集成锁相环的应用

一. 实验目的1．加深对锁相环基本工作原理的理解。

2．掌握锁相环同步带、捕捉带的测试方法，增加对锁相环捕捉、跟踪和锁定等概念的理解。

3．掌握集成锁相环芯片NE564的使用方法和典型外部电路设计。

二、实验使用仪器1．NE564锁相和调频实验板2．200MHz泰克双踪示波器3. FLUKE万用表4. 射频信号发生器5. 低频信号源三、实验原理本实验采用的是锁相环来实现调频的功能，锁相环是由鉴相器( PD)、环路滤波器( LF)和电压控制振荡器( VCO)三个基本部件组成。

它它它是一个相位误差控制系统，它将参考信号与输出信号之间的相位进行比较，产生相位误差电工作原理压来调整输出信号的相位，以达到与参考信号同频的目的。

锁相环的构成框图鉴相器是相位比较器，用来比较输入信号与压控振荡器输出信号的相位，输出电压对应于这两个信号相位差的函数。

环路滤波器是滤除高频分量及噪声，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。

*判断环路是否锁定的方法在有双踪示波器的情况下，开始时环路处于失锁状态，加大输入信号频率，用双踪示波器观察压控振荡器的输出信号和环路的输入信号，当两个信号由不同步变成同步，且时，表示环路已经进入锁定状态。

锁相调频电路在普通的直接调频电路中，振荡器的中心频率稳定度较差，而采用晶体振荡器的调频电路，其调频范围又太窄。

采用锁相环的调频器可以解决这个矛盾。

锁相调频原理框图如下图所示锁相调频原理图 正如上面锁相调频原理图所示，实现锁相调频的条件是调制信号的频谱要处于低通滤波器通带之外。

使压控振荡器的中心频率锁定在稳定度很高的晶振频率上，而随着输入调制信号的变化，振荡频率可以发生很大偏移。

这种锁相环路称载波跟踪型PLL ，本实验中使用的锁相环是NE564。

NE564内部压控振荡器的最高工作频率是50MHz ，从图10-5的逻辑框图中可以看到，NE564的内部包含一个限幅放大器，对外部的输入信号进行限幅放大，抑制寄生调幅，内部还包含压控振荡器和相位比较器。

题目NE564在无线通信中的应用同组人员任务分配xxx：查找资料xxx：写出自己的观点xxx：整理资料论文的主要自己观点或设计制作内容申请成绩良好NE564在通信中的应用无线通信应用摘要：NE564是多功能单片集成锁相环路，本文介绍其在通信中的应用。

关键词：Proteus ，锁相频率合成 FM 调制和解调，无线电遥控; 单片机;NE564; FSK; PT2262; PT2272。

一，相关芯片的介绍NE564：NE564是一款工作频率高达50MHz 的通用高频锁相环路，主要由限幅器、鉴相器（PD ）、压控振荡器（VCO ）、放大器（AMP ）、直流恢复电路、施密特触发器组成。

NE564在通信领域的应用极为广泛，可用作高速调制解调器、数字频移键控（FSK ）信号收发器、频率合成器、信号发生器、卫星电视系统等。

限幅器采用差动电路，有很好的高频性能，在输入幅度不同的条件下，能产生恒定幅度的输出电压。

作为PD 的输入信号，其限幅电平在0.3~0.4V 之间。

鉴相器用双平衡模拟乘法器。

鉴相器增益与2脚注入电流有关，调节2脚的电压即可控制。

压控振荡器（VCO ）是改进型射极耦合多谐振荡器，固有振荡频率与接在12、13端的定时电容T C 有关：0116C T F R C = （1）式中100C R =Ω是内部设定的。

外接定时电容可根据振荡频率来确定：301.6()10T pf MHz C f = （2）VCO 有TTL 电平和ECL 电平兼容的输入输出电路。

TTL 电平有9端输出。

ECL 电平由11端输出，它单独由10端供电。

特别要强调的是，在内部电路中，端脚9是晶体管集电极的开路端，端脚11是另一晶体管发射极的开路端，使用中需将9端通过一电阻接到电源EC ，9端才能输出，将11端通过一 电阻接地，端才有输出。

将端与端用一电阻连接起来，端才能输出电平，端才能输出电平。

有些文章介绍的应用电路实际不能工作，问题往往出在这里。

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()i u t 与压控振荡器输出信号()o u t 的相位进行比较，产生对应两信号相位差的误差电压()e u t 。

()[()],e e u t f t θ= ()e t θ是两信号相位差鉴相器特性[()]e f t θ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()e u t 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()e u t 的一个直流控制电压()d u t 。

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。

锁相环技术及CD4046的结构和应用宋吉江　牛轶霞(山东淄博学院机电工程系,淄博255200) 摘要　叙述了锁相环的应用及其结构特点,较详细地介绍了锁相集成电路C D4046的结构特点和应用。

关键词　锁相环　频率　电压　转换中图分类号:TN409　文献标识码:A　文章编号:1003-353X(2000)3-60-041　锁相技术的应用锁相技术可广泛用于广播电视、雷达通信、抑制电网干扰、时钟同步等领域。

集成锁相环电路在跟踪滤波、调制解调、载波同步、位同步、F M立体声解码、电机调速稳速、锁相接收机、相移器、频率变换、同步滤波、自动跟踪调谐、微波锁相频率源等方面有着广泛的应用。

目前,国内外通用与专用集成锁相环电路已有数百个品种。

例如NE560系列、XR-S200系列等。

C D4046工作频率小于112M Hz,属于低频,电源电压为5～15V,是低功耗数字C MOS数字环。

NE564的工作频率高达50M Hz,属于超高频。

ΛPC1477C主要用作卫星直播接收机锁相解调器,工作频率高达600M Hz。

众所周知,如果广播电视发射的电视信号频率不稳定或者超外差收音机的本机振荡频率不稳定,在收听节目时就容易出现跑台或串台现象,严重影响收听效果。

假设收音机具有自动跟踪电台的本领,能根据电台频率的变化随时调整本机振荡频率,确保465千周的差频不变,则上述问题可迎而解。

这正是锁相环的用途之一。

目前,在现代通信中、彩色电视机中,广泛采用锁相技术。

所谓锁相,就是实现相位同步。

能使两个电信号的相位保持同步的闭环系统叫锁相环(P LL)。

锁相环主要包括三部分。

相位比较器P D、低通滤波器L PF、压控振荡器VC O。

其结构图如图1所示。

使用锁相环时一般在负反馈线路中插入一个运算器。

通用锁相环的典型产品有C D4064,最高工作频率为112M Hz,它的同类产品为M C14046和CC4046。

高速C MOS电路74CH4046,最高工作频率可达40M Hz。

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。