鎖相環(huán)技術(shù)

鎖相環(huán) (phase locked loop)是一種利用相位同步產(chǎn)生的電壓，去調(diào)諧壓控振蕩器以產(chǎn)生目標(biāo)頻率的負(fù)反饋控制系統(tǒng)。學(xué)過自動(dòng)控制原理的人都知道，這是一種典型的反饋控制電路，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，實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)頻率對輸入信號(hào)頻率的自動(dòng)跟蹤，一般用于閉環(huán)跟蹤電路。是無線電發(fā)射中使頻率較為穩(wěn)定的一種方法，主要有VCO(壓控振蕩器)和PLL IC (鎖相環(huán)集成電路)，壓控振蕩器給出一個(gè)信號(hào)，一部分作為輸出，另一部分通過分頻與PLL IC所產(chǎn)生的本振信號(hào)作相位比較，為了保持頻率不變，就要求相位差不發(fā)生改變，如果有相位差的變化，則PLL IC的電壓輸出端的電壓發(fā)生變化，去控制VCO，直到相位差恢復(fù)，達(dá)到鎖相的目的。能使受控振蕩器的頻率和相位均與輸入信號(hào)保持確定關(guān)系的閉環(huán)電子電路。

我們剛開始學(xué)車的時(shí)候，在道路上開車，眼睛就好像一個(gè)鑒相器，負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)車行駛的方向(反饋)和前方的路(輸入)是否有差別，把差別輸入大腦進(jìn)行判斷，然后指揮雙手旋轉(zhuǎn)方向盤，旋轉(zhuǎn)方向盤的動(dòng)作轉(zhuǎn)換成車的行駛方向。我們通過這么一個(gè)閉環(huán)過程不斷地調(diào)節(jié)方向盤，保證車行駛在正道上。鎖相環(huán)通常由鑒相器(PD，Phase Detector)、濾波器(LF，Loop Filter)和壓控振蕩器(VCO，Voltage Controlled Oscillator)3部分組成前向通路，由分頻器組成頻率相位的反饋通路。

鎖相環(huán)的工作原理是檢測輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相位差，并將檢測出的相位差信號(hào)通過鑒相器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出，經(jīng)低通濾波器濾波后形成壓控振蕩器的控制電壓，對振蕩器輸出信號(hào)的頻率實(shí)施控制，再通過反饋通路把振蕩器輸出信號(hào)的頻率、相位反饋到鑒相器。鎖相環(huán)在工作過程中，當(dāng)輸出信號(hào)的頻率成比例地反映輸入信號(hào)的頻率時(shí)，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，這樣輸出電壓與輸入電壓的相位就被鎖住了。

鎖相環(huán)是指一種電路或者模塊，它用于在通信的接收機(jī)中，其作用是對接收到的信號(hào)進(jìn)行處理，并從其中提取某個(gè)時(shí)鐘的相位信息?；蛘哒f，對于接收到的信號(hào)，仿制一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，使得這兩個(gè)信號(hào)從某種角度來看是同步的(或者說，相干的)。由于鎖定情形下(即完成捕捉后)，該仿制的時(shí)鐘信號(hào)相對于接收到的信號(hào)中的時(shí)鐘信號(hào)具有一定的相差，所以很形象地稱其為鎖相器。鎖相環(huán)由鑒相器、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器組成。鑒相器用來鑒別輸入信號(hào)Ui與輸出信號(hào)Uo之間的相位差，并輸出誤差電壓Ud。Ud 中的噪聲和干擾成分被低通性質(zhì)的環(huán)路濾波器濾除，形成壓控振蕩器(VCO)的控制電壓Uc。Uc作用于壓控振蕩器的結(jié)果是把它的輸出振蕩頻率fo拉向環(huán)路輸入信號(hào)頻率fi ，當(dāng)二者相等時(shí)，環(huán)路被鎖定 ，稱為入鎖。維持鎖定的直流控制電壓由鑒相器提供，因此鑒相器的兩個(gè)輸入信號(hào)間留有一定的相位差。PLL：phase Locked Loop 相同步回路，鎖相回路，用來統(tǒng)一整合時(shí)脈訊號(hào)，使內(nèi)存能正確的存取資料。直接數(shù)字頻率合成(DDS—Digital Direct Frequency Synthesis)技術(shù)是一種新的頻率合成方法，是頻率合成技術(shù)的一次革命，JOSEPH TIERNEY等3人于1971年提出了直接數(shù)字頻率合成的思想，但由于受當(dāng)時(shí)微電子技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的限制，DDS技術(shù)沒有受到足夠重視，隨著電子工程領(lǐng)域的實(shí)際需要以及數(shù)字集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展，DDS技術(shù)日益顯露出它的優(yōu)越性。DDS是一種全數(shù)字化的頻率合成器，由相位累加器、波形ROM、D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器構(gòu)成。時(shí)鐘頻率給定后，輸出信號(hào)的頻率取決于頻率控制器，頻率分辨率取決于累加器位數(shù)，相位分辨率取決于ROM的地址線位數(shù)，幅度量化噪聲取決于ROM的數(shù)據(jù)位字長和D/A轉(zhuǎn)換器位數(shù)。