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鎖相環技術


鎖相環技術

鎖相技術的理論早在1932年就提出了,但直到40年代在電視機中才得到廣泛的應用。鎖相環的英文全稱是Phase-LockedLoop,簡稱PLL,是實現相位自動控制的負反饋系統,它使振蕩器的相位和頻率與輸入信號的相位和頻率同步。

   鎖相環包含三個主要的部分:⑴鑒相環(或相位比較器,記為PD或PC):是完成相位比較的單元,用來比較輸入信號和基準信號的之間的相位.它的輸出電壓正比于兩個輸入信號之相位差.⑵低通濾波器(LPF):是個線性電路,其作用是濾除鑒相器輸出電壓中的高頻分量,起平滑濾波的作用.通常由電阻、電容或電感等組成,有時也包含運算放大器。⑶壓控振蕩器(VCO):振蕩頻率受控制電壓控制的振蕩器,而振蕩頻率與控制電壓之間成線性關系。在PLL中,壓控振蕩器實際上是把控制電壓轉換為相位。

   圖1為上述三個部分組成PLL的方框圖,它的工作過程如下:相位比較器把輸入信號作為標準,將它的頻率和相位與從VCO輸出端送來的信號進行比較。如果在它的工作范圍內檢測出任何相位(頻率)差,就產生一個誤差信號Ve(t),這個誤差信號正比于輸入信號和VCO輸出信號之間的相位差,通常是以交流分量調制的直流電平。由低通濾波器濾除誤差信號中的交流分量,產生信號Vd(t)去控制VCO,強制VCO朝著減小相位/頻率誤差的方向改變其頻率,使輸入基準信號和VCO輸出信號之間的任何頻率或相位差逐漸減小直至為0,這時我們就稱環路已被鎖定。

   如果VCO的輸出頻率低于輸入基準信號的頻率,相位比較器的輸出振幅就為正,經濾波后去控制VCO,使其頻率增加,直到兩個信號的頻率和相位**同步。相反,若VCO輸出頻率高于輸入基準信號,相位比較器的輸出會下降,使VCO鎖定在輸入基準信號的頻率。

   下面較詳細地介紹它的捕捉過程和跟蹤狀態。

   設VCO在沒有輸入控制信號時的固有振蕩頻率為Wo。開機后,若相位比較器的輸入信號頻率Wi與Wo很接近,則相位比較器將輸出這兩個頻率信號的差拍波,因其頻率很低,它將順利通過低通濾波器,然后加到VCO輸入端去作控制電壓,VCO受此差拍調頻,其中心頻率仍為Wo。調頻信號又立即返回相位比較器中,在它的輸出信號中已具有一個直流分量,經過低通濾波器的積分作用取出來,再加到VCO輸入端,從而使VCO的中心頻率發生偏移。這個偏移方向恰好是朝著輸入信號頻率Wi的方向移動,使相位比較器輸出的差拍信號頻率變得越來越低,相位差的直流分量也會越來越大。這個逐漸變大的直流分量經低通濾波器后去控制VCO,以更快的速度使VCO的振蕩頻率趨向于Wi。

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