锁相环应用电路仿真

高频电子线路实训报告锁相环路仿真设计

专业

学生姓名

学号

2015 年 6 月24日

锁相环应用电路仿真

锁相环是一种自动相位控制系统，广泛应用于通信、雷达、导航以及各种测量仪器中。锁相环及其应用电路是“通信电子电路”课程教学中的重点容，但比较抽象，还涉及到新的概念和复杂的数学分析。因此无论是教师授课还是学生理解都比较困难。为此，我们将基于Multisim的锁相环应用仿真电路引入课堂教学和课后实验。实践证明，这些仿真电路可以帮助学生对相关容的理解，并为进行系统设计工作打下良好的基础。锁相环的应用电路很多，这里介绍锁相环调频、鉴频及锁相接收机的Multisim仿真电路。

1.锁相环的仿真模型

首先在Multisim软件中构造锁相环的仿真模型(图1)。基本的锁相环由鉴相器(PD)、环路滤波器(I P)和压控振荡器(VCO)三个部分组成。图中，鉴相器由模拟乘法器A 实现，压控振荡器为V3，环路滤波器由R1、C1构成。环路滤波器的输出通过R2、R3串联分压后加到

压控振荡器的输入端，直流电源V2用来调整压控振荡器的中心频率。仿真模型中，增加R2、R3及的目的就是为了便于调整压控振荡器的中心频率。

图1 锁相环的仿真模型

2.锁相接收机的仿真电路

直接调频电路的振荡器中心频率稳定度较低，而采用晶体振荡器的调频电路，其调频围又太窄。采用锁相环的调频器可以解决这个矛盾。其结构原理如图2所示。

图2 锁相环调频电路的原理框图

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，也就是说，锁相环路只对慢变化的频率偏移有响应，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。而随着输人调制信号的变化，振荡频率可以发生很大偏移。

图3 锁相环调频的仿真电路

根据图2建立的仿真电路如图3所示。图中，设置压控振荡器V1在控制电压为0时，输出频率为0；控制电压为5V时，输出频率为50kHz。这样，实际上就选定了压控振荡器的中心频率为25kHz，为此设定直流电压V3为2.5V。调制电压V4通过电阻Rs接到VCO的输人端，R实际上是作为调制信号源V4的阻，这样可以保证加到VCO输人端的电压是低通滤波器的输出电压和调制电压之和，从而满足了原理图的要求。本电路中，相加功能也可以通过一个加法器来完成，但电路要变得相对复杂一些。

VCO输出波形和输人调制电压的关系如图4所示。由图可见，输出信号频率随着输人信号的变化而变化，从而实现了调频功能。

图4 锁相环调频实验结果波形

3.锁相环鉴频的仿真电路

用锁相环可实现调频信号的解调，其原理框图如图5所示。为了实现不失真的解调，要求锁相环的捕捉带必须大于调频波的最大频偏，环路带宽必须大于调频波中输人信号的频谱宽度。

图5 锁相环鉴频电路的原理框图

图6为相应锁相鉴频电路的仿真电路。图中的压控振荡器的设置与锁相环调频电路相同。为了进一步改善低通滤波器的输出波形，在R 、C 的输出端，又串接了一级低通滤波电路(R4、C2)。

图6 锁相环鉴频的仿真电路

由于锁相环鉴频时要求调制信号要处于低通滤波器的通带之，因此电阻R 的阻值要比调频电路中的阻值小。本例中，R 一10kQ。仿真波形如图7所示。由图可见，该电路实现

了鉴频功能。如果将R 、C2的输出作为VCO的输人，则仿真结果不再正确，这在实际仿真时需要注意。

图7 锁相环鉴频实验结果波形

4.锁相接收机的仿真电路

锁相接收机在接收无线信号方面得到广泛应用。采用锁相接收机，利用环路的窄带跟踪特性，可以有效地接收弱的无线信号，其原理如图8所示。

图8 锁相接收机电路的原理框图

图中，若中频信号与本地信号频率有偏差，鉴相器的输出电压会去调整压控振荡器的频率，使混频输出的中频信号的频率锁定在本地标准频率上。由于标准信号可以被锁定，所以中频放大器的频带可以做得很窄，使输入噪声得到很好的抑制。因而输出信噪比大大提高，接收微弱信号的能力加强。

图9 锁相接收机的仿真电路

锁相接收机的仿真电路如图9所示。图中，采用模拟乘法器A 来实现混频电路，L。、C 和R 构成中频滤波器，作为混频器的负载，谐振频率为465kHz。由于模拟乘法器的输出非恒流源，故接入R ，用于改善滤波效果。输入信号源Vs的频率会在535kHz～1605kHz之间变化。为了使混频输出保持为一个固定值的465Hz中频，压控振荡器的输出频率相应的在1000kHz～2070kHz之间变化。为此，设置压控振荡器在控制电压为5V时输出频

率为3000kHz。这样，实际上就选定了压控振荡器的中心频率为1500kHz。由于调制信号的频率变成4kHz，因此环路滤波器的通频带要进一步加宽，R。的数值要进一步减小，为此设置R。为5kQ。混频器输入和输出波形分别如图1O 所示。由图可见，混频后的波形变得稀疏了。进一步的验证可以证明，混频器输出的频率为465kHz，等于本地标准中频信号的频率。

图1O 锁相接收机实验结果波形

5.结语

Multisim是一种优秀的电路设计与仿真分析软件，电路参数调整方便，并且使用起来非常灵活，可完成教学中原理电路的仿真工作，因此可作为通信电子电路及相关课程的辅助教学工具。该软件尤其适用于课程教学和综合设计性实验项目，可有效克服传统实验与实验室开放的局限。可据所学知识和能力，自选实验容，设计电路方案，并进行电路分析和调试。可以加深对电路的理解，提高综合设计能力和创新能力。因此，将该软件引入课程教学和课后实验非常有必要。

