鎖相環(huán)原理及應(yīng)用

1、鎖相電路（PLL）及其應(yīng)用自動(dòng)相位控制（APC）電路，也稱為鎖相環(huán)路（PLL），它能使受控振蕩器的頻率和相位均與輸入?yún)⒖夹盘?hào)保持同步，稱為相位鎖定，簡稱鎖相。它是一個(gè)以相位誤差為控制對(duì)象的反饋控制系統(tǒng)，是將參考信號(hào)與受控振蕩器輸出信號(hào)之間的相位進(jìn)行比較，產(chǎn)生相位誤差電壓來調(diào)整受控振蕩器輸出信號(hào)的相位，從而使受控振蕩器輸出頻率與參考信號(hào)頻率相一致。在兩者頻率相同而相位并不完全相同的情況下，兩個(gè)信號(hào)之間的相位差能穩(wěn)定在一個(gè)很小的范圍內(nèi)。目前，鎖相環(huán)路在濾波、頻率綜合、調(diào)制與解調(diào)、信號(hào)檢測(cè)等許多技術(shù)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，在模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)中已成為不可缺少的基本部件。一、鎖相環(huán)路的基本工作原理1鎖相

2、環(huán)路的基本組成鎖相環(huán)路主要由鑒頻器（PD）、環(huán)路濾波器（LF）和壓控振蕩器（VCO）三部分所組成，其基本組成框圖如圖3-5-16所示。圖1 鎖相環(huán)路的基本組成框圖將圖3-5-16的鎖相環(huán)路與圖1的自動(dòng)頻率控制（AFC）電路相比較，可以看出兩種反饋控制的結(jié)構(gòu)基本相似，它們都有低通濾波器和壓控振蕩器，而兩者之間不同之處在于：在AFC環(huán)路中，用鑒頻器作為比較部件，直接利用參考信號(hào)的頻率與輸出信號(hào)頻率的頻率誤差獲取控制電壓實(shí)現(xiàn)控制。因此，AFC系統(tǒng)中必定存在頻率差值，沒有頻率差值就失去了控制信號(hào)。所以AFC系統(tǒng)是一個(gè)有頻差系統(tǒng)，剩余頻差的大小取決于AFC系統(tǒng)的性能。在鎖相環(huán)路（PLL）系統(tǒng)中，用鑒相器

3、作為比較部件，用輸出信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)兩者的相位進(jìn)行比較。當(dāng)兩者的頻率相同、相位不同時(shí)，鑒相器將輸出誤差信號(hào)，經(jīng)環(huán)路濾波器輸出控制信號(hào)去控制VCO，使其輸出信號(hào)的頻率與參考信號(hào)一致，而相位則相差一個(gè)預(yù)定值。因此，鎖相環(huán)路是一個(gè)無頻差系統(tǒng)，能使VCO的頻率與基準(zhǔn)頻率完全相等，但二者間存在恒定相位差（穩(wěn)態(tài)相位差），此穩(wěn)態(tài)相位差經(jīng)鑒相器轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髡`差信號(hào)，通過低通濾波器去控制VCO，使與同步。2鎖相環(huán)路的捕捉與跟蹤過程當(dāng)鎖相環(huán)路剛開始工作時(shí)，其起始時(shí)一般都處于失鎖狀態(tài)，由于輸入到鑒相器的二路信號(hào)之間存在著相位差，鑒相器將輸出誤差電壓來改變壓控振蕩器的振蕩頻率，使之與基準(zhǔn)信號(hào)相一致。鎖相環(huán)由失鎖到鎖定的過

