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锁相频率源混频信号的相位噪声分析为了研究锁相频率源的混频信号的相位噪声问题，本文将锁相源的相位噪声构成作为基础，构建起两路相关锁相源混频相位噪声近似数学模型，并开展了相关实验。
实验数据表明，模型仿真能够得到与实验一致的结果，可以在很大程度上降低相位噪声估值偏差。
标签：锁相频率源;混频信号;相位噪声1 相位噪声概述通常来讲，信号频率或者相位本身的短期性、随机性起伏是引发相位噪声的主要原因，理想的频率源信号得到的频谱近似直线，数学上一般用带有幅度的Delta函数表示。
而从实际测量的角度，频谱信号两侧可以看到宽度较大的连续分布谱，其形成的原因是热能与其他噪声源随机起伏对于频率信号的调整，这里的连续分布谱实际上就是相位噪声。
假定θ（t）表示噪声形成的调制信号，考虑到相位噪声同样属于较小的信号调制，满足θ（t）《1，可以将频率源信号表示为：（1）公式中，fc表示载波信号，对于公式进行相应的Fourier变换，可以得到（2）这里的S（f）表示S（t）的Fourier頻率谱，Sθ=F（θ（t）），表示相位与频率抖动的功率谱密度。
结合上述公式，参考相位噪声的内涵，可以通过分贝值的形式来对频率源相位噪声进行表示，有（3）公式中，=f-fc，该公式实际上是偏离载波位置1Hz带宽的相位噪声。
调制信号本身属于非平稳性的随机过程，而结合相应的文献研究以及工程实践，可以将其近似看做是平稳的高斯过程，能够得到近乎实际工程值的结果。
设相应的高斯过程θ（t）为N（0，），均值E=0，相位与频率会于载波信号附近抖动。
方差表示为相位噪声的功率，依照上述公式，可以得到相应的公式（4）2 锁相频率源相位噪声结构就目前而言，比较常见的锁相源一般都是有压控振荡器、鉴相器、环路滤波器以及分频器等构成，所有元器件的噪声都会影响最终输出频率的相位噪声，而其中最为关键，最不可避免的，是鉴相器鉴相基底倍频以及参考信号锁相倍频的恶化。
参考公式（4），可以将锁相源相位噪声表示为（5）在公式中，表示锁相源最终输出的相位噪声功率，和分别表示晶振锁相倍频恶化以及鉴相基底倍频恶化后的相位噪声功率，结合上述分析，参照公式（4）和公式（5），可以将相位噪声改写成分贝值的形式，得到锁相源相位噪声计算公式：（6）3 加入混频器后的相位噪声分析理想状态下，混频器的输出包含了两个输入信号的和频与差频，而实际上，混频器具备多个交调分量，不过和频与差频是主要分量。
PLL-VCO 技术 锁相技术的理论早在1932年就提出了，但直到40年代在电视机中才得到⼴泛的应⽤。
锁相环的英⽂全称是Phase-Locked Loop,简称是实现相位⾃动控制的负反馈系统，它使振荡器的相位和频率与输⼊信号的相位和频率同步。
PLL，是实现相位⾃动控制的负反馈系统，它使振荡器的相位和频率与输⼊信号的相位和频率同步 锁相环包含三个主要的部分: ⑴鉴相环鉴相环(或相位⽐较器,记为PD或PC):是完成相位⽐较的单元,⽤来⽐较输⼊信号和基准信号的之间的相位.它的输出电压正⽐于两个输⼊信号之相位差.低通滤波器(LPF):是个线性电路,其作⽤是滤除鉴相器输出电压中的⾼频分量,起平滑滤波的作⽤.通常由电阻、电容或电感等组成，有时 ⑵低通滤波器也包含运算放⼤器。
压控振荡器（VCO）：）：振荡频率受控制电压控制的振荡器，⽽振荡频率与控制电压之间成线性关系。
在PLL中，压控振荡器实际上是把 ⑶压控振荡器（控制电压转换为相位。
图中为上述三个部分组成PLL的⽅框图，它的⼯作过程如下：相位⽐较器把输⼊信号作为标准，将它的频率和相位与从VCO输出端送来的信号进⾏⽐较。
如果在它的⼯作范围内检测出任何相位（频率）差，就产⽣⼀个误差信号Ve(t)，这个误差信号正⽐于输⼊信号和VCO输出信号之间的相位差，通常是以交流分量调制的直流电平。
由低通滤波器滤除误差信号中的交流分量，产⽣信号Vd(t)去控制VCO，强制VCO朝着减⼩相位/频率误差的⽅向改变其频率，使输⼊基准信号和VCO输出信号之间的任何频率或相位差逐渐减⼩直⾄为0，这时我们就称环路已被锁定。
如果VCO的输出频率低于输⼊基准信号的频率，相位⽐较器的输出振幅就为正，经滤波后去控制VCO，使其频率增加，直到两个信号的频率和相位精确同步。
相反，若VCO输出频率⾼于输⼊基准信号，相位⽐较器的输出会下降，使VCO锁定在输⼊基准信号的频率。
下⾯较详细地介绍它的捕捉过程和跟踪状态。
基本组成和锁相环电路1、频率合成器电路频率合成器组成：频率合成器电路为本机收发电路的频率源，产生接收第一本机信号源和发射电路的发射信号源，发射信号源主要由锁相环和VCO电路直接产生。
如图3-4所示。
在现在的移动通信终端中，用于射频前端上下变频的本振源（LO），在射频电路中起着非常重要的作用。
本振源通常是由锁相环电路（Phase-Locked Loop）来实现。
