锁相环PLL基本原理
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。
反电势正交锁相环获取电角度 -回复
反电势正交锁相环获取电角度-回复反电势正交锁相环（反电势PLL）是一种常见的电角度测量方法，常用于交流电力系统中。
本文将介绍反电势PLL的原理、工作步骤以及应用。
一、反电势PLL的原理反电势PLL是通过对电网中的电压信号进行采样和处理，从而实现对电角度的准确测量的一种方法。
它的基本原理是利用正交锁相环（PLL）中的极坐标变换功能，将电压信号转换为电角度信号。
因为电网中的电压信号是正弦波，所以可以通过正交锁相环的相位差检测功能，得到电压信号的相位信息，并将其转换为电角度。
二、反电势PLL的工作步骤反电势PLL的工作步骤可以分为以下几个阶段：1. 输入信号采样：从电网中采样得到电压信号。
通常使用传感器（比如电压互感器）将电压信号转换为电流信号，然后进行采样。
2. 信号处理：对采样得到的电流信号进行放大、滤波等处理，以去除噪音和干扰。
此外，还需要进行模数转换（A/D转换），将模拟信号转换为数字信号。
3. 极坐标变换：利用正交锁相环的功能，将数字信号转换为极坐标形式，即幅值和相位。
4. 相位差检测：通过比较电网中的采样信号和参考信号的相位差，得到相位信息。
通常参考信号可以是电网中的同频电流信号。
5. 相位锁定：根据相位差检测的结果，对反电势PLL的控制回路进行调整，使得参考信号和采样信号的相位差趋于零，从而实现电角度的准确测量。
三、反电势PLL的应用反电势PLL广泛应用于交流电力系统中的电气设备控制中。
它可以用于实时监测电网的相位信息，从而实现对电网的稳定运行和故障检测。
其中一个重要的应用是在电力厂的自动同步控制系统中。
在电力系统中，当发电机与电网连接时，需要保持发电机与电网的相位同步。
反电势PLL 可以测量电网中的电角度，并与发电机的电角度进行比较，通过控制发电机的励磁系统，实现发电机与电网的相位同步。
此外，反电势PLL还可以用于电能质量监测和故障检测。
电网中的电气设备的正常运行需要各种电压和电流波形的准确同步。
锁相环 逆变
锁相环逆变
锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）和逆变器（Inverter）是电子领域中两个不同的概念，它们通常在不同的应用中使用。
1.锁相环（PLL）：PLL 是一种电子电路，通常用于频率合成、时
钟恢复和相位同步等应用。
它的基本原理是通过比较输入信号
和一个内部振荡器的输出，然后调整振荡器的频率和相位，使
输出信号与输入信号保持稳定的相位关系。
PLL 可用于从不稳
定的时钟信号中生成稳定的时钟，或者用于将信号的频率锁定
到特定的参考频率。
在通信系统、数字电路和射频应用中广泛
使用。
2.逆变器（Inverter）：逆变器是一种电子设备，用于将直流电（DC）
转换为交流电（AC）。
它通常用于太阳能发电系统、风能发电系
统、电动汽车、UPS（不间断电源）等应用中，将储存的直流电
能或可再生能源的直流输出转换为可用于电网或电器设备的交
流电。
逆变器可以有不同的类型，如脉宽调制逆变器、谐波逆
变器等，具体类型取决于应用和性能需求。
这两个概念在电子领域中有不同的应用领域，通常不直接相关。
锁相环用于时钟和信号处理，而逆变器用于能源转换和电源供应。
PLL 锁相环原理
什么是锁相环（PLL）工作原理及对硬件电路连接的要求锁相环是一种反馈电路，其作用是使得电路上的时钟和某一外部时钟的相位同步。
PLL通过比较外部信号的相位和由压控晶振（VCXO）的相位来实现同步的，在比较的过程中，锁相环电路会不断根据外部信号的相位来调整本地晶振的时钟相位，直到两个信号的相位同步。
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。
通过锁相环同步多块板卡的采样时钟所需要的编程技术会根据您所使用的硬件板卡的不同而不同。
对于基于PCI总线的产品（M系列数据采集卡，PCI数字化仪等），所有的同步都是通过RTSI总线上的时钟和触发线来实现的；这时，其中一块版板卡会作为主卡并且输出其内部时钟，通过RTSI线，其他从板卡就可以获得这个用于同步的时钟信号，对于基于PXI总线的产品，则通过将所有板卡的时钟于PXI内置的10MHz背板时钟同步来实现锁相环同步的。
锁相环(PLL)的工作原理1．锁相环的基本组成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。
锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PLL,Phase-Locked Loop）。
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。
锁相环通常由鉴相器（PD,Phase Detector）、环路滤波器（LF,Loop Filter）和压控振荡器（VCO,Voltage Controlled Oscillator）三部分组成，锁相环组成的原理框图如图8-4-1所示。
锁相环pll原理与应用
