當(dāng)前位置:首頁(yè) > 電源 > 數(shù)字電源
[導(dǎo)讀]鎖相環(huán)路(Phase Lock Loop,PLL)是一種自動(dòng)相位控制(APC)系統(tǒng),是現(xiàn)代電子系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的一個(gè)基本部件。它的基本作用是在環(huán)路中產(chǎn)生一個(gè)振蕩信號(hào)(有時(shí)也稱本地振蕩),這個(gè)信號(hào)的頻率受控制電壓的作用,當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)

鎖相環(huán)路(Phase Lock Loop,PLL)是一種自動(dòng)相位控制(APC)系統(tǒng),是現(xiàn)代電子系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的一個(gè)基本部件。它的基本作用是在環(huán)路中產(chǎn)生一個(gè)振蕩信號(hào)(有時(shí)也稱本地振蕩),這個(gè)信號(hào)的頻率受控制電壓的作用,當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí),振蕩信號(hào)的輸出頻率與輸入信號(hào)的頻率完全相等,兩個(gè)信號(hào)的相位差保持恒定。實(shí)現(xiàn)了無(wú)頻率誤差的信號(hào)跟蹤,合理地選擇PLL的直流增益、振蕩頻率和相應(yīng)帶寬可有效地改善環(huán)路性能,達(dá)到理想的效果。

l 鎖相環(huán)路的組成與特性
1.1 鎖相環(huán)路的組成
    鎖相環(huán)路由3部分組成:鑒相器PD(Phase Detector)、環(huán)路濾波器LF(Loop Fillter)和壓控振蕩器VCO(Voltage—Controlled Oscillator)。組成框圖如圖1所示:

鑒相器PD通常鑒相器由模擬相乘器和低通濾波器組成;作用是將輸入信號(hào)的相位與VCO的輸出信號(hào)相位進(jìn)行比較,并比較結(jié)果轉(zhuǎn)化為誤差電壓Ud(t);該電壓是兩個(gè)信號(hào)相位差的函數(shù)。
    環(huán)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?nèi)荻O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(dāng)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)頻率相同相差恒定時(shí),鑒相器輸出中的低頻分量為零,環(huán)路濾波器的輸出也為零,壓控振蕩器的振蕩頻率不發(fā)生變化。如果二者的頻率不一致,則鑒相器將產(chǎn)生低頻分量,并通過(guò)環(huán)路濾波器使壓空振蕩器的頻率發(fā)生變化。環(huán)路設(shè)計(jì)得恰當(dāng),這種變化將不斷使輸出信號(hào)的頻率與輸入信號(hào)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(huán)路處于“鎖定”狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)的頻率發(fā)生變化時(shí) (VCO的控制范圍),VCO的輸出就能跟上這個(gè)變化,實(shí)施跟蹤和捕捉的過(guò)程,達(dá)到頻率相等的要求。
1.2 鎖相環(huán)路的基本特性
    正常工作時(shí)鎖相環(huán)路具有以下基本特性:
    (1)良好的窄帶特性:當(dāng)環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時(shí),鑒相器輸出的誤差電壓Ud(t)是一個(gè)能順利通過(guò)環(huán)路濾波器的直流電壓,如果此時(shí)輸入信號(hào)中有干擾成分,則干擾信號(hào)與VCO的輸出信號(hào)在鑒相器PD中比較所形成的誤差電壓受到環(huán)路濾波器的抑制(處于低通的通頻帶外),于是VCO的輸出信號(hào)中的干擾成分大為減少,此時(shí)環(huán)路相當(dāng)于一個(gè)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(shí)現(xiàn)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(dá)到的。
    (2)鎖定后沒(méi)有頻差:在環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時(shí),環(huán)路的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)的頻率相等,沒(méi)有剩余頻差,只有剩余相位差。它比AFC系統(tǒng)更好地實(shí)現(xiàn)了頻率控制,因而在自動(dòng)頻率控制、頻率合等技術(shù)方面獲得了廣泛的應(yīng)用。
    (3)自動(dòng)跟蹤特性:一個(gè)已經(jīng)處于鎖定狀態(tài)的環(huán)路,當(dāng)輸入信號(hào)的頻率稍有變化時(shí),VCO的頻率立即發(fā)生相應(yīng)的變化,使輸出頻率與輸入頻率接近并最終達(dá)到相等。有時(shí)環(huán)路雖未達(dá)到鎖定狀態(tài),經(jīng)過(guò)自身的調(diào)節(jié)作用可以捕捉到輸入信號(hào)并最終鎖定。
    (4)易于集成化:組成鎖相環(huán)路的基本部件都易于采用集成電路,隨著集成技術(shù)的發(fā)展,整個(gè)環(huán)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(huán)。集成化可以減小設(shè)備體積、降低成本、提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性,大大提高整機(jī)性能。