2.锁相环：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3.锁相环基本原理：锁相环包含三个主要的部分:⑴鉴相器(或相位比较器,记为PD或PC):是完成相位比较的单元,用来比较输入信号和基准信号的之间的相位.它的输出电压正比于两个输入信号之相位差.⑵低通滤波器(LPF):是个线性电路,其作用是滤除鉴相器输出电压中的高频分量,起平滑滤波的作用.通常由电阻、电容或电感等组成，有时也包含运算放大器。
⑶压控振荡器（VCO）：振荡频率受控制电压控制的振荡器，而振荡频率与控制电压之间成线性关系。
在PLL中，压控振荡器实际上是把控制电压转换为相位。
1、压控振荡器的输出经过采集并分频；2、和基准信号同时输入鉴相器；3、鉴相器通过比较上述两个信号的频率差，然后输出一个直流脉冲电压；4、控制VCO，使它的频率改变；5、这样经过一个很短的时间，VCO 的输出就会稳定于某一期望值。
锁相环电路是一种相位负反馈系统。
一个完整的锁相环电路是由晶振、鉴相器、R分频器、N分频器、压控振荡器（VCO）、低通滤波器（LFP）构成，并留有数据控制接口。
锁相环电路的工作原理是：在控制接口对R分频器和N分频器完成参数配置后。
晶振产生的参考频率（Fref）经R分频后输入到鉴相器，同时VCO的输出频率（Fout）也经N分频后输入到鉴相器，鉴相器对这两个信号进行相位比较，将比较的相位差以电压或电流的方式输出，并通过LFP滤波，加到VCO的调制端，从而控制VCO的输出频率，使鉴相器两输入端的输入频率相等。
题目10M锁100MHz锁相频率源一、设计任务与要求1、理解锁相环相关概念，熟悉ADF4002锁相环芯片；2、应用ADF4002锁相环芯片，设计100MHz锁相频率源，单片机写入ADF4002的控制字；3、应用ADIsimPLL软件进行环路滤波器仿真；4、输入信号10MHz，输出100MHz，环路带宽在10Hz~100Hz之间；5、熟悉ADF4002硬件电路设计；二、方案设计1．微处理器最小系统电路方案1：STM32F103C8T6方案2：STC51方案3:FPGASTM与FPGA的优缺点一个属于单片机STM32 ，一个属于可编程阵列FPGA。
STM32由于有各种外设操作起来简单，可以处理模拟以及数字信号，适用于设计的控制电路FPGA应用也比较广泛，只能处理数字信号，但是能同时运行多条指令，也就是并行执行，这是单片机、ARM等比不了的，主要用于处理各种逻辑。
STM32代表ARM Cortex-M内核的32位微控制器，具有高性能，实时性强，低功耗，便于低电压操作等优点，同时还易于开发。
我们选择方案2，因为STC51是STC公司推出的以MCS-51为内核的单片机的。
和AT89C51基本一致，但是可以通过串口直接烧写所以被广泛使用。
MCS-51是入门级一款很经典的MCU，特点就是简单，所以在教学时大量采用。
而FPGA耗财贵，上手难度大，所以选择了方案2。
2．ADF4002模块电路方案一：TIDA-01346设计结合使用两个LMX2594合成器，与使用一个合成器相比，产生的噪声更低。
通过结合相位中两个合成器的输出，理论3dB相位噪声优势可能是由于输出功率高6dB，而噪声功率仅高3dB。
LMX2594是这种应用的理想合成器，因为它具有SYNC功能，该功能使其具有确定性的可重复相位以及可编程相位，可以用来校正由于线迹失配或任何其他因素导致的任何相位误差。
方案二：该ADF4002频率合成器用于在无线接收器和发射器的上变频和下变频部分中实现本地振荡器。
基于DDS的锁相频率合成器设计李俊;施颂生【摘要】提出一种基于直接频率合成技术(DDS)的锁相环(PLL)频率合成器,该合成器利用DDS输出与PLL反馈回路中的压控振荡器(VCO)输出混频,替代多环锁相频率合成器中的低频率子环,使合成器输出频率在89.6～110.4 MHz之间分辨率达1 Hz,并保持DDS相噪、杂散水平不变.结合DDS的快速频率切换和PLL环路跟踪能力,实现信号的快速跳频.本文给出了技术方案,讨论部分电路设计,并对主要技术指标进行理论分析,最后给出了实验结果.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2007(030)023【总页数】3页(P74-76)【关键词】直接数字式频率合成;锁相环;混频;带通滤波器【作者】李俊;施颂生【作者单位】湘潭大学,信息工程学院,湖南,湘潭,411105;湘潭大学,信息工程学院,湖南,湘潭,411105【正文语种】中文【中图分类】TN741 引言现代频率合成源对频率精度、分辨率、转换时间和频谱纯度等指标提出了越来越高的要求。
甚高频(VHF)频率合成器通常采用多锁相环路(PLL)结构，多环合成器将单环中的巨大分频比用多个环路来负担，同时各环，尤其是主环的鉴相频率大幅度提高，从而满足了鉴相频率高、分频比小和分辨率高等要求。
但是由于多环组合的固有特性，尤其是分辨率每提高1个数量级，就要增加一级子环路，使得其频率转换速度低、线路复杂、可靠性差。
直接数字式频率合成技术(DDS)的频率分辨率高、频率转换速度快。
DDS/PLL混合频率合成是一项新兴技术。
DDS激励PLL倍频的方式能发挥DDS高分辨率的特点，但DDS信号中的相噪与杂散一旦落入环路内将会恶化lg N。
