一种正弦输出锁相环的模拟电路实现方法
【专利摘要】本发明提供了一种正弦输出锁相环的模拟电路实现方法及电路，该方法利用简单易用的模拟集成电路完成锁相功能，输入的相位及频率信号经过鉴相电路对比输入与反馈的相位差，然后设置合适的滤波运算电路，经过一个压空振荡电路，形成锁相环的输出波形。该电路包括：鉴相器电路（401）、滤波运算电路（402）、压控电路（403）依次相连。本发明利用模拟开关芯片、VCO(压控振荡器)芯片及简单的运放则可实现精确的PLL（锁相环）电路，此电路不同于数字PLL电路，无需经过复杂的编程算法，且结构简单、成本低廉，输出幅相特性可根据需要调整。
【专利说明】—种正弦输出锁相环的模拟电路实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及正弦输出锁相环电路及实现方法，尤其可应用于有源滤波、有源逆变等领域。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。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。
[0004]到目前为止，数字锁相环技术可以实现输出信号与输入同频同相，但需要借助于较复杂的数字电路和微处理器，本发明通过简单的模拟电路元器件实现精确地正弦输出锁相环电路，且结构简单、成本低廉，输出幅相特性可根据需要调整，应用方便。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种正弦输出锁相环的模拟电路，该电路实现由鉴相电路(401)、滤波运算电路(402)、压控振荡电路(403)依次连接组成，最终输出正弦波锁相环，压控振荡电路输出反馈至鉴相电路。
【发明内容】
具体包括:
鉴相电路(401)。其包含模拟开关U1，电容Cl、运算放大器U2A。模拟开关Ul输入端连接相应频率和相位的方波输入信号，其反馈输入端连接压控振荡电路(403)的输出端，电容Cl分别接模拟开关的输出端和gnd，运算放大器U2采用跟随输出。
[0006]滤波运算电路(402)。其包含一个由运放和电阻电容组成的积分电路，一个比率放大电路以及一个加法电路。
[0007]压控振荡电路(403)。其包含由压控振荡芯片ICL8038、电阻R9、R10、R11、电容C4及其外围电路组成的调频输出电路；并包括由电阻R12、R13、R14、电容C5、C6、C7、运算放大器U4A组成的三阶滤波电路；并包括由电容C8、电阻R15、R16、R17、R18、运算放大器U4B、U4C组成的移相电路。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本发明实现电路图。
[0009]图2为本发明实现流程框图。
【具体实施方式】
[0010]为使本发明的目的、技术方案更加清楚，下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0011]图2为本发明正弦输出锁相环的实现方法流程图。被跟踪信号经过鉴相电路对输入输出相位差进行电压转换，再经过滤波计算电路完成外部扫频电压输出至VCO电路，VCO电路包括调频正弦输出，三阶滤波及移相电路，并反馈至鉴相电路，以闭环控制相差。
[0012]本发明方法的核心思想是利用传统的锁相环原理做一定改进，使用简单易用的模拟集成电路完成锁相功能，形成正弦输出。此种锁相环电路可通过可变电阻调节其输出相位及幅值，应用便捷，节约成本。
[0013]如图1，参照原理图该发明包含了鉴相电路(401)、滤波计算电路(402)、VCO电路
(403)，各部分电路组成及实现连接方法，请参考原理图。以下对实现原理做详细描述。
[0014]鉴相电路中的模拟开关选用单刀单掷模拟开关和(SPST)，TTL和CMOS兼容输入，推荐导通时间不超过200ns，该电路通过运算放大器U2A电压跟随，输出至滤波运算电路。
[0015]进一步地，滤波运算电路采用积分放大及加法运算，将传统环路滤波算法进行该进，其积分电路与放大电路传递函数为:
【权利要求】
1.一种正弦输出锁相环的模拟电路实现方法，其特征在于，利用简单易用的模拟集成电路完成锁相功能，输入的相位及频率信号经过鉴相电路对比输入与反馈的相位差，然后滤波和VCO电路，形成锁相环的正弦输出波形。
2.一种正弦输出锁相环的电路，其特征在于，包括:鉴相电路(401)、滤波运算电路(402)、压控振荡电路(403)依次连接，其中压控振荡电路输出反馈至鉴相电路，所述的鉴相电路(401)包括模拟开关Ul，电容Cl、运算放大器U2A，模拟开关Ul输入端连接相应频率和相位的方波输入信号，其反馈输入端连接压控振荡电路(403)的输出端，电容Cl分别接模拟开关的输出端和gnd，运算放大器U2采用跟随输出。
3.根据权利2所述的正弦输出锁相环电路，其特征还在于，滤波运算电路(402)包括由电阻Rl、电容C2、运放U2B组成的积分电路；并包括由电阻R2、电阻R3、运放U2C组成的比率放大电路；并包括由电阻R4、R5、R6、R7、R8、电容C3、运算放大器U2D组成的加法电路。
4.根据权利2所述的正弦输出锁相环电路，其特征还在于，压控振荡电路(403)包括由压控振荡芯片ICL8038、电阻R9、RIO、R11、电容C4及其外围电路组成的调频输出电路；并包括由电阻R12、R13、R14、电容C5、C6、C7、运算放大器U4A组成的三阶滤波电路；并包括由电容C8、电阻R15、R16、R17、R18、运算放大器U4B、U4C组成的移相电路。
5.根据权利2、3所述，滤波运算电路(402)的积分电路，其特征在于，Rl—端接鉴相电路输出端，另一端与电容C2及U2B负端相连，U2B的正端接地，U2B的输出端与C2相连，并输出至比率放大电路。
6.根据权利2、3所述，滤波运算电路(402)的比率放大电路，其特征在于，R2—端与积分电路输出相连，另一端与R3及U2C的负端相连，U2C的正端与地相连，U2C的输出端与R3的另一端相连，并输出至加法电路。
7.根据权利2、3所述，滤波运算电路(402)的加法电路，其特征在于，R5—端与鉴相电路输出相连，另一端与U2D负端相连，R6、R7串联后一端与Vss相连，另一端与U2D负端相连，R8、C3串联后一端与U2D负端相连，另一端与U2D输出端相连，U2D的正端接地。
8.根据权利2、4所述，压控振荡电路(403)的调频输出电路，其特征在于，U3第12管腿与R9相连后接入Vss，U3第11管腿与Vss相连，U3第10管腿与C4连接后接入gnd，U13第8管腿与滤波电路(402)的输出连接，U3第4管腿与RlO连接后接入Vcc，U3第5管腿与Rll连接后接入Vcc，U3第2腿与压控振荡电路(403)的滤波电路输入R12的一端相连。
9.根据权利2、4所述，压控振荡电路(403)的三阶滤波电路，其特征在于，R12、R13、R14、C5、C6、C7组成RC网格滤波电路，U4A正端与RC网格滤波电路相连，U4A负端与输出端相连。
10.根据权利2、4所述，压控振荡电路(403)的移相电路，其特征在于，CS—端与三阶滤波电路相连，另一端与R15及U4B正端相连，R15另一端接gnd，U4B负端与可调电阻R17调节点相连，分压电路R16、R18分别连接于R17两端，R16另一端接gnd，R18另一端与U4B输出端相连，U4B输出端与U4C正端相连，U4C输出端则为正弦输出锁相环电压，并反馈至Ul的输入端。
【文档编号】H03L7/081GK103580683SQ201210273014
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年8月2日 优先权日:2012年8月2日
【发明者】周明 申请人:中船重工（武汉）凌久电气有限公司