锁相环(PLL)频率合成调谐器

1 引言锁相环(pll)是一种能跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统。

它在无线电技术的各个领域都得到了广泛的应用。

集成环路部件以其低成本、性能优良、使用简便而得到了青睐。

它在频率调制与解调、频率合成、电视机彩色副波提取、fm立体声解码、遥控系统、频率的编码和译码等诸多方面均得到了利用。

本文介绍了集成锁相环cd4046在频率的调制与解调方面的应用。

2 集成锁相环cd4046介绍2.1 cd4046结构及性能特点它的内部结构框图如图1所示。

它是低功耗cmos型、多功能数字环。

主要参数如下:(1)工作电压3v-18v;(2)静态工作电流(15端开路)10ua;(3)最高工作频率为1.2mhz;(4)稳压管稳定电压4.45v-6.15v。

它含有两个相位比较器p c?与pcii。

pc?要求输入信号为方波，pcii则无此要求，有一个压控(频率)振荡器vco。

在两个相位比较器的输入端有一个前置放大器，可把100mv的微弱信号变为满电平的方波脉冲。

a2是低滤波器输出缓冲放大器。

cd4046采用16线双列直插式封装，各管脚功能如附表所示:图1 cd4046内部结构框图2.2 cd4046构成频率调制与解调电路的工作原理当从9脚输入音频信号时，从4端可输出受输入信号调制的调频信号。

电路如图2所示，由于调频时要求vco有一定的频率范围(频偏)，所以不用r2收缩频带，即r2为无穷大(12脚空置)仅用r 1和c1确定vco的中心频率f0即可。

设计参数时，只需由f0查图4(电源电压vdd为9v时的曲线，横坐标为c1取值)求出c1与r1即可。

图2 cd4046构成的频率调制电路当从14脚输入一被音频信号调制的(中心频率与cd4046的vco的中心频率相同)调频信号，则相位比较器输出端将输出一个与音频信号具有相同变化频率的包络信号，经低通滤波器滤去载波后，即剩下调频信号解调后的音频信号了。

