什么是锁相环技术 为什么要使用锁相环

锁相环是指用于通信接收器的电路或模块，其作用是处理接收到的信号并从中提取某个时钟的相位信息。 或者，对于接收到的信号，模拟时钟信号，以便从某种角度来看，两个信号是同步的（或者更确切地说，是相干的）。

由于仿时钟信号与锁定情况下（即捕获完成后）接收信号中的时钟信号有一定的差异，因此被生动地称为锁相。

一般来说，这种锁相环的三个组成部分和相应的操作机制是：

1、相位检测器：用于判断锁相器输出的时钟信号与接收信号中的时钟之差的幅值;

2、可调相频调制时钟发生器：用于根据检相器输出的信号，以及内部时钟输出信号的频率或相位，适当调整锁相器，使锁相器完成上述定相相相功能;

3、环路滤波器：用于对相位鉴别器的输出信号进行滤波和平滑，大多数情况下是低通滤波器，用于滤除由于数据变化等不稳定因素对整个模块的影响。

从上面可以看出，大致有如下框图：

鉴相器 — 环路滤波器 — 受控时钟发生器

可以看出，它是一种负反馈环路结构，因此通常称为锁相环路（PLL）。

锁相环有很多种类型，可以是数字、模拟或混合，可用于恢复载波或基带信号时钟。

也没有注明来源。

锁相环技术是指在电子振荡电路中广泛使用的稳定频率的技术。 它的工作过程类似于闭环，因此得名锁相环。

锁相环是指用于通信接收器的电路或模块，其功能是处理接收器接收到的信号，并从中提取时钟的相位信息。 换句话说，对于接收到的信号，模仿时钟信号，使两个信号从某个角度同步。

1、相位检测器：用于判断锁相器输出的时钟信号与接收信号中的时钟之差的幅值;

2、调相或调频时钟发生器：用于根据鉴相器输出的信号，适当调整锁相器内部时钟输出信号的频率或相位，使锁相器完成上述定相相位功能;

3、环路滤波器：用于对鉴相器的输出信号进行滤波和平滑，大多数情况下是低通滤波器，用于滤除由于数据变化等不稳定因素而产生的噪声对整个模块的影响。

锁相环的原理是给出一个信号，一部分作为输出，另一部分通过分频与PLLIC产生的本振信号进行比较，为了保持频率不变，要求相位差不变，如果相位差有变化， PLL芯片电压输出端的电压发生变化，控制VCO，直到相位差恢复，达到锁频的目的。

模拟锁相环主要由参考相源提取电路、压控振荡器、相位比较器和控制电路组成。 压控振荡器输出一个非常接近所需频率的等幅信号，同时将其与相位参考提取电路从信号中提取的参考信号同时发送到相位比较器，并利用比较形成的误差，使压控振荡器的频率通过控制在减小误差绝对值的方向上不断变化电路，从而实现锁相，从而实现同步。

数字锁相环主要由参考相位提取电路、晶体振荡器、分频器、相位比较器和脉冲填充器门组成。 分频器输出的信号频率非常接近所需频率，与从信号中提取的相位参考信号同时馈送到相位比较器，对比结果表明，当本站频率较高时，输入分频器的脉冲通过填充栅极被擦除， 这相当于局部振荡频率的降低。

这是因为它不仅将输出频率锁定在与输入频率相同，而且还使输出频率成为输入频率的倍数来调制输入信号。

锁相环通常由三部分组成：压控振荡器、滤波器和鉴相器。 结果是输入和输出频率同步，具有稳定的相位差。

在工作过程中，当输出信号的频率等于输入信号的频率时，输出电压和输入电压保持固定的相位差，即输出电压和输入电压的相位被锁相，这就是锁相环名称的由来。

锁相环是与芯片时钟相关的模块，例如，数字芯片必须具有时钟信号（类似于时钟，以便芯片的每个模块都可以在其变化中调整其工作进度），乍一看似乎最好用一根线来代替这么大的电路。

其实谈谈它的模块组成是很有用的，主要包括频率和相位检测器以及压控振荡器。 利用相频检测器比较输入参考时钟与压控振荡器产生的时钟在频相上的误差，生成相应的控制电压，利用控制电压控制压振荡器，然后调整压控振荡器的输入时钟信号， 最后，输出时钟的频率几乎与相位和输入时钟完全相同。事实上，这是一个模块级别的负反馈。

