鎖相環路是一種反饋電路，鎖相環的英文全稱是phase-locked loop,簡稱pll。其作用是使得電路上的時鐘和某一外部時鐘的相位同步。因鎖相環可以實現輸出訊號頻率對輸入訊號頻率的自動跟蹤，所以鎖相環通常用於閉環跟蹤電路。
鎖相環在工作的過程中，當輸出訊號的頻率與輸入訊號的頻率相等時，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住，這就是鎖相環名稱的由來。
在資料採集系統中，鎖相環是一種非常有用的同步技術，因為通過鎖相環，可以使得不同的資料採集板卡共享同乙個取樣時鐘。因此，所有板卡上各自的本地 80mhz和20mhz時基的相位都是同步的，從而取樣時鐘也是同步的。因為每塊板卡的取樣時鐘都是同步的，所以都能嚴格地在同一時刻進行資料採集。
鎖相環路是乙個相位反饋自動控制系統。它由以下三個基本部件組成：鑑相器（pd）、環路濾波器（lpf）和壓控振盪器（vco）。其組成方框圖如下所示。
鎖相環路的基本方框圖
鎖相環的工作原理：
1. 壓控振盪器的輸出經過採集並分頻；
2. 和基準訊號同時輸入鑑相器；
3. 鑑相器通過比較上述兩個訊號的頻率差，然後輸出乙個直流脈衝電壓；
4. 控制vco，使它的頻率改變；
5. 這樣經過乙個很短的時間，vco 的輸出就會穩定於某一期望值。
鎖相環可用來實現輸出和輸入兩個訊號之間的相位同步。當沒有基準（參考）輸入訊號時，環路濾波器的輸出為零（或為某一固定值）。這時，壓控振盪器按其固有頻率fv進行自由振盪。
當有頻率為fr的參考訊號輸入時，ur 和uv同時加到鑑相器進行鑑相。如果fr和fv相差不大，鑑相器對ur和uv進行鑑相的結果，輸出乙個與ur和uv的相位差成正比的誤差電壓ud，再經過環路濾波器濾去ud中的高頻成分，輸出乙個控制電壓uc，uc將使壓控振盪器的頻率fv（和相位）發生變化，朝著參考輸入訊號的頻率靠攏，最後使fv= fr，環路鎖定。環路一旦進入鎖定狀態後，壓控振盪器的輸出訊號與環路的輸入訊號（參考訊號）之間只有乙個固定的穩態相位差，而沒有頻差存在。
這時我們就稱環路已被鎖定。
環路的鎖定狀態是對輸入訊號的頻率和相位不變而言的，若環路輸入的是頻率和相位不斷變化的訊號，而且環路能使壓控振盪器的頻率和相位不斷地跟蹤輸入訊號的頻率和相位變化，則這時環路所處的狀態稱為跟蹤狀態。
鎖相環路在鎖定後，不僅能使輸出訊號頻率與輸入訊號頻率嚴格同步，而且還具有頻率跟蹤特性，所以它在電子技術的各個領域中都有著廣泛的應用。
鎖相環的組成和工作原理 #1
1．鎖相環的基本組成
許多電子裝置要正常工作，通常需要外部的輸入訊號與內部的振盪訊號同步，利用鎖相環路就可以實現這個目的。
鎖相環路是一種反饋控制電路，簡稱鎖相環（pll）。鎖相環的特點是：利用外部輸入的參考訊號控制環路內部振盪訊號的頻率和相位。
因鎖相環可以實現輸出訊號頻率對輸入訊號頻率的自動跟蹤，所以鎖相環通常用於閉環跟蹤電路。鎖相環在工作的過程中，當輸出訊號的頻率與輸入訊號的頻率相等時，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住，這就是鎖相環名稱的由來。
鎖相環通常由鑑相器（pd）、環路濾波器（lf）和壓控振盪器（vco）三部分組成，鎖相環組成的原理框圖如圖8-4-1所示。
鎖相環中的鑑相器又稱為相位比較器，它的作用是檢測輸入訊號和輸出訊號的相位差，並將檢測出的相位差訊號轉換成ud（t）電壓訊號輸出，該訊號經低通濾波器濾波後形成壓控振盪器的控制電壓uc（t），對振盪器輸出訊號的頻率實施控制。
2．鎖相環的工作原理
鎖相環中的鑑相器通常由模擬乘法器組成，利用模擬乘法器組成的鑑相器電路如圖8-4-2所示。
鑑相器的工作原理是：設外界輸入的訊號電壓和壓控振盪器輸出的訊號電壓分別為：
（8-4-1）
（8-4-2）
式中的ω0為壓控振盪器在輸入控制電壓為零或為直流電壓時的振盪角頻率，稱為電路的固有振盪角頻率。則模擬乘法器的輸出電壓ud為：
用低通濾波器lf將上式中的和頻分量濾掉，剩下的差頻分量作為壓控振盪器的輸入控制電壓uc（t）。即uc（t）為：
（8-4-3）
式中的ωi為輸入訊號的瞬時振盪角頻率，θi（t）和θo（t）分別為輸入訊號和輸出訊號的瞬時位相，根據相量的關係可得瞬時頻率和瞬時位相的關係為：
即 （8-4-4）
則，瞬時相位差θd為
（8-4-5）
對兩邊求微分，可得頻差的關係式為
（8-4-6）
上式等於零，說明鎖相環進入相位鎖定的狀態，此時輸出和輸入訊號的頻率和相位保持恆定不變的狀態，uc（t）為恆定值。當上式不等於零時，說明鎖相環的相位還未鎖定，輸入訊號和輸出訊號的頻率不等，uc（t）隨時間而變。