一般使用pci，这时仅由r1和c1确定vco的中心频率f0，而不用r2来收缩频率范围(其为无穷大)。

锁相环的基本原理1. 介绍锁相环（Phase Locked Loop，简称PLL）是一种广泛应用于电子领域的反馈控制系统。

它通过比较输入信号的相位和参考信号的相位差，并通过相位差的反馈控制，使得输出信号的相位与参考信号保持稳定的关系。

锁相环广泛应用于频率合成器、通信系统中的时钟恢复、频率系数调整等领域。

2. 锁相环的组成锁相环由多个组件组成，包括相位比较器、低通滤波器、电压控制振荡器（Voltage Controlled Oscillator，简称VCO）等。

2.1 相位比较器相位比较器是锁相环的核心部件，用于测量输入信号和参考信号之间的相位差。

常见的相位比较器有边沿比较器、数字比较器和模拟比较器等。

2.2 低通滤波器低通滤波器的作用是将相位比较器输出的脉冲信号转化为直流信号，并滤除不需要的高频成分。

低通滤波器一般采用RC电路实现。

2.3 电压控制振荡器电压控制振荡器（VCO）是锁相环的关键部件，它产生一个电压信号，用于控制输出信号的频率和相位。

VCO的输出频率与输入电压成正比。

一般VCO采用LC谐振电路实现。

2.4 分频器分频器的作用是将VCO的高频信号分频为参考信号的频率，以便与输入信号进行相位比较。

2.5 反馈环反馈环将VCO的输出信号与输入信号进行相位比较，并通过控制电压调整VCO的输出频率和相位。

同时，由于VCO输出信号被分频，所以经过一段时间后，输出信号的相位将与参考信号保持一致。

3. 锁相环的工作原理锁相环按照以下步骤工作：3.1 初始状态锁相环初始状态下，VCO的频率与输入信号的频率存在较大的差异，相位比较器输出的误差信号较大。

3.2 相位比较相位比较器对输入信号和参考信号进行相位比较，得到误差信号，误差信号的幅度与输入信号和参考信号之间的相位差有关。

3.3 误差信号滤波误差信号经过低通滤波器滤除高频成分，得到一个平滑的直流信号。

3.4 控制电压调整滤波后的误差信号作为控制电压，调整VCO的频率和相位。

综合课程设计频率合成器的设计与仿真前言现代通信系统中，为确保通信的稳定与可靠，对通信设备的频率准确率和稳定度提出了极高的要求. 随着电子技术的发展，要求信号的频率越来越准确和越来越稳定，一般的振荡器已不能满足系统设计的要求。

晶体振荡器的高准确度和高稳定度早已被人们认识，成为各种电子系统的必选部件。

但是晶体振荡器的频率变化范围很小，其频率值不高，很难满足通信、雷达、测控、仪器仪表等电子系统的需求，在这些应用领域，往往需要在一个频率范围内提供一系列高准确度和高稳定度的频率源，这就需要应用频率合成技术来满足这一需求。

本次实验利用SystemView实现通信系统中锁相频率合成器的仿真，并对结果进行了分析。

一、频率合成器简介频率合成是指以一个或少量的高准确度和高稳定度的标准频率作为参考频率，由此导出多个或大量的输出频率，这些输出频率的准确度与稳定度与参考频率是一致的。

用来产生这些频率的部件就成为频率合成器或频率综合器。

频率合成器通过一个或多个标准频率产生大量的输出频率，它是通过对标准频率在频域进行加、减、乘、除来实现的，可以用混频、倍频和分频等电路来实现。

其主要技术指标包括频率范围、频率间隔、准确度、频率稳定度、频率纯度以及体积、重量、功能和成本。

频率合成器的合成方法有直接模拟合成法、锁相环合成法和直接数字合成法。

直接模拟合成法利用倍频、分频、混频及滤波，从单一或几个参数频率中产生多个所需的频率。

该方法频率转换时间快(小于100ns)，但是体积大、功耗大，成本高，目前已基本不被采用。

锁相频率合成器通过锁相环完成频率的加、减、乘、除运算，其结构是一种闭环系统。

其主要优势在于结构简化、便于集成，且频率纯度高，目前广泛应用于各种电子系统。

直接式频率合成器中所固有的那些缺点，在锁相频率合成器中大大减少。

本次实验设计的是锁相频率合成器。

二、锁相环频率合成器原理2.1 锁相环路设计基础这一部分首先阐明了锁相环的基本原理及构成，导出了环路的相位模型和基本方程，概述了环路的工作过程， 2.1.1锁相环基本原理锁相环（PLL ）是一个相位跟踪系统。

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 D（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u C（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 C （t）。

