锁相环集成电路原理及应用
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。
《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、引言随着现代电子技术的飞速发展，数据传输速率的要求日益提高，低电压差分信号传输（LVDS）技术因其低功耗、高速度和低噪声的特性，在高速数据传输领域得到了广泛应用。
锁相环（PLL）电路作为LVDS系统中的关键部分，其性能的优劣直接影响到整个系统的稳定性和传输质量。
因此，对应用于LVDS的锁相环电路进行研究具有重要的现实意义。
二、锁相环电路的基本原理锁相环电路是一种闭环相位控制系统，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。
其基本原理是通过鉴相器比较输入信号和压控振荡器输出的信号之间的相位差，将相位差转换为电压或电流信号，经过环路滤波器的滤波后，控制压控振荡器的频率和相位，使输出信号的相位与输入信号的相位保持一致。
三、LVDS中锁相环电路的应用在LVDS系统中，锁相环电路主要用于实现数据的同步传输。
由于LVDS采用差分信号传输方式，要求发送端和接收端之间的时钟信号必须保持严格的同步。
锁相环电路通过捕获输入信号的相位信息，将其与压控振荡器输出的信号进行比对和调整，从而保证数据的准确传输。
四、应用于LVDS的锁相环电路设计要点在应用于LVDS的锁相环电路设计中，需要注意以下几个要点：1. 输入范围和稳定性：设计时应考虑到输入信号的范围、频率波动和噪声干扰等因素，确保鉴相器能够准确捕获输入信号的相位信息。
2. 环路滤波器的设计：环路滤波器的作用是滤除鉴相器输出的高频噪声和杂散信号，为压控振荡器提供稳定的控制信号。
设计时需要考虑滤波器的带宽、阶数和稳定性等因素。
3. 压控振荡器的选择：压控振荡器的性能直接影响到锁相环电路的频率和相位调整范围。
选择时需要考虑其频率范围、相位噪声、功耗和稳定性等因素。
4. 电路布局与调试：在电路布局和调试过程中，需要考虑到电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）等问题，确保锁相环电路的稳定性和可靠性。
五、实验结果与分析通过实验验证了应用于LVDS的锁相环电路的有效性和性能。
什么是锁相环电路？
什么是锁相环电路？一、锁相环电路的定义及原理锁相环电路是一种电子电路系统，通过不断调整输入信号与参考信号之间的差异，使得输出信号与参考信号同步的技术。
锁相环电路一般由相位检测器、低通滤波器、控制环节和输出环节组成。
其原理是利用反馈控制的方式，使得输出信号的相位与参考信号的相位保持一致。
锁相环电路在通信领域、测量仪器、音频处理等方面有着广泛的应用。
它能够消除信号传输过程中的相位误差，提高信号的稳定性和准确性。
二、锁相环电路的工作原理1. 相位检测器相位检测器是锁相环电路的核心部件之一，其作用是检测输入信号与参考信号之间的差异，并将差异信号转化为控制电压。
常见的相位检测器有边沿触发器、比较器和专用的数字相位检测器。
（1）边沿触发器：边沿触发器是一种简单实用的相位检测器，通过比较输入信号与参考信号的边沿差异来实现相位检测。
（2）比较器：比较器通过比较输入信号与参考信号的幅值大小来实现相位检测。
比较器常用于高频应用中。
（3）数字相位检测器：数字相位检测器通过将输入信号与参考信号转化为数字信号，并利用计算机算法来实现相位检测。
它具有高精度和稳定性的特点。
2. 低通滤波器低通滤波器用于消除相位检测器输出中的高频噪声，提取出有效的控制信号。
低通滤波器常用于锁相环电路的控制环节。
3. 控制环节控制环节通过获取低通滤波器输出的控制信号，并根据差异信号进行调节，使得输出信号的相位逐渐趋于参考信号的相位。
常用的控制方式有比例控制、积分控制和微分控制。
4. 输出环节输出环节将锁相环电路的输出信号转化为所需的形式，如模拟信号、脉冲信号或数字信号。
输出环节的设计对于锁相环电路的应用至关重要。
三、锁相环电路的应用1. 通信领域锁相环电路在通信领域中被广泛应用于时钟恢复、频率合成、时基稳定性控制以及数据调整等技术。
