9.6.1鎖相環(huán) - 鎖相環(huán)

鎖相環(huán)（Phase-LockedLoop,PLL）是一個(gè)自動(dòng)相位控制系統(tǒng)，在輸入信號(hào)頻率改變或含有噪聲的情況下，產(chǎn)生與輸入信號(hào)頻率保持同步的輸出信號(hào)。

——環(huán)路鎖定時(shí)，其輸出信號(hào)頻率與輸入信號(hào)頻率相等，二者保持一個(gè)固定的相位差值。鎖相環(huán)——模擬鎖相環(huán)（APLL）

數(shù)字鎖相環(huán)（DPLL）

9.6鎖相環(huán)(PLL)1.鑒相器PD——相位比較電路鎖相環(huán)由鑒相器PD、環(huán)路濾波器LF和壓控振蕩器VCO三大部分組成，并形成帶有反饋的閉環(huán)結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)ui(t)和壓控振蕩器輸出uo(t)的相位鑒別。

輸入信號(hào)VCO的輸出9.6.1模擬鎖相環(huán)(APLL)的基本結(jié)構(gòu)差頻成分(低頻信號(hào)分量)相差

和頻成分(高頻信號(hào)分量)1.鑒相器PD——相位比較電路ui(t)uo(t)uD(t)2.環(huán)路濾波器LF——低通濾波器環(huán)路濾波器主要有兩種功能：一是抑制uD(t)中的高頻分量和干擾；二是決定PLL電路的傳輸特性。將環(huán)路濾波器視作理想低通濾波器，環(huán)路濾波器的輸出

KF為濾波器的通帶增益Kd為鑒相靈敏度當(dāng)

i=

o時(shí)，uE(t)為直流分量，uE(t)∝

。

3.壓控振蕩器VCO——輸入電壓控制輸出頻率VCO的壓控特性為

Ko為壓控靈敏度

0為VCO的固有頻率9.6.2模擬鎖相環(huán)(APLL)的工作原理設(shè)電路開始工作時(shí)，

o

i，則在uE(t)的作用下，

o逐漸向

i逼近，直至

o=

i

，輸出與輸入同步，相位差恒定，稱鎖相環(huán)進(jìn)入鎖定狀態(tài)。

VCO的輸出作為反饋信號(hào)送入鑒相器進(jìn)行相位比較，通過電路的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，最終使VCO的輸出穩(wěn)定在一個(gè)固定的頻率和相位，因而PLL電路采用了負(fù)反饋技術(shù)。1.PLL的基本概念(1)頻率牽引在uE(t)的控制下，輸出信號(hào)頻率fo

向輸入信號(hào)頻率fi

趨近，稱為頻率牽引。(2)捕捉過程若鎖相環(huán)的

o

i

，并且差頻高于濾波器的截止頻率，那么鑒相器輸出的差頻與和頻將一起被環(huán)路濾波器抑制，使回路無法鎖定，稱鎖相環(huán)處于失鎖狀態(tài)。如果

i與VCO的固有頻率

0接近，使差頻分量接近濾波器通帶的邊緣，并能通過濾波器，那么VCO的輸出

o將朝著輸入

i逐漸逼近，直至進(jìn)入鎖定狀態(tài)?！獜沫h(huán)路失鎖到環(huán)路鎖定的過程。(3)捕捉帶

PLL捕捉輸入信號(hào)所需要的時(shí)間稱為捕捉時(shí)間(或牽引時(shí)間)，用tc

表示。鎖相環(huán)路由失鎖進(jìn)入鎖定所允許的輸入信號(hào)的最大頻率失諧范圍稱為捕捉帶或捕捉范圍fCR。(4)環(huán)路跟蹤及同步帶環(huán)路鎖定后，鎖相環(huán)處于動(dòng)態(tài)跟蹤狀態(tài)，輸入信號(hào)的頻率發(fā)生變化時(shí)，使鎖相環(huán)重新達(dá)到鎖定狀態(tài)，使輸出頻率始終同步跟蹤輸入頻率，這一現(xiàn)象稱為環(huán)路跟蹤。1.PLL的基本概念在鎖相環(huán)保持跟蹤狀態(tài)下，環(huán)路能保持鎖定的輸入信號(hào)頻率的最大變化范圍稱為同步帶，又稱同步范圍fLR

。

——為獲得鎖定，

i與

o之間應(yīng)有的接近程度。2.PLL的基本特性(1)鎖定狀態(tài)無頻差當(dāng)環(huán)路輸入固定參考頻率的信號(hào)，鎖定以后VCO輸出頻率與參考頻率的頻差為零，只存在一個(gè)穩(wěn)定的相位差，成為一個(gè)無靜態(tài)誤差的自動(dòng)頻率控制系統(tǒng)。(2)窄帶跟蹤特性當(dāng)環(huán)路的輸出頻率被鎖定于輸入頻率(如載波頻率)時(shí)，若載波頻率發(fā)生緩慢變化，輸出中心頻率能夠自動(dòng)跟蹤輸入頻率的變化。將環(huán)路濾波器設(shè)計(jì)成窄帶濾波器，此時(shí)鎖相環(huán)特別適用于從強(qiáng)噪聲中檢測(cè)微弱信號(hào)。

(3)調(diào)制跟蹤特性在鎖定狀態(tài)，如果輸入頻率在一定范圍內(nèi)瞬時(shí)變化，如寬帶調(diào)頻信號(hào)，環(huán)路的輸出頻率也可自動(dòng)跟隨輸入頻率瞬時(shí)變化，即具有調(diào)制跟蹤特性。將環(huán)路設(shè)計(jì)成寬帶，寬帶跟蹤環(huán)通常用于對(duì)寬帶已調(diào)制信號(hào)的解調(diào)。9.6.3集成鎖相環(huán)1.CC4046的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

CMOS鎖相環(huán)由三個(gè)基本單元構(gòu)成：相位比較器、壓控振蕩器和低通濾波器。

CC4046芯片包含兩個(gè)相位比較器和一個(gè)壓控振蕩器，需要外接阻容元件(R3、C2)構(gòu)成低通濾波器。當(dāng)壓控振蕩器的禁止輸入端INH為高電平時(shí)，VCO被封鎖。壓控振蕩器的振蕩頻率和電源電壓及外接阻容元件數(shù)值有關(guān)。CMOS鎖相環(huán)CC4046的振蕩頻率約為0.5Hz~1.5MHz，線性度為0.3%～1%左右，是性價(jià)比較高的通用型數(shù)字鎖相環(huán)。9.6.3集成鎖相環(huán)

PLL電路是將輸入信號(hào)ui(t)與VCO輸出信號(hào)uo(t)的相位進(jìn)行比較，使VCO的振蕩頻率與輸入頻率同步的電路。2.鎖相環(huán)用于頻率合成

PLL頻率合成器基本思想：在PLL電路的鑒相器之前、VCO之后以及環(huán)路內(nèi)等不同