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目 录
• 锁相环PLL的基本原理 • 锁相环PLL的种类与特性 • 锁相环PLL的应用 • 锁相环PLL的发展趋势与挑战 • 锁相环PLL的设计与实现
01
锁相环PLL的基本原理
PLL的基本结构
鉴相器（PD）
用于比较输入信号和反馈信号的相位 差。
压控振荡器（VCO）
相位同步
锁相环PLL用于电力系统的相位同步，确保不同电源之间的相位一 致，提高电力系统的稳定性。
频率跟踪
锁相环PLL用于电力系统的频率跟踪，实时监测电网频率变化，确 保电力系统的正常运行。
故障定位
通过分析电网信号的相位和频率变化，结合锁相环PLL实现电力故 障的快速定位和排查。
其他领域的应用
电子测量
PLL的发展趋势
高速化
随着通信技术的发展， 对信号的传输速率要求 越来越高，锁相环PLL 的频率合成速度和跟踪
速度也在不断加快。
数字化
随着数字信号处理技术 的进步，越来越多的锁 相环PLL开始采用数字 控制方式，提高了系统 的稳定性和灵活性。
集成化
为了减小电路体积和降 低成本，锁相环PLL的 集成化程度越来越高， 越来越多的功能被集成
软件PLL具有灵活性高、可重 构性好等优点，但同时也存在 计算量大、实时性差等缺点。
各种PLL的优缺点比较
1 2
3
模拟PLL
优点是响应速度快、跟踪性能好；缺点是元件参数漂移、温 度稳定性差。
数字PLL
优点是精度高、稳定性好、易于集成；缺点是响应速度慢、 跟踪性能较差。
软件PLL
优点是灵活性高、可重构性好；缺点是计算量大、实时性差 。
4阶锁相环环路计算matlab
一、锁相环环路计算的基本原理锁相环（PLL）是一种控制系统，它可以跟踪并锁定一个输入信号的相位和频率。
它通常包括一个相位比较器、一个数字控制环路滤波器、一个控制电压示数器和一个振荡器。
锁相环环路计算就是指计算和分析锁相环系统的环路参数，以实现系统设计和优化。
锁相环环路计算在数字信号处理、通信系统、雷达和仪器仪表等领域都有着广泛的应用。
在锁相环设计过程中，环路计算可以帮助工程师确定合适的环路带宽、相位裕度以及滤波器设计等参数，从而实现系统对输入信号的准确跟踪和稳定锁定。
二、锁相环环路计算的基本步骤1. 确定锁相环的工作频率范围和精度要求。
根据系统的应用需求和输入信号的特性，确定锁相环所需的频率范围和频率精度，这将指导锁相环环路的设计和计算。
2. 分析环路的稳定性和性能指标。
通过传递函数、脉冲响应和频率特性等分析方法，对锁相环环路的稳定性、相位裕度、噪声抑制和跟踪性能等指标进行评估和分析，为后续的计算和优化提供基础。
3. 计算环路滤波器的参数。
根据系统的稳定性要求和性能指标，计算锁相环环路滤波器的参数，包括带宽、阶数、极点位置和增益等，以实现对输入信号的精确跟踪和稳定锁定。
4. 优化振荡器的设计参数。
选择合适的振荡器类型、频率范围和相位噪声等参数，结合锁相环环路的设计要求进行优化，确保锁相环系统的性能达到最佳状态。
5. 模拟仿真和实际测试。
利用matlab等工具进行锁相环环路计算的模拟仿真，验证设计参数的有效性和系统性能的稳定性，然后进行实际测试和调试，对系统进行进一步优化和改进。
三、matlab在锁相环环路计算中的应用matlab是一种强大的数学建模和仿真工具，它在锁相环环路计算中有着广泛的应用。
通过matlab工具箱中的控制系统工具箱和信号处理工具箱，可以方便地进行锁相环环路的建模、分析和计算，为系统设计和优化提供有效的支持。
matlab提供了丰富的控制系统函数和工具，可以实现锁相环环路的传递函数建模、频率响应分析、环路稳定性评估和性能指标计算等功能。
锁相环的工作原理
锁相环的工作原理
锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种用于生成稳定的与参考信号相位相同的输出信号的电子电路。
它的工作原理主要包括三个部分：相位比较器、低通滤波器和控制电压发生器。
1. 相位比较器：相位比较器将参考信号和输出信号进行相位比较，产生一个误差信号。
这个误差信号反映了输出相位和参考相位之间的差异。
2. 低通滤波器：误差信号经过低通滤波器进行滤波处理，去除高频噪声，得到一个平滑的控制信号。
这个控制信号的幅度表示了相位差的大小，而它的符号表示了相位差的正负方向。
3. 控制电压发生器：控制电压发生器根据滤波后的控制信号来调节输出信号的频率和相位，使得输出信号与参考信号保持同步。
控制电压发生器一般会产生一个与相位差成正比的反馈控制电压，通过改变振荡器或频率合成器的控制电压来调整输出信号的频率，使其与参考信号保持同步。
通过不断的相位比较、滤波和控制电压发生器的调节，锁相环能够使输出信号的频率和相位与参考信号保持一致。
这种稳定的相位锁定使得锁相环在很多应用中起到了重要的作用，例如时钟信号同步、频率合成、调制解调等。
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。
锁相环PLL的组成和工作原理
锁相环的组成和工作原理#11．锁相环的基本组成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，锁相环组成的原理框图如图8-4-1所示。