4、程，人們稱為捕捉過程。系統(tǒng)能捕捉的最大頻率范圍或最大固有頻帶稱為捕捉帶或捕捉范圍。當(dāng)鎖相環(huán)路鎖定后，由于某些原因引起輸入信號(hào)或壓控振蕩器頻率發(fā)生變化，環(huán)路可以通過自身的反饋迅速進(jìn)行調(diào)節(jié)。結(jié)果是VCO的輸出頻率、相位又被鎖定在基準(zhǔn)信號(hào)參數(shù)上，從而又維持了環(huán)路的鎖定。這個(gè)過程人們稱為環(huán)路的跟蹤過程。系統(tǒng)能保持跟蹤的最大頻率范圍或最大固有頻帶稱為同步帶或同步范圍，或稱鎖定范圍。捕捉過程與跟蹤過程是鎖相環(huán)路的兩種不同的自動(dòng)調(diào)節(jié)過程。由此可見，自動(dòng)頻率控制（AFC）電路，在鎖定狀態(tài)下，存在著固定頻差。而鎖相環(huán)路控制（PLL）電路，在鎖定狀態(tài)下，則存在著固定相位差。雖然鎖相環(huán)存在著相位差，但它和基準(zhǔn)信號(hào)之

5、間不存在頻差，即輸出頻率等于輸入頻率這也表明，通過鎖相環(huán)來進(jìn)行頻率控制，可以實(shí)現(xiàn)無誤差的頻率跟蹤其效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于自動(dòng)頻率控制電路3鎖相環(huán)路的基本部件1）鑒相器（PDPhase Detector）鑒相器是鎖相環(huán)路中的一個(gè)關(guān)鍵單元電路，它負(fù)責(zé)將兩路輸入信號(hào)進(jìn)行相位比較，將比較結(jié)果從輸出端送出。鑒相器的電路類型很多，最常用的有以下三種電路（1）模擬乘法器鑒相器，這種鑒相器常常用于鑒相器的兩路輸入信號(hào)均為正弦波的鎖相環(huán)電路中。（2）異或門鑒相器，這種鑒相器適合兩路輸入信號(hào)均為方波信號(hào)的鎖相環(huán)電路中，所以異或門鑒相器常常應(yīng)用于數(shù)字電路鎖相環(huán)路中。（3）邊沿觸發(fā)型數(shù)字鑒相器，這種鑒相器也屬于數(shù)字電路型鑒相器

6、，對(duì)輸入信號(hào)要求不嚴(yán)，可以是方波，也可以是矩形脈沖波這種電路常用于高頻數(shù)字鎖相環(huán)路中。圖2 是異或門鑒相器的鑒相波形與鑒相特性曲線。圖2 異或門鑒相器的鑒相波形與鑒相特性曲線 a) 異或門鑒相器 b) 鑒相器輸出波形 C) 鑒相特性2）環(huán)路濾波器（LF-Loop Filter）鑒相器輸出的電壓信號(hào)是交流電壓，它并不能直接控制壓控振蕩（VCO）電路，鑒相器輸出的電壓信號(hào)必須經(jīng)過環(huán)路濾波器平滑濾波后，才能用于控制VCO電路。環(huán)路濾波器從實(shí)質(zhì)上講也是低通濾波，其作用主要是濾除鑒相器輸出誤差電壓中的高頻及干擾成分，得到控制電壓，因?yàn)榭刂齐妷菏菦Q定VCO工作頻率的電壓，因此它的變化對(duì)鎖相環(huán)路的性能參數(shù)有

7、很大的影響關(guān)系。圖3是目前比較常用的三種環(huán)路濾波器電路。從圖中可以看出，三種電路的復(fù)雜程度不一樣。第一種簡單的濾波器所用元件最少，電路也最簡單。有源比例積分濾波器，使用元件最多，電路也比較復(fù)雜。圖3 環(huán)路濾波器a)簡單濾波器 b)比例積分濾波器 c) 有源比例積分濾波器但從濾波效果的角度來衡量，有源比例積分濾波器的濾波效果最好，簡單濾波器濾波效果最差，比例積分濾波器的濾波效果介于二者之間。設(shè)計(jì)電路時(shí)，可以根據(jù)鎖相環(huán)路的要求選擇不同的環(huán)路濾波器。3）壓控振蕩器（VCO-Voltage Controlled Oscillator）壓控振蕩器（VCO）是鎖相環(huán)（PLL）的被控對(duì)象。壓控振蕩器是一個(gè)電

