近年来，锁相环已经可以实现数模通信的信号提取、频率合成、网络时钟等功 能，成为了电子设备中不可缺少的基本组成模块之一。实现锁相的电路系统是此技 术的核心，其根本意义上是一个主动锁相电路。

1。2 选题的目的和意义

随着科学领域的探索和实际生活的需求，人们对各种设备控制精度的重视程度 不断提高。随着自动频率控制（AFC）、自动增益控制（AGC）技术的成熟, 被广 泛应用于各领域，人们开始涉及自动相位控制（APC）技术方面的研究，才有了锁

相技术。锁相技术的目的是器件主动控制相位，重点研究的是系统输出与输入信号 之间的关系。锁相环是一个闭环自动控制系统，它能够跟踪输入信号的相位[1]。在 现代集成电路技术发展过程中，PLL 是设计集成电路时需要考虑且不可缺少的组成 部分，所以研究锁相环对实际应用具有积极的意义[2]。因为锁相环性能的优异和独 特性，它在电子仪器仪表、雷达、通信、导航等设备中是无法替代的重要组成模块

[3]。所以这些年来，人们越来越重视锁相环的设计与研究。

1。3 国内外研究及存在问题

1。4 本文的主要内容和研究方法

第一章对锁相环的背景、意义、发展现状及目前存在的问题进行了介绍，阐述 了本课题研究的重要意义。

第二章介绍了锁相环的基本原理，分析了锁相环非线性工作时的性能和噪声对 其性能的影响，并列举了一些生活中的应用实例。

第三章提出了数学模型的价值，建立了锁相环的数学模型以便参数分析和计算， 并提供了一个仿真方案。

第四章是对锁相环的仿真和仿真结果分析。 第五章对本此设计进行了总结，提出了锁相环的发展趋势和改进方向。 本次设计用的软件是MATLAB，在对锁相环有了足够的认识和了解的基础上，

对2阶锁相环进行了仿真和测试。通过对典型2阶锁相环电路的仿真来验证其功能和 工作特性。

第二章 锁相环的基本理论

锁相环本质上是非线性的，但它的大部分操作过程可以用线性模型近似地计算。 本章内容是从锁相环的基本工作原理出发，对其各部分的组成作了一些介绍，并根 据其特点分析了它所具有的各项性能指标。

2。1 锁相环的工作原理

锁相环这个系统，包含三个主要的基本模块[10]。分别是压控振荡器(VCO)、鉴 相器(PD)和低通滤波器(LPF)，也就是俗称的环路滤波器(LF)[11]。这三个基本器件 组成的锁相环就是基本锁相环，也就是线形锁相环(LPLL)。图 2-1 所示就是基本锁 相环。

图 2-1 锁相环原理图

当锁相环开始工作后，参考波形作为输入，其频率f1与 VCO 固有振荡频率f0在 一定时间内是不相同的，即产生频率差∆f = f1 − f0。频率差∆f会造成两者相位差的 变化，并连续跨过360°角。因为相位差360°作为鉴相器特性的周期，所以 PD  的输

出造成的误差电压，总是来回波动，不够稳定。这个误差电压经过 LF  以后，转换

为控制电压。将其放到 VCO 上以后，固有频率f0逐渐向参考频率f1逼近。环路频率 稳定的条件是：(1)  固有频率与参考频率相等，即∆f  =  0。(2) 满足相应的条件。固

有频率和参考信频率之间产生不随时间变化的相位差，此时的环路状态称为 “锁

定”状态。

在锁定下的环路中，参考频率和相位一旦有所改变，在环路的控制作用影响 下，VCO 固有频率以及相位会随之改变，使其跟踪参考信号的改变。直到锁定状态 再次形成，这表现了锁相环的跟踪特性。除此以外的情况，环路处在“失锁”状 态。