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uD（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uC（t），对振荡器输出信号的频率实施控制。
2．锁相环的工作原理锁相环中的鉴相器通常由模拟乘法器组成，利用模拟乘法器组成的鉴相器电路如图8-4-2所示。
鉴相器的工作原理是：设外界输入的信号电压和压控振荡器输出的信号电压分别为：（8-4-1）（8-4-2）式中的ω0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角频率，称为电路的固有振荡角频率。
则模拟乘法器的输出电压uD为：用低通滤波器LF将上式中的和频分量滤掉，剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压uC（t）。
即uC（t）为：（8-4-3）式中的ωi为输入信号的瞬时振荡角频率，θi（t）和θO（t）分别为输入信号和输出信号的瞬时位相，根据相量的关系可得瞬时频率和瞬时位相的关系为：即（8-4-4）则，瞬时相位差θd为（8-4-5）对两边求微分，可得频差的关系式为（8-4-6）上式等于零，说明锁相环进入相位锁定的状态，此时输出和输入信号的频率和相位保持恒定不变的状态，uc（t）为恒定值。
锁相环PLL原理与应用
V V
2—9KHZ频率合成器
9V 100K 10K 47n
16 13 9
晶振
14
40 46
Uo 4
1K Hz
3
11
67 5 8
10 0K
1n
9V
3 16 RE SET
14
15
40 17
8
13
2 4 7 10 1 5 6 9 11
X2 X4 X6 X8 X1 X3 X5 X7 X9
3）拨盘开关式1—999KHZ
百位
A VD D
4X 100 K
8421
十位
A VD D
4X 100 K
8421
个位
A VD D
4）健盘置数式1—999KHZ频率合 成器 （P12）
• 就是用数字健盘以及某些数字IC替代拨盘 V开关构成1——999KHZ频率合成器。最终
应做到：当顺序按键盘旳任意三个健（如 5.9.2）时，则输出信号旳频率就为592KHz。 置数部分旳框图如图
捕获带旳测量
• 环路失锁后，缓慢变化信号源频率， 从高端或低端向４０４６Ａ旳中心 频率接近，当信号源频率分别为fＰ H和fＰL时，环路又锁定。则环路捕 获带ΔfP ＝ fPH－fPL。
f H f P fL f o L P f H H f H
ωn、ξ旳测量 P（8）
9V
9V
10K
W1
10K
16 15 14 13 12 11 10
9
晶振
14
4
OU T
1K Hz
PD 2
40 46
VC O
3
8
5 11 6
7
PLL电路的基本工作原理（1）
PLL电路的基本工作原理1.1PLL电路的三大组成各部分Phase lock loop锁相环电路适用于生成与输入信号同步的新的信号电路。
PLL电路基本上由三大部分组成：1）鉴相器（phase detector）鉴相器用于检测出两个输入信号的相位差。
鉴相器的工作方式多种多样，大部分是数字方式的，也有模拟方式工作的鉴相器，主要方式检测出两个信号上升沿的差。
2）环路滤波器（loop filter）环路滤波器是将鉴相器输出的含有波纹的直流信号平均化，将次变换为交流成分较少的低通滤波器。
环路滤波器滤除了滤除波纹的功能外，还有一个重要的功能，即决定稳定进行PLL环路控制的传输特性。
稳定的PLL电路的环路滤波特性是非常重要的。
关系到整个系统的性能。
3）压控振荡器（voltage controlled osillator）压控振荡器就是用输入的直流信号控制振荡频率，它是一种可变频振荡器。
1.1.2PLL的应用与频率合成器在图中可以看到，将输入信号与VCO输出信号进行比较，控制两个信号使其保持相位同步。
两个输入信号同相位，当然也可以对频率进行同样的控制，这样一来就可以是VCo输出的振荡频率能够跟踪输入信号的频率了。
这时，VcO的振荡频率变化由环路滤波器的时间常数决定。
时间常数越大，频率的变化越慢；时间常数越小，频率变化越快。
这样，VCo的振荡频率同步跟踪输入信号的频率。
在图中若跟踪速度设计得当，由VCO可得到接受信号或与电磁波同步的信号。
例如，接受电磁波信号中叠加有噪声时，VCO立即停止接收该信号，不收噪声影响，VCO与接收信号平品均频率稳定同步，并持续振荡。
另外，在图中，若VCO输出与鉴相器输入之间接入分频器，则输入频率与VCO输出频率的分频频率同步。
也就是说，VCO的振荡频率对输入信号的分频频率进行控制。
因此，若在PLL输入信号中加上由晶振等产生的稳定频率信号，并对分频器的频率进行切换，则由VCO的输出得到与输入频率同样精度的分频信号。
锁相环放大器的原理及应用
锁相环放大器的原理及应用锁相环放大器（Phase-locked loop amplifier，简称PLL放大器）是一种电子放大器，利用锁相环的原理，对输入信号进行放大，同时保持输出信号与输入信号的相位关系稳定。
