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。另一方面，环路锁定后，VCO的振荡频率自动跟踪输入信号频率的变化并能维持锁定的最大频率变化范围称为环路的跟踪频带或简称同步带，它是反映跟踪性能优劣的一个重要指标。锁相环由起始的失锁状态到最终的锁定状态所允许的输入信号频率范围定义为频率捕捉范围；锁相环始终处于锁定状态所允许的输入信号频率范围定义为频率锁定范围。对应于图1锁相环框图的基本原理电路如图2所示。

锁相环PLL设计调试小结

锁相环设计调试小结 一、系统框图 二、锁相环基础知识及所用芯片资料（摘录） （一）、并行输入 PLL （锁相环）频率合成器MC145152-2 MC145152 是 MOTOROLA 公司生产的大规模集成电路，它是一块采用并行码输入方式设定，由16根并行输入数据编程的双模 CMOS-LSI 锁相环频率合成器，其内部组成框图如图 3-32-3 所示。N 和 A 计数器需要 16 条并联输入线，而 R 计数器则需要三条输入线。该芯片内含参考频率振荡器，可供用户选择的参考频率分频器（12X8 ROM 参考译码器和12BIT ÷R 计数器组成的参考频率fr ），双端输出相位检测器，逻辑控制，10比特可编程序的÷N(N=3~1023) 计数器和 6比特可编程的÷A(A=3~63)计数器和锁定检测部分. 10比特 ÷ N 计数器，6 比特÷ A 计数器，模拟控制逻辑和外接双模前置分频器 (÷P /÷P +1)组成吞食脉冲程序分频器，吞脉冲程序分频器的总分频比为：N T =P*N+A 。 MC145152 的功能： * 借助于 CMOS 技术而取得的低功耗。 * 电源电压范围 3~9V 。 * 锁相检测信号。 * 在片或离片参考振荡器工作。 * 双模并行编程。 * N 范围 =3~1023,A 范围 =0~63。 * 用户可选的 8 个 R 值：8 ，64 ， 128 ， 256 ， 512 ， 1024 ， 1160 ，2048． * 芯片复杂度——8000 个场效应管或 2000 个等效门。 鉴相器 MC145152 环路滤波器 LPF 压控振荡器 MC1648 分频器 MC12017 频率输出

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

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。

基于CD4046的锁相环设计_电子测量作业报告

Beijing Jiao Tong University 电子测量作业报告 学院：电子信息工程学院 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 时间：2013.12.23

电子测量作业报告 题目：如下图所示，f1=1MHz，n=1～10（以1步进），m=1～100（以10步进）。查阅CMOS锁相环集成电路CD4046的数据手册，以CD4046和其他一些简单逻辑芯片为基础，设计能够实现下图的锁相环电路。 1、实验目的 认识锁相环的原理及作用 掌握基本逻辑电路的设计 熟悉锁相环芯片CD4046的结构并熟练使用 2、设计方案 对前级电路，利用双向可逆计数器74193和D触发器，对输入的方波进行分频，分频系数为74193的预置系数的二倍。对反馈的回路上的分频器，设计方案与前级电路类似，考虑到步长为10，利用两级分频电路。第一级为1/m1，步长为1，m1=1～10，第二级分频系数固定为5，最后利用D触发器倍频两倍，实现1～100分频，步长为10的要求。中间级电路参考CD4046Datasheet设计，后面会有详细介绍。 2.1 PLL原理 如图2-1所示，基本锁相环由三个部分组成：鉴相器、低通环路滤波器和压控振荡器。

