鎖相環(huán)（PLL）是什么 ？ 鎖相環(huán)原理及鎖相環(huán)原理圖

問(wèn)題:
什么是鎖相環(huán)（PLL）？鎖相環(huán)的工作原理是什么？鎖相環(huán)電路對(duì)硬件電路連接有什么要求？

解答:
鎖相環(huán)是一種反饋電路，其作用是使得電路上的時(shí)鐘和某一外部時(shí)鐘的相位同步。PLL通過(guò)比較外部信號(hào)的相位和由壓控晶振（VCXO）的相位來(lái)實(shí)現(xiàn)同步的，在比較的過(guò)程中，鎖相環(huán)電路會(huì)不斷根據(jù)外部信號(hào)的相位來(lái)調(diào)整本地晶振的時(shí)鐘相位，直到兩個(gè)信號(hào)的相位同步。

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，鎖相環(huán)是一種非常有用的同步技術(shù)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)鎖相環(huán)，可以使得不同的數(shù)據(jù)采集板卡共享同一個(gè)采樣時(shí)鐘。因此，所有板卡上各自的本地80MHz和20MHz時(shí)基的相位都是同步的，從而采樣時(shí)鐘也是同步的。因?yàn)槊繅K板卡的采樣時(shí)鐘都是同步的，所以都能?chē)?yán)格地在同一時(shí)刻進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

通過(guò)鎖相環(huán)同步多塊板卡的采樣時(shí)鐘所需要的編程技術(shù)會(huì)根據(jù)您所使用的硬件板卡的不同而不同。對(duì)于基于PCI總線的產(chǎn)品（M系列數(shù)據(jù)采集卡，PCI數(shù)字化儀等），所有的同步都是通過(guò)RTSI總線上的時(shí)鐘和觸發(fā)線來(lái)實(shí)現(xiàn)的；這時(shí)，其中一塊版板卡會(huì)作為主卡并且輸出其內(nèi)部時(shí)鐘，通過(guò)RTSI線，其他從板卡就可以獲得這個(gè)用于同步的時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)于基于PXI總線的產(chǎn)品，則通過(guò)將所有板卡的時(shí)鐘于PXI內(nèi)置的10MHz背板時(shí)鐘同步來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)同步的。關(guān)于更多的不同儀器的鎖相環(huán)技術(shù)，請(qǐng)點(diǎn)擊下面相關(guān)的連接。
 

鎖相環(huán)原理及鎖相環(huán)原理圖

1．鎖相環(huán)的基本組成         鎖相環(huán)中的鑒相器又稱(chēng)為相位比較器，它的作用是檢測(cè)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相位差，并將檢測(cè)出的相位差信號(hào)轉(zhuǎn)換成uD（t）電壓信號(hào)輸出，該信號(hào)經(jīng)低通濾波器濾波后形成壓控振蕩器的控制電壓uC（t），對(duì)振蕩器輸出信號(hào)的頻率實(shí)施控制。 2．鎖相環(huán)的工作原理           （8-4-1）      （8-4-2） 0為壓控振蕩器在輸入控制電壓為零或?yàn)橹绷麟妷簳r(shí)的振蕩角頻率，稱(chēng)為電路的固有振蕩角頻率。則模擬乘法器的輸出電壓uD為： C（t）。即uC（t）為：      （8-4-3） i為輸入信號(hào)的瞬時(shí)振蕩角頻率，θi（t）和θO（t）分別為輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的瞬時(shí)位相，根據(jù)相量的關(guān)系可得瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)位相的關(guān)系為：       即                        （8-4-4） d為         （8-4-5）        （8-4-6） c（t）為恒定值。當(dāng)上式不等于零時(shí)，說(shuō)明鎖相環(huán)的相位還未鎖定，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的頻率不等，uc（t）隨時(shí)間而變。 u以ω0為中心，隨輸入信號(hào)電壓uc（t）的變化而變化。該特性的表達(dá)式為      （8-4-6） c（t）隨時(shí)間而變時(shí)，壓控振蕩器的振蕩頻率ωu也隨時(shí)間而變，鎖相環(huán)進(jìn)入“頻率牽引”，自動(dòng)跟蹤捕捉輸入信號(hào)的頻率，使鎖相環(huán)進(jìn)入鎖定的狀態(tài)，并保持ω0=ωi的狀態(tài)不變。 8．4．2鎖相環(huán)的應(yīng)用 1．鎖相環(huán)在調(diào)制和解調(diào)中的應(yīng)用     i來(lái)控制載波信號(hào)uC的參數(shù)，使載波信號(hào)的某一個(gè)參數(shù)隨輸入信號(hào)的變化而變化。載波信號(hào)的參數(shù)有幅度、頻率和位相，所以，調(diào)制有調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）和調(diào)相（PM）三種。     上圖的（a）是輸入信號(hào)，又稱(chēng)為調(diào)制信號(hào)；圖（b）是載波信號(hào)，圖（c）是調(diào)幅波和調(diào)頻波信號(hào)。 O還原成原信號(hào)ui。 2．鎖相環(huán)在調(diào)頻和解調(diào)電路中的應(yīng)用 0相等時(shí)，壓控振蕩器輸出信號(hào)的頻率將保持ω0不變。若壓控振蕩器的輸入信號(hào)除了有鎖相環(huán)低通濾波器輸出的信號(hào)uc外，還有調(diào)制信號(hào)ui，則壓控振蕩器輸出信號(hào)的頻率就是以ω0為中心，隨調(diào)制信號(hào)幅度的變化而變化的調(diào)頻波信號(hào)。由此可得調(diào)頻電路可利用鎖相環(huán)來(lái)組成，由鎖相環(huán)組成的調(diào)頻電路組成框圖如圖8-4-5所示。     根據(jù)鎖相環(huán)的工作原理和調(diào)頻波的特點(diǎn)可得解調(diào)電路組成框圖如圖8-4-6所示。 3．鎖相環(huán)在頻率合成電路中的應(yīng)用