- 了解鎖相環(huán)路的組成
- 學習鎖相環(huán)路的基本特性
鎖相環(huán)路(Phase Lock Loop，PLL)是一種自動相位控制(APC)系統(tǒng)，是現(xiàn)代電子系統(tǒng)中應用廣泛的一個基本部件。它的基本作用是在環(huán)路中產(chǎn)生一個振蕩信號(有時也稱本地振蕩)，這個信號的頻率受控制電壓的作用，當環(huán)路鎖定時，振蕩信號的輸出頻率與輸入信號的頻率完全相等，兩個信號的相位差保持恒定。實現(xiàn)了無頻率誤差的信號跟蹤，合理地選擇PLL的直流增益、振蕩頻率和相應帶寬可有效地改善環(huán)路性能，達到理想的效果。
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；作用是將輸入信號的相位與VCO的輸出信號相位進行比較，并比較結(jié)果轉(zhuǎn)化為誤差電壓Ud(t)；該電壓是兩個信號相位差的函數(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。
當輸入信號和輸出信號頻率相同相差恒定時，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，并通過環(huán)路濾波器使壓空振蕩器的頻率發(fā)生變化。環(huán)路設計得恰當，這種變化將不斷使輸出信號的頻率與輸入信號的頻率趨于一致，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)。當輸入信號的頻率發(fā)生變化時(VCO的控制范圍)，VCO的輸出就能跟上這個變化，實施跟蹤和捕捉的過程，達到頻率相等的要求
1.2 鎖相環(huán)路的基本特性
正常工作時鎖相環(huán)路具有以下基本特性：
(1)良好的窄帶特性：當環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時，鑒相器輸出的誤差電壓Ud(t)是一個能順利通過環(huán)路濾波器的直流電壓，如果此時輸入信號中有干擾成分，則干擾信號與VCO的輸出信號在鑒相器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的輸出信號中的干擾成分大為減少，此時環(huán)路相當于一個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到的。
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(2)鎖定后沒有頻差：在環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時，環(huán)路的輸出信號和輸入信號的頻率相等，沒有剩余頻差，只有剩余相位差。它比AFC系統(tǒng)更好地實現(xiàn)了頻率控制，因而在自動頻率控制、頻率合等技術(shù)方面獲得了廣泛的應用
(3)自動跟蹤特性：一個已經(jīng)處于鎖定狀態(tài)的環(huán)路，當輸入信號的頻率稍有變化時，VCO的頻率立即發(fā)生相應的變化，使輸出頻率與輸入頻率接近并最終達到相等。有時環(huán)路雖未達到鎖定狀態(tài)，經(jīng)過自身的調(diào)節(jié)作用可以捕捉到輸入信號并最終鎖定
(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)。集成化可以減小設備體積、降低成本、提高設備的可靠性和穩(wěn)定性，大大提高整機性能。