参考文献

[1] 于洪珍．通信电子电路[M]．：清华大学，2005．

[2] 钱聪英梅．通信电子线路[M]．：人民邮电，

2004．

[3] 余群等．MukiSim进行电子电路设计的教学研究[J]．：实验科学与技术，2007，10：118—120．

锁相环的基本原理含模型.doc

1.锁相环的基本原理和模型在并网逆变器系统中，控制器的信号需要与电网电压的信号同步，锁相环通过检测电网电压相位与输出信号相位之差，并形成反馈控制系统来消除误差，达到跟踪电网电压相位和频率的目的。一个基本的锁相环结构如图 1-1 所示，主要包括鉴相器，环路滤波器，压控振荡器三个部分。 Xi Phase detector Ve Vc Xo Loop fliter VCO 图1-1 基本锁相环结构鉴相器的主要功能是实现锁相环输出与输入的相位差检测；环路滤波器的主要作用应该是建立输入与输出的动态响应特性，滤波作用是其次；压控振荡器所产生的所需要频率和相位信息。 PLL 的每个部分都是非线性的，但是这样不便于分析设计。因此可以用近似的线性特性来表示 PLL 的控制模型。鉴相器传递函数为：Vd Kd ( Xi Xo) 压控振荡器可以等效为一个积分环节，因此其传递函数为：Ko S 由于可以采用各种类型不同的滤波器（下文将会讲述），这里仅用 F (s) 来表示滤波器的传递函数。综合以上各个传递函数，我们可以得到， PLL 的开环传递函数，闭环传递函数和误差传递函数分别如下： K o K d F (s) ， G cl (s) K o K d F (s) S G op( s) S K ， H ( s) S K K F (s) S K F (s) o d o d 上述基本的传递函数就是PLL 设计和分析的基础。 2.鉴相器的实现方法鉴相器的目的是要尽可能的得到准确的相位误差信息。可以使用线电压的过零检测实现，但是由于在电压畸变的情况下，相位信息可能受到严重影响，因此需要进行额外的信号处理，同时要检测出相位信息，至少需要一个周波的时间，动态响应性能可能受到影响。一般也可以使用乘法鉴相器。通过将压控振荡器的输出与输入相乘，并经过一定的处理得到相位误差信息。在实际的并网逆变器应用中还可以在在同步旋转坐标系下进行设计，其基本的目的也是要得的相差的数值。同步旋转坐标系下的控制框图和上图类似，在实际使用中，由于pq 理论在电网电压不平衡或者发生畸变使得性能较差，因而较多的使用dq 变换，将采样得到的三相交流电压信号进行变化后与给定的直流参考电压进行比较。上述两种方法都使用了近似，利用在小角度时正弦函数值约等于其角度，因而会带来误差，这个误差是人为近似导致的误差，与我们要得到的相位误差不是一个概念，最终的我们得到相位误差是要形成压控振荡器的输入信号，在次激励下获得我们所需要的频率和相位信息。 2.1 乘法鉴相器

实验八-模拟锁相环应用实验

实验报告

数值大小不同，环路的工作情况也不同。若1w ?较小，处于环路滤波器的通频带内，则差拍误差电压()e u t 能顺利通过环路滤波器加到VCO 上，控制VCO 的振荡频率，使其随差拍电压的变化而变化，所以VCO 输出是一个调频波，即()y w t 将在yo w 上下摆动。由于1w ?较小，所以()y w t 很容易摆动到i w ，环路进入锁定状态，鉴相器将输出一个与稳态相位差对应的直流电压，维持环路动态平衡。若瞬时角频差1w ?数值较大，则差拍电压()e u t 的频率较高，它的幅度在经过环路滤波器时可能受到一些衰减，这样VCO 的输出振荡角频率()y w t 上下摆动的范围也将减小一些，故需要多次摆动才能靠近输入角频率()i w t ，即捕捉过程需要许多个差拍周期才能完成，因此捕捉时间较长，若1w ?太大，将无法捕捉到，环路一直处于失锁状态。能够由失锁进入锁定所允许的最大固有角频差1m w ?的两倍称为环路的捕捉带。 3、集成锁相环NE564介绍及应用（1）在本实验中，所使用的锁相环为NE564（国产型号为L564）是一种工作频率可高达50MHz 的超高频集成锁相环。 ' 其内部框图和脚管定义如图8-2。其内部电路原理图如图8-3。ａ、在图8-2（a ）中，A1（LIMITER ）为限幅放大器，它主要由原理图中的Q1～Q5及Q8，Q7组成。Q1～Q5组成PNP ，NPN 互补的共集—共射组合差分放大器，由于Q2，Q3负载并联有肖特基二极管D1，D2，故其双端输出电压被限幅在20.3~0.4D V v =左右。因此可有效消除FM 信号输入时，干扰所产生的寄生调幅。Q7，Q8为射极输出差放，以作缓冲，其输出信号送鉴相器。 (a)NE564内部框图

