数字锁相环

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1、4.4数字锁相环锁相环（PLL）电路是一种反馈控制电路。图1-37所示是基本锁相环电路的框图。当相位比较器的两个输入的相位差（θi－θo）不变时，这两个信号的频率一定相等，即fi=fo从而实现输出信号的频率和相位对输入信号的频率和相位的自动跟踪。图1-1基本锁相环电路框图根据实际需要，对基本锁相环电路做相应的改动，增加必要的其他电路，人们设计出了有各种各样用途的锁相环电路。锁相环电路在通讯、仪器、机电控制的领域有着十分广泛的应用。在锁相环电路中，若相位比较器的功能是比较两个模拟信号，压控振荡器输出的是正弦波，则称其为模拟锁相环电路；若相位比较器的功能是比较两个

2、方波信号，压控振荡器输出的是方波，则称其为混合型锁相环电路（因为，低通滤波器通常总是模拟电路），亦称其为数字锁相环电路。4.4.1．数字锁相环集成电路74HC4046本实验使用数字锁相环集成电路74HC4046。图1-38是其的电路原理示意图。由图可见，它由一个方波压控振荡器（VCO）和三个相位比较器。三个相位比较器分别是：异或相位比较器（NOR），即PC1，其相位锁定范围为0～180°；相位-频率比较器（PFD），即PC2，其相位锁定范围为-360°~360°；JK触发相位比较器（JK），即PC3，其相位锁定范围为0~360°。图1-274HC4046的电路

3、原理示意图在使用相位比较器的选择方面，PC1是比较容易锁定的，但要求输入的信号是50%占空比，或者是一个波形较好的小信号正弦波。如果有条件达到这个要求，尽可能使用PC1。8不对称的大信号如能得到一个比要求输出倍频的基准，用一个触发器分频就可以得到很严格的50%占空比。如果没有条件得到50%占空比，就要考虑用PC2以得到稳定的锁相。对照图1-37可知，图1-38所示电路的框图就是图1-37。其使用的相位比较器是PC2，R3、R4、C2组成低通滤波器，其传递函数Kf（s）与Kp、Ko/s、Kn将确定环路的动态特性，R1、C1将确定锁相输出的频带范围，R2、C1将确

4、定输出的频率偏移。图1-38中虚线部分是相位比较器PC2。它的两个输入之间可以有三种关系：SIGIN超前COMPIN；SIGIN与COMPIN同相位；SIGIN滞后COMPIN。若SIGIN超前COMPIN，如图39(b)，当SIGIN的上升沿到达时UP置0，P管导通，DOWN依旧为1，N管截止。PC2OUT输出高电平，记为1。当COMPIN的上升沿到达时，DOWN也置0，但这时刻，两个D触发器的Q端都为1，与非门输出置低，D触发器被复位，使UP和DOWN都为1，P管和N管都截止，此时为高阻状态，PC2输出为VCC/2，记为0。若SIGIN与COMPIN同相位

5、，如图1-39(b)，当SIGIN、COMPIN的上升沿同时到达时，UP、DOWN同时置0，但这时刻，两个D触发器的Q端都为1，与非门输出置低，D触发器被复位，使UP和DOWN都为1，P管和N管都截止，此时为高阻状态，PC2输出为VCC/2，记为0。图1-3PC2相位比较器图1-4VCCS原理电路图1-574HC4046中的VCO的频率特性若SIGIN滞后COMPIN，如图1-39(b)，当COMPIN的上升沿到达时DOWN置0，N管导通，UP依旧为1，P管截止。PC2OUT输出低电平，记为－1。当SIGIN8的上升沿到达时，UP也置0，但这时刻，两个D触发器

6、的Q端都为1，与非门输出置低，D触发器被复位，使UP和DOWN都为1，P管和N管都截止，此时为高阻状态，PC2输出为VCC/2，记为0。PC2的输出经低通滤波器输出直流电压，即图1-39(b)中的VDEMOUT(AV)。由图1-39(b)可得方波VCO由电压控制电流源（VCCS）和电容交叉充放电式压控振荡器组成。图1-40为VCCS的原理电路。当INH=1时，T1管截止整个电路不工作。当INH=0时，T1导通，电路允许工作。T2、T3组成镜像电流源。T4和R2是T2的漏极负载，流过T2的漏源电流受输入电压VVCO和外接电阻R1、R2控制，图1-6典型的锁相频率

7、范围与R1C1的关系流过T3的漏源电流IO是ID2的镜像电流，两者相等。至此可见，若选定R1、R2后，输入电压VVCO与输出电流IO成线性关系。8电容交叉充放电式压控振荡器的原理示意图如图1-38左侧虚线内的电路。若设G1输出为1，G2输出为0，则P1、N2导通，P2、N1截止，来自VCCS的电流经P1、PIN6、C、N2由左向右给C充电。当PIN6点的电压上升到G1的高电平门限时，G1输出1变为0，G2输出由0变为1，这时，P2、N1导通，P1、N2截止，来自VCCS的电流经P2、PIN7、C、N1由右向左给C充电。当PIN7点的电压上升到G2的高电平门限时

8、，G2输出1变为0，G1输出由0变为1