它可以提高通信系统的抗干扰能力和信号质量，保证数据的可靠传输。
2. 测量仪器锁相环电路在测量仪器中的应用主要体现在频率测量、相位测量和时间测量等方面。
锁相环的原理,电路构成,及其在电路设计中作用
锁相环的原理,电路构成,及其在电路设计中作用锁相环的原理，电路构成，及其在电路设计中作用锁相环鉴相器环路滤波器锁相的意义是相位同步的自动控制，能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做锁相环，简称PLL。
它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等技术领域。
构成：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。
在电路设计中的作用：自动完成两个电信号的相位的同步。
锁相环: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。
锁相环由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器组成。
鉴相器用来鉴别输入信号Ui与输出信号Uo之间的相位差，并输出误差电压Ud 。
Ud 中的噪声和干扰成分被低通性质的环路滤波器滤除，形成压控振荡器（VCO）的控制电压Uc。
Uc作用于压控振荡器的结果是把它的输出振荡频率f。
拉向环路输入信号频率fi ，当二者相等时，环路被锁定，称为入锁。
维持锁定的直流控制电压由鉴相器提供，因此鉴相器的两个输入信号间留有一定的相位差。
锁相环最初用于改善电视接收机的行同步和帧同步，以提高抗干扰能力。
20世纪50年代后期随着空间技术的发展，锁相环用于对宇宙飞行目标的跟踪、遥测和遥控。
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。
具有门限扩展能力的调频信号锁相鉴频器也是在60年代初发展起来的。
在电子仪器方面，锁相环在频率合成器和相位计等仪器中起了重要作用.由于锁定情形下（即完成捕捉后）,该仿制的时钟信号相对于接收到的信号中的时钟信号具有一定的相差,所以很形象地称其为锁相器。
集成电路锁相环及其应用电路设计.pptx
相位锁定。
wi
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1
锁相环路基本组成方框图
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压控振荡器
压控振荡器是一个电压-频率变换装置,在环路
中 作 为 被 控 振 荡 器 , 它 的 振 荡 频 率 应 随 输 入 控 制 电 ωV(t)
压 Uc(t) 线 性 地 变 化 （ 在 一 定 范 围 内 ） ， 可 用 线 性
without frequency
offset）.
8
固有振荡频率f第v9与页/共R181页,C1的关系
锁相环电路的应用
倍频：
i 鉴相器
i (t )
'
y
yn
环路 滤波器
分频器
÷ｎ
压控 y
振荡器 y (t )
wi
wy n
9
wy nwi
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锁相环电பைடு நூலகம்的应用
分频：
i 鉴相器
i (t )
方程来表示
即
ωV(t)=ωV + KV Uc(t)
当Uc(t)=0时，VCO的固有振荡频率为ωV 。
ωV
Uc(t)
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锁相环路基本组成方框图
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锁相环路基本组成方框图
输入信号和输出信号的相位关系
系统的瞬时相差θe(t)=θ1(t)-θ2(t)
3
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VCO输出频率的高低由低通滤波器输出的平均电压Uc大小决定。VCO的输出 Uo接至相位比较器的一个输入端，外部输入信号Ui与来自VCO的输出信号Uo相 比较，经过相位比较器产生的误差输出电压Ud正比于Ui和Uo两个信号的相位差， 经过低通滤波器滤除高频分量后，得到一个平均值电压Uc。这个平均值电压Uc朝 着减小VCO输出频率和输入频率之差的方向变化，直至VCO输出频率和输入信
