zwany też w tym zastosowaniu filtrem pętlowym, ma za zadanie wyeliminować niepożądane składowe sygnału z wyjścia detektora fazy; charakterystyka filtru jest dobierana pod kątem zapewnienia stabilnej pracy całej pętli. Funkcjonowanie układu PLL daje się prosto opisać w stanie ustalonym, kiedy układ generuje sygnał o stałej częstotliwości.<br>W stanie ustalonym różnica faz obu sygnałów na wejściach detektora fazy jest stała, zatem stałe jest również napięcie sterujące generatorem VCO; generator wytwarza oscylacje o stałej częstotliwości - takiej, że po jej podzieleniu przez N jest ona równa częstotliwości odniesienia fodn. Zachodzi więc równość fwyj=N.fodn. Oznacza to, że częstotliwość wyjściowa może być zmieniana przez