鎖相環(huán)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展

彭藝

摘要：本文基于鎖相環(huán)的概念，對其基本原理以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，介紹了鎖相環(huán)技術(shù)的種類，分別有模擬鎖相環(huán)技術(shù)、全數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)以及數(shù)模混合鎖相環(huán)技術(shù)，對其相應(yīng)的優(yōu)勢與不足進(jìn)行分析;對鎖相環(huán)技術(shù)的特性做出了研究;并從雙音頻報警器以及倍頻電路兩方面內(nèi)容出發(fā)，對具體應(yīng)用鎖相技術(shù)進(jìn)行分析。

[關(guān)鍵詞]鎖相環(huán)信號頻率應(yīng)用

在通信系統(tǒng)中鎖相環(huán)作為一種通信技術(shù)，有著較為廣泛的應(yīng)用范圍。鎖相環(huán)路從本質(zhì)上而言是一相位控制反饋自動系統(tǒng)，對于輸入信號的相位其能準(zhǔn)確跟隨。并在鎖定期間，振蕩器信號的輸出相位以及信號的參考相位始終有著常數(shù)的差值，并且其有一特性是能夠跟蹤頻率，從而廣泛的應(yīng)用到了電子技術(shù)中。

1鎖相環(huán)的原理

鎖相環(huán)利用檢測對信號的相位差進(jìn)行輸入、輸出，同時通過鑒相器將其向電壓形式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而輸出信號，再使用低通濾波器進(jìn)行濾波，將這一期間的信號當(dāng)做壓控振蕩器的電壓控制，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)控制振蕩器信號輸出的頻率。接著通過反饋通道，在鑒相器輸入端接到振蕩器信號輸出的頻率以及相位的反饋，進(jìn)而出現(xiàn)閉環(huán)控制。若是信號的輸出頻率和信號的輸入頻率成正比，則電壓輸出和電壓輸入間的相位差會保持恒定，從而實現(xiàn)電壓輸出和電壓輸入的“鎖相”。環(huán)路信號的輸入如果在相位以及頻率上都是瞬變的，則壓控振蕩器相位以及頻率也是能夠持續(xù)地跟蹤信號輸入的相位以及頻率變化，這一狀態(tài)又叫做跟蹤狀態(tài)。

2鎖相環(huán)技術(shù)的基本組成

在鎖相環(huán)之中，鑒相器賊相位比較器，主要是對信號輸入和信號輸出之間的相位偏差進(jìn)行比較參考，從而有誤差信號產(chǎn)生：環(huán)路濾波器屬于低通濾波器，主要是將誤差信號所含的高頻成分濾除，其作用是濾波平滑，從而確保有穩(wěn)定的環(huán)路，能夠?qū)h(huán)路跟蹤性能進(jìn)行改善，對信號輸出相位噪聲質(zhì)量有決定性作用。最后將控制電壓輸出，壓控振蕩器VCO是變換電壓以及頻率的設(shè)備，將在本地產(chǎn)生振蕩頻率，誤差信號電壓將能對振蕩頻率進(jìn)行控制，頻率因此產(chǎn)生偏移，進(jìn)而對參考信號輸入的頻率進(jìn)行跟蹤。鎖相環(huán)路結(jié)合參考信號輸入頻率和本地振蕩信號頻率產(chǎn)生的相位誤差，進(jìn)而不斷反饋，并連續(xù)調(diào)節(jié)壓控振蕩器信號所產(chǎn)生的相位，以滿足VCO信號輸出相位和參考頻率相位保持常數(shù)或者是一致。

3鎖相環(huán)類型和特點

鎖相環(huán)有三種技術(shù)分別是模擬鎖相環(huán)技術(shù)、全數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)以及數(shù)模混合鎖相環(huán)技術(shù)。這三種技術(shù)都分別有著一定的優(yōu)勢和不足，能夠應(yīng)用到不同的電子產(chǎn)品中。線性鎖相環(huán)是模擬鎖相環(huán)的另一個名稱，其跟蹤正弦特性信號性能較好，有著較為簡單的結(jié)構(gòu)，以及穩(wěn)定輸出等優(yōu)點，其工作應(yīng)根據(jù)基準(zhǔn)頻率。數(shù)模混合的技術(shù)在一定程度上實現(xiàn)了數(shù)字化，但其控制環(huán)路核心依舊是模擬電路，通常是在合成頻率或者處理時鐘等場合中應(yīng)用。

4鎖相環(huán)技術(shù)特性

在社會的很多領(lǐng)域中鎖相環(huán)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，這主要是因為鎖相環(huán)路與其他控制系統(tǒng)相比，優(yōu)越性能較多，以下為其具體是我性能。

4.1跟蹤性能

在鎖定環(huán)路的情況下，如果頻率輸入發(fā)生變化，那么壓控振蕩器就將會對這個變化有所響應(yīng)，從而及時對這一頻率進(jìn)行跟蹤，從而使輸入以及輸出能夠同步。比較常見類型是鎖相接收機。

4.2濾波性能

利用環(huán)路的濾波器作用，鎖相環(huán)具有窄帶濾波性能，可濾除與輸入信號混合的噪聲和誤差干擾。階梯帶可以做得非常窄，比任何陶瓷濾波器，Lc，RC的性能都要優(yōu)越。

4.3無殘余頻率差的阻塞狀態(tài)

它是頻率控制的理想特性，使其廣泛應(yīng)用于自動頻率控制和頻率合成技術(shù)之中。

4.4易于集成

環(huán)路的基本組件可以用模擬實現(xiàn)集成電路。一旦環(huán)路數(shù)字化，就更容易使用數(shù)字集成電路。使體積更小，有著更低的成本，更高的可靠性。針對這樣的情況，研究當(dāng)今嵌入式系統(tǒng)芯片上的完整數(shù)字鎖相環(huán)，并提高環(huán)路性能有更為重要的意義。

5鎖相環(huán)技術(shù)的實際應(yīng)用

5.1方波發(fā)生器

圖1所示的電路是一個方波發(fā)生器，由一個集成的VCO和一個鎖相環(huán)CD4046組成。只要9引腳連接器連接到電源，就可以實現(xiàn)基本的方波振蕩器。引腳6和引腳7之間的電容器C1的功能是對振蕩器進(jìn)行加載和放電。可以調(diào)節(jié)可變電阻R1的電阻對振蕩器振蕩頻率進(jìn)行控制，并且通過4個引腳發(fā)射所需的方波信號。

5.2信號頻率的調(diào)制

將從壓控振蕩器一端輸入調(diào)制信號，載波頻率如果等于自由振蕩頻率，那么載波頻率與電壓控制振蕩器的振蕩頻率被鎖定，以及兩者間的相位差將自由地通過低通濾波器被傳遞，并通過帶有調(diào)制信號的加法器來調(diào)節(jié)壓控振蕩器的輸出頻率，從而產(chǎn)生所需的FM信號。

6結(jié)論

鎖相環(huán)具有簡單結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定的頻率，測量精度高的優(yōu)點，并能有效地抑制雜散，并且可以更換過濾器，這有利于系統(tǒng)的集成化和小型化。相位檢測器的分頻比可通過控制單個芯片可以容易地進(jìn)行，輸出頻率非常方便進(jìn)行改變，這是用于掃描、集成和數(shù)字化通信系統(tǒng)中智能模塊源的信號。以此能夠得知，在未來的應(yīng)用中鎖相環(huán)電路將進(jìn)一步擴展。

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