PLL(锁相环)电路原理及设计 [收藏]
锁相环(PLL)基本原理
压控振荡器的输出信号为:
第 19 页
在一般情况下，ωi 不一定等于ωo ，所以为了便于比较两者 之间的相位差，现都以ωo t 为参考相位。这样 ui(t) 的瞬时相位 为:
it i (t ) ot i o t i (t )
ot i (t )
其中:
第六节 锁相环路的应用
一、集成锁相环芯片 二、 方波发生器 三、PLL在调制解调技术中的应用 四、PLL在空间技术上的应用 五、PLL在稳频技术中的应用 六、PLL在频率合成器中的应用
第 3 页
第一节 锁相环路(PLL)及其反馈控制电路简介
在无线电技术中，为了改善电子设备的性能，广泛采用各种 的反馈控制电路。常用的有自动相位控制（APC）电路，也称为锁 相环路（PLL-Phase Locked Loop），自动增益控（AGC）电路以 及自动频率控制（AFC）电路。
第 27 页
3．压控振荡器VOC
压控振荡器受环路滤波器输出电压uc(t) 的控制，使振荡频 率向输入信号的频率靠拢，直至两者的频率相同，使得VCO输 出信号的相位和输入信号的的相位保持某种关系，达到相位锁定 的目的。
压控振荡器: 指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路(VCO)，频率是 式中C0是零反向偏压时 输入信号电压的函数的振荡器VCO，振荡器的工作状态或振荡回 变容二极管的电容量；φ 路的元件参数受输入控制电压的控制，就可构成一个压控振荡器 是变容二极管的结电压； γ 是结电容变化指数。
三、锁相环的基本原理
第 5 页
AGC电路接收方框图如图2-1所示。
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。
锁相环PLL（PhaseLockedLoop）
锁相环PLL（PhaseLockedLoop）锁相环PLL目前我见到的所有芯片中都含有PLL模块，而且一直不知道如何利用PLL对晶振进行倍频的，这次利用维基百科好好的学习了下PLL 的原理。
1. 时钟与振荡电路在芯片中，最重要的就是时钟，时钟就像是心脏的脉冲，如果心脏停止了跳动，那人也就死亡了，对于芯片也一样。
了解了时钟的重要性，那时钟是怎么来的呢？时钟可以看成周期性的0与1信号变化，而这种周期性的变化可以看成振荡。
因此，振荡电路成为了时钟的来源。
振荡电路的形成可以分两类：1. 石英晶体的压电效应：电导致晶片的机械变形，而晶片两侧施加机械压力又会产生电，形成振荡。
它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，可以做得精确，因此其振荡电路可以获得很高的频率稳定度。
2. 电容Capacity的充电放电：能够存储电能，而充放电的电流方向是反的，形成振荡。
可通过电压等控制振荡电路的频率。
2. PLL与倍频由上面可以知道，晶振由于其频率的稳定性，一般作为系统的外部时钟源。
但是晶振的频率虽然稳定，但是频率无法做到很高（成本与工艺限制），因此芯片中高频时钟就需要一种叫做压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator）的东西生成了（顾名思义，VCO 就是根据电压来调整输出频率的不同）。
可压控振荡器也有问题，其频率不够稳定，而且变化时很难快速稳定频率。
哇偶，看到这种现象是不是很熟悉？嘿嘿，这就是标准开环系统所出现的问题，解决办法就是接入反馈，使开环系统变成闭环系统，并且加入稳定的基准信号，与反馈比较，以便生成正确的控制。
PLL倍频电路因此，为了将频率锁定在一个固定的期望值，锁相环PLL出现了！一个锁相环PLL电路通常由以下模块组成：·鉴相鉴频器PFD（Phase Frequency Detector）：对输入的基准信号（来自频率稳定的晶振）和反馈回路的信号进行频率的比较，输出一个代表两者差异的信号·低通滤波器LPF（Low-Pass Filter）：将PFD中生成的差异信号的高频成分滤除，保留直流部分·压控振荡器VCO（Voltage Controlled Oscillator）：根据输入电压，输出对应频率的周期信号。
pll锁相环原理
pll锁相环原理PLL锁相环原理PLL锁相环是一种常见的电路，它可以将输入信号的频率和相位与参考信号同步。
PLL锁相环的原理是通过反馈控制，使输出信号的频率和相位与参考信号保持一致。
PLL锁相环广泛应用于通信、计算机、音频、视频等领域。
PLL锁相环由相位检测器、低通滤波器、振荡器和分频器组成。
相位检测器用于比较输入信号和参考信号的相位差，输出一个误差信号。
低通滤波器用于滤除误差信号中的高频成分，得到一个平滑的误差信号。
振荡器用于产生输出信号，其频率和相位受到误差信号的控制。
分频器用于将输出信号分频，以便与参考信号进行比较。
