锁相环发展现状
2023锁相环
2023锁相环
简介
锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）是一种常见的电路设计，
具有广泛的应用领域。
本文将介绍2023年的锁相环技术发展趋势
以及在不同领域中的应用。
技术趋势
1. 高速通信锁相环：随着互联网的快速发展，对于高速通信的
需求越来越大。
2023年，锁相环将更加关注高速通信领域，提供更高的数据传输速率和更稳定的时钟同步功能。
2. 低功耗锁相环：随着移动设备的普及和无线通信的广泛应用，低功耗锁相环将成为2023年的热点技术。
优化能耗是未来锁相环
设计的重要目标之一。
3. 数字锁相环：数字锁相环在时钟同步和数据处理方面具有独
特的优势，2023年将进一步推动数字锁相环技术的发展，提高其性能和可靠性。
应用领域
1. 通信领域：锁相环在无线通信、光纤通信和卫星通信等领域中起着关键作用。
2023年，随着5G技术的广泛应用和通信网络的扩展，锁相环在通信领域的应用将进一步增加。
2. 显示技术：锁相环可用于液晶显示器（LCD）和有机发光二极管显示器（OLED）等显示技术中，提供稳定的时钟信号，保证显示效果的质量。
3. 测量仪器：锁相环在测量仪器中被广泛应用，可提供高精度的时钟同步和频率测量功能。
4. 音频处理：锁相环可应用于音频处理领域，提供清晰的音质和准确的音频同步功能。
总结
2023年的锁相环技术发展将聚焦在高速通信、低功耗和数字化方面。
锁相环在通信、显示技术、测量仪器和音频处理等领域都具有重要的应用价值。
我们期待锁相环在不断发展的科技领域中发挥更加重要的作用。
双二阶广义积分器锁相环的不足
双二阶广义积分器锁相环的不足
双二阶广义积分器锁相环的不足主要表现在以下几个方面：
1. 针对双二阶广义积分器软件锁相环在谐波畸变和直流偏置条件下的不足，虽然通过级联自调谐滤波器，运用积分反馈信号消除直流偏置，利用改良的角频率输出，设计得到改进的双二阶广义积分器软件锁相环，但仍然存在一定的问题。
2. 对于三相增强型软件锁相环在谐波畸变和直流偏置条件下无法准确检测电网同步信息的问题，虽然利用基于直流抑制改进的复系数滤波器，增强了其滤除谐波和抑制直流的性能，同时运用低通滤波器进一步减弱谐波的影响，设计得到改进的三相增强型软件锁相环，但仍有一定的不足。
综上所述，双二阶广义积分器锁相环在谐波畸变和直流偏置条件下存在不足。
锁相环的原理及应用论文
锁相环的原理及应用论文锁相环是一种控制系统中常用的技术手段，它的原理是通过对输入信号进行相位检测和调节，使得输出信号与参考信号之间始终保持特定的相位关系。
锁相环广泛应用于通信、测量、控制等领域，能够有效地提高系统的稳定性和抗干扰能力。
本文将围绕锁相环的原理和应用展开详细论述。
锁相环的原理基于负反馈控制理论，其基本结构包括相位比较器、低通滤波器、电压控制振荡器（VCO）和分频器等组成。
其中，相位比较器用于比较输入信号和参考信号的相位差，得到控制电压；低通滤波器用于平滑控制电压，避免频率偏移；VCO根据控制电压调节输出信号的频率，使其与输入信号保持一定的相位关系；分频器将输出信号进行分频，得到反馈信号输入到相位比较器，构成闭环控制系统。
通过不断调节VCO的频率，使得输入信号和参考信号之间的相位差保持在一个稳定的范围内，从而实现锁相的目的。
锁相环在通信系统中有着重要的应用。
在数字通信中，接收到的信号往往受到噪声和失真的影响，其相位和频率可能会发生偏移。
利用锁相环技术，可以实现信号的恢复和重构，使得接收到的信号能够与发送端的时钟信号同步，从而实现可靠的数据传输。
此外，锁相环还能够用于频率合成器的设计，通过对参考信号施加锁相环控制，可以获得稳定的输出频率信号，满足系统对时钟信号稳定性和频率准确性的要求。
在测量和控制系统中，锁相环也具有重要的应用价值。
例如，在频谱分析仪中，为了获得更加精确的频率测量结果，可以采用锁相环技术来提高频率测量的准确性和稳定性。
在激光干涉仪中，锁相环可以实现对干涉信号的稳定检测和测量，从而提高仪器的测量精度。
在实时控制系统中，锁相环也可以用于对时间基准信号的稳定提取和跟踪，保证系统的稳定性和精度。
总之，锁相环作为一种重要的控制技术，在通信、测量、控制等领域都有着广泛的应用前景。
通过对锁相环原理的深入理解和应用，可以有效地提高系统的稳定性和可靠性，满足不同领域对于信号同步、频率稳定和相位精度的需求。
《应用于LVDS的锁相环电路研究》
《应用于LVDS的锁相环电路研究》一、引言随着科技的快速发展，现代电子设备在速度、准确性和效率等方面有着更高的需求。
在此背景下，锁相环（PLL）电路因其能够提供精确的频率和相位同步功能，在通信、数据传输和时钟恢复等领域得到了广泛应用。
而LVDS（低电压差分信号）作为一种高速、低噪声的数据传输技术，与锁相环电路的结合更是为高速数据传输提供了可靠的技术支持。
本文将针对应用于LVDS 的锁相环电路进行深入研究。
二、LVDS技术概述LVDS是一种用于高速数据传输的低电压差分信号技术。
