锁相环电路中压控振荡器的分析与设计
《应用于LVDS的锁相环电路研究》
《应用于LVDS的锁相环电路研究》一、引言随着现代电子技术的飞速发展，数据传输速率的要求日益提高，低电压差分信号传输（LVDS）技术因其低功耗、高速度和低噪声的特性，在高速数据传输领域得到了广泛应用。
锁相环（PLL）电路作为LVDS系统中的关键部分，其性能的优劣直接影响到整个系统的稳定性和传输质量。
因此，对应用于LVDS的锁相环电路进行研究具有重要的现实意义。
二、锁相环电路的基本原理锁相环电路是一种闭环相位控制系统，主要由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成。
其基本原理是通过鉴相器比较输入信号和压控振荡器输出的信号之间的相位差，将相位差转换为电压或电流信号，经过环路滤波器的滤波后，控制压控振荡器的频率和相位，使输出信号的相位与输入信号的相位保持一致。
三、LVDS中锁相环电路的应用在LVDS系统中，锁相环电路主要用于实现数据的同步传输。
由于LVDS采用差分信号传输方式，要求发送端和接收端之间的时钟信号必须保持严格的同步。
锁相环电路通过捕获输入信号的相位信息，将其与压控振荡器输出的信号进行比对和调整，从而保证数据的准确传输。
四、应用于LVDS的锁相环电路设计要点在应用于LVDS的锁相环电路设计中，需要注意以下几个要点：1. 输入范围和稳定性：设计时应考虑到输入信号的范围、频率波动和噪声干扰等因素，确保鉴相器能够准确捕获输入信号的相位信息。
2. 环路滤波器的设计：环路滤波器的作用是滤除鉴相器输出的高频噪声和杂散信号，为压控振荡器提供稳定的控制信号。
设计时需要考虑滤波器的带宽、阶数和稳定性等因素。
3. 压控振荡器的选择：压控振荡器的性能直接影响到锁相环电路的频率和相位调整范围。
选择时需要考虑其频率范围、相位噪声、功耗和稳定性等因素。
4. 电路布局与调试：在电路布局和调试过程中，需要考虑到电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）等问题，确保锁相环电路的稳定性和可靠性。
五、实验结果与分析通过实验验证了应用于LVDS的锁相环电路的有效性和性能。
锁相环的电路组成、器件参数及工作原理
摘要：简单介绍了锁相环电路的基本概念及原理，以通用型集成锁相环4046为例主要介绍了锁相环的电路组成、器件参数及工作原理，并对COMS集成锁相环CC4046的应用做了简单研究。
关键词：锁相环鉴相器压控振荡器1 引言锁相环作为一种重要的功能电路在通信、导航、控制、仪器仪表等领域得到了广泛的应用。
20世纪70年代以后随着集成电路技术的飞速发展，出现了多种型号的集成锁相环产品，其中模拟式集成锁相环以NE/SE 560系列最为常用，COMS集成锁相环CD/CC4046最具代表性。
两者基本原理相同，区别在于前者的鉴相器由模拟电路组成，而后者由逻辑电路组成。
2 锁相环的基本概念所谓锁相，就是相位同步的自动控制。
完成两个信号间相位同步的自动控制系统的环路叫做锁相环，也称PLL（Phase Locked Loop)。
最典型的锁相环由鉴相器（Phase Detector）,环路滤波器（Loop Filter）,压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator）三部分组成，如图1所示。