即u C（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，u c（t）为恒定值。

如何进行电路的频率合成和分析电路的频率合成和分析是电子领域中的重要技术，它在通信、无线电、音频处理等领域有广泛的应用。

本文将介绍如何进行电路的频率合成和分析。

一、频率合成频率合成是指通过某种技术或装置，将多个频率的信号按照一定的规律组合成一个新的信号。

常见的频率合成方法有锁相环（PLL）和直接数字频率合成（DDS）两种。

1. 锁相环（PLL）锁相环是一种广泛应用于频率合成的技术，它通过反馈控制的方式将输入信号和参考信号的频率和相位同步。

锁相环通常由相位比较器、调频器（VCO）、低通滤波器和分频器组成。

相位比较器用于比较输入信号和参考信号的相位差，得到一个误差信号。

该误差信号被送入调频器，调频器根据误差信号来调整输出频率，使其与参考信号保持同步。

调频器的输出信号经过低通滤波器滤波后作为反馈信号送回相位比较器。

通过不断调整和反馈，最终实现了频率的合成。

2. 直接数字频率合成（DDS）直接数字频率合成是一种通过数字方式生成信号的方法。

它利用数字信号处理技术，将输入的数字相位信号转换为相应的模拟频率信号。

DDS一般由相位累加器、查找表和数字控制模块组成。

相位累加器是DDS的核心部件，它用于产生相位累加序列。

根据输入的相位控制信号，相位累加器不断累加，得到不同的相位值。

查找表将相位累加器输出的相位值映射到具体的幅度值，从而得到对应的模拟频率信号。

数字控制模块用于控制相位累加器的工作模式和频率分辨率。

二、频率分析频率分析是对信号频率成分进行分析和测量的过程。

常用的频率分析方法包括傅里叶变换和频谱分析仪。

1. 傅里叶变换傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的数学方法。

通过傅里叶变换，可以将复杂的信号分解为多个不同频率的正弦波成分。

傅里叶变换的结果是频谱，用于表示信号中各频率成分的幅度和相位信息。

2. 频谱分析仪频谱分析仪是一种专门用于测量和分析信号频谱的设备。

它通过将输入信号变换到中频范围，并采用滤波、增益和检波等技术，最终显示出信号在频率和幅度上的分布情况。

基本锁相环与锁相式数字频率合成器一、实验目的1、掌握VCO压控振荡器的基本工作原理。

2、加深对基本锁相环工作原理的理解。

3、熟悉锁相式数字频率合成器的电路组成与工作原理。

二、实验内容1、观察锁相环的同步态。

2、在程序分频器的分频比N=1、10、99情况下：①测量输入参考信号的波形。

②测量频率合成器输出信号的波形。

③检查并观察输出频率（或分频比）的置换功能。

④测量并观察最小分频比与最大分频比。

三、实验仪器1、信号源模块2、锁相环模块3、20M双踪示波器一台4、连接线若干四、实验原理4.1、基本锁相环电路工作原理图1 基本锁相环组成框图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。

图1是锁相环的基本组成框图，它主要由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）组成。

压控振荡器的输出Uo(t)接至相位比较器的一个输入端，压控振荡器的输出频率的高低由低通滤波器上建立起来的平均电压Uc(t)大小决定。

施加于相位比较器另一个输入端的外部输入信号Ui(t)与来自压控振荡器的输出信号Uo(t)相比较，比较结果产生的误差输出电压Ud(t)正比于Ui(t)和Uo(t)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(t)。

这个平均值电压Uc(t)朝着减小VCO输出频率和输入频率之差的方向变化，直至VCO输出频率和输入信号频率获得一致。

这时两个信号的频率相同，两相位差保持恒定（即同步）,称作相位锁定。

当环路锁定后，如果输入信号频率ωi或VCO振荡频率ωo发生变化，则VCO振荡频率ωo跟踪ωi而变化，维持ωo=ωi的锁定状态，这个过程称为跟踪过程或同步过程。

相应地，能够维持环路锁定所允许的最大固有频差|Δωi|，称为锁相环路的同步带或跟踪带，用ΔωH表示。

超出此范围，环路则失锁。

锁相环工作原理锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种常用的电子电路，用于在信号处理和通信系统中实现频率合成、时钟恢复、频率解调等功能。

它可以通过自动调整输出信号的相位和频率，使其与输入信号保持稳定的相位关系。

锁相环主要由相位比较器、环路滤波器、电压控制振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，简称VCO）和分频器组成。

1. 相位比较器（Phase Detector）：相位比较器是锁相环的核心部件之一，它用于比较输入信号与反馈信号的相位差，并产生相应的误差信号。

常见的相位比较器有边沿触发型、恒幅型和恒频型等。

2. 环路滤波器（Loop Filter）：环路滤波器用于对相位比较器输出的误差信号进行滤波和放大处理，以提供稳定的控制电压给VCO。

它通常由滤波电容和滤波电阻组成，根据需要可以采用不同的滤波器结构。

3. 电压控制振荡器（Voltage-Controlled Oscillator）：VCO是锁相环的另一个关键组成部份，它根据输入的控制电压来产生相应频率的输出信号。

