锁相环倍频器
锁相环-倍频使用Microsoft-Word-文档
3.5倍频电路相位－时间法的思想是将相位量转换为数字脉冲量，然后对数字脉冲进行测量而得到相位差值。
转换原理如下：两被测信号的相位差可表示为 ： T/T360∆=∆Φ（1）其中 ∆Φ为相位差，T ∆为相位差时间，T 为被测信号周期 数字测量时的表达式：)/f 360f N /T 360N m c （==∆Φτ（2）其中τ为计数脉冲周期，m f 为其频率，c f为被测信号频率，N 为计数值显然这个表达式包括乘法和除法，计算烦琐，利用单片机处理，固然可行，但是仔细观察式 ( 2 ) 就可发现，倘若分子部分360τ 与分母部分 T 可以消去，即1/T 360=τ 则 N=∆Φ， 也就是说计数器的值 N 即是相位差∆Φ ，这个假设成立的条件是T360=τ，用频率表示为cm1/f 360/f=，cm 360ff = ，即计数脉冲的频率为被测信号频率的360倍时，计数器的值就表示了相位差，显然此时测量的精度为1°。
若要使测量精度达到1°，仍然从相位差表达式出发，将相位差表达式进行变形 ：)/f 360f N m c （⨯=∆Φ(3)当cm 360ff = 时，计数器的值 N 除以10即为相位差值，则测量精度提高到1°。
基于相位－时间法原理的测量仪的原理框图如图1-3所示。
基准信号(电压信号)fr 经放大整形后加到锁相环的输入端，在锁相环的反馈环路中设置一个N=360的分频器，使锁相环的输出信号频率为360fr ，但相位与fr 相同，这个输出信号被用作计数器的计数时钟。
原理图如下：A计数为实现计数功能，本文提出三个方案。
方案一：用软件对大量的波形数据进行处理才能达到较高的精度，且采集时间间隔难以精确控制，如果要准确地捕捉到信号的极值，则要求每个信号周期内有足够多的采样点对波形进行细分。
因此，此方法主要适用于精度要求不是很高的情况，或者用于数字存储示波器中。
方案二：相位－电压法则是基于RC 电路的积分和ICL7136芯片的显示校正网络来实现相位差的测量和显示，其测量精度和稳定度都不够高。
锁相环实现倍频的原理是什么？锁相环的组成及倍频的三种方法解析
锁相环实现倍频的原理是什么？锁相环的组成及倍频的三种方法解析锁相环的组成部分锁相环主要由压控振荡器，鉴相器，低通滤波器，以及参考频率振荡器组成。
压控振荡器主要实现电压与频率的变换，鉴相器主要实现把压控振荡器的频率与参考频率振荡器的频率进行比较。
低通滤波器主要是滤除信号中的高频分量，参考频率振荡器提供参考频率。
锁相环是如何实现倍频的？原理是什么？当锁相环处于锁定状态时，鉴相器（PD）的两输入端一定是两个频率完全一样但有一定相位差的信号。
如果它们的频率不同，则在压控振荡器（VCO）的输入端一定会产生一个控制信号使压控振荡器的振荡频率发生变化，最终使鉴相器（PD）的两输入信号（一个是锁相环的输入信号Vi，一个是压控振荡器的输出信号V o）的频率完全完全一样则环路系统处于稳定状态。
倍频电路
基于此原理，如果在VCO之后，加一个分频器（n分频），在反馈回锁相环输入端，此时输出信号为原来的n倍。
倍频的三种方法1、傅里叶法
这是一种最简单的模拟信频方式及它采用了傅里叶级数。
每一个周期性的信号能定义为一个基频及它的谐波部分的和。
如果你变换振荡器的正弦波输出为方波，那么你能用下面的关系式：
下一步你必须选择这正确的次谐波。
你用一个带通滤波器去衰减其它部分来选择要的部分。
注意：此法仅适用于低频。
2、锁相环法
这是一种最简单的倍频方法。
在这个方法中，输出频率不是直接是基准频率的倍频，但出。
用CD4046 组成的高倍锁相倍频器
SM 2581 有如下特点 : ●内含四个电阻通道 , 分别作为四个可调 电位器 ; ●根 据 后 缀 不 同 , 可 变 阻 值 范 围 有 10kΩ、50kΩ、100kΩ 三种 ; ●每个电阻通道有 256 个滑臂阻值定位 点 ,可用微处理器进行编程控制 ,也可手动控制 ;
(下转 45 页)
图 1 SM 2581 管脚排列图
