一种新型不同频直接鉴相的锁相环

合集下载

一种采用新的相频检测技术的CMOS数字锁相环

一种采用新的相频检测技术的CMOS数字锁相环刘素娟;周安宇;陈建新;蔡黎明;徐东升【期刊名称】《固体电子学研究与进展》【年(卷),期】2004(24)4【摘要】提出了一种新型的数字锁相环 (DPLL) ,它的相频检测器采用全新的设计方法 ,与传统电荷泵锁相环相比 ,具有快速锁定、低抖动、低功耗、频率范围宽、且能消除相位“死区”的优点。

锁相环在 1.8V外加电源电压时 ,工作在 6 0～ 6 0 0MHz宽的频率范围内 ,最大功耗为 3.5mW。

采用分数分频技术 ,具有较小的输出频率间隔 ,并利用Σ Δ调制改善相位噪声性能。

设计采用0 .18μm ,5层金属布线工艺。

峰峰相位抖动小于输出信号周期(Tout)的 0 .5 % ,锁相环的锁定时间小于参考频率预分频后信号周期 (Tpre)的 15 0倍。

【总页数】6页(P476-481)【关键词】数字锁相环;相频检测;压控振荡器;分数分频;互补金属氧化物半导体【作者】刘素娟;周安宇;陈建新;蔡黎明;徐东升【作者单位】北京工业大学光电子实验室;中国华大集成电路设计中心【正文语种】中文【中图分类】TN431【相关文献】1.一种采用pipeline-△∑时间-数字转换器的全数字锁相环 [J], 王子轩;张聪;耿鑫;丁浩;徐浩;郭宇锋;王嵘2.一种新型不同频直接鉴相的锁相环 [J], 屈八一;宋焕生;周渭;李珊珊;孟强3.分析采用集成鉴频—鉴相器的锁相环捕捉性能的一种近似方法 [J], 汪时贤4.一种具有自校准功能的CMOS分数数字锁相环(英文) [J], 刘素娟;杨维明;陈建新;蔡黎明;徐东升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自动控制系统。

它由以下三个基本部件组成：鉴相器（PD）、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相差不大，鉴相器对uR和uv进行鉴相的结果，输出一个与uR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。

鉴频／鉴相组合分时切换的锁相环控制

事件处理函数。每个任务事件都对应有一个Ｉ当某个事Ｄ，件发生时，设置其对应的Ｉ。Ｄ号进入操作系统后，系统调用ＺＯＳｒｅｉ（函数启动Ｄ — ｔｔｖｅ）ａＤｃ设备，定义设备类型为协调器，将新建一个网络。Ｔ提供的协Ｉ议栈中的工程文件已经能组网，要定义相同的信道，自动只会完成，网的事件处理步骤如下：组１设置ＺＡｐｅｅｔｌｐ任务中的事件Ｉ）Ｄｐ— ｖｎｏ＿ｏＤ为ＺＯＮＴＤ — Ｅ—
ｓｅｗｉｈｎｏｎｄ．ｏｅｎａｎｅｌｎｎｔｔｎｅｕｍｐｔｆｓｓｔｉｇａｒｕｃｔｆｃｒｓｕｔｉｓａｎａｏｓｉａｃｏｉｆｕｔａｉｎｓｏｔｕｒｎｄｔｑｕｌｃｕｔｏｆｍｅｏｒｃｒｅｔａｎｏｒｅ．ｔｉａｄｅｒｓｉｈｓｃｎｂｎｇｓｉｍ－ｏｕｐｃｏｒｎｄｃ。ｅｌｃｒｅｄａｔｔｔａｓｕｅｒｅｔｉｎｅｎｌｆｉｆｇ。ｍｅｏａＩａｔｒｎｄｏｄ。ｓａｈｏｅｎ
关键词：同步切换控制；变频器；频／相；相环鉴鉴锁中图分类号：Ｍ９１５Ｔ２．１文献标志码：Ｂ
ｔｒｉｅｎｉａｗｉｈｎｒｕｄ。ａｉｅｅｎｅｏｐｗｅｒｕｌｈ－ｏｄｔｌｔｉｇａｏｎｃｓｃｓｄｆｒｃｆＡＣｏｐｐｙｐａｓ
日经验窒逾旦
ｄｉ１．９９ｊｉｎ１７ —０１２１．６０６ｏ：０３６／．ｓ．６１１４．００切换的锁相环控制鉴

