锁相环技术在频率跟踪中的应用研究

《应用于LVDS的锁相环电路研究》一、引言随着科技的快速发展，现代电子设备在速度、准确性和效率等方面有着更高的需求。

在此背景下，锁相环（PLL）电路因其能够提供精确的频率和相位同步功能，在通信、数据传输和时钟恢复等领域得到了广泛应用。

而LVDS（低电压差分信号）作为一种高速、低噪声的数据传输技术，与锁相环电路的结合更是为高速数据传输提供了可靠的技术支持。

本文将针对应用于LVDS 的锁相环电路进行深入研究。

二、LVDS技术概述LVDS是一种用于高速数据传输的低电压差分信号技术。

其优点包括低功耗、低噪声、高数据速率以及高抗干扰能力等。

LVDS信号传输过程中，通过差分驱动器和接收器将数据以差分形式进行传输，大大提高了数据的稳定性和可靠性。

三、锁相环电路的基本原理锁相环电路是一种能够自动调整输出信号的频率和相位，使其与输入信号保持一致或特定关系的电路。

它主要由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成。

鉴相器用于检测输入信号与输出信号之间的相位差；环路滤波器则用于滤除鉴相器输出中的高频噪声和干扰，为压控振荡器提供稳定的控制电压；压控振荡器则根据控制电压调整其输出频率和相位。

四、应用于LVDS的锁相环电路设计在LVDS系统中，锁相环电路的作用是恢复和同步接收到的数据时钟信号。

针对LVDS的特殊需求，锁相环电路设计需考虑以下因素：1. 高速性能：为适应LVDS的高速数据传输需求，锁相环电路应具备高速响应和快速锁定能力。

2. 低噪声：LVDS系统要求低噪声信号传输，因此锁相环电路应具备低噪声性能。

3. 稳定性：为保证数据的准确传输，锁相环电路应具有良好的稳定性。

根据上述要求，应用于LVDS的锁相环电路设计可以采取以下策略：五、锁相环电路的硬件设计在设计针对LVDS系统的锁相环电路时，我们需要综合考虑硬件架构和元件选择。

鉴相器是电路的核心部分之一，应选择具有高灵敏度和低噪声特性的鉴相器，以准确检测输入信号与输出信号的相位差。

锁相环路及其在调频\鉴频电路中的应用摘要：本文主要介绍锁相环工作原理，及其在无线电技术中发挥的优越性能，给出一种实验的方法来测量锁相环的同步带和捕捉带，分析其在调频和鉴频电路中的应用。

关键词：锁相环；原理；同步带；捕捉带在无线电技术中，各种类型的反馈控制电路得到了广泛的应用。

锁相环路就是其中一种，它以其优越的稳频、滤波等性能，在许多反馈控制系统中发挥着重要的作用。

锁相环路在早期电视机同步系统中的应用，使电视图像的同步性能得到了很大的改善。

而在锁相环接收机中，由于中频信号可以锁定，频带可以做的很窄，带宽的大幅下降，使得输出信噪比大大提高了。

在空间技术中，比如接收来自宇宙飞行器的微弱信号，相比超外差式接收机的宽频带，信噪比也很低。

锁相环路简称锁相环（PLL）。

锁相环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。

因锁相环输出信号频率能够自动跟踪输入信号的频率，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，输出信号与输入信号电压保持某种特定的关系，即输出电压与输入电压的相位被锁定，这也是锁相环名称的由来。