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。
锁相环原理及使用
数学模型：
环
环
路
路
滤
滤
波
波
有
有
源
源
滤
滤
波
波
典型的锁相频率源的频谱图，从图中可以看到在 环路带宽的附近有一个明显的峰起(Peaking)， 这是由传递函数的特性决定的。由相位噪声的分 析可知，在环内的相位噪声取决于参考晶振和鉴 相器，环外的相位噪声主要取决于VCO。
相噪＝ 各部分器件的相噪 传递函数
2、另外19款PLL
步进：25kHz，带宽1.5kHz，相位裕量：45°
3、ADF4154小数分频锁相源
fREF＝12.8MHz，带宽8kHz，相位裕量：45°
4、ADF4001参考时钟源 步进：40kHz，VC-TCXO10MHz
环路滤波器
• 在选定参考信号、鉴相器以及VCO 的前提下，那么环路滤波器的设计 对信号的指标就起着关键的作用。 本公司通用的环路滤波器为无源三 阶环，并在滤波器后加一个1μH的 电感以防止其它高频信号的串扰。 环路滤波器利用ADIsimPLL软件， 采用相位裕量设计法，只要给定环 路带宽和相位裕量就能设计环路滤 波器。环路带宽一般取1/10-1/20 fRES，相位裕量30º ,一般取 -60º 45º 。 需要说明的是，不应刻意拔高环路 滤波器的作用。环路带宽和相位裕 量只要在合理的范围之内，它是不 会影响锁定的，但是会对锁定时间、 相噪和杂散造成一定的影响。
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谢谢！欢迎提问。
锁相环原理及使用
• 锁相环(Phase Locked Loop，PLL)是一个 相位负反馈环路，它利用标准的参考信号， 通过改变分频比，从而可以方便地产生一 系列高质量的频率。
• 使用频率最高的一个词： 环路带宽
锁相环的基本原理和应用
锁相环的基本原理和应用1. 什么是锁相环锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种电路模块，其基本原理是通过对输入信号和参考信号的相位进行比较和调节，以使输出信号与参考信号保持稳定的相位差。
锁相环广泛应用于通信、测量、频率合成等领域，因其能够实现信号调频、时钟控制等功能而备受关注。
2. 锁相环的基本结构锁相环由相位比较器（Phase Comparator）、环路滤波器（Loop Filter）、振荡器（VCO）和分频器（Divider）组成。
其基本结构如下所示：•相位比较器：相位比较器用于比较输入信号和参考信号的相位差，并产生一个与相位差成正比的控制电压。
•环路滤波器：环路滤波器用于平滑相位比较器输出的控制电压，并将其转换成稳定的直流电压。
•振荡器：振荡器根据环路滤波器输出的控制电压来调节其输出频率，使其与参考信号频率保持一致。
•分频器：分频器将振荡器输出的信号进行频率分频，以产生一个与参考信号频率一致且稳定的输出信号。
3. 锁相环的工作过程锁相环的工作过程可以分为四个阶段：捕获（Capture）、跟踪（Track）、保持（Hold）和丢失（Lose）四个阶段。
•捕获阶段：在捕获阶段，锁相环通过不断调节VCO的频率，使其与参考信号频率逐渐接近，并将相位差逐渐减小。
•跟踪阶段：当锁相环的输出频率与参考信号频率相等时，进入跟踪阶段。
在该阶段，VCO的频率和相位与输入信号保持一致。
•保持阶段：在保持阶段，锁相环维持着与输入信号相同的相位和频率。
任何相位和频率的变化都会通过反馈回路进行补偿。
•丢失阶段：如果输入信号的频率超出锁相环的捕获范围，锁相环无法跟踪该信号，进入丢失阶段。
在该阶段，锁相环输出的信号频率与输入信号频率不一致。
4. 锁相环的应用锁相环在各个领域有着广泛的应用，下面列举几个常见的应用：•频率合成器：锁相环可以将稳定的参考频率合成为其他频率，广泛用于通信、雷达、测量等领域。
锁相环技术原理及其应用
