锁相环工作原理

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1、锁相环工作原理锁相环路是一种反馈电路，锁相环的英文全称是Phase-LockedLoop,简称PLL。其作用是使得电路上的时钟和某一外部时钟的相位同步。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。在数据采集系统中，锁相环是一种非常有用的同步技术，因为通过锁相环，可以使得不同的数据采集板卡共享同一个采样时钟。因此，所有板卡上各自的本地80MHz和20MHz时基的相位都是同步的，从而采样时钟也是同步的

2、。因为每块板卡的采样时钟都是同步的，所以都能严格地在同一时刻进行数据采集。锁相环路是一个相位反馈自动控制系统。它由以下三个基本部件组成：鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）。锁相环的工作原理：1.压控振荡器的输出经过采集并分频；2.和基准｛言号同时输入鉴相器；3.鉴相器通过比较上述两个信号的频率差，然后输出一个直流脉冲电压；4.控制VCO,使它的频率改变；5.这样经过一个很短的时间，VCO的输出就会稳定于某一期望值。锁相环可用来实现输出和输入两个信号之间的相位同步。当没有基准（参考）输入信号时，环路滤波器的输出为零（或为某一固定值）。这时，压控振荡器按其固有频率fv进行自

3、由振荡。当有频率为fR的参考信号输入时，uR和uv同时加到鉴相器进行鉴相。如果fR和fv相差不大，鉴相器对uR和uv进行鉴相的结果，输出一个与uR和uv的相位差成正比的误差电压ud,再经过环路滤波器滤去ud中的高频成分，输出一个控制电压uc,uc将使压控振荡器的频率fv（和相位）发生变化，朝着参考输入信号的频率靠捉，最后使fv=fR,环路锁定。环路一旦逬入锁定状态后，压控振荡器的输出信号与环路的输入信号（参考信号）之间只有一个固定的稳态相位差，而没有频差存在。这时我们就称环路已被锁定。环路的锁定状态是对输入信号的频率和相位不变而言的，若环路输入的是频率利］相位不断变化的信号，而且环路能使压控振

4、荡器的频率和相位不断地跟踪输入信号的频率和相位变化，则这时环路所处的状态称为跟踪状态。锁相环路在锁定后，不仅能使输出信号频率与输入信号频率严格同步，而且还具有频率跟踪特性，所以它在电子技术的各个领域中都有着广泛的应用.锁相环的基本组成：许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与内部的振荡信号同步，利用锁相环路就可以实现这个目的。锁相环路是一种反懐控制电路，简称锁相环（PLL）。锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相

5、等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。锁相环通常由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成，锁相环组成的原理框图如图8-4-1所示oiy8-4-1锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位碧言号转换成UD（t）电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压UC（t）、对振荡器输出信号的频率实施控制。2.锁相环的工作原理锁相环中的鉴相器通常由模拟乘法器组成，利用模拟乘;'去器组成的鉴相器电路如图8-4-2所示。鉴相器的工作原理是：设外界输入的

6、信号电压和压控振荡器输出的f言号电压分别为：“//)=sir.[叫+巧(/)](8斗工)⑴=t/加cos[dV+巧(Z)](8_4_2)式中的⑴。为压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频率，称为电路的固有振荡角频率。则模拟乘法器的输出电压UD为:sin[叫+⑽]cos[aV+⑽]=o»sin[邮+⑽+邮+巧(/)]+

7、sin{[Q},t+6i(/)]-[ty0Z+0^(/)]}用低通滤波器LF将上式中的和频分量滤掉，剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压uc(t)。即UC(t)为：sm{[邮+$(/)]■[〜+巧(0]}=27加sin((山，-叫)f+[$(Z)-巧⑴])(8

8、-4-3)式中的o)i为输入信号的瞬时振荡角频率，0i(t)和0o(t)分别为输入信号和输出信号的瞬时位相，根据相量的关系可得瞬时频率和瞬时位相的关系为：挪）dt8-4-4)则，瞬时相位差0d为A=(叫-㈤以+⑽8-4-5)对两边求微分，可得频差的关系式为（8-4-6）上式等于零，说明锁相环进入相位锁定的状态，此时输出和输入信号的频率和相位保持恒定不变的状态,uc（t）为恒定值。当上式不等于零时，