锁相环PLL学习记录

什么是锁相环

锁相环 （PLL） 是电子系统中最通用、最灵活和最有价值的电路配置之一，因此在许多应用中都有使用。它用于时钟重定时和恢复，作为频率合成器和可调谐振荡器，仅举几个例子。

因此，在包括无线电接收器和测试设备在内的许多 RF 设备项目中都可以找到 PLL。根据其具体实现，它可以服务于近直流到 GHz 和更高的频率，在系统和电路中发挥许多关键作用。

锁相环的工作原理

锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PLL,Phase-Locked Loop）。锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。

最基础的锁相环系统主要包含三个基本模块：鉴相器（Phase Detector：PD）、环路滤波器（L00P Filter：LF）其实也就是低通滤波器，和压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator：VCO）。有了这三个模块的话，最基本的锁相环就可以运行了。但我们实际使用过程中，锁相环系统还会加一些分频器、倍频器、混频器等模块。（这一点可以类比STM32的最小系统和我们实际使用STM32的开发板）

图 锁相环基本模块

图 输入信号和输出信号存在相位差

锁相环的应用

锁相环在调制和解调中的应用

所谓的调制就是用携带信息的输入信号ui来控制载波信号uc的参数，使载波信号的某一个参数随输入信号的变化而变化。载波信号的参数有幅度、频率和位相，所以，调制有调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）三种。

调幅波的特点是频率与载波信号的频率相等，幅度随输入信号幅度的变化而变化；调频波的特点是幅度与载波信号的幅度相等，频率随输入信号幅度的变化而变化；调相波的特点是幅度与载波信号的幅度相等，相位随输入信号幅度的变化而变化。调幅波和调频波的示意图如图8-4-4所示。

上图的（a）是输入信号，又称为调制信号；图（b）是载波信号，图（c）是调幅波和调频波信号。

解调是调制的逆过程，它可将调制波uo还原成原信号ui。

锁相环在频率合成电路中的应用

在现代电子技术中，为了得到高精度的振荡频率，通常采用石英晶体振荡器。但石英晶体振荡器的频率不容易改变，利用锁相环、倍频、分频等频率合成技术，可以获得多频率、高稳定的振荡信号输出。

输出信号频率比晶振信号频率大的称为锁相倍频器电路；输出信号频率比晶振信号频率小的称为锁相分频器电路。锁相倍频和锁相分频电路的组成框图如图8-4-7所示。

图中的N大于1时，为分频电路；N小于1时，为倍频电路。

锁相环PLL对相位阶跃的响应

Vpd 刚开始相位很大，脉冲比较长，后面逐渐变小，脉冲慢慢变短。

Vcont通过低通滤波器将信号变得缓和。

out会随着Vcont慢慢变化。

总之，锁相环电路是一种功能强大的信号处理电路，通过对输入信号与参考信号的相位比较、平滑处理、频率控制和分频等操作，实现对输入信号的同频且相位锁定的输出。锁相环电路在通信系统、数字信号处理和控制系统等领域具有广泛的应用前景。