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。

一种锁相环[发明专利]

专利名称：一种锁相环
专利类型：发明专利
发明人：段新东
申请号：CN200910196121.7申请日：20090922
公开号：CN101674079A
公开日：
20100317
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种锁相环，包括参考时钟，鉴频鉴相器，电荷泵，低通滤波器，VCO以及分频器，低通滤波器包括逻辑控制模块、可变电阻、第一电容以及第二电容；可变电阻和第一电容组成的串联电路与第二电容并联；逻辑控制模块，用于根据分频器对VCO输出信号进行分频时使用的整数N调整可变电阻的电阻值，以优化阻尼系数。

本发明可以提高PLL的闭环稳定性，降低锁定时间，减少相位误差，以及提高抖动性能。

申请人：上海宏力半导体制造有限公司
地址：201203 上海市张江高科技圆区郭守敬路818号
国籍：CN
代理机构：上海思微知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：郑玮
更多信息请下载全文后查看。

锁相环_精品文档

锁相环锁相环，又称为锁相放大器或者锁相放大器，是一种基于反馈机制的控制系统，用于稳定和锁定两个信号的相位差。

锁相环的原理可以在许多领域中得到应用，包括通信、电子仪器、雷达等。

锁相环工作原理锁相环的核心原理是采用一个反馈环来纠正输入信号的相位差。

一般来说，锁相环由三个主要部分组成：相位比较器、低通滤波器和可变频率振荡器。

首先，锁相环将输入信号和参考信号通过相位比较器进行比较，产生一个误差信号。

相位比较器会计算两个信号之间的相位差，并且生成一个电压或电流信号，表示这个相位差。

如果输入信号和参考信号的相位差为零，那么相位比较器输出的误差信号也将为零。

接着，误差信号通过低通滤波器进行滤波处理，去除高频噪声和杂散信号。

低通滤波器可以使锁相环对于高频噪声具有良好的抑制能力，提高系统的稳定性和抗干扰性。

最后，滤波后的误差信号被送往可变频率振荡器，控制其输出的频率和相位。

可变频率振荡器会根据误差信号的大小和方向来调整输出信号的频率和相位，以减小相位差。

如果误差信号为正，则输出频率增加；如果误差信号为负，则输出频率减小。

通过不断调整输出频率和相位，锁相环可以将输入信号和参考信号的相位差保持在一个可接受的范围内。

应用领域锁相环在通信领域中有广泛的应用。

在通信系统中，锁相环可以用来确保发送和接收的信号保持同步。

例如，在无线通信中，锁相环可以用来抑制多径干扰和载波漂移，提高通信质量和稳定性。

另外，锁相环还可以用于时钟恢复和数据捕获等方面。

除了通信领域外，锁相环在电子仪器和雷达等领域也有重要的应用。

在电子仪器中，锁相环可以用来稳定和控制仪器的频率和相位。

例如，在频谱分析仪和信号发生器中，锁相环可以确保仪器输出的信号具有准确的频率和相位信息。

在雷达系统中，锁相环可以用来实现目标检测和跟踪。

通过锁相环，雷达可以准确地测量目标和干扰源之间的相对相位差，从而提高雷达测量的精度和可靠性。

总结锁相环是一种基于反馈机制的控制系统，用于稳定和锁定两个信号的相位差。

一种新型的高性能鉴频鉴相器

由本文提出的ＮｐｒｅＰＦＤ状态机原理可知，它的鉴相特性在［－２Л，２Л］相位差区间内严格线性（在零相位差附近，鉴相增益被扩大）；在鉴频工作条件下，输出信号的占空比与两个输入信号的频率比，呈现严格单调的同比增减的函数关系。相比于存在 “过充”现象的ｐｒｅＰＦＤ，以及ｎｃＰＦＤ，它的鉴频鉴相线性度优良，这对于锁相环的系统稳定性十分重要，这一性能与Ｃｏｎ－ＰＦＤ基本相同。
