锁相环路组成与工作原理

锁相环由哪三部分组成

锁相环(Phase Locked Loop,PLL)通常由以下三部分组成:

1. 相位比较器(Phase Comparator/Phase Detector): 相位比较器用于比较输入信号与反馈信号的相位差,输出一个表示相位差的控制电压或数字值。

2. 电压控制振荡器(Voltage Controlled Oscillator,VCO):电压控制振荡器接收来自相位比较器的控制信号,根据控制信号的电压或数字值来调节自身的振荡频率。

3. 反馈电路(Feedback Circuit): 反馈电路将VCO输出的信号反馈给相位比较器,用于与输入信号进行相位比较,进而生成用于控制VCO的控制信号。

这三部分相互作用,构成了一个闭环控制系统,使得输出信号的相位与输入信号的相位相互锁定或跟踪。锁相环广泛应用于时钟同步、频率合成、数模转换等领域。

锁相环的工作原理

最基础的锁相环系统主要包含三个基本模块:鉴相器(Phase Detector:PD)、环路滤波器(L00P Filter:LF)其实也就是低通滤波器,和压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator:VCO)。有了这三个模块的话,最基本的锁相环就可以运行了。但我们实际使用过程中,锁相环系统还会加一些分频器、倍频器、混频器等模块。(这一点可以类比STM32的最小系统和我们实际使用STM32的开发板)

锁相环路组成与工作原理

从锁相系统开始运行的那一刻进行分析,这个时候鉴相器有两个输入信号,一个是输入的参考信号Vin,另一个是压控振荡器的固有振荡信号Vout。

这个时候由于两个信号的频率不相同,会因为频差而产生相位差,如果不对压控振荡器进行任何操作,那么相位差会不断累积,从而跨越2Π角度,从零重新开始测相位,这便是测量死区,明明相位在不断变大,但鉴相器只能测出0~2Π的范围,测出的相位差最大便是2Π,这样就导致了鉴相器的输出电压只能在一定的范围内波动。

理想状态是让这两个信号的相位差一直保持在2Π的范围内,不进入测量死区。那么在系统刚开始的时候,鉴相器测出两个信号的相位差,将相位差时间信号转化为误差电压信号输出(具体转化过程见鉴相器讲解)。

通过环路滤波器转化为压控电压加到压控振荡器上,使压控振荡器的输出频率Vout逐步同步于输入信号Vin,直到两个信号的频率逐渐同步,相位差也在测量误差范围内,那么整个系统就稳定下来了。

两个信号的相位差不会累积变大,而是保持相对固定的相位差。(不是常规意义上的固定不变,而是在误差允许范围内的微小波动)。

锁相环失锁的原因有哪些

锁相环(Phase Locked Loop,PLL)失锁可能由以下几个原因引起:

1. 输入信号干扰:当输入信号受到噪声、失真、衰减等干扰时,可能导致相位比较器无法正确地比较输入信号与VCO反馈信号之间的相位差,从而造成失锁。

2. 频率偏差过大:如果输入信号的频率与VCO输出的振荡频率之间存在较大的偏差,超出PLL的跟踪范围,那么PLL可能会失锁。

3. 环路带宽设置不当:PLL的环路带宽决定了其对输入信号的跟踪速度,如果环路带宽设置得过窄或过宽,都可能导致PLL失锁。

4. 相位比较器失效:相位比较器是PLL的关键组件之一,如果相位比较器出现故障或不正常工作,可能导致PLL失锁。

5. 电源噪声和供电问题:如果PLL的供电电源存在噪声或不稳定,可能会对PLL的各个组件产生负面影响,导致失锁。

6. 温度变化和环境变化:温度变化可能导致PLL内部的电子元件参数发生变化,进而影响PLL的性能和稳定性,导致失锁。

7. 其他外部干扰:如电磁干扰、辐射干扰、振荡器质量不良等外部因素也可能引起PLL失锁。

分享文章。发布者:oel-月,转转请注明出处:https://www.oel.cn/archives/5169

(0)
oel-月的头像oel-月
上一篇 2024年2月2日 下午2:57
下一篇 2024年2月4日 下午4:46

相关推荐

  • LIDAR的感知挑战

    成功的自动驾驶汽车必定将使用紧密集成的传感器系统来达到甚至超越人类的驾驶能力。人类驾驶员一般利用双眼、双耳,以及车辆运动给人的反馈来驾驶汽车。我们的大脑会实时处理所有这些信息,并从人脑的驾驶经验数据库中直觉反应。复现人类驾驶能力所需的传感器包括雷达、激光雷达(LIDAR)、摄像头、惯性测量单元(IMU),以及超声波传感器。每种系统都有其优势,也有其缺点。单一…

    2024年3月8日
    00
  • 场效应管原理

    场效应管(Field Effect Transistor,简称FET)是一种半导体器件,常用于放大、开关和调节电流。其工作原理基于半导体中的电场调制效应,主要有三种类型:金属氧化物场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,简称MOSFET)、绝缘栅场效应晶体管(Insulated-Gat…

    2024年5月13日
    00
  • CCD图像传感器的电路构成及特性

    CCD图像传感器是通过将光学信号转换为数字电信号来实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。光学信号转化为数字信号主要由三部分组成,即镜片,彩色滤镜和感应电路。镜片和彩色滤镜主要是对接受的光线(即图像)进行一定的预处理,感应电路为CCD传感器的核心,它又可分为光敏元件阵列和电荷转移器件两部分。 下面我们介绍一下感应电路的构成,CCD的感应电路是由若干个电荷耦合…

    2024年3月1日
    00
  • 相对湿度传感器原理图

    Figaro NH-02 型湿度传感器包含串联排列在铝基板上的电容式湿度传感器 Zs 和热敏电阻 Z。热敏电阻的参数经过精心选择,以补偿传感器电介质的温度依赖性,提供近乎完整的温度补偿。在 15–35 °C 的温度范围内,NH-02 表现出约 0.3% K-1 的温度依赖性。 在传感器运行之前,需要通过频率在 50–1000 Hz 范围内的交流电压激活。该电…

    2023年12月22日
    00
  • 什么是聚合物电容器?设计哪些电子设备需要村田聚合物铝电解电容器?

    常见主要电容器种类 如果您查看电脑等电子设备的主机板的话,最常看见的是上图中的6种类型的电容器。钽电解电容器(二氧化锰型、高分子型),铝电解电容器(罐状/电解液、罐状/高分子、贴片型),MLCC等。聚合物电容器是指阴极使用了导电聚合物的电解电容器,具有低ESR、稳定的温度特性、安全和长寿命等特性。 本文介绍电容器的种类及村田ECAS系列聚合物铝电解电容器,通…

    2023年12月26日
    00

联系我们

400-1155-216

在线咨询: QQ交谈

邮件:9792618@qq.com

工作时间:周一至周五,9:00-18:00,节假日休息

关注公众号