锁相环放大器的原理主要包括三个基本模块：相位比较器、低通滤波器和VCO（Voltage-Controlled Oscillator）。
1. 相位比较器（Phase Comparator）：相位比较器用于比较输入信号和反馈信号的相位差，并产生一个误差信号。
常见的相位比较器有乘法型相位比较器和加法型相位比较器。
2. 低通滤波器（Low Pass Filter）：低通滤波器用于滤除相位比较器输出信号中的高频噪声，只保留误差信号的直流分量，同时具有一定的延迟作用。
3. VCO（Voltage-Controlled Oscillator）：VCO是一个可通过电压控制频率的振荡器。
它的频率由输入的控制电压决定，通常与输入信号的频率相等，但相位可能会有一定的偏差。
通过调整VCO的控制电压，可以改变输出信号的相位与输入信号的相位之间的差距。
锁相环放大器的应用非常广泛。
以下是一些常见的应用场景：1. 时钟恢复：锁相环放大器经常用于从数字信号中恢复时钟信号。
通过将输入信号和本地时钟信号进行相位比较，可以产生一个误差信号，并通过调整VCO的频率，将输出信号的相位与输入信号的相位进行同步，从而恢复出准确的时钟信号。
2. 数据通信：锁相环放大器广泛应用于高速数据通信系统中。
通过对接收到的数据信号与本地时钟信号进行相位比较，并调整VCO的频率，可以保证接收到的数据信号与本地时钟信号的相位同步，从而实现可靠的数据传输。
3. 降噪增益：锁相环放大器可以用于降低输入信号中的噪声，并放大信号的幅度。
通过对输入信号和反馈信号进行相位比较，并通过调整VCO的频率，可以实现对信号的放大，并同时抑制输入信号中的噪声。
总之，锁相环放大器通过利用反馈控制的方式，可以实现对输入信号的放大，并保持输出信号与输入信号的相位关系稳定。
锁相环路基本工作原理
锁相环的组成和工作原理2022-04-24 10:261．锁相环的基本组成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。
锁相环通常由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)和压控振荡器(VCO)三部份组成，锁相环组成的原理框图如图 8-4-1 所示。
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 (t)电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控D振荡器的控制电压 u (t)，对振荡器输出信号的频率实施C控制。
2．锁相环的工作原理锁相环中的鉴相器通常由摹拟乘法器组 成，利用摹拟乘法器组成的鉴相器电路如图 8-4-2 所示。
鉴相器的工作原理是：设外界输入的信号电压和压控振荡器 输出的信号电压分别为：(8-4-1 ) (8-4-2)式中的 ω 为压控振荡器在输入控制电压为零或者为直流电压时的振荡角频率，称为电路的固有振荡角频率。
则摹拟乘法 器的输出电压 u D 为：用低通滤波器 LF 将上式中的和频分量滤掉，剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压 u (t)。
即 u (t)为：C C(8-4-3)式中的 ω 为输入信号的瞬时振荡角频率， θ (t) 和 θ (t)i i O分别为输入信号和输出信号的瞬时位相，根据相量的关系可 得瞬时频率和瞬时位相的关系为：即(8-4-4)则，瞬时相位差θ 为d(8-4-5)对两边求微分，可得频差的关系式为(8-4-6)上式等于零，说明锁相环进入相位锁定的状态，此时输出和输入信号的频率和相位保持恒定不变的状态， u (t)为恒定c值。
锁相环的相位噪声传递函数
锁相环的相位噪声传递函数锁相环（PLL）是一种常用的电路，用于将输入信号的相位与参考信号的相位保持一致。
相位噪声传递函数是描述锁相环中相位噪声传递的数学模型。
本文将介绍锁相环的基本原理和相位噪声传递函数，并探讨其在通信系统中的应用。
一、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（VCO）和分频器组成。
其基本原理是通过不断调节VCO的频率，使其输出信号的相位与参考信号的相位保持一致。
具体实现过程如下：1. 相位比较器：将输入信号和参考信号进行相位比较，产生一个误差信号。
2. 低通滤波器：对误差信号进行滤波，得到一个平滑的控制电压。
3. VCO：根据控制电压改变输出信号的频率，同时也改变其相位。
4. 分频器：将VCO的输出信号进行分频，得到参考信号。
通过不断的反馈调节，锁相环能够使VCO的输出信号与参考信号的相位保持一致，从而实现相位同步。
二、相位噪声传递函数的定义相位噪声传递函数是衡量锁相环中相位噪声传递特性的一种数学模型。
它描述了输入到输出的相位噪声传递情况，通常用频率响应函数的形式表示。
具体而言，相位噪声传递函数可以表示为：H(f) = K / (1 + jf/fc)其中，H(f)表示相位噪声传递函数，K表示增益，f表示频率，fc 表示截止频率。
三、相位噪声传递函数的分析相位噪声传递函数可以用于分析锁相环中相位噪声的特性。
