近年来，随着数字通信系统的快速发展，新的通信技术和应用不断涌现，对数字同步网提供的频率源质量的要求越来越高。作为数字同步网的重要组成部分，同步时钟设备负责向电信网中的其他设备提供高精度的参考频率，因此同步时钟设备自身频率源的质量直接关系到整个电信网的运行质量。近来，最早用于军事领域的全球定位系统(GPS)的日渐完善使得全球定位系统开始应用于民用领域并迅速扩展，由于它能够提供长期稳定度很高的时间和频率信息，所以人们开始研究它在高精度频率源方面的应用。 锁相环(PLL)是一种输出信号在频率和相位上能够与输入参考信号同步的电路系统。自从上世纪30年代，锁相环理论被提出后，锁相环在电子、通信等领域得到了迅速而广泛的应用。本文设计了一个应用在同步时钟设备中的锁相环，该锁相环利用GPS提供的长期频率稳定度较高的频率信号控制短期频率稳定度较高的恒温压控晶体振荡器(OCXO)，目的是探讨一种既能够获得良好的长短期频率稳定度又能有较好的性价比的系统实现。 本文详细介绍了锁相环的基础理论和发展状况，重点对GPS提供的频率信号的抖动和漂移特性进行了研究和分析，从而确定了数字环路滤波器的技术指标和实现方式。论文设计了两个分别工作在锁相环的捕获状态和跟踪状态的数字环路滤波器，它们可以很好的滤除GPS提供的频率信号的短期抖动性，同时保留了其长期频率稳定度。论文还对传统的鉴频鉴相器进行了改进，使其可以产生便于论文中使用的软件实现的数字滤波器进行滤波的鉴相值。最后对锁相环的功能和性能进行了测试，测试结果表明锁相环实现了长短期稳定度都很高的频率信号的输出，达到了设计目的。