相关器的输出0V 是()Vi t 和()Vr t 乘积，再对时间积分，并取平均值有0V = ()1lim ()2T i t T V t Vr t dt T τ→∞--⎰ (12-1)式中t 是参考信号相对于输入信号的延迟时间，积分时间上限T 即低通滤波器的时间常数，通常把式(12．1)所表示的0V 称为()Vi t 和()Vr t 的相关函数，实现求相关函数的电子线路称为相关器或相关接收器。
下面的讨论会更清楚相关器的作用。
电路基础原理理解电路中的振荡与锁相技术
电路基础原理理解电路中的振荡与锁相技术电路作为现代科技的基础，广泛应用于通信、计算机和电子设备等领域。
其中，振荡和锁相技术是电路中重要的概念和应用。
本文将从电路基础原理的角度探讨振荡与锁相技术的原理和应用。
一、振荡的原理与应用振荡是指电路中产生连续的周期性信号的过程。
振荡电路由振荡器、反馈网络和功率放大器组成。
其中，振荡器提供反馈信号，反馈网络将一部分输出信号送回给振荡器，功率放大器则对输出信号进行放大。
振荡器的常见类型有晶体振荡器、LC振荡器和RC振荡器等。
晶体振荡器是利用晶体的谐振特性来产生稳定的频率信号，广泛应用于无线通信和计算机系统中。
LC振荡器则利用电感和电容的特性形成振荡回路，具有简单结构和高频率的特点。
而RC振荡器则基于电阻和电容的特性产生振荡信号，常用于低频振荡电路中。
振荡技术在通信和计算机领域中有着重要的应用。
例如，无线通信系统中需要稳定的射频信号作为载波信号，通过振荡器产生高稳定性的信号。
计算机系统中的时钟信号也是通过振荡器产生的，用于同步计算机各个部件的运行。
二、锁相技术的原理与应用锁相技术是指通过反馈调节信号的相位，使得输入信号与参考信号保持固定相位差的技术。
锁相技术可分为基带锁相和射频锁相两种类型。
基带锁相是将输入信号与本地参考信号进行相位比较，并通过反馈电路调节输入信号的相位，使其与参考信号保持稳定的相位差。
基带锁相技术广泛应用于通信系统中的解调器和调制器，用于恢复信号和生成调制信号。
射频锁相则是将输入信号与参考频率进行相位比较，并通过频率合成器调整输入信号的频率，使其与参考频率保持稳定的相位差。
射频锁相技术常用于微波通信系统和雷达系统中，用于频率合成和跟踪。
锁相技术在现代通信和雷达领域有着重要的应用。
例如，在通信系统中，锁相回路可以确保接收信号的有效解调和传输。
在雷达系统中，锁相技术可以确保发射和接收信号的相位同步，提高雷达的测距和测速精度。
结语振荡和锁相技术作为电路中重要的概念和应用，对于现代通信、计算机和电子设备的正常工作具有重要意义。
锁相技术
<<频率合成技术>>报告**:***学号:***************:***报告要求:1、锁相技术的发展历史2、频率合成技术的应用3、设计锁相电路一、锁相技术的发展历史频率源是现代电子系统的重要组成部分，被称为许多电子系统的“心脏”。
在通信、雷达和导航等设备中，它既是发射机的激励信号源，又是接收机的本地振荡器；在电子对抗设备中，它可以作为干扰信号发生器；在测试设备中，它可以作为标准信号源。
随着现代电工电子技术的不断发展，人们对频率源的要求越来越高。
性能卓越的频率源均通过频率合成技术来实现。
频率合成技术，就是将一个(或多个)基准频率变换成一个(或多个)合乎质量要求的所需频率的技术。
频率合成技术的理论形成于二十世纪三十年代左右，到现在大概经历了三代的发展过程。
1、第一代一直接模拟频率合成(DAFS)技术直接模拟频率合成(Direct Analog Frequency Synthesis)技术是一种早期的频率合成技术，原理简单，易于实现。
它由模拟振荡器产生参考频率源，再经谐波发生器产生一系列谐波，然后经混频、分频和滤波等处理产生大量的离散频率。
根据所使用的参考频率的数目不同可分为非相关合成方法和相关合成方法两种类型。
非相关合成方法使用多个晶体参考频率源，所需的各种频率分别由这些参考源提供。
它的缺点在于制作具有相同频率稳定性和精度的多个晶体参考频率源既复杂又困难，而且成本很高。
相关合成方法只是用一个晶体参考频率源，所需的各种频率都由它经过分频、混频和倍频后得到，因而合成器输出频率的稳定性和精度与参考源一样。
直接模拟频率合成方法的优点是频率转换时间短、相位噪声低，但由于采用大量的混频、分频、倍频和滤波等模拟硬件设备，使频率合成器的体积大、成本高、结构复杂、容易产生杂散分量，大多数硬件的非线性影响难于抑制。
2、第二代——基于锁相环(PLL)的间接频率合成技术锁相环是间接频率合成技术中的一个关键部分，它是一个负反馈环路，是一个实现相位自动锁定的控制系统，其输出信号与参考信号相位同步，简称PLL(Phase Locked Loop)。
锁相技术 郑继禹 西电
