数字三阶锁相环的工作原理

锁相环工作原理

锁相环工作原理锁相环路是一种反馈电路，锁相环的英文全称是Phase-Locked Loop,简称PLL。

其作用是使得电路上的时钟和某一外部时钟的相位同步。

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。

在数据采集系统中，锁相环是一种非常有用的同步技术，因为通过锁相环，可以使得不同的数据采集板卡共享同一个采样时钟。

因此，所有板卡上各自的本地80MHz和20MHz时基的相位都是同步的，从而采样时钟也是同步的。

因为每块板卡的采样时钟都是同步的，所以都能严格地在同一时刻进行数据采集。

锁相环路是一个相位反馈自动控制系统。

它由以下三个基本部件组成：鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）。

锁相环的工作原理：1. 压控振荡器的输出经过采集并分频；2. 和基准信号同时输入鉴相器；3. 鉴相器通过比较上述两个信号的频率差，然后输出一个直流脉冲电压；4. 控制VCO，使它的频率改变；5. 这样经过一个很短的时间，VCO 的输出就会稳定于某一期望值。

锁相环可用来实现输出和输入两个信号之间的相位同步。

当没有基准（参考）输入信号时，环路滤波器的输出为零（或为某一固定值）。

这时，压控振荡器按其固有频率fv进行自由振荡。

当有频率为fR的参考信号输入时，uR 和uv同时加到鉴相器进行鉴相。

如果fR和fv相差不大，鉴相器对uR和uv进行鉴相的结果，输出一个与uR和uv的相位差成正比的误差电压ud，再经过环路滤波器滤去ud中的高频成分，输出一个控制电压uc，uc将使压控振荡器的频率fv（和相位）发生变化，朝着参考输入信号的频率靠拢，最后使fv= fR，环路锁定。

环路一旦进入锁定状态后，压控振荡器的输出信号与环路的输入信号（参考信号）之间只有一个固定的稳态相位差，而没有频差存在。

电网不平衡下三相锁相环研究

电网不平衡下三相锁相环研究1. 本文概述随着现代电力系统的快速发展，三相电力系统的不平衡现象日益凸显，对电力系统的稳定性和电能质量产生了严重影响。

为了解决这一问题，三相锁相环（ThreePhase PhaseLocked Loop, 3PPLL）作为一种有效的电力系统同步技术，受到了广泛关注。

本文旨在深入探讨电网不平衡条件下三相锁相环的工作原理、性能评估及优化策略，为提高三相电力系统的运行效率和稳定性提供理论依据和技术支持。

本文首先介绍了三相锁相环的基本原理，包括其数学模型和锁相机制。

随后，详细分析了电网不平衡对三相锁相环性能的影响，包括相位误差、频率偏移和稳态误差等方面。

在此基础上，本文提出了一种改进的三相锁相环结构，通过引入先进的控制策略和滤波技术，有效提高了锁相环在电网不平衡条件下的性能。

本文还通过仿真和实验验证了所提改进三相锁相环的有效性和优越性。

仿真结果表明，在电网不平衡条件下，所提锁相环具有更快的动态响应、更高的稳态精度和更强的鲁棒性。

实验结果进一步验证了仿真分析的结论，证明了所提改进三相锁相环在实际电力系统中的应用潜力。

本文对电网不平衡下的三相锁相环进行了全面研究，不仅分析了电网不平衡对锁相环性能的影响，还提出了一种有效的改进策略，并通过仿真和实验验证了其性能。

研究结果为三相电力系统的同步控制提供了新的思路和方法，对提高电力系统的运行效率和稳定性具有重要意义。

2. 电网不平衡的影响电网不平衡是一种常见的电力系统运行状态，它会对电力系统的稳定运行产生不利影响。

电网不平衡主要表现在三相电压或电流的不对称性上，这种不对称性可能由多种因素引起，如单相负载的接入、线路故障、发电机故障等。

（1）影响锁相精度：三相锁相环是依赖于三相电压或电流的对称性进行相位锁定的。

当电网出现不平衡时，三相电压或电流的对称性被破坏，导致锁相环难以准确锁定相位，进而降低系统的控制精度。

（2）增加系统振荡风险：电网不平衡可能导致系统出现负序和零序分量，这些分量会激发系统中的振荡模式，增加系统的不稳定性。

锁相环原理

锁相环原理一、锁相环是什么？锁相环是一种利用相位同步产生电压，去调谐压控振荡器以产生目标频率的负反馈控制系统。

锁相环就是通过负反馈控制系统，让压控振荡器的固有振荡频率fo 和输入的参考信号fi 的相位保持在误差允许范围内，从而让振荡频率fo达到和参考信号fi 同步相位频率的目的。