采用DDS内插PLL混频，即DDS输出与PLL反馈回路中的压控振荡器(VCO)输出混频，相当于用DDS取代多环频率合成器中的低(细)频率子环，电路结构简单，在频率转换速度、分辨率等方面性能优良，并且不存在DDS相噪与杂散恶化的问题。
pll锁相环的公式PLL锁相环是一种广泛应用于通信、计算机、控制等领域的电子设备，它的作用是将输入信号的频率锁定到参考信号频率上。
在PLL锁相环的设计中，计算PLL锁相环的公式是非常重要的，因为它能够推导出PLL锁相环的相关参数，从而影响其性能和稳定性。
本文将详细介绍PLL 锁相环的公式及其应用。
一、 PLL锁相环基本原理PLL锁相环是一种基于反馈的电子电路，可以将不同频率的信号锁定在一个稳定的参考信号上。
PL锁相环由三部分组成：比较器、低通滤波器和可变频率振荡器（VCO）。
比较器将输入信号和参考信号进行比较，输出的误差信号经过低通滤波器滤波后控制VCO的频率，以使得VCO的输出频率与参考信号的频率同步。
二、PLL锁相环的公式在PLL锁相环中，有以下基本参数：1. 相位差（Phase difference），用$\Delta\phi$ 表示。
它表示输入信号和参考信号的相位差，即两个信号的相位差。
2. 频率差（Frequency difference），用 $\Delta f$ 表示。
它表示输入信号和参考信号的频率差，即两个信号的频率之差。
3. 循环误差（Loop error），用 $\delta$ 表示。
它表示输出信号的相位与参考信号的相位差。
根据上述参数，PLL锁相环的公式如下：$$\delta = K_v\Delta f$$其中$K_v$是VCO的增益，即输出频率随输入电压的变化率。
它通常用Hz/Volts或MHz/Volts表示。
需要注意的是，上述公式中的单位应该保持一致。
例如，如果频率单位是kHz，那么增益单位应该是kHz/Volts。
三、PLL锁相环的应用PLL锁相环在通信、计算机、控制等领域都有广泛的应用。
例如：1. 频率合成器：通过PLL锁相环将输入信号锁定到参考信号的频率上，然后使用倍频器或分频器将输出信号的频率调整到所需要的频率，从而实现频率合成。
2. 时钟恢复：在数据传输中，使用PLL锁相环将接收到的数据中的时钟与本地时钟进行同步，以便正确接收数据。
频率计的发展现状
频率计是一种用于测量信号频率的仪器，它在科研、工业生产、通信等领域起着重要作用。
随着科技的发展和应用需求的不断增加，频率计也在不断演进和改进。
目前，频率计的发展主要体现在以下几个方面：
1. 数字化：传统的频率计大多采用模拟电路来进行测量，但随着数字技术的普及和应用，数字频率计逐渐取代了传统的模拟频率计。
数字频率计具有精度高、稳定性好、操作简便等优势，可以实现频率范围广泛、测量精度高的需求。
2. 高精度：随着科学技术的不断进步，对频率计测量精度的要求也越来越高。
为满足高精度测量的需求，现代频率计采用了更加先进的测量技术和算法，如锁相技术、自适应滤波等，可以在更高的精度下进行频率测量。
3. 多功能化：现代频率计除了能够测量信号的基本频率外，还具备了许多其他功能，如相位测量、脉冲计数、频率比较等。
这些功能的增加使频率计在工程实践中具有更广泛的应用场景。
4. 自动化：随着自动化技术的普及和应用，自动化频率计得到了广泛的应用。
自动化频率计可以与计算机、仪器设备等进行联动，实现数据采集、处理和控制等功能，提高了工作效率和准确性。
5. 小型化：随着电子元器件的不断更新和微电子技术的发展，
频率计越来越小巧轻便，便于携带和使用。
小型化的频率计可以满足移动、便携等特殊场合的需求，广泛应用于无线通信、车载导航、航空航天等领域。
总体而言，频率计正朝着精度高、功能强大、自动化、小型化的方向发展。
这些发展趋势使得频率计在各个领域中的应用更加广泛，为科学研究和工程实践提供了可靠的测量手段。
电路中的频率倍增与分频方法电路中的频率倍增与分频方法是电子技术领域中常用的两种方法，用于改变信号的频率。
本文将介绍频率倍增与分频的原理和常见的应用场景。
一、频率倍增的原理与方法频率倍增是指将输入信号的频率增加到倍数的方法。
在电子领域中，常用的频率倍增方法有谐振倍频法、倍频器以及锁相环等。
1. 谐振倍频法谐振倍频法利用谐振现象实现频率倍增。
当输入信号的频率和谐振电路的固有频率相同时，电路会发生共振现象，使得输出信号的频率是输入信号的倍数。
谐振倍频法的优点是简单可靠，适用于低频和中频信号的倍频。
2. 倍频器倍频器是一种电子器件，用于将输入信号的频率倍增。
常见的倍频器有整流倍频器和非线性倍频器。
整流倍频器利用非线性元件的特性，将输入信号的谐波倍增；非线性倍频器则通过非线性元件和滤波电路的组合，将输入信号的频率倍增。
3. 锁相环锁相环是一种反馈系统，可以将输入信号的频率倍增或者分频。
锁相环由相位检测器、低通滤波器、电压控制振荡器和除频器组成。
相位检测器用于比较输入信号和振荡器产生的信号之间的相位差，通过调整振荡器的频率，实现输入信号频率的倍增或分频。
二、频率分频的原理与方法频率分频是指将输入信号的频率降低到分数的方法。