锁相环路由三部分组成：鉴相器PD、环路滤波器LF和压控振荡器VCO。

1鉴相器组成鉴相器PD通常鉴相器由模拟相乘器和低通滤波器组成。

设输入信号为Ui （t）和本振信号（压控振荡器输出信号）Uo（t）。

输入、输出信号在鉴相器中进行比较，输出一个与两者相位差成比例的电压，称作误差电压，记为Ud(t)；该电压是两个信号相位差的函数。

环路滤波器LF为线性电路低通滤波器，作用是滤除误差电压Ud（t）中的高频分量及噪声，具有窄带滤波器的特性。

如果电路设计合理，会得到一个极窄的通道。

经过LF输出的电压为Uc（t），将它加给压控振荡器。

压控振荡器VCO 通常由变容二极管和电抗管等组成振荡电路。

VCO的输出频率受Uc（t）的控制。

当Uc（t）变化时，引起二极管结电容的变化，从而振荡器频率发生改变。

电力系统频率新的跟踪算法
电力系统频率是指电力系统中交流电的频率，通常为50Hz或60Hz。

在电力系统中，频率的稳定性对于电力系统的正常运行至关重要。

因此，电力系统频率的跟踪算法也变得越来越重要。

传统的电力系统频率跟踪算法通常采用PLL（锁相环）算法，但是这种算法存在一些问题。

例如，PLL算法对于电力系统中的噪声和干扰比较敏感，容易出现跟踪误差。

此外，PLL算法的计算复杂度较高，不适合在大规模电力系统中应用。

为了解决这些问题，近年来出现了一些新的电力系统频率跟踪算法。

其中，基于小波变换的频率跟踪算法是比较常见的一种。

这种算法利用小波变换对电力系统中的频率进行分析，可以有效地抑制噪声和干扰，提高跟踪精度。

基于卡尔曼滤波的频率跟踪算法也是一种比较有效的算法。

这种算法利用卡尔曼滤波器对电力系统中的频率进行估计，可以实现较高的跟踪精度和较低的计算复杂度。

除了以上两种算法，还有一些其他的电力系统频率跟踪算法，例如基于神经网络的算法、基于粒子滤波的算法等等。

这些算法各有优缺点，可以根据具体的应用场景选择合适的算法。

电力系统频率的稳定性对于电力系统的正常运行至关重要。

新的电力系统频率跟踪算法可以有效地提高跟踪精度和计算效率，为电力
系统的稳定运行提供了有力的支持。

基于７４ＨＣ４０４６新型频率跟踪电路的研究作者：车保川屈百达来源：《现代电子技术》2008年第03期摘要：频率跟踪是超声波电源的一个重要特性。

讨论了超声波清洗机中自动频率跟踪的必要性，在介绍超声波清洗机的主电路原理、PLL锁相环原理的基础上，利用单片机检测超声电源负载的电流、电压的相位差，从而改变74HC4046 的输出频率，完成了变步长频率跟踪软件设计。

结果表明，该系统具有很好的频率跟踪性能。

关键词：超声波电源;锁相环;频率跟踪;74HC4046;变步长中图分类号：TB553 文献标识码：A文章编号：1004373X(2008)0318803Study on New Frequency—tracking Circuit Based on 74HC4046CHE Baochuan,QU Baida(School of Communication and Control Engineering,Jiangnan University,Wuxi,214122,China)Abstract：Frequency tracking is an important characteristic of ultrasonic power.In this paper,the necessity of frequency tracking in ultrasonic cleaning equipmens is discussed.Based on introduction on the principle of the mian circuit of the ultrasonic power supply for cleaning equipmens and the principle of PLL,the output frequency of 74HC4046 is changed by a single chip measuring the phase difference between volage and current.The software of adaptive tracking technique with varied frequency steps is completed.Fast and exact frequency tracking is realized.Keywords：ultrasonic power;PLL;frequency—tracking;74HC4046;varied frequency steps1 引言超声波清洗机在许多领域中得到了广泛的应用，尤其是在军事装备和各种电子、机械、光学设备中。

锁相环的基本原理锁相环基本原理及其应用锁相环的基本原理锁相环基本原理及其应用锁相环及其应用所谓锁相环路，实际是指自动相位控制电路（APC），它是利用两个电信号的相位误差，通过环路自身调整作用，实现频率准确跟踪的系统，称该系统为锁相环路，简称环路，通常用PLL表示。

锁相环路是由鉴相器(简称PD)、环路滤波器（简称LPF或LF）和压控振荡器（简称VCO）三个部件组成闭合系统。

这是一个基本环路，其各种形式均由它变化而来PLL概念设环路输入信号v= Viomimsin(ωit+φi)环路输出信号v= Vosin(ωot+φo)——其中ωo=ωr+△ωo通过相位反馈控制，最终使相位保持同步，实现了受控频率准确跟踪基准信号频率的自动控制系统称为锁相环路。

