常见电子电路---锁相环

振荡器种类总共有两种

Relaxation Oscillator(RO)张弛振荡器

充电电流与调谐电压成正比

VCO(电压控制振荡器)

由电压控制的振荡器 ,电压范围对应频率的范围

需要关注的参数:

Tuning Range(调谐范围):能够输出的频率的范围

Tuning Sensitivity(Tuning Gain)调谐灵敏度或调谐增益:电压改变时对应的频率的改变

Supply Pushing(电源推动)

正常情况下的Vco的输出频率不应该随着电源电压的变化而进行变化 ,但是实际上是会随着电源电压的变化而变化的

解决方法:

使用稳压电源 ,或使用高Q值的电路

Load Pulling(负载牵引)

正常情况下的Vco输出频率不应该随着负载的变化而变化 ,但是实际上是会随其变化而变化的,通常来来讲 ,通常将其定义为负载偏差

光谱纯度(Spectral purity)

在时域中通常将其称为抖动 ,在频域中通常将其称为相位噪声

理想情况下 ,Vco的频率应该只有单频对 ,但是实际情况中会产生许多干扰信号 ,称为相位干扰

锁相环电路

典型应用

当输入信号与输出信号频率是相同的时候 , 而且没有相位差或相位差恒定时 , 那就是循环处于锁定状态 ,就像名字一样 ,锁相环就是用来确保输入与输出信号之间的相位和频率都是相同的

组成

输入信号 ,鉴相器FD ,低通滤波器LPF ,压控振荡器VCO ,在前面的VCO当中 ,当环路接通 ,锁相环就会已中心频率运行 ,这个频率就被称为自激频率(Free running Frequency)

此时鉴相器将输入信号或参考信号与振荡器进行比较 ,并在此基础上进行计算 ,得到误差 ,误差通过低通滤波器 ,低通滤波器产生基于误差信号的误差电压 ,根据误差电压 ,Vco就会增加或减小振荡器的频率 ,直到振荡器频率锁定到输入频率 ,但是需要输入信号在锁定频率之内

锁定状态下 ,两信号之间可能无相位差也有可能相位差恒定

非锁定状态下 ,输入信号要处于PLL的的捕获范围之内才能形成锁定 ,这个捕捉范围就是Vco中心的输入频率的范围 ,循环从解锁条件开始时可以锁定的频率

参数

锁定范围

一但在此范围之内 ,锁相环就能够自动锁定输入信号 ,使得输入与输出的相位频率都一样

Phase Detector鉴相器

 使用异或门来进行鉴相

当两个输入信号不相同时 ,输出高 ,可以看出随着相位的改变 ,其输出的平均电平也是改变的 ,当相位相差为180度时 ,输出的电压信号是最大的 ,这个信号再反应到VCO的输入电压中就能够调节其输出频率

当异或门电路作为鉴相器的时候的制约点:

1. 理论上来讲 ,鉴频器应该是从0-360进行线性的变化的 ,但是从180到360开始 ,出现错误了

2. 同时输入的两个信号都应该具有50的占空比 ,但是实际中很难保证其占空比的恒定

3. 再者两个信号频率不相同时 ,VCO的可能会被绑定到谐波频率

相位频率检测器

这个电路采用D触发器 ,可以判断信号的频率关系

频率大时 ,输出信号总体为高 ,拉高VCO的频率

频率小时 ,输出信号总体为低 ,降低VCO的频率

加上一个÷N的计数器块可以让锁相环的输出为输入信号的10倍