锁相环和频率和成
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压控振荡器的电路模型
在一定范围内ωo与
uc(t) 几乎成线性关系
有：0 r A0uC (t)
A0为VCO的压控灵敏度。
P=d/dt为微分算 子
锁相环的相位模型及环路方程
• 锁相环的相位模型
环路方程
e
(t)
i
(t)
o
(t)
i
(t)
Ad
Ao
AF (
p)
1 p
sin e
(t)
pe (t) Ad Ao AF (t) sin e (t) pi (t)
捕捉带(Δωp )—— 环路由失锁进入锁定所 允许信号频率偏离ωr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
跟踪过程（同步过程）
➢如化=ω果 ，i 输 则的V入锁C信定O号状振频态荡率，频ω称率i为ω或跟oV跟踪C踪O过ω振程i荡而或频变同率化步ω，过o维程发持。生ω变o
集成锁相环简介
• 集成锁相环按其内部电路结构可分为
模拟锁相环和数字锁相环
• 集成锁相环按其用途可分为
通用型和专用型
• 集成锁相环按其工作频率可分为
低频（1MHz以下）、高频（1~30MHz）和超 高频（30MHz以上）
• 几种通用的集成锁相环
L565（低频）、L562（高频）和L564（超高 频）
工作原理 通过锁相环VCO产生本振频率，实现对输入信号
频率的跟踪，保证输出中频信号频率相对稳定。
频率合成器的主要技术指标
• 频率范围
——频率合成器的工作频率范围
• 频率间隔
——相邻频率之间的最小间隔，又称分辨力
• 频率转换时间
——从一个工作频率转换到另一个工作频率，并达 到稳定工作所需要的时间
• 频率稳定度与准确度
稳定度——在一定时间内频率偏差标称频率的程度 准确度——实际工作频率与标称频率之间的偏差
• 频谱纯度——输出信号接的正弦波的程度
单环式锁相频率合成器
由晶体振荡器产生标准频率源fs，经参考分频器R分频后，得到 参考频率fr = fs /R 送到鉴相器的一输入端，VCO输出频率fo经N分
频后送到鉴相器的二输入端 。环路锁定时有fr=fo /N，因此VCO
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
a. Δ到ωuCi(t较) →小控→制udV(tC) 能O→顺环利路通锁过定LF得 b. Δ减时ω→间长i较uC→大(t)环→较路u小d锁(→t)定经通频过率LF牵有引较过大程衰 c. ΔuCω(t)i很→大VC→O不ud(受t) 控不→能环通路过失LF锁产生
跟踪带（同步带）
– 能够维持环路锁定所允许的最大固有频差|Δωi| ，称为锁相环路的跟
踪带或同步带。
跟踪带（同步带）和环路滤波器的带宽及 压控振荡器的频率控制范围有关。
锁相环的基本特性
良好的窄带特性
➢ 环路相当于一个高频窄带滤波器，只让输入信号频率附近的频率成份通过
锁定后没有频差
– 环路锁定后，输出信号与输入信号频率相等，没有剩余 频差（有微小固定相差）
输出信号频率为fo = N fS /R= N fr 。即输出信号频率fo为输入参考 信号频率fr的N倍，改变N(分频系数)就可得到不同频率的输出。
频率合成器实例
由CD4046组成的频率合成器：
单环式频率合成器存在的问题
• 减小输出频率间隔和减小频率转换时间是矛盾的 。要减小输出频率间隔，就必须减小输入参考频
6.2 锁相环的性能分析
本节内容：
• 鉴相器的电路模型 • 环路滤波器的电路模型 • 压控振荡器的电路模型 • 锁相环的相位模型及环路方程 • 捕捉过程 • 跟踪过程 • 锁相环的基本特性
鉴相器的电路模型 鉴相器框图
鉴相器电路模型
分析
1.鉴相器的输出电压是ui(t)和uo(t)相位差的函数 。
2.典型的乘积型鉴相器中，鉴相器的低频分量输出为
应用之一：锁相倍频、分频与混频
• 倍频电路框图
➢ 当反馈环路是分频器时→倍频电路 ➢ 当反馈环路是倍频器时→分频电路 ➢ 当反馈环路是混频器和中频放大器时→混频电路
应用之二：锁相调频和鉴频
锁相环调频
锁相环鉴频
锁相环使VCO的中心 频率稳定在晶振频率 上，同时调制信号也 加至VCO上，从而实 现调频