常用的频率分频方法有计数器分频、分频器以及相位锁定环等。
1. 计数器分频计数器分频是一种简单直接的分频方法。
计数器通过计数输入的脉冲数量，当计数器计数到特定值时，输出一个脉冲信号，从而实现对输入信号的分频。
计数器分频器常用于数字时钟、频率计等应用中。
2. 分频器分频器是一种电子器件，通过设置分频系数，将输入信号的频率分频。
常见的分频器有二分频器、四分频器等。
分频器可以通过级联连接实现更高的分频比。
分频器广泛应用于通信系统、频率合成器等领域。
3. 相位锁定环相位锁定环是一种基于反馈的频率分频方法。
它通过不断调整振荡器的相位，使得输入信号与振荡器的相位保持恒定的差值，从而实现对输入信号频率的分频。
电路基础原理理解电路中的振荡与锁相技术电路作为现代科技的基础，广泛应用于通信、计算机和电子设备等领域。
其中，振荡和锁相技术是电路中重要的概念和应用。
本文将从电路基础原理的角度探讨振荡与锁相技术的原理和应用。
一、振荡的原理与应用振荡是指电路中产生连续的周期性信号的过程。
振荡电路由振荡器、反馈网络和功率放大器组成。
其中，振荡器提供反馈信号，反馈网络将一部分输出信号送回给振荡器，功率放大器则对输出信号进行放大。
振荡器的常见类型有晶体振荡器、LC振荡器和RC振荡器等。
晶体振荡器是利用晶体的谐振特性来产生稳定的频率信号，广泛应用于无线通信和计算机系统中。
LC振荡器则利用电感和电容的特性形成振荡回路，具有简单结构和高频率的特点。
而RC振荡器则基于电阻和电容的特性产生振荡信号，常用于低频振荡电路中。
振荡技术在通信和计算机领域中有着重要的应用。
例如，无线通信系统中需要稳定的射频信号作为载波信号，通过振荡器产生高稳定性的信号。
计算机系统中的时钟信号也是通过振荡器产生的，用于同步计算机各个部件的运行。
二、锁相技术的原理与应用锁相技术是指通过反馈调节信号的相位，使得输入信号与参考信号保持固定相位差的技术。
锁相技术可分为基带锁相和射频锁相两种类型。
基带锁相是将输入信号与本地参考信号进行相位比较，并通过反馈电路调节输入信号的相位，使其与参考信号保持稳定的相位差。
基带锁相技术广泛应用于通信系统中的解调器和调制器，用于恢复信号和生成调制信号。
射频锁相则是将输入信号与参考频率进行相位比较，并通过频率合成器调整输入信号的频率，使其与参考频率保持稳定的相位差。
射频锁相技术常用于微波通信系统和雷达系统中，用于频率合成和跟踪。
锁相技术在现代通信和雷达领域有着重要的应用。
例如，在通信系统中，锁相回路可以确保接收信号的有效解调和传输。
在雷达系统中，锁相技术可以确保发射和接收信号的相位同步，提高雷达的测距和测速精度。
结语振荡和锁相技术作为电路中重要的概念和应用，对于现代通信、计算机和电子设备的正常工作具有重要意义。
第一章 绪论1.1 锁相环路锁相环路（PLL）是一个能够跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统，它在无线电 技术的各个领域得到了很广泛的应用。
锁相环路有其独特的优良性能，它具有载波跟踪特 性，作为一个窄带跟踪滤波器，可提取淹没在噪声之中的信号；用高稳定的参考振荡器锁 定，可作提供一系列频率高稳定的频率源；可进行高精度的相位与频率测量等等。
它具有 调制跟踪特性，可制成高性能的调制器和解调器。
它具有低门限特性，可大大改善模拟信 号和数字信号的解调质量。
70 年代以来，随着集成电路技术的发展，逐渐出现了集成的 环路部件、通用单片集成锁相环路以及多种专用集成锁相环路，锁相环路逐渐变成了一个 成本低、使用简便的多功能组件，这就为锁相技术在更广泛的领域应用提供了条件。
锁相环是一个相位误差控制系统。
它比较输入信号和振荡器输出信号之间的相位差， 从而产生误差控制信号来调整振荡器的频率，以达到与输入信号同频同相。
所谓全数字锁 相环路(DPLL)就是环路部件全部数字化， 采用数字鉴相器 （DPD）、 数字环路滤波器(DLF)、 数控振荡器(DCO)构成的锁相环路。
本文采用锁相式频率合成的实现方法， 实现中必须解决的关键技术问题是减小相位噪 声，以满足用户提出的较为苛刻的相位噪声指标。
本课题是设计一个由单片机、 定时计数器及单片机集成锁相环路组成的可程控频率合 成器，所以设计过程会涉及到锁相环路、频率合成器和单片机方面的知识。
1.2 锁相技术发展锁相原理在数学理论方面，早在 30 年代无线电技术发展的初期就己出现。
1930 年 己建立了同步控制理论的基础。
1932 年贝尔赛什(Bellescize)第一次公开发表了锁相环路的 数学描述，用锁相环路提取相干载波来完成同步检波。
到了 40 年代，电视接收机的同步 扫描电路中开始广泛地应用锁相技术，使电视图像的同步性能得到很大改善。
进入 50 年 代，随着空间技术的发展，由杰斐(Jaffe)和里希廷(Rechtin)利用锁相环路作为导弹信标的 跟踪滤波器获得成功，并首次发表了包含噪声效应的锁相环路线性理论分析的文章，同时 解决了锁相环路最佳化设计问题。