VCO的频率与控制电压成正比关系，通过调节控制电压可以实现对输出频率的精确控制。

4. 分频器（Divider）：分频器用于将VCO的输出信号分频，以产生反馈信号供相位比较器使用。

分频器通常采用可编程分频比，可以根据需要设置不同的分频比。

锁相环的工作原理如下：1. 初始状态下，输入信号经过相位比较器与反馈信号进行比较，产生误差信号。

2. 误差信号经过环路滤波器进行滤波和放大处理，得到控制电压。

3. 控制电压作用于VCO，调节VCO的频率，使其与输入信号保持稳定的相位关系。

4. VCO的输出信号经过分频器分频后，形成反馈信号，与输入信号进行比较，闭环控制。

5. 通过不断调节VCO的频率，使得输入信号与反馈信号的相位差趋近于零，锁定相位关系。

6. 一旦锁定相位关系后，VCO的输出信号就可以作为同步信号或者频率合成信号使用。

锁相环原理
锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种广泛应用于通信、电子设备中
的控制系统，它可以将输入信号的相位和频率锁定在特定的数值上。

锁相环由相位比较器、环路滤波器、控制电压发生器、振荡器等组成，通过这些部件的协同作用，实现了对输入信号的跟踪和控制。

下面我们将详细介绍锁相环的工作原理。

首先，锁相环的核心部件是相位比较器，它用来比较输入信号和反馈信号的相
位差，并输出一个误差信号。

这个误差信号随后被送入环路滤波器，滤波器起到平滑误差信号的作用，使得控制电压发生器的输出更加稳定。

控制电压发生器产生的电压信号会调节振荡器的频率，从而使得反馈信号的相位和频率与输入信号保持一致。

在锁相环运行过程中，当输入信号的频率发生变化时，相位比较器会检测到相
位差的变化，并产生相应的误差信号，通过环路滤波器和控制电压发生器的调节，最终使得振荡器的频率跟随输入信号的变化而变化，从而实现了频率的锁定。

