什么是鎖相環

鎖相環 （PLL） 是電子系統中最通用、最靈活和最有價值的電路配置之一，因此在許多應用中都有使用。它用于時鐘重定時和恢復，作為頻率合成器和可調諧振蕩器，僅舉幾個例子。

因此，在包括無線電接收器和測試設備在內的許多 RF 設備項目中都可以找到 PLL。根據其具體實現，它可以服務于近直流到 GHz 和更高的頻率，在系統和電路中發揮許多關鍵作用。

鎖相環的工作原理

鎖相環路是一種反饋控制電路，簡稱鎖相環（PLL,Phase-Locked Loop）。鎖相環的特點是：利用外部輸入的參考信號控制環路內部振蕩信號的頻率和相位。

最基礎的鎖相環系統主要包含三個基本模塊：鑒相器（Phase Detector：PD）、環路濾波器（L00P Filter：LF）其實也就是低通濾波器，和壓控振蕩器（Voltage Controlled Oscillator：VCO）。有了這三個模塊的話，最基本的鎖相環就可以運行了。但我們實際使用過程中，鎖相環系統還會加一些分頻器、倍頻器、混頻器等模塊。（這一點可以類比STM32的最小系統和我們實際使用STM32的開發板）

圖 鎖相環基本模塊

圖 輸入信號和輸出信號存在相位差

鎖相環的應用

鎖相環在調制和解調中的應用

所謂的調制就是用攜帶信息的輸入信號ui來控制載波信號uc的參數，使載波信號的某一個參數隨輸入信號的變化而變化。載波信號的參數有幅度、頻率和位相，所以，調制有調幅（AM）、調頻（FM）和調相（PM）三種。

調幅波的特點是頻率與載波信號的頻率相等，幅度隨輸入信號幅度的變化而變化；調頻波的特點是幅度與載波信號的幅度相等，頻率隨輸入信號幅度的變化而變化；調相波的特點是幅度與載波信號的幅度相等，相位隨輸入信號幅度的變化而變化。調幅波和調頻波的示意圖如圖8-4-4所示。

上圖的（a）是輸入信號，又稱為調制信號；圖（b）是載波信號，圖（c）是調幅波和調頻波信號。

解調是調制的逆過程，它可將調制波uo還原成原信號ui。

鎖相環在頻率合成電路中的應用

在現代電子技術中，為了得到高精度的振蕩頻率，通常采用石英晶體振蕩器。但石英晶體振蕩器的頻率不容易改變，利用鎖相環、倍頻、分頻等頻率合成技術，可以獲得多頻率、高穩定的振蕩信號輸出。

輸出信號頻率比晶振信號頻率大的稱為鎖相倍頻器電路；輸出信號頻率比晶振信號頻率小的稱為鎖相分頻器電路。鎖相倍頻和鎖相分頻電路的組成框圖如圖8-4-7所示。

圖中的N大于1時，為分頻電路；N小于1時，為倍頻電路。

鎖相環PLL對相位階躍的響應

Vpd 剛開始相位很大，脈沖比較長，后面逐漸變小，脈沖慢慢變短。

Vcont通過低通濾波器將信號變得緩和。

out會隨著Vcont慢慢變化。

總之，鎖相環電路是一種功能強大的信號處理電路，通過對輸入信號與參考信號的相位比較、平滑處理、頻率控制和分頻等操作，實現對輸入信號的同頻且相位鎖定的輸出。鎖相環電路在通信系統、數字信號處理和控制系統等領域具有廣泛的應用前景。