锁相环的作用是什么(锁相环是干什么的)

锁相的意义是相位同步的自动控制。能够完成两路电信号相位同步的自动控制闭环系统称为锁相环，简称PLL。它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制、时钟同步等技术领域。

典型的锁相环(PLL)系统由三个基本电路组成:鉴相器(PD)、压控振荡器(VCO)和低通滤波器(LPF)，如图1所示。

图1图1

I相位检测器

组成鉴相器的电路有很多种。这里只介绍实验中使用的两种鉴相器。

1.异或门鉴相器异或门的逻辑真值表如表1所示，图2为逻辑符号图。

从表1可以看出，如果输入端A和B分别输入比例为空50%的信号波形，当它们之间存在相位差Dθ时，输出端F与空的波形比例与δ θ有关，如图3所示。如果F的输出波形被积分器平滑，积分器输出波形的平均值也与δ θ有关。这样，我们就可以用异或门把相位转换成电压，形成一个相位检测电路。那么积分器积分的平均值(DC分量)就是:U = VDD * δ θ/π (1)

不同的δ θ具有不同的DC分量Vd。δ和V之间的关系如图4所示。从图中可以看出，两者之间存在简单的线性关系:UD = KD * δ θ (2)

Kd是相位灵敏度

图3 图3

图4图4

2.如前所述，边沿触发鉴相器在使用异或相位比较器时，要求要比较的两个信号必须是50% 空波形，给应用带来了一定的不便。边沿触发鉴相器通过比较两路输入信号的跳变沿(或跳跃沿)来判别两路输入信号的相位，不需要输入信号与空的比值。

第二，压控振荡器(VCO)

压控振荡器是振荡频率ω0受控制电压UF (t)控制的振荡器，它是一个压频转换器。VCO的特性可以用瞬时频率ω0(t)与控制电压UF (t)之间的关系曲线来表示。当没有施加控制电压时(但不能认为控制DC电压为0，因为控制端电压应该是DC电压和控制电压的叠加)，VCO的振荡频率称为自由振荡频率ωom，或中心频率。在VCO的线性控制范围内，其瞬时角频率可表示为:

ωo(t)= ωom + K0 UF(t)

其中k0是VCO控制特性曲线的斜率，通常称为VCO的控制灵敏度或压控灵敏度。

第三，环路滤波器

这里只讨论无源比例积分滤波器，如图5所示。它的传递函数是:

其中:τ1 = R1 C

τ2 = R2 C

图5图5

4.锁相环的相位模型和传递函数

图6图6

图6显示了PLL的相位模型。需要注意的是，锁相环是相位反馈系统，环路中循环的是相位，而不是电压。因此，通过研究锁相环的相位模型，可以获得锁相环的完整性能。

从图6中可以看出:

(1)当环路在A点断开时，PLL的开环相位传递函数为

KL(S)= 1

(2)环路闭合时的相位传递函数为

H(S)

(3)环路闭合时的相位误差传递函数为

他(她)们

当无源比例积分滤波器用作环路滤波器时，可以推导出:

h(S)= 1

类型，

，τ1 = R1 C，τ2 = R2 C

2x

x=

，K = Kd Ko

还提供:

他(她)们

ω称为系统的固有频率或固有角频率；

x称为系统的阻尼系数。

注意，上述讨论中的ω指的是输入信号相位变化的角频率，而不是输入信号本身的角频率。如果输入信号是调频信号，ω指的是调制信号的角频率，而不是载波的角频率。

5.锁相环的同步和捕获

PLL的输出频率ωo(或VCO的频率)能跟踪输入频率ωi的工作状态，称为同步状态。在同步状态下，ωo = ωi始终存在。在锁相环保持同步的条件下，输入频率ωi的最大变化范围称为同步带宽，用dω h表示，超过此范围，环路失锁。

失锁时，ωωo≠ωi，如果尝试从两个方向改变ωI使ωI接近ωo，再使ωωo =(ωI-ωo)↓当ωωo小于某个值时，环路将从失锁状态进入锁定状态。该PLL受到频率牵引并最终导致锁定的频率范围称为捕获带δωp，同步带δωH、捕获带δωp与VCO中心频率ωo之间的关系如图7所示。

图7图7