什麼是鎖相環技術 為什麼要使用鎖相環

鎖相環是指用於通訊接收器的電路或模組，其作用是處理接收到的訊號並從中提取某個時鐘的相位資訊。 或者，對於接收到的訊號，模擬時鐘訊號，以便從某種角度來看，兩個訊號是同步的（或者更確切地說，是相干的）。

由於仿時鐘訊號與鎖定情況下（即捕獲完成後）接收訊號中的時鐘訊號有一定的差異，因此被生動地稱為鎖相。

一般來說，這種鎖相環的三個組成部分和相應的操作機制是：

1、相位檢測器：用於判斷鎖相器輸出的時鐘訊號與接收訊號中的時鐘之差的幅值;

2、可調相頻調製時鐘發生器：用於根據檢相器輸出的訊號，以及內部時鐘輸出訊號的頻率或相位，適當調整鎖相器，使鎖相器完成上述定相相相功能;

3、環路濾波器：用於對相位鑑別器的輸出訊號進行濾波和平滑，大多數情況下是低通濾波器，用於濾除由於資料變化等不穩定因素對整個模組的影響。

從上面可以看出，大致有如下框圖：

鑑相器 — 環路濾波器 — 受控時鐘發生器

可以看出，它是一種負反饋環路結構，因此通常稱為鎖相環路（PLL）。

鎖相環有很多種型別，可以是數字、模擬或混合，可用於恢復載波或基帶訊號時鐘。

也沒有註明來源。

鎖相環技術是指在電子振盪電路中廣泛使用的穩定頻率的技術。 它的工作過程類似於閉環，因此得名鎖相環。

鎖相環是指用於通訊接收器的電路或模組，其功能是處理接收器接收到的訊號，並從中提取時鐘的相位資訊。 換句話說，對於接收到的訊號，模仿時鐘訊號，使兩個訊號從某個角度同步。

1、相位檢測器：用於判斷鎖相器輸出的時鐘訊號與接收訊號中的時鐘之差的幅值;

2、調相或調頻時鐘發生器：用於根據鑑相器輸出的訊號，適當調整鎖相器內部時鐘輸出訊號的頻率或相位，使鎖相器完成上述定相相位功能;

3、環路濾波器：用於對鑑相器的輸出訊號進行濾波和平滑，大多數情況下是低通濾波器，用於濾除由於資料變化等不穩定因素而產生的雜訊對整個模組的影響。

鎖相環的原理是給出乙個訊號，一部分作為輸出，另一部分通過分頻與PLLIC產生的本振訊號進行比較，為了保持頻率不變，要求相位差不變，如果相位差有變化， PLL晶元電壓輸出端的電壓發生變化，控制VCO，直到相位差恢復，達到鎖頻的目的。

模擬鎖相環主要由參考相源提取電路、壓控振盪器、相位比較器和控制電路組成。 壓控振盪器輸出乙個非常接近所需頻率的等幅訊號，同時將其與相位參考提取電路從訊號中提取的參考訊號同時傳送到相位比較器，並利用比較形成的誤差，使壓控振盪器的頻率通過控制在減小誤差絕對值的方向上不斷變化電路，從而實現鎖相，從而實現同步。

數字鎖相環主要由參考相位提取電路、晶體振盪器、分頻器、相位比較器和脈衝填充器門組成。 分頻器輸出的訊號頻率非常接近所需頻率，與從訊號中提取的相位參考訊號同時饋送到相位比較器，對比結果表明，當本站頻率較高時，輸入分頻器的脈衝通過填充柵極被擦除， 這相當於區域性振盪頻率的降低。

這是因為它不僅將輸出頻率鎖定在與輸入頻率相同，而且還使輸出頻率成為輸入頻率的倍數來調製輸入訊號。

鎖相環通常由三部分組成：壓控振盪器、濾波器和鑑相器。 結果是輸入和輸出頻率同步，具有穩定的相位差。

在工作過程中，當輸出訊號的頻率等於輸入訊號的頻率時，輸出電壓和輸入電壓保持固定的相位差，即輸出電壓和輸入電壓的相位被鎖相，這就是鎖相環名稱的由來。

鎖相環是與晶元時鐘相關的模組，例如，數字晶元必須具有時鐘訊號（類似於時鐘，以便晶元的每個模組都可以在其變化中調整其工作進度），乍一看似乎最好用一根線來代替這麼大的電路。

其實談談它的模組組成是很有用的，主要包括頻率和相位檢測器以及壓控振盪器。 利用相頻檢測器比較輸入參考時鐘與壓控振盪器產生的時鐘在頻相上的誤差，生成相應的控制電壓，利用控制電壓控制壓振盪器，然後調整壓控振盪器的輸入時鐘訊號， 最後，輸出時鐘的頻率幾乎與相位和輸入時鐘完全相同。事實上，這是乙個模組級別的負反饋。

數字晶元有乙個時鐘樹的概念，現在以導線代替鎖相環，晶元外部的時鐘上公升沿開始向晶元傳送一組資料，由於晶元內部存在時鐘樹，導致內部時鐘實際使用的時鐘被延遲， 然後產生資料漂移現象。但是通過鎖相環，我們可以將時鐘樹的乙個分支連線到鎖相環，使時鐘樹末端的相位頻率與參考訊號一致，並且不會出現資料漂移。