锁相环技术原理及其应用一、锁相环技术原理1.1 基本概念锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）是一种调节电路，能够通过控制其输出信号相位与参考信号相位之间的差值，使输出信号频率与参考信号频率一致，并且其输出信号相位与参考信号精确同步。
锁相环可以用于频率合成、时钟恢复、数字信号处理、射频通信等领域。
1.2 工作原理锁相环主要由相位比较器、低通滤波器、时钟发生器、可变增益放大器和电压控制振荡器等组成。
其中，相位比较器的作用是将参考信号和反馈信号进行比较，然后得到相位误差信号。
低通滤波器的作用是将相位误差信号进行平滑处理，得到直流误差信号。
时钟发生器的作用是产生参考信号。
可变增益放大器的作用是将误差信号放大后作为电压控制振荡器的控制电压。
电压控制振荡器的作用是产生锁相环输出信号，并且通过调节电压来控制输出信号的频率和相位。
1.3 稳定性分析锁相环的稳定性与参考信号的稳定性和相位比较器的带宽以及低通滤波器的截止频率等因素有关。
稳定性分析主要是评估锁相环输出信号的频率精度和相位噪声。
二、锁相环技术应用2.1 频率合成频率合成是利用锁相环技术将一个较低频率信号转换为高频率信号。
其中，参考信号是一个较低频率信号，产生参考信号的时钟发生器经过倍频器将参考信号的频率增加到所需的合成频率，然后经过相位比较器和滤波器控制电压控制振荡器的输出频率。
频率合成广泛应用于通信、广播、雷达、卫星导航等领域。
2.2 时钟恢复时钟恢复是一种将时钟信号从数据信号中恢复出来的技术。
锁相环可以通过将数据信号作为反馈信号，将时钟信号从数据信号中恢复出来。
时钟恢复广泛应用于数字通信和数字音频领域。
2.3 数字信号处理锁相环可以通过将输入信号与锁相环输出信号相比较，将输入信号变换的频率和相位误差降到很小，从而使输入信号的相位和频率与输入信号一致。
锁相环广泛应用于数字信号处理，例如数字滤波器、数字混频器、数字降噪器等。
2.4 射频通信锁相环在射频通信中的应用非常广泛，主要用于频率合成、时钟恢复等领域。
锁相环原理及应用
锁相环原理及应用嘿，朋友们！今天咱来聊聊锁相环原理及应用，这可有意思啦！你看啊，锁相环就像是一个超级有耐心的协调大师。
它能让两个本来不太合拍的东西，变得和谐一致，就好比让两个舞步不太协调的人慢慢找到节奏，一起跳出优美的舞蹈。
锁相环主要由相位比较器、环路滤波器和压控振荡器这几个部分组成。
相位比较器就像是一双敏锐的眼睛，时刻盯着输入信号和反馈信号的相位差异。
环路滤波器呢，则像一个温柔的缓冲器，把那些比较器发现的小波动给抚平啦。
而压控振荡器，那可是关键角色呀，它能根据滤波器的调整，乖乖地改变自己的频率和相位，努力去和输入信号保持一致。
那锁相环都有啥用呢？哎呀，用处可多啦！在通信领域，它就像个默默无闻的幕后英雄。
比如说，手机信号的接收和发送，没有锁相环可不行呢。
它能让手机准确地锁定信号频率，让我们能清晰地通话、流畅地上网。
再想想那些高级的音响设备，锁相环在里面也发挥着大作用呢！它能让声音更加稳定、清晰，不会有那种让人不舒服的杂音。
就好像给声音穿上了一件合身的衣服，让它变得更加好听。
还有啊，在一些精密的测量仪器中，锁相环也是不可或缺的。
它能让测量结果更加准确可靠，就像给测量加上了一把精准的锁。
咱就说，这锁相环是不是很神奇？它就像一个小小的魔法盒子，里面蕴含着大大的能量。
它能让各种电子设备变得更加出色，给我们的生活带来那么多的便利。
而且啊，随着科技的不断发展，锁相环的应用也会越来越广泛。
说不定以后我们生活中的方方面面都离不开它呢！难道你不觉得这很令人期待吗？总之呢，锁相环原理虽然有点复杂，但它的应用真的是无处不在。
我们享受着它带来的便利，却可能都没意识到它的存在。
所以啊，大家可得好好了解了解它，感受一下这个小小的东西背后的大魅力呀！。
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 i= V im sin(ωi t+φi)环路输出信号v o= V om sin(ωo t+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.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。