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《国外电子元器件》1998 年第 2 期 1998 年 2 月
●新特器件应用
用 CD4046 组成的高倍锁相倍频器
电子工业部第 22 研究所 孙广俊 张景伟
摘要 : 本文介绍了锁相环集成电路 CD4046 的内部结构功能及特点 ,并给出在高倍锁 相倍频器中的应用 。 关键词 :锁相环 锁相倍频 压控振荡 分频
CD4046 的组成方框图如图 1 所示 。整 个电路由鉴相器 Ⅰ、鉴相器 Ⅱ、压控振荡器 、 源极跟随器和一个 5V 左右的齐纳二极管等 几部分组成 。两个鉴相器有公共输入端和反 馈输入端 ,并分别加有整形放大器 。 1. 2 使用说明
使用时需外接低通滤波器(阻容元件) 形 成完整的锁相环 。此外 , 其内部设有一个
源极跟随器在 V CO 输入电压作用下由 脚 10 输出解调信号 。如果使用这一端时 ,应 从 脚 10 到 V SS 外 接 一 个 电 阻 R3 ( R3 ≥ 10kΩ) 作为负载 ,如果不使用这个端子 ,可以 断开 。V CO 输出可以直接与相位比较器连 接 , 也可以通过分频器连到相位比较器的输 入端 。
锁相环倍频
锁相环倍频
锁相环倍频(PLL)是一种常见的用于振荡信号放大和同步的电子电路。
它有助于把一个参考振荡器的频率转换成另一个频率，特别是在电视、广播、雷达和通信系统中，用于传输或接收信号。
它具有灵活性、简单的操作、易于维护的特点，在很多领域得到了广泛的应用。
锁相环倍频是一种基于振荡器的控制系统，主要由一个信号检测器（检测信号频率、相位等）、一个比较器（生成检测器输出信号的差异）、一个控制器（根据比较器输出信号作出反应）、一个调节器（调整振荡器的频率，以达到原有参考频率）和一个振荡器（按照控制器控制的频率工作）组成。
当一个参考信号的频率由振荡器产生时，检测器将检测它的频率和相位，并将该信号输出给比较器。
随后，比较器将检测器的输出与参考信号比较，并将不同之处输出给控制器。
最后，控制器将根据差异来控制调节器以调节振荡器的频率，直到检测器输出和参考信号完全一致为止。
由于锁相环倍频能够快速有效地将参考信号的频率转换成另一个频率，因此在很多领域得到了广泛的应用，包括电视、广播、雷达和无线通信系统等。
它可以帮助系统提高信号的质量，使接收到的信号易于识别。
此外，它还可以提高系统避免出现谐振现象，从而提高系统的稳定性。
锁相环倍频
锁相环倍频锁相环倍频是一种常用的频率合成技术，可以将输入的信号倍频到更高的频率。
它在现代通信、雷达、微波、光纤通信等领域中得到广泛应用。
本文将对锁相环倍频的原理、应用和实现进行详细阐述。
一、锁相环倍频的原理锁相环倍频是利用锁相环的稳定性和反馈控制能力来实现的。
锁相环由一个相频比较器、一个电压控制振荡器（VCO）、一个相位误差检测器、滤波电路和一个反馈回路组成。
1.相频比较器：将输入信号和VCO的输出信号进行比较，得到相位误差信号。
2.VCO：根据相频比较器输出的相位误差信号，调整自身的频率。
3.相位误差检测器：检测VCO输出信号的相位与输入信号的相位之间的差异。
4.滤波电路：将相位误差信号进行滤波处理，得到控制VCO频率的电压信号。
5.反馈回路：将滤波电路输出的电压信号反馈给VCO，控制VCO的频率与输入信号的频率保持一致。
锁相环倍频的工作原理是通过调整VCO频率，使得反馈回路能够将输入信号与VCO输出信号的相位保持恒定，从而实现对输入信号的倍频。
二、锁相环倍频的应用锁相环倍频广泛应用于各种需要高稳定性和高精度的频率合成系统中。
下面介绍几个典型的应用场景。
1.通信领域：在无线通信中，锁相环倍频可以将基带信号倍频到射频频率，用于信号的调制和解调。
它可以使得信号频率更高，提高通信信号的传输距离和抗干扰能力。
2.雷达系统：在雷达系统中，锁相环倍频可以将低频信号倍频到微波频率，用于雷达的脉冲压缩和信号处理。
它可以提高雷达系统的分辨率和目标检测能力。
