鎖相環技術的應用和發展

彭藝

摘要：本文基于鎖相環的概念，對其基本原理以及結構進行了介紹，介紹了鎖相環技術的種類，分別有模擬鎖相環技術、全數字鎖相環技術以及數?；旌湘i相環技術，對其相應的優勢與不足進行分析;對鎖相環技術的特性做出了研究;并從雙音頻報警器以及倍頻電路兩方面內容出發，對具體應用鎖相技術進行分析。

[關鍵詞]鎖相環信號頻率應用

在通信系統中鎖相環作為一種通信技術，有著較為廣泛的應用范圍。鎖相環路從本質上而言是一相位控制反饋自動系統，對于輸入信號的相位其能準確跟隨。并在鎖定期間，振蕩器信號的輸出相位以及信號的參考相位始終有著常數的差值，并且其有一特性是能夠跟蹤頻率，從而廣泛的應用到了電子技術中。

1鎖相環的原理

鎖相環利用檢測對信號的相位差進行輸入、輸出，同時通過鑒相器將其向電壓形式進行轉換，從而輸出信號，再使用低通濾波器進行濾波，將這一期間的信號當做壓控振蕩器的電壓控制，進而能夠實現控制振蕩器信號輸出的頻率。接著通過反饋通道，在鑒相器輸入端接到振蕩器信號輸出的頻率以及相位的反饋，進而出現閉環控制。若是信號的輸出頻率和信號的輸入頻率成正比，則電壓輸出和電壓輸入間的相位差會保持恒定，從而實現電壓輸出和電壓輸入的“鎖相”。環路信號的輸入如果在相位以及頻率上都是瞬變的，則壓控振蕩器相位以及頻率也是能夠持續地跟蹤信號輸入的相位以及頻率變化，這一狀態又叫做跟蹤狀態。

2鎖相環技術的基本組成

在鎖相環之中，鑒相器賊相位比較器，主要是對信號輸入和信號輸出之間的相位偏差進行比較參考，從而有誤差信號產生：環路濾波器屬于低通濾波器，主要是將誤差信號所含的高頻成分濾除，其作用是濾波平滑，從而確保有穩定的環路，能夠將環路跟蹤性能進行改善，對信號輸出相位噪聲質量有決定性作用。最后將控制電壓輸出，壓控振蕩器VCO是變換電壓以及頻率的設備，將在本地產生振蕩頻率，誤差信號電壓將能對振蕩頻率進行控制，頻率因此產生偏移，進而對參考信號輸入的頻率進行跟蹤。鎖相環路結合參考信號輸入頻率和本地振蕩信號頻率產生的相位誤差，進而不斷反饋，并連續調節壓控振蕩器信號所產生的相位，以滿足VCO信號輸出相位和參考頻率相位保持常數或者是一致。

3鎖相環類型和特點

鎖相環有三種技術分別是模擬鎖相環技術、全數字鎖相環技術以及數模混合鎖相環技術。這三種技術都分別有著一定的優勢和不足，能夠應用到不同的電子產品中。線性鎖相環是模擬鎖相環的另一個名稱，其跟蹤正弦特性信號性能較好，有著較為簡單的結構，以及穩定輸出等優點，其工作應根據基準頻率。數?；旌系募夹g在一定程度上實現了數字化，但其控制環路核心依舊是模擬電路，通常是在合成頻率或者處理時鐘等場合中應用。

4鎖相環技術特性

在社會的很多領域中鎖相環技術得到了廣泛應用，這主要是因為鎖相環路與其他控制系統相比，優越性能較多，以下為其具體是我性能。

4.1跟蹤性能

在鎖定環路的情況下，如果頻率輸入發生變化，那么壓控振蕩器就將會對這個變化有所響應，從而及時對這一頻率進行跟蹤，從而使輸入以及輸出能夠同步。比較常見類型是鎖相接收機。

4.2濾波性能

利用環路的濾波器作用，鎖相環具有窄帶濾波性能，可濾除與輸入信號混合的噪聲和誤差干擾。階梯帶可以做得非常窄，比任何陶瓷濾波器，Lc，RC的性能都要優越。

4.3無殘余頻率差的阻塞狀態

它是頻率控制的理想特性，使其廣泛應用于自動頻率控制和頻率合成技術之中。

4.4易于集成

環路的基本組件可以用模擬實現集成電路。一旦環路數字化，就更容易使用數字集成電路。使體積更小，有著更低的成本，更高的可靠性。針對這樣的情況，研究當今嵌入式系統芯片上的完整數字鎖相環，并提高環路性能有更為重要的意義。

5鎖相環技術的實際應用

5.1方波發生器

圖1所示的電路是一個方波發生器，由一個集成的VCO和一個鎖相環CD4046組成。只要9引腳連接器連接到電源，就可以實現基本的方波振蕩器。引腳6和引腳7之間的電容器C1的功能是對振蕩器進行加載和放電?？梢哉{節可變電阻R1的電阻對振蕩器振蕩頻率進行控制，并且通過4個引腳發射所需的方波信號。

5.2信號頻率的調制

將從壓控振蕩器一端輸入調制信號，載波頻率如果等于自由振蕩頻率，那么載波頻率與電壓控制振蕩器的振蕩頻率被鎖定，以及兩者間的相位差將自由地通過低通濾波器被傳遞，并通過帶有調制信號的加法器來調節壓控振蕩器的輸出頻率，從而產生所需的FM信號。

6結論

鎖相環具有簡單結構，穩定的頻率，測量精度高的優點，并能有效地抑制雜散，并且可以更換過濾器，這有利于系統的集成化和小型化。相位檢測器的分頻比可通過控制單個芯片可以容易地進行，輸出頻率非常方便進行改變，這是用于掃描、集成和數字化通信系統中智能模塊源的信號。以此能夠得知，在未來的應用中鎖相環電路將進一步擴展。

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