从函数的形式可以看出，当频率接近截止频率时，相位噪声传递函数的值较小，说明锁相环对低频相位噪声具有较好的抑制能力。
而当频率远离截止频率时，相位噪声传递函数的值逐渐增大，说明锁相环对高频相位噪声的抑制能力较弱。
四、锁相环在通信系统中的应用锁相环在通信系统中有着广泛的应用。
其中，最常见的应用是时钟恢复和频率合成。
1. 时钟恢复：在数字通信系统中，接收端需要从接收到的信号中恢复出发送端的时钟信号。
锁相环可以通过将接收到的信号与本地时钟进行比较，并通过调节VCO的频率来实现时钟的恢复。
PLL(锁相环)电路原理及设计 [收藏]
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PLL(锁相环)电路原理及设计[收藏]PLL(锁相环)电路原理及设计在通信机等所使用的振荡电路，其所要求的频率范围要广，且频率的稳定度要高。
无论多好的LC振荡电路，其频率的稳定度，都无法与晶体振荡电路比较。
但是，晶体振荡器除了可以使用数字电路分频以外，其频率几乎无法改变。
如果采用PLL(锁相环)(相位锁栓回路，PhaseLockedLoop)技术，除了可以得到较广的振荡频率范围以外，其频率的稳定度也很高。
此一技术常使用于收音机，电视机的调谐电路上，以及CD唱盘上的电路。
一PLL(锁相环)电路的基本构成PLL(锁相环)电路的概要图1所示的为PLL(锁相环)电路的基本方块图。
此所使用的基准信号为稳定度很高的晶体振荡电路信号。
此一电路的中心为相位此较器。
相位比较器可以将基准信号与VCO (Voltage Controlled Oscillator……电压控制振荡器)的相位比较。
如果此两个信号之间有相位差存在时，便会产生相位误差信号输出。
(将VCO的振荡频率与基准频率比较，利用反馈电路的控制，使两者的频率为一致。
)利用此一误差信号，可以控制VCO的振荡频率，使VCO的相位与基准信号的相位(也即是频率)成为一致。
PLL(锁相环)可以使高频率振荡器的频率与基准频率的整数倍的频率相一致。
由于，基准振荡器大多为使用晶体振荡器，因此，高频率振荡器的频率稳定度可以与晶体振荡器相比美。
只要是基准频率的整数倍，便可以得到各种频率的输出。
从图1的PLL(锁相环)基本构成中，可以知道其是由VCO，相位比较器，基准频率振荡器，回路滤波器所构成。
在此，假设基准振荡器的频率为fr，VCO的频率为fo。
在此一电路中，假设frgt;fo时，也即是VC0的振荡频率fo比fr低时。
此时的相位比较器的输出PD 会如图2所示，产生正脉波信号，使VCO的振荡器频率提高。
相反地，如果frlt;fo时，会产生负脉波信号。
(此为利用脉波的边缘做二个信号的比较。
锁相环技术原理及fpga实现
锁相环技术原理及fpga实现一、锁相环技术原理锁相环（Phase Locked Loop，PLL）是一种电路技术，用于在输入信号与参考信号之间产生固定的相位关系。
它由一个相位比较器、一个低通滤波器和一个控制电压源组成。
1. 相位比较器相位比较器是锁相环的核心部件，用于比较输入信号和参考信号的相位差。
常见的有两种类型：单极性和双极性。
单极性相位比较器只能检测到一个方向的相位差，而双极性可以检测两个方向的相位差。
2. 低通滤波器低通滤波器用于对比较结果进行平滑处理，去除高频噪声和不稳定因素。
3. 控制电压源控制电压源根据低通滤波器输出的直流电压来调整VCO（VoltageControlled Oscillator）的频率。
当输入信号与参考信号之间存在相位差时，控制电压源会调整VCO输出频率使其与参考信号同步。
二、FPGA实现FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑芯片，可以被重新编程以实现各种功能。
在FPGA中实现锁相环的过程主要包括以下几个步骤：1. 时钟分频器首先需要将输入信号进行分频，使其与参考信号具有相同的频率。
这可以通过时钟分频器实现，FPGA中常见的时钟分频器有计数器和DDS（Direct Digital Synthesis）。
2. 相位比较器相位比较器可以采用XOR门或D触发器等逻辑门电路实现。
其中XOR门可以检测到单极性相位差，而D触发器可以检测到双极性相位差。
3. 低通滤波器低通滤波器可以使用FPGA中的数字滤波器实现，常见的有FIR （Finite Impulse Response）和IIR（Infinite Impulse Response）滤波器。
4. 控制电压源控制电压源通常由DAC（Digital-to-Analog Converter）实现，将数字控制信号转换为模拟电压输出。
这个电压输出会通过OPA （Operational Amplifier）放大并接入VCO来调整其输出频率。
锁相环(PLL)基本原理
然后，预分频器会切换至P分频。也可以说，此时B计数器还有(B – A)个周期才会发生超 时。所需时间为：((B – A) × P)。
现在，系统会返回到刚开始的初始条件。
所需的VCO周期总数为：
N = [A × (P + 1)] + [(B – A) × P] = AP + A + BP – AP = BP + A.
