当前位置：文档库 › 锁相环电路设计

锁相环电路设计

锁相环电路设计：让你的电路更稳定

锁相环（PLL）电路是一种常用的控制电路，可以用来实现频率合成、时钟与信号恢复等功能。在电子设备中，PLL电路的使用非常广泛，因为它能够使电路的频率更加精确、稳定，使电路的性能更优秀。本

文将介绍PLL电路的基本原理、设计方法和应用技巧。

一、PLL电路的基本原理

PLL电路的基本构成包括：相锁环（Phase-Locked Loop，PLL）模块、反馈电路和指令电路。根据反馈信号的不同，又可以将PLL电路

分为：模拟PLL和数字PLL两类。

模拟PLL是指使用模拟电路实现的PLL电路，适用于处理频率较低、波形较简单的信号。数字PLL是把PLL电路中的关键部分数字化，使用数字处理技术实现PLL电路，适用于对高速、复杂信号的处理。

PLL电路的基本原理是通过比较两个不同频率的信号，调节反馈电路的传递函数，使输出信号与参考信号保持同步，最终达到同步稳定

的效果。

二、PLL电路的设计方法

设计PLL电路时需要注意以下几点：

1. 选择适合的锁相范围

锁相范围一般是指锁相环能够自动跟踪的信号频率范围。选择适

合的锁相范围可以使PLL电路更加灵活、稳定。

2. 选择适合的环路带宽和相位裕度

环路带宽是锁相环的工作频带范围，它决定了PLL电路的速度和

稳定性。相位裕度是指锁相环输出信号相位与参考信号相位的差值，

它直接影响锁相环的稳定性。选择适合的环路带宽和相位裕度可以使PLL电路更加稳定、可靠。

3. 选择合适的滤波器

为了降低PLL电路输出信号中的噪声和抖动，需要在反馈电路中

添加合适的滤波器。选择合适的滤波器可以使PLL电路的性能更加优秀。

三、PLL电路的应用技巧

1. 尽量避免信号功率幅度过大或过小

PLL电路对信号功率幅度很敏感，过大或过小的信号功率都会对

PLL电路的稳定性产生不良影响。因此，在设计和应用时，应尽量避免信号功率偏离正常值。

2. 注意环路稳定性

PLL电路不同于普通反馈电路，它需要有信号的引导才能正常工作。因此，需要对PLL电路的环路稳定性进行严格的检测和分析，确保其

稳定性和可靠性。

3. 注意相位噪声

PLL电路中的相位噪声对于信号质量的影响非常大。因此，在设计和应用中，需要注意减少PLL电路的相位噪声，以保证输出信号质量。

总之，PLL电路是一种功能强大、使用广泛的控制电路，能够使电路的频率更加精确、稳定。在设计和应用中，需要注意选择适合的锁

相范围、环路带宽和相位裕度，以及注意信号功率幅度、环路稳定性

和相位噪声等问题。只有做好这些方面的工作，才能使PLL电路发挥

更佳的性能，让你的电路更加稳定。

锁相环电路设计

锁相环的原理 2007-01-23 00:24 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：

锁相环电路

手机射频部分的关键电路----锁相环电路锁相坏电路是一种用来消除频率误差为目的反馈控制电路，目前市场销售的手机基本上都是采用这种电路来控制射频电路中的压控振荡器。使其输出准确稳定的振荡频率。如锁相坏(PLL)电路出现故障将导致本振的频率输出不准确，则导致手机无信号。目前通信终端设备中对频率的稳定采用的是频率合成CSYN技术。频率合成的基本方法有三种：第一种直接频率合成；第二种锁相频率合成(PLL)；第三种直接数字频率合成(DDS)。由于锁相频率合成技术在电路设计方面(简单)，成本方面控制灵敏度方面，频谱纯净度方面等。都要胜于直接频率合成，与直接数字频率合成。所以被移动通信终端设备广范采用。它在手机电路中的作用是控制压控振荡器输出的频率，相位与基准信号的频率，相位保持同步。锁相坏电路的构成与工作原理： 1、构成：它是由鉴相器(PD)低通滤波器(LPF) 压控振荡器(VCO)三部分组成。鉴相器：它是一个相位比较器。基准频率信号和压控振荡器输出的取样频率在其内部进行相位比较，输出误差电压。低通滤波器：是将鉴相器输出的锁相电压进行滤波，滤除电流中的干扰和高频成分。得到一个纯净的直流控制电压。压控振荡器：产生手机所要的某一高频频率。（注：SYNEN、SYNCLK、SYNDATA来自CPU控制分频器，对本振信号进行N次分频）。当VCO产生手机所须的某一高频频率。一路去混频管，另一路反馈给锁相环，中的分频器进行N次分频。在这里为什么要进行N次分频呢？首先要说明一下基准频率与VCO振荡取样频率在鉴相要满足3个条件。 ①频率相同。②幅度相同。③相位不同。为了满足鉴相条件，所以在电路中设置了分频器。VCO振荡频率取样信号送入分频器完成N次分频后，得到一个与基准频率相位不同，但频率

