PLL设计关键基础及基本参数确定方法
锁相环PLL基本原理设计与应用
AGC电路接收方框图如图2-1所示。
第5页
图2-1 AGC电路的接收方框图
第6页
工作原理: 它的工作过程是输入信号 经放大、变频、再放大 后，到中频输出信号，然后把此输出电压经检波和滤波，产生 控制电压 ，反馈回到中频、高频放大器，对他们的增益进行 控制。所以这种增益的自动调整主要由两步来完成：第一，产 生一个随输入 信号而变化的直流控制电压 (叫AGC电压)；第 二，利用AGC电压去控制某些部件的增益, 使接收机的总增益 按照一定规律而变化。
第 24 页
图4-4 鉴相器的线性数学化模型（时域）
2．环路滤波器（Loop Filter，简称LF)
第 25 页
环路滤波器是线性电路，由线性元件电阻、电感和电容 组成，有时还包括运算放大器在内。它是低通滤波器。在锁 相环路中，常用的滤波器有以下的三种，如图4-5所示。
图4-5 三种常用的环路滤波器
第四节 锁相环路(PLL)
第 13 页
一、PLL概述
锁相环路是一个相位误差控制系统，是将参考信号与输出 信号之间的相位进行比较，产生相位误差电压来调整输出信号 的相位，以达到与参考信号同频的目的。
参考 信号
鉴相器
环路 滤波器
输出
压控
信号
振荡器
图4-1 锁相环系统框图
第 14 页
锁相环路应用
锁相接收机 微波锁相振荡源 锁相调频器 锁相鉴频器 定时提取（滤波） 锁相频率合成器 ……
第 16 页
鉴相器是相位比较装置，用来比较输入信号ui(t)与压控 振荡器输出信号uo(t) 的相位，它的输出电压ui(t)是对应于 这两个信号相位差的函数。
环路滤波器的作用是滤除ud(t)中的高频分量及噪声， 以保证环路所要求的性能。
PLL基本原理设计及应用
PLL基本原理设计及应用PLL(Phase-Locked Loop)是一种常用的电子电路，用来将输入信号的频率、相位和幅度与一些参考信号同步。
PLL广泛应用于通信系统、电视接收机、射频标准源、数字时钟等领域。
PLL的核心部分是相位比较器、低通滤波器、VCO(VoltageControlled Oscillator)三个部分。
其基本工作原理如下：1.输入信号与参考信号经过相位比较器进行相位检测，产生一个误差信号。
2.误差信号经过低通滤波器进行滤波，得到一个平均值。
3.平均值经过放大后，作为VCO控制电压。
4.VCO产生的输出信号再反馈到相位比较器作为参考信号，与输入信号进行比较。
通过不断的比较和调节，PLL能够使得VCO的输出信号与输入信号的频率、相位和幅度保持同步。
PLL的设计：1.相位比较器的设计：相位比较器的作用是将输入信号与参考信号进行比较，产生误差信号。
常用的相位比较器有边沿触发相位比较器、脉冲控制相位比较器、基于锁相环的数字相位比较器等。
2.低通滤波器的设计：低通滤波器的作用是对误差信号进行滤波，去除高频噪声，得到一个平均值。
常用的滤波器有RC低通滤波器、积分器等。
3.VCO的设计：VCO的作用是根据控制电压的大小产生相应频率的输出信号。
常用的VCO有环形振荡器、LC振荡器、数字控制振荡器等。
应用领域：1.通信系统：PLL被广泛应用于通信系统中，用于频率合成器、时钟恢复、相位调制等。
2.电视接收机：PLL可以用于电视接收机的频率合成，实现抗干扰和频率稳定。
3.射频标准源：PLL可用于射频标准源的频率合成，提供稳定的射频信号。
4.数字时钟：PLL可以用于数字时钟的频率合成，保证时钟精准度和稳定性。
5.数据传输：PLL可以用于数据传输中的时钟恢复和相位同步，提高传输速率和可靠性。
总结：PLL是一种广泛应用的电子电路，能够将输入信号与参考信号同步，实现频率、相位和幅度的调节。
其基本原理是通过相位比较器、低通滤波器和VCO的配合工作来实现。
PLL设计关键基础及基本参数确定方法