b.φe(t)由鉴相器产生误差电压v d(t)=f(φe)完成相位误差—电压的变换作用。
v d(t)为交流电压。
c. vd(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产生控制角频差△ω0,使ω0随ωi变化。
B.锁定（即相位稳定）a.一旦锁定φe(t)=φe∞（很小常数）v d(t)= V d（直流电压）b.ω0≡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 d(t)=A D sinφe(t)相位模式环路滤波器(LPF)数学模式v c(t)=A F(P)v d(t)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。
集成锁相环及其应用
集成锁相环及其应用电路功能是：实现相位锁定和相位掌握—实现无频差的相位跟踪和频率跟踪。
是一种消退频率误差的由相位反馈掌握的闭环系统。
锁相环有模拟和数字锁相环，还有全数字锁相环，可以是硬件锁相环，也可以用软件实现。
一、锁相环的电路结构和工作原理锁相环电路框图如图所示：它的主要思路是如何利用相位误差实现无频差的频率跟踪。
其原理用下图的旋转矢量加以说明。
旋转矢量和分别是鉴相器的两个输入信号、。
它们的瞬时角速度和瞬时角位移为：，和，只有当两个旋转矢量以相同的角速度旋转时(即)，两者之间的相位差才能保持某定值。
该定值相位经鉴相器后变换成对应的直流电压，去掌握VCO的振荡角频率，使其稳定地振荡在与输入参考信号相同的角频率上。
这种状况称之为相位锁定。
反之，两者角频率不等，相位差不恒定，称为失锁。
如，则比旋转得慢些，瞬时相位差将随时间增大，此时鉴相器产生的误差电压也相应变化。
该误差电压经环路滤波器，去掌握压控振荡器的频率，使其增大，因而瞬时相位差也将减小。
经过不断地循环，矢量的旋转角速度渐渐加快，直到与旋转角速度相同，这时环路再次锁定，瞬时相位差为恒值。
1. 鉴相器分析令鉴相器的两个输入电压为单一的正弦，且频率不等。
则两个信号与压控振荡器未加掌握电压时的相位差为：，则：如用模拟乘法器组成乘积型鉴相器时，其鉴相器的输出误差电压为：，其中是鉴相器增益，为常数。
2. 环路滤波器它是一个低通滤波器，滤除干扰和其它频率重量，提高信噪比。
设环路滤波器的传递函数为：s用微分因子代入后：，3. 压控振荡器在肯定的掌握电压下，VCO的振荡角频率与其掌握电压有线性关系：所以压控振荡器的输出信号相位：并得：可见：VCO的振荡角频率与掌握电压成线性关系，其瞬时相位变化与却是积分关系。
因此，对锁相环讲，VCO被看成一个积分器。
当积分算子表示后，式子有：，由上面所确定的各部分模型，可得锁相环路的相位模型和统一方程：，该式两边微分得：，该式称为基本环路方程。
锁相环PLL原理与应用
锁相环PLL原理与应用锁相环(Phase-Locked Loop, PLL)是一种常用的控制系统，广泛应用于电子和通信领域。
它可以用于频率合成、时钟恢复以及相位同步等应用中。
本文将对PLL的原理和常见的应用进行详细介绍。
PLL的原理：首先，参考信号经过相位比较器与VCO的输出信号进行比较。
相位比较器的输出为一个控制电压，表示两个信号之间的相位差。
这个控制电压经过低通滤波器进行滤波处理，得到一个平滑的控制电压，该电压用于调节VCO的频率。
VCO产生的频率与输入的控制电压成正比，通过调节控制电压，可以改变VCO的输出频率。
通过反馈控制的方式，当VCO的频率与参考信号接近时，相位比较器的输出误差会减小，最终收敛到零，实现了锁相环的目标。
在PLL中，分频器的作用是将VCO的高频输出信号分频得到一个相位稳定的低频信号，用作相位比较器的参考信号。
通过适当选择分频比，可以实现对VCO输出频率的精确控制。
PLL的应用：1.频率合成器：PLL经常被用于频率合成器的设计。
通过选择适当的参考频率和分频比，可以实现对输出频率的精确控制。
例如，在通信系统中，PLL被用于合成不同的载波频率用于不同用户之间的信号传输。
2.时钟恢复：在数字通信中，接收端需要从接收到的数据中恢复时钟信号。