其优点包括低功耗、低噪声、高数据速率以及高抗干扰能力等。
LVDS信号传输过程中，通过差分驱动器和接收器将数据以差分形式进行传输，大大提高了数据的稳定性和可靠性。
三、锁相环电路的基本原理锁相环电路是一种能够自动调整输出信号的频率和相位，使其与输入信号保持一致或特定关系的电路。
它主要由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成。
鉴相器用于检测输入信号与输出信号之间的相位差；环路滤波器则用于滤除鉴相器输出中的高频噪声和干扰，为压控振荡器提供稳定的控制电压；压控振荡器则根据控制电压调整其输出频率和相位。
四、应用于LVDS的锁相环电路设计在LVDS系统中，锁相环电路的作用是恢复和同步接收到的数据时钟信号。
针对LVDS的特殊需求，锁相环电路设计需考虑以下因素：1. 高速性能：为适应LVDS的高速数据传输需求，锁相环电路应具备高速响应和快速锁定能力。
2. 低噪声：LVDS系统要求低噪声信号传输，因此锁相环电路应具备低噪声性能。
3. 稳定性：为保证数据的准确传输，锁相环电路应具有良好的稳定性。
根据上述要求，应用于LVDS的锁相环电路设计可以采取以下策略：五、锁相环电路的硬件设计在设计针对LVDS系统的锁相环电路时，我们需要综合考虑硬件架构和元件选择。
鉴相器是电路的核心部分之一，应选择具有高灵敏度和低噪声特性的鉴相器，以准确检测输入信号与输出信号的相位差。
锁相环技术在频率跟踪中的应用研究
锁相环技术在频率跟踪中的应用研究1. 应用背景随着科学技术的不断进步，对高精度频率跟踪技术的需求越来越高。
频率跟踪在通信、雷达、导航、测量等领域都有广泛的应用，例如无线通信系统中需要实时跟踪载波频率，雷达系统中需要实时跟踪回波信号的频率等。
而锁相环（Phase Locked Loop，PLL）技术由于其快速、准确和稳定的特性，成为了频率跟踪中最常用的技术之一。
锁相环是一种用于提取和稳定输入信号频率的闭环控制系统。
它通过不断调整自身产生的参考信号与输入信号之间的相位差，使得两者保持同步。
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。
2. 应用过程锁相环技术在频率跟踪中的应用过程可以分为以下几个步骤：2.1 输入信号采样需要对输入信号进行采样。
这可以通过模数转换器（ADC）来实现，将连续的输入信号转换为离散的数字信号。
采样频率需要满足奈奎斯特采样定理，即采样频率至少是输入信号最高频率的两倍。
2.2 相位比较接下来，将采样得到的输入信号与锁相环内部产生的参考信号进行相位比较。
相位比较器通常采用乘法器或者差分放大器等电路实现，其输出为两个信号之间的相位差。
2.3 相位差检测与滤波将相位比较器的输出经过低通滤波器进行滤波处理，得到一个与相位差相关的直流电压。
低通滤波器可以有效地去除高频噪声，并保留低频分量。
2.4 控制振荡器调节通过调节控制振荡器（VCO）的频率，使其与输入信号保持同步。
控制振荡器是一种根据输入电压调整输出频率的振荡器，其输出频率与输入电压成正比。
2.5 反馈调整将控制振荡器的输出信号经过分频器进行降频，并作为反馈信号输入到相位比较器。
这样，控制振荡器的频率将根据相位比较器的输出进行调整，实现闭环控制。
2.6 输出频率跟踪锁相环通过不断调整控制振荡器的频率，使其与输入信号保持同步。
输出信号的频率可以通过控制振荡器的输出频率来获取，从而实现对输入信号频率的跟踪。
3. 应用效果锁相环技术在频率跟踪中具有以下优势和应用效果：3.1 快速跟踪锁相环技术能够快速地跟踪输入信号的频率变化。
锁相环论文
毕业设计（论文）论文题目：锁相环设计学生姓名：何宝园学号： 082006008专业：电子信息工程指导教师：程伟第1章绪论1.1 课题研究的目的意义本次进行研究的课题是全数字锁相环。
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。
锁相环在通信、雷达、测量和自动化控制等领域应用极为广泛，随着电子技术向数字化方向发展，需要采用数字方式实现信号的锁相处理。
因此，对全数字锁相环的研究和应用得到了越来越多的关注。
传统的数字锁相环系统是希望通过采用具有低通特性的环路滤波器，获得稳定的振荡控制数据。
对于高阶全数字锁相环，其数字滤波器常常采用基于DSP 的运算电路。
这种结构的锁相环，当环路带宽很窄时，环路滤波器的实现将需要很大的电路量，这给专用集成电路的应用和片上系统SOC（system on chip）的设计带来一定困难。
另一种类型的全数字锁相环是采用脉冲序列低通滤波计数电路作为环路滤波器，如随机徘徊序列滤波器、先N 后M 序列滤波器等。
这些电路通过对鉴相模块产生的相位误差脉冲进行计数运算，获得可控振荡器模块的振荡控制参数。
1.2 国内外研究现状1.2.1 锁相环技术的产生背景锁相环路诞生于20世纪30年代。
在40年代开始在电视接收技术中得到广泛应用。
此后空间技术的发展又极大的促进了锁相技术的发展，现已广泛应用于电子技术的各个领域。
