- 了解鎖相環路的組成
- 學習鎖相環路的基本特性
鎖相環路(Phase Lock Loop，PLL)是一種自動相位控制(APC)系統，是現代電子系統中應用廣泛的一個基本部件。它的基本作用是在環路中產生一個振蕩信號(有時也稱本地振蕩)，這個信號的頻率受控制電壓的作用，當環路鎖定時，振蕩信號的輸出頻率與輸入信號的頻率完全相等，兩個信號的相位差保持恒定。實現了無頻率誤差的信號跟蹤，合理地選擇PLL的直流增益、振蕩頻率和相應帶寬可有效地改善環路性能，達到理想的效果。
1.1 鎖相環路的組成
鎖相環路由3部分組成：鑒相器PD(Phase Detector)、環路濾波器LF(Loop Fillter)和壓控振蕩器VCO(Voltage-Control Oscillator)。組成框圖如圖1所示：
鑒相器PD 通常鑒相器由相乘器和低通濾波器組成；作用是將輸入信號的相位與VCO的輸出信號相位進行比較，并比較結果轉化為誤差電壓Ud(t)；該電壓是兩個信號相位差的函數。
環路濾波器LF 是低通濾波器，作用是濾除誤差電壓Ud(t)中的高頻分量后得到控制電壓Uc(t)，并加給壓控振蕩器。
壓控振蕩器VCO 通常由變容二極管和電抗管等組成振蕩電路；VCO的輸出頻率受Uc(t)的控制。
當輸入信號和輸出信號頻率相同相差恒定時，鑒相器輸出中的低頻分量為零，環路濾波器的輸出也為零，壓控振蕩器的振蕩頻率不發生變化。如果二者的頻率不一致，則鑒相器將產生低頻分量，并通過環路濾波器使壓空振蕩器的頻率發生變化。環路設計得恰當，這種變化將不斷使輸出信號的頻率與輸入信號的頻率趨于一致，最終二者頻率相等相位差恒定，Ud(t)，Uc(t)均為直流電壓，VCO的輸出頻率將停止變化，環路處于“鎖定”狀態。當輸入信號的頻率發生變化時(VCO的控制范圍)，VCO的輸出就能跟上這個變化，實施跟蹤和捕捉的過程，達到頻率相等的要求
1.2 鎖相環路的基本特性
正常工作時鎖相環路具有以下基本特性：
(1)良好的窄帶特性：當環路處于鎖定狀態時，鑒相器輸出的誤差電壓Ud(t)是一個能順利通過環路濾波器的直流電壓，如果此時輸入信號中有干擾成分，則干擾信號與VCO的輸出信號在鑒相器PD中比較所形成的誤差電壓受到環路濾波器的抑制(處于低通的通頻帶外)，于是VCO的輸出信號中的干擾成分大為減少，此時環路相當于一個濾除噪聲的高頻窄帶濾波器，其通頻帶可以做得很窄，如在幾十兆赫茲至幾百兆赫茲的中心頻率上實現幾赫茲至幾十赫茲的窄帶濾波。這種窄帶濾波特性是LC，RC、石英晶體等濾波器很難達到的。
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(2)鎖定后沒有頻差：在環路處于鎖定狀態時，環路的輸出信號和輸入信號的頻率相等，沒有剩余頻差，只有剩余相位差。它比AFC系統更好地實現了頻率控制，因而在自動頻率控制、頻率合等技術方面獲得了廣泛的應用
(3)自動跟蹤特性：一個已經處于鎖定狀態的環路，當輸入信號的頻率稍有變化時，VCO的頻率立即發生相應的變化，使輸出頻率與輸入頻率接近并最終達到相等。有時環路雖未達到鎖定狀態，經過自身的調節作用可以捕捉到輸入信號并最終鎖定
(4)易于集成化：組成鎖相環路的基本部件都易于采用集成電路，隨著集成技術的發展，整個環路包括一些放大元件、控制元件等均可集成在1塊芯片上，目前常用的主要有L562，L565，L564，CD4046等集成鎖相環。集成化可以減小設備體積、降低成本、提高設備的可靠性和穩定性，大大提高整機性能。
