模拟锁相陶瓷介质振荡器技术

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模拟锁相环实验报告

模拟锁相环实验报告锁相环（PLL）是一种常见的控制系统，它可以将输入信号的频率和相位与参考信号匹配，从而实现精确的信号同步和频率锁定。

本次实验旨在通过模拟锁相环的实验，了解PLL的基本原理和实现方式，并探究其在频率合成和时钟恢复等应用中的优势和局限性。

一、实验原理1.1 PLL的基本原理PLL由相频比较器、环形控制器、振荡器和分频器等组成。

其基本原理如下：（1）将参考信号和输出信号输入相频比较器，得到误差信号；（2）将误差信号输入环形控制器，控制其输出的控制电压；（3）将控制电压输入振荡器，控制其输出的频率和相位；（4）将振荡器的输出信号通过分频器分频后反馈给相频比较器，形成闭环控制。

通过不断比较和修正，PLL可以使输出信号的频率和相位与参考信号匹配，从而实现锁定。

1.2 实验器材本次实验采用的器材如下：信号发生器、示波器、多路开关、振荡器、计数器等。

1.3 实验步骤（1）将信号发生器产生的正弦波信号作为参考信号，通过示波器观测其频率和相位；（2）将信号发生器产生的方波信号作为输入信号，通过多路开关控制输入信号的频率和幅值；（3）将输入信号和参考信号输入相频比较器，得到误差信号；（4）将误差信号输入环形控制器，控制其输出的控制电压；（5）将控制电压输入振荡器，控制其输出的频率和相位；（6）将振荡器的输出信号通过分频器分频后反馈给相频比较器，形成闭环控制；（7）通过计数器观测输出信号的频率和相位，调整环形控制器的参数，使输出信号与参考信号匹配。

二、实验结果在实验过程中，我们先设置参考信号的频率为1KHz，通过示波器观测其频率和相位，然后将信号发生器产生的方波信号作为输入信号，进行频率和幅值的调节，使其与参考信号匹配。

在调节的过程中，我们观测到输出信号的频率和相位逐渐趋近于参考信号的频率和相位，最终实现了同步锁定。

然后，我们进一步测试了PLL在频率合成和时钟恢复等应用中的性能。

我们将输入信号的频率和幅值进行变化，观测输出信号的变化情况。

压控振荡器的设计与仿真

目录1 引言 (2)2 振荡器的原理 (5)2.1 振荡器的功能、分类与参数 (5)2.2 起振条件 (9)2.3 压控振荡器的数学模型 (10)3 利用ADS仿真与分析 (11)3.1 偏置电路的的设计 (12)3.2 可变电容VC特性曲线测试 (13)3.3 压控振荡器的设计 (15)3.4 压控振荡器相位噪声分析 (18)3.5 VCO振荡频率线性度分析 (23)4 结论 (24)致谢 (25)参考文献 (25)压控振荡器的设计与仿真Advanced Design System客户端软件设计电子信息工程（非师范类）专业指导教师摘要：ADS可以进行时域电路仿真，频域电路仿真以及数字信号处理仿真设计，并可对设计结果进行成品率分析与优化，大大提高了复杂电路的设计效率。

本论文运用ADS仿真软件对压控振荡器进行仿真设计，设计出满足设计目标的系统，具有良好的输出功率，相位噪声性能及震荡频谱线性度。

本论文从器件选型开始，通过ADS软件仿真完成了有源器件选型，带通滤波器选型，振荡器拓扑结构确定，可变电容VC特性曲线，瞬态仿真及谐波平衡仿真。

实现了准确可行的射频压控振荡器的计算机辅助设计。

关键字：压控振荡器，谐波平衡仿真，ADS1 引言振荡器自其诞生以来就一直在通信、电子、航海航空航天及医学等领域扮演重要的角色，具有广泛的用途。

在无线电技术发展的初期，它就在发射机中用来产生高频载波电压，在超外差接收机中用作本机振荡器，成为发射和接收设备的基本部件。

随着电子技术的迅速发展，振荡器的用途也越来越广泛，例如在无线电测量仪器中，它产生各种频段的正弦信号电压:在热加工、热处理、超声波加工和某些医疗设备中，它产生大功率的高频电能对负载加热;某些电气设备用振荡器做成的无触点开关进行控制;电子钟和电子手表中采用频率稳定度很高的振荡电路作为定时部件等。