图1 PLL功能框图其中，鉴相器相位比较作用，其输出电压反映两个输入信号间的相位差（与频率之差成线性关系）的大小。
该电路通过具有低通特性的环路滤波器后，建立起一个平均电压，作用于VCO的控制输入端，VCO的振荡频率则由其控制电压的大小决定，当控制电压=0时，对应的振荡频率称为VCO的固有频率。
整个环路根据负反馈的原理构成，鉴相器的输出电压总是朝着减小VCO振荡频率与输入信号之差的方向变化，直到VCO振荡频率与输入信号频率获得一致，当这种情况出现时，称VCO的频率锁定于输入信号的频率或简称锁定。
环路由失锁状态进入锁定状态的过程称为捕捉过程。
在捕捉过程中，VCO振荡频率逐渐趋同于输入信号频率的现象，称作频率牵引。
在频率牵引过程中，环路有能力自行锁定的最大输入信号频率范围称为捕捉频带或简称捕捉带，它是反映捕捉能力优劣的一个重要指标。
电压控制LC振荡器
A题电压控制LC振荡器论文摘要本系统以89C51最小系统为控制核心，由键控显示、时钟、频率合成、功率放大、自动增益控制、电压峰值检测、频率步进与测量等功能模块组成，其中由单片机控制的全集成化锁相环频率合成器为其核心。
系统实现了频率的产生、测量，输出电压峰值的测量，频率步进的变化，功率输出等各种功能。
特色在于：频率输出的控制上有自动扫频、加减步进选频、直接按键选频及步进可选等功能；输出信号峰值、频率等参数的液晶实时显示；相应集成芯片的使用使电路结构简单明了。
指导老师：杜溪水小组成员：陈妤姗吴丽丽翁亚滨一、方案设计与论证1、LC振荡器的制作方法：方案一：采用常规的电容、电感与分立元件组成振荡器。
它是经典的方法，电路成熟，材料容易采购，也容易制作成功，频率范围也容易实现，甚至它的频率调整可以是连续的。
但它最大的缺点是它的频率稳定度最高也只能达到10-3。
它随温度、时间的变化而变化，未能达到高稳定度的要求。
方案二：一般的频率合成技术采用频率合成器，由手动控制。
它的稳定度提高了，可达到10-5，单纯硬件就可实现，更容易捕捉。
但调整频率，其操作比较麻烦，如再要显示频率，峰值等参数，电路更加复杂。
方案三：采用单片机控制的全集成化的设计。
它增加了单片机程序设计的工作量，调试复杂。
但是它只要再键盘上操作就可输出所需的频率，并直接测量其频率、峰值步进和间距等，使系统的性能有很大的提高。
全集化的设计，大大提高了系统的可靠性、稳定性，如配置温度补偿的晶体振荡器，可使输出频率的稳定性提高到10-6以上。
综合考虑制作要求及实际情况，本系统采用方案三。
2、锁相频率合成模块为了提高LC振荡器输出频率的稳定性，电路采用PLL频率合成技术。
其基本组成如图1：图1（1）集成锁相环频合器的选择方案一：采用串行输入频合器（如MB1504，MC145162），内含参考振荡器、参考分频器、相位检测器、可编程÷N计数器及接收串行输入数据所必需的移位寄存器和锁存电路，其优点是工作频率高，占用单片机的外围接口不多，为实现单片机的其它控制节省了硬件资源。
浅谈压控振荡器在锁相环电路中的应用
它 为环路 中的固有积分环节 。式 （ —１） １ ７ 就是压控振荡器 相位
控制特性 的数学模型 ， 若对式 （ —１） １ ７ 进行拉 氏变换 ， 可得 到在 复频域 的表示式 为
０ （）： ｋ ２ｓ ｄ （ —１） １ ８