ｎｃＰＦＤ的优点是鉴相无“死区”、结构简单，但其鉴频鉴相灵敏度低，从而使锁相环系统增益降低，减小了对输入噪声的抑止能力。同时双边鉴频会因电荷泵充放电回路之间的不匹配而严重影响系统的稳定性能，并且会明显增加其所在锁相环的功耗。如果两个输入信号占空比不同或者低于５０％，锁相环系统将会出现鉴相死区和暂时的“ 亚稳定状态 ”［４］。
同时由于电路是基于ｐｃ－ｓｔａｇｅ和ｎｃ－ｓｔａｇｅ结构的预充式ＰＦＤ，其工作速度很快。这使得该电路符合了高频高性能应用要求，这是其优于ｃｏｎＰＦＤ的重要的性能区别。对高频下的小相差输入信号的仿真也证实了如上分析（如图７、图８所示）。另外当输入信号占空比不是严格５０％时，ＮｐｒｅＰＦＤ鉴频鉴相特性不受的影响，这使得它比ｎｃＰＦＤ和ｐｒｅＰＦＤ有更广泛的应用环境。
２原有的ＰＦＤ电路的工作原理和性能缺陷分析ＣｏｎＰＦＤ鉴频鉴相灵敏度较高、线性度较好。由
于ＰＦＤ的工作原理是一种异步状态机，其工作速度依赖于对内部信号进行复位所需延迟时间，而这种ＰＦＤ复位回路需要经过六个与非门，所以这种ＰＦＤ无法工作在高速的环境下。相对另外两种常用的ＰＦＤ，它有较大的鉴相“死区”；为了减小“死区”，通

西安电子科技大学学报2014年度41卷中文总目次

２０１４年１２月
西安电子科技大学学报（自然科学版）
Ｄｅｃ．２０１４
第４１卷
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＸＩＤＩＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
Ｖｏｌ．４１
《西安电子科技大学学报》２０１４年度（４１卷）中文总目次
第一期极化空时自适应处理性能分析……………………………………………… 杜文韬，廖桂生，杨志伟（１·１）避免非视距影响的蒙特卡罗移动节点定位方法…………………………… 阔永红，周文文，陈健（１·６）检测红外弱小目标的对比滤波时域廓线算法 ………………… 董维科，张建奇，邵晓鹏，刘德连（１·１３）性价比最大化的异构网络博弈选择策略 …………………………………………… 宋建锋，李建东（１·１８）短突发传输系统的联合导频和迭代译码载波同步 ……………………… 孙锦华，王雪梅，吴小钧（１·２３）入侵杂草优化算法用于阵列天线方向图综合 ………………… 刘燕，焦永昌，张亚明，王新宽（１·２９）ＭＩＭＯ波束形成通信系统有效容量分析 ……………………… 国晓博，莫代会，汪李峰，易克初（１·３４）斜视圆迹环扫ＳＡＲ模式特性分析及成像方法 …… 廖轶，杨泽民，邢孟道，保铮，包敏（１·３８）一种剪切波域的稀疏分量分析方法 ………………………………………………… 纪建，李晓（１·４５）新型双模方环微带带通滤波器 …………………………………………… 孙守家，吴边，梁昌洪（１·５３）一种针对目标跟踪的自适应波形选择方法 …………………… 靳标，纠博，刘宏伟，苏涛（１·５７）强光辐射源干扰红外成像特征量化模型与分析 …… 郭冰涛，王晓蕊，荆卫国，王小兵，黄晓敏（１·６４）快速后向投影合成孔径雷达成像的自聚焦方法 ……………… 张磊，李浩林，邢孟道，保铮（１·６９）一种组合逻辑环转化方法 ……… 邸志雄，史江义，马佩军，张译，袁莉，郝跃，许钊（１·７５）利用Ｘ射线脉冲星的星间差分联合定位方法 ………………… 丰大军，许录平，宋诗斌，田茜（１·８１）快速分析线面结构天线宽带特性的扫频方法 ……… 吕政良，龚书喜，张鹏飞，赵博，王夫蔚（１·８７）基极注入ＨＰＭ导致的双极型晶体管失效分析 ………………………… 范菊平，游海龙，贾新章（１·９２）求解约束优化问题的偏好多目标进化算法 ………………………………………… 董宁，王宇平（１·９８）一种ＳＬＩＰ模型的图像增强新算法