锁相环电路设计

锁相环电路设计 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

锁相环电路设计

锁相环电路设计锁相环电路是一种常见的电路设计，它可以用于频率合成、时钟恢复、数字信号处理等领域。锁相环电路的基本原理是通过比较输入信号和参考信号的相位差，控制输出信号的频率和相位，使其与参考信号同步。本文将介绍锁相环电路的基本原理、设计流程和应用。一、锁相环电路的基本原理锁相环电路由相位检测器、环路滤波器、控制电压源和振荡器四部分组成。其中，相位检测器用于检测输入信号和参考信号的相位差，环路滤波器用于滤波和放大控制电压，控制电压源用于产生控制电压，振荡器用于产生输出信号。锁相环电路的工作原理如下：首先，输入信号和参考信号经过相位检测器比较，得到相位差。然后，相位差经过环路滤波器滤波和放大，产生控制电压。控制电压作用于振荡器，调整其频率和相位，使其与参考信号同步。最后，输出信号经过除频器输出所需频率。二、锁相环电路的设计流程锁相环电路的设计流程包括以下几个步骤： 1. 确定输入信号和参考信号的频率范围和精度要求。 2. 选择合适的相位检测器和环路滤波器，根据输入信号和参考信号

的特性确定其参数。 3. 选择合适的振荡器，根据输出信号的频率和精度要求确定其参数。 4. 设计控制电压源，根据环路滤波器的特性确定其参数。 5. 进行仿真和实验验证，调整参数，优化电路性能。三、锁相环电路的应用锁相环电路广泛应用于频率合成、时钟恢复、数字信号处理等领域。以下是几个典型的应用案例： 1. 频率合成器：锁相环电路可以将参考信号的频率倍频或分频，产生所需的输出频率。 2. 时钟恢复器：锁相环电路可以从输入信号中恢复时钟信号，用于数字通信系统中的时钟同步。 3. 数字信号处理：锁相环电路可以用于数字信号的相位同步和频率同步，提高信号质量和可靠性。四、总结锁相环电路是一种常见的电路设计，其基本原理是通过比较输入信号和参考信号的相位差，控制输出信号的频率和相位，使其与参考信号同步。锁相环电路的设计流程包括确定输入信号和参考信号的

电路中的数字锁相环设计与分析

电路中的数字锁相环设计与分析随着数字电路技术的发展，数字锁相环（Digital Phase Locked Loop，简称DPLL）被广泛应用于通信、控制、计算机处理器和其他重要的应用场景中。DPLL是一种用于生成一个稳定频率和相位的电路，常用于将输入信号与参考信号相位对齐。本文将介绍数字锁相环的基本原理、设计和分析方法。一、DPLL基本原理 DPLL主要包含两个模块：相位检测器（Phase Detector，PD）和数字控制振荡器（Numerically Controlled Oscillator，NCO）。PD用于比较输入信号与参考信号的相位差异，产生输出信号，其中PD的输入信号要么是信号源本身的时间基准（比如晶振），要么是由信号源提供的参考信号。NCO根据PD的输出信号控制输出频率和相位，使NCO 的输出信号与PD的输出信号相位差尽可能地接近0。在DPLL的工作中，PD一般实现采用模左乘法，变化范围为±1。即，如果PD的输入信号与参考信号相位差为负，则输出-1；如果相位差为正，则输出+1。 NCO的基本功能是产生一个基准频率，并通过一个数字加法器对该频率进行相位修正。NCO的输出频率通过调节一个计数器的计数速度来控制。计数器的速度由一个数字控制字（Digital Control Word，DCW）控制，DCW的变化会改变NCO的输出频率和相位。二、DPLL设计与分析