8、壓頻率變換裝置，在環(huán)路中作為頻率可調(diào)振蕩器，其振蕩頻率應(yīng)隨輸入控制電壓線性地變化。它輸出的信號(hào)根據(jù)鎖相環(huán)的不同要求，可分為正弦波壓控振蕩器與非正弦波壓控振蕩器兩大類正弦波壓控振蕩器一般由點(diǎn)式振蕩器與變?nèi)荻O管組成它的工作原理與計(jì)算公式和電容三點(diǎn)式正弦波振蕩器完全一樣。由于正弦波VCO受到變?nèi)荻O管結(jié)電容變化范圍的限制，因此一般振蕩頻率變化范圍都不是太大。非正弦波壓控振蕩器的種類較多，由于它的頻率變化范圍大，控制線性好，所以應(yīng)用比較廣泛。這類壓控振蕩器常見的幾種電路有射極定時(shí)壓控多諧振蕩器、積分型施密特壓控振蕩器、數(shù)字門電路壓控振蕩器。圖4是兩種方波壓控振蕩器電路。圖4兩種方波壓控振蕩器電路a)

9、 積分施密特VCO電路 b) CMOS門電路VCO電路二、鎖相環(huán)路的基本特性1良好的載波跟蹤特性。無論輸入鎖相環(huán)的信號(hào)是已調(diào)制或未調(diào)制的，只要信號(hào)中包含有載波成分，就可將環(huán)路設(shè)計(jì)成一個(gè)窄帶跟蹤濾波器，跟蹤輸入信號(hào)載波成分的頻率與相位變化，環(huán)路輸出信號(hào)就是需要提取的載波信號(hào)。載波跟蹤特性包含窄帶、跟蹤和弱輸入載波信號(hào)的放大三重含意。2調(diào)制跟蹤特性。當(dāng)環(huán)路具有適當(dāng)寬度的低頻通帶時(shí)，壓控振蕩器輸出信號(hào)的頻率與相位就能跟蹤輸入調(diào)頻或調(diào)相信號(hào)的頻率與相位的變化。3窄帶濾波特性。鎖相環(huán)路通過環(huán)路濾波器的作用，具有窄帶濾波器特性，當(dāng)壓控振蕩器的輸出頻率鎖定在輸入?yún)⒖碱l率上時(shí)，位于信號(hào)頻率附近的干擾成分將以低

10、頻干擾的形式進(jìn)入環(huán)路，絕大部分的干擾會(huì)受到環(huán)路濾波器低通特性的抑制，從而將混進(jìn)輸入信號(hào)中的噪聲和雜散干擾濾除掉。在設(shè)計(jì)較好時(shí)，這個(gè)通帶能做得極窄，例如在幾十兆赫的頻率范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)幾十赫甚至幾赫的窄帶濾波。這種窄帶濾波特性是任何、及石英晶體等濾波器均難以達(dá)到的。4低門限特性。鎖相環(huán)路也是一個(gè)非線性器件，用作鑒頻器時(shí)同樣存在門限效應(yīng)，但鎖相環(huán)路的門限并不取決于輸入信噪比而取決于環(huán)路信噪比，由于環(huán)路的窄帶特性，環(huán)路信噪比明顯高于輸入信噪比，環(huán)路能在低輸入信噪比條件下工作，即具有低門限的優(yōu)良特性。5鎖定狀態(tài)無剩余頻差，易于集成化等。三、集成鎖相環(huán)74HC4046單片鎖相環(huán)集成電路74HC4046是一種

