鎖相環(huán)原理

鎖相環(huán)路是一種反饋電路，鎖相環(huán)的英文全稱是Phase-Locked Loop,簡(jiǎn)稱PLL。其作用是使得電路上的時(shí)鐘和某一外部時(shí)鐘的相位同步。因鎖相環(huán)可以實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)頻率對(duì)輸入信號(hào)頻率的自動(dòng)跟蹤，所以鎖相環(huán)通常用于閉環(huán)跟蹤電路。鎖相環(huán)在工作的過程中，當(dāng)輸出信號(hào)的頻率與輸入信號(hào)的頻率相等時(shí)，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，即輸出電壓與輸入電壓
的相位被鎖住，這就是鎖相環(huán)名稱的由來。

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，鎖相環(huán)是一種非常有用的同步技術(shù)，因?yàn)橥ㄟ^鎖相環(huán)，可以使得不同的數(shù)據(jù)采集板卡共享同一個(gè)采樣時(shí)鐘。因此，所有板卡上各自的本地 80MHz和20MHz時(shí)基的相位都是同步的，從而采樣時(shí)鐘也是同步的。因?yàn)槊繅K板卡的采樣時(shí)鐘都是同步的，所以都能嚴(yán)格地在同一時(shí)刻進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。鎖相環(huán)路是一個(gè)相位反饋?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)。它由以下三個(gè)基本部件組成：鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LPF）和壓控振蕩器（VCO）。

鎖相環(huán)的工作原理：
1. 壓控振蕩器的輸出經(jīng)過采集并分頻；
2. 和基準(zhǔn)信號(hào)同時(shí)輸入鑒相器；
3. 鑒相器通過比較上述兩個(gè)信號(hào)的頻率差，然后輸出一個(gè)直流脈沖電壓；
4. 控制VCO，使它的頻率改變；
5. 這樣經(jīng)過一個(gè)很短的時(shí)間，VCO 的輸出就會(huì)穩(wěn)定于某一期望值。

鎖相環(huán)可用來實(shí)現(xiàn)輸出和輸入兩個(gè)信號(hào)之間的相位同步。當(dāng)沒有基準(zhǔn)（參考）輸入信號(hào)時(shí)，環(huán)路濾波器的輸出為零（或?yàn)槟骋还潭ㄖ担?。這時(shí)，壓控振蕩器按其固有頻率fv進(jìn)行自由振蕩。當(dāng)有頻率為fR的參考信號(hào)輸入時(shí)，uR 和uv同時(shí)加到鑒相器進(jìn)行鑒相。如果fR和fv相差不大，鑒相器對(duì)uR和uv進(jìn)行鑒相的結(jié)果，輸出一個(gè)與uR和uv的相位差成正比的誤差電壓ud，再經(jīng)過環(huán)路濾波器濾去ud中的高頻成分，輸出一個(gè)控制電壓uc，uc將使壓控振蕩器的頻率fv（和相位）發(fā)生變化，朝著參考輸入信號(hào)的頻率靠攏，最后使fv= fR，環(huán)路鎖定。環(huán)路一旦進(jìn)入鎖定狀態(tài)后，壓控振蕩器的輸出信號(hào)與環(huán)路的輸入信號(hào)（參考信號(hào)）之間只有一個(gè)固定的穩(wěn)態(tài)相位差，而沒有頻差存在。這時(shí)我們就稱環(huán)路已被鎖定。

環(huán)路的鎖定狀態(tài)是對(duì)輸入信號(hào)的頻率和相位不變而言的，若環(huán)路輸入的是頻率和相位不斷變化的信號(hào)，而且環(huán)路能使壓控振蕩器的頻率和相位不斷地跟蹤輸入信號(hào)的頻率和相位變化，則這時(shí)環(huán)路所處的狀態(tài)稱為跟蹤狀態(tài)。

鎖相環(huán)路在鎖定后，不僅能使輸出信號(hào)頻率與輸入信號(hào)頻率嚴(yán)格同步，而且還具有頻率跟蹤特性，所以它在電子技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用。

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