当输入调频波的频率发生 变化时，经PD和LF后将得 到一个与输入信号的频率 变化相同的控制电压，即 实现鉴频
应用之三：调幅波的同步检波
• 原理框图
工作原理
➢在对DSB及SSB调幅信号解调的同步检波器中， 必须有一与载波信号同频同相 的同步参考信号。 图中用载波跟踪锁相环路，在VCO输出端经900移 相后而得到该信号 。
自动跟踪特性
➢ 环路在锁定时，输出信号频率和相位能在一定范围内跟踪输入信号频率和相 位的变化
6.3 集成锁相环路及其应用
本
集成锁相环路简
来自百度文库
节
介锁相环的应用
内
➢ 锁相倍频、分频与混频
容
➢ 锁相调频与鉴频 ➢ 调幅波的同频检波
➢ 彩色电视机色副载波的提取
➢ 锁相接收机
频率合成
➢ 主要技术指标
➢ 锁相频率合成器
第6章 锁相环路
内 • 锁相环路的基本工作原理
容
– 基本组成
提
– 工作原理
要
• 锁相环路的性能分析
– 锁相环路的相位模型与环路方程
– 捕捉过程与跟踪过程
– 锁相环路的基本特性
• 集成锁相环路及其应用
– 集成锁相环
– 锁相环应用
– 频率合成
6.1 锁相环基本工作原理
• 组成框图
工作原理
➢ui(t)和VCO的uo(t) 在PD中进行比较，PD输出的误 差电压ud(t)是二者相位差的函数。如果两者频率 相同，相位差恒定，则经LF后无输出；如果两者 频率不同，则经LF后得到控制电压去控制VCO的 振荡频率，直至环路进入“锁定”状态。
：
ud
(t)
Ad
sin
e
(t)其中e
(t)
i
(t)
O
(t)
3. 乘积型鉴相器具有正弦规律的鉴相特性。
环路滤波器的电路模型 常见环路滤波器的形式
环路滤波器电路模型
微分方程 ： uC (t) AF ( p)ud (t) 其中，AF(p)为传递函数。
压控振荡器的电路模型
• 压控振荡器的特性可用调频特性来表示
应用之四：彩色电视色副载波的提取
• 原理框图
工作原理
在彩色电视中，为了重现彩色，接收端必须要有与
发送端完全相同的色副载波。而其中的色同步信号 是其产生的基准。图中利用锁相环使VCO产生的色 副载波，根据锁相环的工作特点，该信号的频率和 相位受输入端色同步信号的控制。
应用之五：锁相接收机
• 原理框图
在一定范围内ωo与
uc(t) 几乎成线性关系
有：0 r A0uC (t)
A0为VCO的压控灵敏度。
P=d/dt为微分算 子
锁相环的相位模型及环路方程
• 锁相环的相位模型
环路方程
e
(t)
i
(t)
o
(t)
i
(t)
Ad
Ao
AF (
p)
1 p
sin e
(t)
pe (t) Ad Ao AF (t) sin e (t) pi (t)
捕捉带(Δωp )—— 环路由失锁进入锁定所 允许信号频率偏离ωr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
跟踪过程（同步过程）
➢如化=ω果 ，i 输 则的V入锁C信定O号状振频态荡率，频ω称率i为ω或跟oV跟踪C踪O过ω振程i荡而或频变同率化步ω，过o维程发持。生ω变o
集成锁相环简介
• 集成锁相环按其内部电路结构可分为
模拟锁相环和数字锁相环
• 集成锁相环按其用途可分为
通用型和专用型
• 集成锁相环按其工作频率可分为
低频（1MHz以下）、高频（1~30MHz）和超 高频（30MHz以上）
• 几种通用的集成锁相环
L565（低频）、L562（高频）和L564（超高 频）
工作原理 通过锁相环VCO产生本振频率，实现对输入信号
频率的跟踪，保证输出中频信号频率相对稳定。
频率合成器的主要技术指标
• 频率范围
——频率合成器的工作频率范围
• 频率间隔
——相邻频率之间的最小间隔，又称分辨力
• 频率转换时间
——从一个工作频率转换到另一个工作频率，并达 到稳定工作所需要的时间
• 频率稳定度与准确度
稳定度——在一定时间内频率偏差标称频率的程度 准确度——实际工作频率与标称频率之间的偏差
• 频谱纯度——输出信号接的正弦波的程度
单环式锁相频率合成器
由晶体振荡器产生标准频率源fs，经参考分频器R分频后，得到 参考频率fr = fs /R 送到鉴相器的一输入端，VCO输出频率fo经N分
频后送到鉴相器的二输入端 。环路锁定时有fr=fo /N，因此VCO