第一章 锁相环路的基本工作原理1-3 已知一阶环的 U ＝2V ， K ＝15KHz/V ， / 2 =2MHz ，问当输入频率分别为 d 0 0 1.98MHz 和 2.04MHz 的载波信号时，环路能否锁定？稳定相差多大？ 解：U 2V ， K 0 d15k rad s V 2 ， 2 2M rad/s2 1.98M rad/s ， 2 2.04M rad/s1 2 环路能够锁定的条件是 K固有频差 1： 2 ( 0.02)M 2 20k rad/s 01 1 0 固有频差 2： 2 0.04M 2 40k rad/s 02 2 0 环路增益： K U K 2 2 15k 2 30k rad/s d 0 对 处于同步带内，即 K ，环路锁定。
01 01 对 处于同步带外，即 K ，环路失锁。
02 02 01 arcsin 2 41.8 稳态相差 arc sine42。
K 3 1-4 已知一阶环的U ＝0.63V ， K ＝20kHz/V ， f ＝2.5MHz ，在输入载波信号作用下环 d 0 0 路锁定，控制频差等于 10KHz 。
问：输入信号频率 为多大？环路控制电压u (t ) =？稳态 i c 相差 ( ) =？e解： K 0220k rad/ s V ， 控制 2 10k rad/s ，环路增益 K U K 0.63 2 20K 2 12.6k rad/s d 0环路锁定时，固有频差等于控制频差，即 ＝ 控制 2 10 k rad/s =f 0 2.5MHz ， = 2 2500K rad/s固有频差 0 0 i= 2 2500k+2 10K = 2 2510k =5.02 10 6rad/si 0 0f 2.51MHzi2 10K 0.5V2 20K因为 控制 u t K 0 控制电压u t Kc c 02 10k 10sin e 2 12.6k 0.790 K 12.6 稳态相差earcsin 0.79 52.5 1-5 一阶环，设开环时u i (t ) 0.2sin 2 10 t (V )，u (t ) cos 2 10 t (V )3 4 i 0式中 、 为常数。
三相电压不平衡条件下改进的锁相技术
三相电压不平衡条件下改进的锁相技术在三相电网中，电压不平衡是指三相电压的幅值和相位之间存在差异，这可能是由于系统负载不均衡、线路阻抗不等等原因引起的。
电压不平衡问题会影响电力系统的稳定性，甚至对设备的正常运行产生不良影响。
为了解决这个问题，改进的锁相技术被提出并得到了广泛应用。
下面我将为您介绍一些改进的锁相技术，以提高电力系统的稳定性和设备的运行效果。
1. \[自适应锁相技术\]自适应锁相技术是指根据电网实际情况，动态调整锁相环路参数的技术。
通过监测电网的电压波形，并根据实时测量值来调整锁相环路的参数，以适应电网的电压不平衡情况。
自适应锁相技术可以实时跟踪电网的电压变化，并及时调整锁相环路的参数，使系统能够更好地适应电压不平衡的情况，提高系统的稳定性和设备的运行效果。
2. \[多频率锁相技术\]多频率锁相技术是指在锁相环路中引入多个频率的参考信号，以提高锁相环路对电压不平衡的跟踪能力。
通过引入多个频率的参考信号，可以增加锁相环路对电压不平衡的敏感度，提高系统的稳定性。
多频率锁相技术可以有效地抑制电压不平衡带来的负面影响，提高设备的运行效果。
3. \[基于模型的锁相技术\]基于模型的锁相技术是指利用电力系统的数学模型来进行锁相环路参数的优化和调整。
通过建立电力系统的数学模型，并基于这个模型进行参数优化，可以提高锁相环路对电压不平衡的跟踪能力。
基于模型的锁相技术可以根据电力系统的实际情况，对锁相环路的参数进行优化和调整，从而提高系统的稳定性和设备的运行效果。
总结：在三相电压不平衡条件下，改进的锁相技术可以提高电力系统的稳定性和设备的运行效果。
自适应锁相技术通过动态调整锁相环路参数，使系统能够更好地适应电压不平衡的情况；多频率锁相技术通过引入多个频率的参考信号，增加锁相环路对电压不平衡的敏感度；基于模型的锁相技术利用电力系统的数学模型进行参数优化和调整。
这些改进的锁相技术可以有效地解决电压不平衡问题，提高电力系统的稳定性和设备的运行效果。
锁相技术期末总结
锁相技术期末总结一、引言锁相技术是一种广泛应用于现代电子技术中的信号处理方法，主要用于提取信号中的相位信息。
它通过对输入信号与本地参考信号进行比较和修正，实现对信号相位的精确测量和调整。
锁相技术的应用领域非常广泛，包括无线通信、激光测距、声纳系统、医学影像等。
在本次课程学习中，我们深入了解了锁相技术的原理、应用和实现方法，并通过实践操作进一步巩固了对锁相技术的理解。
二、锁相技术的原理和基本概念锁相技术的原理是基于反馈控制和频率调制的，通过频率调制输入信号和本地参考信号，实现对信号相位的精确测量和调整。