在某些情况下，将相位噪声转换成时间抖动会很有用。这可以通过对所需频率范围内的 相位噪声图进行基本积分处理来实现。(请参见教程MT-008“将振荡器相位噪声转换为时 间抖动”。)使用PLL输出来驱动ADC采样时钟时，这种在相位噪声和时间抖动之间执行转 换的能力特别有用。一旦时间抖动已知，就可以评估其对整体ADC SNR的影响。ADIsimPLL™程序(稍后讨论)可以执行相位噪声和时间抖动之间的转换。
这些参数中很多都是交互式的；例如，通过减小环路带宽值，可以降低相位噪声和基准 杂散水平，但却会造成锁定时间延长和相位裕量减少。
由于涉及到很多考量，因此可以使用ADI公司的ADIsimPLL™等PLL设计程序来评估这些考 量并根据所需规格调整各种参数。该程序不仅可以帮助完成理论设计，而且还可以辅助 进行器件选型和确定元件值。
预分频器
在传统的整数N分频频率合成器中，输出频率的分辨率由施加于鉴相器的基准频率决定。 因此，举例来说，如果需要200 kHz间隔(如GSM电话中)，那么基准频率必须为200 kHz。 但是，获取稳定的200 kHz频率源并不容易。一种合理的做法是采用基于晶振的良好高频 源并对其进行分频。例如，从10 MHz频率基准开始并进行50分频，就可以得到所需的频 率间隔。这种方法如图3A所示。
ERROR DETECTOR
锁相环PLL基本原理
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鉴相器是相位比较装置，用来比较输入信号ui(t)与压控振荡 器输出信号uo(t) 的相位，它的输出电压ud(t)是对应于这两个信号 相位差的函数。
环路滤波器的作用是滤除ud(t)中的高频分量及噪声，以保 证环路所要求的性能。
压控振荡器受环路滤波器输出电压uc(t)的控制，使振荡 频率向输入信号的频率靠拢，直至两者的频率相同，使得VCO
在锁相频率合成器中，锁相环路具有稳频作用，能够完成频 率的加、减、乘、除等运算，可以作为频率的加减器、倍频器、 分频器等使用。
二、基本锁相环的构成se Detector) 环路滤波器(LF-Loop Filter) 压控振荡器(VOC: Voltage Controlled Oscillater)
高频成分
低频成分
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通过环路滤波器，把上式中高频分量滤除。则鉴相器的输出为
u d(t)1 2A m U 1 m U 2 m sin i(t)o(t)
ud(t)Kdsin(t)
式中 Kd 12AmU1mU2m 其中Am 为乘法器的增益系数，量纲为1/V。
(t)i(t)o(t)
锁相环pll基本原理设计与应用第一节反馈控制电路简介第二节自动增益控制电路agc第三节自动频率控制afc电路第四节锁相环路pll基本原理一pll概述二基本锁相环的构成三锁相环的基本原理四锁相环各组成部分分析五环路的锁定捕获和跟踪同步带和捕捉带第六节锁相环路的应用一集成锁相环芯片方波发生器三pll在调制解调技术中的应用四pll在空间技术上的应用五pll在稳频技术中的应用六pll在频率合成器中的应用在无线电技术中为了改善电子设备的性能广泛采用各种的反馈控制电路
输出信号的相位和输入信号的相位保持某种特定的关系，达
一种解决直流偏移的锁相环建模
一种解决直流偏移的锁相环建模锁相环（PLL）是一种常用的技术，用于解决直流偏移问题。
直流偏移是指信号中存在有源或无源直流成分，这会导致信号的频谱性质发生变化，造成系统性能下降。
解决直流偏移问题对于信号处理和通信系统至关重要。
本文将针对直流偏移问题，利用锁相环建模进行深入探讨，并提出一种解决方法。
一、锁相环的基本原理锁相环是一种控制系统，用于捕获和跟踪一个参考信号（称为参考信号）与一个局部振荡器输出信号（称为本地振荡器输出信号）之间的相位差。
通过调整本地振荡器的频率和相位，使其与参考信号达到同步，从而实现信号的同步和频率对齐。
锁相环的基本结构包括相位比较器、环路滤波器、控制电压发生器和本地振荡器。
相位比较器用于比较参考信号和本地振荡器输出信号的相位差，产生误差信号；环路滤波器用于平滑误差信号，获取控制电压；控制电压发生器根据控制电压调节本地振荡器的频率和相位，使其与参考信号同步。
二、直流偏移的问题分析在实际系统中，信号中常常存在有源或无源直流成分，这会导致信号的频谱性质发生变化，造成系统性能下降。
直流偏移问题会引起接收信号的误差，影响系统的灵敏度和动态范围，因此需要进行有效的补偿和消除。
直流偏移的产生主要有以下几种原因：电路元件的漂移、环境温度变化、输入信号不稳定等。
这些因素都会导致本地振荡器的频率和相位产生变化，从而引起直流偏移问题。
三、锁相环建模为了解决直流偏移问题，可以采用锁相环建模的方法进行设计和仿真。
锁相环建模的目标是建立参考信号和本地振荡器输出信号之间相位差的数学模型，以实现信号的同步和频率对齐。