３有 源比例积 分滤波器 ［ ） Ｊ 有源 比例积分滤波 器 由运算 放 大器组 成 ， 电路 如 图 ５所
ｌ — 一 ＝ ０ ｌ — ｍ
“
：
（＿ ） ｌ ） １ ５ 一 ，
此时 ， 出信 号的频率 已偏离 了原来 的 自由振荡 频率 ｏ 输 （ 控制 电压 ｕ （） ０时 的频率 ）其 偏移量 由式（ —４ 和 （ —５ ｃｔ＝ ， １ ） １ ）
得 到为
ｄ ｏｔ ０（）
了
（） ａ时域模型
（） ｂ频域模型
图 ３ 环路滤 波器的模型
１ ２ 环 路 滤 波 器 ．
：ｔ 一 ０ ． Ｏ ｒ
（— ） 卜 。 １ ６ ，
环路 滤波器（ Ｆ 是 一个 线性低 通滤 波器 ， Ｌ） 用来 滤 除误差
电压 ｕ （） ｄ ｔ中的高频分量和噪声 ， 更重要 的是它对 环路参数 调 整起 到决定性的作用 ， 其模 型如 图 ３所示 。
示 。当运算放大器开环 电压 增益 Ａ为有 限值 时 ， 它的传递 函
（ 一 ￣ ） ＋ 一 ０ （） ０ ｔ ０ ｏ
（ —３ １ ）
由频率和相位之 间的关系可得两信号之 间的瞬时频差为
Ｔ
： 一 一Ｔ ｏｔ ｄ （ ０ ） Ｃ 一Ｔ Ｏ一 ｒ
（ １
－
４ ）
图 ２ 线性鉴相器 的频域 数学模 型
锁定后 两信号之 间的相位差表现为一 固定 的稳态 值。即
3VCO锁相电路
实验三VCO锁相环电路1一、实验目的：1、掌握VCO压控振荡器的基本工作原理，加深对基本锁相环工作原理的理解。
2、熟悉锁相环数字频率合成器的电路组成与工作原理。
3、掌握锁相环的基本原理4、掌握锁相式数字频率合成器的设计二、实验电路工作原理：锁相环是无线电发射中使用频率较为稳定的一种方法，主要有VCO（压控振荡器）和PLL集成电路，压控振荡器给出一个信号，一部分作为输出，另一部分通过分频与PLL 集成电路所产生的本振信号作相位比较，为了保持频率不变，就要求相位差不发生改变，如果有相位差的变化，则PLL集成电路的电压输出端的电压发生变化去控制VCO，直到相位差恢复，图3-1 VCO电路原理图达到锁频的目的，能使受控振荡器的频率和相位均与输入信号保持确定关系的闭环电子电路。
VCO电路原理图如图3-1所示。
1、4046锁相环芯片介绍4046锁相环的功能框图如图2所示，外线排列管脚功能简要介绍：第1引脚（PD03）：相位比较器2输出的相位差信号，为上升沿控制逻辑。
第2引脚（PD01）：相位比较器1输出的相位差信号，它采用异或门结构，即鉴相特性，为PD01=PD11 PD12第3引脚（PD12）：相位比较器输入信号，通常PD为来自VCO参考信号。
第4引脚（VCO0）：压控振荡器的输出信号。
第5引脚（INH）：控制信号输入，若INH为低电平，则允许VCO工作和源极跟随器输出：若INH为高电平，则相反，电路将处于功耗状态。
第6引脚（CI）：与第7引脚之间接一电容，以控制VCO的振荡频率。
第7引脚（CI）：与第6引脚之间接一电容，以控制VCO的振荡频率。
第8引脚（GND）：接地。
第9引脚（VCO1）：压控振荡器的输入信号。
2第10引脚（SF0）：源极跟随器输出。
第11引脚（R1）：外接电阻至地，分别控制VCO的最高和最低振荡频率。
第12引脚（R2）：外接电阻至地，分别控制VCO的最高和最低振荡频率。
第13引脚（PD02）：相位比较器输出的三态相位差，它采用PD11、PD12上升沿控制逻辑。