1. 相位差测量原理通过将输入信号与本地参考信号进行乘法运算，并通过低通滤波器和放大器对乘积信号进行处理，最终得到与相位差成正比的直流电压。
根据这个原理，我们可以通过测量这个直流电压来得到输入信号与参考信号之间的相位差。
2. 锁相循环原理锁相循环是指通过反馈控制将输入信号的相位差调整到指定值的过程。
锁相循环由相位比较器、环路滤波器、VCO（Voltage Controlled Oscillator）和反馈网络等组成。
相位比较器用于比较输入信号的相位差和参考信号的相位差，输出误差信号；环路滤波器用于对误差信号进行滤波；VCO用于将滤波后的误差信号转换成频率信号，并与参考信号进行混频；反馈网络将VCO的输出作为参考信号送回相位比较器，形成一个闭环控制系统。
三、锁相技术的应用锁相技术在各个领域中都有广泛的应用，下面主要介绍其中几个典型的应用。
1. 通信领域锁相技术在通信领域中的应用主要包括载波恢复、时钟恢复和时钟同步。
在接收端，通过锁相环的频率跟踪功能可以自适应地追踪和调整接收信号的频率，从而实现载波恢复。
而由于通信系统中的时钟信号也是通过调制到信号中进行传输的，因此通过锁相循环也可以实现对时钟信号的恢复和同步。
2. 激光测距锁相技术在激光测距领域中被广泛应用。
激光测距的原理是利用激光光束射到目标上并接收反射光，通过测量光传播的时间来计算目标的距离。
锁相技术2
第五章集成锁相环锁相技术可广泛用于广播电视、雷达通信、频率合成、信号自动跟踪、自动控制、FM 解调、电机稳速、抑制电网干扰、时钟同步等领域。
本章首先介绍锁相环的基本概念，然后重点阐述CMOS集成锁相环CD4046的工作原理与应用技术。
第一节锁相环简介众所周知，如果广播电台发射的信号频率不稳定，或者超外差式收音机的本级振荡频率不稳定，在收听节目时就很容易发生“跑台”、“串台”现象，严重影响收听效果。
假设收音机具有自动跟踪电台的本领，能根据电台频率的变化随时调整本振频率，确保465kHz的差频不变，则上述问题可迎刃而解。
而这正是锁相环的用途之一。
目前，在现代通信设备、彩色电视机、高档收录机中，广泛采用了锁相技术。
所谓锁相，就是实现相位同步。
能使两个电信号的相位保持同步的闭环系统叫锁相环（PLL）。
锁相环主要包括四部分：相位比较器（PD亦称鉴相器），低通滤波器（LPF）；压控振荡器（VCO）；负反馈电路（运算器）。
锁相环属于闭环控制系统，其基本构成如图5-1所示。
使用锁相环时一般要在负反馈线路中插入一个运算器：除法器（÷N）、乘法器（×N图5-1 锁相环的基本构成）、加法器（＋N）或减法器（－N）。
若令锁相环的输出频率f2分别为N f1、f1/Ｎ、f1＋Ｎ、f1－N，则运算器的输出频率f2'依次对应于f2/N、Nf2、f2－N、f2＋Ｎ。
压控振荡器的输出信号为U O(t)，运算器的输出信号为U'O(t)。
相位比较器一端接输入信号U I(t)，另一端接比较信号U'O(t)。
比较器将U I(t)与U'O(t)的相位进行比较，产生一个与二者的相位差△Φ成正比的误差电压UΦ(t)。
UΦ(t)再经过低通滤波器滤除高频分量，得到平均值电压即控制电压U d(t)，加到VCO的控制端，使之振荡频率改变，进而使f2'向输入信号频率f1靠拢，二者频率差迅速减小，直至△f＝0，f2'＝f1。
锁相技术5-1(原理)-射频通信电路
未来，随着通信需求的不断增长和 技术的不断创新，锁相技术将继续 发展，实现更高的性能和更广泛的 应用。
02
锁相环的工作原理
锁相环的基本组成
01
02
03
鉴相器
用于比较输入信号和反馈 信号的相位差，输出误差 电压。
环路滤波器
用于滤除误差电压中的高 频分量，平滑输出控制电 压。
压控振荡器
用于产生振荡信号，其频 率受控制电压的影响。
锁定时间问题
总结词
锁定时间是衡量锁相环性能的重要指标，过长的锁定时间会 影响信号的实时传输。
详细描述
锁定时间是指锁相环从失锁状态到达到锁定状态所需的时间 。为了缩短锁定时间，可以采用快速锁定技术，如开关电容 滤波器、电荷泵锁相环等。此外，还可以通过优化环路带宽 和滤波器参数，提高环路的响应速度。
调频解调问题
总结词
调频解调问题是锁相环在解调过程中可能遇到的问题，它会影响解调信号的质量。
详细描述
调频解调问题通常是由于调频信号的线性范围有限或解调过程中引入的失真引起的。为了解决这个问 题，可以采用预加重、去加重等技术来提高信号的线性范围，同时优化解调算法和参数，以减小失真 和误差。
06
锁相环的发展趋势与未 来展望
自动跟踪
锁相技术能够自动跟踪和调整信号的相位，实现快速锁定和稳定跟踪。
高精度
锁相技术能够实现高精度的相位调整，有利于提高信号质量和通信性 能。
抗干扰能力强
由于锁相技术能够消除或减小信号相位噪声和干扰，因此具有较强的 抗干扰能力。
锁相技术在射频通信中的应用
频率合成