1锁相环的基本原理1.1 锁相环的基本构成锁相环路（PLL ）是一个闭环的跟踪系统，它能够跟踪输入信号的相位和频率。
确切地讲，锁相环是一个使用输出信号（由振荡器产生的）与参考信号或者输入信号在频率和相位上同步的电路。
在同步（通常称为锁定）状态，振荡器输出信号和参考信号之间的相位差为零，或者保持常数。
如果出现相位误差，一种控制机理作用到振荡器上，使得相位误差再次减小到最小。
在这样的控制系统中，实际输出信号的相位锁定到参考信号的相位，因而我们称之为锁相环。
锁相环在无线电技术的许多领域，如调制与解调、频率合成、数字同步系统等方面得到了广泛的应用，已经成为现代模拟与数字通信系统中不可缺少的基本部件。
锁相环通常由鉴相器（PD ），环路滤波器（LF ）和压控振荡器（VCO ）三个基本部件组成。
如图1-1所示：图1-1 锁相环的基本构成在PLL 中，PD 是一个相位比较器，比较基准信号（输入信号）i u （t ）与输出信号o u （t ）之间的相位偏差()e t ，并由此产生误差信号()d u t ；LF 是一个低通滤波器，用来滤除()d u t 中的高频成分，起滤波平滑作用，以保证环路稳定和改善环路跟踪性能，最终输出控制电压()c u t ；VCO 是一个电压/频率变换装置，产生本地振荡频率，其振荡频率受()c u t 控制，产生频率偏移，从而跟踪输入信号的频率。
整个锁相环路根据输入信号与本地振荡信号之间的相位误差对本地振荡信号的相位进行连续不断的反馈调节，从而达到使本地振荡信号相位跟踪输入信号相位的目的。
1.1.1 鉴相器鉴相器是一个相位比较器，比较两个输入信号的相位，产生误差相位，并转换为误差电压()d u t 。
鉴相器有多种类型，如模拟乘法器型、取样保持型、边沿触发数字型等，其特性也可以是多种多样的，有正弦特性、三角特性、锯齿特性等，作为原理分析，通常使用正弦特性的鉴相器，理由是正弦理论比较成熟，分析简单方便，实际上各种鉴相特性当信噪比降低时，都趋向于正弦特性。
频率时间和相位的测量频率、时间和相位的测量在现代科学和工程领域中具有重要的意义。
频率是指在单位时间内重复发生的事件或周期的次数。
时间是描述事件发生的顺序和持续时间的尺度。
相位则用来描述波形的相对位置关系。
测量这些参数的准确性和精度对于许多应用来说至关重要，包括通信系统、无线电频谱管理、精密仪器、天文学、地球物理学等等。
下面我们将详细介绍频率、时间和相位的测量方法和技术。
频率测量是指测量事件发生的频率或周期的次数。
常见的频率测量方法包括计数法、相位比较法、频率合成法等。
计数法是一种简单直接的方法，通过计算事件发生的次数来得到频率。
在计数法中，可以使用计时器来记录事件发生的次数，然后根据计时器的时间得到频率。
相位比较法主要是利用比较两个信号的相位差来得到频率。
这种方法常用于稳定的参考信号。
频率合成法是通过将多个信号相加或相乘来合成一个新的信号，然后再根据新信号的特性来获得频率。
这种方法广泛应用于频率合成器和锁相环等设备中。
时间测量是指测量事件发生的准确时间。
时间测量的方法包括脉冲计数法、时钟同步法、时间标准法等。
脉冲计数法是通过计数脉冲的数量来测量时间。
计数器是常用的脉冲计数设备，它可以根据脉冲的来自外界触发信号进行计数，并转换成相应的时间单位。
时钟同步法是利用多个时钟设备的同步性来测量时间。
通过将多个时钟设备的信号进行比较，可以得到一个准确的时间值。
时间标准法是通过使用一个精密的时间标准来测量时间。
国际原子时（TAI）和协调世界时（UTC）是常用的时间标准。
时间标准设备可以通过比较其与时间标准之间的差异来测量时间。
相位测量是指测量信号波形的相对位置关系。
相位测量的方法包括相位差测量法、频率转换法、相位解调法等。
相位差测量法是通过比较两个信号的相位差来得到相位。
常用的相位差测量设备有相位计和相干解调器。
频率转换法是通过将信号的频率变换到特定范围内，然后再进行相位的测量。
这种方法常用于高频信号的相位测量。
锁相环工作原理．锁相环工作原理锁相环路是一种反馈电路，锁相环的英文全称是Phase-Locked Loop,简称PLL。
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。
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。
因此，所有板卡上各自的本地80MHz和20MHz时基的相位都是同步的，从而采样时钟也是同步的。
因为每块板卡的采样时钟都是同步的，所以都能严格地在同一时刻进行数据采集。
锁相环路是一个相位反馈、）PD（鉴相器它由以下三个基本部件组成：自动控制系统。
．环路滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）。
锁相环的工作原理：1. 压控振荡器的输出经过采集并分频；2. 和基准信号同时输入鉴相器；3. 鉴相器通过比较上述两个信号的频率差，然后输出一个直流脉冲电压；4. 控制VCO，使它的频率改变；5. 这样经过一个很短的时间，VCO 的输出就会稳定于某一期望值。
锁相环可用来实现输出和输入两个信号之间的相位同步。