PLL构成由鉴相器（PD）环路滤波器（LPF）压控振荡器（VCO）组成的环路。

PLL原理从捕捉过程→锁定A.捕捉过程（是失锁的）a. b.φi┈φi均是随时间变化的，经相位比较产生误差相位φe=φi-φo,也是变化的。

φe(t)由鉴相器产生误差电压v(t)=f(φde)完成相位误差—电压的变换作用。

v(t)为交流电压。

dc.v(t)经环路滤波，滤除高频分量和干扰噪声得到纯净控制电压，由VCO产生d控制角频差△ω0,使ω0随ωi变化。

B.锁定（即相位稳定）a. b.一旦锁定φe(t)=φe∞（很小常数）v(t)= V（直流电压）ddω0≡ωi输出频率恒等于输入频率（无角频差，同时控制角频差为最大△ω0max, 即ω0=ωr＋△ω0max。

ωr为VCO固有振荡角频率。

）锁相基本组成和基本方程(时域)各基本组成部件鉴相器(PD)数学模式v(t)=AsinφdDe(t)相位模式环路滤波器(LPF) 数学模式v(t)=A(P) v(t)cFd相位模式压控振荡器(VCO)数学模式相位模式环路模型相位模式：指锁相环(PLL)输入相位和输出相位的反馈调节关系。

相位模型：把鉴相器,环路滤波器和压控振荡器三个部件的相位模型依次级联起来就构成锁相相位模型。

《应用于LVDS的锁相环电路研究》一、引言随着电子技术的快速发展，高速数据传输在各个领域得到了广泛应用。

作为高速数据传输的重要技术之一，低压差分信号传输（LVDS）以其低功耗、高速度和低噪声的特性，在通信、计算机、医疗和工业控制等领域得到了广泛应用。

锁相环（PLL）电路作为LVDS系统中的关键部分，其性能的优劣直接影响到整个系统的性能。

因此，对应用于LVDS的锁相环电路进行研究具有重要的现实意义。

二、锁相环电路的基本原理锁相环电路是一种利用反馈原理实现相位自动跟踪的电路。

它主要由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成。

鉴相器用于检测输入信号与反馈信号之间的相位差；环路滤波器用于滤除鉴相器输出中的高频噪声和干扰，使控制电压稳定；压控振荡器根据控制电压调整输出信号的频率和相位，以达到锁定相位的目的。

三、应用于LVDS的锁相环电路设计在LVDS系统中，锁相环电路的设计需要考虑到传输速率、功耗、噪声等因素。

因此，设计一款适用于LVDS的锁相环电路，需要从以下几个方面进行考虑：1. 鉴相器的设计：鉴相器是锁相环的核心部分，其性能直接影响到整个系统的性能。

在LVDS系统中，常用的鉴相器有零交鉴相器和边沿鉴相器等。

其中，边沿鉴相器具有较好的抗干扰能力和较高的灵敏度，适用于LVDS系统的高速传输。

2. 环路滤波器的设计：环路滤波器的作用是滤除鉴相器输出中的高频噪声和干扰，使控制电压稳定。

在LVDS系统中，常用的环路滤波器有RC滤波器和数字滤波器等。

其中，数字滤波器具有更高的稳定性和更小的误差，适用于高精度要求的LVDS系统。

3. 压控振荡器的设计：压控振荡器是锁相环的输出部分，其性能直接影响到系统的跟踪性能和锁定时间。

在LVDS系统中，压控振荡器的设计需要考虑到其输出频率的稳定性和相位噪声等因素。

四、锁相环电路的性能分析对于应用于LVDS的锁相环电路，其性能分析主要包括锁定时间、相位噪声、抖动等方面。

摘要：随着科学技术水平的发展，我国电子通信在随着市场需求的不断转变的过程中也在发生相应变革。

锁相环技术被广泛地运用到通信系统中去，主要通过负反馈系统来实现本地参考信号与接收信号的相位统一，信号输入主要通过锁相环的鉴相器、环路滤波器和压控震荡器三个主要器件输出信号后，完成其工作流程。

基于此，对锁相环技术的发展进行研究，并对其运用情况进行介绍。

关键词：锁相环技术;数字锁相环;模拟锁相环;解调器;解制器锁相环技术是信息领域新研发的一门专门研究相位关系的技术，能够对相位实行自动化控制，并且通过相位的自动化调节作用来实现两个相位始终保持同步统一，这一工作的完成主要是通过锁相环的负反馈系统来实现的。

