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PLL應(yīng)用學(xué)科通信目錄1類比說明2簡介3用途4工作原理

折疊編輯本段類比說明

圖1 車行駛方向的保證我們剛開始學(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，如圖1所示。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，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。折疊編輯本段簡介鎖相環(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，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(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)。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，因此八十年代以來各國都在研制和發(fā)展各自的DDS產(chǎn)品，如美國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^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)就通過補(bǔ)抹門抹掉一個(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。