三相锁相环及仿真

三相锁相环及仿真文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

2三相电压软件锁相环仿真实现锁相环有很多种方法，目前在电力电子装置实际应用中常用的锁相环技术是过零比较方式，就是通过硬件电路检测电网电压的过零点来获得相位差的信号，然后用硬件或者软件实现锁相。这种方案原理和结构都很简单，也易于工程上的实现。但是一个工频周期内电网电压只能检测到两个过零点，这限制了锁相环的锁相速度；而且,当电网侧电压中有含有的谐波或这三相不平衡时，这种方法就不能准确的确定基波正序的过零点了，进而而影响了锁相的精度[38]。为了避免过零点检测方法带来的问题，本文采用三相软件锁相环(SPLL)[39]方法。电压合成矢量u s与d、q轴电压分量 u sd、u sq的关系图如图所示，对于三相电网，电压合成矢量u s的幅值是不变的，则q轴电压分量u sq反映了d轴电压分量u sd与电网电压合成矢量u s的相位关系。从图中可以看出，当u sq<0时，说明d轴超前u s，应该减小同步信号的频率；u sq>0时，说明d 轴滞后u s，此时应该增大同步信号频率；u sq＝0时，说明d轴与u s同相。可见，可以通过控制电网电压q轴分量u sq＝0恒成立，使电网电压合成矢量u s定向于d轴电压分量u sd，实现两者同相位，因此可以得到一个对电压矢量u s进行锁相的方法。采集得到的压三相对称正弦相电压的瞬时值可以表示为： a m1 b m1 c m1 cos 2 cos() 3 2 cos() 3 u U u U u U θ θπ θπ ? ?= ? ? =- ? ? ? =+ ?? (2-36)式中，θ1=ω1t，为输入相位角，ω1为电网角频率；U m为电网电压幅值。三相对称电压变换到两相静止坐标系α、β轴电压分量u sα、u sβ，两相静止αβ坐标系再经两相旋转坐标系变换后得到的d、q轴电压分量u sd、u sq可以表示为： sd m1 sq m1 cos() sin() u U u U θθ θθ =- ?? ?=- ?? (2-36) 式中，θ＝ωt，三相电压SPLL的输出相位角，ω输出角频率。三相电压SPLL控制原理框图如图所示，图中线框里的变换相当于鉴相器，PI 调节器相当于环路滤波器，积分环节相当于压控振荡器。ω1为压控振荡器的固有频率，此处对应于电网额定频率， ω1=100π。通过q轴电压PI不断调节，使输出相位角θ跟随输入相位角θ1变化，即相位角θ与A相电压相位同步变化。可以看出，SPLL控制原理简单明了，也方便于采用DSP程序进行编程实现。图电压矢量相位关系图为验证三相SPLL控制原理的正确性，在采用DSP软件编程实现之前，本文先进行了仿真验证。图(a)中给出了电网相电压峰值为10V，A相初始相位为0，频率为50HZ时的锁相环仿真波形；图(b)给出了电网相电压峰值为10V，A相初始相位为30o，频率为51HZ时的锁相环仿真波

基于Multisim的锁相环解调系统仿真毕业论文

基于Multisim的锁相环解调系统仿真毕业论文目录第1章绪论 (1) 1.1 研究背景 (1) 1.2 研究现状 (1) 1.3 研究容介绍 (2) 第2章基本原理 (3) 2.1 Multisim介绍 (3) 2.2 锁相环基本原理 (5) 2.2.1锁相环的基本组成 (5) 2.2.2 锁相环的工作原理 (5) 第3章调制解调电路设计 (8) 3.1 2FSK调制解调电路设计 (8) 3.1.1 2FSK调制电路设计原理 (8) 3.1.2 2FSK调制单元电路的设计 (9) 3.1.3 2FSK解调单元电路的设计 (13) 3.1.4 2FSK解调电路的整体设计 (15) 3.2 2PSK调制解调电路设计 (17) 3.2.1 2PSK调制解调电路设计原理 (17) 3.2.2 2PSK调制与解调电路的设计与仿真 (18) 3.3 2ASK调制解调电路设计 (19) 3.3.1 2ASK调制解调电路设计原理 (19) 3.3.2 2ASK调制与解调电路的设计与仿真 (20) 3.4 解调结果分析 (22) 总结 (24) 参考文献 (25) 附录：(外文翻译) (26)

致谢 (51)

第1章绪论 1.1 研究背景实现调频波解调的方法有很多，而锁相环鉴频是利用现代锁相环技术来实现鉴频方法，具有工作稳定失真小，信噪比高等优点，所以被广泛用在通信电路系统中。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，它还具有载波跟踪特性。作为一个窄带跟踪滤波器，可提取淹没在噪声中的信号；用高稳定的参考振荡器锁定，可提供高稳定的频率源；可进行高精度的香味与频率测量等等。如今锁相环解调器在通信、雷达、测量和自动化控制等领域应用极为广泛，随着电子技术的发展，对锁相环解调的研究和应用得到了越来越多的关注。现在通过分析与研究，加深对锁相环解调方式的理解，并根据它的原理，设计出2FSK、2PSK、2ASK的调制电路，并通过锁相环解调出来。 1.2 研究现状锁相环解调技术的发展十分迅速，如今已经在很多领域都应用了锁相环解调的理论。可用于手机中、SDH网络中、在汽车MP3无线发射器中‘测量汽车转速都是十分典型的应用。调频波的特点是频率随调制信号幅度的变化而变化，压控振荡器的振荡频率取决于输入电压的幅度。当载波信号的频率与锁相环的固有振荡频率ω0相等时，压控振荡器输出信号的频率将保持ω0不变。若压控振荡器的输入信号除了有锁相环低通滤波器输出的信号uc外，还有调制信号ui，则压控振荡器输出信号的频率就是以ω0为中心，随调制信号幅度的变化而变化的调频波信号。当然，锁相环的许多优越性使得锁相环解调技术在很多我们周围都可以见到的物品中发挥着其巨大的功效。如今，锁相环路理论与研究日臻完善，应用围遍及整个电子技术领域。随着通信及电子系统的飞速发展，促使集成锁相环和数字锁相环突飞猛进。现在品种齐全繁多，提高系统的工作稳定性和可靠性和小型化，目前仍朝着集成化，数字化，多用化方向迅速发展。

锁相环电路的仿真设计

锁相环的ADS仿真实验报告

一．ADF4113芯片介绍 1.概述频率合成器中的ADF4113可用于在上变频和下变频上执行本地振荡器，无线接收器和发送器部分。他们包括一个低噪声数字PFD（相位频率侦测器），一个精密电荷泵，一个可编程参考分频器，可编程A和B计数器和一个双模预置分频器性（P/P+1）。A（6-bit）和B（13-bit）计数器，会同双模分频器性（P/P+1），实现一个N分频器（N =BP+A）。此外，14位的参考计数器（R计数器）在PFD 输入时允许投入可选REFIN频率。如果用合成器被一个外部环路滤波器和电压控制振荡器使用，那么一个完整的PLL（锁相环）就可实现。该器件工作在2.7 V至5.5 V的电压供应范围内，并且可以不使用时使其开路。 2.电路描述参考输入部分：参考输入级如图24。SW1和SW2是常闭开关。SW3是常开。当电源关闭时，SW3是封闭的和SW1和SW2打开。这将确保在电源关闭在REFIN引脚上没有加载。射频输入级： RF输入阶段如图25所示。其次是一个2级限幅放大器生成一个CML（电流模式逻辑）时钟电平所需的预分频器。