3.光纤通信：在光纤通信系统中，锁相环倍频可以将低频光信号倍频到高频光信号，用于光时钟的生成和光信号的调制。
它可以实现光信号的稳定传输和高速通信。
三、锁相环倍频的实现锁相环倍频的实现需要选择合适的锁相环参数和设计合理的电路结构。
下面介绍几种常用的锁相环倍频实现方案。
1.模拟锁相环倍频：模拟锁相环倍频使用模拟电路实现，具有延迟小、稳定性好等特点。
它适用于频率较低的应用场景，如音频信号的倍频。
锁相环分频倍频的应用原理
锁相环分频倍频的应用原理一、引言锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）是一种常用的电子电路，它在现代通信、测量和控制系统中扮演着重要的角色。
锁相环可以实现信号的频率合成、频率转换和时钟恢复等功能。
其中的分频倍频功能在电子系统设计中得到广泛应用。
本文将介绍锁相环分频倍频的应用原理。
二、锁相环简介锁相环是由相位比较器、低通滤波器和波形整形器等组件组成的反馈系统，其输出信号与参考信号处于稳定的相位关系。
通过调节控制电压，锁相环能够跟踪输入信号的相位差，并使输出信号达到稳定的相位同步。
锁相环在通信系统中常用于时钟同步、频率合成和信号调理等应用。
三、锁相环的分频倍频功能锁相环中的分频倍频功能可以将输入信号的频率转换为所需的频率。
分频倍频是通过将输入信号在锁相环内部的振荡器中进行调整实现的。
以下是锁相环分频倍频的应用原理的具体步骤：1.输入信号分频：通过将输入信号分频，将其频率降低至锁相环振荡器可接受的范围。
一般情况下，使用分频器将输入信号频率降低到锁相环的工作范围内。
2.锁相环稳定：一旦输入信号的频率降低至锁相环可以处理的范围，锁相环开始跟踪输入信号。
通过比较输入信号和锁相环输出信号，相位比较器产生一个方向性的误差信号。
3.低通滤波：误差信号经过低通滤波器，滤除高频成分，获得稳定的控制电压。
该控制电压用于调节振荡器的频率，使其与输入信号的相位保持一致。
4.波形整形：控制电压经过波形整形器，将其转换为输出信号。
波形整形器通常将控制电压转换为方波，用于驱动输出信号的数码电路。
5.输出信号倍频：通过在输出信号路径中添加倍频电路，将波形整形之后的信号进行倍频。
倍频电路可以是原理上简单的倍频器，也可以是数字信号处理器实现的复杂倍频算法。
四、应用实例锁相环的分频倍频功能在很多电子系统中得到广泛应用。
以下列举几个应用实例：•频率合成器：通过将输入信号分频和倍频，锁相环可以根据需求合成所需的输出频率。
在无线通信系统中，频率合成器常用于产生无线信号的载波频率。
一种实用的利用锁相环实现的倍频电路
维普资讯
２０ ０ ３年第 ９期
福
建
电
脑
可 以看 出谈 系统 的响 应非 常快 ， 有超 调 ， 随机 扰 动下 的 没 在
稳 态误差也 非 ＇ 小 。 Ｉ 基 于上述 仿 真结 果 ，我 们 将该方 法 应用 于恒 温箱 的 温度控 制中取 得 了令人 满意 的效 果 。该恒 温箱 被用 于某 化学 反应 过程 的恒沮 控制 ，其 温控 系统 的具 体性 能指 标为 ：控 制精 度 为 （ 一 ０ ５Ｃ，． ￣ （ ． ￣ ０ ５Ｃ） 沮度控 制范 围为 ４ ℃ 一１ ０Ｃ） 控制 响应 时间 以 ｏ ０￣ ； 对 ｊ 在 非 受控 状 态 下 达 到 相 同预 定状 态 点 的最 快 响 应 时 间 为 ｜ 巴 准。 硬件 上我们 采 用的是 西 门子 ｓ 在 ７—３ ０系列 Ｐ Ｃ作 下位 机 ， ０ Ｌ 普 通 的研祥工 控 机作上 位机 。考虑 到 Ｇ Ｃ算法 中含 有高 阶矩 阵 Ｐ 求 逆 的运算 ， 用低 级语 言编 程难 以实 现 ， 我们 的算法 程序 主要 用 Ｖ Ｃ＋＋在 上位机 中实 现 。 每个 扫描 周期 中 Ｐ Ｃ先 把采 样信 号 在 Ｌ
图 ２ Ｐ 控制效 果 图 Ⅲ ◆ 考 文奠
【】 Ｉ Ｃｍｌ ＤＷ． ｅｔ ｌ ｉ Ｃ ｎｔ ｌｅ ｅｅ ｉｇｈｒ ｏ ｒｄｃ ｖ ｏ ｔ １１ Ｅ Ｐｏ—Ｄ １ ９ 。 ３ （ ： ４ ｉ ｍ Ｓ ａｔ ｉ ｒ ｅｓｒ ｎ ｄｒｃｄｎ ｏｉ ｎｐｅ ｉｔ ｅＣ ｎｒ ．Ｅ ｒ ｏａ ． ａ ｚ ｉ ｏ ９ ２ １ ８ ４）３ ７—３ ４ ５２