数字芯片有一个时钟树的概念，现在以导线代替锁相环，芯片外部的时钟上升沿开始向芯片发送一组数据，由于芯片内部存在时钟树，导致内部时钟实际使用的时钟被延迟， 然后产生数据漂移现象。但是通过锁相环，我们可以将时钟树的一个分支连接到锁相环，使时钟树末端的相位频率与参考信号一致，并且不会出现数据漂移。

以上就是锁相环最简单的用法，锁相环也有倍频作用，因为输出时钟是由自身内部压控振荡器产生的，如果加上分频器，再与输入参考时钟对比，可以得到一个频率为n倍的时钟信号， 当然，相位仍然与参考时钟同步。

锁相环（用于产生信号）的电路内部有一个压控振荡器，它根据输入信号的电压（电压是输入信号与标准信号之间的误差）（频率的变化会导致相位的变化），从而调节输出信号的频率和相位， 因为是环路，所以与输入信号进行比较，直到没有误差为止，则压控振荡器的输入为零，则其输出不变。这样，输入信号的相位可以稳定地锁定，因此称为锁相环。

至于使用锁相环的原因，它不仅将输出频率锁定在与输入频率相同，而且使输出频率是输入频率的倍数，实现了对输入信号的调制。

最常见的芯片是CD4046

对于电压方波信号，边缘通过单片机的软件锁相技术进行捕获，从而达到与电压方波信号相同的效果。

其目的是在相同的频率和相位下，同时，通过读取单片机的正弦波数据来实现对参考正弦波的输出。

目的。 这里涉及两个方面：参考正弦波生成程序和软件锁定技术。

软件锁定技术的实现是通过 2 个中断完成的：

1）正弦波抄表程序的周期性定时器中断（定时器周期为tp x，即变化量）;

2）捕获中断。

前者依次从正弦数据中连续读出数据数据（x），并记录对应的地址号x，后者在每次捕获中断中检查正弦波查找表程序的周期性定时中断当前读出的地址号x，并根据x的值和180的差值调整tp x，以达到闭环锁相的目的。

锁相环的工作原理：

1.对压控振荡器的输出进行采集和分频;

2.同时输入鉴相器作为参考信号;

3.鉴相器比较上述两个信号之间的频率差，然后输出直流脉冲电压;

4.控制 VCO，使其频率发生变化;

5.这样，在短时间内，VCO的输出将稳定在某个期望值。

锁相环可用于同步输出和输入信号之间的相位。 当没有基准（参考）输入信号时，环路滤波器的输出为零（或固定值）。 在这种情况下，压控振荡器在其固有频率 fv 下自由振荡。

当输入频率为FR的参考信号时，UR和UV同时被添加到鉴相器中。 如果FR和FV的相差不大，相位鉴别器将对U和UV进行相位识别结果，输出与UR和UV相位差成正比的误差电压UD，然后通过环路滤波器滤除掉UD中的高频分量，输出一个控制电压UC， UC将改变压控振荡器的频率FV（和相位），向基准输入信号的频率靠拢，最后使FV=FR，环路被锁定。一旦环路被锁定，压控振荡器的输出信号与环路的输入信号（参考信号）之间只有一个固定的稳态相位差，不存在频率差。

此时，据说环路已被锁定。

基本锁相环是由检相器、环路滤波器和压控振荡器（VCO）组成的相位负反馈系统，鉴相器的输出信号v d（t）是振荡器的输入信号v i（t）和输出信号v o（t）之间的相位差，误差电压信号被环路滤波器滤除后，去除高频分量和噪声。输出低频信号V c（t）用作CO的控制信号。 在控制电压V c （t）的作用下，VCO输出信号V o （t）的频率发生变化并反馈给鉴相器。 可以看出，锁相环是传输相位的反馈系统，系统变量是相位，系统响应是输入输出信号的相位而不是它们的幅度。

这篇文章更详细。

锁相环在测频电路中的作用是“复制”一个与输入信号频率相同、相位差固定的信号，因为这个信号是由锁相环的振荡电路产生的，所以一般比较“纯净”，测量起来更方便。

如下图所示，锁相环是由鉴相器（PD）、低通滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）组成的闭环控制环路。

在上图中，鉴相器是一个非常关键的环节，鉴相器可以识别两个输入信号VI和VO之间的相位差，当两相相同时，输出电压为零，否则则不为零。

由于不同频率的信号不可能产生固定的相位差，因此当两个信号的频率不同时，鉴相器的输出电压也不是固定的。

根据输入信号和输出信号的相位差，鉴相器输出与相位差成正比的电压，电压经低通滤波器滤波，控制压控振荡器产生相应频率的信号，最终环路趋于稳定， 也就是说，当相位锁定时，两者的频率达到相同。