2 鎖相環(huán)路的應(yīng)用
    由于鎖相環(huán)路性能優(yōu)越,現(xiàn)廣泛用于無(wú)線電通信技術(shù)中,可實(shí)現(xiàn)濾波、模擬和數(shù)字信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)、倍頻、分頻、混頻、頻率合成等方面。
2.1 鎖相倍頻、分頻和混頻
    在基本鎖相環(huán)路中,若將VCO的振蕩頻率鎖定在所需要的頻率上,就可進(jìn)行倍頻、分頻和混頻。
    (1)倍頻:在反饋環(huán)路中接入一分頻器,當(dāng)環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時(shí),ωi=ωo/n,輸出的頻率ωo=nωi為輸入信號(hào)頻率的n倍。如圖2所示。

[!--empirenews.page--]

(2)分頻:同理要在反饋環(huán)路中接入一倍頻器,當(dāng)環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時(shí),ωi=nωo,ωo=ωi/n,VCO輸出的頻率為輸入頻率的1/n。
    (3)混頻:在反饋環(huán)路中加入混頻器或中頻放大器,就可實(shí)現(xiàn)混頻功能。如圖3所示。

當(dāng)環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時(shí)ωi=ωo一ωL,ωo=ωL+ωi。
2.2 鎖相調(diào)頻與鑒頻
    (1)調(diào)頻
    用鎖相環(huán)路調(diào)頻,能夠得到中心頻率高度穩(wěn)定的調(diào)頻信號(hào)如圖4所示。

鎖相環(huán)路的VCO中心頻率穩(wěn)定在晶振頻率上,同時(shí)調(diào)制信號(hào)也加到VC0上,從而實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制獲得所需的調(diào)頻信號(hào)。調(diào)制信號(hào)的頻譜應(yīng)處于LF的帶通之外,并且調(diào)頻系數(shù)不能太大,因此不形成調(diào)制信號(hào)的環(huán)路,鎖相環(huán)路僅是載波的跟蹤環(huán),調(diào)制頻率對(duì)鎖相環(huán)路無(wú)影響,只對(duì)VCO的中心頻率不穩(wěn)定起作用。這樣鎖定后 VCO的中心頻率就鎖定在晶振頻率上,輸出的調(diào)頻波中心頻率穩(wěn)定度很高??朔酥苯诱{(diào)頻中心頻率穩(wěn)定度不高的缺點(diǎn)。
    (2)鑒頻
    根據(jù)鎖相環(huán)路的頻率跟蹤特性,在系統(tǒng)處于調(diào)頻跟蹤狀態(tài)時(shí),可用于調(diào)頻信號(hào)的解調(diào),其框圖如圖5所示。
    若輸入為調(diào)頻波,且其最大瞬時(shí)頻率滿足跟蹤條件,則當(dāng)輸入調(diào)頻波的頻率發(fā)生變化時(shí),經(jīng)過(guò)PD和LF后,將產(chǎn)生一個(gè)與輸入信號(hào)頻率變化規(guī)律相對(duì)應(yīng)的控制電壓,以保證VCO的輸出頻率與輸入頻率相同,經(jīng)環(huán)路濾波輸出的控制電壓就是解調(diào)信號(hào)。
2.3 調(diào)幅波的同步解調(diào)
    對(duì)于DSB和SSB調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行解調(diào)時(shí),必須使用同步檢波,即保證本振產(chǎn)生的載波信號(hào)與調(diào)幅信號(hào)中的載波信號(hào)同頻同相,此外在數(shù)字通信中還有位同步、幀同步、網(wǎng)同步等,可見(jiàn)同步信號(hào)的產(chǎn)生非常重要。利用濾波法、導(dǎo)頻法、重生法所產(chǎn)生的本振信號(hào)很難做到與載波信號(hào)同頻同相。而利用載波跟蹤型的鎖相環(huán)路就能得到這樣的信號(hào),再將其移相90°與輸入的調(diào)幅信號(hào)相乘,通過(guò)低通濾波就可解調(diào)出調(diào)制信號(hào)。如圖6所示。

