什么是鎖相環(huán)

鎖相環(huán) （PLL） 是電子系統(tǒng)中最通用、最靈活和最有價(jià)值的電路配置之一，因此在許多應(yīng)用中都有使用。它用于時(shí)鐘重定時(shí)和恢復(fù)，作為頻率合成器和可調(diào)諧振蕩器，僅舉幾個(gè)例子。

因此，在包括無(wú)線電接收器和測(cè)試設(shè)備在內(nèi)的許多 RF 設(shè)備項(xiàng)目中都可以找到 PLL。根據(jù)其具體實(shí)現(xiàn)，它可以服務(wù)于近直流到 GHz 和更高的頻率，在系統(tǒng)和電路中發(fā)揮許多關(guān)鍵作用。

鎖相環(huán)的工作原理

鎖相環(huán)路是一種反饋控制電路，簡(jiǎn)稱鎖相環(huán)（PLL,Phase-Locked Loop）。鎖相環(huán)的特點(diǎn)是：利用外部輸入的參考信號(hào)控制環(huán)路內(nèi)部振蕩信號(hào)的頻率和相位。

最基礎(chǔ)的鎖相環(huán)系統(tǒng)主要包含三個(gè)基本模塊：鑒相器（Phase Detector：PD）、環(huán)路濾波器（L00P Filter：LF）其實(shí)也就是低通濾波器，和壓控振蕩器（Voltage Controlled Oscillator：VCO）。有了這三個(gè)模塊的話，最基本的鎖相環(huán)就可以運(yùn)行了。但我們實(shí)際使用過程中，鎖相環(huán)系統(tǒng)還會(huì)加一些分頻器、倍頻器、混頻器等模塊。（這一點(diǎn)可以類比STM32的最小系統(tǒng)和我們實(shí)際使用STM32的開發(fā)板）

圖 鎖相環(huán)基本模塊

圖 輸入信號(hào)和輸出信號(hào)存在相位差

鎖相環(huán)的應(yīng)用

鎖相環(huán)在調(diào)制和解調(diào)中的應(yīng)用

所謂的調(diào)制就是用攜帶信息的輸入信號(hào)ui來(lái)控制載波信號(hào)uc的參數(shù)，使載波信號(hào)的某一個(gè)參數(shù)隨輸入信號(hào)的變化而變化。載波信號(hào)的參數(shù)有幅度、頻率和位相，所以，調(diào)制有調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）和調(diào)相（PM）三種。

調(diào)幅波的特點(diǎn)是頻率與載波信號(hào)的頻率相等，幅度隨輸入信號(hào)幅度的變化而變化；調(diào)頻波的特點(diǎn)是幅度與載波信號(hào)的幅度相等，頻率隨輸入信號(hào)幅度的變化而變化；調(diào)相波的特點(diǎn)是幅度與載波信號(hào)的幅度相等，相位隨輸入信號(hào)幅度的變化而變化。調(diào)幅波和調(diào)頻波的示意圖如圖8-4-4所示。

上圖的（a）是輸入信號(hào)，又稱為調(diào)制信號(hào)；圖（b）是載波信號(hào)，圖（c）是調(diào)幅波和調(diào)頻波信號(hào)。

解調(diào)是調(diào)制的逆過程，它可將調(diào)制波uo還原成原信號(hào)ui。

鎖相環(huán)在頻率合成電路中的應(yīng)用

在現(xiàn)代電子技術(shù)中，為了得到高精度的振蕩頻率，通常采用石英晶體振蕩器。但石英晶體振蕩器的頻率不容易改變，利用鎖相環(huán)、倍頻、分頻等頻率合成技術(shù)，可以獲得多頻率、高穩(wěn)定的振蕩信號(hào)輸出。

輸出信號(hào)頻率比晶振信號(hào)頻率大的稱為鎖相倍頻器電路；輸出信號(hào)頻率比晶振信號(hào)頻率小的稱為鎖相分頻器電路。鎖相倍頻和鎖相分頻電路的組成框圖如圖8-4-7所示。

圖中的N大于1時(shí)，為分頻電路；N小于1時(shí)，為倍頻電路。

鎖相環(huán)PLL對(duì)相位階躍的響應(yīng)

Vpd 剛開始相位很大，脈沖比較長(zhǎng)，后面逐漸變小，脈沖慢慢變短。

Vcont通過低通濾波器將信號(hào)變得緩和。

out會(huì)隨著Vcont慢慢變化。

總之，鎖相環(huán)電路是一種功能強(qiáng)大的信號(hào)處理電路，通過對(duì)輸入信號(hào)與參考信號(hào)的相位比較、平滑處理、頻率控制和分頻等操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的同頻且相位鎖定的輸出。鎖相環(huán)電路在通信系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理和控制系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。