11、高速CMOS混合電路，含有鎖相環(huán)路全部功能的單片集成鎖相環(huán)電路，其最高工作頻率可達(dá)18MHz。它的內(nèi)部功能框圖及標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用電路，如圖5所示。從圖5中74HC4046的外接元件可以看出，集成鎖相環(huán)只需外接極少的元件，即可組成一個(gè)完整的鎖相電路。以圖5的電路為基準(zhǔn)，根據(jù)各種用途對(duì)電路的不同要求，在鎖相環(huán)電路中若配不同的應(yīng)用電路，即可組成各種類型的應(yīng)用電路。例如，在74HC4046的3腳、4腳之間插人N分頻電路，就可以組成頻率合成器電路。圖5 74HC4046內(nèi)部功能框圖及標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用電路四、鎖相環(huán)路的應(yīng)用1在空間技術(shù)中的應(yīng)用窄帶跟蹤接收機(jī)（鎖相接收機(jī)）鎖相接收機(jī)是一種具有窄帶跟蹤性能的接收機(jī)。主要用于空

12、間技術(shù)中的測(cè)速與測(cè)距，來確定飛行器的運(yùn)行軌道。由于飛行器發(fā)射功率小，通信距離遠(yuǎn)，所以收到的信號(hào)極其微弱。另外，考慮到信號(hào)有多普勒頻移以及振蕩器產(chǎn)生的頻率漂移，接收機(jī)的中頻通帶又必須足夠?qū)挘@樣，接收機(jī)解調(diào)器前的信噪功率比必然相當(dāng)?shù)?，一般?10-30dB左右。采用窄帶鎖相跟蹤接收機(jī)由于它的帶寬很窄，又能跟蹤信號(hào)，因此，能大大提高接收機(jī)的信噪比。般說來，可比普通接收機(jī)信噪比提高3040dB，這一優(yōu)點(diǎn)是很重要的。圖6是鎖相接收機(jī)的簡化框圖。其工作過程如下：圖6 鎖相接收機(jī)的簡化框圖混頻器輸入信號(hào)電壓為，它是調(diào)頻高頻信號(hào)，中心頻率為，它與外差本振信號(hào)相混頻，頻率為，它是由壓控振蕩器頻率經(jīng)M次倍頻后得

13、到的?；祛l后輸出的中頻信號(hào)，其中頻頻率為,，經(jīng)中頻放大器放大后在鑒相器內(nèi)與下一個(gè)頻率穩(wěn)定的本地標(biāo)準(zhǔn)中頻參考信號(hào)進(jìn)行相位比較，的頻率為。如果兩者的頻率有偏差，鑒相器的輸出電壓經(jīng)環(huán)路濾波器濾波后就去調(diào)整壓控振蕩器的振蕩頻率，使混頻器的輸出頻率被鎖定在本地標(biāo)準(zhǔn)中頻上，即。由圖可見，接收機(jī)的中頻放大器設(shè)置在環(huán)路內(nèi)部，依靠環(huán)路的跟蹤作用，中頻信號(hào)的頻率將保持在調(diào)諧回路的中心。這樣，中頻放大器的通頻帶可以做得很窄（例如3300Hz），只需覆蓋調(diào)頻信號(hào)在載波頻率固定情況下的占據(jù)頻寬就夠了。在載頻因多普勒頻移等原因產(chǎn)生較大漂移的情況下，由于窄帶跟蹤環(huán)路的作用，將使載頻有漂移的已調(diào)信號(hào)頻譜，經(jīng)混頻后仍能準(zhǔn)確地落

14、在中頻通頻帶的中央，這就實(shí)現(xiàn)了窄帶跟蹤。在實(shí)際空間通信中，飛行器實(shí)際的多普勒頻移產(chǎn)生的頻率變化要比調(diào)頻信號(hào)本身占據(jù)的頻寬大得多，因而必須采用鎖相環(huán)構(gòu)成的窄帶跟蹤濾波器，才能使這種空間通信有滿意的結(jié)果，這種窄帶跟蹤接收機(jī)的靈敏度很高，接收微弱信號(hào)的能力很強(qiáng)。2在調(diào)制解調(diào)技術(shù)中的應(yīng)用（1）鎖相調(diào)頻電路應(yīng)用圖7所示的鎖相環(huán)路調(diào)頻器電路，可以獲得載波頻率穩(wěn)定度很高的調(diào)頻信號(hào)。實(shí)現(xiàn)PLL調(diào)頻的條件是，調(diào)制信號(hào)的頻譜要處于環(huán)路低通濾波器通帶之外，并且調(diào)制指數(shù)不能太大。這樣，鎖相環(huán)路實(shí)際上是載波跟蹤環(huán)，調(diào)制信號(hào)不能通過低通濾波器，也就不能參與環(huán)路的交流反饋，因而調(diào)制信號(hào)對(duì)鎖相環(huán)路沒有影響，壓控振蕩器的中心頻