同样，当输入信号的相位发生变化时，相位比较器也会产生误差信号，通过控制电压发生器调节振荡器的相位，实现相位的锁定。

除了频率和相位的锁定外，锁相环还具有频率合成、信号再生、时钟提取等功能。

通过合理设计锁相环的参数和部件，可以实现对不同频率、不同相位的信号进行跟踪和控制，从而满足各种通信和控制系统的需求。

总之，锁相环作为一种重要的控制系统，在现代通信、电子设备中得到了广泛
的应用。

它通过精密的相位比较和频率调节，实现了对输入信号的跟踪和锁定，为各种信号处理和控制提供了可靠的技术支持。

希望通过本文的介绍，读者对锁相环的工作原理有了更深入的了解。

数字高频调谐器原理与结构分析数字高频调谐器是一种用于调节高频信号频率的装置，它在无线通信、雷达、卫星通信等领域起着重要的作用。

本文将详细介绍数字高频调谐器的原理和结构，并分析其工作过程。

一、原理数字高频调谐器的原理基于频率合成和滤波技术。

其主要功能是将输入的高频信号调整到指定的频率范围内，并滤除不需要的频率分量。

其原理主要包括以下几个方面：1. 数字频率合成数字高频调谐器采用数字信号处理技术，通过数字频率合成器将输入的高频信号调整到目标频率范围内。

数字频率合成器是由相位锁定环路（PLL）和数字控制振荡器（DCO）组成的。

相位锁定环路用于锁定输入信号的相位，而数字控制振荡器则根据相位锁定环路的输出生成目标频率的高频信号。

2. 数字滤波数字高频调谐器还需要进行滤波处理，以滤除不需要的频率分量。

滤波器通常采用数字滤波器，其主要功能是在目标频率范围内增强信号的幅度，并在其他频率范围内削弱信号的幅度。

数字滤波器可以通过滤波算法实现，常用的算法包括有限脉冲响应（FIR）滤波器和无限脉冲响应（IIR）滤波器。

3. 数字控制数字高频调谐器还需要进行数字控制，以实现对频率和滤波参数的调节。

数字控制可以通过微处理器或可编程逻辑器件实现，通过调节相位锁定环路和数字滤波器的参数，可以实现对输入信号的精确调谐。

二、结构数字高频调谐器的结构主要包括输入端、数字频率合成器、数字滤波器和输出端。

下面将对每个部分进行详细介绍。

1. 输入端输入端主要用于接收外部的高频信号。

它通常包括天线、前置放大器和滤波器。

天线用于接收无线信号，并将其转换为电信号。

前置放大器用于放大电信号的幅度，以提高信号的强度。

滤波器用于滤除不需要的频率分量，以减少噪声和干扰。

2. 数字频率合成器数字频率合成器是数字高频调谐器的核心部分。

它由相位锁定环路和数字控制振荡器组成。

相位锁定环路用于锁定输入信号的相位，以实现相位同步。

数字控制振荡器根据相位锁定环路的输出生成目标频率的高频信号。

7.3 锁相频率合成电路一、锁相环路PLL(P hase-L ocked L oop)（一）锁相环路组成和工作原理鉴相器是相位比较器部件，能够鉴别出两个输入信号之间的相位误差，其输出电压与两输入信号之间的相位误差成正比。

环路滤波器具有低通特性，用来消除鉴相器输出信号中的高频分量和噪声，改善压控振荡器控制电压的频谱纯度，提高系统的稳定性。

压控振荡器是一个电压频率（相位）变换电路，当uc（t）=0时它有一个固有振荡频率，用ωo0表示，在环路滤波器的输出电压uc（t）的作用下，其振荡频率ωo在ωo0上下发生变化，因此压控振荡器的振荡频率和相位是受uc（t）控制的。

锁定状态：ϕi (t)- ϕo(t)= 常数，ωi= ωo失锁状态：ωi≠ωo（二）集成锁相环路CD4046是低频多功能单片集成锁相环路。

具有电源电压范围宽、功耗低和输入阻抗高等优点，最高工作频率为1MHz，其内部组成框图如下图所示。

二、锁相频率合成器（一）原理框图其原理框图如下图所示。

由石英晶体振荡器产生一高稳定度的标准频率源f s，经固定分频器进行M分频后得到参考频率f r，显然有f r=f s M，它被送到锁相环路的鉴相器的一个输入端，而锁相环路压控振荡器的输出频率为f o，经可编程序分频器N分频后，也送到鉴相器的另一个输入端。

当环路锁定时，一定有f r=f o N 因此，压控振荡器的输出信号频率为f o=NM f s=N f r，亦即输出信号频率f o为输入参考信号频率f r的N倍，改变分频系数N就可得到不同频率的信号输出，f r也是各输出信号频率之间的频率间隔，称为频率合成器的频率分辨率。

（二）应用实例。

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 D（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u C（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 C （t）。