1. 相位比较器建模相位比较器是锁相环的核心部件，用于比较参考信号和本地振荡器输出信号的相位差。
常用的相位比较器包括正交相位检测器和乘法相位检测器。
正交相位检测器通过两个正交信号的乘积来检测相位差，而乘法相位检测器则通过两个信号的乘积来检测相位差。
可以根据实际系统需求，选择合适的相位比较器进行建模。
锁相环电路设计与应用
锁相环电路设计与应用锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）是一种常见的电路设计和应用，广泛应用于通信、计算机、音频、视频、测量等领域。
本文将介绍PLL的基本原理、电路设计以及应用。
一、PLL的基本原理PLL是一种反馈控制系统，通过比较两个输入信号的相位差，并根据差异信号来调整时钟信号的相位和频率，使得输出信号与输入信号同步，以稳定输出信号的相位和频率。
PLL通常由以下几个主要组成部分构成：1. 相频比较器（Phase/Frequency Detector，PFD）：将输入信号与反馈信号进行比较，产生差异信号。
2. 电压控制振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，VCO）：根据差异信号调整输出信号的频率和相位。
3. 低通滤波器（Low-Pass Filter，LPF）：用于滤除VCO输出信号中的高频噪声。
4. 分频器（Divider）：将VCO输出信号进行频率分频。
PLL的工作原理如下：1.将输入信号与反馈信号经过PFD进行比较，得到差异信号。
差异信号表示输入信号与反馈信号之间的相位差和频率差。
2.差异信号经过低通滤波器进行滤波，得到一个DC信号，用于表示相位差和频率差。
3.DC信号经过增益放大后，作为控制信号输入到VCO中。
VCO输出的信号经过分频器进行频率分频，再与输入信号进行比较，形成反馈信号。
4.反馈信号经过低通滤波器进行滤波，形成新的输入信号，进一步调整VCO输出的相位和频率，使得输出信号与输入信号同步。
二、PLL的电路设计PLL的电路设计需要考虑以下几个方面：1.选择合适的PFD：根据输入信号的特点选择合适的PFD，常见的有异或门和锁相比较器等。
2.设计合适的滤波器：根据设计要求，设计合适的低通滤波器，用于滤除VCO输出信号中的高频噪声。
3.选择合适的VCO：根据设计要求选择合适的VCO，考虑信号频率范围、线性度、功耗等因素。
4.确定适当的分频比：根据设计要求确定适当的分频比，实现对输出信号频率的控制。
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第一节 锁相环路(PLL)及其反馈控制电路简介
在无线电技术中，为了改善电子设备的性能，广泛采用各种 的反馈控制电路。常用的有自动相位控制（APC）电路，也称为锁 相环路（PLL-Phase Locked Loop），自动增益控（AGC）电路以 及自动频率控制（AFC）电路。
它们所起的作用不同，电路构成也不同，但它们同属于反馈 控制系统，其基本工作原理和分析方法是类似的。
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第三节 自动频率控制（AFC）电路
AFC电路也是一种反馈控制电路。他控制的对象是信号的频 率，其主要作用是自动控制振荡器的振荡频率。例如，在调频发射 机中如果振荡频率漂移，则利用AFC反馈控制作用，可以适当减少 频率变化，可以提高频率稳定度。又如在超外差接收机中，依靠 AFC系统的反馈调整作用，可以自动控制本振频率，使其与外来信 号频率之差值维持在接近中频得数值。
第 8 页 Ui Ui与增益 与增益K K的关系曲线 的关系曲线
Ui与UO的关系曲线
加上AGC后，放大 器增益K随Ui的增加而减 小(曲线1)，因而输出电 压UO 和输入电压Ui不再 是线性关系，振幅特性 UO～ Ui不再是一条直线， 而是如 图2-3 所示的曲 线2’。
图2-3 简单的AGC特性
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第二节 自动增益控制电路（AGC）
自动增益控制电路是某些电子设备特别是接收设备的重要辅 助电路之一，其主要作用是使设备的输出电平保持一定的数值。 所以也叫自动电平控制（ALC）电路。 自动增益控制电路是一种反馈控制电路，当输入信号电平变 化时，用改变增益的方法，维持输出信号电平基本不变的一种反 馈控制系统。
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AGC电路接收方框图如图2-1所示。
图2-1 AGC电路的接收方框图
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工作原理: 它的工作过程是输入信号 经放大、变频、再放大后，到 中频输出信号，然后把此输出电压经检波和滤波，产生控制电压 ， 反馈回到中频、高频放大器，对他们的增益进行控制。所以这种增 益的自动调整主要由两步来完成：第一，产生一个随输入 信号而变 化的直流控制电压 (叫AGC电压)；第二，利用AGC电压去控制某些 部件的增益, 使接收机的总增益按照一定规律而变化。