图2-1 基本锁相环的结构 当参考信号Ui输入时，鉴相器比较参考信号和压控振荡器产生的反馈信号Ufb之间的相位差，并生成表征其相位差的信号，这个信号通过低通滤波器后作为压控振荡器VCO的输入电压Uc，控制VCO输出信号的频率，使其朝着相位差减小的方向进行，直到相位差为0或一个很小的常数，当瞬态过程结束后，锁相环进入锁定状态。 2.2 前级分频电路 74193为双时钟输入4位二进制同步可逆计数器，其逻辑符号如图2-2 图2-2 74193逻辑符号 74193的功能可以概括为异步复位、响应时钟脉冲上升沿的同步预置功能的可逆模16同步加法电路。利用双时钟计数器的借位输出端BO（低电平有效）或加法计数的进位输出端CO（低电平有效）接到置数控制端LD（低电平有效）即将数据直接置入相应的触发器。因此改变置数端的数码，便可以连成模数为M 的计数器。如图2-3是当并行输入数据为1001时连城M=9减法计数器的连接图。

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 。

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

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

锁相环原理及应用

锁相电路（PLL）及其应用 自动相位控制（APC）电路，也称为锁相环路（PLL），它能使受控振荡器的频率和相位均与输入参考信号保持同步，称为相位锁定，简称锁相。它是一个以相位误差为控制对象的反馈控制系统，是将参考信号与受控振荡器输出信号之间的相位进行比较，产生相位误差电压来调整受控振荡器输出信号的相位，从而使受控振荡器输出频率与参考信号频率相一致。在两者频率相同而相位并不完全相同的情况下，两个信号之间的相位差能稳定在一个很小的范围内。 目前，锁相环路在滤波、频率综合、调制与解调、信号检测等许多技术领域获得了广泛的应用，在模拟与数字通信系统中已成为不可缺少的基本部件。 一、锁相环路的基本工作原理 1．锁相环路的基本组成 锁相环路主要由鉴频器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分所组成，其基本组成框图如图3-5-16所示。 图1 锁相环路的基本组成框图 将图3-5-16的锁相环路与图1的自动频率控制（AFC）电路相比较，可以看出两种反馈控制的结构基本相似，它们都有低通滤波器和压控振荡器，而两者之间不同之处在于：在AFC环路中，用鉴频器作为比较部件，直接利用参考信号的频率与输出信号频率的频率误差获取控制电压实现控制。因此，AFC系统中必定存在频率差值，没有频率差值就失去了控制信号。所以AFC系统是一个有频差系统，剩余频差的大小取决于AFC系统的性能。 在锁相环路（PLL）系统中，用鉴相器作为比较部件，用输出信号与基准信号两者的相位进行比较。当两者的频率相同、相位不同时，鉴相器将输出误差信号，经环路滤波器输出

控制信号去控制VCO ，使其输出信号的频率与参考信号一致，而相位则相差一个预定值。因此，锁相环路是一个无频差系统，能使VCO 的频率与基准频率完全相等，但二者间存在恒定相位差（稳态相位差），此稳态相位差经鉴相器转变为直流误差信号，通过低通滤波器去控制VCO ，使0f 与r f 同步。 2．锁相环路的捕捉与跟踪过程 当锁相环路刚开始工作时，其起始时一般都处于失锁状态，由于输入到鉴相器的二路信号之间存在着相位差，鉴相器将输出误差电压来改变压控振荡器的振荡频率，使之与基准信号相一致。锁相环由失锁到锁定的过程，人们称为捕捉过程。系统能捕捉的最大频率范围或最大固有频带称为捕捉带或捕捉范围。 当锁相环路锁定后，由于某些原因引起输入信号或压控振荡器频率发生变化，环路可以通过自身的反馈迅速进行调节。结果是VCO 的输出频率、相位又被锁定在基准信号参数上，从而又维持了环路的锁定。这个过程人们称为环路的跟踪过程。系统能保持跟踪的最大频率范围或最大固有频带称为同步带或同步范围，或称锁定范围。 捕捉过程与跟踪过程是锁相环路的两种不同的自动调节过程。 由此可见，自动频率控制（AFC ）电路，在锁定状态下，存在着固定频差。而锁相环路控制（PLL ）电路，在锁定状态下，则存在着固定相位差。虽然锁相环存在着相位差，但它和基准信号之间不存在频差，即输出频率等于输入频率．这也表明，通过锁相环来进行频率控制，可以实现无误差的频率跟踪．其效果远远优于自动频率控制电路． 3．锁相环路的基本部件 1）鉴相器（PD —Phase Detector ） 鉴相器是锁相环路中的一个关键单元电路，它负责将两路输入信号进行相位比较，将比较结果从输出端送出。 鉴相器的电路类型很多，最常用的有以下三种电路． （1）模拟乘法器鉴相器，这种鉴相器常常用于鉴相器的两路输入信号均为正弦波的锁相环电路中。 （2）异或门鉴相器，这种鉴相器适合两路输入信号均为方波信号的锁相环电路中，所以异或门鉴相器常常应用于数字电路锁相环路中。 （3）边沿触发型数字鉴相器，这种鉴相器也属于数字电路型鉴相器，对输入信号要求不严，可以是方波，也可以是矩形脉冲波．这种电路常用于高频数字锁相环路中。 图2 是异或门鉴相器的鉴相波形与鉴相特性曲线。