15、率被鎖定在晶體振蕩頻率上。同時(shí)，調(diào)制信號(hào)加在壓控振蕩器上，對(duì)其中心頻率進(jìn)行調(diào)制，因此，輸出調(diào)頻信號(hào)的中心頻率穩(wěn)定度與晶振頻穩(wěn)度有相同的數(shù)量級(jí)，而調(diào)頻靈敏度則與VCO的電壓控制靈敏度相同，克服了直接調(diào)頻中心頻率穩(wěn)定度不高的缺點(diǎn)。這種電路的缺點(diǎn)是調(diào)制頻偏（或相偏）較小。為了保證調(diào)制器具有優(yōu)良的低頻調(diào)制特性，可用鎖相環(huán)路構(gòu)成一種所謂兩點(diǎn)調(diào)制的寬帶FM調(diào)制器，這種調(diào)制器在很寬的調(diào)制頻率范圍內(nèi)，頻偏正比于調(diào)制信號(hào)。圖7 鎖相環(huán)路調(diào)頻器電路（2） 鎖相環(huán)路鑒頻器圖8為鎖相環(huán)路鑒頻器原理框圖。調(diào)頻信號(hào)由鑒相器輸入，如果環(huán)路濾波器的帶寬設(shè)計(jì)得足夠?qū)?，使鑒相器的輸出電壓能順利通過，則壓控振蕩器在環(huán)路濾波器輸出電

16、壓的控制下，其輸出信號(hào)頻率將跟蹤輸入調(diào)頻信號(hào)頻率的變化，也就是VCO的輸出是一個(gè)與輸入調(diào)頻信號(hào)具有相同調(diào)制規(guī)律的調(diào)頻波，而環(huán)路濾波器的輸出電壓則正好就是調(diào)頻信號(hào)解調(diào)出的調(diào)制信號(hào)電壓。鎖相環(huán)路鑒頻器的優(yōu)點(diǎn)是它的門限電平比普通鑒頻器低。調(diào)制指數(shù)越高，門限改善的分貝數(shù)也越大。圖8鎖相環(huán)路鑒頻器原理框圖（3）調(diào)幅信號(hào)的同步檢波電路邊帶的調(diào)幅信號(hào)要進(jìn)行同步檢波，必須先從己調(diào)信號(hào)中恢復(fù)出與載波信號(hào)同頻同相的本地載波信號(hào)，用載波跟蹤型鎖相環(huán)就能獲得本地載波信號(hào)。圖9為鎖相同步檢波電路原理框圖。由于壓控振蕩器輸出信號(hào)與輸入調(diào)幅波的載頻分量之間有固定的相移，因此，必須經(jīng)過移相器變成與已調(diào)波中載波分量同相的信號(hào)，

17、此信號(hào)即為本地載波信號(hào)，與已調(diào)波信號(hào)共同加到同步檢波器上，才能獲得解調(diào)信號(hào)。圖9鎖相同步檢波電路以上是用PLL實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)，同樣可以用PLL實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)頻、調(diào)相信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)，最常見的是移頻鍵控（FSK）及移相鍵控信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)。3在穩(wěn)頻技術(shù)中的應(yīng)用利用鎖相環(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。（1）鎖相倍頻電路在窄帶鎖相環(huán)路壓控振蕩器輸出到鑒相器的反饋支路中插入一個(gè)分頻器就得到一個(gè)鎖相倍頻器，如圖10所示。圖10 鎖相倍頻電路框圖根據(jù)鎖相原理，當(dāng)環(huán)路輸入信號(hào)鎖定后，鑒相器的兩個(gè)相位進(jìn)行比較的輸入信號(hào)的頻率應(yīng)該相等，即 這樣就

