锁相环原理应用与计算机辅助分析,锁相环工作原理与应用

锁相环是现代电子系统的基本模块之一。它通常用于多媒体，通信和许多其他应用程序。有两种不同类型的PLL - 线性和非线性。在现实世界中非线性设计是困难和复杂的，但线性控制理论在模拟PLL中是很好的建模的。PLL证明了线性模型对于大多数电子应用是足够的。

什么是锁相环？

一个锁相环由一个鉴相器和一个声音控制振荡器组成。相位检测器的输出是语音控制振荡器(VCO)的输入，VCO的输出连接到下图所示基本框图中相位检测器的一个输入端。当这两个装置相互馈送时，形成回路。

PLL的框图和工作原理

锁相环包括一个鉴相器，一个电压控制振荡器，在它们之间固定一个低通滤波器。具有输入频率“Fi”的输入信号“Vi”由相位检测器承认。基本上，相位检测器是一个比较器，通过反馈频率fo比较输入频率fi。相位检测器的输出是(fi + fo)，它是一个直流电压。相位检测器的输出，即直流电压输入到低通滤波器(LPF); 它消除了高频噪声，并产生了一个稳定的直流电平，即Fi-Fo。Vf也是PLL的动态特性。

通滤波器的输出，即DC电平被传送到VCO。输入信号与VCO(fo)的输出频率成正比。输入和输出频率通过反馈环路进行比较和调整，直到输出频率等于输入频率。因此，PLL的工作方式就像自由运行，捕捉和锁相。

当没有施加输入电压时，据说它是一个自由运行的阶段。一旦施加到VOC的输入频率改变并产生用于比较的输出频率，就称为捕获阶段。下图显示了PLL的框图。

锁相环检测器

锁相环检测器将输入频率与VCO的输出频率进行比较，以产生与两个频率的相位差成正比的DC电压。模拟和数字信号用于锁相环。大多数单片PLL 集成电路使用模拟相位检测器，大部分相位检测器来自数字型。在模拟相位检测器中通常使用双平衡混合电路。下面给出一些常见的相位检测器：

边沿触发相位检测器

当输入和输出频率为脉冲波形，占空比小于50％时，使用边缘触发相位检测器。RS触发器用于相位检测器，如下图所示。从RS 触发器，两个或非门交叉耦合。相位检测器的输出可以通过触发RS触发器来改变其逻辑状态。输入和输出频率的上升沿可以改变鉴相器的输出。

单片相位检测器

单片相位检测器是一种CMOS型，即IC 4044.它由谐波灵敏度进行了高度补偿，由于电路只能响应输入信号的转换，占空比问题被放弃。在关键应用中，它是最热门的相位检测器。幅度的独立变化不受相位误差，输出误差电压和输入波形的占空比的影响。

锁相环的应用

用于FM操作的FM解调网络。

它用于电机速度控制和跟踪滤波器。

它用于解调载频的频移解码。

它被用于数字转换器。

它用于抖动抑制，偏移抑制，时钟恢复。

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