尤其在通信系统电路中，压控振荡器(VCO)是其关键部件，特别是在锁相环电路、时钟恢复电路和频率综合器电路等更是重中之重，可以毫不夸张地说在电子通信技术领域，VCO几乎与电流源和运放具有同等重要地位。

锁相技术课件

一、概述
§6.3 频率合成
1. 概念
频率合成器是将一个高精确度和高稳定度的标准
参考频率，经过混频、倍频与分频等对它进行加、
减、乘、除的四则运算，最终产生大量的具有同样
精确度和稳定度的频率源。
2. 应用频率合成器在雷达、通信、遥控遥测、电视广
播和电子测量仪器等方面得到了广泛的应用。
《锁相技术》
第6章锁相环路的应用
于He (s)具有高通特性，只要在He (s) 的通带之内，
输出信号频偏正比于调制信号的幅度。----调频波
调相波：
2
(s)
He (s)
Ko s
sU F
(s)
对调制信号先微分再调频
2 (s) He (s)KoUF (s)
输出信号相位正比于调制信号的幅度。----调相波
《锁相技术》
第6章锁相环路的应用
音频信号调频，则输入瞬时频率为：
载频
i (t) c sin t
Δω为峰值频偏
当 0 时，i c ，所以实际是叠加到c 上的。
做出 H ( ji ) i 的关系图，就是环路对输入信号瞬时频率i 的振幅频率响应：
《锁相技术》
第6章锁相环路的应用
-3dB点
2c
① 具有带通滤波特性。带宽为 2c 。 ② 由于锁相环的跟踪性能，其中心频率可以跟踪输
fd
fo N V
fo N Vfr
①增加前置分频器，解决了输出频率高于程序分频
器的工作频率的问题，提高了输出频率范围。
《锁相技术》
第6章锁相环路的应用
②输出频率增量为Vfr ，频率分辨率降低了。
③如果保持原有的频率分辨率 fr ，需要使参考频率

锁相环pll原理与应用

锁相环pll原理与应用
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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。

微波频率合成技术-下

S
DRVCO－电调介质振荡器
在 DRO 的基础上，介质谐振器再与变容管耦合，实现 DRVCO 。变容管的引入，势必恶化 DRO的Q值，降低相位噪声。
并联反馈式
DRVCO－电调介质振荡器
介质振荡器与电调介质振荡器相位噪声对比
未加入变容管的介质振荡器相位噪声加入变容管后的介质振荡器相位噪声
－113.54dBc/Hz@10kHz
微波高稳定点频合成实现的主要手段是高次倍频方式和数字分频反馈锁相方式取样锁相： ¾ 结合了数字分频锁相和高次倍频的共同优点 ¾ 电路结构简单、倍频次数高、取样脉冲泄漏小，具有功耗、体积、重量小 ¾ 附加相噪极小，相噪较直接倍频更优越，近似为理论值（20lgN） ¾ 微波高稳定点频合成中最有生命力的产品之一
微波技术新进展
微波频率合成技术（下）
2008年
锁相介质振荡器 ——PLDRO
Phase-Locked Dielectric Resonator Oscillators
微波高稳定点频合成器的比较
微波高稳定点频合成实现的主要手段是高次倍频方式和数字分频反馈锁相方式高次倍频链： ¾ 优点：原理简单、技术成熟、稳定可靠、相位噪声相对较小。 ¾ 缺点：由于存在较多的倍频、放大、滤波环节，功耗、体积、重量较大，调试量也较大。同时由于热噪声及失谐等原因，使高次倍频器相位噪声在理论值基础上有较大的附加噪声
实际的取样鉴相器参数
典型的取样鉴相电路应用
3脚和5脚通过电阻接地形式
典型的取样鉴相电路应用
3脚和5脚接中频缓冲作用的射随器形式
脉冲取样锁相与一般的PLL差别
¾ 脉冲取样锁相：输出信号与参 nf = f r 0 考信号的n次谐波进行比相