一般来说，参考信号fi 的信号特性更好，通过锁相系统提高振荡频率fo的信号特性，同时还可以将参考信号fi 转化为你想要的任意（最好整数倍）频率信号。

二、基本理论1.工作原理最基础的锁相环系统主要包含三个基本模块：鉴相器（Phase Detector：PD）、环路滤波器（L00P Filter：LF）其实也就是低通滤波器，和压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator：VCO）。

有了这三个模块的话，最基本的锁相环就可以运行了。

但我们实际使用过程中，锁相环系统还会加一些分频器、倍频器、混频器等模块。

（这一点可以类比STM32的最小系统和我们实际使用STM32的开发板）我们从锁相系统开始运行的那一刻进行分析，这个时候鉴相器有两个输入信号，一个是输入的参考信号Vin,另一个是压控振荡器的固有振荡信号Vout。

这个时候由于两个信号的频率不相同，会因为频差而产生相位差，如果不对压控振荡器进行任何操作，那么相位差会不断累积，从而跨越2Π角度，从零重新开始测相位，如图3所示。

这便是测量死区，明明相位在不断变大，但鉴相器只能测出0~2Π的范围，测出的相位差最大便是２Π，这样就导致了鉴相器的输出电压只能在一定的范围内波动。

理想状态是让这两个信号的相位差一直保持在2Π的范围内，不进入测量死区。

那么在系统刚开始的时候，鉴相器测出两个信号的相位差，将相位差时间信号转化为误差电压信号输出（具体转化过程见鉴相器讲解）。

通过环路滤波器转化为压控电压加到压控振荡器上，使压控振荡器的输出频率Vout逐步同步于输入信号Vin，直到两个信号的频率逐渐同步，相位差也在测量误差范围内，那么整个系统就稳定下来了。