随着数字电路技术的发展，数字锁相环在调制解调、频率合成、FM 立体声解码、彩色副载波同步、图象处理等各个方面得到了广泛的应用。
数字锁相环不仅吸收了数字电路可靠性高、体积小、价格低等优点，还解决了模拟锁相环的直流零点漂移、器件饱和及易受电源和环境温度变化等缺点，此外还具有对离散样值的实时处理能力，已成为锁相技术发展的方向。
锁相环
1.引言从1932年，de Bellescize实现第一个锁相环，提出同步检波理论开始，人们就在不断探索锁相环技术的应用。
但直到20世纪70年代，由于集成电路技术高速发展，集成锁相环技术逐渐兴起，锁相环的成本逐渐降低，功能逐渐完善，才为锁相环技术的应用提供了广阔的空间。
到目前为止，在通信雷达、测量仪表、航天航海、计算机以及工业、地质等等技术领域，广泛的应用锁相环进行滤波，频率合成，调制解调等工作。
随着数字电子技术逐渐成熟，数字锁相环也随之兴起。
大量涌现的数字锁相环在数字载波信号传输同步，位同步，相干解调技术等方面应用广泛。
但是数字锁相环的出现一开始其实是一个半模拟的电路，电路中还是有一部分模拟器件，模拟器件就会受到温度和电压等因素的影响，为了解决这些问题，出现了全数字锁相环技术。
全数字锁相环精度高，不会受到电压和温度的影响，可预设锁相环的中心频率和环路带宽，易于构建高阶锁相环。
随着集成电路技术的发展，锁相环的频率不断提高，而且还可以把整个系统制造成SOC，将锁相环电路制作成一个功能IP核嵌入SOC中构成片内锁相环。
同时随着FPGA和CPLD等技术的快速发展，全数字锁相环的实现方法和性能指标也得到了很快的发展和很大的提高。
锁相环技术虽然已经80多年的发展历史，但锁相环技术的应用领域也在不断扩大，不断发展的高科技对锁相环技术的性能要求也在不断提高，国内外许多电路设计工程师都在对锁相环技术进行持续研究以获得新的锁相环结构来满足不同场合的性能需要。
区别于传统的全数字锁相环，本文在电路中加入N值控制电路，着重讨论两个方面的问题，一是对锁相状态进行监测，通过对异或门鉴相器输出波形dout 的监测来判断锁相环是否已进入锁定状态；二是对N分频器的N值制作了一个N值产生模块，通过高频时钟对输入信号fin的高电平时间进行采样，产生出系统实际需要的N值，大大方便了锁相环在带宽范围内对任意频率的输入信号的频率跟踪。
2. 系统方案经典的数字锁相环（DPLL）是一个半模拟的电路。
二阶广义积分器锁相环
二阶广义积分器锁相环二阶广义积分器锁相环是一种常见的控制系统结构，广泛应用于信号处理、通信系统、自动控制等领域。
它通过对输入信号进行积分和滤波，实现对输入信号的相位和频率的锁定，从而实现精确的信号重构和频率跟踪。
本文将从原理、应用以及优缺点三个方面来介绍二阶广义积分器锁相环。
一、原理二阶广义积分器锁相环由相位检测器、低通滤波器和积分器组成。
其中，相位检测器用于比较参考信号和输入信号的相位差，产生一个误差信号。
低通滤波器用于滤除误差信号中的高频成分，使其成为一个平滑的控制信号。
积分器则对控制信号进行积分，得到一个相位调整信号，用于调整输入信号的相位。
通过不断迭代，最终实现输入信号与参考信号的相位和频率的锁定。
二、应用二阶广义积分器锁相环在通信系统中的应用非常广泛。
例如，它可以用于解调和调制信号，实现信号的解调和调制。
另外，它还可以用于频率合成器中，实现精确的频率合成。
此外，在自动控制系统中，二阶广义积分器锁相环可以用于跟踪和锁定输入信号的频率，从而实现对系统的稳定控制。
三、优缺点二阶广义积分器锁相环具有如下优点：1. 高精度：二阶积分器可以实现对输入信号的精确积分，从而实现高精度的相位和频率锁定。
2. 快速响应：广义积分器结构使得系统具有快速响应的特点，能够快速跟踪输入信号的变化。
3. 稳定性好：锁相环具有良好的稳定性，能够在输入信号发生变化时迅速调整输出信号，保持稳定的相位和频率。
4. 抗干扰能力强：锁相环通过滤波器对输入信号进行滤波，可以抑制噪声和干扰信号，提高系统的抗干扰能力。
然而，二阶广义积分器锁相环也存在一些缺点：1. 系统复杂性高：锁相环系统由多个模块组成，需要精确的参数调节和把握，增加了系统的设计和调试难度。
2. 非线性特性：锁相环系统在某些情况下可能会出现非线性特性，导致输出信号产生失真。
3. 抖动问题：锁相环系统在相位调整过程中可能出现抖动现象，影响系统的稳定性和精度。
总结：二阶广义积分器锁相环是一种常见的控制系统结构，具有高精度、快速响应、稳定性好和抗干扰能力强等优点。
几种锁相环芯片在移动通信及其他环境中的应用
几种锁相环芯片在移动通信及其他环境中的应用【摘要】锁相环是一种可以产生输出信号相位与输入标准信号相位相关的控制系统。
本文简介了锁相环的发展简史以及其在现代移动通信中的重要地位，并介绍了Freescale公司的MC33493芯片在轮胎压力检测中的实际应用。
【关键词】锁相技术；频率合成一、锁相环的发展简史锁相环是一种可以产生输出信号相位与输入标准信号相位相关的控制系统。