PLL锁相环的工作原理如下：首先，输入信号和参考信号经过相位检测器比较，得到一个误差信号。
然后，误差信号经过低通滤波器滤除高频成分，得到一个平滑的误差信号。
接着，平滑的误差信号控制振荡器产生输出信号，其频率和相位受到误差信号的控制。
最后，输出信号经过分频器分频，与参考信号进行比较，得到一个新的误差信号，反馈给相位检测器，形成一个闭环控制系统。
PLL锁相环的优点是具有高精度、高稳定性、快速响应等特点。
它可以将输入信号的频率和相位与参考信号同步，实现信号的精确控制和处理。
PLL锁相环在通信系统中广泛应用，例如频率合成器、时钟恢复器、调制解调器等。
在计算机系统中，PLL锁相环用于时钟同步、数据传输等方面。
在音频、视频系统中，PLL锁相环用于数字信号处理、数字时钟恢复等方面。
PLL锁相环是一种重要的电路，它可以实现信号的精确控制和处理。
它的原理是通过反馈控制，使输出信号的频率和相位与参考信号保持一致。
PLL锁相环在通信、计算机、音频、视频等领域都有广泛的应用。
锁相环ppl电路设计
锁相环（PLL）电路设计摘要：本次课程设计的锁相环电路其原理就是先把电网三相交流电压合成一相正弦波，合成后其频率还是不变（50Hz），然后把正弦波转变成方波，由此将信号送入锁相环集成器件CD4046（由鉴相器，环路滤波器，VCO组成），通过将输入信号与VCO输出信号或VCO输出经分频器的信号相位或频率的比较，控制两个信号使其保持同相位，从而实现对输入信号的同步跟踪。
关键字：锁相环，鉴相器，环路滤波器，集成运算电路，比较器Abstract:This curriculum designs phase-locked loop electric circuit its principle is synthesizes first the electrical network three-phase AC voltage a sine wave, after the synthesis its frequency invariable (50Hz), then transforms the sine wave the square-wave, from this sends in the signal phase-locked loop integration component CD4046 (by discriminator, ring circuit filter, VCO is composed), through the input signal and the VCO output signal either the VCO output after the frequency divider signal phase or the frequency comparison, will control two signals to cause its maintenance with the phase, thus will realize to the input signal lock following.Keyword:PLL, phase detector and loop filter, integrated computing circuits, Comparators目录1.前言(绪论) (3)2.总体方案设计 (4)3.单元模块设计 (5)3.1 集成运算加法器.......................................................................... 错误！未定义书签。
锁相环PLL
光耦合器
2.电流传输比 光耦合器的重要参数，通常用直流电流传 输比来表示，当输出电压保持恒定时，它等 于直流输出电流IC与直流输入电流IF的百分 比。有公式 CTR=IC/IF *100%。
光耦合器
六、选用原则
1.光耦合器的电流传输比（CTR）的允许范围为 50%-200%。 这时因为当CTR<50%时，光耦合器中的LED就需 要较大的工作电流（IF>50mA），才能正常控制占 空比，这会增大光耦合器的功耗。如果当 CTR<200%，在启动电路或者当负载发生突变时， 有可能造成误触发，影响正常输出。
其中，1.通用型属于中速光耦合器，其电流传输比 为25%-300%。达林顿型光耦合器的速度较低，其 电流传输比可达到100%-5000%。 2.高速型光耦合器具有速度快、输出线性好等优点。 由光集成电路构成的光耦合器属于高速光耦，电流 传输比较大。
光耦合器
3.光纤型光耦合器能够耐压高，其绝缘电压 值超过100kV。 4.光敏晶闸管型光耦合器属于大功率输出的 光耦典型产品有4N39（内含单向晶闸管）， IS607（内含双向晶闸管）。光敏场效应管型 光耦合器的特点是速度快，交、直流两用。
隔离变压器