预分频器性（P / P+1）该双模预置分频器性（P / P+1），随着A和B计数器，使大型分频比，N，实现（每组的BP +A）。该双模预分频器，操作在CML时钟电平，对CMOS A 和B计数器需要设置时钟从射频输入级平台并划分到了可管理的频率。预分频器是可编程的。它可以设置软件到达8 / 9，16/17，32/33，或64/65。它是基于同步4 / 5的核心。 A和B计数器 A和B的CMOS计数器连结模数双重预分频器，使其允许在一个广泛的区域的PLL反馈比例不等计数器。计数器将被指定的工作，当预分频器的输出小于等于200MHz。因此，随着一个 2.5GHz的RF输入，分频器16/17的频率值是有效的，但对8 / 9值无效。相位频率侦测器（PFD）和电荷泵在PFD需要从R计数器和N计数器输入（N=BP + A）并且按比例生成的、输出相位和它们之间的频率差。图27是一个简化示意图。在PFD包括一个控制了antibacklash脉冲宽度的可编程延迟单元。这种脉冲确保在PFD转移方程中没有死区，并最大限度地减少相位噪声和参考杂散。两个bit在参考寄存器锁存，ABP2和ABP1控制宽度脉冲。

电荷泵锁相环的模型研究和电路设计

电荷泵锁相环的模型研究和电路设计电荷泵锁相环的模型研究和电路设计引言电荷泵锁相环（Charge Pump Phase-Locked Loop，简称CPPLL）是一种常见的时钟和数据恢复电路，在通信系统、数字信号处理和时钟同步等领域中得到广泛应用。CPPLL通过频率合成技术，从输入信号中恢复出稳定的输出时钟信号，以及实现数据的同步。本文将对CPPLL的模型研究和电路设计进行详细探讨。一、CPPLL的模型研究 1.1 基本原理 CPPLL主要由锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）和电荷泵（Charge Pump，简称CP）两部分组成，其中PLL为反馈控制系统，CP为频率合成电路。在正常工作状态下，PLL将输入参考信号与VCO输出信号进行比较，通过反馈调整VCO的频率，使其与输入信号保持同步。CP则将比较器输出的误差信号转换为电荷，供给VCO控制电压，进一步调整频率。 1.2 CP的建模为了实现对CP的性能分析和优化设计，需要建立准确的数学模型。根据CP的工作原理和电流输送特性，可将CP抽象为阻值为R的电流源、电容为C的电容器以及倍增系数为g的放大器。由此，CP的数学模型可以表示为： Icp = g(Vref - Vosc) 其中，Icp为CP输出电流，Vref为参考电压，Vosc为

VCO的控制电压。 1.3 PLL的建模 PLL是一个典型的反馈系统，可以通过模型进行性能分析。通常，PLL的模型分为开环模型和闭环模型。开环模型将环路中的各个部分分离开来，主要包括VCO、相位检测器（Phase Detector，简称PD）和低通滤波器（LPF）。闭环模型则将这些部分结合在一起，形成一个完整的反馈系统。对于频率合成功能，主要关注闭环模型。在闭环模型中，可以得到PLL的传输函数，进一步分析系统的带宽、稳定性等性能指标。二、CPPLL的电路设计 2.1 VCO设计 VCO是CPPLL中至关重要的一部分，其频率范围和调节范围决定了CPPLL的性能。VCO通常由振荡器和电压控制电容（Varactor）组成。在VCO的设计过程中，需要考虑频率的稳定性、线性度和功耗等因素。通过合理选择振荡器的参数和电压控制电容的调整范围，可以满足不同应用需求。 2.2 PD设计 PD是CPPLL中实现相位比较的关键部件。在设计PD时，需要注意选择合适的耦合方式、传输函数以及抗噪声性能。通常，常见的PD结构有加法器、减法器、测量器等。在选择PD结构时，需要根据实际应用和设计要求进行权衡。 2.3 LPF设计 LPF用于滤除PLL中产生的高频噪声和杂散信号，保证系统的稳定性和频率合成性能。

电路仿真技术在通信电子中的应用实例

电路仿真技术在通信电子中的应用实例一、引言通信电子是现代社会中广泛使用的技术，它涉及到我们日常生活中使用的各种电子设备。为确保通信电子设备的性能和可靠性，通信电子的设计过程需要进行电路仿真。本文将探讨电路仿真技术在通信电子中的应用实例。二、电路仿真的概念电路仿真是指使用计算机模拟电路行为的一种方法。通常，电路仿真使用数值方法分析电路行为。电路仿真是电子工程师设计电路的重要工具，通常用于设计和测试电路行为。三、电路仿真工具的选择在通信电子的设计过程中，电路仿真工具的选择至关重要。目前市场上有很多商业化和免费的电路仿真工具。常用的商业仿真工具包括PSPICE、MULTISIM等，而免费的工具则有LTspice、QUCS等。

四、电路仿真技术的应用实例 1.频率计频率计通常用于测量非常快速的信号。通常，它们的带宽在数百兆赫兹以上，而且计数率相对较快。使用LTspice进行电路仿真，可以根据所需的输出频率来构建电路模型，并进行仿真和测试。该模拟电路主要包括振荡器、计数器、频率分配器等。 2.PLL（锁相环）电路锁相环电路是一种控制系统，可以将源信号与参考信号的频率同步。该电路经常用于数字通信系统中，包括RS-232串口、以太网和无线通信等。使用多边形模型，可以构建基于锁相环的电路模型，并对其进行仿真和测试。 3.电源管理器