它的电路结构包括一个压控振荡器，鉴频器和环路滤波器。
锁相环电路通过比较输入标准信号和从输出振荡器得到的信号来调节振荡频率使其相位匹配。
从鉴频器中得到的信号电压信息用来在反馈环路中控制振荡器。
因频率是相位的导数，那么保持输入输出相位入锁意味着输入输出的频率同时入锁。
因此，锁相环可以跟踪一个输入频率或者产生一个和输入频率成倍数关系的输出频率。
前一个性质多用来解调，后一个性质多用来间接频率合成。
电子振荡器的自动同步是在1923年第一次被提出的。
最早关于我们现在所说的锁相环的研究要则追溯到1932年，当时英国的科研人员研究出了可以替代Edwin Armstrong超外差接收机的零差接收机（直接转换接收机）。
这个系统的目的是研制一种所需更少调谐电路，可以替代超外差接收机的接收机。
因为本地振荡器容易产生快速的频率漂移，振荡器使用了一种自动校正的信号，保证了期望的相同相位和频率。
这种技术由法国科学家Henri de Bellescize于1932年在法国杂志L’Onde ?lectrique上发表。
当Signetics公司于1969年研发出了像NE565这种可以集成一个完整地锁相环系统于一个芯片上的单片集成电路的时候，锁相技术的大规模应用爆发了。
目前锁相环广泛应用在广播收音机，远程通信，计算机和其他电子设备中。
它可以把信号从噪声信道中恢复出来，产生一个与输入信号成倍数关系的稳定输出频率（频率合成），或者在像在微处理器的这种数字逻辑器件中分配时钟的脉冲信号。
通信电子中的锁相环技术
通信电子中的锁相环技术随着现代通信技术的快速发展，锁相环技术也越来越受到广泛关注。
锁相环技术是一种基于反馈控制的频率稳定技术，广泛应用于现代通信电子领域。
本文将深入探讨锁相环技术的原理、应用场景以及未来的发展趋势。
一、锁相环技术的基本原理锁相环技术是一种反馈控制系统，其基本原理是将被测信号与参考信号进行相位比较，然后将反馈信号送回到相位比较器中，以实现对输出信号的控制。
锁相环技术的核心是相位比较器、低通滤波器和晶振。
其中，相位比较器用于比较被测信号与参考信号的相位差，低通滤波器用于滤除高频噪声，晶振则提供稳定的时钟信号。
锁相环技术主要分为两种类型，分别是模拟锁相环和数字锁相环。
模拟锁相环是基于模拟电路实现的，具有快速响应和较高的频率分辨率，但受制于器件的稳定性和精度；数字锁相环则是采用数字信号处理技术实现的，具有高的精度和稳定性，但带宽和响应速度相对较低。
二、锁相环技术的应用场景锁相环技术在现代通信电子领域具有广泛的应用，例如数字时钟的生成、频率合成、相位调制等。
以下是锁相环技术在不同领域中的应用场景：1.数字时钟的生成。
在计算机领域中，锁相环技术被用于生成高精度的数字时钟信号，以保证系统的时序同步性和稳定性。
锁相环技术能够对输入信号进行精确的频率和相位调节，从而生成高度稳定和准确的时钟信号。
2.频率合成。
频率合成是指通过将多个不同频率的信号混合在一起，生成一个新的精确的输出信号。
在无线电领域中，锁相环技术被用于合成不同频率的射频信号，以实现无缝切换和调节。
3.相位调制。
在通信领域中，锁相环技术被用于相位调制，以实现调制信号的准确控制。
锁相环技术能够将参考信号和调制信号进行相位比较，并根据结果进行反馈控制，从而达到精确调制的目的。
三、锁相环技术的未来发展趋势随着通信技术的不断进步，锁相环技术也在不断演进和发展。
以下是锁相环技术未来的发展趋势：1.高频率、宽带应用。
随着5G、6G等高速移动通信网络的发展，对于锁相环技术的带宽和频率要求也越来越高。
一文让你彻底明白“什么是锁相环PLL及其工作原理”
一文让你彻底明白“什么是锁相环PLL及其工作原理”锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种广泛应用于通信、数据传输、时钟同步等领域的电子电路。
它在这些应用中起着重要的作用，可以解决信号同步、频率合成、相位调制等问题。
本文将详细介绍什么是锁相环、它的工作原理，以及一些常见的应用场景。
一、什么是锁相环锁相环是一种反馈控制系统，通过比较输入信号的相位与参考信号的相位之间的差异来调整输出信号的相位和频率，使得输出信号与参考信号保持相位和频率的一致。
原理上，锁相环通过不断采样输入信号，并将其与参考信号进行比较，然后根据比较结果调整输出信号的相位和频率。
通过这种方式，锁相环可以将输入信号的频率和相位稳定在与参考信号一致的状态下。
一般来说，锁相环由锁相检测器、低通滤波器、电压控制振荡器和频率分割器等主要组成。
二、锁相环的工作原理1. 锁相检测器（Phase Detector）：锁相检测器是锁相环的核心部分。
它用于比较输入信号的相位差异，并产生一个误差信号。
常见的锁相检测器有相位比较器、采样比较器等。
相位比较器将输入信号和参考信号进行比较，并输出一个高电平或低电平的信号，表示输入信号相位与参考信号的相位关系。
2. 低通滤波器（Low Pass Filter）：低通滤波器用于平滑锁相检测器输出的误差信号，减小噪声的影响。
