【導讀】鎖相環作為通信係統中提供本振信號（LO），實現頻率生成和相位管理單元，被廣泛應用於通信設備，測量儀器
，手持終端等各式產品中，市場應用極其廣泛。

鎖相環作為通信係統中提供本振信號（LO）
，實現頻率生成和相位管理單元，被廣泛應用於通信設備，測量儀器，手持終端等各式產品中，市場應用極其廣泛。

基礎理論

鎖相環（Phase Locked Loop）是一個閉環的相位控製係統，它的輸出信號的相位能自動跟蹤輸入信號相位。係統框圖如下：

當θ1(t)與θ2(t)相等時，兩矢量以相同的角速度旋轉，相對位置
，即夾角維持不變，通常數值又較小，這就是環路的鎖定狀態。

從輸入信號加到鎖相環路的輸入端開始，一直到環路達到鎖定的全過程，稱為捕獲過程。設係統最初進入同步狀態

的時間為ta。那麼從t = t0的起始狀態到達進入同步狀態的全部過程就稱為鎖相環路的捕獲過程。捕獲過程所需的時間TP = ta - t0稱為捕獲時間。顯然，捕獲時間TP的大小不但與環路的參數有關

，而且與起始狀態有關。

對一定的環路來說

，是否能通過捕獲而進入同步完全取決於起始頻差。
若Δω0超過某一範圍，環路就不能捕獲了。這個範圍的大小是鎖相環路的一個重要性能指標，稱為環路的捕獲帶Δωp。

捕獲狀態終了，環路的狀態穩定在

這就是同步狀態的定義。隻要在整個變化過程中一直滿足(1-1)式(shi)，那(na)麼(me)仍(reng)稱(cheng)環(huan)路(lu)處(chu)於(yu)同(tong)步(bu)狀(zhuang)態(tai)。由(you)上(shang)可(ke)知(zhi)
，在(zai)輸(shu)入(ru)固(gu)定(ding)頻(pin)率(lv)信(xin)號(hao)的(de)條(tiao)件(jian)之(zhi)下(xia)
，環(huan)路(lu)進(jin)入(ru)同(tong)步(bu)狀(zhuang)態(tai)後(hou)，輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)與(yu)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)之(zhi)間(jian)頻(pin)差(cha)等(deng)於(yu)零(ling)，相(xiang)差(cha)等(deng)於(yu)常(chang)數(shu)
，即(ji)

這種狀態就稱為鎖定狀態。

鎖相環路的組成

鎖(suo)相(xiang)環(huan)路(lu)為(wei)什(shen)麼(me)能(neng)夠(gou)進(jin)入(ru)相(xiang)位(wei)跟(gen)蹤(zong)
，實(shi)現(xian)輸(shu)出(chu)與(yu)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)的(de)同(tong)步(bu)呢(ne)
？因(yin)為(wei)它(ta)是(shi)一(yi)個(ge)相(xiang)位(wei)的(de)負(fu)反(fan)饋(kui)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)。這(zhe)個(ge)負(fu)反(fan)饋(kui)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)是(shi)由(you)鑒(jian)相(xiang)器(qi)（PD）、環路濾波器（LF）和電壓控製振蕩器（VCO）三個基本部件組成的，基本構成如圖：

實際應用中有各種形式的環路，但它們都是由這個基本環路演變而來的。下麵逐個介紹基本部件在環路中的作用。

鑒相器（PD）是(shi)一(yi)個(ge)相(xiang)位(wei)比(bi)較(jiao)裝(zhuang)置(zhi)
，用(yong)來(lai)檢(jian)測(ce)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)相(xiang)位(wei)與(yu)反(fan)饋(kui)信(xin)號(hao)相(xiang)位(wei)之(zhi)間(jian)的(de)相(xiang)位(wei)差(cha)。輸(shu)出(chu)的(de)誤(wu)差(cha)信(xin)號(hao)是(shi)相(xiang)差(cha)的(de)函(han)數(shu)，即(ji)鑒(jian)相(xiang)特(te)性(xing)可(ke)以(yi)是(shi)多(duo)種(zhong)多(duo)樣(yang)的(de)
，有(you)正(zheng)弦(xian)形(xing)特(te)性(xing)
、三角形特性
、鋸齒形特性等等。常用的正弦鑒相器可用模擬相乘器與低通濾波器的串接作為模型。

環路濾波器（LP）具有低通特性
，它可以起到圖中低通濾波器的作用，更重要的是它對環路參數調整起差決定性的作用。

壓控振蕩器應是一個具有線性控製特性的調頻振蕩器，對它的基本要求是：頻率穩定度好（包括長期穩定度與短期穩定度）；控製靈敏度K0要高；控製特性的線性度要好


；線性區域要寬等等。這些要求之間往往是矛盾的，設計中要折衷考慮。

壓控振蕩器電路的形式很多
，常用的有LC壓控振蕩器
、晶體壓控振蕩器
、負阻壓控振蕩器和RC壓(ya)控(kong)振(zhen)蕩(dang)器(qi)等(deng)幾(ji)種(zhong)。前(qian)兩(liang)種(zhong)振(zhen)蕩(dang)器(qi)的(de)頻(pin)率(lv)控(kong)製(zhi)都(dou)是(shi)用(yong)變(bian)容(rong)管(guan)來(lai)實(shi)現(xian)的(de)。由(you)於(yu)變(bian)容(rong)二(er)極(ji)管(guan)結(jie)電(dian)容(rong)與(yu)控(kong)製(zhi)電(dian)壓(ya)之(zhi)間(jian)具(ju)有(you)非(fei)線(xian)性(xing)的(de)關(guan)係(xi)，所(suo)以(yi)壓(ya)控(kong)振(zhen)蕩(dang)器(qi)的(de)控(kong)製(zhi)特(te)性(xing)肯(ken)定(ding)也(ye)是(shi)非(fei)線(xian)性(xing)的(de)。為(wei)了(le)改(gai)善(shan)壓(ya)控(kong)特(te)性(xing)的(de)線(xian)性(xing)性(xing)能(neng)，在(zai)電(dian)路(lu)上(shang)采(cai)取(qu)一(yi)些(xie)措(cuo)施(shi)，如(ru)與(yu)線(xian)性(xing)電(dian)容(rong)串(chuan)接(jie)或(huo)並(bing)接(jie)
，以(yi)背(bei)對(dui)背(bei)或(huo)麵(mian)對(dui)麵(mian)方(fang)式(shi)連(lian)接(jie)等(deng)等(deng)。在(zai)有(you)的(de)應(ying)用(yong)場(chang)合(he)，如(ru)頻(pin)率(lv)合(he)成(cheng)器(qi)等(deng)，要(yao)求(qiu)壓(ya)控(kong)振(zhen)蕩(dang)器(qi)的(de)開(kai)環(huan)噪(zao)聲(sheng)盡(jin)可(ke)能(neng)低(di)，在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)，設(she)計(ji)電(dian)路(lu)時(shi)應(ying)注(zhu)意(yi)提(ti)高(gao)有(you)載(zai)品(pin)質(zhi)因(yin)素(su)和(he)適(shi)當(dang)增(zeng)加(jia)振(zhen)蕩(dang)器(qi)激(ji)勵(li)功(gong)率(lv)，降(jiang)低(di)激(ji)勵(li)級(ji)的(de)內(nei)阻(zu)和(he)振(zhen)蕩(dang)管(guan)的(de)噪(zao)聲(sheng)係(xi)數(shu)。

環路的性能

1. 環路的基本性能

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