陶瓷振荡器工作原理

陶瓷振荡器工作原理
陶瓷振荡器是一种电子元件，利用压电陶瓷材料产生机械振动，将其
转换为电信号，以实现精确的频率稳定。

其工作原理如下：
1.振荡器电路中加入压电陶瓷晶片或晶片组，经过外部电源的激励，
晶片被刺激产生机械振动。

2.由于机械振动的频率与晶片的物理特性相关，因此晶片的振动频率
相对稳定。

3.晶片振动产生电荷的变化。

电荷变化引发电压变化，在振荡回路中
形成反馈信号，促使振荡频率稳定、固定。

4.振荡回路中的电容、电阻等元件起到支撑、调节、过滤等作用。

其中，远离信号源的负反馈支路可以提高稳定性，减小频率漂移。

综上，陶瓷振荡器利用压电效应实现机械振动，并将其转换为电信号，通过回路反馈，维持其工作频率的稳定。

其优点为稳定性高、精度较高、
体积小、可靠性好。

广泛用于通信、计算机、控制、精密测试等领域。

《锁相技术》课件

采用高速的VCO和鉴相器可以加快环路的响应速度。
减小功耗的措施
采用低功耗的器件
如低功耗的VCO、鉴相器等。
优化电路设计
优化电路设计，降低功耗。
开启/关闭不必要的功能
在不需要时关闭某些功能，降低功耗。
01
锁相环路的测试与验证
测试方法与测试环境
测试方法
采用模拟信号源和频谱分析仪对锁相环路的性能进行测试。
感谢观看
THANKS
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
21世纪
随着通信技术的发展，锁相技术在移动通信、卫星通信等领
域得到广泛应用。
01
锁相环路的工作原理
锁相环路的组成
鉴相器（PD）
VCO（压控振荡器）
用于检测输入信号与输出信号的相位差。
用于产生可调频率的输出信号，通过电压控制其振荡频率。
环路滤波器（LF）
用于滤除鉴相器产生的误差电压中的高频分量，平滑输出电压。
锁相技术在其他领域的应用探索
要点一
总结词
要点二
详细描述
除了通信领域，锁相技术在其他领域也有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展，锁相技术的应用领域也在不断拓展。未来，锁相技术有望在雷达、导航、电子对抗、电力系统等领域得到广泛应用。例如，在雷达领域，锁相技术可以实现高精度、高稳定性的频率源，提高雷达的探测精度和距离分辨率；在电力系统领域，锁相技术可以用于实现电网的稳定运行和故障诊断等方面。
测试环境
在实验室条件下进行，确保测试结果的准确性和可靠性。
测试结果与分析
测试结果
锁相环路在低频和高频段均表现出良好的跟踪性能和噪声抑制能力。

