锁相环工作原理

基本组成和锁相环电路

1、频率合成器电路

频率合成器组成：

频率合成器电路为本机收发电路的频率源，产生接收第一本机信号源和发射电路的发射信号源，发射信号源主要由锁相环和VCO电路直接产生。如图3-4所示。

在现在的移动通信终端中，用于射频前端上下变频的本振源（LO），在射频电路中起着非常重要的作用。本振源通常是由锁相环电路（Phase-Locked Loop）来实现。

2.锁相环：

它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等技术领域

3.锁相环基本原理：

锁相环包含三个主要的部分:⑴鉴相器(或相位比较器,记为PD或PC):是完成相位比较的单元,用来比较输入信号和基准信号的之间的相位.它的输出电压正比于两个输入信号之相位差.⑵低通滤波器(LPF):是个线性电路,其作用是滤除鉴相器输出电压中的高频分量,起平滑滤波的作用.通常由电阻、电容或电感等组成，有时也包含运算放大器。⑶压控振荡器（VCO）：振

荡频率受控制电压控制的振荡器，而振荡频率与控制电压之间成线性关系。在PLL中，压控振荡器实际上是把控制电压转换为相位。

1、压控振荡器的输出经过采集并分频；

2、和基准信号同时输入鉴相器；

3、鉴相器通过比较上述两个信号的频率差，然后输出一个直流脉冲电压；

4、控制VCO，使它的频率改变；

5、这样经过一个很短的时间，VCO 的输出就会稳定于某一期望值。

锁相环电路是一种相位负反馈系统。一个完整的锁相环电路是由晶振、鉴相器、R分频器、N分频器、压控振荡器（VCO）、低通滤波器（LFP）构成，并留有数据控制接口。

锁相环电路的工作原理是：在控制接口对R分频器和N分频器完成参数配置后。晶振产生的参考频率（Fref）经R分频后输入到鉴相器，同时VCO的输出频率（Fout）也经N分频后输入到鉴相器，鉴相器对这两个信号进行相位比较，将比较的相位差以电压或电流的方式输出，并通过LFP滤波，加到VCO的调制端，从而控制VCO的输出频率，使鉴相器两输入端的输入频率相等。

锁相环电路的计算公式见公式:

Fout=(N/R)Fref

由公式可见，只要合理设置数值N和R，就可以通过锁相环电路产生所需要的高频信号。

4.锁相环芯片

锁相环的基准频率为13MHz，通过内部固定数字频率分频器生成5KHz或6.25KHz的参考频率。VCO振荡频率通过IC1 内部的可编程分频器分频后，与基准频率进行相位比较，产生误差控制信号，去控制VCO，改变VCO的振荡频率，从而使VCO输出的频率满足要求。如图3-5所示。

N=F VCO/F R

N：分频次数

F VCO：VCO振荡频率

F R：参考频率

失锁检测器：

如果锁相环失锁，IC1第14脚送出一个低电平信号，CPU第40脚PLL/LD接收到失锁信号后，关闭发射通道，发射机停止工作。如图3-6所示。

如果IC1的LD管脚上出现低电平，则处于失锁状态，从D10，R50获得直流电压，且C63产生的提供给微处理器(IC10)的PLL/LD管脚电压降低。当微处理器(IC10)检测到此情况时，不能进行发射，无视通话转换开关输入信号。如图3-6所示。

5、锁相环的应用

1．锁相环在调制和解调中的应用

（1）调制和解调的概念

为了实现信息的远距离传输，在发信端通常采用调制的方法对信号进行调制，收信端接收到信号后必须进行解调才能恢复原信号。

所谓的调制就是用携带信息的输入信号u i 来控制载波信号u C

的参数，使载波信号的某一个参数随输入信号的变化而变化。载波信号的参数有幅度、频率和位相，所以，调制有调幅（AM ）、调频（FM ）和调相（PM ）三种。

调幅波的特点是频率与载波信号的频率相等，幅度随输入信号幅度的变化而变化；调频波的特点是幅度与载波信号的幅度相等，频率随输入信号幅度的变化而变化；调相波的特点是幅度与载波信号的幅度相等，相位随输入信号幅度的变化而变化。调幅波和调频波的示意图如图8-4-4所示。 上图的（a ）是输入信号，又称为调制信号；图（b ）是载波信号，图（c ）是调幅波和调频波信号。

解调是调制的逆过程，它可将调制波u O 还原成原信号u i

。 2．锁相环在调频和解调电路中的应用

调频波的特点是频率随调制信号幅度的变化而变化。由8-4-6式可知，压控振荡器的振荡频率取决于输入电压的幅度。当载波信号的频率与锁相环的固有振荡频率ω0

相等时，压控振荡器输出信号的频率将保持ω0不变。若压控振荡器的输入信号除了有锁相环低通滤波器输出的信号u c 外，还有调制信号u i ，则压控振荡器输出信号的频率就是以ω0

为中心，随调制信号幅度的变化而变化的调频波信号。由此可得调频电路可利用锁相环来组成，由锁相环组成的调频电路组成框图如图8-4-5所示。

根据锁相环的工作原理和调频波的特点可得解调电路组成框图如图8-4-6所示

3．锁相环在频率合成电路中的应用

在现代电子技术中，为了得到高精度的振荡频率，通常采用石英晶体振荡器。但石英晶体振荡器的频率不容易改变，利用锁相环、倍频、分频等频率合成技术，可以获得多频率、高稳

定的振荡信号输出。

输出信号频率比晶振信号频率大的称为锁相倍频器电路；输出信号频率比晶振信号频率小的称为锁相分频器电路。

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