[!--empirenews.page--]

2.4 鎖相接收機(jī)
    鎖相接收機(jī)實(shí)質(zhì)是一個(gè)窄帶跟蹤鎖相環(huán)路,其框圖如圖7所示。

對(duì)于一般的超外差接收機(jī),當(dāng)接收機(jī)的信號(hào)載波頻率不穩(wěn)定,而本振頻率又不能自動(dòng)跟蹤時(shí),必將引起混頻器輸出的中頻信號(hào)頻率的變動(dòng),為了適應(yīng)這種變化,中頻放大器的頻帶應(yīng)有一定的帶寬。
    對(duì)在空間技術(shù)中應(yīng)用的通信機(jī),這個(gè)問(wèn)題就更顯得突出,當(dāng)?shù)孛娼邮照窘邮招l(wèi)星發(fā)送到無(wú)線電信號(hào)時(shí),由于衛(wèi)星離地距離遠(yuǎn),再加上衛(wèi)星發(fā)射功率小,天線在增益低,地面接收站收到的信號(hào)是極微弱的。衛(wèi)星環(huán)繞地球飛行時(shí),由于多普勒效應(yīng),地面接收站收到的信號(hào)頻率將偏離衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)頻率,并且其值往往在較大范圍內(nèi)變化。對(duì)于這種中心頻率在較大范圍內(nèi)變化的微弱信號(hào)若采用普通接收機(jī),勢(shì)必要求有足夠的帶寬,這樣接收機(jī)的輸出信噪比將嚴(yán)重下降,無(wú)法有效地檢出信號(hào),若采用鎖相接收機(jī),利用環(huán)路的窄帶跟蹤特性,就可有效地提高輸出信噪比,獲得滿意的接收效果。
2.5 頻率合成
    無(wú)線電通信技術(shù)的迅速發(fā)展,對(duì)振蕩信號(hào)源的要求在不斷提高,不但要求它的頻率穩(wěn)定度的準(zhǔn)確高度,而且要求能方便地改換頻率,頻率合成技術(shù)就能滿足上述要求。
    在鎖相環(huán)路的鑒相器中進(jìn)行相位比較的2個(gè)頻率應(yīng)該相等,而參考晶振頻率是固定值,而頻率合成器所需輸出的頻率(即VC0的頻率)則是多個(gè)數(shù)值。為了使這二者的頻率在鑒相器處相等,以便比較它的相位,可采用脈沖控制鎖相法、模擬鎖相環(huán)路法與數(shù)字鎖相環(huán)路法。脈沖鎖相法是利用參考晶振頻率的某次諧波(通過(guò)脈沖形成電路來(lái)獲得)與VCO輸出頻率在鑒相器中比較。如圖8所示。

模擬鎖相環(huán)路法與數(shù)字鎖相環(huán)路法則是利用適當(dāng)?shù)慕殿l電路將VCO的頻率降低(PD工作于較低的頻率),然后與參考頻率在鑒相器中相比較,實(shí)現(xiàn)鎖相功能。二者的區(qū)別在于二者的降頻方式不同,模擬式采用加減法降頻,數(shù)字式采用除法降頻。鎖相環(huán)路的應(yīng)用不僅如此,還有可以解決專門(mén)問(wèn)題鎖相環(huán),如彩電電視彩色副載波的提取,振蕩器的頻率穩(wěn)定與提能,相關(guān)應(yīng)答器等,在電子設(shè)備,無(wú)線電通信,航空航天,雷達(dá)等領(lǐng)域被廣泛采用。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國(guó)汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開(kāi)發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來(lái)越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來(lái)越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開(kāi)幕式在貴陽(yáng)舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語(yǔ)權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營(yíng)商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