集成锁相环及其应用

集成锁相环及其应用 电路功能是：实现相位锁定和相位掌握—实现无频差的相位跟踪和频率跟踪。是一种消退频率误差的由相位反馈掌握的闭环系统。 锁相环有模拟和数字锁相环，还有全数字锁相环，可以是硬件锁相环，也可以用软件实现。一、锁相环的电路结构和工作原理 锁相环电路框图如图所示： 它的主要思路是如何利用相位误差实现无频差的频率跟踪。其原理用下图的旋转矢量加以说明。 旋转矢量和分别是鉴相器的两个输入信号、。它们的瞬时角速度和瞬时角位移为：，和，只有当两个旋转矢量以相同的角速度旋转时(即)，两者之间的相位差才能保持某定值。该定值相位经鉴相器后变换成对应的直流电压，去掌握VCO的振荡角频率，使其稳定地振荡在与输入参考信号相同的角频率上。这种状况称之为相位锁定。反之，两者角频率不等，相位差不恒定，称为失锁。如，则比旋转得慢些，瞬时相位差将随时间增大，此时鉴相器产生的误差电压也相应变化。该误差电压经环路滤波器，去掌握压控振荡器的频率，使其增大，因而瞬时相位差也将减小。经过不断地循环，矢量的旋转角速度渐渐加快，直到与旋转角速度相同，这时环路再次锁定，瞬时相位差为恒值。1. 鉴相器分析 令鉴相器的两个输入电压为单一的正弦，且频率不等。则两个信号与压控振荡器未加掌握电压时的相位差为：

， 则： 如用模拟乘法器组成乘积型鉴相器时，其鉴相器的输出误差电压为：，其中是鉴相器增益，为常数。 2. 环路滤波器 它是一个低通滤波器，滤除干扰和其它频率重量，提高信噪比。 设环路滤波器的传递函数为： s用微分因子代入后：， 3. 压控振荡器 在肯定的掌握电压下，VCO的振荡角频率与其掌握电压有线性关系：所以压控振荡器的输出信号相位： 并得： 可见：VCO的振荡角频率与掌握电压成线性关系，其瞬时相位变化与却是积分关系。 因此，对锁相环讲，VCO被看成一个积分器。当积分算子表示后，式子有：，由上面所确定的各部分模型，可得锁相环路的相位模型和统一方程：，该式两边微分得：，该式称为基本环路方程。 二、单片集成锁相环简介 CMOS CD4046是最常见的集成锁相环。还有74HC4046是高速集成锁相环，也是CMOS电路。 1. CD4046的管脚说明

