鎖相環(huán)

　　鎖相環(huán)路是一種反饋電路，鎖相環(huán)的英文全稱是Phase-Locked Loop,簡稱PLL。其作用是使得電路上的時(shí)鐘和某一外部時(shí)鐘的相位差同步。因鎖相環(huán)可以實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)頻率對(duì)輸入信號(hào)頻率的自動(dòng)跟蹤，所以鎖相環(huán)通常用于閉環(huán)跟蹤電路。鎖相環(huán)在工作的過程中，當(dāng)輸出信號(hào)的頻率與輸入信號(hào)的頻率相等時(shí)，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住，這就是鎖相環(huán)名稱的由來。

　　在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，鎖相環(huán)是一種非常有用的同步技術(shù)，因?yàn)橥ㄟ^鎖相環(huán)，可以使得不同的數(shù)據(jù)采集板卡共享同一個(gè)采樣時(shí)鐘。因此，所有板卡上各自的本地 80MHz和20MHz時(shí)基的相位都是同步的，從而采樣時(shí)鐘也是同步的。因?yàn)槊繅K板卡的采樣時(shí)鐘都是同步的，所以都能嚴(yán)格地在同一時(shí)刻進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。鎖相環(huán)路是一個(gè)相位反饋?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)。它由以下三個(gè)基本部件組成：鑒相器(PD)、環(huán)路濾波器(LPF)和壓控振蕩器(VCO)。

01鎖相環(huán)的組成

　　圖1是基本鎖相環(huán)電路的框圖。PLL是由相位比較器(也稱鑒相器)、低通濾波器(LPF)和線性壓控振蕩器(VCO)三部分組成。

圖1 鎖相環(huán)電路構(gòu)成原理框圖

02鎖相環(huán)原理

　　相位比較器將來自壓控振蕩的輸出頻率fo與外加參考頻率fr做比較，產(chǎn)生一個(gè)與相位差對(duì)應(yīng)的誤差電壓輸出至低通濾波器。

　　低通濾波器將相位檢波器的輸出濾波后，轉(zhuǎn)換成平滑的直流控制電壓，是鎖相環(huán)電路的重要組成部分。由于濾波器有一定的時(shí)間常數(shù)，所以PLL的鎖定不是瞬時(shí)的，因而VCO的輸出頻率鎖定在參考電壓fo的平均值上，而不是鎖定在瞬時(shí)值，這一特性利于將帶噪聲的輸入?yún)⒖碱l率形成純凈的輸出頻率。

　　誤差電壓經(jīng)LPF濾波后饋入VCO的控制輸入端，這樣就可使fo和fr之間減少相位差逐步恒定，這時(shí)，環(huán)路就稱為被鎖定了，即鎖定狀態(tài)。

　　如果VCO的頻率在開始時(shí)低于輸入?yún)⒖碱l率，響應(yīng)比較器的輸出偏正，此正輸出電壓經(jīng)濾波后加至VCO，強(qiáng)制VCO的頻率增加，直至VCO的頻率和相應(yīng)輸入?yún)⒖夹盘?hào)的頻率相同為止;如果VCO的頻率增加到高于輸入?yún)⒖碱l率，則發(fā)生與上述相反的過程，相應(yīng)比較器的輸出減少，使VCO的頻率降低，以鎖定到與輸入?yún)⒖枷嗤念l率上。

　　鎖相環(huán)技術(shù)的應(yīng)用比較廣泛，主要包括：倍頻、頻率合成、FM解調(diào)器、音頻解碼等。

　　例如利用鎖相環(huán)路的頻率跟蹤特性，可實(shí)現(xiàn)分頻、倍頻、混頻等頻譜變換功能，并從而構(gòu)成頻率綜合器與標(biāo)準(zhǔn)頻率源。