DPLL的性能与PD的阶数、工作频率、参考信号的噪声、NCO的分辨率等因素有关，因此设计好的DPLL需要进行仿真和分析。以下是DPLL设计与分析的基本步骤： 1. 确定PD的阶数 PD的阶数一般越高，DPLL的追踪和抑制性能越好，但所需要芯片面积、功耗、成本等也会相应增加。因此需根据实际需求进行选择。 2. 确定参考频率和工作频率参考频率应该尽可能的稳定和精确。工作频率与参考频率的比例决定了NCO的分辨率和相位精度。一般而言，工作频率为参考频率的倍频较为合适。 3. 确定NCO的分辨率和计数器位数 NCO的分辨率和计数器位数直接影响到DPLL的性能。分辨率和计数器位数越高，DPLL的输出频率和相位精度越高，但需要的芯片面积、功耗、成本也会相应增加。 4. 仿真和分析完成DPLL的设计后，需要进行仿真和分析。可使用C语言或VHDL语言编写程序，并通过相应的工具进行仿真和分析。常见的指标包括追踪范围、锁定时间、稳定性、抑制比、相位误差等。

锁相环电路设计和调试

锁相环电路设计和调试 1．锁相环的设计的起因：这个电路设计的初衷就是为了我项目中的DDS电路提供可选的时钟输入。因为我选用的DDS电路本身自带有内部的倍频器，其实现的方法就是内部的锁相环。开始我一位内部的锁相环会比我自己外部设计性能更好，但是后来查到AD的技术资料，发现内部的锁相环的性能并不是达到很好的配置，仔细一想，也是这样的，因为外部的环路滤波器的配置对于任意的频率都如此，显然没有经过精心设计的更加有效果。鉴于上面分析的原因，我把采用锁相环提供时钟作为一项可选的优化方案。再有一个原因，就是大学的时候采用的锁相环，到最后也没有调好，所以对这件事情还是老放不下，所以想借此机会完善一下这个过程。 2．锁相环的设计过程：整个设计过程，比起dds电路来说，时间是非常的短的。原因之一就是整个PLL的设计就是一个芯片实现。比大学的PLL要简单一些。再有就是，这个毕竟不是项目的重点，而是一个改进方案。电路板采用两层板设计，环路滤波器在背板设计。环路滤波器的设计采用AD公司的ADSIMPLL。开始的供电设计，由于电路板的走线上比较困难，所以采用多处引线的方法。后来调试过程中发现，这样做是在是太麻烦，也比较危险，因为万一出现加反电，或加错电压就危险了。所以我建议以后做电路时，采用通用的便携式的变压器插头，这样调试起来就非常的简单了，不用再依赖于庞大的稳压电源了，而且绝对不会出现危险。调试时发现电路中的测试点对于测试非常的方便，对于地，可以留两个焊盘，然后安装弧形的金属勾，这样对于采用示波器测试是非常方便的，可以很方便的用小架子加上。再有就是安装孔的问题，内径为3mm的安装空可以采用通用的八角螺母进行固定，这样对于调试和焊接，即方便有安全。在一个就是SMA接头到底是选朝上的还是侧面的，其实再对于空间和对接口电路要求来考虑。在PCB 中间的接头肯定是选朝上的。如果没有别的要求，在电路板的边上的信号尽量采用侧面的接头。调节电流在技术资料上说是典型为50uA,最大值为100uA.我采用的是50K的电位器调节。25K*50uA=1.25V。显然由于输入的变化造成输出的变化是一定的。建议以后采用值比较小的电阻或电位器。 3．锁相环的调试过程：真正是调试才能发现设计中的问题。太哦是工程的第一件就是先调节电源电路。在电电原的调试过程中，我发

锁相环电路设计

锁相环电路设计：让你的电路更稳定锁相环（PLL）电路是一种常用的控制电路，可以用来实现频率合成、时钟与信号恢复等功能。在电子设备中，PLL电路的使用非常广泛，因为它能够使电路的频率更加精确、稳定，使电路的性能更优秀。本文将介绍PLL电路的基本原理、设计方法和应用技巧。一、PLL电路的基本原理 PLL电路的基本构成包括：相锁环（Phase-Locked Loop，PLL）模块、反馈电路和指令电路。根据反馈信号的不同，又可以将PLL电路分为：模拟PLL和数字PLL两类。模拟PLL是指使用模拟电路实现的PLL电路，适用于处理频率较低、波形较简单的信号。数字PLL是把PLL电路中的关键部分数字化，使用数字处理技术实现PLL电路，适用于对高速、复杂信号的处理。 PLL电路的基本原理是通过比较两个不同频率的信号，调节反馈电路的传递函数，使输出信号与参考信号保持同步，最终达到同步稳定的效果。二、PLL电路的设计方法设计PLL电路时需要注意以下几点： 1. 选择适合的锁相范围