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
a. Δ到ωuCi(t较) →小控→制udV(tC) 能O→顺环利路通锁过定LF得 b. Δ减时ω→间长i较uC→大(t)环→较路u小d锁(→t)定经通频过率LF牵有引较过大程衰 c. ΔuCω(t)i很→大VC→O不ud(受t) 控不→能环通路过失LF锁产生
跟踪带（同步带）
– 能够维持环路锁定所允许的最大固有频差|Δωi| ，称为锁相环路的跟
踪带或同步带。
跟踪带（同步带）和环路滤波器的带宽及 压控振荡器的频率控制范围有关。
锁相环的基本特性
良好的窄带特性
➢ 环路相当于一个高频窄带滤波器，只让输入信号频率附近的频率成份通过
锁定后没有频差
– 环路锁定后，输出信号与输入信号频率相等，没有剩余 频差（有微小固定相差）
输出信号频率为fo = N fS /R= N fr 。即输出信号频率fo为输入参考 信号频率fr的N倍，改变N(分频系数)就可得到不同频率的输出。
频率合成器实例
由CD4046组成的频率合成器：
单环式频率合成器存在的问题
• 减小输出频率间隔和减小频率转换时间是矛盾的 。要减小输出频率间隔，就必须减小输入参考频
6.2 锁相环的性能分析
本节内容：
• 鉴相器的电路模型 • 环路滤波器的电路模型 • 压控振荡器的电路模型 • 锁相环的相位模型及环路方程 • 捕捉过程 • 跟踪过程 • 锁相环的基本特性
鉴相器的电路模型 鉴相器框图
鉴相器电路模型
分析
1.鉴相器的输出电压是ui(t)和uo(t)相位差的函数 。
2.典型的乘积型鉴相器中，鉴相器的低频分量输出为
应用之一：锁相倍频、分频与混频
• 倍频电路框图
➢ 当反馈环路是分频器时→倍频电路 ➢ 当反馈环路是倍频器时→分频电路 ➢ 当反馈环路是混频器和中频放大器时→混频电路
应用之二：锁相调频和鉴频
锁相环调频
锁相环鉴频
锁相环使VCO的中心 频率稳定在晶振频率 上，同时调制信号也 加至VCO上，从而实 现调频
当输入调频波的频率发生 变化时，经PD和LF后将得 到一个与输入信号的频率 变化相同的控制电压，即 实现鉴频
应用之三：调幅波的同步检波
• 原理框图
工作原理
➢在对DSB及SSB调幅信号解调的同步检波器中， 必须有一与载波信号同频同相 的同步参考信号。 图中用载波跟踪锁相环路，在VCO输出端经900移 相后而得到该信号 。
自动跟踪特性
➢ 环路在锁定时，输出信号频率和相位能在一定范围内跟踪输入信号频率和相 位的变化
6.3 集成锁相环路及其应用
本
集成锁相环路简
来自百度文库
节
介锁相环的应用
内
➢ 锁相倍频、分频与混频
容
➢ 锁相调频与鉴频 ➢ 调幅波的同频检波
➢ 彩色电视机色副载波的提取
➢ 锁相接收机
频率合成
➢ 主要技术指标
➢ 锁相频率合成器
第6章 锁相环路
内 • 锁相环路的基本工作原理
容
– 基本组成
提
– 工作原理
要
• 锁相环路的性能分析
– 锁相环路的相位模型与环路方程
– 捕捉过程与跟踪过程
– 锁相环路的基本特性
• 集成锁相环路及其应用
– 集成锁相环
– 锁相环应用
– 频率合成
6.1 锁相环基本工作原理
• 组成框图
工作原理
➢ui(t)和VCO的uo(t) 在PD中进行比较，PD输出的误 差电压ud(t)是二者相位差的函数。如果两者频率 相同，相位差恒定，则经LF后无输出；如果两者 频率不同，则经LF后得到控制电压去控制VCO的 振荡频率，直至环路进入“锁定”状态。
：
ud
(t)
Ad
sin
e
(t)其中e
(t)
i
(t)
O
(t)
3. 乘积型鉴相器具有正弦规律的鉴相特性。
环路滤波器的电路模型 常见环路滤波器的形式
环路滤波器电路模型
微分方程 ： uC (t) AF ( p)ud (t) 其中，AF(p)为传递函数。
压控振荡器的电路模型
• 压控振荡器的特性可用调频特性来表示
应用之四：彩色电视色副载波的提取
• 原理框图
工作原理
在彩色电视中，为了重现彩色，接收端必须要有与
发送端完全相同的色副载波。而其中的色同步信号 是其产生的基准。图中利用锁相环使VCO产生的色 副载波，根据锁相环的工作特点，该信号的频率和 相位受输入端色同步信号的控制。
应用之五：锁相接收机
• 原理框图