当没有基准（参考）输入信号时，环路滤波器的输出为零（或为某一固定值）。
这时，压控振荡器按其固有频率fv进行自由振荡。
当有频率为fR的参考信号输入时，uR 和uv同时加到鉴相器进行鉴相。
如果fR和fv相差不uR进行鉴相的结果，输出一个与uv和uR大，鉴相器对．和uv的相位差成正比的误差电压ud，再经过环路滤波器滤去ud中的高频成分，输出一个控制电压uc，uc将使压控振荡器的频率fv（和相位）发生变化，朝着参考输入信号的频率靠拢，最后使fv= fR，环路锁定。
环路一旦进入锁定状态后，压控振荡器的输出信号与环路的输入信号（参考信号）之间只有一个固定的稳态相位差，而没有频差存在。
第55卷第1期2021年1月电力电子技术Power ElectronicsVol.55,No」January2021快速响应的频率自适应滑动平均滤波锁相方法张会来2,张伟1（1.青岛科技大学，自动化与电子工程学院，山东青岛266061；2.上海核工程研究设计院有限公司，上海200233）摘要：锁相环（PLL）可测算交流信号的相位和频率，广泛应用于并网控制系统中。
滑动平均滤波器（MAF）具有陷波低通特性，可用于滤除电网电压中的特征次谐波干扰，因而在PLL中得到应用。
为适应电网频率存在波动的工况，通过分析比较MAF不同的数字实现方法，为频率自适应型MAF的数字实现提供参考。
针对传统MAF-PLL动态响应速度的不足，提出一种响应快速的频率自适应MAF-PLL。
该MAF-PLL釆用比例-积分-微分（PID）控制，基于PLL幅相频补偿特性整定得到PID控制器参数。
与传统MAF-PLL相比，所提MAF-PLL的响应速度可提高1倍以上，由于具备频率自适应能力，在电网频率明显偏移额定工频的条件下仍能保持较高的稳态精度。
仿真和实验验证了所提锁相方法的可行性和有效性。
关键词：滑动平均滤波器；锁相环；频率自适应中图分类号:TN713 文献标识码：A文章编号:1000-100X（2021）01-0063-05Frequency Adaptive Moving Average Filter BasedPhase-locked Loop With Fast ResponseZHANG Hui-lai12,ZHANG Wei1(1.Qingdao University of Science and Technology,Qingdao266061,China)Abstract:The phase-locked loop(PLL),which is used to estimate the phase and frequency of AC signals,play a vital role in grid-connected synchronization applications.Moving average filter(MAF)can block the characteristic harmonics caused by unbalanced voltage and harmonic distortion,thus have found an increasingly wide utilization in PLLs.The implement of frequency adaptive MAF is presented for the frequency variance of the grid.However,conve tional MAF-PLLs suffer from slow dynamic responses.A proportional-integral-derivative(PID)loop filter is proposed and well designed to improve the dynamic response of MAF-PLL.The proposed MAF-PLL significantly improves the filtering capability and dynamic response of the conventional MAF-PLL.Simulation and experimental results confirm the feasibility and effectiveness of the proposed method.Keywords:moving average filter；phase-locked loop；frequency adaptive1引言随着分布式能源电网渗透率的不断提升和非线性负载的日益增多，电网电能质量中三相电压不平衡和谐波畸变问题日渐凸显，常规PLL技术己无法获取准确的电网同步信息E。
锁相与频率技术第一章1；锁相环路是一个相位跟踪系统，它建立了输出信号瞬时相位与输入信号瞬时相位的控制关系，2；固有频差：输入信号环路自由振荡频率之差，称为环路的固有频差。
3；锁相环路的两种基本工作状态：锁定状态和失锁状态，4；捕获过程：从输入信号加到锁相环路的输入端开始，一直到环路达到锁定的全过程。