锁相范围一般是指锁相环能够自动跟踪的信号频率范围。选择适合的锁相范围可以使PLL电路更加灵活、稳定。 2. 选择适合的环路带宽和相位裕度环路带宽是锁相环的工作频带范围，它决定了PLL电路的速度和稳定性。相位裕度是指锁相环输出信号相位与参考信号相位的差值，它直接影响锁相环的稳定性。选择适合的环路带宽和相位裕度可以使PLL电路更加稳定、可靠。 3. 选择合适的滤波器为了降低PLL电路输出信号中的噪声和抖动，需要在反馈电路中添加合适的滤波器。选择合适的滤波器可以使PLL电路的性能更加优秀。三、PLL电路的应用技巧 1. 尽量避免信号功率幅度过大或过小 PLL电路对信号功率幅度很敏感，过大或过小的信号功率都会对 PLL电路的稳定性产生不良影响。因此，在设计和应用时，应尽量避免信号功率偏离正常值。 2. 注意环路稳定性 PLL电路不同于普通反馈电路，它需要有信号的引导才能正常工作。因此，需要对PLL电路的环路稳定性进行严格的检测和分析，确保其稳定性和可靠性。

cmos集成锁相环电路设计

cmos集成锁相环电路设计一、前言现代电子工业的发展需要各种基础电路的不断提升和改进，其中锁相环电路是一项关键的技术。CMOS集成锁相环电路设计是一种高性能的电路设计，具有很强的抗干扰能力和工作稳定性。本文将围绕着CMOS集成锁相环电路设计展开。二、CMOS电路概述 CMOS电路是现代电子工业中的重要部分，它可以实现数字、模拟和混合信号的处理。CMOS电路主要包括nMOS、pMOS和CMOS电路。其中nMOS电路是指只含有nMOS管的电路，pMOS电路是指只含有pMOS管的电路，CMOS电路是指同时含有nMOS和pMOS管的电路。 CMOS电路的特点是低功耗、高可靠性、小尺寸、低噪声等，这些特点使得CMOS电路在现代电子工业中占据了非常重要的地位。三、CMOS集成锁相环电路设计锁相环电路是一种控制系统，可以将输入信号和参考信号锁定在一起。锁相环电路主要由比例放大器、相位检测器、低通滤波器和VCO（电压控制振荡器）组成。

CMOS集成锁相环电路设计是在CMOS工艺基础上实现的锁相环电路设计，具有更加高效、可靠、精确的特点。在CMOS集成锁相环电路设计中，采用了高速CMOS的工艺，使得锁相环电路在工作过程中的转速更快、精度更高并且功耗更低。在CMOS集成锁相环电路设计中，需要注意时钟的稳定性、抗干扰能力和响应速度。同时，设计者需要合理选择电路拓扑结构、调整电气参数和储存元件，使得整个电路在工作中更加稳定和可靠。四、总结本文围绕着CMOS集成锁相环电路设计展开，首先介绍了CMOS电路的概述，然后详细讲述了CMOS集成锁相环电路的设计原理和注意事项。CMOS集成锁相环电路设计具有非常高的可靠性和精度，对于现代电子工业的发展具有非常重要的意义。

锁相环的设计

1、模块介绍 1.1 锁相环路基本工作原理图6-1 锁相环路的基本组成框架鉴相器（PD ）：用以比较i u 、o u 相位，输出反映相位误差的电压()D u t 。环路滤波器（LF ）：用以滤除误差信号中的高频分量和噪声，提高系统稳定性。压控振荡器（VCO ）：在()C u t 控制下输出相应频率o f 。图6-2 o U 与i U 的频率和相位之间的关系两个正弦信号的频率和相位之间的关系如图6-2所示，若能保证两个信号之间的相位差恒定，则这两个信号的频率必相等。若i o ωω≠，则称电路处于失锁状态，()i u t 和()o u t 之间产生相位变化，鉴相器输出误差电压()D u t ，它与瞬时误差相位成正比，经过环路滤波，滤除了高频分量和噪声而取出缓慢变化的电压()C u t ，控制VCO 的角频率o ω，去接近i ω。最终使 i o ωω=，相位误差为常数，环路锁定，这时的相位误差称为剩余相位误差或稳态相位误差。