即u C（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，u c（t）为恒定值。

锁相环工作原理锁相环（PLL）是一种常见的控制系统，用于同步电路中的时钟和数据信号。

它的工作原理涉及到频率比较器、相位检测器、环路滤波器和振荡器等元件，通过这些元件的相互作用，锁相环可以实现信号的精准同步和稳定输出。

接下来，我们将详细介绍锁相环的工作原理。

首先，锁相环的核心部分是频率比较器，它用来比较输入信号和反馈信号的频率差异。

当两者频率不一致时，频率比较器会输出一个误差信号，这个误差信号将被送入相位检测器。

相位检测器的作用是将误差信号转换成相位差，然后送入环路滤波器。

环路滤波器用来滤除误差信号中的高频成分，同时增强低频成分，以保证锁相环的稳定性和收敛速度。

经过环路滤波器处理后的信号将被送入振荡器，振荡器的频率和相位将根据输入信号和反馈信号的比较结果进行调整，最终实现输入信号和反馈信号的同步。

除了频率比较器、相位检测器、环路滤波器和振荡器外，锁相环还包括分频器和反馈回路。

分频器用来将振荡器的输出信号分频，以生成反馈信号；反馈回路则将反馈信号送回频率比较器，形成闭环控制系统。

总的来说，锁相环的工作原理是通过不断比较输入信号和反馈信号的频率差异，将误差信号转换成相位差，经过滤波和调整后最终实现信号的同步。

它在通信、控制系统和数字信号处理等领域有着广泛的应用，能够提高系统的稳定性和抗干扰能力。

在实际应用中，锁相环的参数调节和设计是非常重要的，需要根据具体的系统要求和信号特性进行合理选择和优化。

同时，锁相环也存在一些问题，如振荡器的相位噪声、环路滤波器的稳定性等，需要在设计和实现中加以考虑和解决。

综上所述，锁相环作为一种重要的同步控制系统，在电子领域有着广泛的应用。

通过频率比较器、相位检测器、环路滤波器和振荡器等元件的相互作用，锁相环可以实现信号的精准同步和稳定输出，为各种电子设备和系统提供了可靠的时钟和数据同步功能。

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 D（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u C（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 C （t）。

即u C（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，u c（t）为恒定值。

·数字高频调谐器原理与结构分析摘要数字电视调谐器是电视接收机顶盒中的重要部件，是数字电视接收机的前端部件，数字信号高频调谐器简称数字高频头，在数字电视芯片中占有十分重要的地位。

它承担了数字电视接收机的全部高频信号的处理工作。

它主要是对模拟电视机的升级,使模拟电视机能接收和收看数字电视节目,同时具有所有广播和交互式多媒体应用功能, 现在就基于数字高频调谐器原理与结构进行分析，通过时钟输入采用从信号源上的BS信号输入，经过锁相环电路（CD4046）及分频器控制电路（CD4522）即分频比为N，则从VCO 振荡输出口得到合成频率为N f信号。

把压控振荡器VCO的输入端用导线直接连接到相位比较器2的比较信号输入端第三引脚PD12，这时，该电路就是一个基本锁相环电路。

本电路采用反馈封锁的办法，实现了使用极少的器件控制着众多批频率（即从100Hz～99.9KHz）的灵活转换功能。

分频比范围控制电路，主要通过改变电阻、电容的值来改变频率合成器分频比的范围。

关键词：数字高频头，锁相环，控制电路目录1绪论 (1)2 数字调谐器的分类、特点及组成 (1)3.频率合成式数字调谐器工作原理 (3)3.1 数字频率合成器的组成 (3)3.2锁相环路的工作原理及组成 (3)3.3数字锁相式频率合成器系统设计总体框图 (4)3.3.1 常用集成锁相环路CD4046简介 (5)3.3.2 CD4046的内部功能框图及各引脚功能如下 (6)3.3.3可预置1/N计数器CD4522工作原理及引脚图 (7)总结 (11)致谢 (12)参考文献 (13)1绪论1.1 课题描述数字电视调谐器是数字电视接收机的前端部件，在数字电视芯片中占有十分重要的地位。

它承担了数字电视接收机的全部高频信号的处理工作。

传统的电视调谐器由分立元件构成，通过印刷电路板互连，外型是一个铁盒装置，将各区域隔离，防止信号之间串扰，内部各个区域实现不同功能，通过金属将各区域隔离，防止信号之间的串扰，此类调谐器存在几个难以解决的缺馅：性能不稳定，每个器件都有独立的电气和温度特性，因此随着时间推移和外部环境的变化，调谐器的总体性能的变化范围较大，最终导致图像质量的变化；体积较大，因为内部空间需要容纳众多器件，包括芯片，线圈，电容等，而且要考虑散热问题；成本较高，调谐器的成本包括内部的多块芯片，线圈，电容，外层铁盒以及PCB板的制作费用，价格不菲。

