- 了解鎖相環(huán)路的組成
- 學(xué)習(xí)鎖相環(huán)路的基本特性
鎖相環(huán)路(Phase Lock Loop，PLL)是一種自動(dòng)相位控制(APC)系統(tǒng)，是現(xiàn)代電子系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的一個(gè)基本部件。它的基本作用是在環(huán)路中產(chǎn)生一個(gè)振蕩信號(hào)(有時(shí)也稱本地振蕩)，這個(gè)信號(hào)的頻率受控制電壓的作用，當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，振蕩信號(hào)的輸出頻率與輸入信號(hào)的頻率完全相等，兩個(gè)信號(hào)的相位差保持恒定。實(shí)現(xiàn)了無(wú)頻率誤差的信號(hào)跟蹤，合理地選擇PLL的直流增益、振蕩頻率和相應(yīng)帶寬可有效地改善環(huán)路性能，達(dá)到理想的效果。
1.1 鎖相環(huán)路的組成
鎖相環(huán)路由3部分組成：鑒相器PD(Phase Detector)、環(huán)路濾波器LF(Loop Fillter)和壓控振蕩器VCO(Voltage-Control Oscillator)。組成框圖如圖1所示：
鑒相器PD 通常鑒相器由相乘器和低通濾波器組成；作用是將輸入信號(hào)的相位與VCO的輸出信號(hào)相位進(jìn)行比較，并比較結(jié)果轉(zhuǎn)化為誤差電壓Ud(t)；該電壓是兩個(gè)信號(hào)相位差的函數(shù)。
環(huán)路濾波器LF 是低通濾波器，作用是濾除誤差電壓Ud(t)中的高頻分量后得到控制電壓Uc(t)，并加給壓控振蕩器。
壓控振蕩器VCO 通常由變?nèi)荻O管和電抗管等組成振蕩電路；VCO的輸出頻率受Uc(t)的控制。
當(dāng)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)頻率相同相差恒定時(shí)，鑒相器輸出中的低頻分量為零，環(huán)路濾波器的輸出也為零，壓控振蕩器的振蕩頻率不發(fā)生變化。如果二者的頻率不一致，則鑒相器將產(chǎn)生低頻分量，并通過(guò)環(huán)路濾波器使壓空振蕩器的頻率發(fā)生變化。環(huán)路設(shè)計(jì)得恰當(dāng)，這種變化將不斷使輸出信號(hào)的頻率與輸入信號(hào)的頻率趨于一致，最終二者頻率相等相位差恒定，Ud(t)，Uc(t)均為直流電壓，VCO的輸出頻率將停止變化，環(huán)路處于“鎖定”狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)的頻率發(fā)生變化時(shí)(VCO的控制范圍)，VCO的輸出就能跟上這個(gè)變化，實(shí)施跟蹤和捕捉的過(guò)程，達(dá)到頻率相等的要求
1.2 鎖相環(huán)路的基本特性
正常工作時(shí)鎖相環(huán)路具有以下基本特性：
(1)良好的窄帶特性：當(dāng)環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時(shí)，鑒相器輸出的誤差電壓Ud(t)是一個(gè)能順利通過(guò)環(huán)路濾波器的直流電壓，如果此時(shí)輸入信號(hào)中有干擾成分，則干擾信號(hào)與VCO的輸出信號(hào)在鑒相器PD中比較所形成的誤差電壓受到環(huán)路濾波器的抑制(處于低通的通頻帶外)，于是VCO的輸出信號(hào)中的干擾成分大為減少，此時(shí)環(huán)路相當(dāng)于一個(gè)濾除噪聲的高頻窄帶濾波器，其通頻帶可以做得很窄，如在幾十兆赫茲至幾百兆赫茲的中心頻率上實(shí)現(xiàn)幾赫茲至幾十赫茲的窄帶濾波。這種窄帶濾波特性是LC，RC、石英晶體等濾波器很難達(dá)到的。
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(2)鎖定后沒(méi)有頻差：在環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時(shí)，環(huán)路的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)的頻率相等，沒(méi)有剩余頻差，只有剩余相位差。它比AFC系統(tǒng)更好地實(shí)現(xiàn)了頻率控制，因而在自動(dòng)頻率控制、頻率合等技術(shù)方面獲得了廣泛的應(yīng)用
(3)自動(dòng)跟蹤特性：一個(gè)已經(jīng)處于鎖定狀態(tài)的環(huán)路，當(dāng)輸入信號(hào)的頻率稍有變化時(shí)，VCO的頻率立即發(fā)生相應(yīng)的變化，使輸出頻率與輸入頻率接近并最終達(dá)到相等。有時(shí)環(huán)路雖未達(dá)到鎖定狀態(tài)，經(jīng)過(guò)自身的調(diào)節(jié)作用可以捕捉到輸入信號(hào)并最終鎖定
(4)易于集成化：組成鎖相環(huán)路的基本部件都易于采用集成電路，隨著集成技術(shù)的發(fā)展，整個(gè)環(huán)路包括一些放大元件、控制元件等均可集成在1塊芯片上，目前常用的主要有L562，L565，L564，CD4046等集成鎖相環(huán)。集成化可以減小設(shè)備體積、降低成本、提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，大大提高整機(jī)性能。