锁相环的原理

锁相环的原理
锁相环是一种广泛应用于电子技术中的控制系统，它的原理是通过对输入信号进行频率和相位的调整，使得输出信号与参考信号保持同步。

锁相环的应用范围非常广泛，包括通信、雷达、测量、控制等领域。

锁相环的基本原理是将输入信号与参考信号进行比较，然后通过反馈控制来调整输出信号的频率和相位，使得输出信号与参考信号保持同步。

锁相环通常由相位检测器、低通滤波器、控制电路和振荡器等组成。

相位检测器是锁相环的核心部件，它的作用是将输入信号与参考信号进行比较，然后输出一个误差信号。

误差信号经过低通滤波器后，就可以得到一个控制信号，用来调整振荡器的频率和相位。

当输出信号与参考信号同步时，误差信号为零，此时锁相环达到稳定状态。

锁相环的应用非常广泛，其中最常见的应用是在通信系统中。

在数字通信系统中，锁相环可以用来对接收信号进行时钟恢复，从而保证数据的正确接收。

在模拟通信系统中，锁相环可以用来对信号进行解调和调制，从而实现信号的传输和接收。

除了通信系统，锁相环还广泛应用于雷达、测量和控制等领域。

在雷达系统中，锁相环可以用来对回波信号进行相位测量，从而实现目标的距离和速度测量。

在测量系统中，锁相环可以用来对信号进
行频率测量和相位测量，从而实现高精度的测量。

在控制系统中，锁相环可以用来对控制信号进行同步，从而实现高精度的控制。

锁相环是一种非常重要的控制系统，它的应用范围非常广泛。

通过对输入信号进行频率和相位的调整，锁相环可以实现信号的同步和控制，从而实现高精度的测量和控制。

随着科技的不断发展，锁相环的应用将会越来越广泛，为人类的生产和生活带来更多的便利和效益。

锁相环原理及使用

数学模型：
环
环
路
路
滤
滤
波
波
有
有
源
源
滤
滤
波
波
典型的锁相频率源的频谱图，从图中可以看到在环路带宽的附近有一个明显的峰起(Peaking)，这是由传递函数的特性决定的。由相位噪声的分析可知，在环内的相位噪声取决于参考晶振和鉴相器，环外的相位噪声主要取决于VCO。
相噪＝各部分器件的相噪传递函数
2、另外19款PLL
步进：25kHz，带宽1.5kHz，相位裕量：45°
3、ADF4154小数分频锁相源
fREF＝12.8MHz，带宽8kHz，相位裕量：45°
4、ADF4001参考时钟源步进：40kHz，VC-TCXO10MHz
环路滤波器
• 在选定参考信号、鉴相器以及VCO 的前提下，那么环路滤波器的设计对信号的指标就起着关键的作用。本公司通用的环路滤波器为无源三阶环，并在滤波器后加一个1μH的电感以防止其它高频信号的串扰。环路滤波器利用ADIsimPLL软件，采用相位裕量设计法，只要给定环路带宽和相位裕量就能设计环路滤波器。环路带宽一般取1/10-1/20 fRES，相位裕量30º ,一般取 -60º 45º 。需要说明的是，不应刻意拔高环路滤波器的作用。环路带宽和相位裕量只要在合理的范围之内，它是不会影响锁定的，但是会对锁定时间、相噪和杂散造成一定的影响。
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谢谢！欢迎提问。
锁相环原理及使用
• 锁相环(Phase Locked Loop，PLL)是一个相位负反馈环路，它利用标准的参考信号，通过改变分频比，从而可以方便地产生一系列高质量的频率。
• 使用频率最高的一个词：环路带宽

锁相环PLL的组成和工作原理

锁相环的组成和工作原理#11．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uD（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uC（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uD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uC（t）。

即uC（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，uc（t）为恒定值。

锁相环的基本原理和应用

锁相环的基本原理和应用1. 什么是锁相环锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种电路模块，其基本原理是通过对输入信号和参考信号的相位进行比较和调节，以使输出信号与参考信号保持稳定的相位差。

锁相环广泛应用于通信、测量、频率合成等领域，因其能够实现信号调频、时钟控制等功能而备受关注。

2. 锁相环的基本结构锁相环由相位比较器（Phase Comparator）、环路滤波器（Loop Filter）、振荡器（VCO）和分频器（Divider）组成。

其基本结构如下所示：•相位比较器：相位比较器用于比较输入信号和参考信号的相位差，并产生一个与相位差成正比的控制电压。

•环路滤波器：环路滤波器用于平滑相位比较器输出的控制电压，并将其转换成稳定的直流电压。

•振荡器：振荡器根据环路滤波器输出的控制电压来调节其输出频率，使其与参考信号频率保持一致。

•分频器：分频器将振荡器输出的信号进行频率分频，以产生一个与参考信号频率一致且稳定的输出信号。

3. 锁相环的工作过程锁相环的工作过程可以分为四个阶段：捕获（Capture）、跟踪（Track）、保持（Hold）和丢失（Lose）四个阶段。

•捕获阶段：在捕获阶段，锁相环通过不断调节VCO的频率，使其与参考信号频率逐渐接近，并将相位差逐渐减小。

•跟踪阶段：当锁相环的输出频率与参考信号频率相等时，进入跟踪阶段。

在该阶段，VCO的频率和相位与输入信号保持一致。

•保持阶段：在保持阶段，锁相环维持着与输入信号相同的相位和频率。

任何相位和频率的变化都会通过反馈回路进行补偿。

•丢失阶段：如果输入信号的频率超出锁相环的捕获范围，锁相环无法跟踪该信号，进入丢失阶段。

在该阶段，锁相环输出的信号频率与输入信号频率不一致。

4. 锁相环的应用锁相环在各个领域有着广泛的应用，下面列举几个常见的应用：•频率合成器：锁相环可以将稳定的参考频率合成为其他频率，广泛用于通信、雷达、测量等领域。

锁相环工作原理

锁相环工作原理锁相环路是一种反馈电路，锁相环的英文全称是Phase-Locked Loop,简称PLL。

其作用是使得电路上的时钟和某一外部时钟的相位同步。

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。

在数据采集系统中，锁相环是一种非常有用的同步技术，因为通过锁相环，可以使得不同的数据采集板卡共享同一个采样时钟。

因此，所有板卡上各自的本地80MHz和20MHz时基的相位都是同步的，从而采样时钟也是同步的。

因为每块板卡的采样时钟都是同步的，所以都能严格地在同一时刻进行数据采集。

锁相环路是一个相位反馈自动控制系统。

它由以下三个基本部件组成：鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）。

锁相环的工作原理：1. 压控振荡器的输出经过采集并分频；2. 和基准信号同时输入鉴相器；3. 鉴相器通过比较上述两个信号的频率差，然后输出一个直流脉冲电压；4. 控制VCO，使它的频率改变；5. 这样经过一个很短的时间，VCO 的输出就会稳定于某一期望值。

