在通信機等所使用的振蕩電路,其所要求的頻率范圍要廣,且頻率的穩(wěn)定度要高。
無論多好的LC振蕩電路,其頻率的穩(wěn)定度,都無法與晶體振蕩電路比較。但是,晶體振蕩器除了可以使用數(shù)字電路分頻以外,其頻率幾乎無法改變。
如果采用PLL(相位鎖栓回路,PhaseLockedLoop)技術(shù),除了可以得到較廣的振蕩頻率范圍以外,其頻率的穩(wěn)定度也很高。此一技術(shù)常使用于收音機,電視機的調(diào)諧電路上,以及CD唱盤上的電路。
一 PLL電路的基本構(gòu)成
PLL電路的概要
圖1所示的為PLL電路的基本方塊圖。此所使用的基準(zhǔn)信號為穩(wěn)定度很高的晶體振蕩電路信號。
此一電路的中心為相位此較器。相位比較器可以將基準(zhǔn)信號與VCO (Voltage Controlled Oscillator……電壓控制振蕩器)的相位比較。如果此兩個信號之間有相位差存在時,便會產(chǎn)生相位誤差信號輸出。
(將VCO的振蕩頻率與基準(zhǔn)頻率比較,利用反饋電路的控制,使兩者的頻率為一致。)
利用此一誤差信號,可以控制VCO的振蕩頻率,使VCO的相位與基準(zhǔn)信號的相位(也即是頻率)成為一致。
PLL的構(gòu)成
PLL可以使高頻率振蕩器的頻率與基準(zhǔn)頻率的整數(shù)倍的頻率相一致。由于,基準(zhǔn)振蕩器大多為使用晶體振蕩器,因此,高頻率振蕩器的頻率穩(wěn)定度可以與晶體振蕩器相比美。
只要是基準(zhǔn)頻率的整數(shù)倍,便可以得到各種頻率的輸出。
從圖1的PLL基本構(gòu)成中,可以知道其是由VCO,相位比較器,基準(zhǔn)頻率振蕩器,回路濾波器所構(gòu)成。在此,假設(shè)基準(zhǔn)振蕩器的頻率為fr,VCO的頻率為fo。
在此一電路中,假設(shè)frgt;fo時,也即是VC0的振蕩頻率fo比fr低時。此時的相位比較器的輸出PD會如圖2所示,產(chǎn)生正脈波信號,使VCO的振蕩器頻率提高。相反地,如果frlt;fo時,會產(chǎn)生負脈波信號。
(此為利用脈波的邊緣做二個信號的比較。如果有相位差存在時,便會產(chǎn)生正或負的脈波輸出。)
此一PD脈波信號經(jīng)過回路濾波器(LoopFilter)的積分,便可以得到直流電壓VR,可以控制VCO電路。
由于控制電壓vr的變化,VCO振蕩頻率會提高。結(jié)果使得fr=f。在f與f的相位成為一致時,PD端子會成為高阻抗?fàn)顟B(tài),使PLL被鎖栓(Lock)。
相位比較器的工作原理
此所說明的相位比較器為相位.頻率比較器(PFC:Phase-Frequency Comparator)之型式,后述之LSI MC145163P便內(nèi)藏有此一電路。
此一型式的相位此較器并非只做相位的比較,也即是,并非只做之比較,在頻率f不同的場合,也可以做為頻率比較器工作原理。
所謂相位差利時△與時間t的關(guān)系為
在只做相位檢出的場合,例如,可能分辨不出是延遲300°或前進60°。可是,在相位-頻率比較器中,如果frgt;fo則被視為是相位延遲。
回路濾波器的選擇方法
回路濾波器的時間常數(shù)與PLL控制的良否有很大的關(guān)系。其詳細的計算方法雖然不在此說明,但是,基準(zhǔn)頻率fr為l0kHz時,輸往回路濾波器的脈波周期為0.1mS。
為了保持電壓值VR而增大回路濾波器的時間常數(shù)時,便無法追蹤VCO的振蕩頻率的變化。如果時間常數(shù)太小時,會在VR上出現(xiàn)漣波,使PLL的穩(wěn)定度惡化。
因此,根據(jù)經(jīng)驗,回路濾波器的時間常數(shù),選擇大約為基準(zhǔn)頻率的周期(1/fr)的數(shù)百倍。在此選擇約為數(shù)十mS。