模擬鎖相環(huán),模擬鎖相環(huán)原理解析

背景知識(shí)：

鎖相技術(shù)是一種相位負(fù)反饋控制技術(shù)，它利用環(huán)路的反饋原理來(lái)產(chǎn)生新的頻率點(diǎn)。它的主要特點(diǎn)是:1)鎖定時(shí)無(wú)剩余頻差；2)具有良好的窄帶載波跟蹤性能；3)具有良好的寬帶調(diào)制跟蹤性能；4)門(mén)限性能好；5)體積小、重量輕、易于集成。因此，鎖相環(huán)在當(dāng)今電子系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

基本原理：

鎖相環(huán)的負(fù)反饋控制系統(tǒng)是由鑒相器(PD)、環(huán)路濾波器(LPF)和電壓控制振蕩器(VCO)三個(gè)基本部件組成的，基本構(gòu)成如下圖:

當(dāng)壓控振蕩器的頻率?r由于某種原因而發(fā)生變化時(shí)，必然引起相位的變化，該相位變化在鑒相器中與參考晶體的穩(wěn)定相位(對(duì)應(yīng)于頻率?r)相比較，使鑒相器輸出一個(gè)與相位誤差信號(hào)成比例的誤差電壓vd(t)，經(jīng)過(guò)低通濾波器，取出其中緩慢變動(dòng)數(shù)值，將壓控振蕩器的輸出頻率拉回到穩(wěn)定的值上來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)了相位負(fù)反饋控制。

當(dāng)θ1(t) 與θ2(t) 相等時(shí)，兩矢量以相同的角速度旋轉(zhuǎn)，相對(duì)位置固定。即夾角維持不變，通常數(shù)值又較小，這就是環(huán)路的鎖定狀態(tài)。

從輸入信號(hào)加到鎖相環(huán)路的輸入端開(kāi)始，一直到環(huán)路達(dá)到鎖定的全過(guò)程，稱為捕獲過(guò)程。設(shè)系統(tǒng)最初進(jìn)入同步狀態(tài)的時(shí)間為ta, ,那么從t=t0的起始狀態(tài)到達(dá)進(jìn)入同步狀態(tài)的全部過(guò)程就稱為鎖相環(huán)路的捕獲過(guò)程。捕獲過(guò)程所需的時(shí)間Tp=ta-t0。稱為捕獲時(shí)間。顯然，捕獲時(shí)間Tp的大小不但與環(huán)路的參數(shù)有關(guān)，而且與起始狀態(tài)有關(guān)。

對(duì)一定的環(huán)路來(lái)說(shuō)，是否能通過(guò)捕獲進(jìn)入同步取決于起始頻差 θc(t0) = △ω0。若△ω0超過(guò)某一范圍，環(huán)路就不能捕獲了。這個(gè)范圍的大小是鎖相環(huán)路的一個(gè)重要性能指標(biāo)，稱為環(huán)路的捕獲帶△ωp。

捕獲狀態(tài)終了，環(huán)路的狀態(tài)穩(wěn)定在

這就是同步狀態(tài)的定義。只要在整個(gè)變化過(guò)程中一直滿足上面兩式。那么仍稱環(huán)路處于同步狀態(tài)。由上可知，在輸入固定頻率信號(hào)的條件之下，環(huán)路進(jìn)入同步狀態(tài)后，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間頻差等于零，相差等于常數(shù)，即

實(shí)際應(yīng)用中有各種形式的環(huán)路，但它們都是由上圖這個(gè)基本環(huán)路演變而來(lái)的。