1脚phil为信号输入端3脚phi2为比较信号输入靖2脚pho1是相位比较器1的输出端13脚pho2是相位比较嚣2的输出靖1脚pho3为相位输出端当环?入锁时为膏电平环?失锁时为低电平此端通过晶体管去驱动发光二极管可构成人锁状态指示电?人锁时灯亮
锁相环的工作原理
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8-4-1所示。
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u D（t）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u C（t），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，利用模拟乘法器组成的鉴相器电路如图8-4-2所示。
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：（8-4-1）（8-4-2）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u D为：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u C （t）。
即u C（t）为：（8-4-3）式中的ωi为输入信号的瞬时振荡角频率，θi（t）和θO（t）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（8-4-4）则，瞬时相位差θd为（8-4-5）对两边求微分，可得频差的关系式为（8-4-6）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，u c（t）为恒定值。
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当锁相环入锁时，它还具有“捕捉”信号的能力，VCO可在某一范围内自动跟踪输入信号的变化，如果输入信号频率在锁相环的捕捉范围内发生变化，锁相环能捕捉到输人信号频率，并强迫VCO锁定在这个频率上。锁相环应用非常灵活，如果输入信号频率f1不等于VCO输出信号频率f2，而要求两者保持一定的关系，例如比例关系或差值关系，则可以在外部加入一个运算器，以满足不同工作的需要。过去的锁相环多采用分立元件和模拟电路构成，现在常使用集成电路的锁相环，CD4046是通用的CMOS锁相环集成电路，其特点是电源电压范围宽（为3V－18V），输入阻抗高(约100MΩ)，动态功耗小，在中心频率f0为10kHz下功耗仅为600μW，属微功耗器件。
利用非线性电路产生高次谐波或者利用频率控制回路都可以构成倍频器。倍频器也可由一个压控振荡器和控制环路构成。它的控制电路产生控制电压，使压控振荡器的振荡频率严格地锁定在输入频率f1的倍乘值f0＝nf1上。
第二章锁相环倍频器
本次课程设计主要是配合【模拟电子技术】和数字电子技术理论课程而设置的一次实践性课程，祈祷巩固所学知识，加强综合实力，培养电路设计能力，提高实验技术，启发创新思想的效果。
30
独立工作能力及设计期间的表现
能独立查阅文献以及从事其它形式的调研，能较好理解课题任务并提出实施方案，有分析整理各类信息，从中获得新知识的能力。
40
回答问
题情况
态度认真，作风严谨，刻苦钻研精神突出。遵守各项规章制度，无任何事故发生。回答问题准确、全面,概念清楚。
10
特色与综合素质
设计说明书有很明显的特点或特色，学生的综合素质较高。
60年代初随着数字通信系统的发展，锁相环应用愈广，例如为相干解调提取参考载波,建立位同步等。具有门限扩展能力的调频信号锁相鉴频器也是在60年代初发展起来的。在电子仪器方面，锁相环在频率合成器和相位计等仪器中起了重要作用.