电源管理器是一种可编程电源管理IC，用于管理供电系统的一些参数，从而改善整个系统的性能。可以使用MULTISIM进行电路仿真，可以根据不同的电源要求来构建电路模型，并进行仿真和测试。 4.数字滤波器数字滤波器是一种用于对数字信号进行过滤和处理的电路。使用电路仿真工具，可以构建不同的数字滤波器，并对其进行仿真和测试。常用的数字滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。五、总结本文描述了电路仿真技术在通信电子中的应用实例。通过使用电路仿真工具，可以帮助电子工程师设计更可靠、更高效的电路，并对其进行验证。在通信电子的设计过程中，选择适当的电路仿真工具并构建正确的模型是非常重要的。通过不断研究和发展电路仿真技术，我们可以设计出更好的通信电子设备。

数字锁相放大器原理及其Matlab仿真

数字锁相放大器原理及其Matlab仿真摘要：数字锁相放大器作为一种新型的放大器，其原理和应用逐渐受到人们的关注。本文主要介绍数字锁相放大器的基本工作原理和Matlab仿真的方法。基于数字信号处理技术，数字锁相放大器通过数字积分器和数字锁相环的组合实现了高精度的信号放大和相位锁定。在Matlab环境下，仿真过程首先建立数字锁相放大器的模型，然后进行参数设置和仿真测试。通过多次调整模型参数，并对仿真结果进行分析，得到最优的数字锁相放大器设计方案。本文的研究可以为数字锁相放大器的实际应用提供参考。关键词：数字锁相放大器、数字信号处理、数字积分器、数字锁相环、Matlab仿真正文：一、引言数字锁相放大器作为一种新型的放大器，其应用范围涉及多个领域，如精密测量、生物医学、材料科学等。与传统的电子放大器相比，数字锁相放大器具有响应速度快、抗干扰性强、精度高等优点。为了更好地掌握数字锁相放大器的原理和应用，本文通过Matlab仿真的方法进行研究，以期发现数字锁相放

大器的最佳设计方案。二、数字锁相放大器原理数字锁相放大器基于数字信号处理技术实现了高精度的信号放大和相位锁定。其基本工作原理是：将待放大信号与参考信号做乘积，再将乘积信号通过数字积分器得到直流分量和交流分量。然后将交流分量输入数字锁相环进行相位锁定，最后从数字锁相放大器的输出端可以获得相位锁定后的信号。数字锁相放大器的电路图如下所示：图1 数字锁相放大器的电路图其中，$u_i$表示待放大信号，$u_{ref}$为参考信号，$v$为输出端信号，$n_i$，$n_{ref}$，$n$为噪声信号。数字积分器的计算公式为： $$y(n)=y(n-1)+\frac{T}{2}\left(x(n)+x(n-1)\right)$$ 其中，$x(n)$为输入信号，$y(n)$为输出信号，$T$为采样周期。数字锁相环的计算公式为： $$\theta_{n}=\theta_{n-1}+K_{p} \Delta \varphi_{n}+K_{i} \sum_{j=0}^{n} \Delta \varphi_{j}$$

锁相环设计与MATLAB仿真

锁相环设计与MATLAB仿真锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）是一种电路设计技术，用于提取输入信号中的相位信息，并在输出信号中保持输入信号与输出信号的相位差稳定。PLL广泛应用于通信系统、时钟生成器、频率合成器等领域。锁相环主要由相位检测器（Phase Detector，PD）、环路滤波器（Loop Filter，LF）、振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，VCO）和分频器（Divider）组成。相位检测器用于比较输入信号和VCO输出信号的相位差，并产生一个低频的误差信号。传统的相位检测器包括异或门相位检测器（XOR PD）和倍频器相位检测器（Multiplier PD）。异或门相位检测器适用于窄带相位差测量，倍频器相位检测器适用于宽带相位差测量。MATLAB提供了用于建模和仿真PLL的工具箱，可以方便地进行相位检测器的设计和性能分析。环路滤波器用于滤波相位误差信号，根据滤波器的设计方法不同，可以实现不同的环路特性。传统的环路滤波器包括积分环路滤波器和比例积分环路滤波器。积分环路滤波器对误差信号进行积分，使得环路系统具有很高的稳定性和抗干扰能力，但响应时间较长。比例积分环路滤波器在积分环路滤波器的基础上引入比例增益，可以更快地响应相位误差的变化。振荡器（VCO）根据环路滤波器输出的控制电压来生成输出信号，并提供给分频器进行频率除法操作。振荡器通常采用压控振荡器（VCO）或电流模式逻辑（Current Mode Logic，CML）结构，可以根据应用需求选择合适的振荡器设计。

分频器用于将振荡器输出的高频信号按照设定的分频比例进行分频，生成与输入信号相位对齐的输出信号。分频器采用计数器和锁存器设计，计数器用于记录输入信号的周期数，锁存器将计数器的值锁定在一个周期，输出给相位检测器进行相位比较。锁相环的设计和仿真可以通过MATLAB工具箱进行。首先，设计相位检测器的传输函数和特性，选择适当的相位检测器类型和设计参数。然后，设计环路滤波器的传输函数和特性，选择适当的滤波器类型和设计参数。接下来，设计振荡器的传输函数和特性，选择适当的振荡器类型和设计参数。最后，设计分频器的传输函数和特性，选择适当的分频器类型和设计参数。在MATLAB中，可以使用工具箱中的函数进行传输函数和特性的计算和仿真。可以通过工具箱提供的函数快速计算和优化各个部分的设计参数，并进行全系统的性能仿真。通过不断调整设计参数，可以获得满足设计要求的锁相环系统。总之，锁相环的设计和MATLAB仿真是一项复杂的工作，需要深入理解锁相环的原理和各个部分的设计方法。通过MATLAB工具箱的强大功能，可以方便快速地进行锁相环系统的设计和性能分析。

matlab pll锁相环原理

标题：MATLAB中的PLL锁相环原理一、介绍PLL锁相环的概念 PLL（Phase-Locked Loop）锁相环是一种常用的控制系统，广泛应用于通信系统、数字信号处理和电力系统等领域。它通过比较输入信号与本地参考信号的相位差，实现对输入信号的精确跟踪和同步。在MATLAB中，我们可以通过编写代码来模拟PLL锁相环，并深入理解其工作原理。二、PLL锁相环的基本结构 PLL锁相环由相位比较器、低通滤波器、VCO（Voltage-Controlled Oscillator）和分频器等组成。它的基本结构如下： 1. 相位比较器：用于比较输入信号和本地参考信号的相位差，并产生控制电压。 2. 低通滤波器：将相位比较器输出的控制电压进行滤波，去除高频噪声，得到稳定的调节电压。 3. VCO：根据低通滤波器输出的调节电压，调节其输出频率，实现对输入信号的跟踪。