PLL设计关键基础及基本参数确定方法PLL（锁相环）是一种电路设计技术，用于将输入信号的频率和相位合成为与参考信号相同的输出信号。
它在各种应用领域中具有广泛的应用，包括通信系统、数据传输、时钟发生器、频率合成器等。
1.建立模型：确定所需的频率范围和准确度，并选择适当的振荡器作为参考信号源。
建立时钟和相位比较器的模型，以及低通滤波器等组成部分的模型。
2.频率范围和准确度：确定PLL所需的输出频率范围和准确度。
这取决于具体的应用需求，如通信系统中需要的频率范围和准确度。
一般来说，更高的频率范围和准确度要求会导致设计更复杂的PLL电路。
3.反馈环：选择适当的反馈环型式，如基本PLL、全数字PLL或混合模拟数字PLL。
这取决于应用需求和设计复杂度。
基本PLL适用于频率较低的应用，但对相位噪声较敏感。
全数字PLL则采用数字环路滤波器，具有更高的鲁棒性和可控性。
4. 相位锁定范围（Phase Locked Loop Range）：确定PLL的相位锁定范围，即输入信号的相位偏移量。
这取决于具体应用中的信号变化范围和要求。
较大的相位锁定范围会导致更高的设计复杂度。
5.闭环带宽：确定PLL的闭环带宽，即相位比较器输出与输出信号的相位偏差之间的关系。
较大的闭环带宽可以提供更高的锁定速度，但可能会导致更高的相位噪声。
6. 电源抑制比（Power Supply Rejection Ratio，PSRR）：确定PLL对电源噪声的抑制能力。
电源噪声可能会影响PLL的性能，因此需要设计合适的滤波器和抑制电源噪声的能力。
7.噪声性能：确定PLL对输入信号噪声和环路滤波器自身噪声的敏感度。
这取决于环路滤波器的设计和反馈环的类型。
一般来说，全数字PLL 具有更好的噪声性能。
8.稳定性和抖动：确定PLL的稳定性和抖动性能。
PLL需要能够在各种工作条件下保持稳定，不受温度、电源变化等因素的影响。
抖动性能衡量了PLL输出信号的时钟稳定性。
PLL设计关键基础及基本参数确定方法
PLL设计关键基础及基本参数确定方法PLL (Phase-Locked Loop) 是一种广泛应用于电子电路和通信领域的反馈控制系统。
它常被用于生成稳定的时钟信号、频率合成、信号调制和解调等应用。
PLL的设计基础包括如下几个关键要素：1. Voltage-Controlled Oscillator (VCO，压控振荡器)：VCO是PLL中最重要的组件之一，它的频率输出受到控制电压的影响。
在PLL中，VCO用来将输入信号的频率与参考时钟频率进行比较调节，从而输出稳定的频率信号。
根据应用的要求，选择恰当的VCO类型和工作频率范围非常重要。
3. Loop Filter (环路滤波器)：环路滤波器用来滤除PD输出中的高频噪声，并提供平滑的控制电压给VCO。
它由一个或多个滤波器组成，可以使用电容和电阻等元件实现。
设计环路滤波器需要综合考虑相位噪声、上升时间、锁定时间和抗干扰能力等因素。
4. Divide-by-N Counter (除N计数器)：除N计数器控制输出信号的频率与参考时钟信号之间的整数倍关系。
通过改变N的值，可以实现频率合成和频率分频。
除N计数器可以使用预置计数器、可编程计数器或振荡器和计数器组成的结构。
确定PLL的基本参数和性能要考虑以下几个方面：1. 幅值环路带宽 (Loop Bandwidth)：决定了PLL的跟踪速度和抗噪声能力。
较大的环路带宽可以提高跟踪速度，但可能导致更高的相位噪声。
选择合适的环路带宽要综合考虑设计的应用需求。
2. 锁定时间 (Lock Time)：是指PLL从失锁状态到稳定锁定状态所需的时间。
较短的锁定时间可以提供更好的动态性能和抗抖动能力。
锁定时间和环路带宽之间存在着一定的折衷关系。
3. 输出频率范围 (Output Frequency Range)：PLL的输出频率范围取决于VCO的工作频率范围和除N计数器的最大除数。
选择合适的VCO和除N计数器是确保输出频率范围的关键。
pll 电源设计要求