2.2．CD4046介绍
图2 CD4046的引脚排列
图2是CD4046的引脚排列，采用16脚双列直插式，各引脚功能如下：
2、给出电路原理图及元器件参数。
二、基本要求
1、内容要求包含锁相环相关的理论描述。
2、实现3倍频输出。
任务下
达时间
设计完
成时间
主要参考材料
1、《模拟电子技术基础》（第四版）童诗白华成英主编。高等教育出版社
2、《信号与系统》郑君里高等教育出版社
辅导老师
姓名
教研室
意见
年月日
本表格附在课程设计说明书的封面之后。
天津理工大学中环信息学院
课程设计成绩评定表
系别：班级：姓名：学号：
评分项目及标准
权值
实际得分
评价内容
优秀标准
设计
选题
能体现本专业培养目标，难度和工作量较大，有较强的创新性。
10
说明书
质量
圆满完成任务书中各项要求，分析、计算、实验正确、严密；设计科学、先进；计算准确；图样绘制及技术要求符合国家标准；有较强的实用价值；对专业知识综合训练程度高；撰写规范。
图1低通滤波器三部分组成
压控振荡器的输出Uo接至相位比较器的一个输入端，其输出频率的高低由低通滤波器上建立起来的平均电压Ud大小决定。施加于相位比较器另一个输入端的外部输入信号Ui与来自压控振荡器的输出信号Uo相比较，比较结果产生的误差输出电压UΨ正比于Ui和Uo两个信号的相位差，经过低通滤波器滤除高频分量后，得到一个平均值电压Ud。这个平均值电压Ud朝着减小VCO输出频率和输入频率之差的方向变化，直至VCO输出频率和输入信号频率获得一致。这时两个信号的频率相同，两相位差保持恒定（即同步）称作相位锁定。
天津理工大学中环信息学院
电子技术课程设计
设计题目：锁相环倍频电路设计
姓名：：专业班级：
开始日期：完成日期
指导教师：成绩总评（分数）：
天津理工大学中环信息学院
课程设计任务书
系别：班级：姓名：学号
课程名称
电子技术课程设计
设计题目
锁相环倍频电路设计
设计
任务
描述
及
基本
要求
一、任务描述
1、利用锁相环设计一个倍频电路。
2.1锁相环介绍
锁相环(phase-locked loop):为无线电发射中使频率较为稳定的一种方法。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。锁相环主要由相位比较器（PC）、压控振荡器（VCO）。低通滤波器三部分组成，如图1所示。
10
指导老师
李杰
得分合计
第一章绪论…………………………………………………………………………………5
第二章目锁相环倍器………………………………………………………………………6
2.1锁相环介绍…………………………………………………………………………………6
2.2CD4046介绍………………………………………………………………………………7
第四章结论…………………………………………………………………………………………………………………………15
第六章致谢……………………………………………………………………………………16
第一章绪论
倍频器（frequency multiplier）使输出信号频率等于输入信号频率整数倍的电路。输入频率为f1，则输出频率为f0＝nf1，系数n为任意正整数，称倍频次数。倍频器用途广泛，如发射机采用倍频器后可使主振器振荡在较低频率，以提高频率稳定度；调频设备用倍频器来增大频率偏移；在相位键控通信机中，倍频器是载波恢复电路的一个重要组成单元。
2.3CD4518介绍………………………………………………………………………………10
2.4锁相环倍频器设计电路及工作原理…………………………………11
2.5电路元件清单…………………………………………………………………………12
第三章焊接与制作………………………………………………………………………13