1. 2 锁相环路的相位模型及性能分析一、鉴相器(PD) 设压控振荡器的输出电压为 [])(cos )(o 0o om o t t U t u ?ω+= ωo0 是压控振荡器未加控制电压时固有振荡角频率， ?o(t)是以ωo0为参考的瞬时相位，环路输入电压为)sin()(i im i t U t u ω=，其相位可改写为)()(i o0o0i o0i t t t t t ?ωωωωω+=-+=，则()i u t 与()o u t 之间的瞬时相位差为)()()(o i e t t t ???-=，设鉴相器具有正弦鉴相特性，则[])(sin )(e d D t A t u ?=。二、压控振荡器(VCO) 在c u = 0 附近，控制特性近似线性： o o 0o c ()()t A u t ωω=+ o rad /(s ) A V ?式中，是控制灵敏度（增益系数），单位可见压控振荡器是一个理想的积分器，将积分符号用微分算子p =d/d t 的倒数表示，则得 )()(c o o t u p A t = ? 1. 3 集成锁相环路按电路构成分类，继承锁相环分为模拟锁相环和数字锁相环；按用途分类，集成锁相环分为通用PLL 和专用PLL 。

锁相环设计

锁相环设计锁相环路(PLL)通常由鉴相器(PD)、环路滤波器(LP)、压控振荡器(VCO)和可编程分频器组成，外部晶体振荡器经R分频产生的参考频率与VCO的输出频率经N分频后，在鉴相器中相位比较，产生误差控制电压，经环路滤波器滤除高频分量和噪声后，控制VCO产生所需振荡频率。图1 锁相环的基本框图锁相环路(PLL)和AGC电路一样，也是一种反馈控制电路。它是一个相位误差控制系统，是将参考信号与输出信号之间的相位进行比较，产生相位误差电压来调整输出信号的相位，以达到与参考信号同频率的目的，从而实现了对信号的频率漂移进行跟踪。在达到同频率的状态下，两个信号之间的稳定相差亦可做得很小。下面介绍锁相环工作的大致过程：鉴相器是个相位比较装置。它把输入信号和压控振荡器的输出信号Uo(t)的相位进行比较，产生对应于两个信号相位差的误差电压Ue(t)。环路滤波器的作用是滤除误差电压、Ue(t)中的高频成分和噪声，以保证环路所要求的性能，增加系统的稳定性。压控振荡器受环路滤波器输出电压Uo(t)的控制，使振荡频率向参考频率靠拢，二者的差拍频率越来越低，使两者的频率相同、保持一个较小的剩余相差直至消除频差而锁定为止。在环路开始工作时，如果输入信号频率与压控振荡器频率不同，则由于两信号之间存在固有的频率差，它们之间的相位差就会一直变化，结果鉴相器输出的误差电压就在一定范围内变化。在这种误差电压的控制下，压控振荡器的频率也在变化。所以，锁相就是压控振荡器被一个外来基准信号控制，使得压控振荡器输出信号的相位和外来基准信号的相位保持某种特定关系，达到相位同步或相位锁定的目的。若压控振荡器的频率能够变化到与输入信号频率相等，在满足稳定性条件下就在这个频率上稳定下来。达到稳定后，输入信号和压控振荡器输出信号之间的频差为零，相差不再随时间变化，误差电压为一固定值，这时环路就进入“锁定”状态。这就是锁相环工作的大致过程。下面以美国国家半导体公司的锁相芯片LMX2326进行说明。

全数字锁相环的设计

全数字锁相环的设计锁相环(PLL)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(DPLL)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(SoC)的深入研究，DPLL必然会在其中得到更为广泛的应用。这里介绍一种采用VERILOG硬件描述语言设计DPLL的方案。 DPLL结构及工作原理一阶DPLL的基本结构如图1所示。主要由鉴相器、K变模可逆计数器、脉冲加减电路和除N计数器四部分构成。K变模计数器和脉冲加减电路的时钟分别为Mfc和2Nfc。这里fc是环路中心频率，一般情况下M和N都是2的整数幂。本设计中两个时钟使用相同的系统时钟信号。图1 数字锁相环基本结构图鉴相器常用的鉴相器有两种类型：异或门(XOR)鉴相器和边沿控制鉴相器(ECPD)，本设计中采用异或门(XOR)鉴相器。异或门鉴相器比较输入信号Fin相位和输出信号Fout相位之间的相位差Фe=Фin-Фout，并输出误差信号Se作为K变模可逆计数器的计数方向信号。环路锁定时，Se为一占空比50%的方波，此时的绝对相为差为90°。因此异或门鉴相器相位差极限为±90°。异或门鉴相器工作波形如图2所示。