锁相环中鉴相器结构特点及其与压控振荡器的关键使用技术
Ａｒ ｈｉｅ ｔ ｅ Ｃｈａ ａ ｔ ｒ ｓ ｉ ｓ ｏ ｃ ｔ ｃ ｕｒ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆ ＰＣ ｎ ｈｅ ＰＬＬ ｎｄ Ｓｏ ｅ ｉ ｔ ａ ｍ
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摘要 ： 以锁相环 （ Ｌ ） Ｐ Ｌ 中重要 的 Ｉ ｃ为 点 ， 分析 了常用鉴相 器（ Ｃ 的“ 区” Ｐ） 死 以及 压控振 荡器（ Ｃ 与鉴相 器之 间的相 互干扰原 因 ， Ｖ Ｏ） 并从 实际 出发提 出了相 应的改进措 施。最后 ， 还提 出了有关 扩展 压控
ｉ ｒｓｎｅ ， ｅ ｏ ｓ ｏ “ ｅｄ ａ ａ ｆ ２ ａ ｄ ｉ ｅ ｃ ｖ ｉ ｕｂ ｎ ｅｂ ｔ ｅ Ｃ ｏ ａ ｅｃ ｎ ｏ ｅ ｃ ｌ ｏ （ Ｃ ） ｔ ｓａｅｐｅｅ ｔｄ ｒ ｓｎ ｒ ｄ ａ ｅ”ｏ Ｃ ｎ ｔ ａ ｔ ｅｄｓ ｒ ａ ｃ ｅ ｅ ｎ Ｐ ２ ａ ｄｖ ｌ ｇ ｏ ｔ ｌ ｒ ｓｉａ ｒＶ Ｏ ｃｒ ａ ｆ ｒ Ｐ ｎ ｒ ｉ ｔ ｗ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌｔ
维普资讯
锁 相 环 中鉴相 器 结 构 特 点及 其 与 压 控 振 荡器 的 关键 使 用 技 术
・ １・ ９
锁相环中鉴 相器结构特点及其 与 压 控 振 荡 器 的关 键 使 用 技术
李文英 ，蒋敦斌
压控振荡器原理和应用说明
压控振荡器（VCO）一应用范围用于各种发射机载波源、扩频通讯载波源或作为混频器本振源。
二基本工作原理利用变容管结电容Cj随反向偏置电压VT变化而变化的特点(VT=0V时Cj是最大值，一般变容管VT落在2V-8V压间，Cj呈线性变化，VT在8-10V则一般为非线性变化，如图1所示，VT在10-20V时，非线性十分明显），结合低噪声振荡电路设计制作成为振荡器，当改变变容管的控制电压，振荡器振荡频率随之改变，这样的振荡器称作压控振荡器（VCO）。
压控振荡器的调谐电压VT要针对所要求的产品类别及典型应用环境(例如用户提供调谐要求，在锁相环使用中泵源提供的输出控制电压范围等)来选择或设计，不同的压控振荡器，对调谐电压VT有不同的要求，一般而言，对调谐线性有较高要求者，VT选在1-10V，对宽频带调谐时，VT则多选择1-20V或1-24V。
图1为变容二极管的V－C特性曲线。
(V)T图1变容二极管的V－C特性曲线三压控振荡器的基本参数1 工作频率：规定调谐电压范围内的频率范围称作工作频率，通常单位为“MHz”或“GHz”。
2 输出功率：在工作频段内输出功率标称值，用Po表示。
通常单位为“dBmw”。
3 输出功率平稳度：指在输出振荡频率范围内，功率波动最大值，用△P表示，通常单位为“dBmw”。
4 调谐灵敏度：定义为调谐电压每变化1V时，引起振荡频率的变化量，用MHz/ △VT表示，在线性区，灵敏度最高，在非线性区灵敏度降低。
5 谐波抑制：定义在测试频点，二次谐波抑制=10Log(P基波/P谐波)(dBmw)。
6 推频系数：定义为供电电压每变化1V时，引起的测试频点振荡频率的变化量，用MHz/V表示。