它通过将误差信号经过滤波器，然后输出平滑后的信号给电压控制振荡器。
3. 电压控制振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，简称VCO）：电压控制振荡器是锁相环的另一个关键组件。
它的输出频率与输入电压成线性关系，即输出频率随着输入电压的变化而变化。
通过改变电压控制振荡器的输入电压，即通过低通滤波器输出的信号，可以调整输出信号的频率，从而使得输出信号与参考信号的频率一致。
4. 频率分割器（Frequency Divider）：频率分割器用于将电压控制振荡器的输出频率分割成较低的频率。
CMOS锁相环和延迟锁相设计与研究（北大硕士论文）
北 京 大 学硕士研究生学位论文CMOS锁相环和延迟锁环设计与研究*名：***学号： ********系别：计算机科学与技术系专业：微电子学与固体电子学研究方向：专用集成电路设计导师：吉利久教授二〇〇二年五月声明著作权声明任何收存和保管本论文各种版本的单位和个人，未经本论文作者授权，不得将本论文转借他人并复印、抄录、拍照、或以任何方式传播。
否则，引起有碍作者著作权益之问题，将可能承担法律责任。
原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
作者：窦训金日期：2002年5月12日摘要锁相环作为现代时钟电路的重要组成部分，已经成为超大规模集成电路中必不可少的一个模块，几乎所有的数字集成电路中都采用锁相时钟产生电路来提供片内高速时钟。
随着SoC技术的出现，作为IP建库的重要内容，对锁相环电路的研究和设计也具有了更加重要的意义。
本文首先简要介绍了锁相技术的历史和发展，及其现状与研究方向。
第二章中对锁相环的原理和各种特性进行了详细的介绍，主要包括相位/频率响应、稳定性和噪声特性等方面的分析。
第三章给出了各种典型的锁相环子模块电路和系统结构，重点介绍了鉴频鉴相器、电荷泵和压控振荡器这三个主要模块。
第四章中，提出了几种新型锁相环子模块电路结构，包括改进的双边鉴频鉴相器、新型电流型压控振荡器和新型延迟锁环频率合成电路，同时分别对它们的性能进行了分析，并将之与典型电路结构加以比较。
最后，对整个锁相环的设计和研究进行了总结。
本文设计的锁相频率合成器采用上海贝岭1.2µm CMOS工艺实现，完成了全部电路的设计、仿真及版图的设计，并通过了版图提取和后仿真。
关键词：锁相环、时钟产生、频率合成、鉴频鉴相器、电荷泵、压控振荡器、相位噪声、延迟锁环AbstractAs one important part of modern clock generator circuits, PLL (Phase Locked Loop) has played an extremely important role in VLSI circuits. Today, in most digital ICs, PLL clock generators are used to provide on-chip high-speed clock. For recently-emerged SoC (System on a Chip) technology, PLL circuit, as an important IP block, is well worthy of further design and research.In this paper, we firstly introduce the history and evolution of phase locked technologies as well as the state of the art in it. The second chapter presents the principle and main features of PLL, including the analysis of phase/frequency response, stability and phase noise, etc. Some typical sub-circuit blocks are described in chapter three, mainly on PFD (Phase/Frequency Detector), CP (Charge Pump) and VCO (V oltage-Controlled Oscillator). In chapter four, novel sub-circuit blocks are presented, including an improved biPFD, a new current-mode VCO and a new DLL (Delay-Locked Loop) frequency synthesizer. Their operations and features are also analyzed as well as compared with other typical