锁相环技术近年来被广泛地运用到航天、电视、通信等各个领域中去，能够高质量高速度地对信号进行提取、跟踪和同步，被广泛地运用到电子设备中去，成为电子设备的常用部件之一。

1 锁相环技术国内外研究现状1.1 锁相环技术的产生背景锁相环技术产生于上世纪30年代，并在上世纪30年代快速发展，在40年代时被广泛地运用到电视信号技术接收中去。

空间技术的发展给锁相环技术的发展带来发展契机，使得锁相环技术实现跨越式发展。

数字电路技术的发展和不断成熟，锁相环技术被广泛地运用到相关产品中去，如调制解调、图像处理等多个方面的运用。

锁相环技术在数字电路技术的发展中不断地吸取数字电路技术的优点，从而提高了锁相环技术的可靠性，实现了锁相环技术功能强大且体积小，价格低的目标，为锁相环技术市场的开拓加快了脚步进程。

对锁相环技术发展过程中不断暴露出来的零点漂移，容易受到气候环境影响等缺点进行克服，提高锁相环技术的实时处理能力已经成为未来锁相环技术发展革新的主要发展方向和动力。

锁相环技术控制的电压是分离分散的，其误差导致的信号控制也是离散的，并不是连续的，因此被称为全数字锁相环。

1.2 锁相环技术发展现状锁相环路是锁相环技术主要的核心环节，它通过相位误差系统来对相位进行负反馈，进而实现相位的同步。

锁相电路（PLL）及其应用自动相位控制（APC）电路，也称为锁相环路（PLL），它能使受控振荡器的频率和相位均与输入参考信号保持同步，称为相位锁定，简称锁相。

它是一个以相位误差为控制对象的反馈控制系统，是将参考信号与受控振荡器输出信号之间的相位进行比较，产生相位误差电压来调整受控振荡器输出信号的相位，从而使受控振荡器输出频率与参考信号频率相一致。

在两者频率相同而相位并不完全相同的情况下，两个信号之间的相位差能稳定在一个很小的范围内。

目前，锁相环路在滤波、频率综合、调制与解调、信号检测等许多技术领域获得了广泛的应用，在模拟与数字通信系统中已成为不可缺少的基本部件。

一、锁相环路的基本工作原理1．锁相环路的基本组成锁相环路主要由鉴频器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分所组成，其基本组成框图如图3-5-16所示。

图1 锁相环路的基本组成框图将图3-5-16的锁相环路与图1的自动频率控制（AFC）电路相比较，可以看出两种反馈控制的结构基本相似，它们都有低通滤波器和压控振荡器，而两者之间不同之处在于：在AFC环路中，用鉴频器作为比较部件，直接利用参考信号的频率与输出信号频率的频率误差获取控制电压实现控制。

因此，AFC系统中必定存在频率差值，没有频率差值就失去了控制信号。

所以AFC系统是一个有频差系统，剩余频差的大小取决于AFC系统的性能。

在锁相环路（PLL）系统中，用鉴相器作为比较部件，用输出信号与基准信号两者的相位进行比较。

当两者的频率相同、相位不同时，鉴相器将输出误差信号，经环路滤波器输出控制信号去控制VCO ，使其输出信号的频率与参考信号一致，而相位则相差一个预定值。

因此，锁相环路是一个无频差系统，能使VCO 的频率与基准频率完全相等，但二者间存在恒定相位差（稳态相位差），此稳态相位差经鉴相器转变为直流误差信号，通过低通滤波器去控制VCO ，使0f 与r f 同步。

2．锁相环路的捕捉与跟踪过程当锁相环路刚开始工作时，其起始时一般都处于失锁状态，由于输入到鉴相器的二路信号之间存在着相位差，鉴相器将输出误差电压来改变压控振荡器的振荡频率，使之与基准信号相一致。

