锁相技术在时频测控领域具有十分重要的作用,可以实现信号源之间的同步,输出高质量的频率信号,近年来,导航定位、物联网、授时、第五代通信网络等技术的发展,对锁相环的频率锁定范围、抗干扰能力、锁定速度和精度提出了更高的要求。锁相技术的实现需要高精度相位比对技术为支撑,但是现有锁相环结构中的相位比较器往往只能实现相同标称值信号之间的相位比对,如果需要对频率差异较大的信号进行锁定,通常需要对频率进行归一化处理,导致线路设计难度的增加以及额外噪声的引入。本文对相位比对技术进行研究,通过对任意周期性信号之间相位关系的探索,可以发现虽然在连续的比对过程中,相位差的变化没有规律,但是如果以两个比对信号的最小公倍数周期为间隔,可以发现相位群同步和相位群连续特征,这是周期性信号之间固有的规律,把宽频率范围内的直接相位比对变成了可能,而且相位量子和群相位量子分辨率较高的特性有助于提高相位比对的精度。在此基础上,结合创新性的虚拟重建技术,引入一个频率与被锁信号标称值相同的虚拟信号,以参考信号和虚拟信号的最小公倍数周期或其整数倍为闸门,进行高分辨率、无间隔、相位连续的测量。被锁信号和虚拟信号之间的比对与被锁信号和参考信号之间的比对是等效的,可以直接获得标称值任意的两个信号之间的相位差信息。此外,本文将虚拟重建相位比对方法应用到锁相技术中,针对压控晶体振荡器(VCXO)设计了新型数字化锁相控制系统,通过压控晶体振荡器压控端电压和输出频率之间的关系,控制DAC输出作用于压控晶体振荡器的电压信号,将压控晶体振荡器的输出频率锁定到参考信号。本文设计的锁相环系统中,群相位量子的合理使用有效提高了鉴相精度;包含相位差信息的信号由ADC量化直接得到,对原始相位差状况的保持较好;数字化技术的引入有助于实现高精度的测量和控制。实验结果表明本文设计的锁相环系统可以实现任意频率信号之间的锁相控制,被锁频率源的准确度可以达到9E-12,对频率源的频率稳定度也具有改善作用,其结构简单、应用灵活,对时频标准器性能的提高具有重要意义。