18、完成了鎖相倍頻的任務(wù)，倍頻次數(shù)等于分頻器的分頻次數(shù)。若采用具有高分頻次數(shù)的可變數(shù)字分頻器，則鎖相倍頻電路可做成高倍頻次數(shù)的可變倍頻器。鎖相倍頻的優(yōu)點(diǎn)是頻譜純度很純，且倍頻次數(shù)可做得很高。（2）鎖相分頻電路如果在基本鎖相環(huán)路的反饋通道中插入倍頻器，就可組成基本的鎖相分頻電路，如圖11所示。圖11 鎖相分頻電路框圖當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，鑒相器輸入信號(hào)角頻率與壓控振蕩器經(jīng)倍頻后反饋至鑒相器的信號(hào)角頻率應(yīng)相等，即 （3）鎖相混頻電路鎖相混頻電路的框圖如圖12所示。在反饋通道中插入混頻器和中頻放大器?；祛l器加入本振信號(hào)，其頻率為，因此混頻器輸出信號(hào)的頻率為，經(jīng)中頻放大器放大后加至鑒相器上。當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，即，這樣

19、環(huán)路就實(shí)現(xiàn)了混頻作用。至于是還是取，在環(huán)路濾波器帶寬足夠窄時(shí)，取決于VCO輸出頻率是高于還是低于，當(dāng)高于時(shí)，取；低于時(shí)，取。圖12 鎖相混頻電路的框圖(4）頻率合成器（頻率綜合器）指能對(duì)頻率進(jìn)行加、減、乘、除運(yùn)算，將一個(gè)或幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率變成一系列標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的設(shè)備或裝置為頻率合成器。頻率合成的方法有以下三種：第一種為直接頻率合成法，它是利用混頻器、倍頻器、分頻器及濾波器等來完成頻率的加、減、乘、除四種運(yùn)算。直接式頻率合成器的優(yōu)點(diǎn)是頻率變換速度快、相位噪聲小，但它的雜波大、硬件設(shè)備復(fù)雜、體積大、造價(jià)高。日前己很少采用。第二種為鎖相式頻率合成法，是利用一個(gè)或幾個(gè)鎖相環(huán)來完成頻率變換任務(wù)，其特點(diǎn)是體積

20、小，性能好、價(jià)格低廉、已獲得廣泛應(yīng)用。第三種為直接數(shù)字式頻率合成法（DDS），它利用計(jì)算機(jī)查閱表格上所存儲(chǔ)的正弦波的取樣值，再通過數(shù)模變換來產(chǎn)生模擬正弦信號(hào)，改變查表速度就可以變換頻率。這種方法實(shí)際上是通過對(duì)相位的運(yùn)算進(jìn)行頻率合成的。也可以用計(jì)算機(jī)求解數(shù)字遞推關(guān)系式等方法來產(chǎn)生正弦信號(hào)。除正弦信號(hào)外，也能產(chǎn)生其他各種波形的信號(hào)。這種方法也稱為波形合成法。其優(yōu)點(diǎn)是體積小、功耗低、性能優(yōu)良，己超過傳統(tǒng)的頻率合成技術(shù)，這種方法隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，正獲得十分廣泛的應(yīng)用。這里僅簡單介紹鎖相頻率合成器的原理框圖。圖 13示出單環(huán)數(shù)字頻率合成器的原理框圖。圖13 鎖相混頻電路的組成框圖圖中可見在基本鎖