基于锁相环（PLL）L波段的频率合成技术赵慧娟【摘要】Frequency synthesizer is the core component of the electronic equipment,the performance of the performance of the overall performance of the electronic equipment.In this paper,a phase locked loop frequency technique based on phase locked loop (PLL) L band is studied.Its design scheme uses MC145152 to realize the phase locked loop,the external loop filter LPF and the voltage controlled oscillator VCO and other devices to achieve,with a strong research and design value.%频率合成器是电子设备的核心部件，其性能的优劣影响电子设备的整体性能。

本文研究了一种基于锁相环（PLL）L波段的锁相频率技术。

其设计方案使用MC145152来实现锁相环路，外加环路滤波器LPF和压控振荡器VCO等器件来实现，具有较强的研究设计价值。

【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】4页(P24-27)【关键词】频率合成;锁相环;压控振荡器【作者】赵慧娟【作者单位】九州职业技术学院，江苏徐州，221116【正文语种】中文人类进入信息社会和知识经济发展的时代，信息产业是未来发展的重点，将为社会创造巨大的经济效益。

因此，信息产业的兴衰，将是21世纪衡量和再现一个民族创新和发展能力、生存和竞争能力的重要标志。

锁相环的组成和工作原理锁相环（Phase Locked Loop，简称PLL）是一种经常用于时钟恢复、频率合成和频率同步等应用的电路。

它由几个组成部分构成，包括相频偵测器（Phase Frequency Detector，简称PFD）、环形計數器（Divider），低通滤波器（Loop Filter）和振荡器（VoltageControlled Oscillator，简称VCO）。

锁相环通过调节振荡器的频率，以跟踪和同步输入信号的相位和频率。

锁相环的工作原理如下：1. 相频检测：锁相环的相频检测器（Phase Frequency Detector，简称PFD）用于测量输入信号和反馈信号之间的相位差和频率差。

根据相频检测器的输出，可以得到一个锁定的电压信号，该信号与相位差和频率差成正比。

2. 环形计数器：环形计数器（Divider）是用于将输出信号的频率降低至可控制范围的计数器。

当输出信号进入环形计数器时，计数器开始对信号进行计数，并输出一个较低频率的信号作为反馈信号输入到PFD中。

3. 低通滤波器：低通滤波器（Loop Filter）用于减小环形计数器输出信号的噪音，并将输出信号平滑化。

滤波器的输出电压与输入信号的频率和相位差成正比。

通过调整滤波器的参数，可以控制锁相环的锁定时间和跟踪精度。

4. 振荡器：振荡器（Voltage Controlled Oscillator，简称VCO）是一个根据输入电压的大小来调整输出频率的振荡器。

当输入电压增加时，振荡器的输出频率也会增加；当输入电压减小时，振荡器的输出频率也会减小。

在锁相环中，VCO的频率通过调节输入电压来实现相位和频率的跟踪。

当锁相环处于锁定状态时，相位差为零，频率差为零，输入信号的相位和频率与反馈信号完全同步。

如果输入信号的相位或频率发生变化，锁相环会通过调节VCO的频率来追踪这些变化，并使输入信号的相位和频率保持同步。

锁相环的工作原理可以简单描述为：输入信号经过相频检测器和环形计数器，产生一个较低频率的反馈信号。

锁相环频率合成器的原理与设计2.1 锁相环的基本原理和基本公式对于现代移动通信中的移动台来说，频率合成器是由锁相环路(PLL)构成的。

锁相环是一种相位负反馈系统，它利用环路的窄带跟踪与同步特性将鉴相器一端VCO的输出相位与另一端晶振参考的相位保持同步，实现锁定输出频率的功能，同时可以得到和参考源相同的频率稳定度。