三、图形符号（见P56 图5-17）
隔离变压器
四、作用
隔离变压器是交流电源转换的一种重要的静止型电 磁感应器件，广泛应用于电器、控制、船舶及测试 等行业。 1.绝缘耐压特性 2.电源滤波作用
隔离变压器
五、应用
图一 常见的晶闸管触发电路
图二 典型的直接耦合式GTO驱动电路
光耦合器
一、概念 光耦合器（Optical Coupler）也称光电耦合 光耦合器 器或隔离器，简称光耦 光耦。 光耦
pll电路原理
pll电路原理PLL电路原理一、引言PLL（Phase-Locked Loop）电路是一种广泛应用于通信领域的电路，它具有频率和相位锁定的特性，可以用于信号调制解调、频率合成、时钟恢复等应用。
本文将详细介绍PLL电路的原理和工作过程。
二、PLL电路的基本组成PLL电路由相位比较器、低通滤波器、VCO（Voltage-Controlled Oscillator）和分频器组成。
1. 相位比较器相位比较器是PLL电路的核心部件，它用来比较输入信号和反馈信号的相位差，并产生一个控制电压用于调节VCO的频率。
常见的相位比较器有边沿比较器、相位频率比较器等。
2. 低通滤波器低通滤波器用于对相位比较器输出的脉冲信号进行平滑处理，去除高频噪声，得到平稳的控制电压。
3. VCOVCO是一个电压控制的振荡器，其输出频率与输入的控制电压成正比。
通过调节VCO的频率，可以实现对输入信号的频率和相位的锁定。
4. 分频器分频器用于将VCO的输出信号进行频率分频，以提供反馈信号给相位比较器进行比较。
通过控制分频器的分频比例，可以实现对锁定频率的精确调节。
三、PLL电路的工作原理PLL电路的工作过程可以分为两个阶段：捕获阶段和跟踪阶段。
1. 捕获阶段在捕获阶段，PLL电路首先将输入信号和VCO的输出信号送入相位比较器进行比较。
相位比较器输出的脉冲信号经过低通滤波器平滑处理后，得到一个控制电压。
这个控制电压通过反馈回VCO，调节VCO的频率，使其与输入信号的频率和相位锁定。
在捕获阶段，PLL 电路通过不断调节VCO的频率来逐渐减小输入信号与VCO输出信号之间的相位差，直到两者相位一致。
2. 跟踪阶段当PLL电路经过捕获阶段成功锁定输入信号的频率和相位后，进入跟踪阶段。
在跟踪阶段，PLL电路继续通过比较VCO输出信号和反馈信号的相位差，并根据相位比较器的输出调节VCO的频率，使其保持与输入信号的相位一致。
这样，PLL电路就能够跟踪输入信号的频率和相位的变化，保持锁定状态。
PLL锁相环的基本原理
锁相的意义是相位同步的自动控制，能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做锁相环，简称PLL。
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。
一个典型的锁相环（PLL）系统，是由鉴相器（PD），压控荡器（VCO）和低通滤波器（LPF）三个基本电路组成，如图1，图1一、鉴相器（PD）构成鉴相器的电路形式很多，这里仅介绍实验中用到的两种鉴相器。
1．异或门鉴相器异或门的逻辑真值表示于表1，图2是逻辑符号图。
从表1可知，如果输入端A和B分别送入占空比为50%的信号波形，则当两者存在相位差Dθ时，输出端F的波形的占空比与Δθ有关，见图3。
将F输出波形通过积分器平滑，则积分器输出波形的平均值，它同样与Δθ有关，这样，我们就可以利用异或门来进行相位到电压的转换，构成相位检出电路。
于是经积分器积分后的平均值（直流分量）为：U = Vdd * Δθ/π (1)不同的Δθ，有不同的直流分量Vd。
Δθ与V的关系可用图4来描述。
从图中可知，两者呈简单线形关系：Ud = Kd *Δθ(2)Kd 为鉴相灵敏度图3图42．边沿触发鉴相器前已述及，异或门相位比较器在使用时要求两个作比较的信号必须是占空比为50%的波形，这就给应用带来了一些不便。
而边沿触发鉴相器是通过比较两输入信号的上跳边沿（或下跳边沿）来对信号进行鉴相，对输入信号的占空比不作要求。
二、压控振荡器（VCO）压控振荡器是振荡频率ω0受控制电压UF（t）控制的振荡器，即是一种电压——频率变换器。
VCO的特性可以用瞬时频率ω0（t）与控制电压UF（t）之间的关系曲线来表示。
未加控制电压时（但不能认为就是控制直流电压为0，因控制端电压应是直流电压和控制电压的叠加），VCO的振荡频率，称为自由振荡频率ωom，或中心频率，在VCO线性控制范围内，其瞬时角频率可表示为：ωo（t）= ωom + K0 UF（t）式中，K0——VCO控制特性曲线的斜率，常称为VCO的控制灵敏度，或称压控灵敏度。
锁相环pll原理与应用
$number {01}
目 录
• 锁相环PLL的基本原理 • 锁相环PLL的种类与特性 • 锁相环PLL的应用 • 锁相环PLL的发展趋势与挑战 • 锁相环PLL的设计与实现
01
锁相环PLL的基本原理
