锁相环电路设计.docx

锁相环的原理
2007-01-23 00:24

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。
锁和环路是•种反馈控制电路，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。 闪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。
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。
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 出的相位差信号转换成必(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a (t),对振荡错输出信号的频率实施控制。

锁相环中的鉴相器通常由模拟乘法胖组成，利用模拟乘法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：设外界输入的信号电压和压控振荡器输出的信号电压分别为：
%疝W+Q)]
%©二% cos闻+ %(珈 (8_4_2)
式中的3。为压控振荡循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必为：
的二包加0 (£) = KUk% sin[弊+且(切c网知+蛇©]
=|反4PM sin[ qf +自⑷+力/ +4⑷]
+1甸【呼十名«)]—[知十6。⑺】)
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Ue (t) o 即 Uc (t)为：
辽咐二:^[/ +乌a)]一[%+稣(切)
=4M sin{(可一/» +阳⑷一练物) (8-4-3)
式中的G%为输入信号的瞬时振荡角频率，0, (t)和(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：
八孙) 田⑴ dt
即
图 8-4-3
(8-4-4)
则，瞬时相位差。4为
4=(阻一/，+ 尔£)一品(£)
对两边求微分，可得频差的关系式为
d% =力3 -80 K । 矶 d © - 80 ⑷]
dt dt dt
(8-4-5)
(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，u: (t)为恒定值。当上式不等于零时，说明锁相环的相位还未锁定，输入信号和输出 信号的频率不等，u: (t)随时间而变。
4(£)=/+徐睚①
(8-1-6)
因压控振荡器的压控特性如图8-4-3所示，该特性说明压控振荡器的振荡频率处以巴为中心, 随输入信号电压小(t)的变化而变化。该特性的表达式为
上式说明当S (t)随时间而变时，压控振荡器的振荡频率/也随时间而变，锁相环进入“频 率牵引”，自动跟踪捕捉输入信号的频率，使锁相环进入锁定的状态，并保持3产仙的状态不 变。
4. 2锁相环的应用
.锁相环在调制和解调中的应用
(1)调