circuits. At last, a conclusion is followed.All the design is based on Shanghai Belling 1.2µm CMOS technology. We have finished the circuits design, simulation and layout design, also passed DRC, ERC, LVS and post-simulation on design corners.Key Words：Phase Locked Loop、Clock Generator、Frequency Synthesizer、Phase/Frequency Detector、Charge Pump、V oltage-ControlledOscillator、Phase Noise、Delay-Locked Loop目录第一章引言 (1)§1锁相技术的基本概念 (1)§2锁相技术的历史和发展 (1)§3锁相环路的基本特征 (2)§4锁相技术的现状和研究方向 (3)第二章锁相环路基本原理与分析 (5)§1锁相环的组成 (5)1.1 基本结构 (5)1.2 鉴相器 (5)1.3 环路滤波器 (7)1.4 压控振荡器 (7)§2环路相位模型和基本方程 (9)§3锁相环路的频率响应和稳态相差 (10)3.1 频率响应 (10)3.2 稳态相差 (10)3.3 不同环路的频率响应和稳态相差 (12)§4锁相环路的同步、跟踪和捕捉 (17)4.1 同步过程 (17)4.2 捕捉过程 (18)§5 锁相环稳定性分析 (20)5.1 锁相环稳定性的概念 (20)5.2 稳定性判据 (20)5.3 几种环路的稳定性条件 (22)§6锁相环噪声分析 (24)6.1 环路噪声的概念 (24)6.2 环路噪声注入模型 (25)6.3 减小环路噪声的措施 (25)§7电荷泵锁相环 (26)7.1 电荷泵锁相环结构 (26)7.2 环路基本方程 (26)7.3 环路稳定性分析 (27)§8延迟锁环 (30)§9小结 (31)第三章锁相环子模块电路结构 (34)§1鉴频鉴相器 (34)1.1 基于触发器型的鉴频鉴相器 (34)1.2 预充电式鉴频鉴相器（ptPFD） (35)1.3 nc-级鉴频鉴相器（ncPFD） (37)§2电荷泵 (39)2.1 传统电荷泵结构 (39)2.2 差分式电荷泵 (41)2.3 对称负载的电荷泵结构 (42)§3各种压控振荡器结构 (43)3.1 反相器型压控振荡器 (43)3.2 电流模压控振荡器 (43)3.3 差分型压控振荡器 (45)§4小结 (49)第四章锁相环和延迟锁环电路设计 (51)§1鉴频鉴相器设计 (51)1.1 单边鉴频鉴相器和双边鉴频鉴相器电路结构 (51)1.2 upPFD、dnPFD和biPFD鉴相特性比较 (53)1.3 upPFD、dnPFD和biPFD的优缺点 (54)1.4 改进的双边鉴频鉴相器 (55)1.5 新型biPFD和原有biPFD仿真结果比较 (60)§2电荷泵设计 (62)§3环路滤波器设计 (65)§4压控振荡器设计 (66)4.1 简单电流型压控振荡器 (66)4.2 电流型压控振荡器结构改进 (68)§5环路仿真结果 (71)§6延迟锁环频率合成研究 (74)6.1 延迟锁环（DLL）频率合成原理 (74)6.2 频率合成电路结构 (75)6.3 新型频率合成电路 (78)§7小结 (79)第五章结论 (82)致谢 (83)第一章引言§1锁相技术的基本概念锁相是相位锁定的简称，其具体含义是相位同步的自动控制，或者说是利用相位自动调节的方法实现两个信号的相位同步。
dsp原理及应用锁相环的作用
DSP原理及应用：锁相环的作用1. 锁相环(SPLL)的概念锁相环（PLL）是一种电子电路，它能够在输入信号的基础上生成具有特定相位关系的输出信号。
数字信号处理（DSP）是一种用于处理和分析数字信号的技术。
在本文中，我们将探讨DSP原理及应用中锁相环的作用。
2. 锁相环在DSP中的作用在数字信号处理中，锁相环广泛应用于时钟恢复、频率合成和相位调整等领域。
下面列出了锁相环在DSP中的主要应用：•时钟恢复：在数字通信中，接收端需要恢复出发送端的时钟信息。
由于噪声和传输中的时钟抖动等因素，接收端的时钟可能会有一定的偏移。
锁相环通过比较接收到的数字信号与本地时钟的相位差，自动调整本地时钟的频率和相位，以实现时钟恢复。
•频率合成：在数字信号处理系统中，有时需要生成特定频率的时钟信号或基带信号。
锁相环可以通过调节其自由运行振荡器（VCO）的频率和相位，实现生成所需频率的信号。
•相位调整：在一些特定应用中，需要对信号进行相位调整，以满足特定的要求。
锁相环可以通过控制自由运行振荡器的相位，对信号进行精确的相位调整。
3. 锁相环的工作原理锁相环基本由三个主要部分组成：相位检测器（PD）、低通滤波器（LPF）和自由运行振荡器（VCO）。
