對PLL鎖相環的一些理解

2021-09-12 11:43:09 字數 1720 閱讀 3075

在通訊機等所使用的振盪電路,其所要求的頻率範圍要廣,且頻率的穩定度要高。無論多好的lc振盪電路,其頻率的穩定度,都無法與晶體振盪電路比較。但是,晶體振盪器除了可以使用數位電路分頻以外,其頻率幾乎無法改變如果採用pll(鎖相環)(相位鎖栓迴路,phaselockedloop)技術,除了可以得到較廣的振盪頻率範圍以外,其頻率的穩定度也很高。此一技術常使用於收音機

,電視機的調諧電路上,以及cd唱盤上的電路。

pll(鎖相環)電路的概要

圖1所示的為pll(鎖相環)電路的基本方塊圖。此所使用的基準訊號為穩定度很高的晶體振盪電路訊號。

此一電路的中心為相位比較器。相位比較器可以將基準訊號與vco (voltage controlled oscillator電壓控制振盪器)的相位比較。如果此兩個訊號之間有相位差存在時,便會產生相位誤差訊號輸出。

(將vco的振盪頻率與基準頻率比較,利用反饋電路的控制,使兩者的頻率為一致。)

利用此一誤差訊號,可以控制vco的振盪頻率,使vco的相位與基準訊號的相位(也即是頻率)成為一致。

pll(鎖相環)可以使高頻率振盪器的頻率與基準頻率的整數倍的頻率相一致。由於,基準振盪器大多為使用晶體振盪器,因此,高頻率振盪器的頻率穩定度可以與晶體振盪器相比美。只要是基準頻率的整數倍,便可以得到各種頻率的輸出。

從圖1的pll(鎖相環)基本構成中,可以知道其是由vco,相位比較器,基準頻率振盪器,迴路濾波器

所構成。在此,假設基準振盪器的頻率為fr,vco的頻率為fo。在此電路中,假設fr>fo時,也即是vco的振盪頻率fo比fr低時。此時的相位比較器的輸出pd會如圖2所示,產生正脈波訊號,使vco的振盪器頻率提高。相反地,如果fr

(此為利用脈波的邊緣做二個訊號的比較。如果有相位差存在時,便會產生正或負的脈波輸出。)

此一pd脈波訊號經過迴路濾波器(loopfilter)的積分,便可以得到直流電壓vr,可以控制vco電路。 由於控制電壓vr的變化,vco振盪頻率會提高。結果使得fr=f。在f與f的相位成為一致時,pd端子會成為高阻抗狀態,使pll(鎖相環)被鎖栓(lock)。

相位比較器的工作原理

此所說明的相位比較器為相位.頻率比較器(pfc:phase-frequency comparator)之型式,後述之lsimc145163p便內藏有此一電路。

此一型式的相位此較器並非只做

所謂相位差利時△與時間t的關係為

在只做相位檢出的場合,例如,可能分辨不出是延遲300°或前進60°。可是,在相位-頻率比較器中,如果fr>fo則被視為是相位延遲。

迴路濾波器的選擇方法

迴路濾波器的時間常數與pll(鎖相環)控制的良否有很大的關係。其詳細的計算方法雖然不在此說明,但是,基準頻率fr為l0khz時,輸往迴路濾波器的脈波週期為0.1ms。

為了保持電壓值vr而增大迴路濾波器的時間常數時,便無法追蹤vco的振盪頻率的變化。如果時間常數太小時,會在vr上出現漣波,使pll(鎖相環)的穩定度惡化。

因此,根據經驗,迴路濾波器的時間常數,選擇大約為基準頻率的週期(1/fr)的數百倍。在此選擇約為數十ms。

關於鎖相環(PLL)必須要知道的事

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