图2 异或门鉴相器在环路锁定及极限相位差下的波形 K变模可逆计数器 K变模可逆计数器消除了鉴相器输出的相位差信号Se中的高频成分，保证环路的性能稳定。K变模可逆计数器根据相差信号Se来进行加减运算。当Se为低电平时，计数器进行加运算，如果相加的结果达到预设的模值，则输出一个进位脉冲信号CARRY给脉冲加减电路；当Se为高电平时，计数器进行减运算，如果结果为零，则输出一个借位脉冲信号BORROW给脉冲加减电路。脉冲加减电路脉冲加减电路实现了对输入信号频率和相位的跟踪和调整，最终使输出信号锁定在输入信号的频率和信号上，工作波形如图3所示。图3 脉冲加减电路工作波形除N计数器

采用VHDL设计的全数字锁相环电路设计

采用VHDL设计的全数字锁相环电路设计叙述了全数字锁相环的工作原理,提出了应用VHDL 技术设计全数字锁相环的方法,并用复杂可编程逻辑器件CPLD 予以实现,给出了系统主要模块的设计过程和仿真结果。 0 引言全数字锁相环(DPLL) 由于避免了模拟锁相环存在的温度漂移和易受电压变化影响等缺点。从而具备可靠性高、工作稳定、调节方便等优点。在调制解调、频率合成、FM立体声解码、图像处理等各个方面得到广泛的应用。随着电子设计自动化(EDA) 技术的发展,采用大规模可编程逻辑器件(如CPLD 或FPGA) 和VHDL 语言来设计专用芯片ASIC 和数字系统,而且可以把整个系统集成到一个芯片中,实现系统SOC ,构成片内锁相环。下面介绍采用VHDL技术设计DPLL 的一种方案。 1 DPLL 的基本结构全数字锁相环结构框图如图1 所示, 由数字鉴相器、数字环路滤波器和数控振荡器3 部分组成。 '0') ; end if ; else if cq > 0 then cq '0') ; end if ;

end if ; end process ; process (en ,j ,cq ,k) begin if en = '1'then if j = '0'then f cq = k then cao1 图4 变模可逆计数器(取k = 24) 的仿真波形图 2. 3 数控振荡器的设计数控振荡器由加/ 减脉冲控制器和除N 计数器组成的。加/ 减脉冲控制器其实是一个增量—减量计数器式DCO。它和环路滤波器连用。如果在环路滤波器无进位、错位的时候,加/ 减脉冲控制器对时钟2NFo 进行二分频。当加/ 减脉冲控制的增量输入端( I = 1) 输入一个进位脉冲时, 输出脉冲中通过该计数器内部加上一个时钟脉冲。反之,当加/ 减脉冲控制的减量输入端( D = 1) 时输入一个借位脉冲输出脉冲中就减去一个时钟脉冲。因此通过借位和进位脉冲可以使输出频率得到改变, 输出频率能被进位和借位脉冲的最高频率控制在一个给定的范围内。加/ 减脉冲控制器由D 触发器和J K 触发器构成,根据功能分析,可以设计出相应的VHDL 程序。其运行后仿真波形如图 5 所示:

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

大型集成电路中的锁相环设计与应用研究

大型集成电路中的锁相环设计与应用研究在当今的电子科技发展中，大型集成电路（Integrated Circuit，简称IC）已经成为了电子技术领域中不可或缺的一部分。它们能够将多个电子元件和电路集成在一个芯片上，从而提高了电路的功能性、可靠性和集成度。而锁相环技术则是其中一项涉及的重要技术之一，具有诸多广泛的应用。本文将重点探讨大型集成电路中锁相环设计与应用的研究情况。一、锁相环的基本原理锁相环（Phase Locked Loop，简称PLL）是一种重要的时钟和信号处理技术，它可将一个可变频率输入信号与一个参考信号进行锁定和跟踪。而实现PLL的关键部分则是振荡器、锁相环主体和控制电路。在PLL中，输入信号被分成两条路径：一条直接通道和一条反馈通道。控制电路的目的是要让输出频率与输入参考频率保持同步。其基本原理是：将参考信号经过分频器（即频率除法器）分成低频信号，再将该低频信号与锁相环主体内部的振荡器的电压控制部分连接，使其振荡频率被稳定在一个特定的值上。调整分频器的分频比，再通过反馈通道将锁相环输出的信号加以反馈，就可以做到输入和输出信号频率的相互匹配。因此，PLL可实现对输入信号频率识别、提取和跟踪，输出的频率和相位信息与输入信号匹配，同时可以消除输入信号的噪声。二、锁相环在集成电路中的应用随着集成电路技术不断的发展，锁相环已经被广泛应用于各种电子元件和电路设计中。下面就针对几种常见的应用场景，简单介绍一下锁相环在其中的实现原理和优点。 1. 数字时钟系统

数字时钟系统是锁相环中应用最广泛的场景之一，它可以独立运行并且是一个非常低功耗的系统。在数字时钟系统中，PLL用于产生一个平稳可靠的时钟信号，从而使各种数字电路具有同步性，提高电路整体的可靠性和稳定性。此外，数字时钟系统还可以产生多种不同频率的时钟信号，以满足复杂和多样化的电路需求。 2. 电源管理电源管理也是锁相环应用的另一个重要场景。PLL可以使用高频时钟信号，实现高效直流-直流转换，并达到高转换效率。此外，它还可以快速地响应非常量负载，并在尽可能短的时间内进行电源适应。与传统的电源管理技术相比，这种新型锁相环电源管理技术具有更高的效率和可靠性。 3. 无线电视系统在无线电视系统中，锁相环可以用来产生比特时钟和取样时钟，并对接收信号进行同步处理，使传输数据的精确度得到提高。同时，它还可以通过锁定发送者和接收者的频率，消除多径干扰、振荡器漂移等干扰因素，从而提高数据通信的可靠性和稳定性。 4. 高速通信链接在高速通信链接中，锁相环用于产生高精度和稳定的时钟信号，并对接收信号进行时钟恢复和数据捕获，从而实现信号解调和重构。此外，它还可以处理各种噪声和干扰信号，并从中提取有效的信号信息，从而保证通信的可靠性和稳定性。三、锁相环在集成电路中的设计在不同的应用场景中，锁相环需要进行相应的设计，才能达到最佳的效果。下面就针对锁相环在集成电路中的常见设计问题，进行一些简要的介绍。 1. 振荡器的选择

电荷泵锁相环的模型研究和电路设计

电荷泵锁相环的模型研究和电路设计电荷泵锁相环的模型研究和电路设计引言随着现代电子技术的迅猛发展，时钟信号在各类电子设备中扮演着至关重要的角色。电荷泵锁相环（Charge Pump Phase-Locked Loop，CPPLL）是一种常见的时钟生成和频率合成技术。它通过控制电荷泵电路中的电荷传输来实现精确的时钟频率控制，广泛应用于通信、计算机等领域。本文将对电荷泵锁相环的模型研究和电路设计进行详细介绍。一、电荷泵锁相环的模型研究 1. 电荷泵锁相环的基本原理电荷泵锁相环的基本结构由相位比较器、电荷泵、低通滤波器和压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator，VCO）组成。其工作原理可以简单地分为两个阶段：锁定阶段和跟踪阶段。在锁定阶段，相位比较器将参考信号和反馈信号进行比较，并产生一个误差信号。电荷泵根据误差信号的大小和极性来控制电荷传输，通过改变电荷泵的输出电荷来调整反馈信号的相位。低通滤波器将电荷泵的输出信号滤波为直流电压作为VCO 的控制信号，进而调整VCO的频率。在跟踪阶段，VCO输出的频率已经与参考信号的频率非常接近。相位比较器仅用于微小的频率校正。这样就能稳定地生成与参考信号频率相同或相近的时钟信号。 2. 电荷泵锁相环的数学模型为了更好地理解电荷泵锁相环的工作原理，我们需要建立其数学模型。