因壓控振盪器的壓控特性如圖8-4-3所示，該特性說明壓控振盪器的振盪頻率ωu以ω0為中心，隨輸入訊號電壓uc（t）的變化而變化。該特性的表示式為
（8-4-6）
上式說明當uc（t）隨時間而變時，壓控振盪器的振盪頻率ωu也隨時間而變，鎖相環進入「頻率牽引」，自動跟蹤捕捉輸入訊號的頻率，使鎖相環進入鎖定的狀態，並保持ω0=ωi的狀態不變。
8．4．2鎖相環的應用
1．鎖相環在調製和解調中的應用
（1）調製和解調的概念
為了實現資訊的遠距離傳輸，在發信端通常採用調製的方法對訊號進行調製，收信端接收到訊號後必須進行解調才能恢復原訊號。
所謂的調製就是用攜帶資訊的輸入訊號ui來控制載波訊號uc的引數，使載波訊號的某乙個引數隨輸入訊號的變化而變化。載波訊號的引數有幅度、頻率和位相，所以，調製有調幅（am）、調頻（fm）和調相（pm）三種。
調幅波的特點是頻率與載波訊號的頻率相等，幅度隨輸入訊號幅度的變化而變化；調頻波的特點是幅度與載波訊號的幅度相等，頻率隨輸入訊號幅度的變化而變化；調相波的特點是幅度與載波訊號的幅度相等，相位隨輸入訊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）是輸入訊號，又稱為調製訊號；圖（b）是載波訊號，圖（c）是調幅波和調頻波訊號。
解調是調製的逆過程，它可將調製波uo還原成原訊號ui。
2．鎖相環在調頻和解調電路中的應用
調頻波的特點是頻率隨調製訊號幅度的變化而變化。由8-4-6式可知，壓控振盪器的振盪頻率取決於輸入電壓的幅度。當載波訊號的頻率與鎖相環的固有振盪頻率ω0相等時，壓控振盪器輸出訊號的頻率將保持ω0不變。
若壓控振盪器的輸入訊號除了有鎖相環低通濾波器輸出的訊號uc外，還有調製訊號ui，則壓控振盪器輸出訊號的頻率就是以ω0為中心，隨調製訊號幅度的變化而變化的調頻波訊號。由此可得調頻電路可利用鎖相環來組成，由鎖相環組成的調頻電路組成框圖如圖8-4-5所示。
根據鎖相環的工作原理和調頻波的特點可得解調電路組成框圖如圖8-4-6所示。
3．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盪頻率，通常採用石英晶體振盪器。但石英晶體振盪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、高穩定的振盪訊號輸出。
輸出訊號頻率比晶振訊號頻率大的稱為鎖相倍頻器電路；輸出訊號頻率比晶振訊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大於1時，為分頻電路；當0
1．鎖相環的基本組成
許多電子裝置要正常工作，通常需要外部的輸入訊號與內部的振盪訊號同步，利用鎖相環路就可以實現這個目的。
鎖相環路是一種反饋控制電路，簡稱鎖相環（pll）。鎖相環的特點是：利用外部輸入的參考訊號控制環路內部振盪訊號的頻率和相位。
因鎖相環可以實現輸出訊號頻率對輸入訊號頻率的自動跟蹤，所以鎖相環通常用於閉環跟蹤電路。鎖相環在工作的過程中，當輸出訊號的頻率與輸入訊號的頻率相等時，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住，這就是鎖相環名稱的由來。
鎖相環通常由鑑相器（pd）、環路濾波器（lf）和壓控振盪器（vco）三部分組成，鎖相環組成的原理框圖如圖8-4-1所示。
鎖相環中的鑑相器又稱為相位比較器，它的作用是檢測輸入訊號和輸出訊號的相位差，並將檢測出的相位差訊號轉換成ud（t）電壓訊號輸出，該訊號經低通濾波器濾波後形成壓控振盪器的控制電壓uc（t），對振盪器輸出訊號的頻率實施控制。
2．鎖相環的工作原理
鎖相環中的鑑相器通常由模擬乘法器組成，利用模擬乘法器組成的鑑相器電路如圖8-4-2所示。
鑑相器的工作原理是：設外界輸入的訊號電壓和壓控振盪器輸出的訊號電壓分別為：
（8-4-1）
（8-4-2）
式中的ω0為壓控振盪器在輸入控制電壓為零或為直流電壓時的振盪角頻率，稱為電路的固有振盪角頻率。則模擬乘法器的輸出電壓ud為：
用低通濾波器lf將上式中的和頻分量濾掉，剩下的差頻分量作為壓控振盪器的輸入控制電壓uc（t）。即uc（t）為：
（8-4-3）
式中的ωi為輸入訊號的瞬時振盪角頻率，θi（t）和θo（t）分別為輸入訊號和輸出訊號的瞬時位相，根據相量的關係可得瞬時頻率和瞬時位相的關係為：
即 （8-4-4）
則，瞬時相位差θd為
（8-4-5）
對兩邊求微分，可得頻差的關係式為
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