鎖相環(huán)技術(shù)

鎖相技術(shù)的理論早在1932年就提出了，但直到40年代在電視機(jī)中才得到廣泛的應(yīng)用。鎖相環(huán)的英文全稱是Phase-LockedLoop,簡(jiǎn)稱PLL，是實(shí)現(xiàn)相位自動(dòng)控制的負(fù)反饋系統(tǒng)，它使振蕩器的相位和頻率與輸入信號(hào)的相位和頻率同步。

   鎖相環(huán)包含三個(gè)主要的部分:⑴鑒相環(huán)(或相位比較器,記為PD或PC):是完成相位比較的單元,用來(lái)比較輸入信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)的之間的相位.它的輸出電壓正比于兩個(gè)輸入信號(hào)之相位差.⑵低通濾波器(LPF):是個(gè)線性電路,其作用是濾除鑒相器輸出電壓中的高頻分量,起平滑濾波的作用.通常由電阻、電容或電感等組成，有時(shí)也包含運(yùn)算放大器。⑶壓控振蕩器（VCO）：振蕩頻率受控制電壓控制的振蕩器，而振蕩頻率與控制電壓之間成線性關(guān)系。在PLL中，壓控振蕩器實(shí)際上是把控制電壓轉(zhuǎn)換為相位。

   圖1為上述三個(gè)部分組成PLL的方框圖，它的工作過(guò)程如下：相位比較器把輸入信號(hào)作為標(biāo)準(zhǔn)，將它的頻率和相位與從VCO輸出端送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行比較。如果在它的工作范圍內(nèi)檢測(cè)出任何相位（頻率）差，就產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)Ve(t)，這個(gè)誤差信號(hào)正比于輸入信號(hào)和VCO輸出信號(hào)之間的相位差，通常是以交流分量調(diào)制的直流電平。由低通濾波器濾除誤差信號(hào)中的交流分量，產(chǎn)生信號(hào)Vd(t)去控制VCO，強(qiáng)制VCO朝著減小相位/頻率誤差的方向改變其頻率，使輸入基準(zhǔn)信號(hào)和VCO輸出信號(hào)之間的任何頻率或相位差逐漸減小直至為0，這時(shí)我們就稱環(huán)路已被鎖定。

   如果VCO的輸出頻率低于輸入基準(zhǔn)信號(hào)的頻率，相位比較器的輸出振幅就為正，經(jīng)濾波后去控制VCO，使其頻率增加，直到兩個(gè)信號(hào)的頻率和相位**同步。相反，若VCO輸出頻率高于輸入基準(zhǔn)信號(hào)，相位比較器的輸出會(huì)下降，使VCO鎖定在輸入基準(zhǔn)信號(hào)的頻率。

   下面較詳細(xì)地介紹它的捕捉過(guò)程和跟蹤狀態(tài)。

   設(shè)VCO在沒(méi)有輸入控制信號(hào)時(shí)的固有振蕩頻率為Wo。開(kāi)機(jī)后，若相位比較器的輸入信號(hào)頻率Wi與Wo很接近，則相位比較器將輸出這兩個(gè)頻率信號(hào)的差拍波，因其頻率很低，它將順利通過(guò)低通濾波器，然后加到VCO輸入端去作控制電壓，VCO受此差拍調(diào)頻，其中心頻率仍為Wo。調(diào)頻信號(hào)又立即返回相位比較器中，在它的輸出信號(hào)中已具有一個(gè)直流分量，經(jīng)過(guò)低通濾波器的積分作用取出來(lái)，再加到VCO輸入端，從而使VCO的中心頻率發(fā)生偏移。這個(gè)偏移方向恰好是朝著輸入信號(hào)頻率Wi的方向移動(dòng)，使相位比較器輸出的差拍信號(hào)頻率變得越來(lái)越低，相位差的直流分量也會(huì)越來(lái)越大。這個(gè)逐漸變大的直流分量經(jīng)低通濾波器后去控制VCO，以更快的速度使VCO的振蕩頻率趨向于Wi。
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