设参考信号的频率为f_r，VCO输出的频率为f_vco，电荷泵的传输系数为K_cp。根据反馈原理可得到以下关系式：f_r = f_vco + Δf 其中Δf为误差频率，表示参考信号与VCO输出频率的差值。在锁定阶段，Δf较大，电荷泵通过调整电荷传输来减小Δf，即： Δf = -K_cp * V_cp V_cp为电荷泵的输出电压。在跟踪阶段，Δf较小，所以按照一阶近似可以得到： Δf ≈ -K_cp * V_cp 3. 电荷泵锁相环的性能指标电荷泵锁相环的性能指标主要包括相位噪声和锁定时间两个方面。相位噪声指的是VCO输出的时钟信号的相位波动程度。相位噪声越小，说明时钟信号的稳定性越高。锁定时间是指CPPLL从失锁状态转变为锁定状态所需的时间。较短的锁定时间有助于提高系统的响应速度。二、电荷泵锁相环的电路设计 1. 相位比较器设计相位比较器的设计是电荷泵锁相环的重要环节。常用的相位比较器包括边沿比较器、倍频器和相位频率检测器等。边沿比较器通过比较参考信号和反馈信号的上升沿或下降沿来产生误差信号。倍频器是利用频率倍增原理将参考信号倍频后与反馈信号进行比较。相位频率检测器则是通过测量相位差和周波数差来产生误差信号。 2. 电荷泵电路设计

电路中的数字锁相环与时钟设计与分析

电路中的数字锁相环与时钟设计与分析数字锁相环（Digital Phase-Locked Loop，简称DPLL）是一种广泛应用于数字电路设计的重要技术。它能够实现同步、频率和相位的精确控制，被广泛应用于通信系统、计算机架构以及各类数字信号处理器等领域。本文将从数字锁相环的原理、时钟设计与分析等角度展开讨论。在数字电路中，时钟信号的准确性和稳定性对系统的性能至关重要。而数字锁相环可以通过同步输入信号和参考时钟信号，实现准确的时钟生成和频率控制。首先，我们来了解数字锁相环的基本原理。数字锁相环主要由比较器、环形计数器、低通滤波器和数字控制电路等组成。比较器用于将输入信号与参考时钟信号进行比较，并生成相位差误差信号。环形计数器根据相位差误差信号来针对性地调整输出时钟相位。低通滤波器被用来平滑相位差误差信号，并生成控制信号。数字控制电路则根据控制信号来调整比较器、环形计数器和低通滤波器的工作状态。通过不断迭代，数字锁相环能够实现输入信号和参考时钟信号的同步。接下来，我们将重点讨论数字锁相环中的时钟设计与分析。时钟设计要考虑时钟频率、时钟抖动和时钟偏移等因素。在设计中，可以采用包络检测技术来抑制时钟抖动，通过积分环路来减小时钟偏移。此外，还可以引入频率捕获环路和相位调节环路来提高时钟系统的性能。时钟频率是指时钟信号的重复周期，通常以赫兹（Hz）为单位表示。在数字系统设计中，时钟频率要满足系统的时序要求，太低会导致性

能下降，太高则会增加功耗和设计复杂度。因此，在时钟设计中，需要根据系统需求和资源限制合理选择时钟频率。时钟抖动是指时钟信号的相位和振幅变化造成的时间摆动。时钟抖动会对系统的稳定性和数据传输产生影响。为了抑制时钟抖动，可以采用包络检测技术。其原理是通过比较器将时钟信号与参考时钟信号进行比较，并提取时钟信号的包络。然后，通过低通滤波器对时钟信号进行平滑，抑制高频成分，从而减小时钟抖动。时钟偏移是指时钟信号的相位差与参考时钟信号的差异。它主要由晶振精度、温度变化和供电电压波动等因素引起。为了减小时钟偏移，可以采用积分环路来对时钟信号进行连续监测和调整。积分环路通过对相位差误差信号进行积分，提供修正信号，用于调整环形计数器的输出时钟相位。除了时钟设计外，还需要进行时钟分析。时钟分析主要包括时钟抖动分析、时钟漂移分析和时钟相位分析等。时钟抖动分析可以通过测量时钟信号的峰峰值和频谱特性来进行评估。时钟漂移分析则通过测量时钟信号的相位偏差随时间的变化来评估。时钟相位分析可以通过比较时钟信号的相位与参考时钟信号的相位差异来评估。综上所述，数字锁相环是一种重要的数字电路设计技术。它能够实现同步、频率和相位的精确控制，被广泛应用于各个领域。在时钟设计与分析中，需要考虑时钟频率、时钟抖动和时钟偏移等因素，以及采用适当的技术进行抑制和补偿。通过精确的时钟生成和控制，可以提高数字系统的性能和可靠性。