模拟锁相环,模拟锁相环原理解析

模拟锁相环,模拟锁相环原理解析

背景知识：

锁相技术是一种相位负反馈控制技术，它利用环路的反馈原理来产生新的频率点。它的主要特点是:1)锁定时无剩余频差；2)具有良好的窄带载波跟踪性能；3)具有良好的宽带调制跟踪性能；4)门限性能好；5)体积小、重量轻、易于集成。因此，锁相环在当今电子系统中得到广泛应用。

基本原理：

锁相环的负反馈控制系统是由鉴相器(PD)、环路滤波器(LPF)和电压控制振荡器(VCO)三个基本部件组成的，基本构成如下图:

当压控振荡器的频率ƒr由于某种原因而发生变化时，必然引起相位的变化，该相位变化在鉴相器中与参考晶体的稳定相位(对应于频率ƒr)相比较，使鉴相器输出一个与相位误差信号成比例的误差电压vd(t)，经过低通滤波器，取出其中缓慢变动数值，将压控振荡器的输出频率拉回到稳定的值上来，从而实现了相位负反馈控制。

当θ1(t) 与θ2(t) 相等时，两矢量以相同的角速度旋转，相对位置固定。即夹角维持不变，通常数值又较小，这就是环路的锁定状态。

从输入信号加到锁相环路的输入端开始，一直到环路达到锁定的全过程，称为捕获过程。设系统最初进入同步状态的时间为ta, ,那么从t=t0的起始状态到达进入同步状态的全部过程就称为锁相环路的捕获过程。捕获过程所需的时间Tp=ta-t0。称为捕获时间。显然，捕获时间Tp的大小不但与环路的参数有关，而且与起始状态有关。

对一定的环路来说，是否能通过捕获进入同步取决于起始频差 θc(t0) = △ω0。若△ω0超过某一范围，环路就不能捕获了。这个范围的大小是锁相环路的一个重要性能指标，称为环路的捕获带△ωp。

捕获状态终了，环路的状态稳定在

这就是同步状态的定义。只要在整个变化过程中一直满足上面两式。那么仍称环路处于同步状态。由上可知，在输入固定频率信号的条件之下，环路进入同步状态后，输出信号与输入信号之间频差等于零，相差等于常数，即

实际应用中有各种形式的环路，但它们都是由上图这个基本环路演变而来的。