一个典型的频率合成器原理框图如图1所示。

设晶振的输出频率为fr，VCO输出频率为fo，则它们满足公式：(1)其中R和N分别为参考分频器和主分频器的分频比，在外部设置并行或串行数据控制分频比，就可以产生出所需要的频率信号。

用锁相环构成的频率合成器具有频率稳定度高、相位噪声小、电路简单易集成、易编程等特点。

随着大规模集成电路的应用，参考分频器、鉴相器和主分频器以及进行程序控制的寄存器能够集成在一块芯片中，如图1中虚线框所示，这样整个电路就仅由一个PLL芯片、一片晶振、一片VCO以及环路滤波器等分立元件组成，大大减小了体积，也降低了设计难度。

下面对锁相环同步状态下的线性性能进行分析。

锁相环是传递相位的闭环系统，只要研究环路的相位数学模型或其基本方程就可以获得环路的完整性能。

根据图1所示，设θi为晶振经R分频器分频之后的相位，θo为VCO输出相位，θ’o为VCO经N分频器分频之后的相位，θe为鉴相器的输出相位，环路的基本函数可以表示为：(1)闭环传递函数：2.2 锁相环的设计(1)鉴相器在目前应用的小型频率合成器电路中，广泛采用电流泵型数字式鉴频鉴相器，其输出为数字的电流信号I(t)，I(t)的宽度反映了两输入信号的相位差值，极性则反映了两输入信号的相位差的正负。

在鉴相器之后的环路滤波器将电流信号转变为电压，控制VCO的变化。

它具有以下特点：①环路的相位锁定性能具有理想二阶环的特性。

②输出纹波小。

③具有鉴频鉴相的功能，鉴相范围宽，捕捉带等于同步带。

④便于集成，调整方便，性能可靠。

(2)环路滤波器环路滤波器有无源和有源两种形式，考虑到体积与噪声等因素，在手机中一般采用无源三阶环路滤波器。

锁相环工作原理锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种电子电路，常用于时钟同步、频率合成、调制解调等领域。

它通过对输入信号进行频率和相位的比较，实现输出信号与输入信号的同步。

锁相环主要由相频比较器、低通滤波器、电压控制振荡器（Voltage Controlled Oscillator，简称VCO）以及分频器组成。

1. 相频比较器（Phase-Frequency Detector，简称PFD）：PFD接收输入信号和反馈信号，并比较它们的相位和频率差异。

根据差异的大小和方向，PFD产生一个控制电压，用于调节VCO的频率和相位。

2. 低通滤波器（Loop Filter）：低通滤波器对PFD输出的控制电压进行平滑处理，消除高频噪声，得到稳定的控制电压。

3. 电压控制振荡器（VCO）：VCO的频率可以通过调节输入的控制电压来改变。

当控制电压增加时，VCO的频率也随之增加；反之，当控制电压减小时，VCO的频率也随之减小。

4. 分频器（Divider）：分频器将VCO的输出信号分频，得到一个反馈信号，用于与输入信号进行比较。

分频器的作用是将高频信号转换为低频信号，使得比较器能够更精确地进行相位和频率的比较。

锁相环的工作原理如下：1. 初始状态：锁相环的初始状态是未锁定状态，输出信号与输入信号的频率和相位存在较大差异。

2. 相频比较：PFD接收输入信号和反馈信号，比较它们的相位和频率差异。

根据比较结果，PFD产生一个控制电压。

3. 控制电压调节：低通滤波器对PFD输出的控制电压进行平滑处理，并将其传递给VCO。

VCO的频率根据控制电压的大小和方向进行调节。

4. 反馈：VCO输出的信号经过分频器分频后，得到一个反馈信号，用于与输入信号进行比较。

如果输入信号的频率和相位与反馈信号相差较大，PFD将产生一个较大的控制电压，继续调节VCO的频率和相位。

5. 锁定状态：随着反复的比较和调节，锁相环逐渐将输出信号的频率和相位与输入信号同步。