锁相环原理应用

一个典型的锁相环（PLL）系统，是由鉴相器（PD），压控荡器（VCO）和低通滤波器（LPF）三个基本电路组成，如图1， 

            Ud = Kd (θi–θo)     UF = Ud F（s）

θi

                 θo                                

                      图1                                   

鉴相器（PD）鉴相器用来鉴别输入信号Ui与输出信号Uo之间的相位差 ，并输出误差电压Ud 。Ud 中的噪声和干扰成分被低通性质的环路滤波器滤除 ，形成压控振荡器（VCO）的控制电压Uc。Uc作用于压控振荡器的结果是把它的输出振荡频率f。拉向环路输入信号频率fi ，当二者相等时，环路被锁定 ，称为入锁。维持锁定的直流控制电压由鉴相器提供，因此鉴相器的两个输入信号间留有一定的相位差。锁相环最初用于改善电视接收机的行同步和帧同步，以提高抗干扰能力。20世纪50年代后期随着空间技术的发展，锁相环用于对宇宙飞行目标的跟踪、遥测和遥控。60年代初随着数字通信系统的发展，锁相环应用愈广，例如为相干解调提取参考载波、建立位同步等。具有门限扩展能力的调频信号锁相鉴频器也是在60年代初发展起来的。

   构成鉴相器的电路形式很多，这里仅介绍实验中用到的两种鉴相器。

1．异或门鉴相器  异或门的逻辑真值表示于表1，图2是逻辑符号图。

从表1可知，如果输入端A和B分别送      2π

入占空比为50%的信号波形，则当两者

存在相位差θ时，输出端F的波形的

占空比与θ有关，见图3。将F输出波

形通过积分器平滑，则积分器输出波形

的平均值，它同样与θ有关，这样，我

们就可以利用异或门来进行相位到电压       θ

的转换，构成相位检出电路。于是经积         图3

分器积分后的平均值（直流分量）为：     U        

U = Vdd * θ/    (1)       Vcc   

不同的θ，有不同的直流分量Vd。

θ与V的关系可用图4来描述。

从图中可知，两者呈简单线形关    1/2Vcc

系：

Ud = Kd *θ         (2)

                                    1/2π      π   θ

Kd 为鉴相灵敏度             图