pll 电源设计要求
PLL（相位锁定环）电源设计要求主要包括以下几个方面：
1. 电源电压范围：PLL芯片的电源电压通常在到5V之间，因此要求电源的输出电压稳定在这个范围内。
2. 电源纹波：在设计电源时，需要评估电源的纹波，以保证电源纹波不影响PLL芯片的工作。
通常，电源的纹波要求低于50mV。
3. 供电方式：对于PLL电路，可能需要两种供电方式，分别为模拟部分和数字部分供电。
模拟部分供电要求对电源稳定性较高，不能有较大的纹波。
4. 供电电流：根据PLL电路的需求，需要提供适当的供电电流。
例如，PLL 模拟部分可能需要最大200mA的供电电流。
5. 电源滤波：为了提高电源质量，可以在电源设计中加入磁珠和电容组成的滤波电路。
6. 引脚连接：根据具体的PLL器件，PLL供电管脚的数量和标注可能不同。
例如，VCCAx引脚连接到的PLL模拟供电专用电源上，VCCD_PLLx连接到内核供电上。
以上是PLL电源设计的主要要求，具体要求可能会根据实际应用和PLL芯片的规格有所不同。
在设计时，需要仔细阅读PLL芯片的数据手册和技术规范，以确保电源设计的正确性和可靠性。
【原创】锁相环PLL制作与调试要点
一、MC145152（鉴相器）MC145152－2 芯片是摩托罗拉公司生产的锁相环频率合成器专用芯片。
它是 MC145152－1 芯片的改进型。
主要具有下列主要特征：（1）它与双模（P／（P＋1））分频器同时使用，有一路双模分频控制输出 MC。
当 MC 为低电平时，双模分频器用（P＋1）去除；当 MC 为高电平时，双模分频器用模数 P 去除。
（2）它有 A 计数器和 N 计数器两个计数器。
它们与双模（P／（P＋1））分频器提供了总分频值（NP＋A）。
其中，A、N 计数器可预置。
N 的取值范围为 3～1023，A 的取值范围为 0～63。
A 计数器计数期间，MC 为低电平；N 计数器计数（N－A）期间，MC 为高电平。
（3）它有一个参考振荡器，可外接晶体振荡器。
（4）它有一个R计数器，用来给参考振荡器分频，R计数器可预置，R的取值范围：8，64，128，256，512，1024，1160，2048。
设置方法通过改变RA0、RA1、RA2的不同电平，接下来会讲到。
（5）它有两路鉴相信号输出，其中，ФR、ФV 用来输出鉴相误差信号，LD 用来输出相位锁定信号。
MC145152－2 的供电电压为 3．0 V～9．0 V，采用 28 脚双列封装形式。
MC145152－2的原理框图如图 1 所示MC145152－2 的工作原理：参考振荡器信号经 R 分频器分频后形成 fR 信号。
压控振荡器信号经双模P/(P ＋1)分频器分频，再经 A、N 计数器分频器后形成 fV 信号，fV＝fVCO/(NP＋A)。
fR 信号和 fV 信号在鉴相器中鉴相，输出的误差信号（φR、φV）经低通滤波器形成直流信号，直流信号再去控制压控振荡器的频率。
当整个环路锁定后，fV＝fR 且同相，fVCO＝（NP＋A）fV＝（NP＋A）fR，便可产生和基准频率同样稳定度和准确度的任意频率。
原理框图如右图：管脚描述：Pin 1频率输入 (fin) 输入到上升沿触发÷N和÷A计数器。
pll 环路参数的计算与建模
标题：PLL环路参数的计算与建模引言：相位锁定环路（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种常用的电子系统调频技术。
它可以将输入信号的频率与参考信号的频率进行同步，实现频率合成、时钟恢复等功能。
本文将详细介绍PLL环路参数的计算与建模方法，以帮助读者更好地理解和应用PLL技术。
一、PLL环路基本原理1.1 相位锁定环路的定义相位锁定环路是一种闭环控制系统，由相位比较器、积分环节、低通滤波器和VCO（Voltage-Controlled Oscillator，电压控制振荡器）组成。