锁相环及频率合成器的原理及电路设计方案介绍

锁相环及频率合成器的原理及电路设计方案介绍 引言 锁相环简称PLL,是实现相位自动控制的一门技术，早期是为了解决接收机的同步接收问题而开发的，后来应用在电视机的扫描电路中。由于锁相技术的发展，该技术已逐渐应用到通信、导航、雷达、计算机到家用电器的各个领域。自从20世纪70年代起，随着集成电路的发展，开始出现集成的锁相环器件、通用和专用集成单片锁相环，使锁相环逐渐变成一个低成本、使用简便的多功能器件。如今，PLL技术主要应用在调制解调、频率合成、彩电色幅载波提取、雷达、FM立体声解码等各个领域。随着数字技术的发展，还出现了各种数字PLL器件，它们在数字通信中的载波同步、位同步、相干解调等方面起着重要的作用。 随着现代电子技术的飞快发展，具有高稳定性和准确度的频率源已经成为科研生产的重要组成部分。高性能的频率源可通过频率合成技术获得。随着大规模集成电路的发展，锁相式频率合成技术占有越来越重要的地位。由一个或几个高稳定度、高准确度的参考频率源通过数字锁相频率合成技术可获得高品质的离散频率源。 1 锁相环及频率合成器的原理 1.1 锁相环原理 PLL是一种反馈控制电路，其特点是：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PLL可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以PLL通常用于闭环跟踪电路。PLL在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相同时，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PLL名称的由来。PLL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，PLL组成的原理框图如图1所示。 PLL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

锁相环特斯拉线圈制作图解

锁相环特斯拉线圈制作图解 成品镇楼 ———————————————————————— 项目：锁相环特斯拉线圈（PLLsstc） 难度：★★★★☆☆ 极客指数：★★★★☆☆ 时间：两周嘿喂狗（～￣▽￣）～———————————————————————— 首先什么是特斯拉线圈呢？ 特斯拉线圈，是塞尔维亚籍科学家尼古拉·特斯拉于1891年发明，用来演示无线输电以及高频高压交流电特性的装置。特斯拉线圈又叫泰斯拉线圈，因为这是从“Tesla”这个英文名直接音译过来的。固态特斯拉线圈还可以通过音频来控制，使电路推动空气发声。这是一种分布参数高频共振变压器，可以获得上百万伏的高频电压。根据特斯拉线圈由LC振荡接收能量的原理，设计出了极具现代感的SSTC固态特斯拉线圈······巴拉巴拉······想知道的请找百度百科。╰（￣▽￣）╭ 向伟人尼古拉·特斯拉致敬！！ ———————————————————————— 第一先百度一下电路图，理解一下它的原理。。。不然都头来都不知自己做了什么。 特斯拉线圈是一种利用谐振原理运作的“升压变压器”首先，对次级线圈发射一些能量，使它内部有高频交流电（LC振荡），然后会发射出电磁波。电磁波被天线或磁环接收，经过CD4046内部的电路，锁定谐振范围，然后输出相应频率的方波信号输入两枚功率放大芯片，再通过GDT（Gate Driver Transformer，门驱动变压器）输入到一个半桥（功率放大电路）中，产生强度较高的电磁波，被次级线圈接收。此时次级线圈内再次有了能量，会

以电磁波的形式发射出来，输入天线或磁环，于是就这样循环下去了。次级线圈接受的能力一部分以电磁波的形式发射出来，另外因为次级一端接地，次级另一端与大地形成等效电容，所以另一部分能量以电弧的形式向空气放电，利用了谐振时产生高电压的这一特性来制造闪电。出来的电弧就是我们希望看到的视觉效果了。 至于播放音乐，则是以FM/AM（调频/调幅）来实现的载波，将低频信号调制入高频信号，这高频信号也就是次级等效电容谐振的频率相同的。之后当电弧放电时就可以听到低频信号的声音了。 ———————————————————————— 第二，电路图里出现了个不熟悉的芯片，那就百度一下它。。找它的资料。 CD4046芯片介绍 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。 锁相环电路原理及应用 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。 类比理解：我们刚开始学车的时候，在道路上开车，眼睛就好像一个鉴相器，负责发现车行驶的方向（反馈）和前方的路（输入）是否有差别，把差别输入大脑进行判断，然后指挥双手旋转方向盘，旋转方向盘的动作转换成车的行驶方向 我们通过这么一个闭环过程不断地调节方向盘，保证车行驶在正道上