锁相技术原理与应用-实验指导书

器。锁相环面板布局图参考附录一。
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时电阻 RT 接在 8 端，定时电容 CT 接在 9 端，振荡信号从 4 端输出。压控
振荡器的输出端 4 与鉴相器反馈输入端 5 是断开的，允许插入分频器来做
频率合成器。
对 LM565 而言，压控振荡器振荡频率可近似表示为：
压控灵敏度为：
K 0 50 f EC
式中 EC 是电源电压（双向馈电时则为总电压）。鉴相灵敏度为：
2
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电，力根通保据过护生管高产线中工敷资艺设料高技试中术卷资，配料不置试仅技卷可术要以是求解指，决机对吊组电顶在气层进设配行备置继进不电行规保空范护载高与中带资负料荷试下卷高问总中题体资，配料而置试且时卷可，调保需控障要试各在验类最；管大对路限设习度备题内进到来行位确调。保整在机使管组其路高在敷中正设资常过料工程试况中卷下，安与要全过加，度强并工看且作护尽下关可都于能可管地以路缩正高小常中故工资障作料高；试中对卷资于连料继接试电管卷保口破护处坏进理范行高围整中，核资或对料者定试对值卷某，弯些审扁异核度常与固高校定中对盒资图位料纸置试，.卷保编工护写况层复进防杂行腐设自跨备动接与处地装理线置，弯高尤曲中其半资要径料避标试免高卷错等调误，试高要方中求案资技，料术编试交写5、卷底重电保。要气护管设设装线备备置敷4高、调动设中电试作技资气高，术料课中并3中试、件资且包卷管中料拒含试路调试绝线验敷试卷动槽方设技作、案技术，管以术来架及避等系免多统不项启必方动要式方高，案中为；资解对料决整试高套卷中启突语动然文过停电程机气中。课高因件中此中资，管料电壁试力薄卷高、电中接气资口设料不备试严进卷等行保问调护题试装，工置合作调理并试利且技用进术管行，线过要敷关求设运电技行力术高保。中护线资装缆料置敷试做设卷到原技准则术确：指灵在导活分。。线对对盒于于处调差，试动当过保不程护同中装电高置压中高回资中路料资交试料叉卷试时技卷，术调应问试采题技用，术金作是属为指隔调发板试电进人机行员一隔，变开需压处要器理在组；事在同前发一掌生线握内槽图部内纸故，资障强料时电、，回设需路备要须制进同造行时厂外切家部断出电习具源题高高电中中源资资，料料线试试缆卷卷敷试切设验除完报从毕告而，与采要相用进关高行技中检术资查资料和料试检，卷测并主处且要理了保。解护现装场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。