锁相环可用来实现输出和输入两个信号之间的相位同步。

当没有基准（参考）输入信号时，环路滤波器的输出为零（或为某一固定值）。

这时，压控振荡器按其固有频率fv进行自由振荡。

当有频率为fR的参考信号输入时，uR 和uv同时加到鉴相器进行鉴相。

如果fR和fv相差不大，鉴相器对uR和uv进行鉴相的结果，输出一个与uR和uv的相位差成正比的误差电压ud，再经过环路滤波器滤去ud中的高频成分，输出一个控制电压uc，uc将使压控振荡器的频率fv（和相位）发生变化，朝着参考输入信号的频率靠拢，最后使fv= fR，环路锁定。

环路一旦进入锁定状态后，压控振荡器的输出信号与环路的输入信号（参考信号）之间只有一个固定的稳态相位差，而没有频差存在。

基于数字鉴相器的三相锁相环设计

本文在分析同步旋转坐标变换的原理基础上，
提出实现全数字化相位跟踪检测的方法。最后通过矩阵实验室ＭＡＴＬＡＢ（ｔｉａｏａｏｙ）的定ＭａｒＬｂｒｔｒｘ点符号工具箱（ｉｅｏｎｏｂｘＦｘｄＰｉｔＴｏｌｏ）和Ｓｍｕｉｋｉｌｎ
之和输人电压的相位同步。
１１同步旋转坐标变换．
要求；同时，通过合理设计控制器参数，对零序和
负序分量、谐波、直流偏移也有较好的抑制能力。
收稿日期：２０ —５２，修回日期：２０ —７１０９０ —１０９０ —４
带来不容忽视的计算误差。
统，获得瞬时相位信息，提高计算和补偿基准，其
滤波和动态响应对提高有源电力滤波器性能至关重
要。存在电压畸变（谐波、频率突变、相位突如
变）以及三相不平衡情况下，锁相环必须能够准确
恶劣的有源电力滤波系统中口。它利用同步旋转坐］
将输入的三相电压信号和ＳＬＰＬ内部同步信号的相位差转变为直流量，经过低通滤波器后去控制压控
振荡器，从而调整系统内部信号的频率和相位，使
标变换检测角频率和相位信息，动静态特性较理想，能够满足有源电力滤波器实时检测基波相位的
地实现ｄＯ旋转坐标系与电网三相电压合成矢量ｑ的同步，必须综合三相电压的相位信息，采用三相软件同步的方法来实现相位同步，获取需要的基波

全数字锁相环原理及应用讲解

全数字锁相环原理及应用摘要：首先介绍全数字锁相环的结构，及各个模块的作用，接着讲述全数字锁相环的工作原理，然后介绍在全数字锁相环在调频和解调电路、频率合成器中的应用。

关键字：全数字锁相环数字环路鉴相器数字环路滤波器数字压控振荡器1.前言锁相环(PLL ，Phase Locked Loop 技术在众多领域得到了广泛的应用。

如信号处理，调制解调，时钟同步，倍频，频率综合等都应用到了锁相环技术。

传统的锁相环由模拟电路实现，而全数字锁相环(ADPLL ，All Digital Phase Locked Loop 与传统的模拟电路实现的PLL 相比，具有精度高且不受温度和电压影响，环路带宽和中心频率编程可调，易于构建高阶锁相环等优点，并且应用在数字系统中时，不需A/D 及D/A 转换。

随着通讯技术、集成电路技术的飞速发展和系统芯片的深入研究，全数字锁相环将会在其中得到更为广泛的应用。

2.全数字锁相环结构及原理图1 数字锁相环路的基本结构（1数字环路鉴相器（DPD ）数字鉴相器也称采样鉴相器，是用来比较输入信号与压控振荡器输出信号的相位，它的输出电压是对应于这两个信号相位差的函数。

它是锁相环路中的关键部件，数字鉴相器的形式可分为：过零采样鉴相器、触发器型数字鉴相器、超前—滞后型数字鉴相器和奈奎斯特速率取样鉴相器。

（2 数字环路滤波器（DLF ）数字环路滤波器在环路中对输入噪声起抑止作用，并且对环路的校正速度起调节作用。

数字滤波器是一种专门的技术，有各种各样的结构形式和设计方法。

引入数字环路滤波器和模拟锁相环路引入环路滤波器的目的一样，是作为校正网络引入环路的。

因此，合理的设计数字环路滤波器和选取合适的数字滤波器结构就能使DPLL 满足预定的系统性能要求。

（3 数字压控振荡器（DCO ）数控振荡器，又称为数字钟。

它在数字环路中所处的地位相当于模拟锁相环中的压控振荡器（VCO ）。

但是，它的输出是一个脉冲序列，而该输出脉冲序列的周期受数字环路滤波器送来的校正信号的控制。