PLL可以通过将接收到的数据作为参考信号，并控制VCO的频率，使得输出的时钟信号与发送端时钟同步。
3.数字时钟锁定：在数字系统中，不同的模块可能具有不同的时钟源，为了实现数据的正确和稳定传输，需要将不同的时钟源进行同步。
PLL可以用于将这些时钟同步，并控制其频率和相位，以便实现正确的数据传输。
4.相位同步：在通信系统中，要求不同的发送端和接收端之间的信号具有相同的相位特性，以便实现正确的信号传输。
PLL可以用于将这些信号进行相位同步，确保信号的准确传输。
在实际应用中，PLL还可用于频率测量、频率锁定等领域。
它的具体应用取决于实际需求。
在总结，锁相环是一种基于反馈控制的系统，通过将参考信号的相位与振荡器的输出信号进行比较，以实现对输出信号的频率和相位的稳定控制。
8.5 集成锁相环电路4046 原理及其应用_信号发生电路原理与实用设计_[共14页]
![8.5 集成锁相环电路4046 原理及其应用_信号发生电路原理与实用设计_[共14页]](https://img.taocdn.com/s3/m/1959c9be25c52cc58bd6bef9.png)
信号发生电路原理与实用设计◆ 240 ◆图8.4.1 全数字锁相环的组成框图DLF 的作用是消除鉴相器输出的相位误差信号中的高频成分，保证环路的性能稳定，实际上可用一变模可逆计数器（模数为K ）来实现。
K 变模可逆计数器根据相差信号P 进行加减运算。
当P 为高电平时，计数器进行加运算，如果相加的结果达到预设的模值，则输出一个进位脉冲信号D 给脉冲加减电路；当P 为低电平时，计数器进行减运算，如果结果为零，只输出借位脉冲信号D 给脉冲加减电路。
当f o 等于f i 或只有随机干扰脉冲时，计数器加减的数目基本相等，计数结果在初始值处上下徘徊，不会产生进位和借位脉冲，滤除因随机噪声引起的相位抖动。
计数器根据输出结果生成控制DCO 动作的控制指令。
K 变模可逆计数器的模值K 对DPLL 的性能指标有很大的影响。
K 的取值可根据输入信号的相位抖动而定，加大模值K ，有利于提高DPLL 的抗噪能力，但是会导致较大的捕捉时间和较窄的捕捉带宽；减小模值K 可以缩短捕捉时间，扩展捕捉带宽，但是降低了DPLL 的抗噪能力。
适当选取K 值可以确定DPLL 的转换速度。
数控振荡器（DCO ）在数字锁相环中所处的地位相当于模拟锁相环路中的电压控制振荡器。
在数字锁相环设计中使用的数控振荡器是一种可变模式分频器，它的输出是调整可变分频器的模值N ，该值的大小会随着每个f i 周期内（f i =1时）鉴相输出进行调整。
当其为高电平时，将可变分频模值N 增大，以调整分频输出使之相位滞后；当其输出为低电平时，将可变分频模值N 减小，以调整分频输出使之输出相位提前。
如果数字环路滤波器既没有控制脉冲信号D 输出，则分频模值N 将保持不变，经N 分频后的f o 信号相位和f i 信号相位处于同步状态。
N 分频器是一个简单的除N 计数器，它对脉冲加减电路的输出脉冲再进行N 分频，得到整个环路的输出信号f o 。
因为f o = CLK/2N = f c ，因此通过改变分频值N 可以得到不同的环路中心频率f c 。
锁相环原理及应用
锁相环原理及应用锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）是一种电子电路，主要用于调整频率和相位，使其与输入信号同步，并用来提供高精度的时钟和频率合成。
锁相环的原理是通过不断比较参考信号和输出信号的相位差，并通过反馈控制来调整输出信号的频率和相位，使输出信号与参考信号保持稳定的相位关系。
锁相环通常由相位比较器、低通滤波器、控制电压发生器、振荡器等组成。
锁相环的工作过程可以简单描述为以下几个步骤：1.相位比较：输入信号与参考信号经过相位比较器，比较它们之间的相位差。
2.滤波调整：比较结果经过低通滤波器，得到一个控制电压，该控制电压用于调整振荡器的频率和相位。
3.振荡器反馈：通过控制电压调整振荡器的频率和相位，使输出信号与参考信号保持稳定的相位关系。
4.输出信号：输出信号作为锁相环的输出，可以用于时钟同步、频率合成等应用。
锁相环具有许多应用。