通过不断调整VCO的频率或相位，使得输入信号与参考信号保持同步。
1.2 PLL环路的工作原理首先，相位比较器将输入信号与参考信号进行比较，得到相位误差信号。
然后，相位误差信号经过积分环节和低通滤波器处理后，控制VCO的频率或相位。
最终，VCO的输出信号被反馈给相位比较器，形成一个闭环控制系统。
二、PLL环路参数的计算2.1 带宽与稳定裕度PLL的带宽决定了其响应速度和稳定性。
带宽越大，系统的追踪能力越强，但也容易产生噪声和震荡。
带宽的计算可以根据系统的要求和参考信号的频率来确定。
稳定裕度是指PLL系统在输入信号频率变化时的稳定性，一般通过相位裕度和增益裕度来描述。
2.2 频率分辨率与拉RANGE频率分辨率是指PLL系统能够分辨的最小频率变化量，它与VCO 的调谐范围（拉RANGE）有关。
拉RANGE表示VCO可以调整的频率范围，一般由VCO的设计参数确定。
频率分辨率的计算可以通过拉RANGE除以分辨率比得到。
2.3 相位噪声与抖动相位噪声是指PLL系统输出信号在频谱上的相位随机变化。
抖动是指PLL系统输出信号的周期性相位扰动。
相位噪声和抖动对于某些应用场合具有重要影响，一般需要根据系统需求进行计算和优化。
三、PLL环路的建模方法3.1 传递函数模型传递函数模型是一种常用的PLL环路建模方法，通过建立输入信号与输出信号之间的传递函数关系，可以分析PLL系统的频率响应和稳定性。
pll的参数
pll的参数PLL（Phase Locked Loop）是一种广泛应用于通信和控制系统中的重要电路，它可以实现信号的频率和相位同步。
本文将从PLL的基本原理、参数设置、工作过程和应用场景等方面进行详细介绍。
一、PLL的基本原理PLL是由相位比较器、低通滤波器、VCO（Voltage Controlled Oscillator）和分频器等组成的反馈控制系统。
其基本原理是通过不断调节VCO的频率，使其输出信号与输入信号的频率和相位保持一致。
相位比较器会将输入信号与输出信号进行相位比较，产生一个误差信号。
低通滤波器会滤除误差信号中的高频成分，得到一个稳定的控制电压，用于调节VCO的频率。
通过这种方式，PLL可以实现输入信号与VCO输出信号的频率和相位同步。
二、PLL的参数设置在设计PLL时，需要设置一些重要的参数，以满足具体的应用需求。
其中，常见的参数包括参考频率（Reference Frequency）、倍频因子（Multiplication Factor）、环带宽（Loop Bandwidth）和锁定时间（Lock Time）等。
参考频率是输入信号的频率，倍频因子决定了VCO输出信号的频率与输入信号频率的比值，环带宽影响PLL 的动态响应速度，锁定时间则是PLL从失锁状态到锁定状态所需的时间。
三、PLL的工作过程PLL的工作过程可以分为锁定状态和失锁状态两种情况。
在失锁状态下，输入信号的频率和相位与VCO输出信号不一致，相位比较器会产生一个误差信号，经过低通滤波器调节VCO的频率，直到误差信号趋近于零。
当误差信号趋近于零时，PLL进入锁定状态，此时输入信号和VCO输出信号的频率和相位保持一致。
四、PLL的应用场景PLL在通信和控制系统中有着广泛的应用。
在通信系统中，PLL常用于频率合成器、时钟恢复和调制解调器等模块中，用于实现信号的精确同步和调节。
在控制系统中，PLL可以用于时钟同步、频率捕获和相位同步等场景，提高系统的稳定性和可靠性。
- 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)。
PLL设计关键基础因素
锁相环的瞬态特性通常是一个非线性过程，并且不能够简单的用式子来表示。
但是当环路带宽不大于参考时钟频率的1／10时，离散模型可以用连续时间模型(s域)较好地近似。
PLL在锁定状态下的包括每一个模块的传递函数的线性模型，以下理论中所有的公式都是没有分频电路（N）的基础上进行的分析。