4. 分频器：将VCO输出的信号进行分频，得到本地参考信号，用于与输入信号进行比较。三、PLL锁相环的工作原理 PLL锁相环的工作过程可以分为锁定和跟踪两个阶段。 1. 锁定阶段：在初始时刻，输入信号的频率与VCO的输出频率不同步。相位比较器会检测到二者之间存在相位差，产生相应的控制电压，通过低通滤波器传递给VCO。VCO根据控制电压，调节其输出频率，使其逐渐与输入信号频率同步，最终达到锁定状态。 2. 跟踪阶段：一旦锁定完成，PLL锁相环会持续监测输入信号的频率变化，并调节VCO的输出频率，确保其始终与输入信号同步。低通滤波器起到平稳调节的作用，使得VCO的输出频率能够迅速跟随输入信号的变化。四、MATLAB中的PLL锁相环模拟在MATLAB中，我们可以利用Simulink工具箱来建立PLL锁相环的模型，并进行仿真分析。我们需要使用Simulink中的基本模块，如正弦波源、相位比较器、低通滤波器、VCO和分频器等，按照PLL锁相

matlab 三阶锁相环

matlab 三阶锁相环摘要：一、Matlab三阶锁相环概述 1.三阶锁相环基本原理 2.Matlab实现方法二、二阶锁相环与三阶锁相环的区别 1.应用场景 2.性能特点三、Matlab仿真及代码实现 1.仿真环境搭建 2.代码编写与调试四、锁相环在实际应用中的优势与局限 1.电网电压不平衡情况下的表现 2.响应速度与控制精度正文：一、Matlab三阶锁相环概述 Matlab三阶锁相环（PLL）是一种在信号处理、通信和控制等领域广泛应用的相位锁定技术。其基本原理是通过检测输入信号与参考信号之间的相位差，控制环路输出信号的相位，使其与输入信号保持同步。在Matlab中，可以通过编写代码实现三阶锁相环的算法，并进行仿真验证。 1.三阶锁相环基本原理

三阶锁相环主要由相位检测器、环路滤波器和压控振荡器（VCO）组成。当输入信号与参考信号之间存在相位差时，相位检测器输出一个误差信号，该信号经过环路滤波器处理后，控制VCO的频率，从而使输出信号的相位与输入信号保持一致。 2.Matlab实现方法在Matlab中实现三阶锁相环的方法主要包括以下几个步骤：（1）创建仿真环境：搭建相应的仿真模型，包括输入信号、相位检测器、环路滤波器和VCO等模块。（2）编写代码：根据三阶锁相环的原理，编写相位检测器、环路滤波器和VCO的Matlab代码。（3）调试与优化：对代码进行调试，观察仿真结果，根据需要对算法进行优化。二、二阶锁相环与三阶锁相环的区别 1.应用场景：二阶锁相环主要用于载波信号的同步，而三阶锁相环适用于更广泛的信号处理、通信和控制领域。 2.性能特点：二阶锁相环具有结构简单、响应速度快的特点，但在电网电压不平衡、含有直流分量及高次谐波时，锁相结果存在较大的误差。相比之下，三阶锁相环具有更好的抗干扰能力和更低的相位噪声，能适应更复杂的信号环境。三、Matlab仿真及代码实现 1.仿真环境搭建：搭建一个基于双二阶广义积分器的三相锁相环（DSOGI-PLL）仿真模型，包括输入信号、DSOGI模块、锁相环控制模块和VCO模

EDA技术-VHDL-5.13嵌入式锁相环PLL应用实验

220 5.13嵌入式锁相环PLL 应用实验 1 实验目的 (1) 学习使用Cyclone 器件中的嵌入式锁相环，为以后的设计作准备。 2 实验原理（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。锁相环电路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PLL ）。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 ）、环路滤波器（LF ）和压控振荡器（VCO ）三部分组成，锁相环组成的原理框图如图5.13.1所示。图5.13.1 锁相环的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)(t u D 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)(t u C ，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，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：（5.13.1）（5.13.2）

221 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D u 为：（5.13.3）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)(t u C 。即)(t u C 为：（5.13.4）式中的i ω为输入信号的瞬时振荡角频率，)(t i θ和)(0t θ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（5.13.5）则，瞬时相位差D θ为：（5.13.6）对两边求微分，可得频差的关系式为（5.13.7）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，)(t u C 为恒定值。当上式不等于零时，说明锁相环的相位还未锁定，输入信号和输出信号的频率不等， )(t u C 随时间而变。压控振荡器的压控特性如图5.13.2所示，该特性说明压控振荡器的振荡频率u ω以0ω为中心，随输入信号电压)(t u C 的变化而变化。该特性的表达式为：（5.13.8 ）

锁相环Simulink仿真模型

锁相环学习总结通过这段的学习，我对锁相环的一些基本概念、结构构成、工作原理、主要参数以及simulink 搭建仿真模型有了较清晰的把握与理解，同时，在仿真中也出现了一些实际问题，下面我将对这段学习中对锁相环的认识和理解、设计思路以及中间所遇到的问题作一下总结： 1. 概述锁相环（PLL ）是实现两个信号相位同步的自动控制系统，组成锁相环的基本部件有检相器（PD ）、环路滤波器（LF ）、压控振荡器（VCO ），其结构图如下所示： 2. 锁相环的基本概念和重要参数指标锁相是相位锁定的简称，表示两个信号之间相位同步。若两正弦信号如下所示：相位同步是指两个信号频率相等，相差为一固定值。 ) (sin )sin()()(sin )sin()('t U t U t u t U t U t u o o o o o i i i i i θθωθθω=+==+=