锁相环4046

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。 编辑本段功能 CD4046的引脚排列，采用16脚双列直插式，各管脚功能： 1脚相位输出端，环路入锁时为高电平，环路失锁时为低电平。 2脚相位比较器Ⅰ的输出端。 3脚比较信号输入端。 4脚压控振荡器输出端。 5脚禁止端，高电平时禁止，低电平时允许压控振荡器工作。 6、7脚外接振荡电容。 8、16脚电源的负端和正端。 9脚压控振荡器的控制端。 10脚解调输出端，用于FM解调。 11、12脚外接振荡电阻。 13脚相位比较器Ⅱ的输出端。 14脚信号输入端。 15脚内部独立的齐纳稳压管负极。 编辑本段图形简介

图3 图3是CD4046内部电原理框图，主要由相位比较Ⅰ、Ⅱ、压控振荡器（VCO）、线性放大器、源跟随器、整形电路等部分构成。比较器Ⅰ采用异或门结构，当两个输人端信号Ui、Uo的电平状态相异时（即一个高电平，一个为低电平），输出端信号UΨ为高电平；反之，Ui、Uo电平状态相同时（即两个均为高，或均为低电平），UΨ输出为低电平。当Ui、Uo的相位差Δφ在0°-180°范围内变化时，UΨ的脉冲宽度m亦随之改变，即占空比亦在改变。从比较器Ⅰ的输入和输出信号的波形（如图4所示）可知，其输出信号的频率等于输入信号频率的两倍，并且与两个输入信号之间的中心频率保持90°相移。从图中还可知，fout不一定是对称波形。对相位比较器Ⅰ，它要求Ui、Uo的占空比均为50%（即方波），这样才能使锁定范围为最大。 相位比较器Ⅱ是一个由信号的上升沿控制的数字存储网络。它对输入信号占空比的要求不高，允许输入非对称波形，它具有很宽的捕捉频率范围，而且不会锁定在输入信号的谐波。它提供数字误差信号和锁定信号（相位脉冲）两种输出，当达到锁定时，在相位比较器Ⅱ的两个输人信号之间保持0°相移。 对相位比较器Ⅱ而言，当14脚的输入信号比3脚的比较信号频率低时，输出为逻

基于CMOS工艺的射频毫米波锁相环集成电路关键技术研究共3篇

基于CMOS工艺的射频毫米波锁相环集成电路关键技术研究共3篇 基于CMOS工艺的射频毫米波锁相环集成电路关键技术研究1 CMOS(CMOS)技术是一种全面的VLSI技术，射频毫米波锁相环集成电路(LC)是指用于将输入信号同输出信号同步的射频电路，它在无线通信技术和微波雷达中有着广泛的应用。在CMOS工艺的基础上，为了实现更低成本的锁相环集成电路，需要解决多个技术难点。 一、集成滤波器设计 在射频毫米波锁相环集成电路中，滤波器扮演着重要的角色。由于锁相环集成电路中需要对不同频段的信号进行过滤，需要进行多级滤波器的设计。而在CMOS工艺中，由于电路复杂度的增加，导致滤波器设计难度大大增加。因此需要对滤波器设计的研究和优化。 二、带宽和相位噪声控制 在射频毫米波锁相环集成电路中，带宽和相位噪声控制也是非常重要的技术问题。在设计中，需要控制电路的迟滞时间，提高系统的输出精度，同时需要控制电路的系统噪声(flicker noise)等问题，以提高系统的性能。 三、数字控制及门限检测技术 由于CMOS工艺的发展，数字电路已经成为模拟电路的发展趋势。在射频毫米波锁相环集成电路中，数字控制技术可以提高系统的快速性和可编程性，并且可以通过数字信号处理(DSP)实现系统保护和信号处理功能。而在门限检测技术方面，也可以通过不同的判断逻辑设计对不