频率跟踪与扩展频段应用
锁相技术在频率合成中广泛应用，通 过锁相环实现高精度、低噪声的频率 输出。
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2、同步带 H ： 精度，是一项重要指标。
锁相环路能够保持锁定状态所允许的最大固有频差。
o 、P 、H 之间的关系：
H P o
i'' i' i
o
《 锁相技术》
i
i'
'' i
第1章 锁相环路的基本工作原理
§1.2 环路组成及模型建立 锁相环路的基本构成： 鉴相器（ PD ） 环路滤波器（ LF ） 压控振荡器（VCO ）
当A很大时，（负号对环路没有影响，忽略）
F ( p) 1 p2 p1
理想积分滤波器的传输算子
1 R1C 2 R2C
高增益有源比例积分滤波器称为 理想积分滤波器
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
三、压控振荡器 压控振荡器是一个电压-频率变换装置，如图
uc (t)
VCO
工作过程
e (t) 不为零
相位模型是进一步研究锁相环的基础
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
§1.3 环路的动态方程 根据环路相位模型可以得到：
e(t) 1(t) 2(t)
ud (t)
22((tt))
KUoUd dsiFn(ppe)(sti)nFe(t()p)
F ( j) 1
1 j1
F( j)
幅频特性
ArgF( j) 相频特性
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
2. 无源比例积分滤波器
F( p) 12 p 11p
F(s) 12s 1 1s
F ( j) 1 j 2 1 j1
τ1=(R1+R2)C τ2=R2C
随时
间的增长逐渐增大，锁相环路处于非锁定状态 （失锁状态）。
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
二、捕获过程 概念：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。
捕获过程中：
瞬时相差 e (t)
瞬时频 差
e (t)
2n e
数值很小 的量，但
压控振荡器输出信号的瞬时相位为：
t
t
v ( )d ot Ko uc ( )d
0
0
则有：
t
2 (t) K0 uc ( )d
0
1 p 是积分算 子，VCO固
K0 p
uc
(t)
VCO的数学模型 （如图）
有的积分环节
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
四、环路相位模型
o i o
输入信号的瞬时相位为：
it i (t) ot ot i (t) ot 1(t)
输出信号的瞬时相位为：
ot o (t) ot 2 (t)
以 ot 为参
考的输入信号 的瞬时相位
以 ot 为参考
的输出信号的 瞬时相位
《 锁相技术》
1、 pe (t)
环路的瞬时频差
2、
p1(t)
o
di (t)
dt
在输入固定频率信 号的情况下等于零
p1(t) o
环路的固有频差
3、KF ( p)sine (t) K0Ud F ( p)sine (t)
K0ud (t)F ( p) K0uc (t)
p2 (t)
相位超 前因子
积分 因子
对数频率特性如图所示：
低通特性、相位滞后
电路构成如图所示：
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
3、 有源比例积分滤波器
电路构成如图所示：
F ( p) A1 p 2 1 p1
A是运算放大器无反馈时的电压增益
式中τ1=(R1+AR1+R2)C；τ2=R2C；
由于i (t)和o (t) 的参考点不同，
对输入信号的瞬时相位做如下变换。
it i (t) ot (i o )t i (t)
o i o
锁相环路的 “固有频差”
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
固有频差：为输入信号角频率与环路自由振荡 角频率之差，称为环路的固有频差。
VCO瞬时角频率
v相(t)对于 的o (t)
频差，称为控制频
差。
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
这样动态方程就可以写成：
瞬时频差 = 固有频差 - 控制频差
环路开始工作时，控制频差为零；随着时间
的增长，固有频差不变，控制频差增长，瞬时频
差减小；锁定后固有频差等于控制频差，瞬时频
差为零。此时，环路稳态频差为零，v即 i ，
进入同步状态后：e (t) e
o (t) ot i e