下面对锁相环的工作原理进行详细说明：•相位检测器：相位检测器比较输入信号与反馈信号的相位差，并将其转化为电压或数字信号输出。
常见的相位检测器有边沿触发相位检测器和采样相位检测器等。
相位检测器的输出信号表示输入信号与反馈信号之间的相位差。
•低通滤波器：锁相环的输出信号被发送到一个低通滤波器进行滤波处理。
滤波器的作用是去除高频噪声，使得锁相环能够稳定地锁定到输入信号的频率和相位。
•自由运行振荡器：自由运行振荡器是锁相环的核心部分，它的频率和相位可以通过反馈信号进行调整。
自由运行振荡器的输出信号作为反馈信号输入到相位检测器，与输入信号进行相位比较。
通过不断调整自由运行振荡器的频率和相位，锁相环最终能够锁定到输入信号的频率和相位。
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。
锁相环发展现状
1．1 锁相环的发展及国内外研究现状锁相环(PLL-Phase Locked L00P)是自动频率控制和自动相位控制技术的融合。
人们对锁相环的最早研究始于20世纪30年代，其在数学理论方面的原理，30年代无线电技术发展的初期就己出现。
1930年建立了同步控制理论的基础，1932年法国工程师贝尔赛什(Bellescize)发表了锁相环路的数学描述和同步检波论，第一次公开发表了对锁相环路的数学描述【1】。
锁相技术首先被用在同步接收中，为同步检波提供一个与输入信号载波同频的本地参考信号，同步检波能够在低信噪比条件下工作，且没有大信号检波时导致失真的缺点，因而受到人们的关注，但由于电路构成复杂以及成本高等原因，当时没有获得广泛应用。
到了1943年锁相环路第一次应用于黑白电视接收机水平同步电路中，它可以抑制外部噪声对同步信号的干扰，从而避免了由于噪声干扰引起的扫描随机触发使画面抖动的象，使荧光屏上的电视图像稳定清。
随后，在彩色电视接收机中锁相电路用来同步彩色脉冲串。
从此，锁相环路开始得到了应用，迅速发展。
五十年代，随着空间技术的发展，由杰费(Jaffe)和里希廷(Rechtin)研制成功利用锁相环路作为导弹信标的跟踪滤波器，他们第一次发表了含有噪声效应的锁相环路线性理论析文章，并解决了锁相环路最佳设计化问题【2】。
空间技术的发展促进了人们对锁相环路及其理论的进一步探讨，极大地推动了锁相技术的发展。
六十年代初，维特比(Viterbi)研究了无噪声锁相环路的非线性理论问题，发表了相干通信原理的论文。
最初的锁相环都是利用分立元件搭建的，由于技术和成本方面的原因，所以当时只是用于航天、航空等军事和精密测量等领域。
集成电路技术出现后，直到1965年左右，随着半导体技术的发展，第一块锁相环芯片出现之后【3】，锁相环才作为一个低成本的多功能组件开始大量应用各种领域。
最初的锁相环是纯模拟的(APLL)，所有的模块都由模拟电路组成，它大多由四象限模拟乘法器来构建环路中的鉴相器，环路滤波器为低通滤波器(由电阻R电容C组成)，压控振荡器的结构多种多样。
锁相环技术的应用和发展
锁相环技术的应用和发展作者：彭艺来源：《电子技术与软件工程》2019年第10期摘要：本文基于锁相环的概念，对其基本原理以及结构进行了介绍，介绍了锁相环技术的种类，分别有模拟锁相环技术、全数字锁相环技术以及数模混合锁相环技术，对其相应的优势与不足进行分析;对锁相环技术的特性做出了研究;并从双音频报警器以及倍频电路两方面内容出发，对具体应用锁相技术进行分析。
[关键词]锁相环信号频率应用在通信系统中锁相环作为一种通信技术，有着较为广泛的应用范围。
锁相环路从本质上而言是一相位控制反馈自动系统，对于输入信号的相位其能准确跟随。
并在锁定期间，振荡器信号的输出相位以及信号的参考相位始终有着常数的差值，并且其有一特性是能够跟踪频率，从而广泛的应用到了电子技术中。
1锁相环的原理锁相环利用检测对信号的相位差进行输入、输出，同时通过鉴相器将其向电压形式进行转换，从而输出信号，再使用低通滤波器进行滤波，将这一期间的信号当做压控振荡器的电压控制，进而能够实现控制振荡器信号输出的频率。
接着通过反馈通道，在鉴相器输入端接到振荡器信号输出的频率以及相位的反馈，进而出现闭环控制。
若是信号的输出频率和信号的输入频率成正比，则电压输出和电压输入间的相位差会保持恒定，从而实现电压输出和电压输入的“锁相”。
环路信号的输入如果在相位以及频率上都是瞬变的，则压控振荡器相位以及频率也是能够持续地跟踪信号输入的相位以及频率变化，这一状态又叫做跟踪状态。
2锁相环技术的基本组成在锁相环之中，鉴相器贼相位比较器，主要是对信号输入和信号输出之间的相位偏差进行比较参考，从而有误差信号产生：环路滤波器属于低通滤波器，主要是将误差信号所含的高频成分滤除，其作用是滤波平滑，从而确保有稳定的环路，能够将环路跟踪性能进行改善，对信号输出相位噪声质量有决定性作用。
最后将控制电压输出，压控振荡器VCO是变换电压以及频率的设备，将在本地产生振荡频率，误差信号电压将能对振荡频率进行控制，频率因此产生偏移，进而对参考信号输入的频率进行跟踪。