同信号进行判断和处理。 四、PCB布局设计和测试技术 在射频毫米波锁相环集成电路设计中，PCB布局的设计和测试技术也是非常重要的技术问题。射频毫米波电路中，电路板设计需要考虑信号病态问题和EMC问题，在测试技术方面，需要依靠专业的高频测试仪器进行精密测试。在实际设计中，需要不断积累经验，以提高电路设计和测试的水平。 以上是基于CMOS工艺的射频毫米波锁相环集成电路关键技术研究的主要方面，射频毫米波锁相环集成电路的设计涉及多个学科领域，需要不断提高自己的知识和技能，才能够设计出更为高效且性能更加卓越的电路。 基于CMOS工艺的射频毫米波锁相环集成电路关键技术研究2 射频毫米波锁相环是一种常用于射频设计中的模块，在高速数据传输和射频通信领域起着至关重要的作用。射频毫米波锁相环集成电路可以在CMOS工艺中实现，这是因为CMOS技术具有高度的可靠性和成本效益。在本文中，我们将着重介绍基于CMOS工艺的射频毫米波锁相环集成电路关键技术研究。 射频毫米波锁相环的工作原理 射频毫米波锁相环是一种反馈控制系统，主要包括一个相频检测器（PFD）,一个低通滤波器（LPF）,一个电压控制振荡器（VCO）和一个分频器（Divider）。在射频系统中，射频信号经过放大器、变频器、滤波器等处理后，进入PFD。PFD将输入信号和已有的参考信号进行比较并计算出相位误差。然后，误差信号通过LPF进行滤波，VCO的控制电压随之改变，使VCO的频率发生变化。最后，输出信号通过分频器进行减频，成为新的参考信号。通过不断地反馈和调整，锁相环达成

锁相环CD4046

锁相环 集成锁相环芯片CD4046是由CMOS 电路构成的多功能单片集成锁相环，具有功耗低、输入阻抗高、电源电压范围宽等优点。在信号处理和数字系统中，CD4046都得到了广泛的应用，常被用于频率调制、频率锁定、时钟同步和频率合成等方面。 CD4046的工作频率小于1.2MHz ，属于低频锁相环。电源电压为5～15V ，输出驱动电流大于2.6mV 。其内部结构及典型应用电路如图3-12所示。 图3-12 CD4046内部结构图 与其他锁相环不同的是：CD4046具有两个可选用的鉴相器Ⅰ和Ⅱ： 相位比较器Ⅰ是一个异或门，适用于输入信号中噪声分量较多、信噪比较低的场合，但必须要求输入信号具有50％的占空比。当无输入信号或噪声信号输入时，异或门输出平均电压等于UDD/2，经低通滤波器后送到VCO 输入端9，使VCO 在中心频率上起振。 相位比较器Ⅱ由四个触发器、控制门和三态输出电路组成，是边缘触发工作方式的鉴相器，因而对输入信号占空比无特定的要求，但相位比较器Ⅱ的信噪比容限不如相位比较器Ⅰ高。选用相位比较器Ⅱ为鉴相器时，捕获带和同步带具有相同的带宽)(2 1min max f f f f L C +±==。 如图3-12所示，CD4046采用的是RC 型压控振荡器，必须外接电容C1和电阻R1作为充放电元件，当锁相环对跟踪的输入信号的频率宽度有要求时还需要外接电阻R2。 CD4046的工作频率与芯片外围的器件取值有关。为使锁相环工作在最佳状态，在选择外接元件参数时，既要考虑压控振荡器的中心频率O f ，也要兼顾最

高频率m ax f 和最低频率min f 。 根据经验公式得)(21012min C C R f +≈π、min 011max )(21f C C R f ++≈π，压控振荡器的中心频率为)(2 1min max 0f f f +=。 其中C0为寄生电容，约为30pF ；R1、R2的取值一般在10KΩ～1MΩ之间；UDD≥10V 时，C1取值大于50pF ；UDD≥5V 时，C1取值大于100pF 。 本系统中中心频率为50Hz 。设计电路时，C1取值为164 pF ，R1为一最大电阻为100 KΩ的电位器，R2接空，即R2无穷大。 图3-13 CD4046的倍频电路