以下是一些常见的应用案例：1.时钟同步：在数字系统中，锁相环常用于同步时钟信号，确保各个子系统的时钟一致，避免数据传输错误和时序问题。
2.频率合成：通过锁相环可以将一个低频信号合成为一个高频信号，常用于通信系统、雷达、音视频处理等领域。
3.相位调制和解调：锁相环可以用于实现相位调制和解调，常用于无线通信系统和调制解调器等。
4.频率跟踪和捕获：锁相环可以自动跟踪输入信号的频率变化并调整输出信号的频率，用于跟踪和捕获频率变化较快的信号。
锁相环的优点是可以实现高精度的频率和相位调整，对于精密测量、通信系统等需要高稳定性、高精度的应用非常重要。
然而，锁相环也存在一些局限性，比如锁定时间相对较长，对噪声和干扰较敏感，需要合适的滤波器和设计来提高性能。
综上所述，锁相环是一种基于反馈控制的电子电路，通过比较输入信号和参考信号的相位差来调整输出信号的频率和相位。
它在时钟同步、频率合成、相位调制解调、频率跟踪捕获等应用中起到重要作用。
锁相环的原理和应用对于理解和设计高精度的电子系统非常关键。
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。
锁相环工作原理
锁相环工作原理锁相环是一种常用于频率合成和时钟恢复的电路，它能够将输入信号的相位和频率与参考信号同步。
在本文中，我们将详细介绍锁相环的工作原理及其应用。
一、锁相环的基本组成部分锁相环主要由相位比较器、环路滤波器、电压控制振荡器（VCO）以及分频器组成。
1. 相位比较器（Phase Detector）相位比较器是锁相环的核心部分，其作用是将输入信号与参考信号进行相位比较，并输出一个误差信号。
常见的相位比较器有边沿比较器、乘法器和加法器等。
2. 环路滤波器（Loop Filter）环路滤波器的作用是对相位比较器输出的误差信号进行滤波和放大，以产生稳定的控制电压。
通常，环路滤波器由低通滤波器和放大器组成。
3. 电压控制振荡器（Voltage Controlled Oscillator，VCO）电压控制振荡器是一种根据输入电压的变化而改变输出频率的电路。
在锁相环中，VCO的输出频率受到环路滤波器输出的控制电压的调节。
4. 分频器（Divider）分频器将VCO的输出信号进行分频，以产生参考信号。
分频器通常使用可编程分频器，可以根据需要选择不同的分频比。
二、锁相环的工作原理锁相环的工作原理可以简单地描述为以下几个步骤：1. 初始状态锁相环的初始状态是未锁定状态，VCO的输出频率与参考信号的频率存在差异，相位比较器输出的误差信号不为零。
2. 相位比较相位比较器将输入信号与参考信号进行相位比较，产生一个误差信号。
误差信号的幅度和相位表示了输入信号与参考信号之间的差异。
3. 环路滤波误差信号经过环路滤波器进行滤波和放大，产生一个稳定的控制电压。
该控制电压的大小和极性取决于输入信号与参考信号之间的相位差。
4. 控制VCO控制电压作用于VCO，调节其输出频率。
当控制电压为正时，VCO的输出频率增加；当控制电压为负时，VCO的输出频率减小。
5. 反馈VCO的输出信号经过分频器进行分频，产生一个参考信号。
该参考信号与输入信号进行比较，形成反馈回路。
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●新特器件应用
锁相环集成电路 N E/ S E564 原理及应用
中船总公司 723 研究所 汪立森 丁俭
摘要 : 本文介绍锁相环集成电路 N E/ SE564 的内部结构 、引脚 、电路特性 、技术参 数 ,给出 12 倍频锁相倍频器的实用电路 。 关键词 :锁相环 锁相倍频
陈功富 、徐达山主编《新编世界集成电路 大全》 黑龙江人民出版社. 编者注 :
作者地址 :江苏省扬州市 204 信箱 邮政编码 :225001
图 2 12 倍频锁相倍频器 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
N E/ S E564 为双列直插 16 脚封装 , 按 使用温度范围不同 , 分为 N E564 和 S E564 , 其管脚定义见表 1 。图 1 为其内部等效电路 框图 。N E564/ S E564 是一个多功能 、高性 能 、可工作至 50M Hz 的锁相环电路 , 它由压