以上就是鎖相環最簡單的用法，鎖相環也有倍頻作用，因為輸出時鐘是由自身內部壓控振盪器產生的，如果加上分頻器，再與輸入參考時鐘對比，可以得到乙個頻率為n倍的時鐘訊號， 當然，相位仍然與參考時鐘同步。

鎖相環（用於產生訊號）的電路內部有乙個壓控振盪器，它根據輸入訊號的電壓（電壓是輸入訊號與標準訊號之間的誤差）（頻率的變化會導致相位的變化），從而調節輸出訊號的頻率和相位， 因為是環路，所以與輸入訊號進行比較，直到沒有誤差為止，則壓控振盪器的輸入為零，則其輸出不變。這樣，輸入訊號的相位可以穩定地鎖定，因此稱為鎖相環。

至於使用鎖相環的原因，它不僅將輸出頻率鎖定在與輸入頻率相同，而且使輸出頻率是輸入頻率的倍數，實現了對輸入訊號的調製。

最常見的晶元是CD4046

對於電壓方波訊號，邊緣通過微控制器的軟體鎖相技術進行捕獲，從而達到與電壓方波訊號相同的效果。

其目的是在相同的頻率和相位下，同時，通過讀取微控制器的正弦波資料來實現對參考正弦波的輸出。

目的。 這裡涉及兩個方面：參考正弦波生成程式和軟體鎖定技術。

軟體鎖定技術的實現是通過 2 個中斷完成的：

1）正弦波抄表程式的週期性定時器中斷（定時器週期為tp x，即變化量）;

2）捕獲中斷。

前者依次從正弦資料中連續讀出資料資料（x），並記錄對應的位址號x，後者在每次捕獲中斷中檢查正弦波查詢表程式的週期性定時中斷當前讀出的位址號x，並根據x的值和180的差值調整tp x，以達到閉環鎖相的目的。

鎖相環的工作原理：

1.對壓控振盪器的輸出進行採集和分頻;

2.同時輸入鑑相器作為參考訊號;

3.鑑相器比較上述兩個訊號之間的頻率差，然後輸出直流脈衝電壓;

4.控制 VCO，使其頻率發生變化;

5.這樣，在短時間內，VCO的輸出將穩定在某個期望值。

鎖相環可用於同步輸出和輸入訊號之間的相位。 當沒有基準（參考）輸入訊號時，環路濾波器的輸出為零（或固定值）。 在這種情況下，壓控振盪器在其固有頻率 fv 下自由振盪。

當輸入頻率為FR的參考訊號時，UR和UV同時被新增到鑑相器中。 如果FR和FV的相差不大，相位鑑別器將對U和UV進行相位識別結果，輸出與UR和UV相位差成正比的誤差電壓UD，然後通過環路濾波器濾除掉UD中的高頻分量，輸出乙個控制電壓UC， UC將改變壓控振盪器的頻率FV（和相位），向基準輸入訊號的頻率靠攏，最後使FV=FR，環路被鎖定。一旦環路被鎖定，壓控振盪器的輸出訊號與環路的輸入訊號（參考訊號）之間只有乙個固定的穩態相位差，不存在頻率差。

此時，據說環路已被鎖定。

基本鎖相環是由檢相器、環路濾波器和壓控振盪器（VCO）組成的相位負反饋系統，鑑相器的輸出訊號v d（t）是振盪器的輸入訊號v i（t）和輸出訊號v o（t）之間的相位差，誤差電壓訊號被環路濾波器濾除後，去除高頻分量和雜訊。輸出低頻訊號V c（t）用作CO的控制訊號。 在控制電壓V c （t）的作用下，VCO輸出訊號V o （t）的頻率發生變化並反饋給鑑相器。 可以看出，鎖相環是傳輸相位的反饋系統，系統變數是相位，系統響應是輸入輸出訊號的相位而不是它們的幅度。

這篇文章更詳細。

鎖相環在測頻電路中的作用是“複製”乙個與輸入訊號頻率相同、相位差固定的訊號，因為這個訊號是由鎖相環的振盪電路產生的，所以一般比較“純淨”，測量起來更方便。

如下圖所示，鎖相環是由鑑相器（PD）、低通濾波器（LPF）和壓控振盪器（VCO）組成的閉環控制環路。

在上圖中，鑑相器是乙個非常關鍵的環節，鑑相器可以識別兩個輸入訊號VI和VO之間的相位差，當兩相相同時，輸出電壓為零，否則則不為零。

由於不同頻率的訊號不可能產生固定的相位差，因此當兩個訊號的頻率不同時，鑑相器的輸出電壓也不是固定的。

根據輸入訊號和輸出訊號的相位差，鑑相器輸出與相位差成正比的電壓，電壓經低通濾波器濾波，控制壓控振盪器產生相應頻率的訊號，最終環路趨於穩定， 也就是說，當相位鎖定時，兩者的頻率達到相同。