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1．1 锁相环的发展及国内外研究现状
锁相环(PLL-Phase Locked L00P)是自动频率控制和自动相位控制技术的融合。
人们对锁相环的最早研究始于20世纪30年代，其在数学理论方面的原理，30年代无线电技术发展的初期就己出现。
1930年建立了同步控制理论的基础，1932年法国工程师贝尔赛什(Bellescize)发表了锁相环路的数学描述和同步检波论，第一次公开发表了对锁相环路的数学描述【1】。
锁相技术首先被用在同步接收中，为同步检波提供一个与输入信号载波同频的本地参考信号，同步检波能够在低信噪比条件下工作，且没有大信号检波时导致失真的缺点，因而受到人们的关注，但由于电路构成复杂以及成本高等原因，当时没有获得广泛应用。
到了1943年锁相环路第一次应用于黑白电视接收机水平同步电路中，它可以抑制外部噪声对同步信号的干扰，从而避免了由于噪声干扰引起的扫描随机触发使画面抖动的象，使荧光屏上的电视图像稳定清。
随后，在彩色电视接收机中锁相电路用来同步彩色脉冲串。
从此，锁相环路开始得到了应用，迅速发展。
五十年代，随着空间技术的发展，由杰费(Jaffe)和里希廷(Rechtin)研制成功利用锁相环路作为导弹信标的跟踪滤波器，他们第一次发表了含有噪声效应的锁相环路线性理论析文章，并解决了锁相环路最佳设计化问题【2】。
空间技术的发展促进了人们对锁相环路及其理论的进一步探讨，极大地推动了锁相技术的发展。
六十年代初，维特比(Viterbi)研究了无噪声锁相环路的非线性理论问题，发表了相干通信原理的论文。
最初的锁相环都是利用分立元件搭建的，由于技术和成本方面的原因，所以当时只是用于航天、航空等军事和精密测量等领域。
集成电路技术出现后，直到1965年左右，随着半导体技术的发展，第一块锁相环芯片出现之后【3】，锁相环才作为一个低成本的多功能组件开始大量应用各种领域。
最初的锁相环是纯模拟的(APLL)，所有的模块都由模拟电路组成，它大多由四象限模拟乘法器来构建环路中的鉴相器，环路滤波器为低通滤波器(由电阻R电容C组成)，压控振荡器的结构多种多样。
由于APLL在稳定工作时，各模块都可以认为是线性工作的，所以也称为线性锁相环LPLL(Linear Phase．hckedbop)。
APLL对正弦特性信号的相位跟踪非常好，它的环路特性主要由鉴相器的特性决
定。
其主要用于对信号的调制。
70年代，林特赛(Undsy)和查理斯(Chanes)在做了大量实验的基础上进行了有噪声的一阶、二阶及高阶PLL的非线性理论分析。
随着人们对锁相技术的理论和应用进行的深入广泛的研究，伴随着数字电路的发展，鉴相器部分开始由数字电路代替，其它部分仍为模拟电路，这种锁相环就是最初的数字锁相环(DPLL)，准确的名称为数模混合锁相环(Mixed-single PLL)。
随着数模混合锁相环技术和理的不断发展和完善，其成为了锁相环的主流。
现在随着通信行中对低成本、低功耗、大带宽、高数据传输速率的需求，集成电路不断朝着高集成度、低功耗的方向发展【4】。
低功耗、高工作频率、低电压的锁相环设计中，主要的挑战是设计合适的压控振荡器和高频率的分频器，针对这方面的研究，设计师们不断提出不同的技术，如压控振荡器和分频器由原来的串接改为堆叠结构、DH-PL L结构等，随着设计人员的不断努力，锁相坏的性能不断提高，现在已经有工作频率达50GHz的锁相环，同时也在通信和航空航天等领域中发挥着越来越重要的作要。
国外自第一个锁相环集成产品问世以来，几十年问发展极为迅速，产品种类繁多，工艺日新月异。
目前，除某些特殊用途的锁相环路外，几乎全部集成了，已生产出数百个品种。
现在，锁相技术己经成为一门系统的理论科学，它在通信、雷达、航天、精密测量、计算机、红外、激光、原子能、立体声、马达控制以及图像等技术部门获得了广泛的应用。
美国国家半导体（Nation Semi Conducto r）于2003年6月宣布推出的LMx243x 系列锁相环芯片，其操作频率高达3GHz以上，适用于无线局域网、5.8GHz室内无绳电话、移动电话及基站等应用方案。
低功耗、超低的相位噪声(正常化相位噪音可达到—219dBcmz)使其突显优势。
国内的浩凯微电子(上海)有限公司于2007年底研发出具有完全自主知识产权的高性能时钟锁相环IP系列产品，目前该系列产品已经过MPW硅验证。
该锁相环系列采用全新的结构，独特的电荷泵和差分VCO的设计，可以抑制电源和衬底噪声对VCO的影响以确保PLL有非常低的噪声，差分VCO的独特设计可以输出时钟维持50％占空比且与VCO同频，由于不需要倍频振荡，VCO本身的功耗可降为常规设计的四分之一，有效降低了功耗。
相比国外而言，我国国内
的IC设计水平相对比较落后，模拟设计环节更是薄弱，PLL的技术几乎被国外垄断，国内很少有企业掌握高性能PLL核心技术，产品更是少。
CPPLL作为应用最广泛的一种锁相环，虽然它的理论己经比较成熟，但是它的设计与实现涉及到信号与系统、集成电子学、版图、半导体工艺和测试等方面，难度比较大。