锁相环路应用
锁相调频器
锁相鉴频器
定时提取（滤波） 锁相频率合成器 ……
在锁相频率合成器中，锁相环路具有稳频作用，能够完成频 率的加、减、乘、除等运算，可以作为频率的加减器、倍频器、 分频器等使用。
二、基本锁相环的构成
基本的锁相环路组成
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鉴相器(PD-Phase Detector) 环路滤波器(LF-Loop Filter) 压控振荡器(VOC: Voltage Controlled Oscillater)
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第四节
锁相环路(PLL)
一、PLL概述
锁相环路是一个相位误差控制系统，是将参考信号与输出信号 之间的相位进行比较，产生相位误差电压来调整输出信号的相位， 以达到与参考信号同频的目的。
环路 滤波器 压控
振荡器 输出信 号
参考信 号
鉴相器
图4-1 锁相环系统框图
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锁相接收机 微波锁相振荡源
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•自动频率控制(AFC)的原理框图
图3-1 AFC的原理方框图
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工作原理: 图3-1是AFC的原理框图。被稳定的振荡器频率f0 与标准 频率fr 在频率比较器中进行比较。当f0 = fr时，频率比较器无输出， 控制元件不受影响；当 f0 ≠ fr时，频率比较器有误差电压输出，该电 压大小与| f0 - fr | 成正比。此时，控制元件的参数即受到控制而发生 变化，从而使 发生变化，直到使频率误差 减小到某一定值Δ f ，自 动频率微调过程停止，被稳定的振荡器就稳定在 f0 = f0± Δf 的频率 上。 AFC电路是以消除频率误差为目的的反馈控制电路,由于它的基本 原理利用频率误差电压去消除频率误差,这样,当电路达到平衡时,必然 有剩余的频率误差存在,无法达到现代通信中对高精度频率同步(频差 为0)和相位跟踪的广泛要求.要实现频率和相位的跟踪,必须采用自动 相位控制电路,即锁相环(PLL: Prase Locked Loop)
环路滤波器的作用是滤除ud(t)中的高频分 量及噪声，以保证环路所要求的性能。 环路 滤波器 压控
输出信号
鉴相器是相位比较装置，用来比较输入 信号ui(t)与压控振荡器输出信号uo(t) 的 相位，它的输出电压ud(t)是对应于这两 个信号相位差的函数。 参考信号
鉴相器
振荡器
压控振荡器受环路滤波器输出电压uc(t)的控制，使振 荡频率向输入信号的频率靠拢，直至两者的频率相同， 使得VCO输出信号的相位和输入信号的相位保持某种 特定的关系，达到相位锁定的目的。
从曲线可知:当Ui 较小时，控制电压Up 也较小, 这时增益可K虽略有减小，但变化 不大，因此振幅曲线基本上仍是一段直线；当 足够大时，Up的控制作用较强，增益K 显著减小。这时UO基本保持不变，振幅特性曲线2‘的bc段所示。通常把UO基本上保 持不变这部分叫做AGC的可控范围。可控范围越大，AGC的特性越好。
产生控制信号的简单的AGC电路如图1-2所示。
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图2-2 简单的AGC电路
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工作原理: 图2-2是简单AGC电路, 这是一种常用的电路。 是中 频放大管，中频输出信号经检波后，除了得到音频信号外，还 有一个平均分量（直流） ，它的大小和中频输出载波幅度成正 比，经滤波器 ，把检波后的音频分量滤掉，使控制电压 不受音 频电压的影响，然后把此电压（AGC控制电压）加到 的基极， 对放大器进行增益控制。
第一节 第二节 第三节 第四节
反馈控制电路简介 自动增益控制电路（AGC） 自动频率控制（AFC）电路 锁相环路(PLL)基本原理
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一、PLL概述 二、基本锁相环的构成 三、锁相环的基本原理 四、锁相环各组成部分分析 五、环路的锁定、捕获和跟踪，同步带和捕捉带
第六节 锁相环路的应用
一、集成锁相环芯片 二、 方波发生器 三、PLL在调制解调技术中的应用 四、PLL在空间技术上的应用 五、PLL在稳频技术中的应用 六、PLL在频率合成器中的应用