5；捕获带：对一定的环路来说，是否能通过捕获而进入同步完全取决于起始频差----若---超过某一范围，环路就不能捕获了，这个范围的大小是锁相环路的一个重要性能，称为环路的捕获带---6；稳态相差：当环路进入同步状态之后，环内被控振荡器的振荡频率已等于输入信号频率，也就是说输出信号已锁定在输入信号上。
两信号之间只差一个固定的相位，这就是锁定以后的稳态相差，是一个很小的值。
7；同步带：锁相环路能够保持锁定状态所允许的最大固有频差称为同步带，8；锁相环路的基本构成框图及基本工作原理：9；鉴相器电路的分类及工作原理：第一类是相乘器电路，它是对输入信号波形与输出信号波形的乘积进行平均，从而获得直流的误差输出，第二类是序列电路，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，10；常用的三种环路滤波器：RC积分滤波器、无源比例滤波器、有源比例滤波器三种。
11；压控振荡器是一个电压与频率变换装置，环路中要求压控振荡器的输出是相位。
12；压控振荡器输出的是相位的原因？锁相环路中要求压控振荡器输出的是相位，因此，这个积分作用是压控振荡器所固有的，正因为这样，通常称压控振荡器是锁相环路中的固有积分环节，13；锁相环路的相位模型及环路动态方程的一般形式？14；动态方程构成的关系：瞬时频差=固有频差—控制频差15；相轨迹：平面上相点的移动形成一条轨迹，16；相点：平面上曲线是的一个点表示了环路在某个时刻t状态，称为相点。
17；延滞现象：出现不稳定平衡状态的滞留，致使捕获过程延长。
这就是锁相环路的延滞现象，18；频率牵引现象:经过锁相环路的控制作用，使被控振荡器的平均频率向输入信号频率方向牵引的现象。
19;快捕带：不经过周期跳越就入锁的捕获过程称为快捕，相应的捕获带就称为快捕带。
20；一阶环路的同步带、捕获带和快捕带都相等，除了一阶环外，三者都是不相等的，第二章1；将环路近似为线性系统来进行分析的跟踪过程称为线性跟踪，2；采用RC积分滤波器时的二阶锁相环路的动态方程与闭环传递函数。
3；二阶线性系统的欠阻尼系统、过阻尼系统和临界阻尼系统：当0< <1时的响应为衰减振荡。
系统称为欠阻尼系统。
当>1时响应为单调上升的曲线，是非振荡型的。
这种系统称为过阻尼系统，=1是上述两者的临界状况，这种系统称为临界阻尼系统。
4；二阶线性系统中的名词，延迟时间：它是响应曲线首次达到稳定值的一半所需的时间。
上升时间：它是响应曲线从稳态值的10%上升到90%所需要的时间。
峰值时间：它是响应曲线到达第一个过冲峰点所需的时间。
暂态时间：它是响应曲线达到并最终保持在允许的稳态值误差范围之内所需的时间，最大过冲量：若响应曲线的稳态值u0()=1 则最大过冲量为--响应的稳态值--若响应的稳态值不等于-1，通常使用最大百分比过冲量，5；从系统的角度看，研究二阶环对输入暂态信号的响应的方法是？第一步先写出输入信号的拉氏变换，第二步写出环路的传递函数，第三步将两者相乘得到输出量的拉氏变换，第四步求输出量拉氏变换的反变换，得到输出量的时间函数。
6；对于同一种环路来说，输入信号变化得越快，跟踪性能就越差，同一信号加入不同锁相环路，其稳态相差是不同的。
7；对于锁相环路来说，频率响应的意义？不论采用何种滤波器的二阶环路，其闭环频率响应都具有低通性质，只要输入信号的相拉调制频率低于环路的自然频率，那么环路的误差就可以良好地传递相位调制，压控振荡器的输出相位就可以良好地跟踪输入相位的变化，环路的误差相位很小，而当相位调制频率远高于环路自然频率时，那么环路就不能传递相位调制，压控振荡器的输出相位就不能再跟踪输入相位的变化。
9；调制跟踪：环内压控振荡器的输出电压跟踪了输入电压的相位调制，这种跟踪状态称为调制跟踪。
10；载波跟踪：当环路输出相位没有跟踪输入的相位调制，而是跟踪了输入信号载频的漂移，这也是一种跟踪状态，称为载波跟踪。
11；环路稳定性的差别方法：根据奈奎斯特准则，可以用锁相环路开环频率响应的伯德图来直接判定锁相环路闭环时的稳定性。
12；相位余量：是指开环增益降至0dB时，开环相移量与的差值13；增益余量：是指开环相移达到时，开环增益低于0dB的dB数。
14；为确保环路稳定，通常要求相位30度至60度之间，15；若不考虑寄生相移，采用无源比例积分滤波器的二阶环总是无条件的。
第三章1；噪声不慌不忙干扰的主要来源：一类是与信号一起进入环路的输入噪声与谐波干扰，别一类是环路部件产生的内部噪声与谐波干扰，噪声与干扰的作用必然会增加环路捕获的困难，降低跟踪性能。
3；环路单边噪声声带愈小，环路带宽愈窄，环路对输噪声抑制能力愈强，环路单边噪声带宽的大小很好的反映了环路对环路输入噪声的滤除能力，（BL很好地反映了环路对输入噪声的滤除能力）4；环路信噪比：5；跳周：在低（S/N）L时，出现的另一个现象是环路相差可能跳越一个2派或几个2派才能重新稳定下来，这个现象就是跳周。
6；噪声门限：目前以（S/N）L>=+6dB 作为环路门限标准是合理的，它能更好地保证环路正常工作第四章1；相位捕获：通常我们把环路由失锁进入锁定的过程称为相位捕获。