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

ＰＩＬｉｓｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｉｅｓａｒｅｄｏｎｅｗｉｔｈｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｐｈａｓｅ－ｌｏｃｋｅｄｌｏｏｐｈａｓ
ｆｏｒｔｗｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｇｎａｌｓ
ＱｕＢａｙｉ，ＳＯＮＧＨｕａｎｓｈｅｎｇ，ＺＨＯＵＷｅｉ，
ＬＩＳｈａｎｓｈａｎ，ＭＥＮＧＱｉａｎｇ
２０１４年４月
西安电子科技大学学报（自然科学版）
Ｊ０ＵＲＮＡＬ０ＦＸＩＤＩＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
ＡＤｒ．２Ｏ１４ＶＯ１．４１Ｎｏ．２
第４１卷
第２期
一
种新型不同频直接鉴相的锁相环
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｄｏａｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｕｓｉｎｇｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｐｈａｓｅ－ｌｏｃｋｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｈｅｎｔｈｅｉｎｐｕｔａｎｄｏｕｔｐｕｔｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓａｒｅａｐｐｒｏｘｉｍａｔｌｙｅｑｕａｌｏｒｈａｖｅａｎａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｉｎｔｅｇｅｒｍｕｌｔｉｐｌｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｈａｎｇｅｌａｗｏｆｔｈｅｐｈａｓｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｗｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｉｇｎａｌｓ，ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｐｈａｓｅｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇ ’ ａｎＵｎｉｖ．，Ｘｉ ’ ａｎ７１００６４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏ１ｏｆＭｅｃｈａｎｏ — ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．ＸｉｄｉａｎＵｎｉｖ．，Ｘｉ ’ ａｎ７１００７１．Ｃｈｉｎａ）
ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｐｈａｓｅｌｏｃｋｅｄｌｏｏｐ；ｐｈａｓｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｐｈａｓｅｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ
决．基于异频信号间的相位差变换规律，采用相位重合点检测电路、等效鉴相电路、可调偏置型环路滤波器等
设计了一种新型的锁相环．实验结果表明，上述锁相环具有低噪声、高稳定度、输出频率便于调整等特点．
ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｓ，ｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｐｈａｓｅｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｓａｎｄａｆｉｌｔｅｒｗｉｔｈａｎａｄｊｕｓｔａｂｌｅｂｉａｓ，ａｎｅｗｔｙｐｅｏｆ

屈八一，宋焕生，周渭，李珊珊，孟强
（１．长安大学信息工程学院，陕西西安７１００６４；
７１００７１）２．西安电子科技大学机电工程学院，陕西西安
摘要：对于输入和输出信号频率接近或者近似成整数倍关系类型的频率变换，利用目前的锁相技术很难解
关键词：锁相环；鉴相；相位重合中图分类号：ＴＮ９１１．８文献标识码：Ａ文章编号：１００１ — ２４００（２０１４）０２ — ０１７２ — ０６
Ｎｏｖｅｌｐｈａｓｅ — ｌｏｃｋｅｄｌｏｏｐｗｉｔｈｄｉｒｅｃｔｐｈａｓｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｓｕｃｈａｓｌｏｗｎｏｉｓｅ，ｈｉｇｈｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｅｅａｓｙ－ｔｏ－ａｄｊｕｓｔｏｕｔｐｕｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．