基于锁相环实现信号相频突变的跟踪孙永磊;杨昕欣【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2018(041)001【摘要】The phase-locked loop(PLL)is designed to realize signal tracking when the phase and frequency mutation of in-put signal occurs. The basic principle of the phase-locked loop is introduced in this paper. The dynamic tracking characteristics of the first-order and second-order PLLs are analyzed. The simulation software Multisim 13.0 is used to design the simulation cir-cuit. The condition that the phase and frequency mutation of the input signal of the first-order and second-order PLLs occurs is simulated. The simulation result is identical with the theoretical analysis result. The simulation results show that the designed phase-locked loop can realize tracking when the input signal′s frequency and phase mutation occurs.%锁相环是一种相位误差自动控制系统,在通信领域有着广泛的应用.通过设计锁相环路,实现对输入信号的频率和相位突变时的跟踪.首先介绍锁相环路的基本原理,然后对一阶和二阶锁相环的动态跟踪特性进行分析,最后采用仿真软件Multisim 13.0设计仿真电路,针对一阶、二阶PLL的输入信号频率和相位突变时的情况进行仿真研究,实际仿真结果与理论分析相吻合.仿真结果表明,设计的锁相环路实现了对输入信号频率和相位突变后的跟踪.【总页数】6页(P51-56)【作者】孙永磊;杨昕欣【作者单位】北京航空航天大学,北京100191;北京航空航天大学,北京100191【正文语种】中文【中图分类】TN702-34【相关文献】1.利用改进相频检测器实现大频偏M-PSK 信号的快速载波同步 [J], 徐烽;邱乐德;王宇2.基于自适应锁相环的高动态GPS信号载波跟踪算法 [J], 李金海;巴晓辉;SHERAZ;Anjum;陈杰3.一种GNSS信号跟踪环路频相直调控制算法 [J], 罗治斌; 蒲小平4.锁相环动态频相跟踪特性分析 [J], 龚宇雷;王辉;李庆民5.基于数字锁相环的新型频相检测方法研究 [J], 王勇;廖桂生;王喜媛因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

锁相环的原理及应用一、基本工作原理1、环路的基本构成2、建立鉴相器、环路滤波器和压控振荡器的数学模型二、工作过程的定性分析1、锁定2、跟踪3、捕获4、失锁三、锁相环路的应用1、器件选型锁相频率合成器的分类HYT常用锁相频率合成芯片性能比较2、关键性指标分析相位噪声锁定时间环路带宽压控灵敏度一、基本工作原理锁相环是一种以消除频率误差为目的的反馈控制电路。

它的基本原理是利用相位误差去消除频率误差，所以当电路达到平衡状态时，虽然有剩余相位误差存在，但频率误差可以降低到零，从而实现无频率误差的频率跟踪和相位跟踪。

1、环路的基本构成锁相环是一个相位负反馈控制系统。

主要由鉴相器（PD ）、环路滤波器（LF ）和电压控制振荡器（VCO ）三个基本部件组成，如下图所示：鉴相器是相位比较器，它把输出信号)(t u o 和参考信号)(t u r 的相位进行比较，产生对应于两信号相位差的误差电压)(t u d 。

环路滤波器的作用是滤除误差电压)(t u d 中的高频成分和噪声，以保证环路所要求的性能，提高系统的稳定性。

压控振荡器受控制电压)(t u c 控制，频率向参考信号的频率靠近，于是两者频率之差越来越小，直至频差消除而被锁定。

2、建立鉴相器、环路滤波器和压控振荡器的数学模型 ➢ 鉴相器鉴相器（PD ）又称为相位比较器，它是用来比较两个输入信号之间的相位差)(t e 。

按鉴相特性来分，鉴相器可分为正弦型、三角型和锯齿型等，常用来分析的是正弦鉴相器，可用模拟乘法器与低通滤波器构成。

)(t u i )(t)(t u o图2 正弦鉴相其模型图1 锁相环的基本组成其数学模型为：) )(t o图3 鉴相器的数学模型➢ 环路滤波器环路滤波器（LF ）是一个线性低通滤波器，用来滤除误差电压)(t u d 中的高频分量和噪声，更重要的是它对环路参数调整起到决定性的作用。

常用的有：RC 积分滤波器 无源比例积分滤波器* 有源比例积分滤波器 ➢ 压控振荡器压控振荡器（VCO ）是一个电压－频率的变换器，在环路中作为被控振荡器，它的振荡频率应随输入控制电压)(t u c 线性的变化，即)()(00t u K t c v +=ωω其中，)(t v ω是VCO 的瞬时角频率，0K 是线性特性斜率，又称压控灵敏度或增益系数。