图 1 N E/ S E564 方框图
1 、概述
锁相环在频率合成技术中占有重要的地 位 ,利用锁相技术 ,可以产生高稳定度的频率 信号 ,在相位相关的脉冲宽度的测量 、信息的 远距离通讯 、调制解调等领域 ,利用单片锁相 环 ,可以在不增加成本的前提下 ,大大提高信 号质量和传输可靠性 。
N E/ S E564 单片锁相环只需 + 5V 工作 电压 , T TL 电平输入和输出 , 片内压控振荡 器最高振荡频率为 50M Hz ,片外环路增益控 制 。主要应用于高速调制解调 、F S K 接收和 发送 、频率合成 、信号发生器等场合 。
12 振荡频率设置电容引出端 13 振荡频率设置电容引出端
14 模拟输出端 (用于调解输出 )
15 延迟设置端 (设置门限值 )
16 T TL 电平输出端 (用于解调输出 )
控振荡器 (V CO) 、限幅器 、鉴相器 、二次检测 处理器组成 。
N E564/ S E564 的特性如下 : * 单 + 5V 电源 ; * 输入和输出电平与 T TL 兼容 ; * 可保证工作至 50M Hz ; * 有外部环路增益控制 。 N E564/ S E564 的应用领域 : * 高速调制解调 ; * F S K 接收机和发送器 ;
10 脚输入为 6V 功 耗 600m W 环境温度 N E564 0～70 ℃
S E564 - 55～ + 125 ℃ 振荡频率设置电容的选择 :
C = 1/ 25R F F 为压控振荡器自然振荡频率 R 为内部集成电阻约 100Ω 故 C = 1/ 2500F 如果 C 选 10p F ,则 F = 40M Hz 环路增益控制端输入电流的选择 : 一般取 I = 200～400μA 可以满足对锁 定范围的要求 。 环路滤波电容的选择 : 对于频率倍增电路 , 环路滤波器中的电 容器为 10～50μF 。 主要特性参数 : 压控振荡器 V CO 最大振荡频率 :
图 2 的锁相倍频器 fm = 4M Hz ,经 12 倍频 后输出频率为 48M Hz , 输入和输出信号是相 位相关的 , 其频率稳定性取决于输入频率的稳 定度 , 若输入频率信号由晶振产生 , 则 48M Hz 输出信号的频率稳定性可以做到同一数量 级。
电路中 , D1 完成 4 分频功能 , D2 和 D4完成 3 分频功能 。D2 两个输出端均为逻辑 1时 , D4 输出 0 , 迫使 D2 状态回到逻辑 0 , 因 此 ,反馈逻辑实现了 12 分频 。D3 分别将来自 D2 的信号和 fm 进行 2 分频 ,以保证信号占空 比为 50 % , 满足锁相环对信号占空比的要 求 。调试时 ,先断开 C1 ,调节 C0 ,使在第 9 脚测 得的锁相环自然振荡频率为 48M Hz , 然后调 节 V R1 , 使流入 2 脚的电流为 300～400μA , 最后接入 C1 ,整个电路即能有效地工作 。 参考文献
表 1 N E SE564管脚定义
管脚
电 路 特 性
1 V CC,接 + 5V 2 环路增益控制端 ,电流约为 200μA 3 相位比较器输入端 ,来自分频器 路滤波引出端
6 信号输入端 ,占空比 50%
7 偏置滤波输入端
8
9 压控振荡器输出 , T TL 电平 10 V CC,接 + 5V 11 压控振荡器输出端
60M Hz (C = 0) 锁定范围 :V CO 频率的 70 % : ( Vi ≥200m V r m s) 捕获范围 :V CO 频率的 30 % ; ( Vi ≥200m V r m s) 耗 电 : 5V ,45mA
2 、实用实例
图 2 给出 N E564 在脉宽测量装置中作 为锁相倍频器的应用电路 , 输入信号频率为 4M Hz , 输出信号频率为 48M Hz , 为 12 倍频 锁相倍频器 。
© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
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《国外电子元器件》1996 年第 3 期 1996 年3 月
* 频率合成器 ; * 信号发生器 。 极限参数 : 电源电压 1 脚输入为 14V