PLL的基本结构
鉴相器（PD）
用于比较输入信号和反馈信号的相位 差。
压控振荡器（VCO）
相位同步
锁相环PLL用于电力系统的相位同步，确保不同电源之间的相位一 致，提高电力系统的稳定性。
频率跟踪
锁相环PLL用于电力系统的频率跟踪，实时监测电网频率变化，确 保电力系统的正常运行。
故障定位
通过分析电网信号的相位和频率变化，结合锁相环PLL实现电力故 障的快速定位和排查。
其他领域的应用
电子测量
PLL的发展趋势
高速化
随着通信技术的发展， 对信号的传输速率要求 越来越高，锁相环PLL 的频率合成速度和跟踪
速度也在不断加快。
数字化
随着数字信号处理技术 的进步，越来越多的锁 相环PLL开始采用数字 控制方式，提高了系统 的稳定性和灵活性。
集成化
为了减小电路体积和降 低成本，锁相环PLL的 集成化程度越来越高， 越来越多的功能被集成
软件PLL具有灵活性高、可重 构性好等优点，但同时也存在 计算量大、实时性差等缺点。
各种PLL的优缺点比较
1 2
3
模拟PLL
优点是响应速度快、跟踪性能好；缺点是元件参数漂移、温 度稳定性差。
数字PLL
优点是精度高、稳定性好、易于集成；缺点是响应速度慢、 跟踪性能较差。
软件PLL
优点是灵活性高、可重构性好；缺点是计算量大、实时性差 。
- 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(锁相环)电路原理及设计[收藏]
PLL(锁相环)电路原理及设计
在通信机等所使用的振荡电路，其所要求的频率范围要广，且频率的稳定度要高。
无论多好的LC振荡电路，其频率的稳定度，都无法与晶体振荡电路比较。
但是，晶体振荡器除了可以使用数字电路分频以外，其频率几乎无法改变。
如果采用PLL(锁相环)(相位锁栓回路，PhaseLockedLoop)技术，除了可以得到较广的振荡频率范围以外，其频率的稳定度也很高。
此一技术常使用于收音机，电视机的调谐电路上，以及CD唱盘上的电路。
一PLL(锁相环)电路的基本构成
PLL(锁相环)电路的概要
图1所示的为PLL(锁相环)电路的基本方块图。
此所使用的基准信号为稳定度很高的晶体振荡电路信号。
此一电路的中心为相位此较器。
相位比较器可以将基准信号与VCO (Voltage Controlled Oscillator……电压控制振荡器)的相位比较。
如果此两个信号之间有相位差存在时，便会产生相位误差信号输出。
(将VCO的振荡频率与基准频率比较，利用反馈电路的控制，使两者的频率为一致。
)
利用此一误差信号，可以控制VCO的振荡频率，使VCO的相位与基准信号的相位(也即是频率)成为一致。
PLL(锁相环)可以使高频率振荡器的频率与基准频率的整数倍的频率相一致。
由于，基准振荡器大多为使用晶体振荡器，因此，高频率振荡器的频率稳定度可以与晶体振荡器相比美。
只要是基准频率的整数倍，便可以得到各种频率的输出。
从图1的PLL(锁相环)基本构成中，可以知道其是由VCO，相位比较器，基准频率振荡器，回路滤波器所构成。
在此，假设基准振荡器的频率为fr，VCO的频率为fo。
在此一电路中，假设frgt;fo时，也即是VC0的振荡频率fo比fr低时。
此时的相位比较器的输出PD 会如图2所示，产生正脉波信号，使VCO的振荡器频率提高。
相反地，如果frlt;fo时，会产生负脉波信号。
(此为利用脉波的边缘做二个信号的比较。
如果有相位差存在时，便会产生正或负的脉波输出。
)
此一PD脉波信号经过回路滤波器(LoopFilter)的积分，便可以得到直流电压VR，可以控制VCO电路。
由于控制电压vr的变化，VCO振荡频率会提高。
结果使得fr=f。
在f与f的相位成为一致时，PD端子会成为高阻抗状态，使PLL(锁相环)被锁栓(Lock)。
相位比较器的工作原理
此所说明的相位比较器为相位．频率比较器(PFC：Phase-Frequency Comparator)之型式，后述之LSI MC145163P便内藏有此一电路。
此一型式的相位此较器并非只做
相位的比较，也即是，并非只做之比较，在频率f不同的场合，也可以做为频率比较器工作原理。
所谓相位差利时△与时间t的关系为
在只做相位检出的场合，例如，可能分辨不出是延迟300°或前进60°。
可是，在相位-频率比较器中，如果frgt;fo则被视为是相位延迟。
回路滤波器的选择方法
回路滤波器的时间常数与PLL(锁相环)控制的良否有很大的关系。
其详细的计算方法虽然不在此说明，但是，基准频率fr为l0kHz时，输往回路滤波器的脉波周期为0.1mS。
为了保持电压值VR而增大回路滤波器的时间常数时，便无法追踪VCO的振荡频率的变化。
如果时间常数太小时，会在VR上出现涟波，使PLL(锁相环)的稳定度恶化。
因此，根据经验，回路滤波器的时间常数，选择大约为基准频率的周期(1/fr)的数百倍。
在此选择约为数十mS。