21、相環(huán)路的反饋支路中，接入具有高分頻比的可變分頻器，分頻比為N控制可變分頻器的分頻比就可得到若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率輸出。為了得到所需的頻率間隔，往往在電路中還加一個(gè)前置分頻器。頻率合成器的電路構(gòu)成和鎖相倍頻電路是一樣的，僅僅分頻器采用可變分頻器。 其工作原理如下：環(huán)路輸入來源于高穩(wěn)定晶體振蕩器，當(dāng)輸入?yún)⒖夹盘?hào)的頻率為時(shí)， 環(huán)路在鎖定后將沒有頻差，輸入頻率等于反饋頻率，環(huán)路輸出頻率為 可見，只要改變分頻比N，就可以改變輸出頻率。同時(shí)，當(dāng)改變合成器輸出頻率的間隔，即為改進(jìn)單環(huán)頻率合成器的性能，可以在環(huán)路中可變分頻器前加入固定分頻比的前置分頻器，或在反饋支路中加入混頻器。電路設(shè)計(jì)與驗(yàn)證1.調(diào)頻調(diào)頻是用調(diào)制信號(hào)

22、直接線性地改變載波振蕩的瞬時(shí)頻率，即使載波振蕩頻率隨調(diào)制信號(hào)的失真變化而變化。其逆過程為頻率解調(diào)（也稱頻率檢波或鑒頻）。圖14 鎖相環(huán)調(diào)頻電路原理框圖將調(diào)制信號(hào)加到壓控振蕩器（VCO）的控制端，使壓控振蕩器的輸出頻率（在自振頻率(中心頻率)f0上下）隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化，于是生成了調(diào)頻波。當(dāng)載波頻率與自由振蕩頻率相近時(shí)，載波頻率與壓控振蕩器的振蕩頻率鎖定。低通濾波器只保證壓控振蕩中心振蕩頻率與載波頻率鎖定時(shí)所產(chǎn)生的相位誤差電壓通過，該電壓與調(diào)制信號(hào)同經(jīng)加法器，用以控制壓控振蕩器的頻率，從而獲得與載波頻率具有同樣頻率穩(wěn)定度的調(diào)頻波。2鑒頻圖14 鎖相環(huán)解調(diào)電路原理框圖調(diào)頻波（經(jīng)過放大器放大后）

23、與壓控振蕩器的輸出被送入鑒相器，經(jīng)鑒相獲得變化著的相位誤差電壓，該誤差電壓通過低通濾波器被濾掉其高頻成份，繼而獲得隨調(diào)制信號(hào)頻率變化而變化的信號(hào)，經(jīng)跟隨器得到解調(diào)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了解調(diào)（鑒頻）過程。 圖4 鎖相環(huán)（4046）典型電路圖 相位比較器(鑒相器)；VCO 壓控振蕩器；C1,R1、R2 決定自振頻率；R3、C2 低通濾波器；14腳 高頻輸入端，要求輸入方波信號(hào)；4腳VCO輸出端。IN1端輸入幅值為3.5VP-P、頻率與自振頻率相同方波信號(hào)（定義為載波）。IN2端輸入幅值為0.4VP-P、頻率lKHz的正弦波（定義為調(diào)制波）。用雙蹤示波器仔細(xì)觀測(cè)OUT1和IN2，為了可清楚地觀看到調(diào)頻波的

24、疏密變化，可微調(diào)調(diào)制信號(hào)的頻率。圖1 頻率合成電路結(jié)構(gòu)框圖1. 鎖相式數(shù)字頻率合成電路的組成及工作原理圖中結(jié)構(gòu)可由CD4046及外圍電路組成，其中相位比較器和壓控振蕩器功能電路由CD4046完成。1N分頻電路是由三組可預(yù)置分頻電路完成，各組均由CD4522可編程二進(jìn)制4位1N計(jì)數(shù)器組成，每組分頻可用“接入+5V的方法”以8421碼的形式對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，也可用單片機(jī)編程去控制，分頻比的選擇范圍為1999（針對(duì)三組分頻電路而言），總共可預(yù)置999個(gè)頻率點(diǎn)，它是構(gòu)成鎖相式數(shù)字頻率合成器的重要單元電路，即可編程分頻電路。按所需分頻比，先預(yù)置各位（即個(gè)位、十位和百位）的數(shù)據(jù)，然后輸入頻率為fi的方波信號(hào)Ui到CD4046的相位比較器SIGNin端(14腳)，壓控振蕩器產(chǎn)生