理解鎖相環(huán)的工作原理

• 鎖相環(huán)的硬件構(gòu)成
• • 鑒相器（phasedetector, PD）
  • 低通濾波器（low past filter, LPF)
  • 壓控振蕩器（voltage-controlled oscillator, VCO）
• 鎖相環(huán)的工作原理
• 鎖相環(huán)在倍頻應(yīng)用中的原理

鎖相環(huán)的硬件構(gòu)成

鎖相環(huán)由鑒相器（PD）、低通濾波器（LPF）和壓控振蕩器（VCO）組成。原理涉及模擬電路相關(guān)知識，可自行查資料。
下面簡要介紹各硬件在PLL中的功能。

鑒相器（phasedetector, PD）

鑒相器指的是能夠鑒別出輸入信號的相位差的器件，是使輸出電壓與兩個輸入信號之間的相位差有確定關(guān)系的電路。它是PLL，即鎖相環(huán)的重要組成部分。

圖源-百度文庫：https://wenku.baidu.com/view/29181b9b240c844769eaeec3.html

低通濾波器（low past filter, LPF)

低通濾波器是容許低于截止頻率的信號通過， 但高于截止頻率的信號不能通過的電子濾波裝置。即通過低頻并阻塞高頻。

實際控制系統(tǒng)往往會存在干擾，包括信號采樣的干擾、電壓或電流的波動等，而這些干擾主要表現(xiàn)形式是中高頻噪聲（一般在500Hz以上）。

低通濾波器可以濾除這些高頻諧振及其附近的噪聲，而對有用的低頻信號可以基本無衰減通過，所以對于一個實際的控制系統(tǒng)而言，在控制系統(tǒng)中加入濾波器是必要的，否則可能會引起系統(tǒng)高頻振蕩。

可按是否有源分為：無源低通濾波器、有源低通濾波器。

常用無源低通濾波器可參考：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1639722009328196016&wfr=spider&for=pc

壓控振蕩器（voltage-controlled oscillator, VCO）

輸出頻率與輸入控制電壓有對應(yīng)關(guān)系的振蕩電路(VCO)，頻率是輸入信號電壓的函數(shù)。

壓控振蕩器的類型有LC壓控振蕩器、RC壓控振蕩器和晶體壓控振蕩器。區(qū)別在于使用的元件，共同點在于都使用變?nèi)荻壒軐崿F(xiàn)通過改變電壓控制振蕩頻率的目的。

• 變?nèi)荻壒苡址Q"可變電抗二極管"。是一種利用pn結(jié)電容（或接觸勢壘電容兒與其反向偏置電壓vr的依賴關(guān)系及原理制成的二極管。變?nèi)荻O管在電路中工作時，PN結(jié)上是加的反向電壓。當(dāng)這反向電壓的大小改變時，PN結(jié)的寬度會發(fā)生改變，從而結(jié)電容也發(fā)生變化。反偏電壓愈大，則結(jié)電容愈小。

LC壓控振蕩器是由電感和變?nèi)荻壒芙M成的LC 諧振電路。提高變?nèi)荻O管的逆向偏壓，二極管內(nèi)的空泛區(qū)會加大，兩導(dǎo)體面之距離一變長，電容就降低了，此 LC 電路的諧振頻率，就會被提高。反之, 降低逆向偏壓時，二極管內(nèi)的電容變大，頻率就會降低。(https://baike.baidu.com/item/壓控振蕩器/11044622?fr=aladdin)

在用石英晶體穩(wěn)頻的振蕩器中，把變?nèi)荻O管和石英晶體相串接，就可形成晶體壓控振蕩器。

壓控振蕩器是通過調(diào)節(jié)變?nèi)荻O管電壓，實現(xiàn)結(jié)電容的變化，從而獲得頻率的變化。

鎖相環(huán)的工作原理

鎖相環(huán)可以通過壓控振蕩器VCO產(chǎn)生一定頻率范圍的信號，給定鎖相環(huán)一個參考信號，通過鑒相器PD可以判斷VCO產(chǎn)生信號的頻率是否與參考信號相同，經(jīng)過反饋控制，使VCO產(chǎn)生于參考信號頻率相同的信號。低通濾波器LPF用于對鑒相器輸出信號的濾波。

鎖相環(huán)在倍頻應(yīng)用中的原理

壓控振蕩器VCO能夠產(chǎn)生比外部晶體振蕩器(8MHz)高的多的頻率，如72MHz。

以將外部晶體振蕩器(8MHz)倍頻為32MHz為例，講解鎖相環(huán)實現(xiàn)倍頻的原理：

• VCO輸出信號是隨機的，只有當(dāng)信號頻率等于參考信號時才會穩(wěn)定。
• 在VCO之后有一個分頻器，VCO輸出信號頻率經(jīng)過分頻后作為鑒相器的輸入信號之一。
• 參考信號為外部晶振的8MHz信號，作為鑒相器輸入信號之一。
• 當(dāng)鑒相器檢測二者相位差為0，即同頻率時，輸出VCO的輸出信號。

假設(shè)當(dāng)前VCO輸出32Mhz，分頻器將其4分頻，即8MHz作為鑒相器輸入，參考信號正好為8MHz，則輸出VCO信號，實現(xiàn)了4倍頻為32MHz的目的。

在嵌入式軟件編程時，可通過配置相關(guān)寄存器修改倍頻系數(shù)或分頻系數(shù)。
倍頻系數(shù)為9時，輸出8*9=72MHz信號。

圖源：https://blog.csdn.net/v13910/article/details/89531102?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-baidujs-2

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的理解锁相环的工作原理的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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