锁相环电路设计

=临的（（玛—％"+［8&）-缶（加 〔8-4-3〕 1. 锁相环的根本组成 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。 锁相环路是一种反应控制电路，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 〕三局部组成，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拟器， 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： 「841〕 I 8-4-1 J 、■'一："卜"I 8 4 2〕 I 8-4-2 J 式中的O0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。那么模拟乘法器的输出电压 U D 为： 匕二趴（£）u 0（r ）=叫丁皿sin ［呜f + A （』）］匚。［财 M 但］ ；ERg 洒［辱+眼）+财+岛W ］ 血｛[畔 + (£)] - + 吊(W)D 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： 湖H 呷+岛 Q ）］-［端+乱（力］） 式中的3为输入信号的瞬时振荡角频率，e i 〔t 〕和GO 〔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：锁相环的原理 2007-01-23 00:24

锁相环基本原理

锁相环基本原理 一个典型的锁相环（PLL ）系统，是由鉴相器（PD ），压控荡器（VCO ）和低通滤波器（LPF ）三个基本电路组成，如图1， Ud = Kd (θi –θo) U F = Ud F （s ） θi θo 图1 一．鉴相器（PD ） 构成鉴相器的电路形式很多，这里仅介绍实验中用到的两种鉴相器。 异或门的逻辑真值表示于表1，图2是逻辑符号图。 表1 图2 从表1可知，如果输入端A 和B 分别送 2π 入占空比为50%的信号波形，则当两者 存在相位差∆θ时，输出端F 的波形的 占空比与∆θ有关，见图3。将F 输出波 形通过积分器平滑，则积分器输出波形 的平均值，它同样与∆θ有关，这样，我 们就可以利用异或门来进行相位到电压 ∆θ 的转换，构成相位检出电路。于是经积 图3 分器积分后的平均值（直流分量）为： U U = Vdd * ∆θ/ π (1) Vcc 不同的∆θ，有不同的直流分量Vd 。 ∆θ与V 的关系可用图4来描述。 从图中可知，两者呈简单线形关 1/2Vcc 系： Ud = Kd *∆θ (2) 1/2π π ∆θ Kd 为鉴相灵敏度 图4 F O o U K dt d =θV P D L PF V CO U i U o V A B F __F = A B + A B F B A

2． 边沿触发鉴相器 前已述及，异或门相位比较器在使用时要求两个作比较的信号必须是占空比为50%的波形，这就给应用带来了一些不便。而边沿触发鉴相器是通过比较两输入信号的上跳边沿（或下跳边沿）来对信号进行鉴相，对输入信号的占空比不作要求。 二． 压控振荡器（VCO ） 压控振荡器是振荡频率ω0受控制电压U F （t ）控制的振荡器，即是一种电压——频率变换器。VCO 的特性可以用瞬时频率ω0（t ）与控制电压U F （t ）之间的关系曲线来表示。未加控制电压时（但不能认为就是控制直流电压为0，因控制端电压应是直流电压和控制电压的叠加），VCO 的振荡频率，称为自由振荡频率ωom ，或中心频率，在VCO 线性控制范围内，其瞬时角频率可表示为： ωo （t ）= ωom + K 0 U F （t ） 式中，K 0——VCO 控制特性曲线的斜率，常称为VCO 的控制灵敏度，或称压控灵敏度。 三． 环路滤波器 这里仅讨论无源比例积分滤波器如图5。 其传递函数为： 1 )(1 )()()(212+++= = τττs s s U s U s K i O F 式中：τ1 = R1 C τ2 = R2 C 图5 四． 锁相环的相位模型及传输函数 图6 图6为锁相环的相位模型。要注意一点，锁相环是一个相位反馈系统，在环路中流通的是相位，而不是电压。因此研究锁相环的相位模型就可得环路的完整性能。 由图6可知： R 1 U 0640 V Kd KF(s)Ko/s i o e A -+