输出信号表达式 为：
uo (t) Uocoo(st[)otoot i e ]
Uo cos[ot (i o )t i e ]
UUooccoos[s(ot it i ie ]e )
一阶非线性 微分方程
当
F( p) 1
1 p1
时（ RC积分滤波器）：
pe (t)
p1 (t )
K
1
1
p1
sin
e
(t
)
二阶非线性 微分方程
当 F( p) 为高阶滤波器时，动态方程为高阶非 线性微分方程，锁相环为高阶锁相环，不是本课 程涉及的内容。
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
二、环路滤波器 特点： 1、环路滤波器具有低通滤波特性，ud (t) uc (t) 。 2、环路滤波器的参数调整，对环路各项性能指 标产生重要影响。
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
环路滤波器的模型及分析方法：
1、时域模型：
F( p)
p d dt
不为零
数值很小 的量，但
不为零
这一过程所用的时间为捕获时间 TP
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
捕获过程中瞬时相差与瞬时频差的典型时间图分析
．
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
三、锁定状态
环路锁定状态（同步状态）的条件：
e((tt))
(t) 2n e
设输出信号为：uo (t) Uo cos[ot o (t)]
PLL内部VCO的 自由振荡角频率
是在输入信号控制下，
相对于 ot的瞬时相位，
是时间 t 的函数。
锁相环路中，输入信号 ui (t) 对环路的作用是 在它的瞬时相位 i (t) i (t) 的作用下，改变输出 信号 uo (t) 的瞬时相位 o (t) o (t) ，所以对于锁相 环路来说，更关心的是它的输入和输出信号的相
位关系。
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
一、相位关系
ui (t) uo (t)
UUOi 在在虚实轴轴上上的的投投影影来来表表示 示（如图）
从图上可以得到两个信号的瞬时相位之差
e (t) [it i (t)] [ot o (t)] (i o )t i (t) o (t)
第1章 锁相环路的基本工作原理
第一章 锁相环路的基本工作原理
本章主要内容： 锁相环路的一些基本概念的建立 锁相环路的数学模型和动态方程的确立 一阶锁相环路的分析
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
§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
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
一、鉴相器 功能：相位比较器
1、检测 1(t) 和 2 (t) 的相位差 e (t) 。 2、输出的误差信号 ud (t) 是相差e (t) 的函数，即
ud (t) f [e(t)]
实现方案：一般用乘法器来实现（如图）
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
e
特例：环路输入固定频率信号时的分析
载波
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)]
常数
则有： e (t) 1(t) 2(t)
ot i o (t)
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
相对与 it的
设输入信号为： ui (t) Ui sin[it i (t)] 瞬时相位
1.当 i (t) =常数时，i (t) 是初相，ui (t)是载波。 2.当i(t) 是t 的函数时，ui (t)是角度调制信号（调频 或调相）。
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
2o成分
经LPF后输出信号为：
ud
(t)
1 2
KmUiUo
sin[1(t)
2 (t )]
Ud 为鉴相
器的最大 输出电压
ud
(t)
U1
2
dKsmiUniUe (ot
)
环路的瞬 时相差
鉴相器的数学模型
《 锁相技术》
第1章 锁相环路的基本工作原理
鉴相器的数学模型可以表示为： 鉴相器的鉴相特性为如图所示的正弦鉴相特性：
o (t)
在环路中作为被控振荡器,它的振荡频率应随输
入控制电压 uc (t) 线性地变化，即应有变换关系：
v (t) o Kouc (t)