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模拟锁相陶瓷介质振荡器技术
杨光，蒋国琼，董洪新，李宪军
（．营第７３厂，四川绵阳６１０；２四川长虹电器股份有限公司，四川绵阳６１０）１国８２００．２００
摘要：通过对模拟锁相频率源及传统方法实现的锁相频率源进行简要的分析比较，在分析取样鉴相器工作原理的基础上给出了模拟锁相ＣＯ的具体实现方案。点介绍了环路滤波电路及自Ｒ重动捕获电路的工作原理及参数设置，同时也给出了改进输出信号杂波抑制的方法。设计所得到的模拟锁相ＣＯ，相位噪声指标是采用一般的锁相方式难以获得的。实测表明模拟锁相ＣＯＲ其Ｒ的相位噪声较低，输出频率３ＧｚＨ，相位噪声可以达到≤一１Ｂ／ｚ０ｋｚ１５ｄｃＨ＠１Ｈ，杂波抑制指标也有一定的
ｒｓｌｏｅｐｏｏｅｃｅｄｃｔｄｔａｅｐａｅｎｉｅｏｎｌｇｐａｅｌｃｅＲＯｗｓｅｙｌｗｗｔｅｕｔｆｈｒｐｓｄｓｈｍｅｉｉａｅｈｔｈｈｓｏｓｆａｏｈｓ－ｋｄＣａｒ（ｉｔｎｔａｏｖｏｈ
第８卷第２期
２１００年４月
信息与电子工程
ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＡＮＤＥＬＴＲＯＮＩＥＣＣＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏ１８．．Ｎｏ．２
Ａｐ．，０１ｒ２０
文章编号：１７－８２２１）２０６ —４６２２９（０００－１９０
ＹＡＮＧＧｕｎＩａｇ，ＪＡＮＧＧｕ — ｉｎｏｑｏｇ，ＤＯＮＧＨｏｇｘｎ，Ｌａ－ｕｎ－ｉＩｎｊｎＸｉ
（．ｔｔ—ａｌ７３ｆｃｏｙ，ＭｉｎａｇＳｃｕｎ６１０１ＳａｅｔｌＮＯ．８ａｔｒａｙｎｉｈａ２００，Ｃｈｎ；２Ｃａｇｏｇｅｅｔｉ．ｔ．ｉａ．ｈｎｈｎｌｃｒｃＣｏ，Ｌｄ，ＭｉｎａｇＳｃｕｎ６１０ａｙｎｉｈａ２００，Ｃｉａｈｎ）
优势，可以达到优于一０ｄｃ７Ｂ。
关键词：模拟锁相；取样鉴相；压控振荡器；环路滤波器中图分类号：Ｔ５Ｎ７２文献标识码：Ａ
Ａｎｌｇｐａｅ１ｃｅｅａｃｒｓｎｔｒｏｃｌａｏｓａｏｈｓ．ｏｋｄｃｒｍｉｅｏａｏｓｉｌｔｒ
ｐａｅｌｃｅｈｓ－ｏｋｄＣＲＯ，ｗｅｅｄｆｉｕｔｔｅｏｔｉｅｓｎｅｅａｈｓ－ｏｋｄｍｅｈｄ．Ｔｅｐｒｃｉｌｔｓｒｉｆｃｌｏｂｂａｎｄｕｉｇｇｎｒｌｐａｅｌｃｅｔｏｓｈａｔｃａｅｔ
Ｏｃｌｔｒ（ＲＯｅｈｏｏｙｂｓｄｏｏ — ｈｓｏｓ，ｈｇ－ｌｔｒｓｐｒｓｉｎｔｃｎｑｅ．ｈｎｌｇｓｉａｏｓＣ）ｔｃｎｌｇａｅｎｌｗｐａｅｎｉｅｉｈｃｕｔｕｐｅｓｏｅｈｉｕｓＴｅａａｏｌｅ
ｄｔｃｏ，ａｍｐｅｎａｉｎｓｈｍｅｆｒｔａａｏ ห้องสมุดไป่ตู้ ａｅｌｃｅＣＲＯｅｅｔｒｎｉｌｍｅｔｔｏｃｅｏｈｅｎｌｇｐｈｓ —ｏｋｄｗａｒｐｓｄｓｐｏｏｅ．Ｈｉｈｉｈｉｇｔｇｌｇｔｎｈｅｏｅａｉｇｐｉｃｐｅａｄｐｒｍｅｅｓｓｔｉｇｏｏｉｔｒｃｒｕｔａｄｔｅａｔ — ａｔｒｉｃｉ，ａｍｅｈｄｗａｐｒｔｎｒｎｉｌｎａａｔｒｅｔｎｆｌｐｆｌｅｉｃｉｎｈｕｏｃｐｕｅｃｒｕｔｔｏｓｏｇｖｎｔｍｐｏｅｔｅｏｔｔｓｇｌｓｕｉｕｕｐｅｓｏＴｈａｅｎｉｅｉｉａｏｓｏｈｅｄｓｇｅｎｌｇｉｅｏｉｒｖｈｕｐｕｉｎａｐｒｏｓｓｐｒｓｉｎ．ｅｐｈｓｏｓｎｄｃｔｒｆｔｅｉｎｄａａｏ
ｍｅｈｄ，ｗｅｅｃｍｐｒｄａｄａａｙｅＢａｅｎｔｅａａｙｉｆｔｅｗｏｋｎｒｎｉｌｆｓｍｐｉａｅｔｏｓｒｏａｅｎｎｌｚｄ．ｓｄｏｈｎｌｓｓｏｈｒｉｇｐｉｃｐｅｏａｌｎｇｐｈｓ
Ａｂｓｒｃｔａｔ：Ｔｈｓｓｕｙｒｓａｃｅａａａｙｅｔｅａａｏｐｓ．ｏｋｄＣｅａｃＲｅｏｔｒｉｔｄｅｅｒｈｄｎｄｎｌｚｄｈｎｌｇｈａｅ１ｃｅｒｍｉｓｎａｏ
ｐａｅ・ｃｅｆｅｕｎｙｏｒｅｎｄｈｐｓ－ｏｋｄｒｑｅｃｓｕｃｉｌｍｅｔｄｙｒｄｉｉｎａｈｓ・ｏｋｄｒｑｅｃｓｕｃａｔｅｈａｅ－ｃｅｆｅｕｎｙｏｒｅｍｐｅｎｅｂｔａｔｏｌｌｌ