鎖相環(huán)的作用

基本信息

中文名鎖相環(huán)外文名PhaseLocked Loop 英文縮寫(xiě)PLL應(yīng)用學(xué)科通信目錄1類比說(shuō)明2簡(jiǎn)介3用途4工作原理

折疊編輯本段類比說(shuō)明

圖1 車(chē)行駛方向的保證我們剛開(kāi)始學(xué)車(chē)的時(shí)候，在道路上開(kāi)車(chē)，眼睛就好像一個(gè)鑒相器，負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)車(chē)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(pán)，旋轉(zhuǎn)方向盤(pán)的動(dòng)作轉(zhuǎn)換成車(chē)的行駛方向，如圖1所示。我們通過(guò)這么一個(gè)閉環(huán)過(guò)程不斷地調(diào)節(jié)方向盤(pán)，保證車(chē)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，如圖2所示。圖2 鎖相環(huán)原理圖鎖相環(huán)的工作原理是檢測(cè)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相位差，并將檢測(cè)出的相位差信號(hào)通過(guò)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(duì)振蕩器輸出信號(hào)的頻率實(shí)施控制，再通過(guò)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(guò)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。折疊編輯本段簡(jiǎn)介鎖相環(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(duì)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(shuō)，對(duì)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(lái)看是同步的(或者說(shuō)，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(duì)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(lái)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(lái)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(méi)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(zhǎng)和D/A轉(zhuǎn)換器位數(shù)。DDS有如下優(yōu)點(diǎn):⑴ 頻率分辨率高，輸出頻點(diǎn)多，可達(dá)N個(gè)頻點(diǎn)(N為相位累加器位數(shù));⑵頻率切換速度快，可達(dá)us量級(jí);⑶ 頻率切換時(shí)相位連續(xù);⑷ 可以輸出寬帶正交信號(hào);⑸ 輸出相位噪聲低，對(duì)參考頻率源的相位噪聲有改善作用;⑹可以產(chǎn)生任意波形;⑺ 全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，便于集成，體積小，重量輕，因此八十年代以來(lái)各國(guó)都在研制和發(fā)展各自的DDS產(chǎn)品，如美國(guó)QUALCOMM公司的Q2334，Q2220;STANFORD公司的STEL-1175，STEL-1180;AD公司的AD7008，AD9850，AD9854等。這些DDS芯片的時(shí)鐘頻率從幾十兆赫茲到幾百兆赫茲不等，芯片從一般功能到集成有D/A轉(zhuǎn)換器和正交調(diào)制器。PLL:Phase Locked Logic 相同步邏輯鎖相環(huán)的用途是在收、發(fā)通信雙方建立載波同步或位同步。因?yàn)樗墓ぷ鬟^(guò)程是一個(gè)自動(dòng)頻率(相位)調(diào)整的閉合環(huán)路，所以叫環(huán)。鎖相環(huán)分模擬鎖相環(huán)和數(shù)字鎖相環(huán)兩種。折疊編輯本段用途鎖相環(huán)最初用于改善電視接收機(jī)的行同步和幀同步，以提高抗干擾能力。20世紀(jì)50年代后期隨著空間技術(shù)的發(fā)展，鎖相環(huán)用于對(duì)宇宙飛行目標(biāo)的跟蹤、遙測(cè)和遙控。60年代初隨著數(shù)字通信系統(tǒng)的發(fā)展，鎖相環(huán)應(yīng)用愈廣，例如為相干解調(diào)提取參考載波、建立位同步等。具有門(mén)限擴(kuò)展能力的調(diào)頻信號(hào)鎖相鑒頻器也是在60年代初發(fā)展起來(lái)的。在電子儀器方面，鎖相環(huán)在頻率合成器和相位計(jì)等儀器中起了重要作用.鎖相環(huán)技術(shù)目前的應(yīng)用集中在以下三個(gè)方面:第一 信號(hào)的調(diào)制和解調(diào);第二 信號(hào)的調(diào)頻和解調(diào);第三信號(hào)頻率合成電路。折疊編輯本段工作原理折疊基本工作原理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(guò)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)到鎖頻的目的!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。折疊模擬鎖相環(huán)工作原理模擬鎖相環(huán)主要由相位參考提取電路、壓控振蕩器、相位比較器、控制電路等組成。壓控振蕩器輸出的是與需要頻率很接近的等幅信號(hào)，把它和由相位參考提取電路從信號(hào)中提取的參考信號(hào)同時(shí)送入相位比較器，用比較形成的誤差通過(guò)控制電路使壓控振蕩器的頻率向減小誤差絕對(duì)值的方向連續(xù)變化，實(shí)現(xiàn)鎖相，從而達(dá)到同步。折疊數(shù)字鎖相環(huán)工作原理數(shù)字鎖相環(huán)主要由相位參考提取電路、晶體振蕩器、分頻器、相位比較器、脈沖補(bǔ)抹門(mén)等組成。分頻器輸出的信號(hào)頻率與所需頻率十分接近，把它和從信號(hào)中提取的相位參考信號(hào)同時(shí)送入相位比較器，比較結(jié)果示出本地頻率高了時(shí)就通過(guò)補(bǔ)抹門(mén)抹掉一個(gè)輸入分頻器的脈沖，相當(dāng)于本地振蕩頻率降低;相反，若示出本地頻率低了時(shí)就在分頻器輸入端的兩個(gè)輸入脈沖間插入一個(gè)脈沖，相當(dāng)于本地振蕩頻率上升，從而達(dá)到同步。