7 相位噪声：可以表述为，由于寄生寄相引起的杂散噪声频谱，在偏移主振f0为fm的带内，各杂散能量的总和按fin平均值+15f0点频谱能量之比，单位为dBC/Hz；相位噪声特点是频谱能量集中在f0附近，因此fm越小，相噪测量值就越大，目前测量相噪选定的fm 有离F0 1KHz 、10KHz 和100KHz 几种，根据产品特性作相应规定。
压控振荡器的电路设计2
1 绪论1.1 压控振荡器原理及发展现状调节可变电阻或可变电容可以改变波形发生电路的振荡频率，要求波形发生电路的振荡频率与控制电压成正比。
这种电路称为压控振荡器，又称为VCO 或u-f 转换电路。
怎样用集成运放构成压控振荡器呢？我们知道积分电路输出电压变化的速率与输入电压的大小成正比，如果积分电容充电使输出电压达到一定程度后，设法使它迅速放电，然后输入电压再给它充电，如此周而复始，产生振荡，其振荡频率与输入电压成正比，即压控振荡器。
其特性用输出角频率0ω与输入控制电压C u 之间的关系曲线(图1.1)来表示。
图中C u 为零时的角频率，（0ω，0）称为自由振荡角频率；曲线在（0ω，0）处的斜率0K 称为控制灵敏度。
使振荡器的工作状态或振荡回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。
在通信或测量仪器中，输入控制电压是欲传输或欲测量的信号（调制信号）。
人们通常把压控振荡器称为调频器，用以产生调频信号。
在自动频率控制环路和锁相环环路中，输入控制电压是误差信号电压，压控振荡器是环路中的一个受控部件。
图1.1 压控振荡器的控制特性压控振荡器的类型有LC 压控振荡器、RC 压控振荡器和晶体压控振荡器。
对压控振荡器的技术要求主要有：频率稳定度好，控制灵敏度高，调频范围宽，频偏与控制电压成线性关系并宜于集成等。
晶体压控振荡器的频率稳定度高，但调频范围窄，RC压控振荡器的频率稳定度低而调频范围宽，LC压控振荡器居二者之间。
压控振荡器（VCO）是一种振荡频率随外加控制电压变化的振荡器，是频率产生源的关键部件。
频率产生源是大多数电子系统必不可少的组成部分，更是无线通信系统的核心。
在许多现代通信系统中，VCO是可调信号源，用以实现锁相环（PLL）和其他频率合成源电路的快速频率调谐。
VCO已广泛用于手机、卫星通信终端、基站、雷达、导弹制导系统、军事通信系统、数字无线通信、光学多工器、光发射机和其他电子系统。
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关键词 ： 压控 振荡器 ； 相位噪声 ； Ｄ ；二次谐波滤波技 术 ＡＳ
中 图分 类 号 ： Ｐ ７ Ｔ ３ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１７ — ２ ６ ２ １ ）４ ０ ７ －４ ６ ４ ６ ３ （０ １２ － １７ ０
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Ｎｏ ２ ．４
电子设 计工 程
Ｅｌ ｃｒ ｎ ｃ Ｄｅ ｉ ｎ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｅ ｔｏ ｉ ｓｇ ｇｎ ｅ ｉ ｎ
２１ 年 １ ０１ ２月
Ｄｅ ．２ １ ｃ ０１
锁相环电路中压控振荡器的分析与设计