如下图所示，
这个模型是用来证明总的相位特性的传递函数。
因此，PD可以表示成一个减法器。
假设LPF的电压传递函数为。
PLL的开环传递函数为：
闭环传递函数为：
假设低通滤波器为一个最简单的一阶无源滤波器，如下图所示
那么LPF的电压传递函数为为
其中，带入LPF传递函数得
这是一个二阶系统，一个极点是vco提供的，另外一个极点是由LPF提供的。
为环路增益，单位为rad／s。
为了方便分析PLL的动态特性，将PLL闭环传输函数的分母化为二阶函数形式：
其中为衰减因子，为系统的自然振荡频率。
则公式最终化为：
其中
自然频率是低通滤波器的-3dB带宽和环路增益的几何平均值，从近似的角度来看，可以认为是环路的增益带宽积。
进行波特图分析时（开环分析闭环），开环传输函数的单位增益带宽为
相位裕度为：
在一个好的二阶系统中，通常大于0．5，最好使其等于0.707，这样有一个优化的频率响应。
PLL闭环传输函数化为二阶函数形式得：如果输入偏差相位变化慢，则输出相位偏差能够跟上其变化：如果输入相位偏差变化快，输出相位偏差变化会比输入小。
定义“输入／输出相位差传递函数(phase error transfer function)”为：
则
为了更好的分析信号的传输特性，我们假设输入的信号相位有一个阶跃，则最终系统稳定下来后，输出信号的相位变化为
而输入输出相位差则为
PLL工作稳定后的值则为
即相位差为输人频率变化值除以一个因子K。
自然，VC0的控制电压会变
化，输入相位差变化为。
可以看到PLL系统参数设置上的相互制约性，比方说，如果为了减小锁定后的相位差而增大环路增益K，就会使得环路的建立特性变坏。
为了减小K与的相互依赖性，可以在低通滤波器上增加一个零点来调整系统的传递函数，如下图所示
这时低通滤波器的传递函数为
PLL的传递函数则为：
其中
衰减因子则等于
为了增加K值而引入一个零点也有两个缺点：1)系统的一3dB带宽增加了。
2)高频信号的衰减倍数变成了R1／(R2+R1)。
为了减小第二项缺点，可以在滤波器的输出端再并一个电容，提供一个高于零点的极点。
加入并联电容后，该函数变为三阶传输函数，分析起来很繁琐。
由于并联电容一般相对而言很小，可以忽略，所以建模时可以将三阶传输函数简化为二阶传输函数，即三阶的闭环系统，通常会被简化成二阶的闭环系统进行分析。
简化分析中PLL环路参数确定方法
前面已经通过简化的二阶理想模型建立系统环路参数和闭环特性参数之间的关系，本内容介绍不同的方法来简化高效地计算PLL系统的环路参数。
为了满足系统稳定性和连续时间模型的要求，前提是环路带宽不大于参考时钟频率的1／10，即。
方法一：利用波特图分析理论中的进行参数确定，开环分析闭环。
PLL实际电路工作过程中，其电源电压和环境温度等存在变化，为了保证系统的稳定性，阻尼因子应适当增大，一般在0.45到2之间。
也可根据系统相位裕度的要求确定，其公式如下：
通常相位裕度大于60°
根据系统对输入噪声的3dB带宽的性能要求和带宽相关表达式求解出无阻尼振荡频率。
其相关公式如下
方法二：利用根轨迹零极点分析理论中的进行参数确定，直接闭环分析。
由二阶闭环传输函数可推得两极点的表达式为：
因此通过系统的极点可以唯一确定系统的环路参数与阻尼因子。
首先根据零极点图，确定极点到原点距离，
即得出无阻尼振荡频率。
然后取极点实部，根据求解。
或者通过求解，其中为极点向量与实轴夹角。
方法三：在时域阶跃响应中直接分析。
通过对传输函数的阶跃响应进行分析，可得
其中tp为阶跃过冲到最高点的时间，为系统的超调量。
根据超调量计算公式，可得：
然后通过阶跃响应曲线可测得，即可求出阻尼系数。
根据阶跃时间计算公式，可得：
然后通过阶跃响应曲线可测的tp，即可求得。
该技术文档由ICdream分析整理收集，有任何关于该文档的技
术问题及错误可以到Icdream模拟后端版块直接讨论交流，相互学
习改进！。