当i ω=o ω，两个信号之间的相位差为一固定值，不随时间变化而变化，称两信号相位同步。当i ω≠o ω，两个信号的相位差，不论i θ 是否等于o θ，只要时间有变化，那么相位差就会随时间变化而变化，称此时两信号不同步。若这两个信号分别为锁相环的输入和输出，则此时环路出于失锁状态。当环路工作时，且输入与输出信号频差在捕获带范围之内，通过环路的反馈控制，输出信号的瞬时角频率)(t v ω便由o ω向i ω方向变化，总会有一个时刻使得i ω=o ω，相位差等于0或一个非常小的常数，那么此时称为相位锁定，环路处于锁定状态。若达到锁定状态后，输入信号频率变化，通过环路控制，输出信号也继续变化并向输入信号频率靠近，相位差保持在一个固定的常数之内，则称环路此时为跟踪状态。锁定状态可以认为是静态的相位同步，而跟踪状态则为动态的相位同步。环路从失锁进入到锁定状态称为捕获状态。其他几个环路工作时的重要概念：快捕带：能使环路快捕入锁的最大频差称为环路的快捕带，记为 L ω∆，两倍的快捕带为快捕范围。捕获带：能使环路进入锁定的最大固有频差，用P ω∆表示，两倍的捕获带为捕获范围。同步带：环路在所定条件下，可缓慢增加固有频差，直到环路失锁，把能够维持环路锁定的最大固有频差成为同步带，用H ω∆， o i t t θθθθ-=-)()('o i o i t t t θθωωθθ-+-=-)()()('

锁相放大器原理及仿真

锁相放大器的使用目录第一章选题背景 1.1 背景说明 (3) 1.2 选题依据 (3) 1.3 本文工作 (4) 第二章锁相放大器的原理 (5) 第三章研究与分析 (8) 3.1 参考信号产生的方法比较与选择 (8) 3.2 前端放大器的设计 (8) 3.3 移相方法比较与选择 (8) 3.4 相敏检波器的方法比较与选择 (8) 第四章系统设计 (10) 4.1 总体设计 (10) 4.2 硬件设计 (11) 4.2.1 前置放大器的设计 (11) 4.2.2 移相电路的设计 (12) 4.2.3 相敏检波的设计 (13) 4.2.4 低通滤波器的设计 (14) 4.3 软件设计 (15) 第五章系统测试 (16) 第六章附录 (18) 总结 (26) 致谢 (27) 参考文献 (28)

第一章选题背景背景说明 1962年美国 EG&G PARC(SIGNAL RECOVERY公司的前身 )的第一台锁相放大器 (Lock-in Amplifier，简称 LIA)的发明，使微弱信号检测技术得到标志性的突破，极大地推动了基础科学和工程技术的发展。目前，微弱信号检测技术和仪器的不断进步，已经在很多科学和技术领域中得到广泛的应用，未来科学研究不仅对微弱信号检测技术提出更高的要求，同时新的科学技术发展反过来促进了微弱信号检测新原理和新方法的诞生。早期的 LIA是由模拟电路实现的，随着数字技术的发展，出现了模拟与数字混合的 LIA，这种LIA只是在信号输入通道，参考信号通道和输出通道采用了数字滤波器来抑制噪声，或者在模拟锁相放大器（简称 ALIA）的基础上多了一些模数转换（ ADC）、数模转换（ DAC）和各种通用数字接口功能，可以实现由计算机控制、监视和显示等辅助功能，但其核心相敏检波器 (PSD)或解调器仍是采用模拟电子技术实现的，本质上也是 ALIA。直到相敏检波器或解调器用数字信号处理的方式实现后，就出现了数字锁相放大器（简称 DLIA），DLIA比 ALIA 有许多突出的优点而倍受青睐，成为现在微弱信号检测研究的热点，但是在一些特殊的场合中， ALIA仍然发挥着 DLIA不可替代的作用。选题依据微弱信号检测技术是一门新兴的技术科学，它运用近年来迅速发展起来的电子学、信息论和物理学方法，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号和噪声的统计特性及其差别，采用一系列的信号处理方法，达到检测被背景噪声覆盖的微弱信号。运用微弱信号检测技术可以测量到传统观念认为不能测量的微弱信号，如弱光、小位移、微震动、微温差、小电容、弱磁、弱声、微电导、微电流等，使微弱信号测量精度得到很大的提高。

基于MATLAB数字锁相环仿真设计

本科生毕业设计（申请学士学位）论文题目基于Matlab的数字锁相环的仿真设计作者专业名称电子信息工程指导教师 2014年5月

学生：（签字）学号：答辩日期：2014 年 5 月24 日指导教师：（签字）

目录摘要 (1) Abstract (1) 1 绪论 (2) 1.1 本文研究背景 (2) 1.2 本文研究意义 (2) 1.3 锁相环和仿真方式 (2) 1.3.1 锁相环 (2) (2) 3 2 模拟锁相环Matlab仿真 (3) 2.1 模拟锁相环方案 (3) 2.1.1 模拟鉴相器 (3) 2.1.2 模拟低通滤波器 (6) 2.1.3 模拟压控振荡器 (7) 2.2 模拟锁相环仿真 (8) 2.3 本章小结 (9) 3 数字锁相环Matlab仿真 (10) 3.1 数字锁相环方案 (10) 3.1.1 数字鉴相器 (10) 3.1.2 数字滤波器 (12) 3.1.3 数字压控振荡器 (13) 3.2 数字锁相环仿真 (14) 3.3 本章小结 (15) 4 总结与展望 (15) 参考文献 (16) 致 (18)

