基于PLL锁相环的压控振荡器论文

摘要

随着现代通讯技术的发展，电子设备对压控振荡器的要求越来越高，传统的压控振荡器功耗高、稳定性差、频率范围窄并且难以集成。为了满足社会发展的需要，设计一个高稳定性、宽频带范围的单片集成的压控振荡器，更好的应用于锁相环电路中，满足通讯设备的使用需要已成为必然。本振荡器采用恒流充放电多谐振荡的电路结构,整个电路由带隙基准源模块、电流源模块、控制电压输入模块和流控振荡器模块四个部分组成。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，因此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。

本文介绍了锁相环的概念、基本组成、工作原理；及压控振荡器的概念、发展概况以及压控振荡器的种类、工作原理、工作方式和运用。

关键词：锁相环压控振荡器

目录

前言 (1)

一．PLL(Phase Locked Loop)锁相环 (2)

1.1锁相环的概念： (2)

1.2 锁相环的工作原理： (2)

1.3 锁相环的基本组成 (2)

1.4 锁相环的用途： (3)

二．压控振荡器(VCO,Voltage Controlled Oscillator) (3)

2.1 压控振荡器的产生 (3)

2.2 压控振荡电器的分类 (3)

三．压控振荡器的原理 (5)

四．压控振荡器在射频通信电路中的应用 (6)

4.1.电路原理及设计仿真 (6)

五．压控振荡器的应用 (8)

5.1用于各种发射机载波源、扩频通讯载波源或作为混频器本振源 (8)

5.2 VCO关于彩色电视机的实际应用电路 (10)

结论 (12)

参考文献 (13)

前言

随着通讯工业的迅速发展特别是无线通讯技术的兴起，电子系统延续了小型化、高性能、低成本的发展趋势，这些发展需求推动了压控振荡器设计要不断突破今天在各方面所受的限制，设计出新的压控振荡器。各设计单位对压控振荡器的设计和研究一直以来都很活跃，在性能上，设计出高稳定振荡频率、宽频率范围、低温度漂移、低相位噪声的振荡器一直是设计者的目标。电路形式上，为满足小型化的要求，单片集成的压控振荡器成为主流，在很多设备中，压控振荡器已经和系统的其他部分集成在一起了。基于PLL锁相环技术的压控振荡器在各方面可以满足需求，因此基于PLL锁相环技术的压控振荡器作为研究对象，具有一定的先进行和实用性。

一．PLL(Phase Locked Loop)锁相环

1.1锁相环的概念：

我们所说的PLL,其实就是锁相环路，简称为锁相环。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，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。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。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。是指一种电路或者模块,它用于在通信的接收机中,其作用是对接收到的信号进行处理,并从其中提取某个时钟的相位信息。或者说,对于接收到的信号,仿制一个时钟信号,使得这两个信号从某种角度来看是同步的（或者说,相干的）。目前主要有模拟锁相环、数字锁相环以及有记忆能力（微机控制的）锁相环。

1.2 锁相环的工作原理：

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。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。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。1.3 锁相环的基本组成

简单的PLL由频率基准、相位检波器、电荷泵、环路滤波器和压控振荡器（VCO）组成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。

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。因此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.

1.4 锁相环的用途：

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。如今锁相环在彩色电视机，移动电话等多方面都得到运用。

二．压控振荡器(VCO,Voltage Controlled Oscillator) 2.1 压控振荡器的产生

一种用于高速窄带压控振荡器（ＶＣＯ）的偏置电压产生电路。本偏置电路通过用共源共栅结构作为放大器的负载，降低放大器输出偏置电压Ｖｂｉａｓ相对控制电压ＶＣ变化的斜率，增强了控制电压ＶＣ对压控振荡器（ＶＣＯ）的控制能力，使输出偏置电压Ｖｂｉａｓ在给定电压值附近小幅度的变化，从而降低了压控振荡器（ＶＣＯ）输出抖动。压控振荡器的发展和其他电子产品一样经历了电子管、晶体管、单片集成之路。为了控制频率变换它需要一个可以产生具有相应频率的稳定正弦时变电压 (或电流)的电子电路。Armstrong发现可以通过配置Audion (一种早期的真空管)来产生振荡，于是他发明了第一个电子振荡器，由于社会的发展Armstrong掀起的振荡器技术革命使火花发射机迅速被淘汰，从而加快了新的振荡器的研发。从20世纪10年代Armstrong的发明到今天，VCO技术的进步经历了真空管振荡器、石英晶体管振荡器、振荡器模块儿解决方案直到今天基于RFIC的振荡器几个阶段。

2.2 压控振荡电器的分类

压控振荡器的类型有石英晶体压控振荡器、LC压控振荡器和RC压控振荡器。对压控