2、频率捕获；3、自捕获与辅助捕获：如果环路依靠自己的控制能力达到捕获锁定，这个种过程为自捕获，若环路借助于辅助电路才能实现捕获锁定，则称这种捕获过程为辅助捕获。
4；辅助性能的分析方法：相平面法（这是一种图解分析二创非线性微分方程的方法），准线性法，（它基于环路中含有低通滤波环节的事实鉴相器输出的任何形式的差拍同期信号，经过低通滤波器以后，都可近似为直流与正弦信号的和。
）5、相位捕获过程：一阶环在捕获过程中不产生相位差的2派同期跳越，即只有相位捕获过程，6、相平面图。
7、二阶环路的捕获过程的特点：（1）由于二阶环中存在环路滤波器，在捕获过程中，环路滤波器起到对差拍电压中的交流分量进行按比例衰减的作用，同时对其中的直流分量进行积分，（2）只要。
直流分量不断积分的结果，将牵引着向方向靠拢。
（3）交流分量被比例衰减后。
对压控振荡器进行调频。
（4）当时，一阶和非理想二阶环都不能锁定，而且出现稳定的差拍状态。
8、快捕时间：相位捕获过程所需要的时间，称为快捕时间。
9、辅助频率捕获的基本出发点：（1）减小作用到环路上的起始频差，使之尽快地落入快捕内，达到快捕锁定。
（2）使用两种不同的环路带宽或增益，捕获时使环路具有较大的带宽或增益，锁定以后使环路带宽或增益减小。
10、自动扫描法的基本原理：当环路尚未锁定时，在压控振荡控制端加一个周期线性性扫描电压，使它的频率在足够宽的范围内摆动，等到环路进入频率锁定时，扫描发生器停止工作，使它的频率在足够宽的范围内摆动，等到环路进入频率锁定时，扫描发生器停止工作，然后通过环路本身的控制作用，使环路快捕锁定。
11、改善环路捕获性能，总希望捕获带宽越宽越好，时间越短越好，12、辅助鉴频环路法的优点：由于鉴频器带宽较宽，因此频率捕获范围较大，适当选择鉴频器增益K,可使频差减小到。
13、变带宽法的基本原理：在捕获过程中使环路具有较大的不带宽，以扩大捕获带，在锁定之后，则使环路带宽变窄，以保证跟踪和滤波性能。
第五章1、按电路程式，锁相集成电路可分为摸拟式与数字式，（锁相集成环路的分类，锁相集成电路种类很多），按用途，无论模拟式还是数字式的又都可分为通用型与专用型两种。
、2、集成鉴相器现种类型：一种为摸拟乘法器（用摸拟乘法器作鉴相器，便于集成化，它在单片机摸拟集成锁相环中广泛采用。
）另一种为数字比相器。
3、数字式鉴相器是用脉冲后沿触发来进行工作的，属于沿触发型电路。
4、T4044的组成，由数字比相器、申荷泵和一个作为LF用的放大器三个部分组成。
其鉴相特性具有三角形鉴相特性。
5、门鉴相器是一种电平触发型数字鉴相器。
以或门和异或门鉴相器为代表，它们对两个比相脉冲的占空比都有一定的要求。
6、集成压控振荡的电路形式：集成压控振荡的电路形式很多，常用的有积分-施密特电路型、射极耦合多谐振荡器型、变容二极管调谐LC振荡器型和数字门电路型等，7、通用单边集成锁相环路是将鉴相器、压控振荡器以及某些辅助器件集成在同一基片上，各部件之间部分连接或不连接的一种集成电路。
（以构成集成频率合成器的电路系统）8、NE560R的组成：由鉴相器、压控振荡器、环路滤波器。
限幅器和两个缓冲放大器。
9、XR-215的组成：电路由鉴相器、压控振荡器和运算比较器电路组成。
（最高工作频率35MHZ）10、L564的组成：电路由输入限幅器、鉴相器、压控振荡器、放大器、直流恢复电路和施密特触发器等六大部分组成。
（最高工作频率50MHZ）11、SL565的组成：它包含鉴相器、压控振荡器、放大器三部分。
（工作频率低于1MHZ）12、NE567的组成：它由鉴相器、直流放大器、电流控制振荡器和外接环路滤波器组成。
、第六章1、载波跟踪特性及其三重含义：一是窄带（环路可以有效地滤除输入信号伴随的噪声与干扰）、二是跟踪（环路可以在保持窄带特性的情况下跟踪输入载波频率的漂移）、三是可以将弱输入载波信号放大为强信号输出。
2、跟踪滤波器：跟踪滤波器是一个带通滤波器，其中心频率能自动地跟踪输入信号载波频率的变化。
3、假锁现象：当振荡器谐波或分谐波与输入信号的频率相同时，可能出现假锁现象。
4、解调器：调制跟踪的锁相环路本身就是一个FM解制器，从压控振荡器输入端得到解调输出，5、频率合成器：将一个高精度和高稳定度的标准参考频率，经过混频、倍频与分频等对它进行加、减、乘、除的四则运算，最终产生大量的具有同样精度和稳定度的频率源。
6、频率合成的三种方法及各自特点：（1）直接频率合成（特点是：比另两种使用的设备多很多，体积大、造价高，）（2）锁相频率合成（难以满足多方面的性能要求）（3）直接数字频率合成（体积小、功耗低、并且可以几乎是实时地以连续相位转换频率、给出非常高的频率分辨力。
）7、锁相频率合成器的基本特点：每当可编程分频器的分频比改变1时，得到输出频率增量这参考频率F。
为提高频率的分辨力就需减小参考频率F，这对转换时间等性能是十分不利的。
8、相干载波：在相干解调中，要求在接收端提供一个参考载波，它应与信号载波相同步，9、插入导频法：在发送信号的同时，辅助传送一个较弱的载波信号，10、位同步：也称为码元同步，是要在接收端确定每一个码元的起止时刻。