基于Matlab的数字锁相环的仿真设计摘要：锁相环是一种能够自动跟踪信号相位并达到锁频目的的闭环负反馈系统。数字锁相环在无线电领域得到较广泛的应用和发展。而且已经成为雷达、通信、导航等各类电子信号产品不可替代的元器件之一。锁相环的窄带跟踪性能使其得到较广泛应用。因为锁相技术在实际应用中较为复杂，所以锁相环的设计通常采用仿真设计这种方式。本次设计采用Matlab这一软件进行辅助仿真设计，完全能达到设计预期的目标。Matlab中的Simulink仿真软件,具有很强的灵活性和直观性。本次设计所采用的方法是在simulink中搭建模拟锁相的模型，并对模拟锁相环的组成、结构、设计进行不断的分析和改进。然后根据模拟锁相环的原理进行改进，并搭建数字锁相环。关键词：锁相环；自动跟踪；matlab；simulink Simulative design of digital phase-locked loop based on Matlab Abstract:PLL is the automatic tracking system of close loop atracking signal phase. It is widely used in various fields of radio. It has become an irreplaceable part of radar, communication, navigation and all kinds of electronicsignal device. PLL is able to be widely used. Because, it has unique narrow-band tracking performance. However, because of the complexity of phase lock technique, for the design of PLL have brought great difficulty. This design uses Matlab, the simulative software for design assistance, can completely meet the design expectations. Simulink simulative software on Matlab, has strong flexibility and intuitive. Methods used by this project is to build the analog phase locked in the Simulink model, and the composition, structure, design of analog phase-locked loop of continuous improvement and analysis. It improved according to the principle of analog PLL, build digital phase-locked loop in Simulink, and then reach the simulation design of digitalphase-locked loop based on Matlab the design objective . Key words: PLL, Automatic tracking, Matlab, simulink

锁相环与MATLAB仿真讲解

目录中文摘要 (3) 英文摘要 (4) 前言 (6) 第一章绪论 (7) 1．1 锁相环的发展及国内外研究现状 (7) 1．2 本文的主要内容组织 (9) 第二章锁相环的基本理论 (10) 2.1锁相环的工作原理 (11) 2.1.1鉴相器 (11) 2.1.2 低通滤波器 (13) 2.1.3 压控振荡器 (15) 2.2锁相环的工作状态 (15) 2.3锁相环的非线性工作性能分析 (17) 2.3.1跟踪性能 (18) 2.3.2捕获性能 (18) 2.3.3失锁状态 (19) 2.4锁相环的稳定性 (20) 2.5信号流程图 (21) 2.6锁相环的优良特性 (21) 2.7锁相环的应用 (22) 2.7.1锁相环在调制和解调中的应用 (22)

2.7.2锁相环在频率合成器中的应用 (23) 2.8本章小结 (23) 第三章锁相环的噪声分析 (24) 3.1锁相环的输入噪声 (24) 3.2压控振荡器的噪声 (24) 3.3相位噪声的抑制 (26) 3.4本章小结 (27) 第四章二阶锁相环仿真及结果 (28) 4.1仿真介绍 (28) 4.2程序代码 (28) 4.3仿真结果 (34) 4.4本章小结 (36) 结论 (38) 致谢 (39) 参考文献 (40) 毕业设计小结 (41)

摘要锁相环电路是使一个特殊系统跟踪另外一个系统，更确切的说是一种输出信号在频率和相位上能够与输入参考信号同步的电路，它是模拟及数模混合电路中的一个基本的而且是非常重要的模块。由于锁相环具有捕获、跟踪和窄带滤波的作用，因此被应用在通信、微处理器、以及卫星等许多领域。锁相环是通信电路里时钟电路的一个重要模块。本文详细介绍了锁相环设计中所涉及的各项指标计。论文首先对锁相环的发展历史和研究现状做了介绍，然后从其基本工作原理出发，以传统锁相环的结构为基础，得到了锁相环的数学模型，对锁相环的跟踪性能、捕获性能、稳定性以及噪声性能等各种性能进行了分析，对锁相环的各项指标参数进行了详细推导，得出了锁相环数学分析的结论。本文详细描述了锁相环的整体电路以及鉴频鉴相器、环路滤波器、压控振荡器、分频器等电路模块。在分析和设计的同时，也采用MATLAB软件对电路进行了仿真。由于MATLAB仿真软件适合多学科、多种工作平台且功能强大、界面友好、方便快捷、语言自然并且开放性强的大型优秀应用软件，已经也已成为国内外高等院校高等数学、数值分析、数字信号处理、自动控制理论以及工程应用等课程的基本教学工具。使用Matlab对锁相环仿真的实现是方便快捷的。仿真结果表明，锁相环电路达到了设计指标要求。关键词：锁相环，仿真，MATLAB

基于multisim及锁相环的2PSK2ASK2FSK的调制解调电路仿真

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：

个人收集整理勿做商业用途 LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 毕业设计题目基于Multisim的锁相环解调系统仿真学生姓名学号专业班级指导教师学院计算机与通信学院答辩日期

个人收集整理勿做商业用途基于Multisim的锁相环解调系统仿真 PLL Demodulation System Simulation Based on Multisim

摘要实现调频波解调的方法有很多,而锁相环鉴频是利用现代锁相环技术来实现鉴频，具有工作稳定，失真小，信噪比高等优点,所以被广泛用在通信电路系统中。锁相环其原理是通过鉴相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，对振荡器输出信号的频率实施控制。该文首先介绍了锁相环技术发展的现状、方向以及背景，并对PLL的原理进行了阐述。在以上的基础上，分别设计了2ASK、2PSK、2FSK的调制解调电路，其功能为数字基带信号经过调制输出一个模拟信号，然后用锁相环进行解调，最后采用Multisim软件进行仿真。在对2ASK、2FSK、2PSK解调时，低通滤波器输出的波形失真比较大，不过最后经过抽样判决电路整形后可以再生数字基带脉冲。在整个电路设计中，力求要做到电路简单，并完成任务书提到的要求。关键词：调制；解调; Multisim；锁相环