姚 婧婧 ， 红 东，毛 键 ，赵彦 凤 赵
压 控 振 荡 器 （ Ｃ 是 锁 相 环 电 路 设 计 中关 键 的 模 块 之 Ｖ Ｏ）
一
．
它 的 特 性 的 好 坏 直 接 决 定 着 整 个 锁 相 环 电路 的整 体 工 作
１ 负 阻 ＬＣ振 荡 器 基 本 原 理
负阻 Ｌ Ｃ振荡 器 由 Ｌ Ｃ谐 振 回路 与 负 阻 单 元 构成 ． 图 ｌ 如 所 示 。 源器 件作 为负 阻单 元 。 消 了 实 际并 联 Ｌ 有 抵 Ｃ电 路 中 存
Ｙ ＯＪ ｇｉ ， Ｈ ＯＨ ｎ— ｎ ， Ａ ａ ， Ｈ ａＹ ｎｅｇ Ａ ｎ－ ｇ Ｚ Ａ ｏｇ ｏｇ Ｍ ＯＪ ｎ Ｚ Ａ ａ－ｎ ｉ ｊ ｎ ｄ ｉ ｆ
（ｃｏｌｆＩ ｏｍ ｔ ｎＥ ｇ ｅ ｒ ｇ， ｂ ｉ ｎ ｅ ｉ Ｔｃ ｎｌ ｙ ｉ ｊｎ３０ ０ ，ｈｎ ） ｓｈｏ ｎ ｒａｉ ｎ ｉ ｅ ｎ Ｈｅｅ ｉ ｒｔ ｏ ｅｈ ｏｏ ，Ｔ ｎｉ ０ ４ １Ｃ ｉａ ｏ ｆ ｏ ｎ ｉ Ｕ ｖ ｓｙｆ ｇ ａ
在 的 寄 生 电 阻 ， 补 偿 实 际 电 阻 消 耗 的 能 量 ， 电 路 维 持 简 并 使
质 量 。压 控 振 荡 器 的设 计 有 许 多 要 求 。 中 ， 位 噪 声 、 谐 其 相 调
范 围 以 及 功 耗 是 其 设 计 的 重 要 指 标 。在 压 控 振 荡 器 的设 计
中 ． 于 给 定 的 工 艺 ， 其 设 计 过 程 中参 数 指 标 存 在 折 中 的 对 对
关 系 ， 性 能 的压 控 振 荡 器 要 求 有 较 低 的相 位 噪 声 ， 好 频 高 较
谐 振 荡 。 图 １ｂ （ ）为 负 阻 单 元 ， 是 采 用 交 叉 耦 合 管 的 方 式 其 来 实 现 的 。Ｑｌ Ｑ 和 ２采 用 正 反 馈 的连 接 方 式 ， 两 个 晶体 管 从
（ 北 工 业 大 学 信 息 工程 学 院 ， 津 ３０ ０ ） 河 天 ０ ４ １ 摘 要 ：本 文 设 计 了一 个 应 用 于 高频 锁 相 环 （ Ｌ ） 统 的 负 阻 Ｌ ＰＬ 系 Ｃ压 控 振 荡 器 ， 传 统 Ｌ 压 控 振 荡 器基 础 上 ， 过 采 在 Ｃ 通
用二 次谐 波 滤 波 技 术 降 低 了振 荡 器 的相 位 噪 声 ， 完 成 了 电路 的 仿 真 。 仿 真 结 果 表 明 ， 压 控 振 荡 器 的振 荡 频 率 在 并 该 １ ． Ｇ ｚ 其 频 率 调 节 范 围 达到 ２ ０ＭＨｚ并 且 在 距 中心 频 率 １ＭＨ 处 其 相 位 噪 声 为一 ４ ． ５ｄ ｃ ｚ ． ２１ Ｈ ， ９ ０ ， ｚ １８８ Ｂ ／ 。 ２ Ｈ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈｓ ｐ ｐ ｒｄ ｓｇ ｓａ ｎ ｇ ｔ ｅ ｒ ｓｓａ ｃ Ｃ ｖ ｌ ｇ －ｏ ｔ ｌ ｄ ｏ ｃｌ ｔｒｆ ｒｈｇ － ｅ ｕ ｎ ｙ Ｐ Ｌ ｓ ｓｅ Ｂａ ｅ ｎ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｉ ａ ｅ ｅ ｉ ｎ ｅ ａｉ ｅ ｉ ｎ ｅ Ｌ ｏ ｔ ｅｃ ｎ ｒ ｌ ｓ ｉ ａｏ ｉｈ ｆ ｑ ｅ ｃ Ｌ ｙ ｔｍ． ｓ ｄ ｏ ｖ ｔ ａ ｏｅ ｌ ｏ ｒ