锁相环中的鉴相器了解不？

前几天，看到一个比喻，说锁相环是一个电路的心脏，没有它，整个电路都工作不了了。

想想也是，没有锁相环，混频器没法变频，ADC没法采样，确实很重要。

实际的PLL电路肯定相当复杂，不过，可以从简单的看起。

一个最最简单的PLL，有三部分组成，VCO，鉴相器(PD)和低通滤波器。

这篇文章呢，就先讲讲鉴相器的原理。

鉴相器(Phase Detector/PD)

鉴相器，英文名为Phase Detector，简称PD。

Phase Detector直译过来为相位检测器，读上去好像比鉴相器通俗一点哦。

相位检测器，就如其字面意思，就是检测相位用的。不过呢，它是对两个信号的相位差做出反应。也就是说，它不管你相位的绝对值，它是比较两个相位的相对值。相位检测器的输出呢，一般是一个电压，而且这个电压与相位差呈线性关系。如下图所示。

它的主要工作时用来测量两个信号之间的相位差，然后输出一个参量，比如说电压。而这个电压与相位差呈线性关系。

如果V1(t)和V2(t)的频率不相等的话，两者的相位差则会随时间发生变化。如下图所示。

PD怎么实现呢?

那上述的功能怎么用电路实现出来呢?

异或门

或许你想不到，一个简单的异或门(XOR)就可以实现上面的功能。当然，实际电路可能比这个复杂，这个等我了解到了，再谈。

目前，先从原理层面上看看。

异或门的真值表如下：

换成文字描述就是：当两个输入相同时，输出为0;当两个输入不同时，输出为1.

异或门当做PD来使用时，其工作原理如下图所示。

如上图所示，两个方波信号V1和V2，而V2的相位比V1滞后，即V2的变化沿要比V1的来的晚一点。

在一个周期内，V1和V2会有一段时间，电平不一致。

当V1和V2经过异或门时，两者电平不同时，异或门输出高;当两者电平相同时，异或门输出低。这样，异或门就将V1和V2的相位差，与电压输出连接起来了。

输出Vout是一系列的脉冲信号，因为上升沿处要高一次，下降沿处要高一次，所以该脉冲信号的频率是输入信号的2倍。

脉冲宽度与信号之间相位差的大小成正比关系，也就是说，相位差大，脉冲宽;相位差小，脉冲窄。

脉冲信号的平均值如下图所示，与相位差线性相关。

当V1和V2相差180度时，这时Vout的输出恒定为1, 此时Vout的平均值最大。

当V1和V2的相位差超过180度时，Vout的平均值开始线性下降。

因此，当XOR作为PD时，其输入输出的特性曲线如下图所示。

另外，模拟乘法器(或者混频器)，也可当成PD来使用。想不到吧?

其输入输出特性曲线如下图所示。

审核编辑：汤梓红